较长时期以来，白垩纪—古近纪全球气候变化的资料大多来源于大洋钻探的岩芯以及海相白垩系，更多的是反映古海洋气候。显然，利用陆相记录来认识白垩纪—古近纪气候也非常必要^[1]，而且近期在国内业已受到广泛关注^{[2, 3, 4, 5]}。

中国大陆发育丰富的白垩纪—古近纪陆相沉积，具有研究相关时期大陆气候得天独厚的优势，可为此期全球气候变化研究提供科学依据。南雄盆地作为华南典型的陆相盆地，发育连续陆相白垩系—古近系^{[6, 7]}，是进行陆相古气候研究的有利场所。已有的研究成果认为这套陆相红层形成于干热气候条件^[6]，并据恐龙蛋壳中的δ¹⁸O异常提出在白垩纪末期存在短期极端干燥的气候条件^[8]。然而，这些气候研究成果较为笼统，缺少相对连续的系统研究。为此，本文在前人工作基础上对南雄盆地大塘剖面砂岩碎屑组份和泥岩黏土矿物相对含量变化等指标进行系统分析，以探讨华南晚白垩世—古新世气候特征的系统变化规律。 1 地质背景

南雄盆地位于广东省北部—江西南部，呈NE向长条状展布(图 1)。从晚白垩世到古近纪在区域拉伸背景下，南雄盆地受NE向断裂系的控制，基本表现为地堑式不对称伸展断陷盆地，具“北断南超”特征，其沉降中心由南向北逐渐迁移^{[9, 10]}。

图 1 南雄盆地地质简图及大塘剖面交通位置图(据张显球等，2006；舒良树等，2004编绘[10, 12]) 1.浓山组；2.上湖组；3.浈水组；4.主田组；5.剖面；6.泥盆系—三叠系；7.寒武系—奥陶系；8.震旦系—志留系；9.下—中侏罗统；10.断层；11.上白垩统；12.古近系；13.加里东期花岗岩；14.印支期花岗岩；15.燕山早期—晚期花岗岩 Fig. 1 Simplified geological map of the Nanxiong Basin and location of the Datang cross-section (after Zhang Xianqiu,et al.,2006; Shu Liangshu,et al.,2004) 1. Nongshan Formation (Fm.); 2. Shanghu Fm.; 3. Zhenshui Fm.; 4. Zhutian Fm.; 5. cross-section; 6. Devonian-Triassic; 7. Cambrian-Ordovician; 8. Sinian-Silurian; 9. Middle-Lower Jurassic; 10. Fault; 11. Upper Cretaceous; 12. Paleogene; 13. Caledonian granite; 14. Indosinian granite; 15. Early-Late Yanshanian granite

图选项

南雄盆地出露有完整的陆相红层，沉积连续，化石丰富，是我国研究陆相上白垩统和古新统的详细划分及其界线的首选地区，因而倍受国内外地质工作者关注。南雄盆地的地层一般划分为白垩系松山组、南雄群(园圃组、主田组、浈水组)、古近系罗佛寨群(上湖组、浓山组、古城村组)2群7组，包含5个三级旋回^[11]。本次工作重点涉及主田组、浈水组、上湖组。其中主田组、浈水组及上湖组底部2.3 m属于晚白垩世马斯特里赫特期，上湖组其余部分属于古新世丹尼期^{[12, 13]}。 2 材料与方法

本次工作在南雄盆地大塘剖面采集了砂岩和泥岩各30件样品。该剖面又称坪岭剖面或杨梅坑—逆龙坑白垩系—古近系界线剖面，位于南雄市东北约25 km，距大塘镇(现称油山镇)约1 km(图 1)。其中，在主田组、浈水组、上湖组的砂岩样品分别为5件、16件和9件，泥岩样品分别为5件、12件和13件。 2.1 砂岩组份统计

依据岩性变化在30件砂岩样品中选取24件进行碎屑组份含量统计。砂岩的碎屑组份统计使用薄片计点法^[14]完成，统计原则参见王成善和李祥辉^[15]。为使结果具有代表性，本文每件样品统计350~500个颗粒。统计碎屑组份为石英(Q)、长石(F)和岩屑(L)，目的在于获取碎屑气候指数(参见第3节)。 2.2 黏土矿物相对含量分析

按照新鲜、有代表性原则，共采集泥岩样品30件。泥岩的实验样品依据X衍射的标准程序^[16]制备，黏土矿物组成分析在同济大学海洋地质国家重点实验室使用PANalytical X’Pert PRO衍射仪(XRD)完成，实验参数为CuKα辐射，Ni滤波器，管压45 kV，管流40 mA。本次工作分别在自然条件、乙二醇条件(24小时)、加热条件(490℃烘箱中加热2小时)下对预处理过的样品薄片进行了比较测试。

黏土矿物组份(<2 μm)分析是根据Stokes原理来进行的，即依据沉淀时间^[17]将小于2 μm的颗粒吸出并离心去除水分，采用刮片方法制成样品定向薄片^{[16, 18]}，然后上机测试获得分析曲线。具体黏土矿物的鉴定和解释依据三种测试条件下获得的XRD叠加波谱进行综合对比^{[16, 18]}。其中，波峰参数的半定量计算使用MacDiff软件^[19]在乙二醇曲线上完成。黏土矿物的相对含量计算使用(001)晶面衍射峰的面积比法。各黏土矿物晶面分别使用：蒙脱石(含伊利石/蒙脱石随机混层矿物)1.7 nm(001)晶面，伊利石1 nm(001)晶面，高岭石(001)和绿泥石(002)0.7 nm叠加峰^[17]，其相对比例通过拟合0.357 nm/0.354 nm峰面积比确定。 3 气候指示 3.1 砂岩碎屑组份指数的气候指示

长石和石英是沉积物中的常见矿物，其中石英抗侵蚀的能力很强，长石远比石英易于风化。长石砂岩常在构造比较稳定的干燥气候环境中形成，在潮湿温热的气候条件下易于风化、分解，不易保存下来，所以，砂岩中长石的含量及其黏土化情况可以反映气候变化。利用这一原理，人们使用砂岩组份气候指数——长石/石英(F/Q)之比来评估砂岩化学风化强度^{[20, 21, 22]}，并分析气候变化：指数越大代表气候越干冷。 3.2 黏土矿物相对含量及指数的气候指示

黏土矿物组份相对含量变化及有关指数是恢复古气候和古环境的重要指针和有效手段^{[23, 24]}。对于黏土矿物而言，目前已知伊利石多形成于干冷气候条件下，总体反映干燥气候，如气候变得湿热，将进一步分解为高岭石；绿泥石含量增加一般代表逐渐变为干旱气候^{[25, 26, 27]}；高岭石形成于相对温暖和潮湿的气候条件^[28]；蒙脱石易形成于干湿交替的气候环境^[29]，但多保存于干燥气候条件下。伊利石结晶度指数为1 nm半峰宽，低值表示伊利石结晶度高，反映干燥寒冷的气候，高值表示结晶度差，反映温暖湿潮的气候^[30]。伊利石化学指数为0.5 nm/1.0 nm峰面积比，大于0.5为富Al伊利石，由水解作用形成，小于0.5时为富Mg-Fe伊利石，为物理风化结果^[31]，明显可反映气候条件。

总体而言，伊利石、绿泥石和蒙脱石多形成和保存在干燥气候条件下，是否变得湿润或者湿热，既要考虑高岭石的存在，也要有伊利石结晶度和化学指数变化的支持。

然而，只有那些未发生成岩后生变化的黏土矿物才能反映古气候^{[32, 33, 34]}，即可真正反映源区和流域内的风化与气候条件^[35]。分析结果显示，伊利石结晶度指数没有出现从下往上变小的趋势，而是呈波动式变化(图 2)，说明受到埋藏成岩、变质改造影响甚微；伊利石、高岭石、绿泥石一直存在(图 2)，表明埋深变化未曾对黏土矿物组成产生改变；薄片鉴定结果显示大部分样品都没有发生明显的成岩后生变化，如重结晶、交代、次生加大等现象均未发现。这表明，本次工作的黏土矿物组合和含量变化信息可以用作判断古气候变化的定性指针。

图 2 南雄盆地大塘剖面气候参数变化图 (地层系统据赵资奎等，1991; Erben et al.,1995; Gradstein et al.,2008; Clyde et al.,2010综合[13, 38, 41, 42]) Fig. 2 Diagram showing the stratigraphic system of the Upper Cretaceous-Paleocene and climate indices from the Datang cross-section in the Nanxiong Basin (stratigraphy compiled from Zhao Zikui,et al.,1991; Erben et al.,1995; Gradstein et al.,2008; and Clyde et al.,2010)

图选项

气候指数F/Q统计结果总结于表 1，变化于0.02至0.14之间，可以分为三个阶段：主田组至浈水组下段，从0.1降至0.02，均值0.05；浈水组上段至上湖组坪岭段，在0.05至0.14之间波动，均值0.09；上湖组下慧段，从0.04缓降至0.02，均值0.04。

黏土矿物组成总体上以伊利石为主，一般含量大于65%，平均值为79%；其次是绿泥石，平均值为14%；高岭石相对较少，均值仅为6%；蒙脱石含量最少，多数层位不含蒙脱石。但是，不同层位黏土矿物相对含量存在一定差异。如伊利石相对含量先呈缓慢减少趋势，在上湖组坪岭段含量最低65%~80%，后期快速增加至稳定状态，在主田组达最高81%~86%，而其它三种黏土矿物相对含量变化与伊利石呈消长关系。

伊利石结晶度指数在0.25~0.39之间变化，均值0.3，晚白垩世平均为0.29，古新世平均为0.33。伊利石化学指数介于0.31~0.7之间，均值0.49。这两种指数变化基本相同(图 2，表 2)，但在上湖组坪岭段存在异常，平均值分别达到0.36和0.63，与此时期黏土矿物相对含量异常变化相对应。

如实验结果(表 2、图 2)显示，伊利石和绿泥石为主要的黏土矿物，相对含量超过85%，表明研究区大部分时期处于干旱气候状况。另外，伊利石结晶度指数普遍较低，仅在上湖组坪岭段有所增加；伊利石化学指数大部分小于0.5，或者在0.5附近波动，仅上湖组坪岭段均大于0.5，说明研究区大部分时期处于干旱气候，仅少数时期处于暖湿气候。结合以上情况可能暗示研究区(物源和盆地)为亚热带半干旱气候条件。

具体地，根据黏土矿物组合相对含量、伊利石结晶度指数与化学指数、碎屑比变化特征及其反映的古气候特征，可以分为三个演化阶段：

第一阶段，马斯特里赫特期(70.4~65.0 Ma)，主田组—上湖组坪岭段底部(1~41层)，干旱—半干旱气候。伊利石均值83%，绿泥石均值12%，高岭石均值5%。伊利石和绿泥石相对含量较高，高岭石含量相对较低，指示干旱气候。伊利石的结晶度指数均值0.29，相对较低；伊利石化学指数均值0.47，少数高于0.5，均指示干旱—半干旱气候。气候指数F/Q波动较大，均值0.07，其中16至21层相对较低，指示总体干旱，少量时期暖湿的气候。

特殊地，F/Q含量比率在第22、38、41层较高，分别达0.14、0.14和0.12，是这一阶段的三个最高值(表 1、图 2)，一定程度上表明这三个点所代表的时间段的气候相对于第一阶段其它时期更为干燥，故而长石得以较高比例保存。或许，不排除源区含长石的岩石类型增加的可能。但是，如果考虑近乎同期的黏土矿物样品有较低的伊利石结晶度和化学指数，同样反映相对干旱气候变化的情况，我们认为，气候变得更为干燥可能是其F/Q增加(长石含量增加)^[12]的主要原因。

第二阶段，古新世丹尼期早期(65.0~63.8 Ma)，主体为上湖组坪岭段(可能包括45~54层)，相对湿热气候。伊利石均值69%，绿泥石均值19%，高岭石均值9%。伊利石相对含量减少，高岭石含量有所增加，一定程度上说明气候变得比较湿润，并部分导致其向蒙脱石转化。另一方面，伊利石结晶度指数和化学指数都明显增大，均值分别为0.36和0.62。伊利石结晶度指数增大，可能指示气候湿热度增加；伊利石化学指数增大，均超过0.5表明可能有较为强烈的水解作用发生。与此同时，F/Q相对较小，小于0.1，亦即长石含量比例减少，也可能指示气候较为湿热。

上湖组下部坪岭段的各参数变化及其指示的气候变化，与全球海相地层所指示的短期暖湿气候一致^[36]，底部的相对变化也与由古生物方法^{[12, 37]}、古地磁^{[13, 38]}、稳定同位素^{[39, 40]}等方法确定的白垩纪—古近纪界限大致相当。

第三阶段，古新世丹尼期(63.8~62 Ma)，上湖组下慧段(55~70层)，半干旱气候。黏土矿物相对含量趋于平稳，均值分别为76%和16%，高岭石略有下降为7%，几乎不含蒙脱石；伊利石结晶度指数和化学指数值有所减小，均值分别为0.31和0.48。这种特征表明，该阶段气候恢复到第一阶段状况，主体属于半干旱气候，与孢粉所指示的上湖组气候变化^[12]一致，但从伊利石化学指数来看，可能比第一阶段稍微湿润一点。这一点还从砂岩碎屑组份气候指数F/Q较低可以得到印证。

综上所述，南雄盆地晚白垩世—古新世时期总体以干旱—半干旱气候为主，间隔少量湿热气候，指示研究区其时处于热带—亚热带半干旱气候带，与其时的古气候分带^[43]表现一致，也与晚白垩世以来华南古气候和古地理变化较小相吻合。 6 结论

根据南雄盆地大塘剖面陆源沉积岩中的碎屑组份(泥岩中的碎屑黏土矿物种类和砂岩中碎屑类型)相对含量变化，可知本区晚白垩世—古新世古气候以干旱气候为主，存在暖湿气候间断。

依据具体黏土矿物相对含量、伊利石结晶度和化学指数、F/Q含量比例等指针的变化，南雄盆地的古气候演化可分为三个阶段：①主田组和浈水组(晚白垩世马斯特里赫特期)沉积时期以干旱—半干旱性气候为主，并浈水组上段存在气候更为干燥的短暂时期，以F/Q含量比例达到高值(大于0.12)为标志；②上湖组下部坪岭段(古新世丹尼期早期)半干旱—湿热性气候交替；③上湖组上部下慧段(古新世丹尼期晚期)半干旱性气候，较之第一阶段，湿热程度有所增加。

华南南雄盆地这种气候特征及其变化与同期全球气候变化基本一致，即古新世早期上湖组的气候变化可能是白垩纪—古近纪之交全球气候变化事件在南雄盆地陆相沉积物中的响应；这一变化特点还与由古生物、古地磁、稳定同位素等方法得到的白垩纪—古近纪过渡阶段气候变化的认识基本吻合。

致谢 在样品制备及实验过程中得到了同济大学刘志飞教授、李艳丽博士、贺子丁硕士的无私帮助，在此表示诚挚的感谢!