2019, Vol. 28
PDF
扎鲁特地区更新统沉积物以赤峰黄土与乌尔吉组为主, 因其分布广泛, 沉积连续的特点, 在研究区古气候变化研究中发挥了重大作用.前人对更新统沉积, 尤其是更新统黄土的研究主要集中于黄土高原地区[1-3], 其次是青藏高原周边及中国东部地区更新统沉积物研究[4-5].但内蒙古东部地区更新统沉积物研究相对薄弱, 丁秋红等[6]在研究区通过对乌尔吉组、赤峰黄土光释光年龄、及第四系孢粉分析, 进行了初步的古气候环境分析.研究区周边的科尔沁沙地北西部有少数研究人员通过对第四系更新统粒度[7-8]、光释光年龄[9]及沉积物化学特征[10]研究, 对更新统沉积环境进行了初步分析研究.本文通过对研究区第四系更新统沉积特征进行系统、高分辨率分析研究, 结合光释光、粒度、碳酸盐、磁化率、孢粉、主量及微量元素等特征, 提取其中的沉积环境信息, 系统分析所指示的区域古气候环境演变过程.
1 研究区概况及地层划分研究区位于内蒙古中东部通辽市扎鲁特旗, 处于大兴安岭造山带与松辽盆地过渡带中段, 位于科尔沁沙地北西边缘, 受松辽盆地西缘断裂影响[11-12], 新构造运动比较活跃.更新统中晚期, 研究区受差异性升降运动、下切作用及东亚季风区的影响[7, 9], 更新统沉积物在研究区广泛发育, 以乌尔吉组为主, 总体呈北西向带状分布; 赤峰黄土在切割较深地段零星出露(图 1).
|
图 1 研究区地质略图 Fig.1 Geological sketch map of the study area 1-河流冲积物(river alluvium); 2-湖沼堆积物(lake deposits); 3-风成砂(eolian sand); 4-乌尔吉组(Wuerji fm.); 5-赤峰黄土(Chifeng loess); 6-早白垩世火山岩(Early Cretaceous volcanic rock); 7-晚侏罗世火山岩(Late Jurassic volcanic rock); 8-晚二叠世变质岩(Late Permian metamorphic rock); 9-早白垩世侵入岩(Early Cretaceous intrusion); 10-取样位置(sampling location) |
经过对扎鲁特旗及其周边地区详细野外调查, 本文选择位于扎鲁特旗西工农屯南部的更新统赤峰黄土、乌尔吉组剖面作为研究对象(图 2、3), 该剖面地理坐标120°38′52″E, 44°37′01″N, 总长5.6 m.乌尔吉组覆盖在赤峰黄土之上, 其中:5.6~5.3 m为下白垩统白音高老组角砾沉凝灰岩, 5.30~2.29 m为赤峰黄土, 2.29~0.30 m为乌尔吉组.赤峰黄土从下至上可分为5段:5.30~5.01 m沉积物主要为砖红色亚黏土夹白色钙质条带; 5.01~4.63 m沉积物主要为灰褐色亚黏土夹砖红色古土壤团块(图 4); 4.63~3.65 m沉积物主要为灰褐色亚砂土夹砖红色古土壤团块; 3.65~3.25 m沉积物主要为砖红色亚黏土与土黄色亚黏土互层; 3.25~2.29 m沉积物主要为浅黄色、浅灰色、砖红色亚黏土互层.乌尔吉组从下至上可分为3段:2.29~2.09 m沉积物主要为浅黄色亚砂土, 含钙质结核; 2.09~1.21 m沉积物主要为土黄色含砾亚黏土; 1.21~0.30 m沉积物主要为浅黄色亚砂土, 柱状节理发育.
|
图 2 工农屯南乌尔吉组、赤峰黄土实测剖面 Fig.2 Surveyed section of Wuerji Formation and Chifeng loess in southern Gongnongtun |
|
图 3 赤峰黄土与乌尔吉组接触界线 Fig.3 The contact between Chifeng loess and Wuerji Formation |
|
图 4 赤峰黄土中夹砖红色古土壤团块 Fig.4 Chifeng loess with brick red paleosoil aggregates |
光释光(OSL)样品测试由中国地质科学院水文地质环境地质研究所完成, 在剖面1.85 m和4.4 m处采集到2个样品, 使用Daybreak 2200(美国)光释光仪测定.该系统兰光光源波长为470 nm, 半宽5 nm, 最大功率为60 mW/cm2; 红外光源波长为880 nm, 半宽10 nm, 最大功率为80 mW/cm2, 选择最大功率进行测量.预热温度为260 ℃ 10 s, 试验剂量预热温度220 ℃ 10 s.在实验室红光(波长640±10 nm)条件下打开样品, 先取20 g左右用于测定含水量及作U、Th、K含量分析.再取中心样品过180目筛, 将筛下部分放入烧杯中, 用浓度为40%的H2O2和30%的盐酸去除有机质和碳酸盐类, 然后加30%的氟硅酸腐蚀5天.用蒸馏水清洗至中性, 将中性悬浊液倒入烧杯, 根据静水沉降原理分离出4~11 μm的颗粒.将分离好的细颗粒组分充分摇匀后, 注入事先准备好的放了不锈钢片的漏斗中, 等颗粒完全沉淀在不锈钢片上后, 再将水慢慢滴尽, 放入烘箱中低温烘干(40 ℃), 最后制成细颗测片待测.
2.2 粒度粒度样品采自剖面0.1~5.3 m, 每10 cm采取1个样品, 共采集样品55个.测试由中国地质科学院水文地质环境地质研究所完成, 测试仪器为马尔文MS2000型激光粒度仪.取样品3~5 g, 放入100 mL的烧杯中, 注入10 mL浓度为2:1的双氧水溶液(双氧水与水体积比1:2), 进行加热, 注入蒸馏水防止烧干, 待溶液中不出现小气泡时注入10 mL浓度为2:1的盐酸溶液(盐酸:水体积比1:2), 然后注入蒸馏水防止烧干, 待溶液沸腾时取下.烧杯降温后, 注入50 mL左右的蒸馏水, 静止12 h, 抽取上部分清液, 剩余20 mL左右, 注入10 mL (36 g/1000 mL)的偏磷酸钠分散剂, 搅拌均匀将烧杯置于超声波振荡仪中, 震荡10 min左右, 功率50%, 进行测试.本文试验样品重复测试3次, 以检验其重复性, 重复误差小于2%.
2.3 碳酸盐碳酸盐样品采自剖面0.1~5.3 m, 每10 cm采取1个样品, 共采集样品55个.样品的碳酸盐含量测试在中国地质科学院水文地质环境地质研究所完成.测试采用烧失法:首先将坩锅放入105 ℃烘箱中干燥3 h, 之后放入干燥瓶中冷却至室温, 然后称重, 得到坩锅的质量M0; 将5 g左右样品放入上述已称重的坩锅中, 在105 ℃烘箱中干燥3 h, 冷却至室温, 然后称重, 得到烘干后的样品质量M1; 放入马弗炉加热至550 ℃, 灼烧4 h, 取出冷却至室温后再行称重M2; 将550 ℃下灼烧后剩余的样品加热至950 ℃, 再灼烧3 h, 称重M3.此烧失部分的质量乘以1.36(CO32-与CO2的分子量之比)后占干样质量的百分比, 即可代表碳酸盐(CO32-)的含量.通常以CaCO3分子量来计算土壤样品中碳酸盐的含量.
2.4 磁化率磁化率样品采自剖面0.1~5.3 m, 每10 cm采取1个样品, 共采集样品55个.磁化率测试在中国地质科学院水文地质环境地质研究所完成.送样品在实验室自然条件下风干, 然后研磨粉碎进行前处理.每个样品称重10 g左右, 然后用保鲜膜包好并贴上写有样品编号的标签, 最后放入仪器内进行测试.本实验室采用的磁化率测试仪器为英国Bartington公司生产的MS2型高低频磁化率仪, 该仪器产生的交变磁场强度约80 A/m.工作频率选择低频(0.47 kHz)和高频(4.7 kHz), 分别测得样品的低频质量磁化率和高频质量磁化率.为保证测试精度, 高、低频质量磁化率均重复测试6次, 并求出其算术平均值.最后用低频质量磁化率和高频质量磁化率计算得出频率磁化率.频率磁化率的计算公式为:频率磁化率(%)=(低频质量磁化率-高频质量磁化率)/低频质量磁化率×100%.
2.5 孢粉孢粉样品采自剖面0.1~5.3 m, 每10~20 cm采取1个样品, 孢粉含量稀少, 达到统计量样品仅6个.孢粉鉴定由中国地质科学院水文地质环境地质研究所完成.样品在实验室里采用氢氟酸处理, 过筛分析的方法, 样品取样量为80~200 g不等.花粉鉴定统计在400倍日本Olympus光学生物显微镜下进行, 每个样品的鉴定所统计花粉数是在观察统计4个玻片以上所得到, 大部分样品发现了孢粉化石.孢粉鉴定主要参考《中国植物花粉形态》 [13]和保存在河北省科学院地理科学研究所、河北师范大学资源与环境演变与生态建设重点实验室的现代孢粉标本.
2.6 常量、微量元素常量、微量元素样品在剖面2.29~3.35 m处采集5个样品, 0.30~2.29 m处采集5个样品.样品分析由河北地质矿产研究所实验室完成, 用于常量、微量元素的样品在室温下用醋酸浸泡去碳酸盐后获得酸不溶物, 将酸不溶物用去离子水清洗后烘干, 研磨至200目以下以备测试.常量元素采用X荧光光谱法(XRF)通过3080光谱仪进行测定, 大部分常量元素元素的误差小于3%, P2O5和MnO因为含量太低, 误差偶尔大于5%.烧失量与碳酸黏土矿物和有机质含量有关, 通过计算在950 ℃下加热1 h前后的质量差得出.微量元素通过ICP-MS测得, 测试误差小于10%.
3 结果分析 3.1 OLS测年结果分析根据扎鲁特旗西工农屯南部的更新统赤峰黄土、乌尔吉组剖面OSL样品的等效剂量(De)值和年剂量(D)数据进行计算, 得到的样品OSL年龄值如表 1所示, 埋深4.4 m赤峰黄土获得年龄为130.8±6.1 ka, 沉积时代置于中更新世晚期.埋深1.85 m乌尔吉组获得年龄为38.7±1.7 ka, 与丁秋红等[10]在该地区所测乌尔吉组年龄(40.4±1.9 ka~50.3±2.3 ka)大体一致, 沉积时代置于晚更新世.
|
表 1 研究区更新统光释光测年分析结果 Table 1 OSL dating results of Pleistocene deposits in the study area |
粒度的粗细能灵敏的记录当时气候的干湿状况, 是恢复古气候古环境状况的重要指标之一[14-15], 一般认为, 粗粒沉积物指示低水位时期的干旱气候, 细粒沉积物指示高水位时期的湿润气候, 粉砂含量指示湖泊物质输入量的大小, 粉砂含量越高, 指示湖泊物质输入量越大.
对剖面上得到的粒度数据按照黏土(小于4 μm)、粉砂(4~63 μm)、细砂(63~250 μm)、中砂(250~500 μm)、粗砂(大于500 μm)分类.通过沉积物粒度参数可推测沉积物的形成环境及搬运能力[14-15].平均粒径(Mz)表示粒度分析的集中趋势, 标准偏差(σ1)表示沉积物均一程度, 反映沉积物分选性的好坏, 偏度(SK1)反映沉积物颗粒频率分布对称性, 峰态(KG)主要表示沉积物粒度频率分布曲线的峰凸程度.通过福克沃德样品统计值图解法[16]计算出赤峰黄土与乌尔吉组粒度参数如表 2所示, 乌尔吉组Mz值为5.54~6.35, 平均为5.96; σ1值为1.74~2.16, 平均为1.96; SK1值为0.13~0.58, 平均为0.41; KG值为2.18~2.88, 平均为2.51.赤峰黄土组Mz值为5.33~6.35, 平均为5.84; σ1值为2.00~2.38, 平均为2.20; SK1值为0.10~0.65, 平均为0.36; KG值为1.84~2.75, 平均为2.15.综合分析上述所有指标, 赤峰黄土与乌尔吉组与洛川黄土、北庄黄土[3, 14]粒度参数特征相似, 是较典型风成物质粒级范围.
|
|
表 2 研究区更新统粒度主要参数表 Table 2 Main granularity parameters of Pleistocene deposits in the study area |
沉积物中的CaCO3有两种来源, 一是沉积过程中形成的, 这部分CaCO3为原生成分, 对研究影响古气候非常重要[17-20]; 另一部分是沉积物形成后由地下水带入形成的, 为次生成分, 它会影响古气候研究的精度, 在分析过程中应将其排除, 如沉积物中的一些方解石脉都是后期次生的.前人对黄土和湖泊沉积物研究表明[17-20], CaCO3的含量受降水的影响较为明显, 气候越是干旱, 其含量越高, 可以把CaCO3作为气候变干冷变化指标.在平面上地表腐殖土(0~0.3 m)受后期地下水影响, CaCO3含量为11.82%~13.18%(表 3); 乌尔吉组CaCO3变化不大, CaCO3为6.79%~9.98%, 平均为8.72%, 总体反映冷干的气候特征; 赤峰黄土变化较大, CaCO3含量为2.26%~17.66%%, 可见2个较明显的碳酸盐增高阶段:其中第1个增高段处于2.29~3.25 m, 沉积物为浅黄色、浅灰色、砖红色亚黏土互层, CaCO3为8.62%~15.88%, 平均为10.89%;第2个增高段处于4.91~5.30 m, 沉积物为砖红色亚黏土夹钙质条带, CaCO3为6.82%~17.66%, 平均为11.34%.表明赤峰黄土中存在2个较明显的干旱事件.
|
|
表 3 研究区更新统碳酸盐含量表 Table 3 Carbonate contents of Pleistocene deposits in the study area |
磁化率是反映物质被磁化难易程度的一个物理量[21], 磁化率在中国黄土-古土壤序列研究中得到广泛的应用, 前人研究结果表面, 黄土中的磁化率值存在着差异, 磁化率的高低与气候的暖湿-冷干相对应, 并且与成壤作用有关[22-24].因此黄土中的磁化率可作为夏季风的替代性指标.沉积物磁化率包括低频质量磁化率、高频质量磁化率和频率磁化率.质量磁化率反映样品中磁性矿物含量的多少, 通常与样品中含有的磁性矿物种类、粒度大小及含量有直接关系, 通常作为估量样品总体磁性强弱的代表值.频率磁化率反映样品中超顺磁性的亚铁磁矿物质超细晶粒(粒径 < 0.03 μm)的存在与否及其含量变化, 因此可通过频率磁化率的值来反映样品颗粒大小变化.而磁化率值高低又受沉积物的粒度、物源等因素影响[25], 总体来看, 通过磁化率对比结果可知(表 4):乌尔吉组低频质量磁化率平均为63.37×10-8 m3/kg, 高频质量磁化率平均为59.59×10-8 m3/kg, 频率磁化率平均为4.80%, 显示乌尔吉组风成黄土干冷的气候特征; 赤峰黄土低频质量磁化率平均为57.65×10-8 m3/kg, 高频质量磁化率平均为55.64×10-8 m3/kg, 频率磁化率平均为3.52%;但在3.25~4.63 m, 低频质量磁化率平均为74.24×10-8 m3/kg, 高频质量磁化率平均为69.08×10-8 m3/kg, 频率磁化率平均为6.88%, 代表温暖潮湿的成壤时期.
|
|
表 4 研究区更新统磁化率特征表 Table 4 Magnetic susceptibility features of Pleistocene deposits in the study area |
工农屯南赤峰黄土、乌尔吉组实测剖面植物孢粉含量较少, 达到统计数量的6个样品共鉴定出44个孢粉类型, 其中包括13种木本植物花粉, 24种草本植物花粉、5种蕨类孢子及2种藻类孢子.本剖面孢粉特征如下.
赤峰黄土孢粉化石以草本植物花粉为主, 木本植物花粉次之, 蕨类及藻类孢子较为少见.赤峰黄土中木本植物花粉含量占18.7%~69.2%, 花粉主要是针叶树松属, 最高含量占53.8%, 其次是少量云杉属0~9.3%、冷杉属0.5%~12.8%, 含有少量的桦属、栎属、榆属、漆属、铁杉属、槭属、榛属、大戟科等; 草本植物花粉含量占15.6%~76.9%, 植物花粉以菊属为主, 最高含量为40.7%, 其次是蒿属、藜科、麻黄属、禾本科、菊科、鬼针草属、蓼科、蔷薇科、旋花科、豆科、百合科、葎草属、亚麻科、杜鹃花科、石竹科、马鞭草科等.蕨类植物孢子含量占4.4%~25.2%, 蕨类孢子石松属和海金沙科、为主, 最高含量分别为46.5%和23.7%, 还有少量的卷柏属、水龙骨科、以铁线蕨属等.藻类有环纹藻属和双星藻属.综上所述, 该段以喜冷植物(松属+云杉+冷杉, 占14.8%~66.7%)旱生或超旱生植物(蒿属+藜科+麻黄属, 占6.7%~30.4%)为主, 含少量暖植物(铁杉+榆属+蓼属, 占2.0%~2.9%), 表面这一时期气候环境波动较大, 植被景观以疏林草原为主、个别地段可能有草原植被和荒漠草原植被景观, 气候环境以寒冷干燥与温暖潮湿交替出现为主要特点[6, 26].
乌尔吉组孢粉化石中草本植物花粉, 木本植物花粉, 蕨类孢子含量大体一致, 藻类孢子较为少见.木本植物花粉含量占23.9%~35.7%, 花粉主要是针叶树松属, 最高含量占13.3%~16.7%, 其次是少量云杉属7.8%~9.5%、冷杉属2.8%~9.5%;草本植物花粉含量占23.8%~30.0%, 植物花粉以菊属为主, 最高含量为11.7%, 其次是蒿属、藜科、麻黄属、禾本科、菊科、鬼针草属、蓼科、蔷薇科、旋花科、豆科、百合科、葎草属、亚麻科、杜鹃花科、石竹科、马鞭草科等.蕨类植物孢子含量占40.5%~46.1%, 以石松属为主, 含量分别为40.5%~45.6%.藻类有1~2粒环纹藻属和双星藻属.综上所述, 该段以喜冷植物(松属+云杉+冷杉, 占23.9%~35.7%)旱生或超旱生植物(蒿属+藜科+麻黄属, 占2.8%~8.4%)为主, 该剖面植被以草原植被或荒漠草原植被景观为主, 气候凉爽干燥[6, 26].
3.6 主量、微量元素特征沉积物地球化学元素分析近年来越来越受到重视.本文分析研究了赤峰黄土顶部及乌尔吉组主量、微量元素, 同时计算了CaO/MgO、退碱指数、干旱指数、Rb/Sr.
CaO/MgO比值常用来表示沉积物中CaCO3含量, 低值说明沉积物中CaCO3含量较低, 有效降水增加, 气候相对湿润, 反之则表示气候相对干燥[27].退碱系数用(CaO+K2O+Na2O)/ Al2O3比值表示[27], Al2O3在风化过程中淋湿较少, 相对稳定, 但是CaO、K2O、Na2O的化学性质较为活泼, 容易发生淋溶和积聚, 因而该值增大时, 反映降水偏少时期的干旱气候, 低值反映降水较多时期的湿润气候.干旱指数计算用(K+Na+Ca+Mg)/(Fe+Mn)值来表示[27-28], 沉积物中的Fe、Mn等元素在湿润条件下活性大, 迁移能力强, 趋于集中, 反之在干冷条件下其活性降低, 趋于分散. K、Na、Ca、Mg在干旱条件下趋于集中, 湿润条件下较为分散.微量元素中Rb/Sr能较好反映气候变化[29-30], 这是由于化学风化时一些碱及碱金属元素容易迁移淋失, 如Sr属容易迁移元素, 而Rb属化学性质稳定元素, 不易迁移, 因此Rb/Sr低时反映气候干燥寒冷, 此Rb/Sr高时反映气候潮湿温暖.
赤峰黄土顶部Al2O3平均为16.13, Fe2O3平均为6.20, CaO/MaO平均为1.55, 退碱指数平均为0.34, 干旱指数平均为5.95, Rb/Sr平均为0.82, 反映相对干冷的特点; 乌尔吉组Al2O3平均为12.51, Fe2O3平均为3.63, CaO/MaO平均为4.51, 退碱指数平均为0.90, 干旱指数平均为1.93, Rb/Sr平均为0.38, 反映相对凉爽干燥特点.通过比较可看出, 赤峰黄土顶部-乌尔吉组古气候环境有逐渐变暖的趋势(表 5).
|
|
表 5 研究区更新统氧化物、微量元素主要特征表 Table 5 Main features of oxides and trace elements in Pleistocene deposits in the study area |
通过第四系沉积物岩性组合特征, 结合粒度、磁化率、碳酸盐、孢粉、主量及微量元素含量特征, 对测区赤峰黄土、乌尔吉组沉积物古生态环境初步分析如下.
4.1 赤峰黄土、乌尔吉组古生态环境分析 4.1.1 赤峰黄土古生态环境分析根据实测剖面, 赤峰黄土的气候环境以温暖湿润草原植被景观为主, 底部和顶部出现较短暂的寒冷干燥的疏林草原植被景观, 与丁秋红等在该地区研究结果基本一致[6].该期古生态环境自下而上大体可划分为3个阶段(图 5).
|
图 5 研究区更新统碳酸盐、磁化率、粒度变化曲线 Fig.5 Carbonate content, magnetic susceptibility and granularity variation curves of Pleistocene deposits in the study area |
第1阶段:距地表 5.30~4.63 m, 沉积物主要为砖红色亚黏土夹白色钙质条带.孢粉组合中木本植物花粉总数占59.3%, 草本植物花粉总数占15.6%, 蕨类植物孢粉总数占25.2%, 可见少量环纹藻属(7粒)和双星藻属(2粒), 显示局部水成的特点, 该段以喜冷植物(松属+云杉+冷杉, 占54.1%)旱生或超旱生植物(蒿属+藜科+麻黄属, 占6.7%)为主, 含少量暖植物(铁杉+榆属+蓼属, 占2.9%).该段沉积物粒度较细, 以黏土(平均含量为19.83%)、粉砂(平均含量为52.88%)、细砂(平均含量为27.27%)为主; 低频质量磁化率平均为56.86×10-8 m3/kg, 高频质量磁化率平均为53.55×10-8 m3/kg, 频率磁化率平均为5.79%;碳酸盐含量平均为9.37%;反映该段寒冷干燥疏林草原植被景观.
第2阶段:距地表 4.63~3.25 m, 沉积物主要为砖红色亚砂土与土黄色亚黏土互层.孢粉组合中木本植物花粉总数占18.7%, 草本植物花粉总数占76.9%, 蕨类植物孢粉总数占4.4%.该段以菊属(占40.7%)、喜冷植物(松属+云杉+冷杉, 占14.8%)、旱生或超旱生植物(蒿属+藜科+麻黄属, 占19.2%)为主, 含少量暖植物(蓼属, 占2.7%).该段沉积物以黏土(平均含量为19.00%)、粉砂(平均含量为55.79%)、细砂(平均含量为25.18%)为主; 磁化率较高, 其中低频质量磁化率平均为73.24×10-8 m3/kg, 高频质量磁化率平均为68.41×10-8 m3/kg, 频率磁化率平均为6.53%;碳酸盐含量较低, 平均为3.14%;显示温暖湿润的草原气候特点.在该段4.4 m处获得OSL年龄130.8±6.1 ka.
第3阶段:距地表 3.25~2.29 m:沉积物主要为土黄色、砖红色亚黏土互层, 植物孢粉含量较少, 木本植物花粉总数占69.2%, 草本植物花粉总数占25.6%, 蕨类植物孢粉总数占5.1%, 含较多环纹藻属(53粒), 显示半水成的特点, 该段喜冷植物(松属+云杉+冷杉, 占36.1%)旱生或超旱生植物(蒿属+藜科+麻黄属, 占24.7%)为主.沉积物粒度较第二阶段有增大趋势, 以黏土(平均含量为21.40%)、粉砂(平均含量为50.80%)、细砂(平均含量为27.52%)为主, 含少量中砂(平均含量为0.27%); 低频质量磁化率平均为54.49×10-8 m3/kg, 高频质量磁化率平均为51.84×10-8 m3/kg, 频率磁化率平均为4.76%;碳酸盐含量较高, 平均为10.89%;反映寒冷干燥的荒漠疏林草原植被景观.
4.1.2 乌尔吉组古生态环境分析根据实测剖面, 该期古生态环境主要是凉爽干燥荒漠草原-草原植被景观, 气候凉爽偏干, 与丁秋红等[6]在该地区研究结果基本一致.该期古生态环境自下而上大体可划分为2个阶段(图 5).
第1阶段:距地表 2.29~1.21 m, 沉积物主要为土黄色含砾亚黏土.木本植物花粉总数占23.9%, 草本植物花粉总数占30.0%, 蕨类植物孢粉总数占46.1%, 该段喜冷植物(松属+云杉+冷杉, 占23.9%)旱生或超旱生植物(蒿属+藜科+麻黄属, 占8.3%)为主.该段沉积物中有黏土(平均含量为16.37%)、粉砂(平均含量为60.29%)、细砂(平均含量为23.04%)、中砂(平均含量为0.26%)、局部地段可见少量粗砂(含0.43%), 低频质量磁化率平均为53.98×10-8 m3/kg, 高频质量磁化率平均为51.76×10-8 m3/kg, 频率磁化率平均为4.09%;碳酸盐含量平均为8.20%;反映该段凉爽干燥的草原植被景观气候特点.在该段1.85 m处获得OSL年龄38.7±1.7 ka.
第2阶段:距地表 1.21~0.3 m, 沉积物主要为土黄色含砾亚砂土, 植物孢粉含量较少, 木本植物花粉总数占35.7%, 草本植物花粉总数占25.6%, 蕨类植物孢粉总数占5.1%, 该段喜冷植物(松属+云杉+冷杉, 占35.7%)旱生或超旱生植物(蒿属+藜科+麻黄属, 占2.8%)为主.该段沉积物以黏土(平均含量为17.59%)、粉砂(平均含量为71.04%)、细砂(平均含量为11.30%)为主; 低频质量磁化率平均为61.04×10-8 m3/kg, 高频质量磁化率平均为59.20×10-8 m3/kg, 频率磁化率平均为3.00%;碳酸盐含量较高, 平均为10.28%;反映该段凉爽干燥的荒漠草原植被景观气候特点.
4.2 赤峰黄土-乌尔吉组古生态环境变化趋势分析根据工农屯南乌尔吉组、赤峰黄土实测剖面, 赤峰黄土气候环境变化波动较大, 因此选取赤峰黄土顶部-乌尔吉组(3.25~0.30 m)进行研究.
1) 粒度特征:赤峰黄土顶部平均粒径为5.94 μm, 乌尔吉组平均粒径为5.84 μm, 且赤峰黄土细粒沉积物(黏土+粉砂)含72.20%, 乌尔吉组细粒沉积物(黏土+粉砂)含83.21%, 反映该段自底到顶总体粒度有变小趋势.
2) 孢粉含量:赤峰黄土顶部喜冷植物松属+云杉+冷杉, 平均含量为36.1%, 旱生或超旱生植物蒿属+藜科+麻黄属, 平均含量为为24.7%;乌尔吉组喜冷植物松属+云杉+冷杉, 平均含量为29.8%, 旱生或超旱生植物蒿属+藜科+麻黄属, 平均含量为5.6%.反映气候有逐渐变暖的趋势.
3) 主量、微量元素:赤峰黄土顶部中CaO/MaO平均为4.51, 退碱指数平均为0.9, 干旱指数5.95, Rb/Sr平均为0.38;乌尔吉组中CaO/MaO平均为1.55, 退碱指数平均为0.34, 干旱指数1.93, Rb/Sr平均为0.82.剖面从底到顶, CaO/MaO增高, 退碱指数减小, 干旱指数减小, Rb/Sr增高, 反映古气候环境有逐渐变暖的趋势.
综上所述, 剖面从底到顶, 赤峰黄土顶部古气候环境寒冷干燥, 对应田明中等[8]所述中更新世晚期(0.30~0.13 Ma)冰期气候环境; 乌尔吉组古气候环境较中更新世变暖, 以凉爽干燥气候为主, 对应田明中等[8]所述晚更新世末次冰期晚期(45~25 ka)较暖时期.因此认为赤峰黄土顶部-乌尔吉组古气候环境有相对逐渐变暖的趋势.
5 结论扎鲁特旗更新统沉积物主要可划分为赤峰黄土与乌尔吉组, 自赤峰黄土至乌尔吉组(130.8±6.1 ka~38.7±1.7 ka), 研究区气候环境总体表现冷-暖-冷-凉交替变化.
(1) 赤峰黄土沉积物主要为浅黄色、浅灰色、砖红色亚黏土互层, 底部夹砖红色古土壤团块及少量钙质结核; 光释光侧年结果为130.8±6.1 ka, 沉积时代置于中更新世晚期; 该期古气候环境波动较大, 总体表现为温暖湿润草原植被景观为主, 底部和顶部出现较短暂的寒冷干燥的疏林草原植被景观.
(2) 乌尔吉组沉积物主要为土黄色含砾亚黏土、亚砂土, 底部含钙质结合, 柱状节理发育; 光释光侧年结果为38.7±1.7 ka, 沉积时代置于晚更新世; 该期古气候环境总体表现为荒漠草原-草原植被景观, 气候凉爽干燥.
| [1] |
张立原. 中国黄土高原洛川剖面S5以来的孢粉学记录[J]. 吉林大学学报:地球科学版, 2014, 44(1): 222-229. |
| [2] |
孙博亚, 张云翔, 弓虎军, 等. 洛川黄土碎屑锆石的粒度特征及其古气候意义[J]. 西北大学学报:自然科学版, 2011, 41(1): 119-126. |
| [3] |
SONG You-gui, CHEN Xiu-ling, QIAN Lin-bo, et al. Distribution and composition of loess sediments in the Ili Basin, Central Asia[J]. Quaternary International, 2014, 334(12): 61-73. |
| [4] |
鹿化煜, 王先彦, 孙雪峰, 等. 钻探揭示的青藏高原东北部黄土地层与第四纪气候变化[J]. 第四纪研究, 2007, 27(2): 230-241. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.2007.02.008 |
| [5] |
吕连清, 方小敏, 鹿化煜, 等. 青藏高原东北缘黄土粒度记录的末次冰期千年尺度气候变化[J]. 科学通报, 2004, 49(11): 1091-1098. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2004.11.014 |
| [6] |
丁秋红, 王杰, 李晓海, 等. 内蒙古扎鲁特旗地区更新世地层划分[J]. 中国地质调查, 2015, 2(7): 24-29. |
| [7] |
吕安琪, 鹿化煜, 曾琳, 等. 1.08 Ma以来中国东北赤峰地区黄土粒度变化及其揭示的沙地扩张事件[J]. 中国沙漠, 2017, 37(4): 659-665. |
| [8] |
肖美琴.内蒙古赤峰市宁城县第四纪地质研究[D].北京:中国地质大学, 2010:35-53. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-11415-2010085416.htm
|
| [9] |
刘瑾, 王永, 姚培毅, 等. 末次冰消期以来内蒙古东部气候变化--基于风成砂-古土壤序列的地球化学记录[J]. 中国地质, 2015, 42(4): 1103-1114. DOI:10.3969/j.issn.1000-3657.2015.04.024 |
| [10] |
赵辰, 李东涛, 刘锦, 等. 辽宁北部至内蒙古东南部地区晚更新世风成砂与乌尔吉组的研究[J]. 地质与资源, 2014, 23(3): 266-271. DOI:10.3969/j.issn.1671-1947.2014.03.013 |
| [11] |
韩国卿, 刘永江, Neubauer F, 等. 松辽盆地西缘边界断裂带中南段走滑性质、时间及其位移量[J]. 中国科学:地球科学, 2012, 42(4): 471-482. |
| [12] |
韩国卿, 刘永江, 温泉波, 等. 嫩江-八里罕断裂带岭下韧性剪切带变形特征[J]. 吉林大学学报:地球科学版, 2009, 39(3): 397-405. |
| [13] |
王伏雄, 钱南芬, 张玉龙, 等. 中国植物花粉形态[M]. 北京: 科学出版社, 1995: 1-461.
|
| [14] |
贾广菊, 徐树建, 孔凡彪. 山东大黑山岛北庄黄土沉积特征及其环境演变[J]. 第四纪研究, 2017, 37(3): 522-534. |
| [15] |
韩鹏, 刘兴起. 内蒙古中东部查干淖尔湖流域7000年以来的气候演变[J]. 第四纪研究, 2017, 37(6): 1381-1390. |
| [16] |
Folk R L, Ward W C. Brazos River bar:A study in the significance of grain size parameters[J]. Journal of sedimentary Research, 1957, 27(1): 3-26. DOI:10.1306/74D70646-2B21-11D7-8648000102C1865D |
| [17] |
宁有丰, 刘卫国, 安芷生. 甘肃西峰黄土-古土壤剖面的碳酸盐与有机碳的碳同位素差值(△δ13C)的变化及其古环境意义[J]. 科学通报, 2006, 51(15): 1828-1832. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2006.15.015 |
| [18] |
王建国, 马海州, 谭红兵, 等. 青海湖南岸黑马河黄土剖面碳酸盐含量与记录的古气候变化[J]. 盐湖研究, 2005, 13(4): 5-8. DOI:10.3969/j.issn.1008-858X.2005.04.002 |
| [19] |
王宁, 刘卫国. 中国西北干旱区不同粒径表土碳酸盐含量及碳、氧同位素组成[J]. 干旱区地理, 2010, 33(2): 158-163. |
| [20] |
沈吉, 吴瑞金, 羊向东, 等. 大布苏湖沉积剖面碳酸盐含量、氧同位素特征的古气候意义[J]. 湖泊科学, 1997(3): 217-222. |
| [21] |
刘青松, 邓成龙. 磁化率及其环境意义[J]. 地球物理学报, 2009, 52(4): 1041-1048. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2009.04.021 |
| [22] |
李秉成, 李正泽. 西安黄土台塬区全新世黄土磁化率古气候环境演变[J]. 四川师范大学学报:自然科学版, 2017, 40(3): 404-410. |
| [23] |
苏志珠, 杨宗园, 李晋昌. 距今220 ka以来大同盆地沉积物磁化率反映的气候变化[J]. 冰川冻土, 2015, 37(2): 401-407. |
| [24] |
王君兰, 李晖, 邓伟, 等. 内蒙古嘎顺诺尔湖泊沉积物磁化率与粒度的古环境意义[J]. 中国沙漠, 2012, 32(3): 661-668. |
| [25] |
王建, 刘泽纯, 姜文英, 等. 磁化率与粒度、矿物的关系及其古环境意义[J]. 地理学报, 1996, 51(2): 155-163. DOI:10.3321/j.issn:0375-5444.1996.02.009 |
| [26] |
田明中, 程捷. 第四系地质与地貌学[M]. 北京: 地质出版社, 2008: 215-236.
|
| [27] |
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. |
| [28] |
朱江玲, 刘鸿雁, 王红亚. 河北坝上地区湖泊沉积物记录的中全新世干旱气候[J]. 地理科学, 2007(3): 380-384. DOI:10.3969/j.issn.1000-0690.2007.03.016 |
| [29] |
杜晨, 张兵, 张世涛, 等. 浅谈湖泊沉积环境演变中元素地球化学的应用及原理[J]. 地质与资源, 2012, 21(5): 487-492. DOI:10.3969/j.issn.1671-1947.2012.05.014 |
| [30] |
谭红兵, 于升松. 我国湖泊沉积环境演变研究中元素地球化学的应用现状及发展方向[J]. 盐湖研究, 1999, 7(3): 58-65. DOI:10.3969/j.issn.1008-858X.1999.03.010 |