（自然地理学专业论文）晚更新世以来闽东沿海风沙沉积的古季风变化记录研究.pdf

4 ， i鸣 人 ， 摘要 j i i i i i ii lli ii ii l li f i l l i l l f y 18 0 6 7 14 a b s t r a c t t h er e ds a n d ，t h eq u a t e r n a r ys e d i m e n t s ，丽d e l yd i s t r i b u t e sa l o n gt h es o u t h e a s tc o a s t a n ds o u t hc o a s to fc h i n a i t sd i s t r i b u t i o n , s e d i m e n t a r yc h a r a c t e r i s t i c s ，s e d i m e n t a r yd a t e s ， r u b i f i c a t i o n , a n df o r m a t i o nh a v eb e e ns t u d i e d 鼹t e n s i v e l y i nt h i sp a p e r , q i n g f e n g , p i n g t a n , w a sc h o s ea st h es t u d ya r e a , w h i c hi sc h a r a c t e d s t i co ft h er e ds a n da n dr e s p o n d s a c t i v e l yt om o n s o o nc h a n g e s a n dt h ep u r p o s e o ft h ep a p e rw a st oe x p l o r et h ec o n e l a t i o n o ft h er e ds a n d , s a n ds e d i m e n t si nt h ee a s to f f u j i a n , a n dt h ef l u c t u a t i o n so fe a s ta s i a n m o n s o o n o s ld a t i n g , g r a i n s i z e , m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y a n d s p e c t r u m w e r e a c c o m p l i s h e d , a n dt h ec o n c l u s i o n sc o u l db ed r a w na sf o l l o w i n g ： f i r s t , o s ld a t i n gh a sg r e a t l yi m p r o v e dt h ea c c u r a c yo fm e a s u r e m e n t b ym e a n so f o s l d a t i n g , a g e - d e p t hr e l a t i o n s h i pw a ss e tu pa n dt h ep r o b a b i l i t ya g er a n go ft h ep r o f i l e w a sc o n f m e d , t h a tw a s1 4 0k & b e 一5 8 k a b e ，b e l o n g i n gt ot h el a s ti n t e r g l a c i a lp e r i o d s s e c o n d , a l lt h es a m p l e sw e r om e a s u r e db ym a s t e r s i z o r2 0 0 0l a s e rg r a i n - s i z e i n s t r u m e n t b ym e a n so fg r a i n - s i z ep a r a m e t e r s ，g r a i n - s i z ec u r v e s ，c o m b i n e d 谢也s a h u s f o r m u l a , t h ew i n d s e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n to f t h es a m p l e sw a sf u r t h e rd e m o n s t r a t e d t h i r d , a l l t h es a m p l e sw e r em e a s u r e db yb a r t i n g t o nm s 2i n s t r u m e n t t h e i m p l i c a t i o n so fm a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t yo ft h es a m p l e sw e r ea n a l y z e d a tt h es a m et i m e , c o m b i n e dw i t ht h ef i t t i n gp a l e - t e m p e r a t u r eo ft i m ec a v e , s e d i m e n t a r yp e r i o d sw o r e d i v i d e di n t os e v e r a ld e t a i l e dp e r i o d s a n dt h e n , a n a l y s i so nt h ef l u c t u a t i o no fm a g n e t i c s u s c e p t i b i l i t ya n dt h er e a s o n so fi t sf l u c t u a t i o nw e r ec a r r i e do u tt ot h ec o n c l u s i o n , m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t yc o u l dr e f l e c tc o o l - w a r mc l i m a t ec h a n g e so ft h es t u d ya r e ai nt h e s e d i m e n t a r yp e r i o d s f o u r t h , b ym e a n so fg r a i n - s i z es t a n d a r dd e v i a t i o nv a r i a t i o n , t h es e n s i t i v eg r a i n - s i z e w a se x t r a c t e d f l l r t h e r m o r e , m a g n e t i c s u s c e p t i b i l i t ya n ds e n s i t i v eg r a i n - s i z ew e r e a n a l y z e db yr e d f i tn o i s e da n a l y s i ss o f t w a r e t ot h ec o n c l u s i o n , m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y a n dg r a i ns i z ec o u l dc o r r e s p o n dw e l lt o p a l e o c l i m a t i cv a r i a t i o n m e a n w h i l e , t h e s e d i m e n t a r yp e r i o d so fa e o l i a nd e p o s i tw e r ea l s o d e t e c t e d , t h a tw e r em i l a n k o v i t c h c y c l e s ( i n c l u d i n ga4 1 k a c 锄t r i c 时c y c l e ，a1 6 k ap r e c e s s i o n ，1 4 k aa n d1 2 k a s e m i - p r e c e s s i o n s ) a n d m i l l e n n i a l s c a l e c y c l e s ( i n c l u d i n g7 k a , 6 k a m a d 5 k aq u a s i c y c l e s ) c o m p a r e dw i t ht h er e l a t i v es t u d i e s r e s u l t s , t h es a m p l e sw e r ec h a r a c t e r i z e dw i t h h i 一 i ， 人 一 福建师范大学龚正权硕士学位论文 m u l t i 。s p e c t r u mo f t r o p i c a lm o n s o o n f i n a l l y , c u r v e so ft i a n ec a v es t a l a g m i t ei s o t o p e , s a n b a o h u l u8 1 8 0r e c o r d sa n d a t m o s p h e r i c8 1 s or e c o r df r o mv o s t o ki c ec o r ew e r ec h o s et oc o m p a r ew i t ht h em a g n e t i c s u s c e p t i b i l i t ya n ds e n s i t i v eg r a i n - s i z eo fs a m p l e s ，w h i c hr e v e a l e dt h a tc u r v e so fs a m p l e s c o r r e s p o n d e dw e l lt ot h es d c c t e dc u r v e s t h e r e f o r e , a e o l i a nd e p o s i tc o u l dr e s p o n d a c t i v e l yt oa s i a nm o n s o o nc h a n g e s k e y w o r d s ：l a t ep l e i s t o c e n e , t h ee a s to ff u j i a nc o a s t , a e o l i a ns a n d ，g r a n u l a r i t y , s u s c e p t i b i l i t y ，e a s ta s i a nm o n s o o n , c y c l e s i v 参 小 p i ： 中文文摘 中文文摘 我国季风气候显著，东亚季风对于我国的古气候和环境演变都有着深刻的影响。 而研究发现黄土一古土壤、沙漠、湖泊、冰川等均是古季风气候波动交化的重要载 体。第四纪沉积物老红砂在东南沿海华南沿海分布广泛，其大多也分布在东亚季风 特别是夏季风向内陆深入的前缘地区，因此风沙的活动也有可能反映出东亚古季风 的波动变化。因此本文选择老红砂沉积特征较为明显，分布位置对季风变化响应积 极的平潭青峰为研究点，尝试找寻风沙沉积物和东亚季风变化波动之间的关系。 采样点地理坐标大致为2 5 0 3 9 4 8 n ，1 1 9 0 4 6 5 9 ，e ，采样剖面为老红砂侵蚀残留 所形成的自然剖面，整个剖面厚度约为1 2 m ，剖面接近9 0 0 。整个剖面水平层理十 分明显，依据野外采样记录的剖面颜色及层理特性，并结合室内的分析粒度磁化率 的分析结果，把整个剖面划分为四个大的层位，由下自上依次命名为r l 层、r 2 层、 r 3 层、r 4 层，其中在r l 层上部有铁盘层出露，黑褐色，质地坚硬。在每一层的中 间位置，采集光释光测年样品4 个。自下而上按剖面由老到新的沉积依次等间距刻 槽取样，间隔为1 0 c m ，共采集1 1 4 个样品，分别进行粒度和磁化率的测量实验。光 释光测年样品由国土资源部地下水矿泉水及环境监测中心测量完成，粒度测量采用 的是福建师范大学地理科学学院湿润亚热带生态地理过程省部共建教育部重点实 验室新购置的m a s t e r s i z e r 2 0 0 0 型激光粒度仪，磁化率指标也是应用该实验室的 b a r 血g t o n m s 2 型双频磁化率仪测量完成。 对样品进行粒度数据的分析，主要分析统计整个剖面的各粒级的百分比含量及 粒度参数的特点整个剖面的粒度构成中，主要是由砂物质组成，粉砂的百分比含 量居于次位，粘土的百分比含量最小。各分界层位的粒度组成有着共同的特点：粘 土粉砂的百分比含量都相对下降，而砂的百分比含量相对上升然后对样品的各粒 度参数进行分析，发现样品的沉积环境具有风成的特点根据野外采样的地貌观察 和瓦尔特相律的相关原理，进一步的应用萨胡环境判断公式对样品的沉积环境进行 判别，发现风成海滩环境与剖面样品的关联度最大，计算发现风成作用沉积物比例 约为5 2 6 ，沉积剖面可能后期风化改造作用，周围碎屑物的混合等不同因素，使 得样品计算值与萨胡公式有一定的差别，但可以初步推断剖面样品的主要沉积环境 为风成，但是也有海滩沉积的特征痕迹最后结合萨胡公式判断的结果，随机选择 其计算值分属不同沉积环境的样品制作概率累积频率图，通过比较概率累积曲线可 以看出，所有样品跃移总体的斜率变化都大致相同，且跃移总体的中闻却没有截断， v 年i 福建师范大学龚正权硕士学位论文 即没有表现出显著的海滩沉积环境的样品出现，大多数的样品都表现为风成沙丘的 沉积环境从而论证了剖面样品风成的沉积环境。 对样品测年数据的分析，采用的是光释光测年，不同于之前的1 4 c 、热释光、 电子自旋共振测年，大大提高了测量的精度。样品的光释光年龄、u t h 值比、等效 剂量等指标参数都是随着埋藏深度的增加而递增，而年剂量则是随着埋藏深度的增 加而递减但变化波动不大，综合分析发现从上到下的光释光年龄值的差别主要是由 于等效热量的不同引起的。而g s g 0 3 样品的u t h 值为整个剖面最小，则说明该层 位的风化强度最大利用四个点的测年数据与埋藏深度，拟合年龄深度回归方程 ( y = 5 8 0 9 7 + 7 2 1 8 x ，r 2 = ：0 9 7 3 ) ，估算出整个剖面的沉积年龄大致为1 4 0 k a b p 。5 8 k a b p 之_ 问，大致为末次间冰期。将拟合年龄拟合沉积速率与实测值相比较，发 现两者有着较好的相关性，在实测数据的误差范围内。通过比较野外采样记录，各 层的粒度特征测量值等，再结合年龄深度函数的相关分析，可以推断整个研究剖 面是连续沉积的，没有出现沉积中断，并且沉积速率随着埋藏深度的递增而递增。 最后参照选用了李平等所作有关福建宁化天鹅洞石笋同位素古温度研究的相关数 据，选取对应时间范围内的数据点，拟合了剖面沉积时段内气温变化的曲线，时间 尺度上两者有较好的对应关系，主要为m i s 5 和m i s 4 阶段。 在对样品的磁化率进行分析时，首先结合已有磁化率的相关研究，通过对样品 磁化率参数的综合分析，尝试分析出风沙沉积物的磁化率意义，发现单畴多畴的磁 性矿物颗粒对于样品的磁化率均有不同程度的贡献。单畴磁性矿物主要通过频率磁 化率体现出来，通过比较低频高频磁化率与频率磁化率的波动变化，发现当温度和 降水达列一定阈值后，磁化率反而降低，其波动变化可能不能反映该时段内环境变 化。依据相关研究，提取特定范围1 6 - - 1 2 5 1 x m ( 细细砂与粗粉砂) 的粒级百分比含 量与磁化率进行对比分析，发现两者有很好的相关性，且对样品的磁化率起着主要 的作用。适过分析比较确定了风沙沉积物的磁化率可以作为其沉积时段内气候冷暖 波动变化豹良好代用指标然后结合拟定的温度变化曲线，通过划分不同的期次， 分期次讨论了整个剖面磁化率波动变化及其原因，从而对剖面样品的沉积环境较详 尽的了解 在对样品所体现的东亚季风的波动变化分析中，首先进行季风气候记录环境代 用指标的建立与提取，采用粒级标准偏差的方法，利用马尔文激光粒度仪对样品 粒度的分折，提取了风沙沉积物样品对于东亚季风的变化最为敏感的粒度组分。借 v i ， 1 j 福建师范大学龚正权硕士学位论文 助红噪声分析软件r e d f i t 3 7 ，对样品的磁化率和敏感粒级组分进行频谱分析，计算 出老红砂风沙沉积物的周期大致有斜率周期4 1 k a ，岁差周期1 6 k a ，以及半岁差周期 1 4 k a 和1 2 k a ，以及千年尺度的周期7 k a 、6 k a 和5 k a 。通过对比前人的相关研究， 发现本研究区的周期变化与低纬热带过程紧密相关，呈现亚热带季风中纬度地区多 频谱周期波动的特点，具有明显的天文驱动性。同时进一步验证老红砂是在东亚季 风的风力作用堆积沉积形成的。 以三宝葫芦洞石笋6 墙o 和南极v o s t o k 冰芯6 碍o 变化曲线为基准，将样品的 低频磁化率曲线，敏感组分平均粒径变化曲线，拟合的天鹅洞石笋同位素古温度变 化曲线，按照不同氧同位素阶段进行对比分析。通过对比发现，样品的磁化率和敏 感组分平均粒径的变化在总体上与61 8 0 变化曲线有着很好的对应性，但也反映出 了各自变化的特点。敏感组分平均粒径对东亚季风夏季风和冬季风的波动变化都有 着积极的响应。而天鹅洞石笋同位素古温度变化曲线的温度相位稍稍滞后于敏感组 分平均粒径的相位，则有可能说明风沙变化对季风气候物理敏感性较强，先有风力 变化，随后才有温度的变化因此，老红砂等风沙沉积物的沉积过程是对东亚季风 变化的积极响应，将东亚季风的相关研究拓展到新的领域，有助于进一步理解全球 变化和东亚广大区域环境演变过程 v 户 疋 ， 目录 中文摘要 目录 a b s t r a c t 。 中文文摘 目录 绪论。 1 选题依据和研究意义 2 研究动态。 3 研究思路与内容框架 i 。v - l - 。一1 - 第一章研究区地理概况及地层剖面概况一一。 1 区域环境概况 1 1 地质地貌 1 2 气候 1 3 水文 _ 1 - - 4 一7 - 一7 - 一7 - 1 4 土壤与植被 2 地层剖面概况与采样 第二章研究削面粒度沉积特征。一。一一 1 粒度分析原理与方法 - 7 - 7 一 一7 1 1 粒度分析原理。一。1 1 2 2 研究剖面测年数据分析 i x 一 七 0 福建师范大学龚正权硕士学位论文 2 3 研究剖面沉积年代与沉积速率估算 3 气候变化对比曲线的选取与拟定 第四章研究削面的环境磁学分析 l 磁化率分析原理与方法 1 1 磁化率含义 1 2 磁化率测定 - 3 4 一 一3 5 - 一3 7 一 。- 3 7 1 3 磁化率的计算。 2 风沙沉积物的磁化率意义 2 1 小于l t t m 范围的磁化率讨论 2 2 大于l i m a 范围的磁化率讨论 3 剖面地层磁性特征分析 3 8 一3 8 - 一3 9 一 4 0 3 1 剖面地层磁性变化阶段划分。 3 2 剖面各期次磁性变化分析讨论 一4 4 第五章晚更新世以来闽东沿海古季风变化记录与古环境意义 1 季风记录的环境代用指标建立与提取 1 1 敏感粒级组分的建立 1 2 敏感粒级组分的提取 4 5 。一4 7 - 一5 3 2 风沙沉积物的季风波动变化记录分析 2 1 季风波动变化周期分析与提取 2 2 风沙沉积物所反映的季风变化与其他研究比较 第六章主要结论、创新点与不足 1 主要结论 2 创新点 3 不足 参考文献 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果 致谢 个人简历 x - 7 0 - 7 l - - 7 7 7 9 8 1 二 - - - - - - - 3 3 7 8 8 3 9 9 5 5 5 5 5 6 6 矗 - - - - - - - - ， t 占 绪论 绪论 1 选题依据和研究意义 目前人类生存环境正面临十分严峻的挑战，全球气候变暖、酸雨、臭氧空洞、 荒漠化加剧等问题引起全世界的关注，这一系列全球变化的问题正成为各国政府和 科学家们迫切需要解决的问题。在研究现阶段气候变化的基础上，可利用历史这把 钥匙，从更长的时间尺度上去把握气候变化的规律，弄清楚古气候变化与古环境演 变的规律机制，从而对未来地球的气候变化趋势有较为清晰的认识。 季风是指随季节而改变风向的风。按照季风的分布区域又可以分为东亚季风， 南亚季风等，“l 3 o n s o o i l 一词则最早是指南亚季风。东亚季风主要影响我国东部地 区，随着深入内陆距离的增大，降水量则逐渐地减少，季风区与非季风区的分界线 大致与4 0 0 r a m 等降水量线重合。随着研究的逐步深入和积累，对季风的研究已经 由区域性扩展为全球性系统，季风作为低纬区的气候现象，存在于亚洲、非洲、美 洲等大洲。近些年来随着研究的不断深入，黄土一古土壤序列、泥炭、石笋、湖泊 海洋沉积物、冰芯等都逐步成为高分辨率的季风替代指标，用于探讨季风气候的稳 定性和周期变化特征，以及起源和变迁等问题。 我国是季风气候显著的国家，夏季炎热多雨，而冬季则寒冷干燥，东亚季风对 于我国的气候和环境演变都有着深刻的影响，季风气候也是全球气候系统的重要组 成部分。有关季风气候及其演变历史国内外已做了大量研究，黄土一古土壤、沙漠、 湖泊、深海沉积物、冰川等均是古季风气候波动变化的重要载体。福建地处我国东 南沿海地区，是东亚季风特别是夏季风向内陆深入的前缘地区，该地区地质历史时 期所形成的风沙沉积物可能反映出东亚古季风的波动变化情况。因此本文选择在东 南沿海华南沿海分布广泛的第四纪沉积物老红砂，尝试找寻老红砂的沉积变化特征 能否反映其沉积时段内东亚古季风的变化，以及老红砂与东亚古季风变化波动之间 的关系。本文选取福建沿海的平潭青峰( 2 5 0 3 9 4 8 ，n ，1 1 9 0 4 6 5 9 e ) 为采样点，该 地区老红砂沉积分层特征明显，分布位置对季风变化响应积极。该研究对于东南华 南沿海其它地区利用老红砂等风沙沉积物进行东亚古季风的波动变化研究，也有一 定借鉴意义。 2 研究动态 早在约3 5 0 年前就有学者开始对现代季风进行研究，1 7 世纪e h a l l e y 首先对季 福建师范大学龚正权硕士学位论文 风现象作出物理解释，认为海陆热力差异为季风形成的原因【l 】。2 0 世纪5 0 年代初， h f l o h n 、s y k h r o m o v 都提出季风是由于行星风带的季节位移所引起。中国现代季 风的研究始于3 0 年代，竺可桢和高由禧等开创了我国季风研究的先河，分析讨论了 中国古代关于季风的记载，季风的成因，提出了中国有冬季季风的新概念，并分析 了西南季风在中国大陆的进退过程等。随着研究的不断深入，关于东亚季风环流系 统，系统中的季节变化，年际变化和年代际变化等都有了很多的认识，逐渐发现亚 洲季风除了受到海陆热力差异的影响外，还受到青藏高原、行星环流的季节变化、 海面温度等因子的影响。但这些研究都是基于现代季风，而非对古季风的研究。 所谓古季风是指地质历史时期内由于大陆与相邻海域的热力差异所引起的季风 环流，古季风和现代季风既有相似性又有差异性，中国对于古季风的研究发端于对 黄土古土壤系列的研究，黄土在世界上的分布范围十分广泛，中国则是是世界上黄 土分布最广、厚度最大的国家。关于黄土的成因主要有风成说、水成说以及残积说 三种学说，现在被学术界普遍认可接受的为风成说。黄土的研究已经有了悠久的历 史，以刘东生院士为代表的大批学者毕生都致力于中国黄土研究，积累了有关黄土 形成演化，地层划分等多方面的很多研究成果【2 】。近年来随着科技的进步，新技术 和新方法应用到黄土的研究中，对黄土展开了粒度组成和物质成分研究、植物硅酸 体研究、黄土中的蜗牛化石研究、稳定同位素的研究、土壤学、气候和环境研究等 多方面研究，使得黄土研究取得了巨大的进展2 0 世纪8 0 年代开始，季风及季风 环流被引入黄土的研究中，使科学黄土观进入一个研究黄土动力学和揭示古气候、 古环境变迁机制的新阶段。通过对黄土古土壤序列的化学组成物质、粒度组成、磁 化率、有机质含量、碳酸盐含量等的系统研究，逐渐明确黄土是冬季风搬运粉尘堆 积的产物，而与黄土相间的古土壤则是夏季风作用的产物，东亚季风在东亚环境演 变中起着十分重要的作用【3 咽 由此可以看出整个第四纪地质时期以来，东亚气候和环境的演变是冬季风与夏 季风的共同作用下，相互交替相互影响共同作用的。东亚古季风环流受控于全球冰 期气候旋回作用，进而影响整个东亚地区的古气候、古环境时空变化。 近些年来随着研究的不断深入，泥炭、石笋、湖泊海洋沉积物、冰芯等都逐步 用作高分辨率的季风替代指标，以恢复古季风的时、空交化特征，从而分析探讨古 季风气候的稳定性和周期变化特征，起源和变迁，古季风的环流变化对于地质历史 时期以及现代中国的气候的深刻影响等问题。有关研究表明有机碳百分含量可间接 绪论 指示生物量，反映季风降水的多寡，作为夏季风的良好代用指标。鲜峰等【6 】利用青 藏高原东北缘的泥炭沉积记录，重建了该地区全新世冬、夏季风快速波动历史，清 晰地识别出9 次可与北大西洋浮冰碎屑事件及低纬海面降温事件相对比的气候干冷 事件。在古气候和古环境的研究中，洞穴石笋已成为一种重要的研究载体。可以通 过分析石笋的生长速度、稳定同位素、微量元素分布等化学替代指标，解读气候演 变情况汪永进等【7 s 】通过研究洞穴石笋沉积i 与格陵兰冰芯记录的对比研究，提出 修改意见并建立了代表东亚季风区末次冰期气候变化序列，为亚轨道尺度气候变化 规律的全球性特征提供了较为可靠的证据。东亚季风控制着亚洲东部风向、径流量 和植被等气候环境特征的变化。南海作为东亚大陆物质剥蚀的主要沉积汇，近年来 已开展了东亚季风形成和演化的相关研究。陈国成，田军等p 1 2 】通过对南海钻孔的 有孔虫氧同位素进行测定，建立了高分辨率的年代地层。利用主成分因子分析方法 提取对敏感粒级组分，分析发现敏感组分可以反映出冬季风和夏季风的变化特点， 其呈现冰期闻冰期旋回尺度的周期性。通过对不同的季风环境代用指标的提取和分 析，东亚季风的形成演化研究取得了很大的进展。 海滩沙质物质受风的作用，在海岸形成的沙丘等风积地貌，沙丘广泛分布于世 界各地风是沙丘形成的主要动力源，因此沙丘的形态，层理特征等可能反映出其 形成过程中风沙动力的作用。国外有关沙丘的研究主要有：2 0 世纪8 0 年代晚期主 要是对沙丘类型分类及其沙丘内部层理等进行探讨，并结合粒度参数等指标，对海 岸风成砂和海滩砂的粒度进行对比研究【1 3 1 。而近些年来其研究大多由对沙丘地貌形 态的研究转向海岸沙丘与海岸变迁环境演变的研究上，即在分析分析沙丘的形态特 征的基础上，讨论降水和风等气候因素对沙丘形态的形成改变的影响，并利用测年 数据等代用指标，进而分析该地区某一地质时期内环境演变的过程【1 4 , 1 5 。 中国的风沙研究是从2 0 世纪5 0 年代的沙漠研究开始，主要是在理论准备和野 外观测积累的基础上，引进国外的相关著作，配合我国防沙治沙实践进行风沙物理 学方面的研列1 6 1 。而海岸风沙的研究则开始于2 0 世纪8 0 年代，主要在海岸沙丘的 类型及其发育模式，海岸风沙的沉积特点和运动特点，风沙灾害及其防治等方面展 开研究在中国海岸带上也存在着古风成砂的沉积，主要研究对象是风积沙胶结所 形成的沙丘岩和黄棕色，棕红色的半胶结中细砂沉积物老红砂旧。沙丘岩的主要研 究是分析其沉积和构造特征，并与海滩岩进行比较区分，并利用其层理特征和类型 恢复古沙丘的形态，从而探讨古沙丘与古风向的关系等。而对老红砂的研究主要集 福建师范大学龚正权硕士学位论文 中于其成因和形成年代等问题上。 老红砂的成因研究一直是学术界比较关注的研究课题，从2 0 世纪8 0 年代开始， 对于其成因从先后提出了近源快速滨海沉积的海成说【1 抛l 】与冰期低海面海岸风沙 沉积的风成说 2 2 - 2 4 等观点，随着对其沉积地貌【2 5 l 、沉积构造【2 研、红化作用刚地球 化学特征瞰捌、形成年代 3 0 , 3 1 】等特征研究的深入，老红砂风成说的观点被大多数学 者所接受。而有关老红砂形成年代的研究讨论则主要是利用热释光和电子自旋共振 等方法进行测年，测年数据的范围约为7 0 k a b , - 9k a b e 。曾从盛【3 2 】等对福建沿海 老红砂的做过系统研究，对于该地区的老红砂的形成原因和形成年代的分析结果与 上述也大致相同，最新有关老红砂的研究是张家富等雕钢用光释光测年方法对福建 晋江老红砂进行的测年，推测采样点老红砂的形成年代可能早于1 2 5 k a b p 。而老 红砂广泛分布于闽粤桂琼等沿海地区，老红砂形成年代的不确定性，对其中国陆架 沙漠化等成因观点的讨论和争议一直都存在。因此利用新的测年方法，对老红砂的 形成年代进行进一步论证，不仅可以弄清楚其形成的原因，也有可能找出老红砂的 堆积与东亚季风的波动演化是否存在对应的变化关系 已有的相关研究表明，黄土一古土壤序列记录的多旋回季风气候变化与深海氧 同位素所记录的全球冰量变化有良好的对比，黄土古土壤序列的谱分析表面东亚 季风的演化具有显著的米兰科维奇周期成分【蚓随着古气候记录时间分辨率研究的 提高，已有的研究成果揭示出末次间冰期冰期旋回阶段内东亚季风的变化存在一 系列周期变化，即1 0 0 k a 偏心率周期、4 ll 【a 斜率周期、2 3 和1 9 k a 岁差周期、1 3l c a 半岁差周期掣3 5 问。南海是西太平洋典型的边缘海，其沉积物保存了丰富的古环境 信息，同济大学通过与法国极地研究所在南海开展了大量的研究，通过对等有孔虫 化石、陆源碎屑、孢粉等各个指标的测定，发现了南海表层海水温度、盐度、生产 力和海流格局均受到东亚季风的影响，其频谱分析显示出多频谱的特点【3 7 。3 9 综上所述，我国关于古季风研究取得了多方面的研究进展，利用各古季风代用 指标所得出的有关其形成和演变的特点。虽然有关古季风的研究已经拓展到很多地 区，但主要的研究区域还是集中在黄土高原地区，如果将季风的研究区域扩大到沙 漠、盆地、平原以及近陆海岛屿等地区，根据各地不同的情况，提取对古季风敏感 的代用指标进行对比研究，则可能进一步的了解不同地区古季风气候变迁差异性， 同时也可以找寻出古季风变化演变的一致性等。 3 研究思路与内容框架 绪论 本文是在福建师范大学地理科学学院的重点学科项目的支持下进行研究完成 的。总的研究思路是以福建省平潭县青峰的老红砂自然侵蚀剖面所采集的11 4 个样 品为基础，采用光释光测年、磁化率分析、粒度分析等方法，在建立沉积剖面时间 序列的基础上，结合磁化率等磁学特征的分析，通过粒度分析提取沉积物的环境敏 感粒度组分，利用拟合的临近地区相同地质时期的温度变化曲线和已有的古季风周 期变化的相关研究成果对比，从而提取出闽东沿海风沙沉积物晚更新世以来的古季 风变化信息，探讨研究区晚更新世以来风沙沉积物对古季风气候变化的的响应。论 文框架如下： 图1 研究技术路线图 f i g 1t h e r e s m r c h f l e w c h a r t 侏罗系的变质岩为该岛主要岩体，花岗岩风化而形成的石蛋地貌十分显著。岛屿的 中间区域由平原台地组成。海坛岛约6 0 的区域都有第四纪地层的分布，风沙堆积 作用显著【柏】。 1 2 气候 海坛岛属南亚热带半湿润海洋性季风气候，年均温约1 9 1 2 ，年均降水量 9 0 0 - - 1 2 0 0 衄，由西北向东南递减，分配不均，年际变化大，夏秋旱突出。由于受到 季风环流和台湾海峡的“管峡效应 ，海坛岛风力强劲，年均风速6 5 。8 5 m s ，平均 风速居全国海岸线之首。因其特殊地理位置，台风和风暴潮每年都会对其造成不同 程度的危害。 1 3 水文 由于受到地形的影响，海坛岛水系极不发育，地表水量十分有限。主要湖泊为 三十六脚湖，是福建省最大的天然淡水湖。海坛岛四面临海，大风频繁，因此除梅 雨季节外，其他各季节蒸发量均大于降水量。 1 4 土壤与植被 海坛岛土壤属于南亚热带季雨林条件下形成的土壤类型，主要由砖红性红壤、 红壤、潮土、风沙土、盐土等，其共同特点为植被稀疏，土层薄弱，养分含量偏少。 海坛岛位于南亚热带北缘地区，但植被受人为影响明显，多为逆行演替的人工 植被，种类少，群落结构单一，主要有马尾松、黑松、木麻黄、相思树、杉木等。 农作物有甘薯，花生等。 2 地层剖面概况与采样 采样点位于福建省福州市平潭县北部的青峰村。采样点附近原为耕作地，后废 弃，故人为原因造成的老红砂侵蚀较为严重，采样剖面为老红砂侵蚀留下的老红砂 福建师范大学龚正权硕士学位论文 堤，因剖面坡度较大，避免了人为扰动的影响。采样点的地理坐标大致为2 5 0 3 9 4 9 r n ， 1 1 9 0 4 6 5 3 ，e 。 整个青峰村位于海坛岛北部向海延伸的岬角，花岗岩的“石蛋 地貌发育。岬 角中间是向海延伸的开敞平缓台地，老红砂侵蚀残留所形成的不连续孤丘台地分布 于台地中，台地两侧老红砂均与“石蛋 地貌发育的丘陵相连，并向海拔较高地区 披覆延伸分布。采样剖面位于青峰村青峰小学( 现已停办) 后侧的老红砂侵蚀残留 台地，耕作等人为作用和风力等外力侵蚀作用致使整个区域地形破碎。由整个地貌 可以推断，现在的开敞台地上残留的不连续老红砂，与披覆在丘陵较低处的老红砂 在历史时期是连为一体，后来不断受到风化、侵蚀、搬运、沉积等外力作用，以及 人类活动的影响，使得原地貌被强烈改造，形成了现在这样类似于华南红土台地发 育而成的“崩岗地形，几近于黄土分布区的塬、粱、峁等地貌的景观【2 5 】。海拔较 低的丘陵现在多半修建成为墓园，墓园的修建对当地的景观有较大破坏和影响，也 加剧该地区的水土流失及地貌的改造。 采样点剖面老红砂侵蚀残留剖面所形成的自然垂直剖面，整个剖面厚度约为 1 2 m ，剖面顶部为仙人掌龙舌兰等耐旱植被着生的平地，底部未见基岩，经与出露 基岩相邻地区的比较估算采样最底层距离基岩约2 m 左右。整个剖面水平层理十分 明显，各层之间分界明显，在接近各个分层处剖面稍稍内凹，该处的侵蚀较剖面其 他位置明显。依据野外采样记录的剖面颜色及层理特性，并结合室内的分析粒度磁 化率的分析结果，把整个研究剖面划分为四个大的层位，由下自上依次命名为r l 层、r 2 层、r 3 层、1 1 4 层，各层特点分别为： 第一层即r 1 层，为黄棕色胶结的中细砂，厚度约为5 1 m ，质地松散，砂子棱 角明显，并含有少量的黄色铁质。该层从上往下大约0 4 m 处，出现明显连续的铁 盘层，黑褐色，质地坚硬，在整个长约3 0 m 的台地剖面均可见铁盘层的出露。 第二层即r 2 层，为棕红色胶结的中粗砂，厚度约为1 g i n ，粘土含量相对高， 手捏成块。剖面最外层上有突出的石英颗粒，且棱角分明，分选不好，大小悬殊明 显。 第三层即r 3 层，为褐红色，暗棕红色胶结的中细砂，该层颜色为整个剖面中 最深的，厚度约为2 6 m ，粘土含量较高，手捏成块 第四层即r 4 层，为棕红色胶结的中细砂，厚度约为1 9 m ，质地松散，整个剖 面中该层的质地最为松散，在接近顶层0 5 m 处开始有植物根系的发育。 第一章研究区地理概况及地层剖面概况 整个研究剖面水平层理明显，故在每一层的中间位置，都进行了光释光测年样 品的采样，自下而上按剖面沉积年代由老到新的次序进行采样，采得测年样品4 个， 依次编号为g s g 0 1 3 s g 0 4 。沿剖面下部的侵蚀冲沟向下挖出约l m 后开始采样， 自下而上按剖面沉积年代由老到新的次序依次等间距刻槽取样，采样间隔为1 0 c m ， 共采集11 4 个样品，依次编号为q f 0 1 一- q f l1 4 。实验室室内共进行以下几项环境代 用指标的测试：低频高频磁化率磁学参数测定( 样品1 1 4 个) 、粒度各参数指标测定 ( 样品11 4 个) 、光释光测年样品测定( 4 个) 。 粒度指标测量应用的是福建师范大学地理科学学院湿润亚热带生态地理过程 省部共建教育部重点实验室新购置的m a s t e r s i z e r 2 0 0 0 型激光粒度仪，其测量范围为 0 0 2 - 20 0 0 9 i n ，重复测量误差小于2 。磁化率指标测量应用的也是用该实验室的 b a r t i n g t o n m s 2 型双频磁化率仪，可以对样品进行低频高频磁化率测定。光释光测年 样品由国土资源部地下水矿泉水及环境监测中心协助测试完成。 图1 - 1 采样点的地层剖面圈 隐1 - 1s t r a t i g r a p h i cu m i o no f 咖d yl r = 雷1 - 2 采样削面的地理位置翻 - l o - 几乎所有的沉积物都具有粒度大小不同的沉积分布特征，在进行粒度分析时， 首先需要对沉积物的粒度进行划分。粒度划分的标准因目的不同而各异，一种是采 用线性值，即通过筛分法、沉降法或粒度仪测量法测量得到的沉积物颗粒的粒径值， 算出粘土粉砂砂等不同粒级对应的百分比含量。这种方法比较直观，但是各粒级之 间不等距。 三角图法是对沉积物进行粒度成分命名，只需找出不同组分所占的百分比在三 角图图中对应的位置，即可得到样品的名称，用这种方法比较沉积物效果明显。 粉砂粘粒比系数法。即k d 值。在黄土研究中，k d 值是一个重要的环境指示指 标，这个值一方面受到粉尘来源区干湿状况或生物气候条件的制约，另一方面也受 到风尘堆积时期堆积区风化成壤作用的控制。k d 值大，指示气候环境干冷，反之则 趋于暖湿【4 n 但黄土区以外的地区，该系数是否适用需要进一步论证。 1 1 2 对数值法 对数值目前广泛采用的为克鲁宾根据伍登温德华粒级标准，通过对数变化得 到的，定义为：忙l 0 9 2 d ，d 值为颗粒的直径，单位为毫米。西值与d 值呈负相 关，便于计算与比较。 参照f o l k 和w a r d 的图解算法，计算平均粒径m z ，标准离差口，偏度s k i ，峰 态k 0 等，从而可以对样品进行深入的分析。具体的计算公式如下： m 爿西1 6 + d 5 0 + t l l 8 4 ) 3 o - - - ( 0 8 4 - 0 1 6 ) 4 + ( 0 9 5 一西5 ) 6 6 s 醐8 4 + 0 1 6 - 2 0 5 0 妮( 0 8 4 - 0 16 ) + ( 0 9 5 + 西5 - 2 0 5 0 ) 2 ( 0 9 5 - 0 5 ) k o - = ( m s - q 5 ) 2 4 4 ( 吐, 7 5 眈5 ) 上列各式中。即相应于x 处的粒径。值。 平均粒径m z 反应的是沉积物的平均颗粒的粗细，反应搬运介质的平均动能， 是研究沉积韵律的基础。标准离差仃则表示沉积物的分选程度，o 值大表示样品分 选差，o 值小表示样品分选好，在自然界不存在绝对均匀一致的沉积物，故。值都 福建师范大学龚正权硕士学位论文 是大于0 偏度s k i 是表示频率曲线对称性的参数，反应沉积物粗细分布的对称程 度，按对称形态可以分为单峰对称曲线、不对称正偏态曲线、不对称负偏态曲线。 峰态k g 表示的是粒度频率曲线的尖峰凸起的程度，k g 值越大，峰越尖，粒度组分 也就越集中。不同的搬运动能使得峰态呈现的形态也不一样，两种搬运动能共同作 用，则有可能是的沉积物的峰态呈现出双峰的形态。不同的沉积环境的沉积控制条 件不同，因此粒度分布的特征也不相同。 同时根据粒度分析的结果，利用马尔文激光粒度仪的相关分析软件还可以编制 各种直方图，粒度曲线等，主要有粒度频率曲线、概率累积曲线图、粒度参数散点 图、c m 图等。 1 1 3 粒度分组提取法 沉积物通常是由多种组分的沉积物所构成，当对其粒度组分进行有效的分离和 提取，求解其分布范围和相对含量，就可以追溯各组分来源和搬运方式，揭示出沉 积环境的变化。近年来，一些学者采用不同手段探讨了沉积物粒度不同来源的多组 分分离方法，主要有基于w e i b u l l 分布的函数拟合法、端元模型建立法、粒度标准 偏差法和主成分因子分析法等。 基予w e i b u l l 分布的函数拟合法是利用粒度频率益线特征，确定组分数和分布 类型，设定粒度分布函数，然后用设定的分部函数对实测粒度数据进行拟合，计算 出函数的参数，并获得各组分的百分比和分散函数【4 3 1 端元组分模拟算法是以协变 结构用来描述给定数据序列的方差，模拟输出为数个端元组分，其端元个数随所解 释的方差量的大小而变化【4 4 1 。粒度标准偏差法是找出样品中一个对环境变化敏感的 粒度众数，即提取激光粒度仪所给出的样品的粒级组分的信息，计算各组分的标准 偏差，在对照粒度频率曲线反映出样品的粒度组分的信息，找出对应的粒级【4 5 1 。主 成分因子分析法也是先进行粒度分级，应用s p s s 软件进行主成分因子分析，找出 关联度最大的主控因子，即可求出对应的敏感粒级【9 】。