2019, Vol.39
2 中国科学院南京地理湖泊研究所, 湖泊与环境国家重点实验室, 江苏 南京 210008;
3 中国科学院大学, 北京 100049;
4 临沂大学资源环境学院, 山东 临沂 276000;
5 宜春学院, 江西 宜春 336000)
粉尘堆积序列的研究，是过去全球变化研究中一个的重要方向，它涉及内容包括粉尘成因、物质来源、传输过程、动力特征及高分辨率气候与环境记录的重建等[1~2]。其中，粉尘物质来源的研究，对于阐明粉尘堆积属性、古风场、古大气环流格局的变迁以及区域环境演变等具有重要意义[3~4]。
长江中游的鄱阳湖地区，第四系大姑组、九江组砾石层之上，保存了以网纹红土、(均质)红土、黄棕色土层为代表的中更新世以来的厚层粉尘堆积层序[5]。这样的地层层序，广泛地分布于长江流域及南岭地区，代表了中更新世以来气候环境的阶段性演化特点与区域成土、成壤特点[6~10]。
综合已有的年代资料，其加积型地层剖面，网纹红土层的时代主要介于400~800 ka B. P.之间，均质红土则沉积于100~400 ka B. P.之间，顶部的黄棕色土层(土壤学上称谓黄棕壤)则被认为是晚更新世以来的产物[11~18]。
近几十年以来，众多学者利用粒度、磁化率、元素地球化学等指标尝试解译上述地层序列蕴含的气候环境信息，取得了许多重要的成果，但其对母质的来源不同的学者持有不同的观点[19~23]。
胡雪峰等[11~12]认为：靠近长江，这套地层母质来源具有粉尘堆积的特点；远离长江，冲洪积、坡积、残积以及各种基岩风化碎屑为其母质来源，这种来源的中更新统-全新统，地层较薄，各个地层的相对厚薄变化也较大，地层具有不稳定性特点[24~25]。但在沿江的某些母质来源疑似粉尘堆积的地层剖面(安徽宣城剖面、叶家垄剖面、九江虹光大道剖面、王家竹林剖面)表现出强烈的加积属性[11~13, 26~27]。王伟铭等[28]、李长安和顾延生[18]研究了这种加积型剖面所蕴含的气候环境信息，认为其与深海氧同位素具有很好的对应关系，指示此类堆积蕴含了丰富的过去区域全球变化信息，值得进一步挖掘。
这套独特沉积序列顶部为风成黄棕色土层，一般把它与宁镇地区下蜀组地层对比，将其称为下蜀黄土[29~30]。早期学者一般认为是北方黄土南侵的结果[26, 29]。近年来，学者们更倾向于近源堆积，认为是晚更新世长江流域冬季风加强，吹蚀长江和赣江等大中型河流的古河谷漫滩，在其下风方向上颠扬堆积的结果[15, 17, 19, 31~32]。对于均质红土和网纹红土，研究认为靠近长江河谷等水文系统，一般认为是近源粉尘堆积，而远离这些水文系统，碎屑来源可能具有高度混合的特点[14, 20, 23, 31, 33~35]。因此，对于这套中更新世以来母质疑似粉尘堆积的网纹红土-均质红土-下蜀黄土的研究，尽管已取得了较多成果，但以下问题有待明确：1)北方粉尘对南方粉尘堆积是否存在明显贡献？2)对于网纹红土、均质红土和下蜀黄土而言，如果其母质是属于粉尘堆积，其粉尘物源是否存在显著变化？
自2008年以来，本课题组成员长期在赣北鄱阳湖靠近长江、赣江的区域进行多次野外考察，发现多个出露的疑似粉尘母质的堆积剖面，本文选取了其中10个包含网纹红土-均质红土-下蜀黄土序列的中更新统加积型剖面，通过系统的地球化学元素散点图特征分析，探讨中更新世以来区域粉尘堆积物源的稳定性及其可能的环境意义。
1 材料与方法 1.1 研究区概况鄱阳湖地区地处我国第三阶梯，地势总体较低，以平原、低山丘陵地貌单元为主。该区域长江河谷沿西北和东北方向展开，与鄱阳湖入江水道在湖口交汇，形成“Y”形[15]。河谷的两侧均为低山丘陵，特殊的地形地貌，使得该区域冬季风狭管效应显著[15, 29, 36]。冬半年(10月到次年3月)盛行偏北风(包括西北风和东北风)，其平均风速超过3.5 m/s，冬-春季强风暴天气时有发生，风力在东亚同纬度最高[37]。
该区域地处中亚热带季风区，现代植被以常绿阔叶林为主，年平均气温12.4~16 ℃之间，年降水量为1340~1800 mm，降水大多数集中于4~8月份，使夏季河湖洪水易于泛滥，形成了广阔的河湖漫滩；冬季低温干燥，河湖漫滩广泛出露[37]。
1.2 样品采集与实验方法本文所涉及的10个剖面均采自鄱阳湖北部的长江南岸和赣江的东西两岸(图 1)，共计获得97个样品；剖面或揭露全部的网纹红土-均质红土-下蜀黄土地层，或仅涉及均质红土和下蜀黄土，所有样品都是在野外根据剖面厚度自下而上大致等间距均匀采集，各剖面详细信息及采样情况如下：
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图 1 研究涉及剖面地理位置示意图 Fig. 1 Location of sampling sites in Poyang Lake area |
土塘剖面(TT)(29°29′7″N，116°23′33″E)：剖面位于九江市都昌县南部；由砖瓦厂取土出露，厚约8.3 m，未见底。自上而下依次为现代土壤层(0.3 m)、下蜀黄土层(约3.4 m)、均质红土(约1.5 m)、网纹红土层(约3.1 m)，除现代土壤层外，其他层位分别采样8个、10个和7个。
社汤畈剖面(STF)(29°38′6″N，116°06′60″E)：剖面位于九江市区东南约12 km处一山丘顶部，由修筑公路出露，厚约13 m。自上而下依次为下蜀黄土层(约10 m)、粒径不等(粒径0.5~20 cm)砾石层(约3 m)，下蜀黄土层采样10个。此剖面东距著名的叶家垄剖面[26]不足2 km。
化纤厂(HXC)(29°37′29″N，116°7′14″E)：剖面位于九江市区东南约14 km处一山丘顶部厚约5 m，未见底。剖面为下蜀黄土中间夹一层厚约1 m的砾石层；上部下蜀黄土厚约1.8 m，下部厚约2.2 m；采集下蜀黄土样10个。
神灵湖剖面(SLH)(29°27′23″N，116°3′57″E)：剖面位于九江市庐山区，距叶家垄剖面约3 km，剖面厚约16 m，未见底。自上而下依次为下蜀黄土(12 m)、网纹化黄土(2 m)、砾石层(2 m)；分别在下蜀黄土层和网纹黄土层采样11个和6个。
宝塔山剖面(BTS)(29°43′38.12″N，115°41′17.14″E)：位于瑞昌市西北3.5 km一小丘山顶，厚约30 m。自上而下依次为下蜀黄土(5 m)、均质红土(3 m)和网纹红土(22 m)。只在下蜀黄土层采样6个。
东流剖面(DL-03)(30°13′25.97″N，116°55′24″)：位于安徽池州市，未发现顶部的下蜀黄土，厚2.6 m，未见底。自上而下依次为均质红土(约0.4 m)和网纹红土厚(约2.2 m)，分别样2个和4个。
周藤山剖面(ZTS)(30°7′58.19″N，116°58′31.91″)：位于安徽省东至县，厚约4.5 m，未见底。自上而下依次为均质红土厚约(1.5 m)、网纹红土厚(约3 m)，分别采样3个、3个。
定山剖面(DS)(29°55′30.288″，116°24′53.21″)：位于九江市彭泽县，厚约4 m，未见底。均为灰色、灰黄色下蜀黄土，采样6个。
年家垄剖面(NJL)(29°47′55.86″，116°28′45.912″)：位于九江市彭泽县，厚约7 m，未见底。均为灰色、灰黄色下蜀黄土，采样5个。
马当剖面(MD)(29°59′3.804″，116°39′7.71″)，位于九江市彭泽县，厚约4 m，未见底。均为灰黄色下蜀黄土层，采样6个。
总体而言，所涉及的10个剖面，下蜀黄土和均质红土均较薄，网纹红土最厚；剖面均位于山顶或者丘顶，地层分布均具有披覆状特点，随着地貌起伏而波动。剖面的3层土层，垂直节理均较为发育，土体呈棱块状。
同时，为厘清本区粉尘碎屑物质来源与北方黄土物源联系，本文选择黄土高原中、晚更新世西峰红土、黄土(XF)[31]与晚更新世东秦岭黄土(EQL)[38]作为对比。
粉尘搬运过程中，只有 < 20 μm颗粒组分才可能被长距离搬运[39]。越来越多的学者在粉尘沉积的地球化学研究中也表明，采用 < 20 μm的粒级组分有利于区域对比[15, 31, 38, 40~42]，因此，为了辨识可能的远源组分，本文利用湿筛法提取 < 20 μm的颗粒组分进行元素地球化学分析。所有样品进行了微量元素测试。微量元素测试在中国科学院青藏高原研究所完成，所用仪器为电感耦合等离子体质谱仪(ICP- MS)，型号为X Series，前处理过程见高剑峰等[43]。
2 研究结果 2.1 微量元素分配特征表 1为鄱阳湖地区粉尘堆积与西峰[31]、东秦岭[38]黄土 < 20 μm组分的元素含量。总体而言，鄱阳湖地区的10个剖面的微量元素绝对含量上较为接近，其微量元素均以Li、V、Rb、Sr、Zr、Ba为主，占微量元素总含量约80 %，总稀土元素(ΣREE)含量平均为115.88 mg/kg，约占微量元素总含量的8 %。鄱阳湖地区粉尘微量元素与北方的西峰[31]和东秦岭[38]黄土相比则存在较明显的差异，主要表现为：Li(20.93~45.58 mg/kg)、Be(0.66~1.32 mg/kg)、Sc(5.23~12.32 mg/kg)、V(42.36~87.66 mg/kg)、Co(1.26~5.27 mg/kg)、Ga(6.73~17.69 mg/kg)、Rb(53.45~124.48 mg/kg)、Sr(34.59~88.00 mg/kg)、Ba(227.38~432.21 mg/ kg)及轻稀土元素(LREE)(103.62~114.67 mg/kg)含量显著低于西峰和东秦岭黄土；而Zr(311.50~694.25 mg/kg)和Hf(7.58~16.39 mg/kg)元素则相反明显高于东秦岭和西峰黄土；重稀土元素(HREE)(13.59~17.09 mg/kg)与Th(7.54~13.86 mg/kg)、U(0.98~1.71 mg/kg)等元素含量则较为接近。
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表 1 鄱阳湖地区粉尘堆积与西峰、东秦岭黄土20 μm组份的微量元素含量(mg/kg)(西峰、东秦岭黄土数据分别来源于文献[31, 38]) Table 1 Mean concentration(mg/kg)for trace elements of the 20 μm fraction in aeolian dust deposits from the Poyang Lake area, Xifeng section[31] and the Eastern Qinling[38] |
UCC标准化配分[38]模式如图 2。总体而言，本文涉及的鄱阳湖地区粉尘堆积(包括黄土、均质红土和网纹红土)，尽管沉积相差异巨大，但是微量元素分配上表现出高度的一致。与西峰[31]、东秦岭[38]黄土分配模式相比有类似的地方，大致表现为稀土元素(La-Lu)、Be、Sc、V、Y、Th、U与上陆壳接近，Li、Nb、Ta相对富集，Sr、Tl、Bi相对亏损。但在部分元素上则差异显著。具体表现为：1)鄱阳湖地区粉尘堆积轻稀土(La-Eu)相对上陆壳轻微亏损，重稀土元素(Gd-Lu)略富集；相反，东秦岭和西峰黄土稀土元素分配曲线平坦，与上陆壳极为接近；2)Co元素在鄱阳湖地区粉尘堆积中普遍亏损，而东秦岭和西峰接近陆壳；3)Zr、Hf为强不相容元素，一般很难进入火成岩矿物相中，二者在鄱阳湖地区粉尘中表现为显著的相对富集，而在东秦岭和西峰略亏损；4)Pb元素则相反，在东秦岭和西峰黄土中相对富集，鄱阳湖地区粉尘中则明显亏损。
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图 2 鄱阳湖地区粉尘堆积与西峰[31]、东秦岭[38]黄土＜20 μm组分微量元素的UCC标准化曲线图 Fig. 2 UCC-normalized diagrams for trace elements of the < 20 μm fraction in aeolian dust deposits from the Poyang Lake area, Xifeng[31] and the Eastern Qinling[38] sections |
稀土元素之间具有极为相似的化学性质，在表生地球化学过程中具有相对统一地球化学行为[44]。碎屑沉积物中部分稀土元素的分配特点很好地继承和保留了其物源区的特点，因而在物源示踪的实践中，常将稀土元素作为“示踪剂”[45]。如粉尘堆积中，LaN/YbN值(球粒陨石标准化数据)可代表轻稀土和重稀土的分馏程度；Eu/Eu*值主要反映物源区源岩地球化学信息[46]。
图 3指示，鄱阳湖地区粉尘中Eu/Eu*(Eu*=(SmN×GdN)0.5)和LaN/YbN比值，不管是黄土、均质红土还是网纹红土均十分接近，分别介于0.53~0.62和4~8之间，均低于东秦岭和西峰黄土比值[31, 38]。鄱阳湖地区各时代粉尘堆积较低的LaN/YbN比值暗示其元素分异程度较低。在LaN/YbN与Eu/Eu*散点图中，鄱阳湖地区粉尘散点均集中分布左下角，显著区别于东秦岭和西峰黄土元素的散点位置。这种特征在LaN/SmN与GdN/YbN散点图中类似，这一方面反映了鄱阳湖地区粉尘堆积尽管沉积相差异显著，但却具有统一的物质来源。其二也暗示鄱阳湖地区粉尘堆积与北方黄土物源存在显著差异。
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图 3 鄱阳湖地区粉尘堆积与西峰[31]、东秦岭[38]黄土＜20 μm组分稀土元素散点图 Fig. 3 Plots for rare elements of the < 20 μm fraction in aeolian dust deposits from the Poyang Lake area, Xifeng[31] and the Eastern Qinling[38] sections |
高场强元素(主要包括Nb、Ta、Zr、Hf、Y、Th等)，具有高的粒子势能，化合物极难溶于水，在表生作用中为惰性组分，不容易淋失[44]。因此，这类元素继承了源岩地球化学特征，因而常用于示踪物质源区。例如像Zr、Hf元素，相互之间可以完全类质同象，其元素含量及比值各不相同，具有非常重要的物源指示意义[47~49]。因此，这些元素的比值(如La/Nb、Hf/Nb、Zr/Hf、Y/Ho等)常用于元素地球化学示踪研究[40]。鄱阳湖地区粉尘堆积10个剖面上稳定元素比值均较为接近，与东秦岭、西峰黄土相比[31, 38]，总体上表现出较低的Nb/Zr(0~0.09)、Ta/Zr(0~0.006)比值；Zr/Hf(36~48)、Y/Ho(28~30)、Y/Nb(0.8~2.8)、Zr/Nb(10~42)比值较高。由于上述比值的差异，因此在元素比值散点图中(图 4)，鄱阳湖地区粉尘堆积、东秦岭和西峰黄土散点各自占据一定空间，相互独立。
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图 4 鄱阳湖地区粉尘堆积与西峰[31]、东秦岭[38]黄土＜20 μm组分稳定元素散点图 Fig. 4 Plots for stable elements of the < 20 μm fraction in aeolian dust deposits from the Poyang Lake area, Xifeng[31] and the Eastern Qinling[38] sections |
微量元素三角形统计图可以通过纳入多种元素进行分析，进而达到对元素统计分类的目的[31]。在微量元素地球化学中，通常利用这种综合图解方式解析岩性、成岩地质构造背景等。Co-Th-Hf、Sc- Zr/10-Th和Sc-La-Th图解可以有效地确定碎屑沉积岩的构造环境背景，近年在粉尘物源示踪研究中也取得了较好的效果[33, 40, 42, 47, 50~51]。Co-Th-Hf三角图中(图 5a)，鄱阳湖地区各时代的粉尘堆积均靠近石英岩类投影区附近，而东秦岭和西峰黄土则更靠近页岩相投影区附近，反映了鄱阳湖地区粉尘堆积源区源岩与北方黄土的差异。Sc-Zr/10-Th和Sc-La-Th混合图解中能很好地反映碎屑沉积的形成构造环境背景，鄱阳湖地区粉尘堆积更靠近被动大陆边缘构造背景中，而东秦岭和西峰黄土则明显靠近大陆岛弧构造背景(图 5b和5c)。
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图 5 鄱阳湖地区粉尘堆积与西峰[31]、东秦岭[38]黄土＜20 μm组分Co-Th-Hf、Sc-Zr-Th、Sc-La-Th三角图解 Fig. 5 Ternary plots for Co-Th-Hf, Sc-Zr-Th and Sc-La-Th of the < 20 μm fraction in aeolian dust deposits from the Poyang Lake area, Xifeng[31] and the Eastern Qinling[38] sections |
风成沉积物的地球化学元素组成受物源区物质组成和堆积后的成壤作用(风化作用)影响[31]。本文所涉及的网纹红土、均质红土以及下蜀黄土在沉积后经历过了迥异的化学风化过程。多个剖面数据显示，九江地区的网纹红土和均质红土的平均化学风化指数CIA(CIA=CIA=Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)×100)分别为87.0和82.1，指示它们经历了强烈的化学风化，下蜀黄土化学风化指数为77.1，经历了中等偏强的化学风化[33, 52~53]。本文在物源分析中所使用的元素如稀土元素、Ti、Zr、Hf等，如果受风化影响明显的话，那么在下蜀黄土、均质红土和网纹红土中，这些元素分配会存在明显差异。但是本文数据结果显示，各示踪元素不管在元素分配图 2，还是元素比值(图 3和4)上并未因风化的差异而表现出明显的分异。Hao等[31]和Qiao等[33]在研究安徽宣城的红土和下蜀黄土的示踪元素组成时也发现同样的规律；Han等[54]研究了长江下游、淮河平原以及东秦岭22个黄土剖面发现，尽管从黄土高原到长江流域(大致西北向东南方向)黄土风化强度存在明显的空间梯度(由西北向东南增强)，但是示踪元素并未表现出与风化强度类似的空间分异。因此，九江地区风成沉积与东秦岭和西峰[31, 38]黄土示踪元素所表现出来的差异，应是物源差异而导致。在实践中尽管基于元素和元素对散点投影，难以真正厘清粉尘与源区的具体关系，但在排除潜在源区时效果较好[31, 40, 42, 55~57]。
通过综合分析鄱阳湖地区以粉尘为母质的网纹红土、均质红土和下蜀黄土的元素地球化学特征，并与黄土高原西峰和东秦岭黄土[31, 38]进行了对比，针对元素相对上陆壳(UCC)标准化数据，结果表明，鄱阳湖地区的网纹红土、均质红土和下蜀黄土均表现出较为一致的特征，而与西峰和东秦岭黄土差异明显，尤其是在稀土元素和Co、Zr、Hf、Pb相对含量上差异显著。较陡的稀土元素相对分配曲线(图 2)以及部分元素比值(图 3)均显示鄱阳湖地区粉尘堆积在搬运过程中并不像东秦岭和西峰黄土达到高度混合程度[31, 38]，这可能与其搬运距离较短有关。而Co元素与Cr、Ni类似，为强相容元素，多来源于火成岩，Zr、Hf则为强不相容元素，一般很难进入火成岩矿物相中[58]。Co元素在鄱阳湖地区粉尘中表现为显著的相对亏损，而Zr、Hf则富集，这3种元素在东秦岭和西峰[31, 38]黄土中分配则与此相反。这种差异显示鄱阳湖地区粉尘来自火成岩的碎屑供应量少，显著区别于东秦岭和西峰黄土的可能源岩。由于碎屑沉积在离开物源区后可能经历了多种搬运过程(包括冰川、河流及风力作用等)，在实际研究中很难具体追踪其具体的源岩类型及构造背景，但元素三角图对来自鄱阳湖地区的粉尘堆积和北方黄土碎屑的岩性和构造背景综合图解均显示了三者在源岩岩性和形成构造背景上的显著差异[39, 49, 59]。因此，尽管鄱阳湖地区的粉尘堆积经历了中更新世至晚更新世的网纹红土期、均质红土期和下蜀黄土堆积期，时代跨度较长，但是其细颗粒组成部分的物质来源与中国北方黄土存在显著差异且中更新世以来未发生显著的变化[18, 22, 60]。这说明，鄱阳湖地区第四纪粉尘堆积并非源于遥远的中国北方。
追踪粉尘的具体源区是理解其环境意义的前提：冬季风是鄱阳湖地区粉尘搬运的主要动力且第四纪以来风向也没有发生过明显的改变[26, 61]，长江中游鄱阳湖地区风成堆积的潜在物源区应该包括以下几个地区，即中国北方的干旱区、东秦岭和淮河平原以及临近的长江河谷地区。通过元素地球化学示踪，上文已经排除了北方干旱区和东秦岭物源的可能性。Han等[54]系统的分析了东秦岭长江之间下蜀黄土的元素地球化学特征，发现东秦岭及长江以北的下蜀黄土元素组成与淮河河流碎屑接近，而长江南岸下蜀黄土物源与长江碎屑元素组成接近；由此他们认为局地物源是下蜀黄土的主要物源。近些年碎屑锆石U- Pb年龄谱数据也显示，长江河谷的下蜀黄土与长江碎屑有着类似的年龄谱特征，这与早期的粒度示踪结果类似[19, 62~63]。尽管本文目前难以系统的追踪中更新世以来鄱阳湖地区粉尘堆积与同时期长江碎屑沉积物的物源关系，但是结合上述证据，我们谨慎的推断，裸露的长江和赣江等大中型河流的河谷漫滩是区域粉尘的共同来源并且中更新世至晚更新世物源并未发生过显著的变化。
3.2 中更新世以来鄱阳湖地区粉尘来源及其环境意义第四纪以来，随冰期和间冰期气候波动，中国南方第四纪粉尘堆积在34°N和28°N之间发生较大范围的南北移动[7, 36]。位于长江干流南岸的鄱阳湖地区正处于整个摆动范围的核心地带，第四纪以来形成的粉尘母质经历了网纹红土期、均质红土期和下蜀黄土期[8, 10]。典型露头中，网纹红土之下一般发育一套砾石层其时代为早更新世晚期[18, 60]；剖面上从流水沉积(砾石沉积)到风尘堆积的转变指示了早更新世至中更新世区域地理环境的重大转变[10, 18, 60]。
稳定的物源和搬运动力是粉尘堆积形成的基本条件[61]。鄱阳湖地区受局部地形影响，冬季风力尤为强劲[36~37]。因此，对区域粉尘堆积而言，冰期条件下，冬季风加强，搬运动力不再是限制因素，其关键在于物源供给。在干旱区，包括冰缘、山麓洪积扇、干露的河湖滩地等裸露的地貌环境都能为粉尘堆积提供稳定而充足的物源[39, 64~66]；而长江流域处在北、中亚热带，中更新以来尽管气候持续恶化，但还是缺乏典型的干旱荒漠环境和大范围的冰缘环境[9, 28, 30, 67]。因此，不像干寒的高纬度地区，在这里，只有大中型河湖滩地这类裸露的地貌环境与水文环境，能提供碎屑供给；而要维持鄱阳湖地区粉尘的稳定供给，必然需要大中型规模河流的充分发育。因此，鄱阳湖地区从早更新世-中更新世晚期从砾石堆积向以粉尘堆积为母质的网纹红土的转变，指示了区域第四纪环境的一次重大转折，譬如携带丰富碎屑沉积的类似于现代格局的长江贯通，可能就发生在早-中更新世[68]。另一方面，中更新世以来鄱阳湖地区粉尘堆积物源没有发生过显著的变化，意味着此次水系的重大调整奠定的区域水文格局在第四纪中晚期一直非常稳定。因此，鄱阳湖地区中更新世以来，尽管陆相地层表现为从网纹红土到均质红土到下蜀黄土的变化，但是其粉尘堆积具有稳定的物源，是湿热亚热带季风区对中更新世以来全球变化的独特的区域响应。
4 结论在东亚季风区，长江中游的鄱阳湖地区，因特殊的地理、地貌与水文、水系特征，自中更新世以来由于冬季风的加强，在大姑组、九江组砾石层之上，广泛堆积了以粉尘为成土母质的区域网纹红土、均质红土和黄棕色土三期粉尘堆积。
本文在该研究区的三期粉尘堆积中选取了10个典型剖面，测试了＜20 μm颗粒组分的微量元素组成，并将其与黄土高原西峰黄土[31]和东秦岭黄土[38]相应指标进行了对比分析，鄱阳湖地区这三期粉尘堆积，尽管沉积相差异巨大，但UCC标准化配分模式(图 2)显示这三套地层微量元素分配上的具有高度一致性，但与高原西峰黄土[31]和东秦岭黄土[38]有显著区别，具体表现为这三期粉尘堆积有贫Co、Pb，富Zr、Hf(图 2)，低Eu/Eu*(0.53~0.62)、LaN/YbN(4~8)、Ta/Zr(0~0.006)、Nb/Zr(0~0.09)，高Y/Ho(28~30)、Zr/Hf(36~48)等特点。基于Hf-Th-Co、Th-Sc-Zr/10、Th-Sc-La蜘蛛图投影分析(图 5)，鄱阳湖地区第四纪粉尘物质的源岩接近于石英岩类，为被动大陆边缘构造背景下的产物，显著区别于黄土高原与东秦岭黄土(源岩接近于页岩，形成于大陆岛弧构造背景)进一步分析认为，网纹红土、均质红土的母质均像区域下蜀黄土一样，来自于其冬季风上风方向的长江或赣江的古河谷漫滩，是第四纪以来长江中游现代格局的水系贯通后，冬季风增强，吹蚀大江大河广阔的河谷漫滩而形成的区域粉尘堆积的结果；是湿热的亚热带季风区对于中更新世以来全球变化的独特区域响应，具有重要的地质意义。当然，由于本文对长江粉尘源区的结论主要是通过排除法获得的，并未直接对比同时期潜在物源区与粉尘堆积的元素组成，因此未来还需要开展更多的工作来支持本文结论。
致谢: 衷心感谢审稿专家和编辑部杨美芳老师对本文的悉心审阅和提出的宝贵修改意见，构思写作中得到了中国科学院南京地理与湖泊研究所姚书春副研究员及孟先强博士的帮助和指导。
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2 State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, Jiangsu;
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049;
4 College of Resource and Environment, Linyi University, Linyi 276000, Shandong;
5 Yichun University, Yichun 336000, Jiangxi)
Abstract
The Poyang Lake region is located in the middle reaches of the Yangtze River, Southeast China. Influenced by local geographical, geomorphological, and fluvial systems, dust deposits have been widely developed mantled over the gravel layers of the Dagu and Jiujiang formations since the Middle Pleistocene period for strengthened winter Asian monsoon. The regional sedimentary sequences of Middle and Upper Pleistocene are featured by thick layers of reticulated red soil, red soil and Xiashu loess for strong aeolian accumulation. It is significant implication to unravel the provenance of material origin of this set of sedimentary sequence. This paper presents and analyzes the characteristics of the trace element geochemistry in clastic component of < 20 μm grain size of reticulated red soil, red soil and Xiashu loess from 10 profiles around Poyang Lake area, with a comparison with Xifeng loess and the Eastern Qinling loess from the Loess Plateau in Northern China. We conclude that in general the element characteristics of reticulated red soil, red soil and Xiashu loess in Poyang Lake area are similar to each other with rich in Zr and Hf, depleted in Co and Pb, low in mole fraction of Eu/Eu* (0.53~0.62), LaN/YbN (4~8), Ta/Zr (0~0.006) and Nb/Zr (0~0.09), high in Y/Ho (28~30), Zr/Hf (36~48), which largely different from Xifeng loess and the Eastern Qinling loess from the Loess Plateau. Based on the projection analysis of Hf-Th-Co, Th-Sc-Zr/10, Th-Sc-La Ternary Diagrams, the parent materials of these soil layers are deduced similar to that of quartzite, which is deemed as to develop in the passive continental margin tectonic, also significant differences from those of loess in the Loess Plateau. The parent materials of source rocks of loess in the Loess Plateau, close to the shale in spider diagrams were conformed to develop in the continental island arc tectonic. Furthermore, the similar parent material of reticulated red soil, red soil and Xiashu loess layers in Poyang Lake area suggests these aeolian deposits in Poyang Lake area enjoy the same provenance, i.e. the Ganjiang River valley and Yangtze River floodplain, we deduced. These floodplains provided abundant sandy-silty clastic materials for aeolian deposits under intensified winter monsoon and summer monsoon regimes——winter monsoon brings about strong winds; summer monsoon brings about great rainfall and leads to regionally large floods and consequently the flood plain extended largely. So, this set of sedimentary sequences around Poyang Lake areas should be the indicator of both winter monsoon and summer monsoon intensifying during mid-Pleistocene at the present-like hydrological pattern in the Yangtze River basin.