2019, Vol.39
玛珥湖是由于富含挥发成分的炽热岩浆在上升过程中遭遇地下水，产生大量蒸汽，在巨大的压力作用下，发生爆炸式火山喷发(也就是射气喷发)后积水而形成的[1~3]。玛珥湖的湖盆结构具有简单、封闭、水体较深等特点，能够保存完整和连续的高分辨率沉积记录，在提供高精度更为丰富的气候代用指标序列方面具有不可替代的作用，为开展气候和环境变化研究提供了难得的材料[4~11]。
雷琼玛珥湖群作为中国玛珥湖群的重要组成部分(图 1a)，有着得天独厚的自然条件，其东南接南海，是亚洲季风环流(东亚夏季风、南海夏季风和西南夏季风)影响的核心区(图 1b)，是重建气候变化和环境变迁的良好载体[10]。长期以来，国内外学者针对亚洲季风开展了大量研究，取得了诸多重要进展[12~13]。然而，轨道尺度的季风变率、季风变化的高低纬驱动机制等问题依然是研究的热点。获得年代准确、指标意义明确的低纬地区的季风记录是回答这些问题的关键点之一。雷州半岛地区的田洋、青桐洋和九斗洋等玛珥湖的湖底沉积物至少跨越4个冰期-间冰期旋回[10, 14~15]，能够提供冰期-间冰期转变阶段季风变化的细节，对理解冰期-间冰期季风变化驱动机制、岁差周期等关键科学问题非常重要，而可靠的年代学证据是回答这些问题的基础。田洋，作为世界上最大的干玛珥湖之一，前人对其形成与演化过程、岩相、环境磁学、硅藻土、孢粉、环境变迁等方面做了研究[14~19]。但是，关于田洋干玛珥湖的形成年代，一直存在着很大的争议。陈俊仁等[14]采用古地磁、热释光、K-Ar法以及孢粉与硅藻化石组合等方法对田洋TY-1的钻孔样品分析认为，其中219.39~220.16 m处深灰色硅藻土的古地磁年龄为0.40 Ma，222.1 m处硅藻土的热释光年龄为0.48 Ma，底部钻孔230 m处玄武岩的K-Ar年龄是0.47 Ma，而孢粉及硅藻化石组合则认为底界年龄为上新世晚期-更新世早期；孙嘉诗[20]通过K-Ar法测得田洋CK275钻孔321.04~324.00 m深处的橄榄粗玄岩的年龄为1.8799±0.5 Ma；隋淑珍和王文远[21]通过K-Ar法测试TY2钻孔224.76~224.84 m处的玄武岩的年龄为0.967 Ma。上述年龄差异对于古气候的研究影响很大。而对于九斗洋和青桐洋，前人的研究仅限于少量的硅藻土勘测研究[22]，年龄数据是一片空白。此外，湖泊沉积物的组成差异可以用来反映气候旋回及构造事件的发生[6~7]。因此，在分析沉积物组成及环境代用指标解释的过程中，弄清楚各种矿物的类别和来源显得尤为重要。田洋、青桐洋和九斗洋等干玛珥湖四周均为玄武岩高地，玄武岩的风化作用为湖盆提供了大量的物质。因此，分析这些风化产物的类别及对湖泊沉积的可能影响可以为后续研究提供参考，是利用玛珥湖沉积序列重建气候变化的基础性工作。
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图 1 (a) 中国玛珥湖的分布(据刘嘉麒等[7]；储国强和刘嘉麒[10])；(b)雷州半岛数字高程模型(DEM)及玛珥湖的分布 Fig. 1 (a)Maar lakes in China(after Liu et al. [7], Chu and Liu[10]); (b)Digital elevation model(DEM) and maar lakes in the Leizhou Peninsula, Southern China |
结合我们正在进行的雷州半岛玛珥湖钻探和季风演化项目，本研究选取了田洋、九斗洋、青桐洋3个玛珥湖新鲜的基底玄武岩进行K-Ar测年及主量元素的分析，并且对田洋玛珥湖典型的风化剖面进行了X射线衍射(XRD)测试，试图查明玛珥湖的形成年代、玄武岩的地球化学特征及其风化可能给玛珥湖带来的影响，以期为进一步开展田洋、九斗洋和青桐洋玛珥湖的第四纪地质学和古气候研究提供基础资料。
1 地质背景与钻孔采样雷州半岛(图 1b)位于太平洋板块、欧亚板块和印度板块碰撞三联点的前缘部位[23]。南海第二次扩张以后，作为北部湾裂谷盆地陆上部分的雷琼裂谷处于张裂拗陷，该区开始了大规模的火山活动[24~25]。雷州半岛及附近岛屿火山群的火山岩总面积为3140 km2[26~27]，占雷州半岛总面积的近1/3。关于本区的火山活动的分期，前人提出了多种划分方案[24, 28~34]。随着K-Ar年代学的发展以及该地区年代数据的不断完善，黄镇国等[26]在总结前人的50个年龄数据和自己测定的33个年龄数据(包括TL数据和K-Ar测年数据)的基础上，结合地貌特征、地层接触关系、火山岩岩性及风化程度等特征，将该区新生代火山活动划分为6期(图 2)：分别为Q11湛江期、Q12岭北期、Q21石峁岭期、Q22螺岗岭期、Q31湖光岩期和Q41雷虎岭期。这种划分方案逐渐被后人所接受[7, 35~36]。其中，石峁岭期火山喷发是雷州半岛火山活动的高潮期[24, 37]，以喷溢为主，兼有大规模射气岩浆喷发，高温的热液、岩浆、蒸汽与地下水混合发生爆炸，形成了极具特色的玛珥湖。本文研究的这3个干玛珥湖被认为形成于这一时期[14]，并且这一时期喷发形成大规模的玄武岩广泛分布在这3个玛珥湖周围，构成了雷州半岛最高的地形部位[26](图 1b)。
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图 2 雷琼地区新生代火山岩的分布及喷发期次(改自黄镇国等[26]) Fig. 2 Distribution and eruption phases of the Cenozoic volcanic rocks in the Leiqiong area, Southern China(after Huang, et al. [26]) |
雷州半岛属于亚热带海洋性气候，年平均温度约23 ℃，年平均降水量1500~1700 mm，雨季降水(5~10月)占全年降水的89 %以上，气候温暖湿润，降水丰沛，风化强烈。本次研究的3个干玛珥湖大体上沿着北西向的雷中断裂分布，均位于雷州半岛的南部(图 1b和图 2)。田洋位于徐闻县曲界镇的田洋村(20°31′10.08″N，110°18′02.66″E)，湖盆高程95.7 m，长约4100 m，宽约3100 m，面积约8. 11 km2 [18]，近椭圆形，沿着NW-SE方向伸展。本次研究在湖盆中心钻取了长为228 m(田洋-1井)和230 m(田洋-2井)的2个平行钻。其中田洋-1井在228 m处获得基底玄武岩，而田洋-2井在226 m和230 m处均获得玄武岩，中间为沉积物。青桐洋位于雷州市英利镇(20°34′07.59″N，110°09′48.1″E)，湖盆高程131.1 m，湖泊面积8.5 km2，椭圆形，沿着东西向伸展。我们在湖盆中心钻取了2个深度为137 m的平行钻(青桐洋-1井和青桐洋-2井)。其中青桐洋-1井在135 m和137 m处获得玄武岩，中间为沉积物，而青桐洋-2井在137 m处获得基底玄武岩。九斗洋位于雷州市英利镇与龙门镇之间(20°38′08.78″N，110°02′05.13″E)，湖盆高程59.1 m，湖泊面积2.8 km2，呈簸箕状，四周为由玄武质火山角砾岩和火山角砾凝灰岩组成的火山岩环[7]，湖泊东北低洼处与龙门水库相连。本次研究在湖盆中心钻取了长为50 m(九斗洋-1井)和52 m(九斗洋-2井)的2个平行钻，分别在50 m和52 m处获得基底玄武岩。
2 年代学和地球化学研究方法本文选取了田洋、青桐洋、九斗洋岩芯钻孔底部的8块新鲜玄武岩，进行K-Ar测年来确定玛珥湖基底的形成年代。由上文可知，基底玄武岩和湖盆周围的玄武岩是在同一时期喷发的，因此它们具有相似的地球化学组成特征。通过研究基底玄武岩的地球化学以及周围风化剖面的粘土矿物组成，我们就能评估玄武岩可能给湖泊沉积物带来的影响。本次研究的8块玄武岩的采样位置及深度见表 1。同时，本研究对田洋玛珥湖典型风化剖面进行样品采集，间隔为50 cm左右，从表层至基岩共获得了12个样品，完成粘土矿物分析。
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表 1 雷州半岛玛珥湖基底玄武岩的采样位置及K-Ar测年结果 Table 1 Sample sites and K-Ar ages of basalts at base of the maar lakes in the Leizhou Peninsula |
K-Ar测年在中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室完成。首先切除玄武岩表皮的风化层，将剩余内部新鲜的岩石样品粉碎至40~60目(相当于0.45~0.3 mm)的样品颗粒。然后，用1 mol/L稀硝酸浸泡1 h，对于气量较大的样品用超声波震荡5 min，用清水冲洗3次，加入1.7 mol/L的氢氟酸，在室温条件下侵蚀5 min，再用清水冲洗5次，并浸泡过夜，换水并用超声波震荡5 min，以除去可能残存的硝酸和氢氟酸，然后用去离子水洗净并低温烘干。最后将烘干得到的样品用磁选法和镜下挑选法除去早期形成的橄榄石以及辉石斑晶和捕掳晶，以避免过剩氩和继承氩的影响[38]。K的测量使用HG-5型火焰光度计完成。Ar的测量是在MM1200质谱仪上通过同位素稀释剂法完成的。MM1200质谱仪连接着全金属萃取系统和纯化系统，全金属萃取系统分为内外真空系统，外真空系统用电子轰击加热，内真空系统通过圣诞树结构与纯化系统、质谱仪连接。由于样品年轻且K含量低，样品用量在250~320 mg之间，所用38 Ar稀释剂纯度优于99.9 %，在静态下分别记录40 Ar、38 Ar和36 Ar的量，经线性回归计算其初始值，并根据K-Ar年龄公式计算出样品年龄。年龄计算中用到的衰变常数及其他系数为：40 Ar/36 Ar=295.5，λ＝5.543×10-10，λβ＝4.962×10-10，λe＝0.581×10-10，40 K/K=1.167×10-10[39]。
2.2 地球化学分析方法玛珥湖玄武岩的主量元素组成测试在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室配置的ARL9900型X射线荧光光谱仪上完成。样品分析测试时的电流和电压分别为50 mA和50 kV。标样是BCR-2、BHVO-2和RGM-2，相对误差在元素丰度>10 %时为±1 %，元素丰度 < 10 %时为±10 %。
粘土矿物样品的制备和测试如下：将样品烘干过筛，取适量样品放入编好号的离心杯中，用去离子水浸泡搅拌，加入浓度为5 %的双氧水去除有机质，加入浓度为0.5 %的稀盐酸去除碳酸盐物质，再用去离子水洗涤以去除铁离子和残余盐酸。根据Stokes原理和所确定的时间提取 < 2 μm的颗粒并离心，将分离的样品用刮片法制成自然定向片，烘干后用于XRD测试。XRD测试是在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室配置的D- MAX Ⅲ a型衍射仪上完成的。测试条件为Cu靶，扫面范围为3°~36°，步进角0.02°，电压为37.5 kV，电流为30 mA。
3 结果 3.1 玛珥湖基底的时代雷州半岛干玛珥湖基底玄武岩的K-Ar测年结果见表 1。形成田洋、青桐洋和九斗洋湖盆的火山喷发年龄为早更新世晚期-中更新世早期。田洋-1井228 m处的玄武岩(W1)年龄为0.87±0.11 Ma。田洋-2井226 m处的玄武岩(W2)测年结果为0.49±0.05 Ma，而230 m处玄武岩(W3)的年龄为0.73±0.09 Ma。由于田洋-1井和田洋-2井为平行钻且距离较近，它们基底玄武岩应形成于同一时期。因此，我们认为田洋-2井230 m处的玄武岩代表玛珥湖基底的年龄。我们本次研究获得的田洋湖盆的火山喷发年龄(0.73~0.87 Ma)与隋淑珍和王文远[21]对TY2孔224.76~224.84 m处玄武岩K-Ar测年的结果(0.967±0.074 Ma)相近，这也进一步证实了田洋玛珥湖形成于中更新世的石峁岭期。然而，田洋-2井226 m处玄武岩的年龄(0.49±0.05 Ma)与陈俊仁[14]对TY1孔底部230 m处玄武岩的K-Ar年龄(0.47 Ma)相当，这些玄武岩可能代表了湖盆形成以后较晚时期喷发落入湖盆的火山喷发物。从表 1可知，W2样品的K含量明显高于W1和W3，进一步证实了它们属于不同时代火山喷发形成的产物。
青桐洋-1井135 m处玄武岩(W4)的年龄为0.82±0.06 Ma，而137 m处玄武岩(W5)的测年结果为1.61±0.07 Ma。青桐洋-2井137 m玄武岩(W6)的年龄为3.25±0.12 Ma。结合前人的地质资料[24, 28~34]，发现W6的年龄异常老，考虑可能的原因是样品前处理时未挑尽样品中的橄榄石斑晶和捕掳晶，引起年龄偏老。因此，它不能指示玛珥湖的形成时代。而青桐洋-1井135 m和137 m处的玄武岩的测年结果表明它很有可能是由两次火山喷发形成：W5的年龄(1.61±0.07 Ma)代表湛江期的喷发，这一期喷发形成深凹的积水坑；经过一段时间的平静期后，在石峁岭期经历大规模的射气岩浆喷发形成青桐洋玛珥湖，这与前文揭示的田洋玛珥湖盆形成方式是一致的。也就是说，青桐洋-1井135 m处基底玄武岩W4的年龄(0.82±0.06 Ma)可以代表青桐洋玛珥湖的形成年代。
九斗洋-1井50 m处基底玄武岩(W7)的年龄为1.08±0.04 Ma，九斗洋-2井52 m处基底玄武岩(W8)的K-Ar测年结果为0.81±0.03 Ma，它们代表了九斗洋玛珥湖的形成时代为0.81~1.08 Ma。
3.2 玄武岩的矿物组成及主量元素特征本次研究的8块玛珥湖基底玄武岩较新鲜，颜色为深黑色，气孔状构造或致密块状构造。在显微镜下观察，玄武岩以无斑隐晶质结构为主，少数为斑状结构，其中斑晶主要由橄榄石、辉石和斜长石组成(图 3a)，橄榄石斑晶含量最高，约10 %。基质则由斜长石、橄榄石、辉石和玻璃质组成，表现为填间结构，即板条状斜长石微晶间的填隙物既有辉石等镁铁质矿物，也有玻璃质或隐晶质(图 3b)。
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图 3 玛珥湖基底玄武岩的显微图像 (a)玄武岩中的橄榄石、辉石和斜长石斑晶(W7，正交偏光)；(b)玄武岩基质的填间结构(W2，正交偏光) Fig. 3 Representative microphotograph of basalts at the bottom of the maar lakes. (a)Phenocrystic olivine, pyroxene and plagioclase from the bottom of maars under crossed polarize(W7); (b)Matrix interseptal texture under crossed polarize(W2) |
雷州半岛干玛珥湖基底玄武岩的主量元素组成见表 2。这些玄武岩的SiO2含量在48.97 % ~51.61 %之间，全碱(Na2O+K2O)含量在4.01 % ~4.83 %之间。根据TAS(Na2O+K2O-SiO2)投图结果(图 4a)，除了青桐洋的W5跨越了拉斑玄武岩和碱性玄武岩的界线上以外，其他都在拉斑玄武岩范围内。全岩主量元素的CIPW标准矿物计算[40]结果(表 2)和标准矿物投图(图 4b)表明，这些玄武岩的标准矿物都含有石英、紫苏辉石和透辉石，而不含橄榄石和霞石，因此落入石英拉斑玄武岩的范围。此外，雷州半岛玛珥湖基底的玄武岩总体上呈现低K2O(0.8 % ~1.16 %)，低P2O5 (0.228 % ~0.517 %)，高SiO2 (48.97 % ~51.65 %)的特征(表 2)。
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表 2 雷州半岛干玛珥湖基底玄武岩的主量元素组成(wt %)* Table 2 Major element(wt %)of basalts at the base of dry maar lakes from the Leizhou Peninsula |
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图 4 雷州半岛玛珥湖基底玄武岩的TAS图解(a)和CIPW标准矿物投图(b) Fig. 4 TAS diagram (a) and CIPW standard mineral diagram (b) of basalts from the bottom of the Maar Lakes, Leizhou Peninsula |
研究剖面各层粘土矿物的衍射峰多呈宽阔而弥散状，矿物结晶度较差，可能均经受了强烈的风化淋溶作用。粘土矿物组合主要为高岭石+三水铝石+赤铁矿，另外还有少量的蒙脱石、绿泥石和伊利石(图 5)。这几种矿物均存在于剖面风化的各个阶段，除了蒙脱石有明显的随着深度增加出现递减的现象，其他矿物不存在单调递减趋势，说明这些粘土矿物含量随深度产生的变化不是单一因素作用的结果。
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图 5 雷州半岛田洋玛珥湖附近玄武岩风化土壤剖面从基岩到表层土壤的粘土矿物组成 Fig. 5 Typical soil profile from weathered basalt in Tianyang maar lake, Leizhou Peninsula and the XRD spectrum of clay minerals |
建立准确的雷琼地区玛珥湖沉积序列的年代标尺是重建古气候的关键。在亚洲季风降水的核心区，丰沛的地表径流和高温高湿环境下的物质输移，可能在湖盆形成不久就会发生，因此，玛珥湖形成年代可代表沉积物的最老年代，这可通过测定玛珥湖基底玄武岩的年龄来获得。然而，玛珥湖基底的玄武岩年龄存在多种可能性，以本文获得的8个K-Ar年龄为例：1)W6异常老，与前人大量的地质资料矛盾[24, 28~34]，而多种证据表明其可能是蚀变的结果；2)W5的年龄较老，可能属于湖盆形成之前早期喷发的产物，这种可能性在前人文章中也有出现[14, 20, 37]；3)W2的年龄比较年轻，且与该钻孔最底层玄武岩之间存在一段粘土，所以W2有可能代表玛珥湖形成后期，该区火山活动落入湖盆的火山碎屑物的年龄；4)根据平行钻之间的相互验证和前人的地质资料，W1、W3、W4、W7和W8可认为是玛珥湖形成的年代，即田洋玛珥湖形成于0.73~0.87 Ma，青桐洋玛珥湖形成于0.82±0.06 Ma，九斗洋玛珥湖形成于0.81~1.08 Ma。上述分析结果表明，3个玛珥湖沉积物底部的年代可能老于约0.8 Ma，进一步的磁性地层分析和高精度的年代测试，可与K-Ar年代对比，进而获得精确的沉积序列的年代。相关的测试正在进行之中。
K-Ar法测年的不确定性主要来自火山岩样品的预处理以及仪器的测试状态。样品预处理方面：第一，K-Ar法测年要求样品必须是新鲜的，因此在样品预处理的过程中一定要尽量消除表面风化层的影响，最好用切片机将表层切掉。我们对雷州半岛的玛珥湖玄武岩同样用切片机切掉表层，取中间新鲜的玄武岩进行测年。第二，K-Ar法测年要求样品是致密块状的[41]。气孔状的火山岩常常受碳酸盐的影响而形成细脉或杏仁体，当样品熔融时会形成CO2影响氩的测试，因此最好用稀硝酸浸泡来除去碳酸盐矿物。雷州半岛3个干玛珥湖的玄武岩在显微镜下观察到方解石的杏仁体，因此我们在样品预处理过程中将粉碎好的样品放入5 % ~10 %稀硝酸中浸泡1 h，然后清洗3~5遍，以除去残余的硝酸[38, 42]。第三，玄武岩在喷发形成以后必然遭受轻微蚀变和风化，或因裂隙发育在地表附近遭受风化，亦或是后期热液作用导致火山岩基质成分的蚀变，这种蚀变、风化作用往往导致氩的丢失，从而使年龄偏低。对火山岩进行的氢氟酸侵蚀试验结果表明，用1.7 mol/L的氢氟酸侵蚀5 min对消除Ar丢失和外来Ar组合效果最好[43]。雷州半岛来自田洋的W1样品的烧失量为2.68wt %，来自青桐洋的W5和W6样品的烧失量分别为2.36wt %和3.62wt % (表 2)，这指示了雷州半岛玛珥湖玄武岩同样遭受了轻微的蚀变作用。因此，本次实验同样对雷州半岛干玛珥湖基底的玄武岩进行了氢氟酸的浸泡。第四，用玄武岩玻璃或基质进行K-Ar年龄测试时还应该考虑过剩氩和继承氩的影响。玄武岩中的橄榄石和辉石斑晶是过剩氩的主要来源，而碱性玄武岩中还可能含有橄榄石捕掳晶，这是继承氩的主要来源。过剩氩和继承氩均可造成玄武岩样品的K-Ar年龄测定值偏高[38, 42, 44~45]。已有研究[43]建议用电磁选的方法将橄榄石和辉石分离出来：全岩在低磁场强度下被分成磁性和非磁性的亚组，几乎所有的斑晶都集中在非磁性部分，而玄武岩基质则集中在磁性部分。这一方法可以在很大程度上消除过剩氩和继承氩的影响，对年龄值的矫正可以达到5 % ~10 %。雷州半岛干玛珥湖基底的玄武岩在显微镜下观察也有一些橄榄石和辉石的斑晶，可能存在过剩氩的影响，因此，我们在实验过程中利用磁选法进行了分离，基本上除去橄榄石和辉石斑晶。最后，由于测试的样品非常年轻且样品的K含量过低(< 1 wt %)，在实验过程中需要增大样品量，这一过程会增加包裹样品锡纸里混入空气的可能性，从而混入大气氩。因此在实验过程中需要延长样品加入去气和抽真空的时间[46]。仪器状态方面，测试过程中获得的黑云母国际标样ZBH的测试结果为131.9±1.3 Ma，在误差范围内与该标样的推荐值132.9 Ma非常吻合[47]，测试过程中的本底值也达到测试要求。基于上述两点，我们认为本次实验测试的雷州半岛干玛珥湖基底玄武岩的K-Ar年龄是相对准确且可靠的。
4.2 对湖泊沉积物来源的指示明确沉积物的来源是利用湖泊积物地球化学代用指标有效地进行气候重建的一个重要前提[48~50]。比如在研究湖光岩玛珥湖过程中，关于沉积物物源的认识就带来了古气候重建的不确定性[51~54]。Zhou等[52]通过对比黄土、湖盆沉积物以及当地玄武岩中的钛含量，认为湖光岩玛珥湖沉积物钛主要来自当地玄武岩的风化产物，随地表径流进入湖盆，钛含量反映的是湖泊水文条件的变化；他们利用黄土、湖盆沉积物以及当地玄武岩的放射性Sr-Nd同位素、Nb/Ta和Zr/Hf的比值进一步证明，玛珥湖沉积物主要来源是当地玄武岩风化产物随地表径流进入湖盆[53]；谢曼曼等[54]研究认为Ti来自于碎屑物搬运，Ti含量的高低对应降水量的多少。关于田洋、青桐洋和九斗洋湖盆沉积物的来源，前人尚未做过相关研究。在风化过程中铝[55~56]和钛[57~59]经常被看成不活动元素而用于指示其他元素的行为[60~61]。Al2O3/TiO2指数是1985年由Rocha Filho等[62]提出，Duzgoren-Aydin等[60]通过大量实验证明了Al2O3/TiO2追溯母岩的可行性；Al2O3/TiO2可以作为追溯风化产物母岩的一个重要参数[60, 63~64]。以田洋为例，通过比较田洋沉积物[14]、玛珥湖基底玄武岩、同一期次玛珥湖附近英峰岭出露的地表玄武岩[36]以及北方黄土[65~66]的Al2O3/TiO2比值(图 6)，可以看出，田洋沉积物和田洋基底玄武岩有着良好的线性相关关系，这表明田洋沉积物主要来源于当地的玄武岩风化的产物，而不是来自于更远的源区。郑卓和Guiot[15]通过田洋的花粉数据重建了雷州半岛400 ka的古气候，表明该地以前间冰期温度与当代温度类似，年降水量可能比现代降水多1300~1600 mm。在这种自然条件下，当地出露的玄武岩强烈风化，形成大规模的红土风化壳，在地表径流作用下，一部分风化产物汇入湖盆，奠定了湖盆沉积物的物质基础。
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图 6 田洋沉积物、田洋、九斗洋和青桐洋基底玄武岩、同一期次附近英峰岭出露的地表玄武岩以及北方黄土的Al2O3/TiO2图解 数据来源：田洋沉积物[14]，英峰岭玄武岩[36]，北方黄土[65~66] Fig. 6 Al2O3/TiO2 diagram of Tianyang sediment, basalts from the bottom of Tianyang maar lake、Jiudouyang maar lake and Qingtongyang maar lake, basalt from Yingfengling which is close to Tianyang and wind-blown dust from North China. The databases plotted are as follows:Tianyang sediment[14]; Yingfengling basalt[36]; Dust from North China[65~66] |
从前文3.2得知，雷州半岛玛珥湖基底的玄武岩是由橄榄石、辉石、长石以及玻璃质组成的，它们在物理风化的过程中可以为玛珥湖提供非粘土碎屑矿物质。此外，由于缺少抗风化能力的矿物，这些玄武岩也极易发生化学风化。通过对雷琼地区早更新世玄武岩风化壳的岩石学矿物学研究，火山玻璃、辉石、斜长石均会经过交代作用变成伊利石或者绿泥石，随着K的淋失，伊利石或者绿泥石分解为蒙脱石，随后蒙脱石变成高岭石，在进一步的淋溶过程中，高岭石脱硅形成三水铝石[67~68]。岩石受淋滤和化学风化作用较强时，碱金属、碱土金属流失后易形成阳离子为Si、Al的高岭石，因此高岭石是低纬度地区湖泊沉积物中主要的粘土矿物，是强化学风化和淋滤作用的环境指示矿物。雷州半岛地区风化强烈，水分充足，高岭石及其变种广泛存在于风化的各个阶段，是雷州半岛风化剖面最主要的粘土矿物。由田洋玛珥湖周边的风化剖面各层红土粘土矿物分布可以看出，各层红土风化产物中均以高岭石、三水铝石以及赤铁矿为主，同时伴有伊利石、绿泥石和蒙脱石等中间产物。这些粘土矿物及其次生矿物均有可能随着地表径流汇入湖盆，作为湖盆的物质来源之一。
5 结论玛珥湖是火山射汽喷发而形成的封闭湖泊，是形成和保存高分辨沉积记录的理想场所，为我们研究古气候和古环境变化提供了很好的材料。本研究对雷州半岛干玛珥湖的基底玄武岩的进行K-Ar年龄测定、主量元素测定以及田洋玛珥湖附近典型风化剖面X射线衍射(XRD)测试，得出了以下两个主要结论：
(1) 田洋、九斗洋和青桐洋是雷州半岛早中更新世晚期到中更新世早期的石峁岭期火山射气岩喷发而形成的。具体的喷发时间分别是0.73~0.87 Ma、0.81~1.08 Ma和0.82 Ma。
(2) 对干玛珥湖基底玄武岩的地球化学组成研究显示，田洋、九斗洋和青桐洋3个玛珥湖基底玄武岩均属于石英拉斑玄武岩。通过田洋沉积物和田洋基底玄武岩的Al2O3-TiO2图解已经证明，这一次火山喷发形成的大规模石英拉斑玄武岩的风化产物是玛珥湖沉积物的主要来源，这些物质主要是高岭石及其变种、三水铝石以及赤铁矿等铁的氧化物和氢氧化物，玄武岩风化过程中还有少量蒙脱石、伊利石、绿泥石等中间产物，可能也会随地表径流进入湖盆。本研究为进一步开展该地区玛珥湖的第四纪地质学和古气候研究提供了基础资料。
致谢: 感谢中山大学郑卓教授、南京大学弋双文、刘连文、张肖剑、王珧、吕恒志等老师和同学在野外采样的帮助；感谢中国地震局地质研究所的武颖老师、南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室的潘宇观老师和解文俐老师在实验测试中给予的帮助。
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Negendank J F W, Zolitschka B. Maars and Maar Lakes of the Westeifel Volcanic Field[M]. Berlin Heidelberg: Springer, 1993: 61-80.
|
| [2] |
刘嘉麒, 刘东生, 储国强, 等. 玛珥湖与纹泥年代学[J]. 第四纪研究, 1996(4): 353-358. Liu Jiaqi, Liu Tungsheng, Chu Guoqiang, et al. Maar lake and varve chronology[J]. Quaternary Sciences, 1996(4): 353-358. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.1996.04.008 |
| [3] |
Lorenz V. On the formation of maars[J]. Bulletin Volcanologique, 1973, 37(2): 183-204. DOI:10.1007/BF02597130 |
| [4] |
苏志华, 李宏卫, 李红中, 等. 中国玛珥湖的气候记录研究评述[J]. 中山大学研究生学刊(自然科学、医学版), 2009, 30(1): 65-71. Su Zhihua, Li Hongwei, Li Hongzhong, et al. Study on high-resolution climatic records from maar lake in China[J]. Journal of the Graduates Sun Yat-sen University(Natural Sciences, Medicine), 2009, 30(1): 211-216. |
| [5] |
刘东生, 刘嘉麒, 吕厚远. 玛珥湖高分辨率古环境研究的新进展[J]. 第四纪研究, 1998(4): 289-296. Liu Tungsheng, Liu Jiaqi, Lü Houyuan. Progress in high-resolution paleoenvironment research from maar lake[J]. Quaternary Sciences, 1998(4): 289-296. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.1998.04.001 |
| [6] |
郭正府, 刘嘉麒, 储国强, 等. 湖光岩玛珥湖火山灰的成分及其来源[J]. 第四纪研究, 2002, 22(3): 266-272. Guo Zhengfu, Liu Jiaqi, Chu Guoqiang, et al. Composition and origin of tephar of the Huguangyan Maar Lake[J]. Quaternary Sciences, 2002, 22(3): 266-272. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.2002.03.010 |
| [7] |
刘嘉麒, Negendank J F W, 王文远, 等. 中国玛珥湖的时空分布与地质特征[J]. 第四纪研究, 2000, 20(1): 78-86. Liu Jiaqi, Negendank J F W, Wang Wenyuan, et al. The distribution and geological characteristics of maar lakes in China[J]. Quaternary Sciences, 2000, 20(1): 78-86. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.2000.01.013 |
| [8] |
刘嘉麒, 伍婧, 储国强, 等. 玛珥湖古气候环境研究进展[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2013, 32(6): 639-650. Liu Jiaqi, Wu Jing, Chu Guoqiang, et al. Progress of palaeoelimatic and palaeoenvironmental studies on maar lakes[J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 2013, 32(6): 639-650. |
| [9] |
王文远, 刘嘉麒. 玛珥湖与过去全球变化研究[J]. 地球科学进展, 2000, 15(5): 604-608. Wang Wenyuan, Liu Jiaqi. Maar lake and past global change[J]. Advance in earth sciences, 2000, 15(5): 604-608. DOI:10.3321/j.issn:1001-8166.2000.05.020 |
| [10] |
储国强, 刘嘉麒. 中国玛珥湖及其研究意义[J]. 岩石学报, 2018, 1(34): 4-12. Chu Guoqiang, Liu Jiaqi. Maar lakes in China and the significance in paleoclimatic research[J]. Acta Petrologica Sinica, 2018, 1(34): 4-12. |
| [11] |
匡欢传, 周浩达, 胡建芳, 等. 末次盛冰期和全新世大暖期湖光岩玛珥湖沉积记录的构烷烃和单体稳定碳同位素分布特征及其古植被意义[J]. 第四纪研究, 2013, 33(6): 1222-1233. Kuang Huanchuan, Zhou Haoda, Hu Jianfang, et al. Variations of n-alkanes and compound-specific carbon isotopes in sediment from Huguangyan maar lake during the Last Glacial Maximum and Holocene Optimum:Implications for paleovegetation[J]. Quaternary Sciences, 2013, 33(6): 1222-1233. DOI:10.3969/j.issn.1001-7410.2013.06.18 |
| [12] |
鹿化煜, 张瀚之, 王逸超, 等. 渭河盆地新生代沉积序列与亚洲季风气候起源演化[J]. 第四纪研究, 2018, 38(5): 1057-1067. Lu Huayu, Zhang Hanzhi, Wang Yichao, et al. Cenozoic depositional sequence in the Weihe Basin(Central China):A long-term record of Asian monsoon precipitation from the greenhouse to icehouse Earth[J]. Quaternary Sciences, 2018, 38(5): 1057-1067. |
| [13] |
蒋文静, 赵侃, 陈仕涛, 等. 小冰期十年际尺度亚洲季风变化的四川黑竹沟洞石笋记录[J]. 第四纪研究, 2017, 37(1): 118-129. Jiang Wenjing, Zhao Kan, Chen Shitao, et al. Decadal climate oscillations during the Little Ice Age of stalagmite record from Heizhugou Cave, Sichuan[J]. Quaternary Sciences, 2017, 37(1): 118-129. |
| [14] |
陈俊仁, 黄成彦, 林茂福, 等. 广东田洋火山湖第四纪地质[M]. 北京: 地质出版社, 1990: 1-197. Chen Junren, Huang Chengyan, Lin Maofu, et al. Quaternary Geology of Tianyang Volcanic Lake, Guangdong Province[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1990: 1-197. |
| [15] |
郑卓, Guiot Joël. 我国热带地区40万年以来古气候的定量恢复[J]. 中山大学学报(自然科学版), 1999, 38(6): 95-99. Zheng Zhuo, Guiot Joël. A 400000-year paleoclimate reconstruction in tropical region of China[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni, 1999, 38(6): 95-99. |
| [16] |
陈俊仁, 姚伯初, 吴能友. 湛江田洋玛珥湖孢粉组合与古气候变化[J]. 广东地质, 2002, 17(3): 21-32. Chen Junren, Yao Bochu, Wu Nengyou. Pollen assemblages and paleoclimate changes from a core in Tianyang maar lake of Zhanjiang[J]. Guangdong Geology, 2002, 17(3): 21-32. |
| [17] |
杨木壮, 谢献春, 陈俊仁. 雷州半岛田洋玛珥湖湿地沉积证据及古环境意义[J]. 海洋地质动态, 2006, 22(7): 26-29. Yang Muzhuang, Xie Xianchun, Chen Junren. Wetland depositional records and paleoenvironment significance of Tianyang maar lake in the Leizhou Peninsula[J]. Marine Geology Letters, 2006, 22(7): 26-29. DOI:10.3969/j.issn.1009-2722.2006.07.006 |
| [18] |
杨士雄, 郑卓, 宗永强, 等. 田洋玛珥湖中更新世以来磁化率特征及其环境意义[J]. 中山大学学报(自然科学版), 2012, 51(3): 121-127. Yang Shixiong, Zheng Zhuo, Zong Yongqiang, et al. Characteristics and environmental significance of magnetic susceptibility of the Tianyang maar lake since Middle Pleistocene[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni, 2012, 51(3): 121-127. |
| [19] |
郑卓, 雷作淇. 雷州半岛南部近40万年以来的古植被与古生态——田洋湖钻孔孢粉数值分析[J]. 中山大学学报论丛, 1992, 12(1): 147-160. Zheng Zhuo, Lei Zuoqi. Paleoflora and paleoecology during the last 400, 000 years in the volcanic terrace of the Leizhou Peninsula-Numerical analysis for the palynological data of Tianyang core[J]. Supplement to the Journal of Sunyatsen University, 1992, 12(1): 147-160. |
| [20] |
孙嘉诗. 南海北部及广东沿海新生代火山活动[J]. 海洋地质与第四纪地质, 1991, 11(3): 45-67. Sun Jiashi. Cenozoic volcanic activity in the northern South China sea and Guangdong coastal area[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 1991, 11(3): 45-67. |
| [21] |
隋淑珍, 王文远. 广东田洋古玛珥湖TY2孔基底岩芯的年龄探讨[J]. 第四纪研究, 2003, 23(2): 232. Sui Shuzhen, Wang Wenyuan. The discussion of the bottom age of TY2 core from paleo-maar-lake Tianyang, Guangdong Province[J]. Quaternary Sciences, 2003, 23(2): 232. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.2003.02.015 |
| [22] |
冯璜, 张惠芬, 王辅亚. 雷州半岛硅藻土中的硅藻及其化学成分[J]. 矿物学报, 1995, 15(1): 29-35. Feng Huang, Zhang Huifen, Wang Fuya. Genera, species and chemical composition of diatoms from Guangdong Province[J]. Acta Mineralogica Sinca, 1995, 15(1): 29-35. DOI:10.3321/j.issn:1000-4734.1995.01.006 |
| [23] |
Tu K, Flower M F J, Carlson R W, et al. Sr, Nd, and Pb isotopic compositions of Hainan basalts(South China):Implications for a subcontinental lithosphere Dupal source[J]. Geology, 1991, 19(6): 567-569. DOI:10.1130/0091-7613(1991)019<0567:SNAPIC>2.3.CO;2 |
| [24] |
黄镇国, 蔡福祥. 雷琼第四纪火山活动的新认识[J]. 热带地理, 1994, 14(1): 1-10. Huang Zhenguo, Cai Fuxiang. A new approach to the Quaternary volcanicity in the Leiqiong area[J]. Tropical Geography, 1994, 14(1): 1-10. |
| [25] |
朱炳泉, 王慧芬, 杨学昌. 中国东部新生代火山作用时代与构造环境变迁[J]. 地球化学, 1988(3): 209-215. Zhu Bingquan, Wang Huifen, Yang Xuechang. Geochronology of Cenozoic volcanism in East China and global changes of tectonic environment[J]. Geochimica, 1988(3): 209-215. DOI:10.19700/j.0379-1726 |
| [26] |
黄镇国, 蔡福祥, 韩中元. 雷琼第四纪火山[M]. 北京: 科学出版社, 1993: 1-7. Huang Zhenguo, Cai Fuxiang, Han Zhongyuan. The Quaternary Volcano of Leizhou Peninsula and Hainan Island[M]. Beijing: Science Press, 1993: 1-7. |
| [27] |
刘嘉麒. 中国火山[M]. 北京: 科学出版社, 1999: 219. Liu Jiaqi. Volcanoes in China[M]. Beijing: Science Press, 1999: 219. |
| [28] |
白志达, 徐德斌, 魏海泉, 等. 琼北马鞍岭地区第四纪火山活动期次划分[J]. 地震地质, 2003, 25(s1): 12-20. Bai Zhida, Xu Debin, Wei Haiquan, et al. Division of the active period of Quaternary volcanism in Maanling, Northern Hainan Province[J]. Seismology and Geology, 2003, 25(s1): 12-20. |
| [29] |
樊祺诚, 孙建中. 琼北第四纪玄武岩的岩石学和地球化学[J]. 科学通报, 1987, 32(4): 287-291. Fan Qicheng, Sun Jianzhong. Petrology and geochmistry of Quaternary basalt in north Hainan Island[J]. Chinese Science Bulletin, 1987, 32(4): 287-291. |
| [30] |
樊祺诚, 孙谦, 李霓, 等. 琼北火山活动分期与全新世岩浆演化[J]. 岩石学报, 2004, 20(3): 533-544. Fan Qicheng, Sun Qian, Li Ni, et al. Periods of volcanic activity and magma evolution of Holocene in North Hainan Island[J]. Acta Petrologica Sinica, 2004, 20(3): 533-544. |
| [31] |
黄玉崑. 南海北部沿岸晚第三纪以来地壳运动的基本特征[J]. 中山大学学报(自然科学版), 1980, 19(3): 54-63. Huang Yukun. The fundamental charaeteristies of crustal movements along the northern coasts of South China Sea since the Neogene[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni, 1980, 19(3): 54-63. |
| [32] |
汪啸风. 海南岛地质[M]. 北京: 地质出版社, 1992: 167-183. Wang Xiaofeng. Geology of Hainan[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1992: 167-183. |
| [33] |
张虎男, 赵希涛. 雷琼地区新构造运动的特征[J]. 地质科学, 1984(3): 276-287. Zhang Hunan, Zhao Xitao. Characteristics of the neothctonic mowement in the Hainan Island and Leizhou Peninsula area[J]. Science Geologica Sinica, 1984(3): 276-287. |
| [34] |
冯国荣. 华南沿海晚新生代玄武岩基本特征及其与构造环境的关系[J]. 中山大学学报论丛, 1992, 12(1): 93-103. Feng Guorong. Basic characteristics and relationship to tectonic environment of the Late Cenozoic basalts along the coast of South China Sea[J]. Supplement to the Journal of Sunyatsen University, 1992, 12(1): 93-103. |
| [35] |
郑卓, 王建华, 王斌, 等. 海南岛双池玛珥湖全新世高分辨率环境纪录[J]. 科学通报, 2003, 48(3): 282-286. Zheng Zhuo, Wang Jianhua, Wang Bin, et al. Holocene magnetic susceptibility from Shuangchi maar lake, Hainan Island and its environmental significance[J]. Chinese Science Bulletin, 2003, 48(3): 282-286. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2003.03.017 |
| [36] |
韩江伟, 熊小林, 朱照宇. 雷琼地区晚新生代玄武岩地球化学:EM2成分来源及大陆岩石圈地幔的贡献[J]. 岩石学报, 2009, 25(12): 3208-3220. Han Jiangwei, Xiong Xiaolin, Zhu Zhaoyu. Geochemistry of Late-Cenozonic basalts from Leiqiong aera:The origin of EM2 and the contribution from sub-continental lithosophere mantle[J]. Acta Petrologica Sinica, 2009, 25(12): 3208-3220. |
| [37] |
陈俊仁, 姚伯初, 吴能友. 湛江田洋玛珥湖的形成与演化[J]. 广东地质, 2002, 17(1): 12-18. Chen Junren, Yao Bochu, Wu Nengyou. Formation and evolution of maar lake in Tianyang, Zhanjiang[J]. Guangdong Geology, 2002, 17(1): 12-18. |
| [38] |
刘玉琳, 苗国均, 黄宝玲. 钾-氩和氩-氩定年样品的送样要求及预处理[J]. 岩矿测试, 2003, 22(4): 297-299. Liu Yulin, Miao Guojun, Huang Baoling. Requirement and preprocessing of K-Ar and Ar-Ar dating samples[J]. Rock and Mineral Analysis, 2003, 22(4): 297-299. DOI:10.3969/j.issn.0254-5357.2003.04.011 |
| [39] |
Steiger R H, Jäger E. Subcommission on geochronology:Convention on the use of decay constants in geo-and cosmochronology[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1977, 36(3): 359-362. DOI:10.1016/0012-821X(77)90060-7 |
| [40] |
Cross W, Iddings J P, Pirsson L V, et al. A quantitative chemico-mineralogical classification and nomenclature of igneous rocks[J]. Journal of Geology, 1902, 10(6): 555-690. DOI:10.1086/621030 |
| [41] |
杨晓东, 赵希涛, 吴中海, 等. 南京六合地区新近纪玄武岩的Ar-Ar年龄结果及其地质意义[J]. 第四纪研究, 2018, 38(3): 705-710. Yang Xiaodong, Zhao Xitao, Wu Zhonghai, et al. Ar-Ar geochronology of basalts in Liuhe area, Nanjing and its geological significance[J]. Quaternary Sciences, 2018, 38(3): 705-710. |
| [42] |
刘玉琳, 金小鸿, 雷永良, 等. 火山岩样品的预处理及其对K-Ar年龄值的矫正[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2004, 40(2): 189-192. Liu Yulin, Jin Xiaohong, Lei Yongliang, et al. Preprocessing of volcanic rocks and its influence to age of K-Ar dating[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2004, 40(2): 189-192. DOI:10.3321/j.issn:0479-8023.2004.02.003 |
| [43] |
Horn P M U D. A differential etching and magnetic separation approach whole-rock potassium-argon dating of basaltic rocks[J]. Geochemical Journal, 1988, 22(3): 115-128. DOI:10.2343/geochemj.22.115 |
| [44] |
穆治国, 刘玉林, 黄宝玲. 细粒橄榄石晶粒对中国晚新生代橄榄玄武岩K-Ar定年的影响[J]. 科学通报, 1998, 43(7): 764-766. Mu Zhiguo, Liu Yulin, Huang Baoling. Influeuce of olivine grains on K-Ar dating of Late-Cenozoic olivine basalts in Eastern China[J]. Chinese Science Bulletin, 1998, 43(7): 764-766. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.1998.07.022 |
| [45] |
陈文寄, 李齐, 李大明, 等. 中、新生代火山岩年龄测定中的几个值得重视的问题[J]. 地质论评, 1999, 45(S1): 72-81. Chen Wenji, Li Qi, Li Daming, et al. Some major problems in the dating of Mesozoic and Cenozoic volcanic rocks[J]. Geological Review, 1999, 45(S1): 72-81. |
| [46] |
桑海清, 裘冀, 王松山, 等. 同位素稀释质谱法对年青玄武岩K-Ar年龄的测定[J]. 质谱学报, 1996, 17(4): 19-24. Sang Haiqing, Qiu Ji, Wang Songshan, et al. Determination of K-Ar ages on some young basalts by IDMS[J]. Journal of Chinese Mass Spectrometry Society, 1996, 17(4): 19-24. |
| [47] |
桑海清, 王非, 贺怀宇, 等. K-Ar法地质年龄国家一级标准物质ZBH-25黑云母的研制[J]. 岩石学报, 2006, 22(12): 237-256. Sang Haiqing, Wang Fei, He Huaiyu, et al. Intercalibration of ZBH -25 biotite reference material untilized for K-Ar and 40Ar-39Ar age determination[J]. Acta Petrologica Sinica, 2006, 22(12): 237-256. |
| [48] |
贾红娟, 汪敬忠, 秦小光, 等. 罗布泊地区晚冰期至中全新世气候特征及气候波动事件[J]. 第四纪研究, 2017, 37(3): 510-521. Jia Hongjuan, Wang Jingzhong, Qin Xiaoguang, et al. Climate and abrupt events record in the Lop Nur region Late Glacial to the middle Holocene[J]. Quaternary Sciences, 2017, 37(3): 510-521. |
| [49] |
张恩楼, 孙伟伟, 刘恩峰, 等. 末次冰盛期以来洱海沉积物元素碳同位素特征与区域植被组成变化[J]. 第四纪研究, 2017, 37(5): 1027-1036. Zhang Enlou, Sun Weiwei, Liu Enfeng, et al. Vegetation change reconstructed by a stable isotope record of elemental carbon from Lake Erhai, Southwest China since the Last Glacial Maximum[J]. Quaternary Sciences, 2017, 37(5): 1027-1036. |
| [50] |
阳小兰, 张茹春, 张振, 等. 安固里淖湖近5000年来环境变化的孢粉及地球化学沉积记录[J]. 第四纪研究, 2017, 37(1): 130-142. Yang Xiaolan, Zhang Ruchun, Zhang Zhen, et al. Environmental change since 5000 cal.a B.P. in the Anguli-Nuur Lake area based on palynological and geochemical records[J]. Quaternary Sciences, 2017, 37(1): 130-142. |
| [51] |
Yancheva G, Nowaczyk N R, Mingram J, et al. Influence of the intertropical convergence zone on the East Asian monsoon[J]. Nature, 2007, 445(7123): 74-77. DOI:10.1038/nature05431 |
| [52] |
Zhou H, Guan H, Chi B. Record of winter monsoon strength[J]. Nature, 2007, 450(7168): E10-E11. DOI:10.1038/nature06408 |
| [53] |
Zhou H, Wang B, Guan H, et al. Constraints from strontium and neodymium isotopic ratios and trace elements on the sources of the sediments in Lake Huguang Maar[J]. Quaternary Research, 2009, 72(2): 289-300. DOI:10.1016/j.yqres.2009.06.005 |
| [54] |
谢曼曼, 孙青, 王宁, 等. 1200年来湖光岩玛珥湖高分辨率元素地球化学记录[J]. 第四纪研究, 2015, 35(1): 152-159. Xie Manman, Sun Qing, Wang Ning, et al. High resolution elements geochemical record during the past 1200 years in Huguangyan Maar Lake[J]. Quaternary Sciences, 2015, 35(1): 152-159. |
| [55] |
Middelburg J J, van der Weijden C H, Woittiez J R W. Chemical processes affecting the mobility of major, minor and trace elements during weathering of granitic rocks[J]. Chemical Geology, 1988, 68(3): 253-273. |
| [56] |
Nesbitt H W, Young G M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites[J]. Nature, 1982, 299(5885): 715-717. DOI:10.1038/299715a0 |
| [57] |
Brimhall G H, Lewis C J, Ague J J, et al. Metal enrichment in bauxites by deposition of chemically mature aeolian dust[J]. Nature, 1988, 333(6176): 819-824. DOI:10.1038/333819a0 |
| [58] |
Nesbitt H W, Markovics G. Weathering of granodioritic crust, long-term storage of elements in weathering profiles, and petrogenesis of siliciclastic sediments[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1997, 61(8): 1653-1670. DOI:10.1016/S0016-7037(97)00031-8 |
| [59] |
Nesbitt H W, Wilson R E. Recent chemical weathering of basalts[J]. American Journal of Science, 1992, 292(10): 740-777. DOI:10.2475/ajs.292.10.740 |
| [60] |
Duzgoren-Aydin N S, Aydin A, Malpas J. Re-assessment of chemical weathering indices:Case study on pyroclastic rocks of Hongkong[J]. Engineering Geology, 2002, 63(1): 99-119. |
| [61] |
Gong Q, Deng J, Yang L, et al. Behavior of major and trace elements during weathering of sericite-quartz schist[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2011, 42(1-2): 1-13. DOI:10.1016/j.jseaes.2011.03.003 |
| [62] |
Rocha Filho P, Antunes F S, Falcao M F G. Qualitative influence of the weathering upon the mechanical properties of a young gneiss residual soil[C]//Proceedings of First International Conference on Geomechanics in Tropical Lateritic and Saptolitic Soils, Brasilia, 1985, 23(1): 281-294.
|
| [63] |
Gong Q, Deng J, Jia Y, et al. Empirical equations to describe trace element behaviors due to rock weathering in China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2015, 152: 110-117. DOI:10.1016/j.gexplo.2015.02.004 |
| [64] |
严桃桃, 龚庆杰, 李金哲, 等. Al2O3/Ti:风化与蚀变过程中的原岩示踪[J]. 岩石学报, 2016, 32(8): 2425-2432. Yan Taotao, Gong Qingjie, Li Jinzhe, et al. Al2O3/Ti:Protoliths tracer in process of weathering and alteration[J]. Acta Petrologica Sinica, 2016, 32(8): 2425-2432. |
| [65] |
Gallet S, Jahn B M, Torii M. Geochemical characterization of the Luochuan loess-paleosol sequence, China, and paleoclimatic implications[J]. Chemical Geology, 1996, 133(1-4): 67-88. DOI:10.1016/S0009-2541(96)00070-8 |
| [66] |
Jahn B M, Gallet S, Han J. Geochemistry of the Xining, Xifeng and Jixian sections, Loess Plateau of China:Eolian dust provenance and paleosol evolution during the last 140 ka[J]. Chemical Geology, 2001, 178(1): 71-94. |
| [67] |
汪寿松, 李康, 韩秀伶, 等. 海南岛红土风化壳的矿物成分及其形成机理[J]. 中国科学(D辑), 1983, 13(3): 270-278. Wang Shousong, Li Kang, Han Xiuling, et al. Mineral composition and formation mechanism of lateristic weathering crust in Hainan Island[J]. Science in China(Series D), 1983, 13(3): 270-278. |
| [68] |
文国高, 文启忠, 朱照宇, 等. 雷州半岛英峰岭剖面多期红土矿物学特征初步研究[J]. 矿物岩石地球化学通报, 1997, 16(3): 7-11. Wen Guogao, Wen Qizhong, Zhu Zhaoyu, et al. A preliminary study of mineral characteristics of multicyclic red soils in Yingfengling section in Leizhou Peninsula[J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 1997, 16(3): 7-11. |
Abstract
Leizhou Peninsula in Southern China is a core region which is affected by the Asian monsoon circulation. The sedimentary sequences of three dry maar lakes in this region, namely Tianyang Lake (20°31'10.08"N, 110°18'02.66"E), Qingtongyang Lake (20°34'07.59"N, 110°09'48.1"E) and Jiudouyang Lake (20°38'08.78"N, 110°02'05.13"E) can provide pivotal evidence for revealing the orbital scale variations of Asian monsoon in low-latitude regions. In order to obtain the chronology control of sedimentary sequence and reveal paleoclimate implication of the sediment proxy indexes, it is fundamental to clarify the age and geochemical composition of basalts at the base of these dry maar lakes, and to understand the possible impact of their weathering products to the lake deposits. In this study, we carried out K-Ar dating and geochemical analysis on these basalts, and measured the clay minerals of the weathering soil profiles surrounding these maar lakes. On the basis of our analyses, the following conclusions are drawn:(1) K-Ar dating results show that the Tianyang maar lake was formed between 0.73 Ma to 0.87 Ma. Meanwhile, we firstly reported that the Qingtongyang maar lake and Jiudouyang maar lake were formed at 0.82 Ma and 0.81 Ma to 1.08 Ma, respectively. All of these maar lakes are formed by phreatomagmatic eruption at the Shimaoling period during the Early Pleistocene to early Middle Pleistocene in Southern China. (2) The basalts from these maar lakes belong to quartz tholeiites, which are also widely distributed around these maar lakes in the same period. The weathered products of these basalts are mainly composed by kaolinite, gibbsite and hematite. In the period of a heavy precipitation, the products of physical and chemical weathering were transported into the lake basin along with the surface runoff, which are the main sources of the sediments in these maar lakes. This result provides a fundamental understanding for the ongoing investigation of orbital monsoon precipitation variation in Pleistocene in Southern China.