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SCIENTIA GEOGRAPHICA SINICA  2018, Vol. 38 Issue (2): 307-313
红色风化壳地球化学特征及对古气候演变的响应——以辽南石槽剖面为例
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地理科学    2018, Vol. 38 Issue (2) : 307- 313
红色风化壳地球化学特征及对古气候演变的响应——以辽南石槽剖面为例
魏东岚, 沈俊杰, 李永化
辽宁师范大学城市与环境学院,辽宁 大连 116029

作者简介:魏东岚(1972-),男,河南开封人,副教授,博士,主要从事气候与环境灾害研究。E-mail: wei_dl@163.com

摘要

以辽南地区石槽剖面红色风化壳为研究对象,通过研究剖面的常量元素和地球化学指标,揭示剖面的地球化学特征,探讨剖面化学风化过程以及对古气候环境演变过程的响应。结果表明:石槽剖面红色风化壳中Ca元素重度亏损,其他常量元素均出现了相对富集;石槽剖面风化强度总体上低于南方红色风化壳,属于中等风化阶段;多个地球化学指标的垂向变化表明石槽剖面风化强度表现为风化很强-风化减弱-风化加强-风化较弱4个阶段的变化,指示辽南地区在石槽剖面发育期内古气候环境经历了湿热-暖湿-回暖-相对暖湿的演变过程。

关键词: 石槽剖面; 红色风化壳; 常量元素; 化学风化; 古气候;
Geochemical Characteristics of Red Weathering Crust from Shicao Profile in Southern Liaoning Province and the Response of Paleoclimate Evolution
Wei Donglan, Shen Junjie, Li Yonghua
College of Urban and Environmental Sciences, Liaoning Normal University, Dalian 116029, Liaoning, China
Abstract

Based on analyzed the major elements contents and other geochemical parameters of the red weathering crust from the Shicao profile in the southern of Liaoning Province, the geochemical characteristics of the weathering process and paleoclimate evolution were discussed. The results showed that the major elements are mainly composed of SiO2, Al2O3 and Fe2O3. Compared to the bedrock, Ca has been leached out strongly, while other major elements relatively enriched in the red weathering crust of Shicao profile. In general, the intensity of chemical weathering in Shicao profile was lower than the red weathering crust from the southern China, which indicated a moderate chemical weathering intensity under warm and moist climate conditions. There are four stages of weathering process in the Shicao profile that can be assigned as intensely weathering, weakening weathering, intensifying weathering, and relatively weaker weathering. Since the chemical weathering intensity of the red crust is sensitive to climate change, the geochemical parameters can be used to reconstruct the paleoclimate environment. The paleoclimate of the southern of Liaoning Province, which in the weathering period of the Shicao profile, has undergone four stages. That is hot and humid, warm and wet, return warming, relatively warm and wet.

Keyword: Shicao profile; red weathering crust; major elements; chemical weathering; paleoclimate;

作为夷平面组成部分的风化壳,是重建和识别夷平面的重要依据,也是承载夷平面环境信息的重要载体[1]。在化学风化过程中,风化壳的风化速度和强度很大程度上受制于母岩成分,气候、地形和地下水等条件也会对风化壳的发育产生重要影响,其中气候条件是决定风化方向和强度的基本因素[2,3]。红色风化壳主要分布于中国南方地区[4],在北方地区多被厚层的黄土所覆盖,仅在山东半岛和辽东半岛有出露[5]。不同区域的红色风化壳,即使发育的温、湿条件相同,由于沉积成因和母岩性质的差异,其化学特征也会出现不同。红色风化壳的形成是一个漫长的地质过程,在此过程中,风化壳剖面中的易迁移元素被淋失,不易迁移元素和惰性元素则出现了富集,根据化学元素在剖面中的分布、分配和迁移、富集的规律,可以定量分析风化程度及响应区域古气候[6,7],是探讨过去全球变化的一种重要的感应体。近年来,诸多学者对南方地区的红色风化壳地球化学特征[8,9,10,11,12,13,14,15]进行了深入研究,在恢复碳酸盐岩风化成土作用[16]、土壤矿物和化学组成特征[17]、红色残积物的来源[18]、稀土元素[19]以及表生地球化学循环[20]等方面取得了大量成果,但对于北方红色风化壳的研究成果很少,目前仅有学者对山东半岛的庙岛群岛[5]和河北北戴河地区[21]的红色风化壳进行了研究。

本文通过野外调查,选取石槽剖面红色风化壳为研究对象,通过研究剖面的元素含量分布和地球化学指标变化,揭示剖面的地球化学特征;在此基础上,结合风化作用强弱与古气候间的关系,为认识辽南地区古气候演变提供依据。石槽剖面红色风化壳的发现与研究,为将中国红色风化壳的分布范围扩展到辽南地区的进一步研究奠定了基础。

1 研究区概况

辽南地区(120°58′~123°31′E,38°43′~40°12′N)位于辽东半岛南部,地层属于太古界,上为城子坦组,下为董家沟组;构造发育较成熟,由中朝准地台断裂体系和滨太平洋断裂体系组成,其中北北东向断裂、北东向断裂和复州-达子营断裂是控制全区的主要地质构造[22,23],这些构造是碳酸盐岩风化壳发育的物质基础和条件。自新构造运动以来,本区大地构造运动表现为长期、缓慢、间歇式的抬升,形成了多级夷平面[24]。受构造运动的控制,本区地形以低山丘陵为主,地势东北高、西南低,多为侵蚀型碳酸盐岩山地,岩石的主要性质为页岩、砂岩、板岩,被剥蚀出来的基岩山地露头又受海水的侵蚀,多形成为裸露型碳酸盐岩石质山地[25]。在漫长的地质历史时期,在构造稳定的平坦地形条件下,风化壳形成速度大于侵蚀速度,从而在本区形成了深厚的风化壳。

2 样品采集及分析方法
2.1 样品采集

石槽剖面(122°02′53″E,39°07′48″N)在金州区石槽村的西侧,海拔高度约20 m,位于滨海公路北侧的丘陵平缓地带,是道路施工后遗留下来的废弃堆场;风化壳厚度为4 m左右,上部覆有厚约20 cm的表层土;土壤之下是质地较粘重的深红色沉积层,为半胶结状态,垂直节理发育良好,沉积层下部有基岩出露。将风化壳上覆的表土层部分除去,用尺子量测距离,采样时保持同一样品基本处在同一层面,自下而上,间隔25 cm采样,共采集风化壳样品13件,自上而下依次标号为S1~S13,并采集基岩样本一份。样品质量1 kg,在野外进行分样并用样品袋密封保存。剖面采样位置见图1。

图1 剖面采样点位置分布示意图 Fig.1 Distribution of the sampling points

2.2 分析方法

为保证数据的准确性与可用性,实验前先将样品自然风干,去除植物根系和有机质残体,研磨至200目,用日本理学公司生产的ZSX Prinmus型X射线荧光光谱仪进行化学元素测试,测试量程0~100%。在测试过程中加入国家标样GSS-3进行质量控制,常量元素分析精度相对误差小于5%。上述实验在辽宁师范大学实验中心光谱色谱实验室完成。

3 石槽剖面地球化学特征
3.1 常量元素分布特征

常量元素测量结果表明(表1),石槽剖面红色风化壳的氧化物含量以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主,三者含量之和占剖面元素总量的86.27%。其中,SiO2的平均含量为54.82%,Al2O3的平均含量为23.23%,Fe2O3的平均含量为8.22%。其他氧化物含量较低,K2O(3.79%)>MgO(1.49%)>TiO2(0.79%)>CaO(0.42%)>Na2O(0.24%)。

表1 石槽剖面常量元素测量结果(%) Table 1 The test results of major elements from the Shicao profile(%)

与基岩相比,石槽剖面红色风化壳中Ca元素含量重度亏损,其他常量元素含量均出现了相对富集。其中,Si、Al、Fe三种主要元素增大了30倍以上,在剖面中出现大量富集;K、Na、Mg三种易淋溶的碱金属、碱土金属元素也有较大的增幅,特别是K、Na增幅较大,这表明剖面风化前锋处的淋溶作用较弱。由于风化前锋处方解石的充分淋失,整个剖面中作为碳酸盐岩的主要元素Ca的总体含量较少;这表明石槽剖面红色风化壳是下伏基岩原地风化的产物,与南方碳酸盐岩红色风化壳[12]具有相似的特点,与结晶岩类[14]风化壳有明显的差异性。

石槽剖面中各采样点样品的主要常量元素SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、MgO、TiO2、CaO、K2O从底部到顶部含量无规律性变化,显示了常量元素在风化过程中的地球化学行为较为一致,符合风化壳沉积类型特征。

3.2 地球化学指标变化特征

据风化壳的发育前锋理论,风化壳的增厚或发育,是通过风化前锋向下推进来完成的,即由底部到顶部,风化壳的形成时间由新至老,总体上风化程度自弱至强。在研究中,通常采用地球化学指标来揭示风化壳的风化程度。石槽剖面常量元素的地球化学指标计算结果见表2。

表2 石槽剖面地球化学指标 Table 2 The geochemical parameters of the Shicao profile

化学蚀变系数(CIA)和盐基总量淋滤系数反映风化强度;石槽剖面的CIA与盐基总量淋滤系数从底部到顶部总体上呈增大趋势,且波动幅度都较大,表明石槽剖面总体上风化强度呈增大趋势且具有波动性。K/CN反映了化学风化的成熟度;石槽剖面的K/CN介于1.32~26.88之间,说明该剖面不同位置的风化壳的发育成熟度差异较大。硅铝铁率S/R、S/A、S/F反映脱硅富铁铝化程度;这3个指标在石槽剖面从底部向上都呈现出波动减小的趋势,表明剖面的脱硅富铁铝化程度随风化壳的形成时间呈现出增大趋势。A/NK、A/CNK反映碱金属和碱土金属淋失程度;石槽剖面中A/NK、A/CNK的变化曲线基本一致,从底部向上波动增大,反映剖面中的碱金属、碱土金属随剖面的发育而淋失。

石槽剖面地球化学指标随深度的变化曲线具有很好的对应关系(图2),其中CIA、盐基总量淋滤系数、A/NK及A/CNK的变化趋势一致,与S/R、S/A及S/F的变化趋势相反,呈现一定的规律性,从侧面说明石槽剖面红色风化壳是下伏基岩原地风化残积的产物。这些指标具有明显的波动性,说明石槽剖面从岩土界面的风化前锋到剖面上部风化程度差异较大。

图2 石槽剖面地球化学指标随深度的变化 Fig.2 Change of geochemical parameters in different depths of the Shicao profile

4 对古气候演变的响应
4.1 地球化学指标的指示意义

在化学风化过程中,母岩成分、构造、地貌以及气候都是制约风化壳风化强度的重要因素[26]。石槽剖面红色风化壳是由下伏碳酸盐岩原地风化残积而成,母岩成分对风化作用的影响较小。石槽剖面形成于构造稳定的夷平面上,构造及地貌不会对化学风化作用产生重大影响。研究表明,在母岩和地形条件影响较小的情况下,气候条件是决定风化方向和强度的基本因素[27,28]。因此,可以采用石槽剖面的地球化学指标推断风化壳发育期内古气候环境的演变趋势。

化学蚀变指数(CIA)值在不同区段所反映的气候环境意义有所不同。CIA值介于50~65时,所对应的一般为严寒条件下的低水平的化学风化,气温低、降水稀少,主要以物理风化作用为主,化学风化作用为辅。当CIA值介于65~85时,一般对应的气候环境为温带气候条件下的比较温暖、湿润气候的中等化学风化条件。当CIA值介于85~100时,则对应着湿热条件下的高度化学风化的过程,气候近似于亚热带[29]。石槽剖面的CIA值在77.33~87.43之间变化,平均值为82.46,与中国南方红色风化壳[12]相比,石槽剖面红色风化壳的风化强度较小,指示其发育时期的水热条件弱于南方。

K/CN越小,风化壳的发育成熟度越高,K、Ca及Na等盐基离子大量淋失;反之,发育成熟度较低。硅铝铁率S/R、S/A、S/F越小,化学风化强度越大,硅大量淋失,铁铝沉积而相对富集,即风化壳的脱硅富铁铝化程度越高;A/NK、A/CNK越大,铝元素大量富集,Na、K等碱土金属大量淋失,即碱土金属淋失程度越大。当风化壳处于高度化学风化阶段时,气候以湿热条件为主,化学风化强度大,硅大量淋失,K、Na及Ca等盐基离子也大量淋失,铁铝相对富集,即风化壳的脱硅富铁铝化程度高、成熟度高以及碱金属和碱土金属淋失程度大。因此,在通过CIA指示气候环境的同时,可以采用K/CN、硅铝铁率S/R、S/A、S/F、A/NK以及A/CNK等地球化学指标共同响应风化壳发育期内古气候环境的演变。

4.2 石槽剖面古气候响应

石槽剖面地球化学指标变化趋势具有一定的规律性,根据不同地球化学指标的变化趋势,自上而下可划分为4个阶段来探讨石槽剖面风化作用强度的差异,揭示风化壳发育期内辽南地区古气候环境的演变过程。

阶段,深度为25~100 cm。这一阶段CIA(平均85.84)和盐基总量淋滤系数(平均3.17)均较高且呈增加趋势,表明阶段的风化作用强度较强,主要以湿热条件下的高度化学风化为主;K/CN最低(平均5.60)且呈增加趋势,K、Ca及Na等盐基离子大量淋失,说明阶段风化壳成熟度较高;硅铝铁率S/R(平均2.88)、S/A(平均3.58)、S/F(平均14.70)均较低且呈减少趋势,说明在湿热的气候条件下,硅大量淋失,铝铁相对富集,即阶段脱硅富铁铝化程度较高;A/NK(平均6.84)、A/CNK(平均5.60)均最大且呈增大趋势,说明Na、K等碱金属、碱土金属大量淋失,阶段碱金属和碱土金属淋失程度较高。通过以上地球化学指标可以看出,阶段的风化作用强度高,主要以化学风化作用为主,风化壳发育程度高,指示该阶段是湿热的亚热带气候。

阶段,深度为125 cm左右。这一阶段CIA(79.45)和盐基总量淋滤系数(1.94)明显降低,表明阶段的风化作用强度明显减弱,主要以暖湿条件下的中度化学风化为主;K/CN明显升高(26.88),说明阶段风化壳成熟度明显降低;硅铝铁率S/R(3.73)、S/A(4.57)、S/F(20.35)均有所升高,说明阶段脱硅富铁铝化程度有所降低;A/NK(3.94)、A/CNK(3.67)均有所下降,说明阶段碱金属和碱土金属淋失程度降低。通过以上地球化学指标可以看出,与阶段相比,阶段的风化作用强度明显减弱,是中等化学风化条件,风化壳发育程度相对较低,指示该阶段是温暖、湿润的温带气候。

阶段,深度为150~200 cm。相比前一阶段,这一阶段CIA(平均84.9)和盐基总量淋滤系数(平均2.80)均相对较高,表明阶段的风化作用强度相对较高,接近湿热条件下的高度化学风化;K/CN明显较低(平均12.25),说明阶段风化壳成熟度有所提高;硅铝铁率S/R(平均3.01)、S/A(平均3.72)、S/F(平均15.81)均降低,说明阶段脱硅富铁铝化程度有所提高;A/NK(平均5.86)、A/CNK(平均4.99)均有所提高,说明阶段碱金属和碱土金属淋失程度有所提高。通过以上地球化学指标可以看出,相比前一阶段,阶段的风化作用强度明显增强,接近湿热条件下的高度化学风化,风化壳发育程度相对较高,指示该阶段是气候回暖,接近湿热的亚热带气候。

阶段,深度为225~325 cm。这一阶段CIA(平均78.90)和盐基总量淋滤系数(平均2.20)均较低但呈增加趋势,表明阶段的风化作用较弱,以暖湿条件下的中度化学风化为主;K/CN相对较高(平均13.15)但呈较少趋势,说明阶段风化壳成熟度相对较低;硅铝铁率S/R(平均3.79)、S/A(平均4.55)、S/F(平均22.96)均较高且呈减少趋势,说明阶段脱硅富铁铝化程度较低;A/NK(平均2.24)、A/CNK(平均3.59)均较小且呈增大趋势,说明阶段碱金属和碱土金属淋失程度较低。通过以上地球化学指标可以看出,阶段的风化作用强度较弱,前期气候趋于暖湿,后期气候回暖,但总体上指示该阶段是相对温暖、湿润气候的温带气候。

以上分析可知,石槽剖面红色风化壳风化作用经历了风化很强-风化减缓-风化较强-风化较弱4个阶段的变化,指示辽南地区在红色风化壳发育期内古气候环境经历了湿热-暖湿-回暖-相对暖湿的演变过程。

5 结论

1) 石槽剖面红色风化壳的化学组成以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主,其他氧化物含量相对较低。石槽剖面红色风化壳中Ca元素含量重度亏损,其他常量元素含量均出现了相对富集;这表明石槽剖面红色风化壳与南方碳酸盐岩红色风化壳具有相似的特点,与结晶岩类风化壳有明显的差异性。

2) 石槽剖面红色风化壳发育的气候环境总体上为温带气候条件下的比较温暖、湿润的气候,属于中等化学风化阶段,风化作用强度弱于南方红色风化壳。

3) 石槽剖面红色风化壳风化作用强度经历了风化很强-风化减弱-风化加强-风化较弱4个阶段的变化,指示辽南地区在红色风化壳发育期内古气候环境经历湿热-暖湿-回暖-相对暖湿的演变过程。

The authors have declared that no competing interests exist.

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<FONT face=Verdana>对最近在藏北羌塘盆地菊花山、肖茶卡、石水河等地区新发现的肖茶卡组顶部的粘土质角砾岩的地质、地球化学特征研究表明:其岩石矿物成分、结构构造、角砾层产状及剖面演化序列等与古风化壳的形成及其特征较为一致;相对于基岩,古风化壳的主量元素表现为CaO、CO2的淋失和SiO2、Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、MnO、P2O5等不同程度的相对富集;古风化壳中的粘土质风化残积层的稀土元素具有明显的富集,表现为LREE含量远大于HREE的特征,存在明显的Ce的正异常以及Eu的负异常;微量元素除Mo、Sn和U外,粘土质风化残积层的其余元素含量均有明显的增加。这些特征从另一角度证实了北羌塘盆地晚三叠世存在明显的沉积间断。<BR>晚三叠世肖茶卡组顶部古风化壳的发现,为了解区域地壳发展史、古气候、古地理演化、层序地层的划分与对比、羌塘含油气盆地分析等提供了重要的依据。<BR></FONT>
DOI:10.3969/j.issn.1000-0550.2007.04.001      [本文引用:1]
[Wang Jian, Fu Xiugen, Chen Wenxi et al. The late triassic paleo-weathering crust in the qiangtang basin, northern tibet: geology, geochemistry and significance. Acta Sedimentologica Sinica, 2007, 25(4): 487-494.]
[11] 周德全, 王世杰, 刘秀明. 石灰土(碳酸盐岩风化壳)形成地球化学过程研究[J]. 地球与环境, 2005, 33(2): 31-38.
[本文引用:1]
[Zhou Dequan, Wang Shijie, Liu Xiuming.Study on geochemical processes in limestone soil profiles. Earth and Environment, 2005, 33(2): 31-38.]
[12] 王世杰, 孙承兴, 冯志刚,. 发育完整的灰岩风化壳及其矿物学与地球化学特征[J]. 矿物学报, 2002, 22(1): 19-29.
对于碳酸盐岩土覆土壤成因、尽管碳酸盐岩风化残积成土说被多数学者认同,但由于碳酸盐岩中酸不溶物含量极低,在风化成土过程中会伴随着巨大的体积缩小变化,原岩结构和半风化带无法保留,从而缺失了探索上覆土壤物质来源的重要中间环节,使得这种观点缺乏野外宏观证据的支持。最近,我们在贵州、湖南等地发现了数个以泥质灰岩和泥质白云岩为基岩的碳酸盐岩风化壳剖面,尚保留有较好的原岩结构,具有明显的风化壳分带和过渡现象。这些风化壳剖面的发现为深入研究碳酸盐岩风化成土过程提供了良好的研究场所。本文选取了较为典型的吉首泥灰岩风化壳剖面,从矿物学地球化学的角度来探讨碳酸盐岩风化壳的形成过程和发育特征,结果表明该风化壳既遵循非碳酸盐岩(主要是结晶岩类)风化壳的发育特征,也具有自己独特的地球化学演化规律。风化壳总体特点受碳酸盐中的酸不溶物矿物组合及化学成分的影响甚至控制,风化非碳酸盐风壳相似的发育特征。吉首泥灰岩风化壳剖面的发育特征和作者早先提出 的碳酸盐岩风化成土的两阶段模式是一致的,即以碳酸盐矿物大量淋失、酸不溶物逐渐堆积或残积为特征的早期阶段和残积物进一步风化成土的阶段,后一阶段的演化类似非碳酸盐岩类的风化过程。
DOI:10.3321/j.issn:1000-4734.2002.01.004      [本文引用:3]
[Wang Shijie, Sun Chengxing, Feng Zhigang et al. Mineralogial and geochemical characterisics of the limestone weathering profile in Jishou, Western Hunan Province, China. Acta Mineralogica Sinica, 2002, 22(1): 19-29.]
[13] 孙承兴, 王世杰, 刘秀明,. 碳酸盐岩风化壳岩-土界面地球化学特征及其形成过程——以贵州花溪灰岩风化壳剖面为例[J]. 矿物学报, 2002, 22(2): 126-132.
在对黔中花溪灰岩风化壳原地风化残积特征进行了论证的基础上,本 文从地球化学角度对碳酸盐岩风化壳岩-土界面发育特征及其形成机理进行了讨论.碳酸盐岩的易溶解性和显著的差异性溶蚀,导致了其风化壳基岩面起伏强烈、岩 -土界面界线清楚且突变;与此宏观特征相对应的是风化产物在矿物成分、主量、微量元素等方面均存在明显的突变现象.同时,在岩-土界面土层中形成了一个相 对狭窄而突变的碱性障,此障无疑对风化壳的一些地质地球化学过程产生强烈影响,例如硅酸盐矿物的进一步蚀变分解,以及稀土和其它部分微量元素的超常富集和 强烈分异等.
DOI:10.3321/j.issn:1000-4734.2002.02.005      [本文引用:1]
[Sun Chengxing, Wang Shijie, Liu Xiuming et al. Geochemical characteristics and formation mechanism of rock-soil interface in limestone weathering crust at Huaxi, Guizhou provinc. Acta Mineralogica Sinica, 2002, 22(2): 126-132.]
[14] 张丽萍, 朱大奎, 杨达源. 长江三峡坝区花岗岩风化壳化学元素迁移特征[J]. 地理学报, 2001, 56(5): 514-521.
在长江三峡坝区河谷不同地貌部位系统采样的基础上,通过X射线荧光光谱的化学全量分析及各元素迁移率特征值和强度值的详细计算,揭示出不同地貌部位各化学元素的迁移规律:①长期淹没于水下的河床风化壳,易溶的CaO、MgO发生相对富集的现象,Al zO3却呈减少的趋势;Fe2O3的富集率最大;②季节性被水浸没的河漫滩风化壳,还出现了K2O、MgO含量相对富集的现象;③谷坡风化壳是典型的北亚热带地带性风化壳,处于化学风化早期到中期的过渡阶段.④在各种地貌的风化壳中6.5深度是一个特殊的层位,K2O、Na2O对抗现象最为明显,即Na2O相对富集,K2O相对减少.
DOI:10.3321/j.issn:0375-5444.2001.05.002      [本文引用:2]
[Zhang Liping, Zhu Dakui, Yang Dayuan.Chemical element transferring features of weathering granite regolith in Three Gorges Dam Region. Acta Geographica Sinica, 2001, 56(5): 514-521.]
[15] 高柳青, 袁宝印. 南宁、百色盆地红土风化壳的地球化学特征及其环境意义[J]. 地理研究, 1996, 15(1): 82-90.
[本文引用:1]
[Gao Liuqing, Yuan Baoyin.Geochemical characteristics of red clay weathering crust in Nanning and Baise basin and its environmental significance. Geographical Research, 1996, 15(1): 82-90.]
[16] 王世杰, 季宏兵, 欧阳自远,. 碳酸盐岩风化成土作用的初步研究[J]. 中国科学(D辑:地球科学), 1999, 29(5): 441-449.
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[Wang Shijie, Ji Hongbing, Ouyang Ziyuan et al. Preliminary study on weathering and soil forming of carbonate rocks. Science in China(Series D), 1999, 29(5): 441-449.]
[17] 高全洲, 崔之久, 刘耕年,. 青藏高原风化壳红土的沉积地球化学和矿物学特征及环境意义[J]. 中山大学学报(自然科学版), 2000, 29(5): 97-102.
对青藏高原主夷平面上分布的风化壳红土进行了沉积地球化学和矿物学方面的研究 .结果表明 ,高原风化壳红土中细粒物质 (粒径小于 1mm)的粒径分布范围较广且比较均匀 ;红土中粘粒部分的主要化学成分为SiO2 ,Al2 O3和Fe2 O3;粘土矿物多属于伊利石 高岭石型组合 ,少数属高岭石 -伊利石型组合 .高原风化壳红土处在红土化的初期阶段 ,间接反映了青藏高原古岩溶发育时期的湿热气候
DOI:10.3321/j.issn:0529-6579.2000.05.022      [本文引用:1]
[Gao Quanzhou, Cui Zhijiu, Liu Gengnian et al. The sedimentary geochemistry and nineral characteristics and environmental significance of the laterites on Plateau of Tibet. Acta Scientiarum Universitatis Sunyatseni (Naturalium), 2000, 29(5): 97-102.]
[18] 孙承兴, 王世杰, 周德全,. 碳酸盐岩酸不溶物作为贵州岩溶区红色风化壳主要物质来源的证据[J]. 矿物学报, 2002, 22(3): 235-242.
[本文引用:1]
[Sun Chengxing, Wang Shijie, Zhou Dequan et al. Insoluble residues of carbonate rocks as suorce material for red weathering crusts in karst regions of Guizhouprovince, China. Acta Mineralogica Sinica, 2002, 22(3): 235-242.]
[19] 付伟, 黄小荣, 杨梦力,. 超基性岩红土风化壳中REE地球化学:不同气候风化剖面的对比[J]. 地球科学(中国地质大学学报), 2014, 39(6): 716-732.
选择印度尼西亚苏拉威西岛Kolonodale地区和中国云南省元江地区的2个超基性岩红土风化壳为研究对象,对比研究不同气候环境下超基性岩在红土风化过程中REE的地球化学特征及其演化机制.研究发现,印尼Kolonodale和中国元江剖面的REE分布型式具有一定的共性规律,都表现出显著的REE表生富集效应(相对于基岩的最大富集系数分别达44.21和236.19)、不均一的轻重稀土分异(分异程度随剖面深度加大而降低)以及剧烈的Ce异常正负转换现象(风化壳上部是正Ce异常,风化壳下部是负Ce异常).2个剖面中REE最大富集段的产出位置明显错位,表现在Kolonodale剖面中REE最大富集段出现在腐岩层,而在元江剖面中REE最大富集段出现在红土层.质量平衡计算指示,REE在超基性岩红土化过程中发生了显著的迁移和分异现象,其地球化学行为受红土剖面pH值环境与有机质(O.M.)含量的制约.案例对比分析表明,气候环境对超基性岩红土化过程中REE的地球化学演化具有重要影响.在热带雨林环境的印尼Kolonodale剖面中,风化壳中REE主要继承于基岩,在高强度的红土化作用下,REE经历了强烈的重新分配和垂向分异.而在亚热带季风气候环境的中国元江剖面中,风化壳中的REE具有更复杂的物源背景,除继承基岩外还可能叠加了风尘沉积物的影响.元江剖面的红土化程度偏弱,导致REE在表生演化中未发生强烈的淋滤和次生富集作用.
DOI:10.3799/dqkx.2014.067      [本文引用:1]
[Fu Wei, Huang Xiaorong, Yang Mengli et al. REE geochemistry in the laterite crusts derived from ultramaficrocks: comparative study of two laterite profiles under different climate condition. Earth Science(Journal of China University of Geosciences), 2014, 39(6): 716-732.]
[20] 付伟, 黄小荣, 杨梦力,. 超基性岩红土风化壳中铂族元素(PGE)的地球化学特征及其表生行为:来自印尼与中国不同气候环境红土剖面的对比研究[J]. 地学前缘, 2015, 22(2): 160-173.
选择印度尼西亚苏拉威西岛Kolonodale地区和中国云南省元江地区的两处红土剖面为研究对象,对比研究不同气候环境下PGE在超基性岩红土风化壳中的地球化学特征及其表生行为.测试数据表明,PGE在两例红土剖面中都表现出了不同程度的表生富集效应,相对于基岩的最大富集系数分别达5.42(Kolonodale剖面)和6.52(元江剖面),并且PGE在风化产物中的富集系数与样品的红土化强弱指标(S/SAF值)关系密切.但PGE在两例剖面中的垂向分布特征明显不同,它们的含量曲线分别呈“哑铃状”(Kolonodale剖面)和“倒勺子状”(元江剖面).地球化学证据指示,风化壳中的PGE主要源自基岩中的铬铁矿,它在超基性岩红土化过程中的表生行为与Fe和Cr等元素高度一致,显示出残余富集的习性.这种机制导致了PGE富集段出现在元江和Kolonodale风化壳剖面的上部(红土层).此外,气候环境通过制约基岩的红土化程度来对PGE的表生行为产生影响.Kolonodale剖面的红土化程度高于元江剖面,PGE在强烈红土化作用下会在风化壳内部发生迁移再分配,这是导致在Kolonodale剖面的腐岩层中也出现PGE富集现象的可能机制.研究进一步证实,Pd和Os在红土化程度较高的风化壳中活动迁移性较强,它们会与Pt、Ir、Ru和Rh等元素发生相对明显的内部分异.除此之外,在超基性岩红土化过程中IPGE与PPGE之间或PGE内部各单项元素之间的内部分异现象并不显著.
DOI:10.13745/j.esf.2015.02.014      [本文引用:1]
[Fu Wei, Huang Xiaorong, Yang Mengli et al. Geochemical behavior of Platinum Group Elements(PGE) during the laterization process of the ultramafic rock : A comparative study of two laterite profiles under different climate conditions from Indonesia and China. Earth Science Frontiers, 2015, 22(2): 160-173.]
[21] 熊志方, 龚一鸣. 北戴河红色风化壳地球化学特征及气候环境意义[J]. 地学前缘, 2006, 13(6): 177-186.
风化壳地球化学特征具有环境指示意义。用X射线荧光光谱法(XRF)和X射线衍射法(XRD)分别测试了秦皇岛北戴河燕山大学北侧红色风化壳(简称燕大风化壳)主量元素和粘粒粘土矿物。结果表明:除Ca外,Si、Al、Fe、Na、K的含量在风化壳上均有不同程度的波动,其中Si、Na、K波动轨迹基本一致,Al、Fe则与其相反,相关性分析显示SiO2与Al2O3、TFe、Fe2O3,Al2O4与TFe、Fe2O3,Na2O与CaO具有较好相关性;粘土矿物组合为1.4nm过渡矿物(25%~45%)+伊利石(10%~20%)+伊蒙混层矿物(20%~35%)+高岭石(15%~30%),矿物演化系列是长石、黑云母→(蛭石→1.4nm过渡矿物)→(伊利石)→高岭石。与粘土矿物以1:1型高岭石为主的富铝化南方红色风化壳相比,燕大风化壳Si淋失度,Fe、Al富集度,矿物演化程度都较低,属硅铝化风化壳。燕大风化壳是上新世暖温带到北亚热带过渡型气候的风化产物,与现代秦皇岛暖温带半湿润型气候不同,这反映第四纪以来该区气候干旱因子增多。CIA、S/A等指示的风化强度异常表明,燕大风化壳形成后至少遭受过两次构造抬升,为剥蚀型风化壳,反映该区新构造运动间歇式上升的特点。
DOI:10.3321/j.issn:1005-2321.2006.06.021      [本文引用:1]
[Xiong Zhifang, Gong Yiming.Geochemical characteristics and climatic-environmental significance of the red weathering crusts in the Beidaihe coast, North China. Earth Science Frontiers, 2006, 13(6): 177-186.]
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[26] 李徐生, 韩志勇, 杨守业,. 镇江下蜀土剖面的化学风化强度与元素迁移特征[J]. 地理学报, 2007, 62(11): 1174-1184.
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[Li Xusheng, Han Zhiyong, Yang Shouye et al. Chemical weathering intensity and element migration features of the Xiashu Loess profile in Zhenjiang. Acta Geographica Sinica, 2007, 62(11): 1174-1184.]
[27] 郭媛媛, 莫多闻, 毛龙江,. 澧阳平原岩板垱剖面地球化学特征与风化强度研究[J]. 地理科学, 2013, 33(3): 335-341.
<p>通过对岩板垱剖面氧化物含量分析及年代测定, 揭示其常量地球化学特征, 探讨澧阳平原晚更新世晚期至全新世中期的化学风化过程和环境变化。结果表明, 岩板垱剖面沉积物出现不同程度Na、Ca元素亏损及TFe和Mn元素富集, 其化学风化作用程度明显高于黄土高原黄土, 稍高于镇江下蜀黄土, 处于中等的风化阶段。多个风化指标的垂向变化表明岩板垱剖面化学风化强度表现为风化较强、风化较弱、风化加强和风化较强4 个阶段的变化。化学风化强度指示澧阳平原27~6.0 ka B.P.间, 气候环境经历了相对暖湿-凉湿-气候回暖-温暖湿润的演变过程。</p>
[本文引用:1]
[Guo Yuanyuan, Mo Duowen, Mao Longjiang et al. Geochemical characteristics and weathering intensity of the Yanbandang profile in Liyang Plain, the middle reach of the Changjiang River. Scientia Geographica Sinica, 2013, 33(3): 335-341.]
[28] 舒强, 赵志军, 陈晔, . 江苏兴化DS浅孔沉积物地球化学元素与粒度所揭示的古环境意义[J]. 地理科学, 2009, 29(6): 923-928.
选择位于东亚季风典型区的苏北盆地沉降中心附近湖沼沉积为研究对象,进行了AMS<sup>14</sup>C、粒度、地球化学元素的综合分析。分析表明,末次冰消期以来苏北盆地古气候经历了冷干、暖湿、温湿、冷暖波动剧烈、暖湿的变化过程。苏北盆地DS钻孔沉积物所揭示的气候变化与贵州董歌洞石笋氧同位素数据和格陵兰冰芯数据所揭示的气候变化总体变化趋势大体一致,但在一些细部上还是存在着差异,较好的响应了区域环境和全球气候变化。
[本文引用:1]
[Shu Qiang, Zhao Zhijun, Chen Ye et al. Palaeoenvironmental significance of geochemistry elements and grainsize of DS core sediments in Xinghua,Jiangsu province. Scientia Geographica Sinica, 2009, 29(6): 923-928.]
[29] 冯连君, 储雪蕾, 张启锐,. 化学蚀变指数(CIA)及其在新元古代碎屑岩中的应用[J]. 地学前缘, 2003, 10(4): 539-544.
[本文引用:1]
[Feng Lianjun, Chu Xuelei, Zhang Qirui et al. CIA (chemical index of alteration) and its applications in the Neoproterozoic clastic rocks. Earth Science Frontiers, 2003, 10(4): 539-544.]