9 5 0 干 旱 区 地 理 33卷
达布容 /松山界限 (图 3), 表明该剖面的底界年代小 于 780ｋａ, 由此可见本研究获得的较高分辨率的古 地磁测年结果与前人 〔6〕 研究结果是一 致的 。 假设 该剖面沉积速率恒定 , 则根据光释光测年结果线性 外推可得到该剖面的底界年代为 500 ｋａ左右 , 这与 古地磁年代并不矛盾 , 进一步证明前人认为青州黄 土大致是在中更新世以后沉积的 , 并且与长江下游 地区下蜀黄土〔15 起 -16〕 源的时代亦较为接近 。 3.2 粘土矿物记录
古地磁数据分析采用主成分分析法〔9〕 , 至少用 5个连续的温度点进行 Ｆｉｓｈｅｒ统计得到其特征剩磁 方向 。代表性样品的剩磁矢量正交投影图如图 2。 从图中可看出 , 大部分样品显示两个剩磁方向 , 第一 分量与现代地磁场方向一致 , 在 150 ～ 200 ℃下就可 洗去 , 此分量为次生粘滞剩磁分量 ;第二分量在 200 ℃以后保持稳定 , 并逐步趋向原点 , 代表了原生特征 剩磁的方 向 。 退 磁结 果显 示 , 几乎所 有样 品均 在 200 ～ 550 ℃获得稳定的特征剩磁 , 至 585 ℃, 剩磁 基本衰减到零 (图 2ａ-ｆ), 说明沉积物中特征剩磁 载体为碎屑成因的磁铁矿 。只有 2个样品在退磁过 程中方向不稳定 , 未能分离出其特征剩磁方向 。 2.2 光释光和粘土矿物样品采集与测试
第
33卷 第 6期 2010年 11月
ＡＲＩＤ干 Ｌ旱 ＡＮＤ区 Ｇ地ＥＯＧ理ＲＡＰＨＹ
ＶＮｏｌｏ.及其物质来源研究
彭淑贞 1, 2 , 朱丽君2 , 肖国桥 3 , 乔彦松4 , 高志东 2 , 陈栋栋 2
磁性地层结果显示 , 整个剖面均为正极性 , 未到
6期 彭淑贞等 :山东青州黄土的地层年代及其物质来源研究 94 9
图 2 青州黄土代表性样品的退磁正交矢量投影图 (○ 水平分量 ★ 垂直分量 ) Ｆｉｇ.2 Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｖｅｃｔｏｒｐｌｏｔｓｏｆｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｆｒｏｍ ｔｈｅＱｉｎｇｚｈｏｕｌｏｅｓｓｓｅｃｔｉｏｎＳｏｌｉｄａｎｄｏｐｅｎｃｉｒｃｌｅｓ
ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｖｅｃｔｏｒｅｎｄｐｏｉｎｔｓｐｒｏｊｅｃｔｅｄｏｎｔｏｈｏｒｉｚｏｎｔａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｐｌａｎｅｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
深度 /ｍ 2.1 7.1 10.5
Ｕ/10 -6 2.09 ±0.21 1.92 ±0.20 2.06 ±0.22
表 1 青州黄土剖面的光释光年龄表
关 键 词 : 黄土 ;磁性地层学 ;沉积学 ;物源 ;青州 中图分类号 : Ｐ931.6 文献标识码 :Ａ 文章编号 :1000 -6060(2010)06 -0947 -07(947 ～ 953)
中国黄土大致沿昆仑山 、秦岭以北 , 阿尔泰山 、 阿拉善和大兴安岭一线以南分布 , 构成北西西 -南 东东走向的黄土带〔1 -2〕 。 位于黄土带东端的山东地 区也普遍发育黄土 , 按其分布的地貌特征 , 该区黄土 可分为两大部分 :渤海湾滨海与岛屿区和鲁中山前 区 〔3 -8〕 。其中 , 鲁中山前黄土呈近东西向沿鲁中山 地北麓坡地分布 , 这些地区黄土的堆积厚度不一 , 多 在 30ｍ以内 , 其中以青州一带出露厚度最大 , 保存 较完整 , 研究程度亦最高 〔4 -8〕 。 迄今为止 , 对青州一 带黄土的成因 、时代和物源方面已取得了一批重要 研究成果〔4, 6 -8〕 。 野外观察和系统的沉积学分析证 实了青州黄土的风成成因 〔6 -8〕 。但对于青州黄土的 年代学研究 , 由于使用的测年手段不同 , 已有的测年 结果存在很大差异 〔4, 6〕 。 另外 , 对于青 州黄土的物
光释光测年在黄土年代学研究中已有较成熟的 应用 〔10 -11〕 。其原理是在实验室用已知剂量的人工 辐照产生的释光信号与自然释光信号对比 , 得到古 剂量或等效剂量 , 然后除以每年积累的辐射剂量 , 便 可得到沉积物被 埋藏的时间 。 我们在剖面的 上部 10.5ｍ采集了 3个光释光测年的样品 , 并迅速用黑 色塑料薄膜包裹 、密封 , 以防爆光和水分散失 , 在中 国科学院地球环境研究所光释光年代学实验室进行 测试 。
图 4出示了青州黄土样品的 Ｘ射线衍射曲线 。
对比每个样品在不同处理条件下的衍射图谱可以发 现 , 青州黄土的粘土矿物主要以伊利石为主 , 其次是 蒙脱石 、绿泥石和高岭石 。 半定量的结果 (表 2)同 样显示了青州黄土以伊利石为主的组合类型 , 这与 黄土高原中更新世晚期以来沉积的黄土的粘土矿物 组合特征 〔2, 13〕 基本相同 。 但与西峰马兰黄土 相 〔13〕 比 , 青州黄土样品中蒙脱石含量较高 , 绿泥石和高岭 石含量相对较低 , 伊利石和高岭石的含量比值分别 为 15.9和 20.2, 而西峰黄土沉积仅为 8.8, 远低于 青州样品 。
上 , 2007年 3月我们对研究剖面以 5ｃｍ间距采集散 样 564个磁化率测试 , 以 30 ｃｍ间距采集古地磁定 向样品 92块用于磁性地层研究 。 在室内 , 将所有散 样自然风干后采用 ＢａｒｔｉｎｇｔｏｎＭＳ2型磁化率仪进行 了磁化率测定 。 古地磁样品加工成 2 ｃｍ ×2 ｃｍ ×2 ｃｍ立方体小块后在中国科学院地质与地球物理研 究所古地磁实验室进行测试 。 全部样品采用系统热 退磁 , 退磁步骤为 :天然剩磁 (ＮＲＭ), 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 525, 550, 585 ℃, 共 12步 。热 退磁仪为 英国 ＭａｇｎｅｔｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ公 司生 产的 ＭＭＴＤ 80型全自动热退磁仪 , 剩磁 测量在美国 2Ｇ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥＳ公司生产的 2Ｇ -760 Ｕ -Ｃｈａｎｎｅｌ超 导岩石磁力仪上进行 , 其灵敏度为 10-12Ａｍ2 。 整个 实验过程在零磁空间 (<300ｎＴ)完成 。
(Ⅰ )现代耕作层 , 厚约 0.85ｍ; (Ⅱ )全新世黄土 , 根据土壤发育特征可分为三 层 , 上下两层为暗棕色土壤层 , 中间为颜色稍浅的黄 土层 , 粘土质粉砂 , 虫孔 、根孔较发育 , 厚约 2.45ｍ; (Ⅲ )马兰黄 土 , 浅黄色 , 粉砂质 , 垂直节理 发 育 , 零散分布着直径为 1 ｃｍ左右的钙质结核 , 厚约 3.7 ｍ; (Ⅳ)红棕色土壤和浅红棕 -浅黄色黄土交替
Ｔａｂ.1 ＯＳＬａｇｅｓｏｆｌｏｅｓｓｉｎＱｉｎｇｚｈｏｕｐｒｏｆｉｌｅ
Ｔｈ/10 -6 10.64 ±0.23 10.17 ±0.22 11.55 ±0.25
Ｋ/% 2.18 1.76 2.04
含水量 /% 22.0 22.0 22.0
剂量率 Ｇｙ/ｋａ 3.40 ±0.11 2.93 ±0.10 3.29 ±0.11
沉积物的粘土矿物组成被广泛用来示踪源区和 探索沉积区环境 演化〔2, 12 -13〕 。 为进一 步研究青 州 黄土的物质来源 , 我们在剖面中选择基本未经历风 化作用的黄土层中选择两个 样品进行粘土矿 物分 析 , 试验步骤与数据处理详见文献〔13〕 。 测试在中国 科学院地球环境研究所的 Ｘ ＰｅｒｔＰｒｏＳｕｐｅｒ衍射仪 上进行 。
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层 , 黄土层和古土壤层颜色反差不如黄土高原第四 纪黄土和古土壤特征显著 , 但在野外大致可以识别 出 12层土壤和 12层黄土 , 其中 7.05 ～ 8.8 ｍ、15.3 ～ 15.9 ｍ和 20.2 ～ 20.7 ｍ的土壤层 颜色发育较 深 , 在野外最容易识别 ;另外 , 在 15.9 ～ 16.2 ｍ之间 存在一些 2 ｍｍ的基岩颗粒 , 这可能是片流作用从 附近基岩高地带来的碎屑物质 。
意义进行了初步探讨 。
1 研究区概况与剖面特征
青州市位于山东半岛的中西部 , 属于暖温带半 湿润区 , 年均 气 温为 12.7 ℃, 年均 降水 量为 750 ｍｍ, 冬季盛行西北风 , 夏季盛行东南风 。 青州地区 黄土分布于鲁中山地北麓坡地与鲁北平原的交接地 带 。 研究剖面位于青州市西南 2 ｋｍ处的云门山下 傅家庄西沟 (36°40′Ｎ, 118°27′Ｅ)(图 1), 为直立黄 土崖 , 厚约 28.2 ｍ, 下伏河流相冲积砂 。 清除露头 的 0.5 ～ 1ｍ的风化表层后 , 对剖面进行了详细的地 层描述 , 按照地层特征可将该剖面自上而下划分为 四段 :
＊收稿日期 :2009 -11 -21; 修订日期 :2010 -04 -19
基金项目 :国家自然科学基金 (41072260和 40402026) 作者简介 :彭淑贞 (1974 -), 男 , 博士 , 主要从事土壤学与全球变化研究 .Ｅ-ｍａｉｌ:ｐｅｎｇｓｚ@ｍａｉｌ.ｉｇｇｃａｓ.ａｃ.ｃｎ
图 1 研究剖面的地理位置 (根据文 献 〔7〕修改 ) Ｆｉｇ.1 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｍａｐｓｈｏｗｉｎｇｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙ
ｐｒｏｆｉｌｅ(ｍｏｄｉｆｉｅｄａｆｔｅｒｒｅｆｅｒｅｎｃｅ〔7〕).
2 样品采集与实验分析
2.1 古地磁样品采集与测试 对青州一带黄土剖面进行详细的野外考察基础
(1 泰山学院 旅游与资源环境学院 , 山东 泰安 271021; 2 山西师范大学城市与环境科学学院 , 山西 临汾 041000; 3 中国地质大学生物与环境地质教育部重点实验室 , 湖北 武汉 430074; 4 中国地质科学院地质力学研究所 , 北京 100081)
摘 要 : 为探讨山东青州黄土的地层年代 , 对傅家庄黄土剖面进行了系统的磁性地层学研究 , 并对 剖面上部进行了光释光测年和粘土矿物分析 。 结果表明 :青州黄土发育的年代未达到布容 /松山界 限 , 结合光释光测年推断 , 其底界年龄大致在 500 ｋａ前后 , 与长江下游地区的下蜀黄土起源时代接 近 , 均对应于中更新世全球急剧变冷的时期 ;粘土矿物的分析结果进一步支持青州黄土主要来源于 冰期裸露的渤海湾陆架和黄泛平原的松散堆积物 。 上述结果表明 , 青州黄土的起源时代不仅与区 域性环境条件有关 , 而且与中更新世以来全球环境变化的背景具有密切联系 。