（海洋地质专业论文）长江三角洲地区晚第四纪古土壤特征及古环境信息.pdf

同济人学博一l 论文长江三角洲地区晚第叫纪古十壤特缸及古环境信息 摘要 长江三角洲晚第四纪第一硬粘士层含众多的成壤标忠，为古十壤层。这一古十壤层在 长江二角洲地区普遍发育，沉积作用及成十作川的替加使得古十壤层具有多元发生的特征， 陆源物质的输入和海洋因素的影响也为占环境及古气候研究提供了丰富的信息，使之成为研 究这一地区古环境变化的良好层段。第古- 十壤层记录晚第四纪低海面时期全球气候和海平 面演化重要信息，是研究这- b , - t 期古环境变化的关键层段。古十壤研究关系到冰期间冰 期转换过挫中，中国尔部地区气候与沉积格局的演化、季风的影响、海平面变化和沉积作用 过程的相互大系。本文拟从母质成因，及古环境信息等角度，研究古土壤沉积成十过程 探讨古十壤发育阶段性及其与古气候、海平面变化的关系。 通过下蜀黄土、西北黄土与现代长江漫潍地球化学特征的对比，寻找合适的判别指标， 以研究古1 二壤母质的成因，结果表明古十壤母质系k 江沉积物。在宏观特征上，古十壤剖面 中仍保留未经成土改造的水成沉积层。母质同沉积的淡水环纹藻和陆生植物孢粉进一步说明 其系水成沉积，古生物组合中淡水藻类与陆生植物孢粉互为消长，反映古1 ：壤母质沉积r 寸滞 水与暴露环境的交替，与泛滥平原地区洪水越岸沉积和水退后暴露情况相似。古f ：壤不同削 面住古生物特征、粒度组成、成十强度等方面差异很大，这种小区域内沉积环境与成十特征 的差异，与河流泛滥平原漫滩地区由于地形若异，距占河道远近不同而出现河水泛滥频度、 十壤供水状况差异类似，古十壤是在长江漫滩沉积上形成的。 各种古土壤发生层及环境指标显示，古十壤成十过程及古环境演变具有明显的阶段性， 可人致分为边沉积边成士阶段( 母质沉积阶段) 、持续成十阶段和埋藏后早期成岩作川阶 段。 母质同沉积的孢粉以暖温带分布者为土，含少量热带弧热带及喜冷植物，推测母 质沉积阶段，气候虽较现今温凉，但仍相当温暖。微形态中，淀积粘粒胶膜及褐铁矿结核在 土壤层大鼙出现是温湿气候的反映，根据现代- 十壤褐铁矿结核的地理分布，当时气候也相当 于北贬热带靠南的地区。古土壤层中淡水藻类为优势的孢粉藻类组合，反映这一时期滞水淹 没频繁。剖面中、f 部含钙锰碳酸盐绐核的情况表明母质沉积阶段，土壤经常滞水，地卜 水位较浅，仍有相当的降雨量，而根据钙质淋失程度推算占降雨量人致为8 0 0 r a m 。此外， 微形态特征中各种裂隙、褐铁矿凝团与结核、多层叠加的淀积粘粒胶膜，记录了十壤经历了 多次富水和干燥的周期变化，这种频繁干湿交替环境，反映当时研究区可能仍处丁东砸季风 作用的范围之内。边沉积边成士阶段是古七壤母质沉积的土要阶段，这一阶段形成了古十壤 剖面的复合结构。 从士壤古环境指标和发生层特征代表的成十淋滤和变化来看，古十壤由早期成一卜淋滤 较强向后期淋滤减弱转变，化学风化指标也由f 而上逐渐减小，反映古十壤形成过程中化学 风化作川渐渐减弱，气候变干变冷。有机质碳稳定同位素组成同样说明占十壤发育过程中 降雨繁不断减少。古土壤不同层段结核类型也揭示了由早兑h 滞水还原环境向后期暴露氧化环 境的变迁，表明古十壤层沉积过程中地卜水位逐渐降低，沉积基准面。卜降。粒度组成的变化 反映河流漫滩或泛滥平原洪水能量减弱、水位+ 卜降的过程。以上各种占环境指标的变化趋辨 表明，古十壤沉积过程中气候由暖湿而变冷干，基准面逐渐降低。这是海平面逐渐卜- 降、k 江古河谷不断f 切引起的，这时河流漫滩沉积逐渐停i ：，母质沉积阶段结束，其后。持续成 土阶段与早期成岩作h j 阶段继续对古十壤剖面进行改造。 剖面中、上部铁锰氧化物圈层包裹还原型含钙镭碳酸盐物质的结核表明，斤删地卜- 水 位显著下降，古i 七壤不再有滞水还原环境，河流漫滩已不能做淹没而接受沉积。占一卜壤上部 出现较冷气候的准平行裂隙和干早环境的彳i 膏，也反映这- - u , h l i i 气候变得干冷，可能逐渐接 摘受 近末次冰盛期。这一阶段漫滩沉积物供应基本停l ：，古十壤持续暴露成土，古卜壤进入持续 成壤阶段。 古十壤剖面表层有机碳含量并不因持续成土作刚有机质的含越有所增加。甚至比卜伏 层段略少。另外，剖面最上部又出现反映还原环境的含钙锰的碳酸盐结核，这些现象均表明 古土壤形成后发生早期成岩作用。古土壤剖面出现的早期成岩作州特征是后划海平面上升的 产物，随着冰后期海平面上升，古土壤渐被滨海湖沼或滨浅海沉积物覆盖，成十- 作刚终i 卜， 古土壤剖面项部变成还原环境，在古土壤表层有机质相对富集的削面发生早期成岩作刚。 古士壤的沉积成埋藏各阶段的演化是古气候与海平面变化综合作川的结 果。古十壤边沉积边成土阶段气候仍较暖湿。古土壤中零星出现的海相藻类及有孔虫化t i 表 明，母质沉积时海岸距本区尚不远，基准面( 海平面) 可能仍保持在较高位置，这时k 江漫滩 仍可以在洪水季：竹接受沉积。为古土壤提供母质，这一阶段人致相当丁末次间冰阶( 6 憎0 3 期) 高海平面下降时期，海水开始退出，本区成陆。随着母质加积，沉积与成十作h ；i 交替，各古 环境指标显示气候逐渐变干变冷，河漫滩或泛滥平原洪水淹没能力减弱。接近末次冰盛期低 海平面( 6 博0 2 期) 时，当海平面降低到一定程度时，长江古河谷深切，洪水再也不能越岸， 古七壤持续暴露成土。冰后期海平面上升，古十壤为滨海湖沼相沉积或直接被海水覆盖，在 古土壤顶面留下少量还原型结核，代表了早期成岩阶段的剑米。 关键词：长江三角洲古土壤古环境海平面变化晚第四纪 同济大学博二i ：论文长江三角溯地区晚第四纪古十壤特征及古环境信息 c h a r a c t e r i s t i c so fl a t eq u a t e r n a r yp a l e o s o la n di t s p l a c e e n v i r o n m e n t a ls i g n i f i c a n c e 。c 。i a n gd e l t aainc h a n g j i a n g e r aa r e a a b s t r a c t v a r i o u sp e d o g e n e t i cf l e a t u r i o so f t h ef i r s th a r dc l a yi nc h a n g j i a n gd e l t aa r e ah a v eb e e nr e v e a l b ym i c r o m o r p h o l o g i c a ls t u d y t h e s ef e a t u r e si n d i c a t et h a tt h eh a r dc l a yi sap a l e o s 0 1 t h ep a l e o s o l ， b e i n gd i s t r i b u t e dt h r o u g h o u tc h a n g j i a n gd e l t aa r e a , r e c o r d st h ea l t e r n a t i o no fp e d o g e n e s i sa n d d e p o s i t i o n ，a l o n gw i t hi m p a c to ft e r r e s t r i a la n dm a r i n ef a c t o r s t h e s ep r o c e s s e sa n df a c t o r sm a k e t h ep a l e o s o lt oc o n t a i na b u n d a n tp a l e o - e n v i r o n m e n tr e c o r d s ，a n dt ob ea ni d e a lo b j e c tf o r p a l e o - e n v i r o n m e n t a lr e c o n s t r u c t i o n m o r e o v e r , i n f o r m a t i o no fs e al e v e lf l u c t u a t i o na n dg l o b a l p a l e o e l i m a t ec h a n g ed u r i n gs e al e v e ll o wi nl a t eq u a t e r n a r yh a sb e e nr e c o r d e di nt h ep a l e o s o l ， t h u s ，m a k ep a l e o s o lak e yt oi n t e r p r e t i n gp a l e o - e n v i r o n m e n tc h a n g ei nt h i sp e r i o d p a l e o s o li sa l s o a p o t e n t i a ll a y e rf o rt h es t u d yo fc l i m a t ea n dd e p o s i t i o n a lp a t t e r n ，p a l e o m o n s o o n ，a n dt h e i n t e r a c t i v eo fs e al e v e lc h a n g ea n dd e p o s i tp r o c e s si nt h ec o a s t a lz o n eo ft h ee a s tc h i n a t h et h e s i s f o c u si nt h ep r o v e n a n c ea n dp a l e o - e n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o no ft h ep a l e o s o l ，a i m i n ga tp r o b i n gi n t o t h er e l a t i o no ft h ed e v e l o p m e n to fp a l e o s o l ，c l i m a t ea n ds e al e v e lc h a n g e o nt h eb a s i so fg e o c h e m i s t r ys t u d yo fx i 笛h ul e o s s ，n o r t hc h i n al o e s sa n dc h a n g j i a n g f l o o d p l a i ns e d i m e n t s ，s o m ei n d e x e sh a v e b e e ni n t r o d u c e d f o rp r o v e n a n c e sd i s c r i m i n a t i o n e v i d e n c e ss h o w , t h ep r o v e n a n c eo fp a l e o s o li sc h a n g j i a n gs e d i m e n t s t h es e d i m e n t a r ys t r u c t u r e a n dt e x t u r ep r e s e r v e di nt h ep a l e o s o la l o n gw i t ha l g a ea n da q u e o u sp o l l e ns u g g e s tt h ep a r e n t m a t e r i a lo fp a l e o s o li sh y d r o g e n i cd e p o s i t s t h ea l t e r n a t i o no fp e r c h e dw a t e ra n de x p o s e d e n v i r o n m e n tr e v e a l e db yt h ep o l l e na n da l g a ed a t ai ss i m i l a rt of l o o d e da n de x p o s e da l t e r n a t i o ni n f l o o d p l a i n i np r o f i l e s ，t h ep o l l e na n da l g a ef e a t u r e ，g r a i ns i z e ，a n dp a d o g e n e s i sm a t u r i t yd i f f e r g r e a t l y , s u c had i f f e r e n c ei nas m a l la r e am a yb ed u e t of l o o d p l a i ng e o m o r p h o l o g yv a r i a t i o n p a l e o - e n v i r o n m e n t a li n d e x e si n d i c a t e ，t h ep e d o g e n e s i sa n dp a l e o - e n v i r o n m e n tc h a n g ec a l l b ed i v i d e di n t of o l l o w i n gs t a g e s ，d e p o s i t i o ns t a g e ，o n g o i n gp e d o g e n e s i ss t a g e ，a n dd i a g e n e s i s s t a g e p o l l e na n da l g a e ，s y n d e p o s i t e dw i t hp a r e n tm a t e r i a l ，i n d i c a t eaw a r ma n dh u m i dc li m a t e w h i c hw a sc o l d e rt h a np r e s e n td a y t h ea b u n d a n c ec l a yc o a t i n ga n di r o n - m a n g a n e s ec o n c r e t i o n s a l s oi n d i c a t eaw a r ma n dh u m i dc l i m a t e a c c o r d i n gt ot h ed i s t r i b u t i o no fi r o n m a n g a n e s e c o n c r e t i o n s 。t h ec l i m a t ez o n es h o u l db el o c a t e di nt h es u b t r o p i c a lz o n e af r e q u e n t l yf l o o d e d e n v i r o n m e n ti sa l s or e c o r d e db yt h ea b u n d a n c eo ff r e s h w a t e ra l g a e t h em n c ac a r b o n a t e c o n c r e t i o n sp r e s e n t e di nt h el o w e rh o r i z o no fp r o f i l ei m p l yap e r c h e dw a t e r , h i g hw a t e rt a b l e ，a n d r e l a t i v e l yh i g hp r e c i p i t a t i o ne n v i r o n m e n td u r i n gd e p o s i to fp a r e n tm a t e r i a l t h ep r e c i p i t a t i o nr a t e c a l c u l a t e db yt h el e a c h i n gr a t eo fc a l c i t ei sa p p r o x i m a t e l yu pt o8 0 0 r a may e a cb e s i d e s ，a p e r i o d i c a lc h a n g eo fw e n i n ga n dd r y i n ge n v i r o n m e n ti sa l s os u g g e s t e db yt h ep r e s e n to fl a m i n a t e d c l a yc o a t i n g , p o r ea n dc r a c k ，a n di r o nc o n c r e t i o n t h es e a s o n a lw e ta n dd r yf l u c t u a t i o nm a yb e ，i n t u r n ，i n d i c a t eam o n s o o n 1 i k ec l i m a t e t h ep e d o l o g i c a lf e a t u r e si nd i f f e r e n th o r i z o n si n d i c a t eac h a n g ef r o mh i g h e rl e a c h i n g t o w a r dl o w e rl e a c h i n go fp a l e o s 0 1 b e s i d e s ，c i ai n d e xa l s os u g g e s tc h e m i c a lw e a t h e r i n gd e c r e a s e u p w a r d ，t h a tm a yb et h er e s u l to fd r ya n dc o l dc l i m a t e f u r t h e r m o r e ，c a r b o ns t a b l ei s o t o p ei m p l y a b s t r a c t t h ep r e c i p i t a t i o nd r o pi ni a t t e rs t a g e c o n c r e t i o n si nh o r i z o n sr e v e a lt h ew a t e rt a b l et ob e c o m e l o w e r , d u et ot h eb a s el e v e l ( s e al e v e l ) d r o p p i n gi nt h el a t t e rp e r i o d t h eg r a i ns i z ed i s t r i b u t i o no f t h ep a l e o s o lj n d i c a t e st h ed e c r e a s eo ff l o o di nt h ei n t e r f l u v e 。a n dt h el o w e rw a t e rl e v e lo ft h er i v e r a l lt h ei n d e xa b o v es u g g e s tac h a n g et o w a r dd r ya n dc o l do ft h ec l i m a t e ，a n dr i v e rw a t e rl e v e l b e c o m el o w e rw h i c hp r o b a b l yd u et od r o p p i n go ft h es e al e v e la n dr i v e rc h a n n e li n c i s i n gd u r i n g t h ed e p o s i t i o ns t a g e w i t ht h ed e p o s i t i o ns t a g ee n d e d o n g o i n gp e d o g e n e s i sa n dd i a g e n e s i sm o d i f y t h ep a l e o s o li nt h ef u r t h e r i nt h eu p p e rh o r i z o no ft h ep a l e o s o l ，t h ec o n c r e t i o n sw i t h d e o x i d i z ec o r e a n d - o x i d i z e c r u s t i m p l yd r o p p i n go fw a t e rt a b l eo ft h ep a l e o s 0 1 t h eh o r i z o n t a lc r a c ka n dg y p s u mi nt h et o p h o r i z o ni n d i c a t ed r ya n dc o l dc l i m a t ei nt h i ss t a g e t h ea c c r e t i o no ff l o o d p l a i nc e a s e d ，w h i l s tt h e p a l e o s o lu n d e r w e n tp e r s i s t e n tp e d o g e n e s i s ，t h i ss t a g em a yb ec l o s et ot h el a s tg l a c i a lm a x i m u m t h ec o n t e n to fo r g a n i cc a r b o ni sl o w e rt h a nt h a ti na d j a c e n th o r i z o no ft h et o ph o r i z o n , t h o u g hi ts h o u l di n c r e a s ed u et ot h eo r g a n i cm a t t e rc u m u l a t i n gd u r i n gp e r s i s t e n tp e d o g e n e s i ss t a g e t h ed e c r e a s eo ft o cp r o b a b l yi st h er e s u l to fd i a g e n e s i s i na d d i t i o n ，s o m ed e o x i d i z ec o n c r e t i o n a p p e a r e di nt h et o ph o r i z o nc o n f o r md i a g e n e s i sh a p p e n e dw h e np a l e o s o lb u r i e d t h ed i a g e n e s i s f e a t u r e si nt h et o ph o r i z o n 棚屯t h er e s u l to fs e al e v e lr i s e w h e nt h es e al e v e l r i s e sd u r i n g p o s t g l a c i a lp e r i o d ，t h et o ph o r i z o nb u r i e da n db e c o m ed e o x i d i z e k e yw o r d s ：c h a n g j i a n gd e l t a , p m e o m l ，p a l e o e n v i r o n m e n t ，s e al e v e lc h a n g e ，l a t eq u m e m a r y i v 同济人学博- 1 j 论文 长江三角洲地区晚第蚪纪古十壤特征及古王 ：境信息 1 l j l 日! j吾 古1 二壤是在地质历史上形成的士壤层。它们在形成后被埋藏保留或再次暴露出地表 接受风化。其保留了成土时期的气候、地形、生物、母质、时间五人成十冈素的信息，此外， 后期埋藏环境下的早期成岩作用或再次暴露地表时风化成十作用的叠加( s t e v e ne ta 1 1 9 9 5 ) ， 使得古十壤层蕴含了丰富的古环境信息，这也给古十壤研究i ：作带米了更多的问题和挑战。 古七壤代表了古风化面和沉积间断，在过去的研究中常常将其作为地层划分和对比的 标志层。土壤层往往代表相当长的时间间断，从其中提取有用的古环境信息可为古环境研究 作有益的补充，并成为不可缺少的组成部分。黄十等相对连继的古十壤序列，为陆上古气候 古季风的研究提供了重要的材料。与深海沉积及两极、高原冰川研究一起构成了第四纪环境 研究的三个重要组成部分( 刘东生等，1 9 8 5 ；刘东生，1 9 9 2 ；陈骏等，1 9 9 6 ；郭振堂等，1 9 9 6 ；刘 东生等，1 9 9 7 ；陈骏等，1 9 9 8 ；x i a oa n da n ，1 9 9 9 ；d i n ge ta 1 ，1 9 9 9 ：y a n ge ta 1 。2 0 0 0 ) 。 一古土壤研究进展及现状 古十壤作为一种地质体，广泛分布予各地质历史时期的地层中，它包含了丰富的古环 境信息，正日益受到古环境、古气候研究者的关注纵观古十壤学研究的漫长发展过程基 本可以分为二个阶段。 二十世纪早期为古土壤研究的萌芽阶段。这时对古十壤已有初步认识开始对古十壤 的厚度、分布、形态特征、化学和矿物组成管方面进行研究，为占十壤的识别打+ 卜了基础。 二十世纪中期为古土壤学发展阶段。4 c 测年技术、十壤微形态学等方法被引入古十壤研究 中，b u r e k l 9 5 9 ) 把第四纪分为以十壤形成i l i 土导的稳定时期和以沉积、侵蚀i ic - i ：- 导的不稳 定时期( 曹升赓，1 9 8 9 ) ，古土壤开始用于重建古地理与古气候，并从十壤发生特征角度了解 和推断古环境信息，土壤学的发展特别是在十壤形态、结构的识别与描述日益规范。十壤发 生层及十壤类型的识别与划分逐渐统一，并开始运用剑古十壤研究中来，b u l l o c k ( 1 9 8 5 ) 的十 壤薄片描述手册至今仍是众多古土壤研究者的规范与参考，随着研究：i ：作的不断深入，古十 壤学成为了自然科学中一门独立的分支学科，具备了独特的研究对象、科! 学的研究理论和专 门的研究方法。 近三十年来，古土壤研究得到了充分发展，古十壤作为一种特殊的地质体。一方面。 广泛地使刖十壤学的研究方法，另一方面，也吸取了现代地质学的许多先进的研究成果，使 得古土壤研究出现多学科交义的特点。古生物学、微形态学、沉积学、矿物学、环境磁学、 测年学、地球化学、稳定同位素等学科先进的研究手段的引入使得占十壤学成为- f l 新兴的 综合学科，各种方法相互印证，多学科的交汇融合相互补充使古士壤! 学成为了日臻完善的科 学体系。也使古土壤学在古气候、古环境信息的提取方面不断获得新的突破，成为区域环境 演化乃至全球气候变化研究中不可缺少的组成部分 十壤这种开放体系不断的和火气、地卜水、生物等外部环境发生物质和能量交换，各 种成士因素与环境演化在古土壤中留。f 了丰富的信息。古t 壤目前已把占环境、古气候等作 为重要的研究目标和方向 1 1 古环境研究 古环境研究的关键问题是找到有效的环境替代指标，揭示古十壤发生时的环境特征及 其演化。目前古土壤研究常用的环境指标有描述性定性指标平i i 定鲑指标两种。描述性指标方 前言 面，古十壤学家根据土壤分类，判别各种诊断层及诊断特征，行进行十类的划分，进而朋丁： 古环境研究。即使是在古土壤现代发展阶段，这些传统的十壤学方法仍继续发扦重要作川， 为古环境研究作出很人贡献。如在古土壤研究中多把s l i c k e n s i d e 的出现作为变性十的诊断 特征( s o i ls u r v e ys t a f f , 1 9 9 0 ；c a u d i l le ta 1 ，1 9 9 6 ；p a i ka n dl e e 。1 9 9 8 ；j o e c k e l ，1 9 9 5 ) ：黄钾铁矾 则是酸性硫化士的诊断特征( k r a u s ，1 9 9 8 ) ；各种铁锰形成物、渐育斑，则是水成1 二或滞水 潜育十的识刺依据( m i l l e re ta 1 1 9 9 6 ；k r a u s ，1 9 9 8 ；m c c a t h ye ta 1 1 9 9 9 ) ：垂直定向骨屑、砾 石等冻融特征可作为寒冻土壤的标志( h a l l ，1 9 9 9 ) 。在止确划分斗：类的基础上。许多古十壤研 究者运f j 土壤地理分带性理论及中一一微域性分布规律恢复占气候带和古环境特征 ( m c c a t t h ye la 1 1 9 9 9 ) 。m c c a r t h y 等在加拿人b r i t i s hc o l u m b i a 地区k i s k a t i n a w 河冲积相中发 育的冲积础占土壤研究中提到，由于地形筹异和距河道远近。占十壤受水淹没的频率不同， 沉积物供应和土壤滞水状况有明显差别，古十壤发育及成。卜特征会发生变化，这种变化在局 部地区可能超过了古气候波动的影响( m c c a r t h ye ta 1 1 9 9 9 ；p i p u j o la n db u u r m a n 1 9 9 7 ) 这一 思想，在研究受微地貌影响较强的水成十时具有指导意义。古十壤削面由丁古气候、古环境 变化、沉积作用等影响，剖面结构常与现代土壤不同，如在干旱的风蚀环境作川下，古十壤 a 层常常缺火( h a l l ，1 9 9 9 ) ，而在多个气候及沉积旋同作心卜，占十_ 壤剖面! i ! l l i 出现复合结构。 表现为多个淀积层或土壤发生层的叠 j i ( m c c a t t h ye ta 1 1 9 9 9 ；h a l l ，1 9 9 9 ) ，使得古十壤剖面结 构更为复杂，难以和现代土壤对比( ( m c c a r t h ye la 1 1 9 9 8 ；m c c a t t h ye ta 1 1 9 9 9 ) ，这些独特性 质与现象更要求古土壤学家对十壤发生发育过程有充分的了解。 描述性指标中应用最为厂泛的是十壤微形态特征，由丁它从微观上记录十壤的各种生 物、化学过程，是研究土壤风化成十过程的最直接有效的方法，记录了成十时许多古气候特 征。近三十年来土壤学研究的不断深入，十壤中各种微形态的形成机理及其与各种成十闪素 尤其是与古环境的关系逐渐为土壤研究者认识。微彤态学己发展成独立的学科，成为研究占 土壤必不可少的上具。如可以根据生物活动痕迹的多少反映成十作 j 强弱( m c c a t h ye l a i ，1 9 9 9 ：碎屑充填的裂隙是在十壤干湿交替的条件下形成的( p a i ka n dl e e 。1 9 9 8 ) ：而格粒 胶膜通常是长时期强烈成土作用的标：占( m c c a t h ye ta 1 。1 9 9 9 ) ，可以根据粘粒胶膜的形态及 含鼙、裂隙、孔隙的发育及充填( m i c h a e l ，1 9 9 7 ；m c c a t h ye la 1 ，1 9 9 9 ) 步0 断古十壤成j 卜期间气 候干、湿的变化( c a u d i l l ，e ta 1 1 9 9 6 ；p a i ka n dl e e ，1 9 9 8 ) ：铁锚新生体如铁锰结核、凝团的 种类、形态、矿物组成可用丁判断古土壤的干湿状况，进而揭示- 占气f i j ：的干湿变化以及占地 下水位升降范围( m i l l e re ta l 。1 9 9 6 ；k r a u s ，1 9 9 8 ；m c c a t h ye ta l 。，1 9 9 9 ) 。此外占十壤中许多微 形态特征比较稳定，如各种粘粒胶膜和生物痕迹在古十壤经受成岩作刖改造后仍能保存卜+ 米 ( m c c a r t h y e ta 1 。1 9 9 8 ) ，这些特征决定了微形态研究住古十壤研究中的重要地位。近年来。 超微形态分析手段如电镜、电子探针，以及x 衍射等矿物分析手段的的引入，使得微形态 学这种描述性指标朝超微、定量化方向发展，并埘丁研究- ：壤僻质、千壤结构、t 占环境等问 题。m u x a n ( 1 9 9 5 ) 等运刚电子显微镜分析黄十古j 卜壤结构、孔隙在成卜| 淋滤条什卜| 的变化； 还有研究者把s e m e d x 方法，用于古土壤中矿物的识别，并根据r i 英颗粒表面溶蚀次 生矿物淀积等形貌特征，研究古十壤成十淋滤( s e g a l le ta 1 ，2 0 0 0 ；h o w a r d ，1 9 9 5 ) 进而提取 出古环境信息。国内已有不少研究者尝试将微形态学方法应h j 丁古十壤研究，从微形态特征 提取占环境信息、判剔成土程度( 陈庆强等，1 9 9 6 ：陈庆强筹，1 9 9 7 ；邓兵等，1 9 9 9 ) 黄十一 一古十壤中运用微形态特征作为成士风化、古环境研究的替代指标也取得了进展( 郭止堂、 安芷生，1 9 9 4 ；郭正堂、f e d o l1 9 9 6 ；郝青振、郭止堂，2 0 0 1 ；李叙勇、李保国，2 0 0 1 ) 。 近年来，随着分析技术的发展，环境磁学、地球化学、矿物学越米越多的定量指标 被心于古十壤古环境研究。自1 9 7 5 年来，刘尔生等多次对洛川黄十进行古地磁测定，建立 了洛川剖面的磁极性枉，并确定了中国黄1 = 2 4 0 万前开始沉积并一直延续剑现代，划分出 1 8 7 一1 6 7 万年、9 7 9 0 万年和7 3 万年儿个十分重要的极性变化和年代标定点( 刘尔生，1 9 8 5 ) ， 2 同济入学博： 论文 长江三角渊地区晚第叫纪古- j ：壤特征及古环境信息 为开展进一步的黄土古气候研究打。f 基础。而黄。卜研究者利川磁化率作为古气候替代指标探 讨黄十堆积与黄十高原第四纪环境变迁、青藏高原隆升( d i n ge ta 1 ，1 9 9 9 ) 、东弧季风演化 ( x i a o a n d a n ，1 9 9 9 ) 等全球热点问题，并取得了瞩日的成果。 地球化学指标在古土壤和古环境研究中lo i 重要的地位。十壤这种开放体系中不断的和 大气、地下水、生物等外部环境发生物质交换，在地表风化条件下，由于元素化学性质的差 异，它们在士壤剖面中的迁移、富集规律也各不相同。常姑元素如a l 、s i 含越在剖面中的 变化可作为判断土壤发生的依据，而f e 、m n 等变价元素的价态可判别士壤氧化还原作用， 此外，一些表生环境中易淋失的元素如s r 、c a 常用来判别降雨越的多少及成十风化的强弱 ( 陈骏等，1 9 9 6 ) 。稳定元素r b 与活动元素s r 的比值探讨它们与古气候变化的偶合作用，进 而研究中国西部古季风变迁( 陈骏等，1 9 9 8 ；陈骏等，1 9 9 9 ) 。风化沉积物中8 7 s t ：6 s r 比值同 样反映不同矿物的风化程度( 马英军，2 0 0 1 ) ，已有不少研究者刖盯s r 广6 s r 作为化学风化的指 标，探讨黄土序列化学风化强度的变化，进而研究全球海平面变化与黄土古土壤序列的偶合 关系及东亚夏季风演变( y a n g e ta 1 ，2 0 0 0 ；杨杰东等，2 0 0 0 ；陈骏等，2 0 0 1 ) 。 1 2 古气候研究 除了以上定性及定量的古环境研究之外，各种定量古气候信息的提取也不断取得进展。 稳定同位素作为定量研究古环境的手段被引入古土壤研究，受剑越米越多的关注。根据稳定 同何素在不同的温度、湿度下，人气与_ 十壤水、十壤与矿物、土壤与植物之间发生化学及生 物化学分馏而形成不同的稳定同位素组成的原理，通过研究现代十壤中同位素的分馏过程 分析古土壤中残留下的土壤成因的碳酸盐矿物、有机质及残留占生物骨舒各化彳i 的稳定同位素 组成进而提取定量的古气候信息。氧同位索川丁研究占降雨鼙、- 占气温等( s a l o m o n se l a i ，1 9 7 8 ；a n d e r s o na n da u t h u r 1 9 8 3 ；h a y sa n dg r o s s m a n ，1 9 9 1 ：r o z a n s k ie ta 1 ，1 9 9 3 ；l e e ，1 9 9 9 ； r o w ea n dm a h e r 2 0 0 0 ) ，而碳稳定同何素组成与古人气组成的关系( c e d i n g ，1 9 8 4 ；c e r l i n ge t a 1 ，1 9 8 9 ；c e d i n g ，1 9 9 1 ：j o e c h e l ，1 9 9 5 ；韩家懋等，1 9 9 5 ；支1 j 卫国等，2 0 0 2 ) 等研究不断取得进展。 随着稳定同位素方法的，泛应用，埋藏后早期成岩作川的同位素分馏效应对碳、氧同位素组 成的影响也逐渐被揭示( c e d i n g ，1 9 9 1 ) 。这使得同位素住古十壤研究中的戍川受到了限制， 然而也促进了稳定同位素在古土壤研究中的应川更为准确化。 古降雨量方面依据古土壤中钙质结核的出现与否以及富集深度，可定量地分析占温 度范围及古降雨量( g r e g ，1 9 9 l ；k e i t ha te 1 ，1 9 9 6 ；j o e c h e l ，1 9 9 5 ：t s a t s k i ne ta 1 ，1 9 9 8 ；l e e ， 1 9 9 9 ；m c c a t h y e ta 1 ，1 9 9 9 ；r o w ea n dm a h e r 2 0 0 0 ) 。r e t a l l a c k ( 1 9 9 4 ) 对比了现代土壤的人量资 料，建立了以土壤钙结层埋深估算平均年降雨量的经验公式( r e t a l l a c ka n dm i n d s z e n t y , 1 9 9 4 ) 。国内也有研究者根据不同地区t 壤剖面钙质淋滤情况，推导出钙质淋滤深度与年降 雨鼙的线性关系，并应用于古土壤降雨量的估算( 赵景波，2 0 0 0 ) 。 1 3 古生物的研究 生物是五大成士因素之一，土壤植被与生物活动本身参与成七过程，构成成十的要素， 古生物组成也是特定古环境下的产物。由于保存条件的限制，。占七壤中植物孢子花粉等常常 不能满足古十壤研究的需要，尽管在黄十研究中采朋( 刘尔生等，1 9 8 5 ) 。二十世纪中j i j 发 展起米的植物硅酸体方法，适用丁- 占十壤这种暴露地表、风化强烈的特殊地质体。国内外许 多研究者做了大量基础工作。对各种植物中硅酸体在植物组织中的分布、植物硅酸体的类j 鹌 和它们在各种气候带的分布( - 于永吉、吕厚远，1 9 9 3 ；吕厚远，1 9 9 8 ) 均做了研究。吕厚远征 对现代l 七壤植物硅酸体研究的基础上，建立了植物硅酸体转换函数州丁恢复年降雨最、年 3 前吉 均温度等气候参数。此外，还以宝鸡黄土剖面为例探讨了1 5 万年来的古气候变( j 吕厚远。 1 9 9 8 ) 。蜗牛化石较之脊椎动物火化彳i 等具有住地层中保存完好数龉丰富。迁徙能力弱的 特点，通常可以鉴定刽种，且很少受到纯后的搬运和再沉积作川的影响，能提供比较准确的 古环境信息。余汶等人在六十年代描述了黄1 ：中蜗牛化钉的属种、种群特征、群落性质笛。 吴乃琴等( 1 9 9 5 ) 年采用筛析法对陕西黄士蜗牛化午i 组合进行了系统的纠f 究，建立了晚冰： 0 1 s , t 的气候因子曲线。与其他第四纪研究方向一样。应朋丁古十壤领域的古生物研究止由定性的 描述向应用数学方法进行因子分析、同归分析及建立环境转换函数等、卜定量、定量方法转变。 在孢粉等古生物研究材料缺乏的地方碳稳定同位素在恢复古植被面貌，提取古环境 信息中能发挥重要作用。陆生植物6 c 分馏机理已逐渐为人们掌握( c e r l i n g ，1 9 8 9 ；q u a d e 1 9 9 5 ；c e r l i n g ，1 9 9 7 ；b o u t t o ne ta 1 ，1 9 9 8 ；m a c f a d d e n ，1 9 9 9 ) ，不同类型植被的分布规律。降 雨量、气温等气候因素对稳定同位素分馏的控制和影响( 吴乃琴，1 9 9 2 ；韩家懋，1 9 9 5 ；殷立 娟，19 9 7 ；邓涛等，2 0 0 1 ；杨英、沈承德，2 0 0 1 ；王国安、韩家懋，2 0 0 l ；于国安等，2 0 0 2 ) 也逐 渐为人们所认识。这些基础一l 作都为稳定同位素用于恢复古植被汞i 古环境研究提供了坚实的 基础。 1 5 古土壤母质成因 古七壤研究另一个重要的内容就是母质成冈，即物源的研究。日前采川得较多的是地 球化学、同位素、超微形态、沉积学方法。通过研究性质稳定的化学元素组成，与可能的物 源端元对比米探讨土壤母质的物质米源( m u h se ta 1 ，1 9 9 0 ) 。m u h s ( 1 9 9 0 ) 研究了加勒比海及 火阿洋陌部碳酸盐台地上的古土壤稳定元素的组成，否定了这些占十壤母质的火山灰源说及 碳酸盐风化说，认为其母质为s a h a r a 沙漠风尘，从而分析了占季风的演化。陈骏对中国黄 土一古十壤序列沉积物地球化学分析发现，黄十及古十壤中酸不溶相矿物的元素组成一致反 映它们径物源上的一致性此外。稳定同位素也可刚于示踪物源，x i aa n da n ( 1 9 9 9 ) 运用孑i 英颗粒氧同位素示踪黄七风尘，在日本o s a k a 盘地中发现了黄