豫南黄土理化特性及其古环境意义

发布时间：2020-08-13 01:20

【摘要】：在全球变暖的大背景下,第四纪古气候变化受到众多学者的关注。黄土-古土壤沉积序列成为解译古气候的三大关键支柱之一。在河南南部地区埋藏的黄土-古土壤序列保留了原始物质来源和沉积环境的相关信息,蕴含着丰富的、相互叠加的古环境信息,对其进行研究有助于反演我国南北过渡带第四纪时期的古环境状况,及其对全球变化背景下做出的区域响应。同时也为该区域地质勘探、地下水保护提供重要依据。先前有学者对周边区域(如邙山、淮河流域)的黄土地层在形成年代、形成原因、物质来源等方面采用了各种手段做了大量研究,但是其剖面大多出露地表,对该地区的埋藏黄土的研究比较缺乏,对其古环境方面的信息挖掘还不够深入。因此,本课题组与河南国土厅在河南南部的驻马店、正阳等五个地区进行钻探,采集了地下埋藏黄土,本研究选取驻马店钻孔利用沉积学指标如:粒度、元素地球化学以及色度指标,结合光释光、电子自旋共振年代学测试,对其进行理化特征分析,探究豫南黄土的形成原因、年代和物质来源,主要得到以下结论:(1)豫南黄土样品以粉砂组分(5-50μm)为主,属于粘土质粉砂,其他组分含量较小。整体粒度参数具有粒径偏粗、分选性较差、近对称和中等峰态的特点,与典型黄土非常相似,粒度特征指示了明显的风力堆积成因特点。粒度频率分布曲线呈现双峰分布,主峰对应粒径一般在20-40um之间,另外还存在一个次峰,位于1-2um,这一特点与众多学者对黄土粒度的研究吻合。但是豫南黄土的次峰高度较低,比下蜀黄土和西安马兰黄土的主峰更靠近右侧,而且存在粗颗粒端(100um)物质。可能说明豫南黄土物质来源与二者不尽相同。豫南黄土的粒度累计曲线与下蜀黄土相似度较高,呈现三段式分布,暗示二者的搬运动力相似,形成原因也相似。从曲线形态上看:豫南黄土曲线更宽,表明其粒度分布范围更大。从曲线拐点来看:在第二个拐点豫南黄土更加靠右,证明其含有更多粗颗粒物质,搬运动力较下蜀黄土更强。C-M图分析表明:豫南黄土的平均搬运动能与下蜀黄土接近,最大搬运动能也相近或略高于上者。(2)豫南黄土的主要化学成分为SiO_2、Al_2O_3和Fe_2O_3,三者之和为87.2%,MnO、TiO_2、P_2O_5含量最少,平均不到1%,各化学成分在垂向上都出现了不同程度的波动。豫南黄土所有样品经历的风化作用为中等化学风化强度。各种类型的沉积物遭受的化学风化强度由弱到强为:UCC洛川黄土洛川古土壤豫南黄土豫南古土壤镇江下蜀黄土。所有稀土元素值从黄土高原马兰黄土-豫南黄土-镇江下蜀黄土呈现出逐渐增加的趋势。豫南黄土稀土元素分布模式:呈现出斜率为负的“V”型,均为轻稀土元素相对富集,Eu呈较明显的负异常,而古土壤层中的轻重稀土元素分馏要比黄土层更明显。从空间上分析,轻重稀土元素的分馏情况,豫南黄土要高于镇江下蜀黄土与黄土高原马兰黄土。(3)色度参数与地层对应关系较好,尤其是L*、a*与黄土-古土壤层有着明显的对应关系,黄土层具有较高的L*和较低的a*值,古土壤层相反,以上特点表明在豫南黄土剖面,色度可以作为划分地层的参考指标。色度参数对气候变化比较敏感,在大部分层位L*与Sr呈反相关,L*与Rb/Sr呈正相关,这与三者的古气候意义是相符的。因此,在豫南黄土中色度指标有成为古气候变化代用指标的潜力。(4)豫南黄土的粒度组成和粒度参数散点图都指向其成因为风成,但是其粒度参数判别式显示大部分样品为风成,少数样品为水成,判别为水成的样品中含有100μm的组分,可能因为少数河流沉积物混入。豫南黄土常量元素含量分析认为:其形成原因应该与典型的风尘黄土相似,基本上为风力堆积形成。(5)在豫南黄土沉积中相对稳定的常量微量元素明显不同于黄土高原剖面,表明豫南黄土与以亚洲内陆沙漠为物质来源的黄土高原黄土沉积,在物质来源上可能存在较大差异。在豫南地区,冬季风对亚洲内陆沙漠粉尘的传输被高估了,其可能不是豫南黄土的主要物质来源。近距离搬运的粉尘有可能成为其主要来源。(6)豫南黄土的底界年龄为789±79ka,依据部分学者的研究成果,黄河在此之前就已经切穿三门峡,其带来的大量泥沙开始塑造华北平原。根据PMIP公布的过去1000年以来的风场模拟显示:豫南地区冬季近地面盛行东北风,将大量粉尘搬运,沉积在下风向形成黄土沉积,冬季的豫南地区高空盛行西北风,来自西北沙漠也能成为其来源。因此,豫南黄土的物质来源应该是多源物质混合,近距离搬运堆积为主。(7)电子自旋共振(ESR)测年结果显示:豫南黄土的底界年龄为789±79ka,其沉积开始于早更新世末期或中更新世初期。依据4个测年数据计算得出:中更新世以来豫南黄土沉积速率快速上升。这一现象可能是青藏高原抬升导致的东亚冬季风增强与150ka至今黄土高原植被破坏黄河输沙量增加这2个主要原因导致的。豫南黄土驻马店孔从早更新世末期以来,与深海氧同位素在整体变化趋势上有着明显的对应关系,出现了8~9个冷暖旋回,说明豫南黄土与全球气候变化响应积极,部分旋回峰值与深海氧同位素有所差异,响应程度弱于深海氧同位素。全剖面底部至表层来看,Rb/Sr与CIA呈现波动下降的趋势,风化作用逐步减弱,降水量逐渐减少,也揭示了早更新世末期以来气候由湿向干的变化趋势。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P532;S153
【图文】：

技术路线图

分布图,地理位置,平均温度,双重特点

图 2-1 研究区域地理位置和钻孔分布中国黄土分布图来源于刘东生（1985）与吴海斌等（2016），郑州、邙山剖面点来源于蒋复初等（1997、1998）Fig.2-1 Study Area Geographical Location and Drilling Distribution研究区位于河南南部的平原、丘陵地区，属于温带与亚热带季风气候的过渡区，具有二者的双重特点，光热水资源丰富，四季分明。年平均气温一般在12℃~16℃之间，一月最低平均温度-3℃—3℃：,七月最热平均温度 24℃—29℃

野外样品,钻机,包装盒

图 2-2 野外钻机工作照(上图）与野外样品采集包装盒（下图）ig. 2-2 Photograph of the field drilling rig (above) and the field sample collection box (below

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