东亚沙漠粘粒地球化学研究—矿物尘来源、传输及其示踪

发布时间：2017-09-05 23:08

  本文关键词：东亚沙漠粘粒地球化学研究—矿物尘来源、传输及其示踪

  更多相关文章： 粘粒 矿物尘钕同位素 铪同位素 东亚沙漠 黄土 粘土矿物 赤铁矿 针铁矿

【摘要】：全球的干旱半干旱地区约占陆地面积的1/3,包括戈壁、沙漠、沙地和荒漠化草原等。北非沙漠是第一大矿物尘源区,亚洲干旱半干旱区分布的戈壁沙漠是第二大源区。保存在风尘堆积物、深海沉积和冰芯中的矿物尘的地球化学信息是古气候信息的档案。粘粒(2μm)矿物不仅是远距离传输矿物尘的主要组分也是对气候变化响应的信息载体。然而,跨洋或半球传输的矿物尘地球化学示踪研究相对薄弱,尤其对粘粒中含铁矿物及其放射成因同位素研究尚未展开。粘粒Sr-Nd-Hf同位素是古环境记录重建的基础数据依据,运用粘粒Sr-Nd-Hf同位素源汇比较可判定矿物尘传输途径和古风场重建,粘粒Sr-Nd-Hf同位素研究对气候演变模式具有深远的意义。本文通过对矿物尘源区粘土矿物组合特征、常量、微量元素、铁氧化物组成及粘粒Sr-Nd-Hf同位素进行系统调查,将矿物尘源区与沉降区粘粒组分的Sr、Nd和Hf同位素比较,圈定了远距离传输矿物尘的源区同位素指纹特征。本论文得到以下新结论和认识：1.东亚沙漠和戈壁全岩样品常量元素表现为：Si02普遍高于其在上地壳平均风度(UCC),表明含大量石英；K2O、SiO2和A1203的平均值接近UCC;P2O5相对上部地壳表现为明显的亏损；柴达木和塔克拉玛干沙漠样品中CaO含量明显比其它沙漠高；塔克拉玛干、蒙古戈壁和古尔班通古特在MnO表现出正异常,其它沙漠MnO和Fe203表现出负异常；蒙古戈壁样品Al2O3、MnO、Fe2O3、K20和P2O5明显高于中国沙漠。粘土矿物组合、粘粒常量元素和粘粒微量元素受一级构造控制,表现出中亚造山带和塔里木-中朝克拉通两分区特征：中亚造山带中绿泥石、高岭石、蒙脱石和伊利石平均含量分别为：8%、21%、7%和64%；塔里木-中朝克拉通中绿泥石、高岭石、蒙脱石和伊利石平均含量分别为：18%、23%、6%和53%。2.在东亚干旱半干旱地区沙漠和戈壁,中亚造山带沙地和戈壁粘粒中针铁矿含量(2.0%-2.7%)低于中朝-塔里木克拉通沙漠(3.0%～4.2%),中亚造山带沙地和戈壁粘粒赤铁矿含量(0.2%-0.5%)高于中朝-塔里木克拉通上沙漠粘粒赤铁矿含量(0.2%-0.27%),即地质构造控制了粘粒赤铁矿和针铁矿含量分布。东亚沙漠的粘粒的铁形态化学提取分析表明：无定形态Feoxl、晶体态FeCBD、盐酸提取态FeHCl和残渣态Feu分别占粘粒中总铁的10%±7%、30%±10%、40%±12%和18%±18%。3.东亚沙漠表层土壤中粘粒εHf和εNd受地质构造控制分2个单元：塔里木-中朝克拉通和中亚造山带。塔里木-中朝克拉通εHf和εNd值均低于中亚造山带εHf和εNd。塔里木-中朝克拉通εHf和εNd的变化分别在--5.94-1.20和--17.30---6.24,中亚造山带εHf和εNd变化分别在--2.58-3.68和-10.19～--0.98。比较东亚沙漠粘粒和东亚远距离传输矿物尘中的Nd-Hf同位素发现,北太平洋沉积物中亚洲风尘来源存在差异,即中北太平洋沉积物中的风尘中可能来自中国西北沙漠；西北太平洋边缘沉积物中的风尘中有中亚造山带粘土的εHf和εNd特征。在亚洲冬季风和西风共同作用下,中国西北沙漠的粘粒被传输到格陵兰冰芯中,南蒙古戈壁也有可能是格陵兰冰芯尘潜在的源区,而蒙古高原北部不大可能对格陵兰冰芯尘有贡献。4.北非沙漠粘粒Hf-Nd-Sr同位素受地构造控制,分为西非克拉通区(WAC)和沉积岩覆盖区(CSP)。二者主要区别在西非克拉通(WAC)的εHf和εNd值明显低于沉积岩覆盖区,而二者87Sr/86Sr的差异不明显。西非克拉通的εHf变化在-14.9～-7.0,εNd在-99.6--11.2,87Sr/86Sr在0.71212-0.739651,而沉积岩为主的覆盖区(CSP)的εHf在-9.4-0.47、εNd在-15.2--4.4和87Sr/86Sr变化为0.708007～0.739502。沉积岩覆盖区具有相对太古代年轻的Hf-Nd-Sr同位素信号,而对于西非克拉通(WAC)上的Sahel沙漠的Mali断面,其Hf-Nd-Sr同位素信号具有古老克拉通基底的信号特征。5.通过对中国黄土粘粒εHf(-3.82-2.26)和εNd(--13.34～--0.20)和潜在源区东亚沙漠粘粒εHf和εNd进行对比,发现黄土高原黄土的物质很可能主要来自中朝-克拉通上的西部沙漠；新疆黄土(εHf:-2.51～2.26、εNd:-7.71～-0.20)来源可能是就近尘源区的释放经风搬运堆积而成；东北黄土(εH:-1.91～1.07, εNd:-10.92～-1.05)有蒙古戈壁和就近沙地的贡献；北京黄土中粘粒(εHf:-0.88～-0.60,εNd:-10.92～-1.05)可能由来自西北沙漠尘和冬季风夹带蒙古戈壁尘的混合,北京黄土主要来自中国西北塔克拉玛干、巴丹吉林和腾格里物源的贡献,可能有来自浑善达克沙地物质的贡献。
【关键词】：粘粒 矿物尘钕同位素 铪同位素 东亚沙漠 黄土 粘土矿物 赤铁矿 针铁矿
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P593;P532
【目录】：

• 摘要3-6
• 英文摘要6-13
• 第一章 绪论13-33
• 1.1 矿物尘物源的研究意义13-19
• 1.2 东亚沙漠物源与矿物尘的研究概述19-24
• 1.2.1 东亚沙漠与矿物尘物源研究进展19-21
• 1.2.2 东亚沙漠物源与远距离传输亚洲矿物尘研究进展21-23
• 1.2.3 东亚沙漠矿物尘物源长距离示踪存在的问题23-24
• 1.3 选题依据24-29
• 1.3.1 方法与原理24-27
• 1.3.2 研究内容27-29
• 1.3.3 技术路线与论文构想29
• 1.4 工作量29-33
• 第二章 东亚沙漠(矿物尘源区)概况、材料与技术手段33-47
• 2.1 研究区域33-37
• 2.1.1 概述33-34
• 2.1.2 区域构造34-35
• 2.1.3 地形和气象概况35-36
• 2.1.4 矿物尘传输动力36-37
• 2.2 样品采集37-39
• 2.3 样品处理与方法39-42
• 2.3.1 预处理39-40
• 2.3.2 提取粘土40
• 2.3.3 全岩常量元素熔融饼(供XRF分析)40-41
• 2.3.4 粘粒微量元素化学处理(超净实验室进行)41
• 2.3.5 同位素化学分离(超净实验室进行)41-42
• 2.3.6 粘土铁形态42
• 2.4 仪器分析42-47
• 2.4.1 铁氧化物测试(漫反射光谱分析DRS)42-43
• 2.4.2 常量微量元素分析(ICP-OES、XRF和HR-ICP-MS)43-44
• 2.4.3 矿物分析(X射线衍射XRD)44
• 2.4.4 同位素测试(MC-ICP-MS)44
• 2.4.5 同步辐射(XAFS)44-47
• 第三章 东亚沙漠元素和矿物的地球化学特征47-73
• 3.1 全岩样品地球化学特征47-59
• 3.1.1 推断构造50-51
• 3.1.2 源岩推断51-52
• 3.1.3 源岩风化程度52-59
• 3.2 东亚沙漠粘粒元素地球化学特征59-62
• 3.2.1 粘粒常量元素59
• 3.2.2 粘粒微量元素59-61
• 3.2.3 粘粒与太平洋沉积物稀土元素61-62
• 3.3 粘土矿物特征62-71
• 3.3.1 粘土矿物概述63-66
• 3.3.2 东亚矿物尘源区粘土矿物组合特征66-71
• 3.4 小结71-73
• 第四章 东亚沙漠粘粒中铁氧化物及铁形态特征73-93
• 4.1 铁氧化物73-76
• 4.2 铁氧化物的定性与定量76-77
• 4.3 沙漠土壤的铁氧化物定量77-81
• 4.3.1 赤铁矿和针铁矿分析77-79
• 4.3.2 赤铁矿与针铁矿的定量分析79-80
• 4.3.3 中国沙漠全岩赤铁矿的分布状况80-81
• 4.4 东亚沙漠粘粒中铁的化学形态81-86
• 4.4.1 粘粒无定形Feoxl的空间分布84
• 4.4.2 粘粒CBD提取态Fecbd的空间分布84
• 4.4.3 粘粒HCl提取态FeHCl的空间分布84-85
• 4.4.4 粘粒残渣态FeU的空间分布85-86
• 4.5 东亚沙漠粘粒中铁氧化物定量86-90
• 4.5.1 东亚沙漠粘粒中赤铁矿和针铁矿86-87
• 4.5.2 东亚沙漠粘粒中针铁矿和赤铁矿分布特征87-90
• 4.6 同步辐射在东亚沙漠粘粒铁形态分析中的应用90-91
• 4.7 小结91-93
• 第五章 东亚沙漠粘粒Hf-Nd-Sr同位素特征93-105
• 5.1 中国北方沙漠粘粒Hf-Nd同位素变化特征94-98
• 5.1.1 粘粒Nd-Hf同位素解耦94-95
• 5.1.2 地质构造控制粘粒中ε_(Hf)-ε_(Nd)同位素变化95-97
• 5.1.3 示踪北太平洋中的亚洲矿物尘97-98
• 5.2 蒙古粘粒Nd-Hf同位素变化特征98-101
• 5.3 东亚尘的半球传输101-103
• 5.4 小结103-105
• 第六章 北非沙漠粘粒的Hf-Nd-Sr同位素特征105-117
• 6.1 风化强度和粘粒Hf-Nd-Sr同位素变化106-108
• 6.2 北非沙漠粘粒Sr-Nd-Hf同位素特征108-112
• 6.2.1 Mali断面111-112
• 6.2.2 Lome断面112
• 6.2.3 Morocco断面112
• 6.2.4 Egypt断面112
• 6.3 北非跨大西洋矿物尘的示踪112-115
• 6.4 小结115-117
• 第七章 中国黄土粘粒的Nd-Hf同位素特征117-125
• 7.1 黄土全岩样品的ε_(Nd)和ε_(Hf)值118
• 7.2 黄土中粘粒的ε_(Nd)和ε_(Hf)总特征118-124
• 7.2.1 新疆黄土120-121
• 7.2.2 祁连黄土121
• 7.2.3 黄土高原121-122
• 7.2.4 洛南黄土122-123
• 7.2.5 东北黄土123
• 7.2.6 北京黄土123-124
• 7.2.7 下蜀黄土124
• 7.3 小结124-125
• 第八章 结论与展望125-128
• 8.1 主要结论125-126
• 8.2 展望126-128
• 附表128-141
• 参考文献141-165
• 致谢165-167
• 攻读博士期间刊出论文情况167-168

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本文编号：800717