（第四纪地质学专业论文）东海浪岗山岛屿风尘沉积环境信息.pdf

华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文 摘要 东海浪岗山岛屿风尘沉积环境信息 摘要 黄土+ 是指第四纪时期特定环境条件下形成的一种特殊的土状沉积物。中国 第四纪黄土，尤以广泛的分布性、沉积时代的连续性和对全球环境变化事件和 古气候演变反应的敏感性，在第四纪古环境研究中具有重大的理论意义。分布 在长江下游两岸的低山、丘陵地带的晚更新世下蜀黄土及其东部平原、东海岛 屿和海底的风尘黄土及其次生产物也是我国第四纪黄土的重要组成部分，它是 我国第四纪黄土沉积物中的一种独特类型。本项研究是在对东海岛屿大量野外 考察的基础上，选择东海浪岗山风尘黄土剖面作为研究对象，进行了系统的采 样和分析，分析内容包括粒度、环境磁学、有机质、碳酸盐、粘土矿物、活性 铁以及光释光测年等，所得的主要成果和结论包括以下几个方面： 1 浪岗山黄土粒度组成与其他各地黄土基本一致，符合我国黄土粒度组成 的基本特征：浪岗山黄土按粒度组成划分应属于粘土，亚粘土沉积物，符合中国 黄土自西向东依次是砂黄土带、黄土带和粘黄土带的分布规律；但与其他内陆 黄土相比， 5 0 r m a 颗粒含量明显偏高，指示浪岗山黄土地层除了和内地黄土地 层一样接受末次冰期强劲冬季风带来的“远源”风尘外，还接受从近海陆架带 来的“近源”沉积，且 5 0 9 m 颗粒含量可作为“近源”风尘物质比例大小的指 标。 2 浪岗山黄土中的磁性颗粒含量较高，质量磁化率变化于6 9 3 9 3 8 l o 3 k 西1 ，与沉积后气候条件比内陆相对暖湿、成壤作用相对强烈有关；磁性 矿物的类型与粒度特征与内陆黄土相似，这反映了浪岗山黄土与内陆黄土具有 物质来源和成因等方面的一致性；磁化率因与 5 0 9 mg r a i n so f t h ei o e s si sr e l a t i v e l yh i g h e r a sam a t t e ro f f a c t ，i ti n d i c a t e st h a tt h e s t u d yp r o f i l er e c e i v e dn o to n l yf a ra e o l i a nd e p o s i tf r o mn o r t h w e s tb ys t r o n gw i n t e r m o n s o o na so t h e ri n l a n dl o e s sb u ta l s op r o x i m a lo n ef r o mi n s h o r es h e l fa r e ad u r i n g t h el a s tg l a c i a la g e a n dt h ec o n t e n to f 5 0 1 mg r a i n so f t h el o e s sc a nb er e g a r d e da s a ni n d e xt h a ts h o w st h ep r o p o r t i o no f p r o x i m a la e o l i a nd e p o s i t 2 t h ec o n t e n to f m a g n e t i cg r a i n si nt h es t u d yp r o f i l ei sh i 曲a n d t h ea v e r a g e m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t yv a r i e sf r o m6 9 3x 1 0 8 m 3 k g t o9 3 8 1 0 。8 m 3 k s l a n dt h e m a g n e t i cc h a r a c t e r sa r ea t t r i b u t e dt om o i s t c l i m a t ea n ds t r o n g p e d o g e n e s i s t h et y p e a n dg r a i ns i z eo fm a g n e t i cg r a i n si nt h es t u d yp r o f i l ea r es i m i l a rt ot h o s ei no t h e r i n l a n dl o e s sp r o f i l e s ，b o t hm a i n l yc o n s i s t i n go fp s e u d o s i n g l ed o m a i n ( p s d ) a n d m u l t i d o m a i n ( m d ) f e r r i m a g n e t i cm i n e r a l s ，w h i c hi n d i c a t e s t h a tt h ei s l a n dl o e s s h a v es o m e t h i n gi nc 0 1 t u t i o nw i t ho t h e ri n l a n dl o e s s s u c ha sm a t e r i a ls o u r c ea n d i i l 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文a b s ，r r a c r d y n a m i c a lc a u s eo fd e p o s i t n o tb e i n gh i g hc o r r e l a t i o nw i t ht h ec o n t e n to f 5 0 1 x mg r a i n sc o n t e n ta n dt h el o w e rs e g m e n to f m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y i nt h ep r o f i l e ，t h ec u r v e so fg r a n u l a r i t yp a r a m e t e r si nt h e p r o f i l er e c o r d e d t h ec h a n g e so f m a t e r i a ls o u r c eu n d e rd i f f e r e n te n v i r o n m e n t s 7 u n d e rs t r o n gb l o w i n go fw i n t e rm o n s o o nd u r i n gt h el a s tg l a c i a lp e r i o d ，f a r a e o l i a nm a t e r i a la r r i v e da t ，d e p o s i t e do v e rs h e l f - p l a i na n di s l a n d so fe a s tc h i n as e a a n df o r m e ds h e l f - p l a i n1 0 e s sa n di s l a n d1 0 e s s t h ef c i r l t l e rt u r n e di n t os u b m a r i n e s a p - g r e e n h a r dc l a yb e c a u s eo f u a n s g r e s s i o na n do n l yr e m a i n e da tw e a kw a t e r p o w e r a r e aa sw e l la sh i g ha l t i t u d e so ft h el a g e rb e c a u s eo fs e a w a t e rc o r r a s i o n t e r m s t r i a l s e d i m e n t so nt h es h e l fs u c ha sp a l e o r i v e r w a y ，p a l e o - d e l t a sa n d s oo nc o u l db ee a s i l y n o w e d ，c o n v e y e da n dd e p o s i t e db y l o wa l t i t u d ea i r f l o wa n df o r m e dp r o x i m a l a e o l i a nd e p o s i t c o n s i d e r i n gt h ei n f l u e n c eo f t h es e d i m e n t sd i s t r i b u t i n gd i s p e r s e d l y a n db e i n gd i f f e r e n t l yr o t t e n ，w i n dp o w e gt h ea t t r i b u t eo fu n d e r i n gs u r f a c e ，e t e ，t h e p r o x i m a la e o l i a nd e p o s i to n l yf o r m e da t l o wa l t i t u d eo rp l a n o c o n c a v ep o s i t i o no f f e wi s l a n d sa n dl o c a ls h e l f k e y w o r d s ：a e o l i a nd e p o s i t m a t e r i a ls o u r c e p a l e o e n v i r o n m e n t a li n f o r m a t i o n c l i m a t ec h a n g e s l a t ep l e i s t o c e n et h el a s tg l a c i a lp e r i o d l a n g g a n g s h a n i s l a n d so fe a s tc h i n as e a v 堇益强硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 游啦 膨段 啤掾郴蝴零漏 饽褫醢缸救鲜舅师删 洲幺炙赢救彳车斫嘶 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及所取得的研 究成果。据我所知，除文中已经注名的内容外，本论文不包含其他个人已经发表 或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作 了说明并表示谢意。 作者签名：啦日期：坐 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或指定机构送交论文的电子版或文字版。有权将学位 论文用于非赢利的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文 的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名 嗽弗镑 妒l i 黧警绎 醐：弱馘 扒，上：峰 华东师范大学2 0 0 5 俑硕十论文 第一章序言 1 1 中国黄土研究历史 第一章序言 “黄土”这一名称的由来，已有数千年的历史。远在中国古代，就将分布面 积广大、基本上以黄土为主的土，称为黄土。旱在禹贡一书中，就有明确 的记载。但是将黄土作为一个地质问题来研究，却只有百余年的历史。由于中 国风成黄土分布范围广( 图1 一1 ) 、厚度大，以及层序完整、沉积连续，是记录 古环境、古气候变化的良好载体，与深海沉积、极地冰芯并列为全球变化研究 的三大支柱( n w r u t t e r ，1 9 9 2 ) ，已被中外地学家冠以“中国黄土”这具有 世界意义的国际专业学术名词。尤其是黄土高原西部，黄土沉积速率高，对气 候变化反应更为敏感，在地层中形成一系列相互分割的黄土古土壤序列，为提 高研究精度提供了有力的地层证据。 图l l 中国黄土分布示意图( 据刘东生等，1 9 8 5 ) 自十九世纪末以来，中国黄土就引起国内外地学家们的关注，较早进行研 究的有庞培利、李希霍芬、奥布鲁切夫、安特生、德日进、梭颇、杨钟健、裴 文中、马溶之、张伯声等中外学者。这些先行的研究者们，将黄土作为一个特 殊的地质问题来研究。但在研究方法和内容上，几十年来没有显著的变化，一 般是地貌分析和野外地质方法，诸如野外岩性特征观察、层序的划分与对比、 脊椎动物化石研究等。 建国以后到上世纪7 0 年代初期，由于经济建设的发展，对中国黄土研究提 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文 第一章序言 出了新的要求，单纯探讨一些基础地质问题已经远远不够了。工程地质、水文 地质、环境地质、地震地质等问题的研究相继进入中国黄土研究的领域。尤其 是上世纪7 0 年代以来，引进了第四纪研究的新技术和新方法，大大加快了研究 步伐，取得了新的成绩，为国内外所瞩目。特别是以刘东生等为代表的一大批 专家学者，通过将黄土一古土壤序列与深海沉积物和极地冰芯进行对比研究，揭 示了东亚古气候变化与全球古气候变化在轨道尺度上具有的密切联系( 刘东生 等，1 9 8 5 ：安芷生，1 9 9 1 ；丁仲礼等，1 9 9 1 ) 。 1 2 中国黄土研究的几个问题 作为“国际地圈- 生物圈计划( i g d p ) ”核心计划之一“过去全球变化 ( p a g e s ) ”在我国的主要研究内容，中国黄土研究不仅引起国内外多学者的兴 趣和关注，同时也产生了很多有关中国黄土研究的学术争议与分歧，其主要研 究内容主要集中在如下几个问题： 嚣 ? 彤 城 i 物矮搬运 搬逛j 沉 f l i “j 5 1 ( j 他” t 戚l 过张j 敬。 二斌i 按记 强嚣越 绍杠j t 沙漤、蔓 镶睡1 ( 砖l l j i i l 一) 菏j 成罐。；和乍物瓤葫 粤# j ，节辎碱性瓴抱纠、艟 城地 战壤 溉秘物 擐i 酿 壤 抖搬避 弭扼引 ! 竺景 赢蠢 1 i 州 理t 残j 皂”l 被 照弛楚型沉秘翱jl 城赏蕾 一l 慷成鼾 羔划剽t 叫姆辫 图1 2 黄土形成过程和黄土演变示意图( 据刘东生等，1 9 8 5 ) 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文第一章序言 中国黄土的成因问题 针对中国黄土的成因问题，风成学派、河流冲积学派、洪积学派、残积造 壤学派、综合成因学派等在学术界已经争论了百余年。归纳起来不过是两大学 派，即风成派和水成派。持风成论的学者认为，黄土分布地区位于沙漠的南部， 接受沙漠吹来的粉土堆积，黄土的颗粒变化也是北粗南细，同时分布在现代地 形不同高程之上，岩性均一等；持水成论的学者认为，从黄土高原的古地理古 气候演化、古脊椎动物的生态特征、矿物成分与颗粒变化的规律、以及组织结 构等方面的分析，均与水的作用有关。笔者认为，中国黄土的成因包含着从黄 土物质的搬运、堆积到黄土形成的全部过程( 图1 2 ) ，应该是一个统一的地质 作用系统，绝对不能用单一作用来解释黄土成因问题。不过，现在大多数学者 都普遍接受风成学说的，笔者也倾向于典型黄土风成学说，本文也是在肯定风 成学说的前提下进一步讨论的。 中国黄土的物质来源 目前多数学者认为，我国黄土是风成的，其物质主要来源于中亚和我国西 部沙漠、戈壁地带，但也不排除青藏高原冰碛物和冻融作用产物可能为其提供 一定的物质来源。并且有的学者还根据我国西北的黄土带处于戈壁、沙漠的外 围，认为二者构成所谓的“孪生关系”( 董光荣，1 9 9 0 ) 。针对我国东部黄土的 来源，赵松龄教授提出了“陆架沙漠化”理论，认为在古冬季风特别活跃的末 次冰期最盛时期，海退后的陆架平原和我国西北地区一样，处在十分干旱的环 境下，富含盐分的海退平原，被风暴活动所改造，导致陆架沙漠化环境的形成， 而存在于中国陆架区的局部沙漠化地区( 物源区) 及其衍生沉积区( 黄土沉积 区) 之间存在着发生学的联系( 赵松龄，1 9 9 1 ) 。 中国黄土与古季风气候演变 中国东亚季风区的气候以冬季风和夏季风的季节交替为特征，而中国黄土 作为第四纪风尘沉积物，无论是风成黄土的搬运、堆积和成土化过程，还是其 分布的时空变化，都不无与东亚古季风演变存在一定的相关联系( 不是因果关 系) 。安芷生、吴锡浩等研究了季风与黄土高原的气候历史，提出了中国黄土一 古土壤序列是东亚季风作用的结果，认为2 4 0 m a b p 以来的中国黄土。古土壤序 列很好地记录了东亚季风变迁的历史( 安芷生，1 9 8 9 、1 9 9 0 ：安芷生、吴锡浩 等，1 9 9 1 ) 。有关研究表明，黄土和古土壤层的粗颗粒含量是冬季肛l 气候的有效 代用指标，指示来自高纬度偏北干冷冬季风的强弱程度；而黄土和古土壤层的 磁化率值则是夏季风的良好代用指标，主要反映来自低纬度海洋偏暖湿夏季风 的强弱变化( 安芷生、吴锡浩等，1 9 9 1 、1 9 9 7 ；p o r t e rsc 、安芷生等，1 9 9 5 ) 。 因此，在东亚季风格局中冬季风盛行的西风携带沙漠区粉尘南下，当冬季风加 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文 第一章序言 强时风尘物质搬运距离远使得黄土分布区向东向南扩展，堆积速率快使得黄土 厚度加大；夏季风增强时，气候温暖湿润，为黄土区带来雨水，促进成壤作用。 1 3 中国东部黄土分布及其研究现状 中国黄土分布广泛，根据黄土沉积的特点，中国黄土的分布自西向东则有 西部干燥内陆盆地、中部高原和东部平原三大区( s o 东生等，1 9 8 5 ) 。多年来， 广大地学工作者对我国西北地区和黄河中游地区的第四纪黄土地层和古气候演 变进行系统、细致的研究，在黄土地层划分、特征、成因和古气候、古环境等 研究领域己达到国际领先水平。而有关我国东部黄土特别是岛屿黄土的研究起 步比较晚，缺乏系统和深入的研究。近年来，随着我国东部黄土地层的不断发 现，同时将内陆黄土研究成功的研究方法和研究成果应用于东部黄土的研究， 我国东部黄土研究也取得了显著的研究成果。 早在上世纪6 0 年代初期，金翔龙等曾对庙岛列岛的黄土进行了初步调查， 提出了“海成黄土”说( 金翔龙等，1 9 6 4 ) 。8 0 年代以来，第四纪地学工作者 相继对分布在我国沿海地区的辽东半岛、山东半岛沿岸和东海岛屿黄土地层进 行了分析研究和报告( 李培英等，1 9 8 7 、1 9 9 1 、1 9 9 2 ；曹家欣等，：刘敬阐等， 1 9 9 5 ；李雪铭，2 0 0 1 ) 。刘东生等认为：冰期时的山东半岛和渤海部分海区，除 接受大量从西北地区通过大气系统以尘暴形式搬运来的粉尘外，还接受了来自 其东部海滩吹向陆地的粉尘，其中包括含有孔虫的混杂物质( 刘东生等，1 9 8 5 ) 。 曹家欣、李培英等认为，庙岛列岛等地马兰期黄土的来源既有西北气流自亚洲 内陆搬运来的物质，也有地方风系吹扬出露的海底沉积物的就地降落( 曹家欣 等，1 9 8 7 、1 9 9 4 ：李培英等，1 9 9 1 、1 9 9 2 ) 。根据这些黄土地层普遍含有海相的 有孔虫、放射虫、海绿石和粒度组成较粗等特点，赵松龄( 1 9 9 1 ) 、于洪军( 1 9 9 9 ) 等推测中国东部陆架。岛屿地区在晚更新世普遍存在面积不等的沙漠黄土堆积 系列，认为分布于辽东半岛、山东半岛和东海岛屿的黄土地层甚至下蜀黄土和 长江三角洲硬粘土层均属于近源沉积，来自于晚更新世“沙漠化”的陆架。郑 祥民等根据中国东部第四纪古地理环境分析( 旋雅风等，1 9 8 9 ) 、中国大陆第四 纪黄土沉积模式( 刘东生等，1 9 8 5 ) 、以及对长江三角洲及东海陆架硬土层的研 究( 郑祥民等，1 9 9 8 、1 9 9 9 ) ，发现东海岛屿地区和长江三角洲地区、东海陆架 黄土堆积与下蜀黄土在沉积物特征上具有明显的相似性，在地层分布上是连续 延伸的，均为末次冰期干冷气候条件下风尘黄土堆积物经次生变化而形成。而 山东庙岛群岛和东海岛屿黄土堆积中火山玻璃的存在和分布特征( 周厚云等， 2 0 0 0 ；郑祥民等，2 0 0 3 ) 初步探讨了东亚占季风的特征和东亚火山活动对周边 地区古气候环境的影响。同时，日本第四纪地质学家研究中也相继发现，在朝 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文第一章序言 鲜半岛、日本岛屿以及临近海域晚更新世晚期地层中，也普遍存在物源来自中 国的风尘黄土堆积( 井上克弘，1 9 9 0 ：沟田智俊1 9 9 1 ；成濑敏郎，1 9 9 3 ) 。 从上述研究中我们不难发现，中国东部黄土研究已经取得了内容丰富的研 究成果，但关于中国东部黄土特别是海域岛屿风尘沉积的成因、机制及其与古 气候、古环境的关系等方面，还有很多有待进一步深入探讨和研究的地方。 1 4 本项研究的主要内容和意义 笔者导师郑祥民教授多年来一直从事长江三角洲及其周边海域第四纪风尘 沉积研究，本项目研究也是在导师负责的国家自然科学基金项目“东海岛屿风 尘沉积中火山玻璃的环境信息研究”的资助下完成的。在对长江三角洲及附近 海域风尘沉积学习及研究过程中，笔者对其产生了诸多疑问和思考：第一，所 研究区域第四纪风尘沉积的沉积模式与分布规律究竟如何，是否符合整个中国 黄土的沉积模式与分布规律? 同时，在沉积的动力机制方面，风成黄土与东亚 古季风演变的关系究竟如何：第二，普遍认为东海岛屿风尘沉积接受一定贡献 的“近源”类型很多，如果针对某一岛屿黄土地层，究竟解释为哪种类型的陆 架沉积物的衍生沉积更为合理还有待商榷；第三，风尘沉积中包含的环境信息， 既包括风尘源区及沉积时的环境信息还包括沉积区后期经历的环境变化信息， 而沉积后该区域气候长期温暖湿润，如何区别信息究竟是反映的风尘的原始环 境还是后期的环境变化等等。 本项研究是国家自然科学基金项目“东海岛屿风尘沉积中火山玻璃的环 境信息研究”( 项目编号：4 0 3 7 2 1 3 5 ) 部分研究内容的基础上完成的，围绕东 海浪岗山岛屿风成黄土堆积地层这一主题开展系统研究，采用粒度、磁化率、 粘土矿物含量及地球化学等多个环境指标进行综合分析，试图探讨东海岛屿 风成黄土的物质来源和成因机制，初步完善东部海域第四纪风尘黄土的分布 规律和沉积模式；同时，通过提取黄土堆积地层剖面中垂向变化的环境信息， 并与嵊山岛黄土剖面进行对比研究，揭示末次冰期以来东海海域古气候和古 环境的演变过程。研究结果将对我国第四纪黄土沉积的范围、类型、模式、 次生变化过程和区域古气候环境变化等方面产生新的认识，对于进一步完善 和发展我国黄土研究科学和第四纪古气候变化研究具有重要的理论意义。具 体研究内容包括：分析浪岗山岛屿黄土地层的沉积特征，对比周边地区黄土 和西北黄土沉积特征，探讨东海海域风尘沉积究竟是近源沉积还是远源沉积， 并分析其成因机制；推断第四纪黄土的分布规律和沉积模式，反演东亚古季 风变化特点；通过对该黄土地层剖面高分辨率的系统分析，提取其中反映古 气候变化的环境信息，推演区域古气候、古环境变化过程等。 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文 第二章研究区域概况与地层剖面特征 第二章研究区域概况与地层剖面特征 2 1 区域自然地理概况 浪岗山列岛位于舟山群岛东方前哨( 图2 1 ) ，位于东海海域3 0 。2 6 n ，1 2 2 。5 6 e 附近，总面积约04 6 k m 2 。西北距嵊山岛1 7 海罩，西南距东福山2 0 海里，是良好的外海航行目标。列岛由中块岛、西块岛、东块岛等岛屿组成。中 块岛最大，西块岛最高( 海拔1 0 1 m ) 。各岛地势险峻，海岸多弯曲，均为岩石陡 岸，不便登陆。中块岛是列岛中最大岛屿，南北长9 9 0 m ，东西宽3 7 0 m ，面积 0 3 0 k m 2 ，海拔9 2 m 。地势高耸，鞍部较为平缓，西部山坡陡于东部，北半部山 岭宽缓，南半部山岭较陡峭。 浪岗山列岛地处东亚大陆东岸的副热带高压带，东邻太平洋，常年温和湿润， 四季分明，冬无严寒，夏无酷暑，日照充足，光温同期，属于典型的亚热带海洋 性季风气候。浪岗山列岛地区基本处于中纬西风带范围内，东亚季风盛行，冬季 为冷空气、盛行西北风，为西风带天气系统所控制；夏季以东南风为主，则受暖 空气、副热带高压和热带东风带天气系统的支配。同时，本区又位于冬季寒潮和 夏季台风的路径上，在现在和过去的某一特定时期，它们的影响都会是决定性的， 客观上叠加和放大了基本天气系统的作用。冬季平均气温6 ，夏季平均气温2 5 ，2 ，年平均气温1 5 6 1 6 6 ，年平均日照总数1 9 4 0 - 2 2 5 7 小时，日照率为4 8 ， 年平均无霜期3 0 8 天，年平均降水量9 3 6 1 3 3 0 m m ，区域地带性植被类型为亚热 带常绿阔叶与落叶阔叶混交林。岛屿附近海域自然环境优越，饵料丰富，给不同 习性的鱼虾洄游、栖息、繁殖和生长创造了良好条件，共有海洋生物1 1 6 3 种， 是我国重要的海洋渔业基地之一。 浪岗山列岛在大地构造上位于浙闽地台中北部，属于天台山系向东海延伸的 一部分，8 - 1 0 k a b e 海面上升将山体淹没而形成舟山群岛的一部分。整个岛屿的 构造受到燕山运动晚期形成的一系列北北东向压扭性断裂以及北北东向、北西西 向等次级断裂控制，昌化普陀东西向断裂带和镇海一温州北北东向断裂带分别通 过舟山群岛的南部和西部边缘，江山绍兴断裂带、丽水奉化断裂带等均汇集于 舟山群岛一带，这些北北东向和北西西向的断裂构造在地貌上有明显的反映。在 中更新世以前舟山群岛与陆地相连，其构造与华南褶皱系相关，区内广泛分布巨 厚的中生代中酸性一酸性火山碎屑岩、酸性中性熔岩、火山碎屑岩以及熔结凝灰 岩等，还有大量的中性酸性岩体侵入。舟山群岛附近海域地区以中生代火山岩 系为基础，其上沉积了厚度数十至数百米的新生代沉积物。整个群岛呈北东一南 西走向依次排列，南半部地区大岛较多，海拔较高，排列密集，北半部地区以小 岛为主，地势较低，分布松散。浪岗山岛屿主要由花岗岩基岩组成，大部分基岩 华东师范丈学2 0 0 5 届硕士论文 第二章研究区域概况与地层剖面特征 直接出露地表，在山坡、山谷及一些地形低凹地带可见坡积、残积和风积等第四 纪松散沉积物。岛上大部分黄土地层属于次生黄土地层，且多与坡积物、洪积物 混杂。需要与原生的风尘黄土地层严格区分。 蚓2 i 浪岗山列岛区域位簧及采样点位置示意剧 2 2 地层位置及岩性特征 近年来，华东师范大学郑祥民教授已经在舟山群岛北部的嵊山岛、黄龙岛等 岛屿上进行实地考察，普遍发现有风尘黄土堆积地层的存在。2 0 0 3 年1 1 月1 7 日笔者跟随导师郑祥民教授到位于嵊山岛东南约7 0 海里的浪岗山列岛进行了考 察，我们又发现了沉积厚度多达5 m 的黄土堆积地层数处。山上现无常住人口， 山顶基岩大部分直接裸露，黄土地层呈片状分布覆盖在花岗岩山坡上，且厚度自 上面下逐渐增大，最大处可达5 6 m 。山坡、山谷及一些地形低凹地带可见少量 坡积、洪积等混杂物，因此在调查和取样时必须严格区分。我们所选择的典型风 尘沉积剖面位于浪岗山中块岛东北坡海拔8 0 m 高度处( 3 0 0 2 6 7 1 6 3 ”n ，1 2 2 05 6 7 7 ”e ) ，黄土层致密坚硬，剖面自上而下质地比较均一。 我们对该地层剖面( 见图2 2 、图2 3 ) 进行了细致地观察、测量和取样。该 地层剖面总厚度为2 3 0 c m ，黄土层一直到底部未见花岗岩或其风化物。地表有一 年生草本植物覆盖，剖面上部覆盖有大约2 0 c m 是用以防止土层被雨水冲刷流失 而人为铺设的石块。我们去除上部人为改造过的地层约1 5 2 0 c m ，上部1 0 c m 黄 土呈褐色，有较多的植物毛细根系以及少量植物腐烂的黑色痕迹，质地坚硬，组 成颗粒致密，夹有少量的铁锰薄膜或锈斑。l o c m 以下到底部为典型的黄土层， 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文 第二章研究区域概况与地层剖面特征 质地坚硬致密，垂直节理发育，夹有少量的植物根系。剖面上部2 2 0 c m 地层按 2 c m 的密度取得样品1 1 0 个，底部2 2 0 - 2 3 0 c m 地层按5 c m 的密度取得样品2 个， ( a ) ( b ) 图2 - 2 浪岗山岛屿黄土地层分布( a ) 与采样剖面位置( b ) 图2 - 3 浪岗山黄士剖面示意图 华东师范大学2 0 0 5 屠硕士论文 第二章研究区域概况与地层剖面特征 总计1 1 2 个样品。实验室室内测试分析的主要内容有( 括弧内为测试样品个数) ： 粒度各指标的测试( 1 1 2 个) 、磁学各参数的测试( 1 1 2 个) 、有机质含量测试( 5 6 个) 、活性铁各个指标( 5 6 个) 、碳酸盐含量( 5 6 个) 、粘土矿物半定量分析( 2 0 个) 、微量元素含量( 5 个) 、有孔虫测试( 6 个) 等；此外，还分别在剖面上( 1 0 c m 处) 、中( 1 1 5 c m 处) 、下( 2 2 5 c m 处) 三个部位采集了3 个未见光黄土样品，用 于光释光( o s l ) 测试及年代分析。通过以上测试与分析，共获得各种有效数据 3 2 2 6 个( 见附录) 。 从浪岗山岛屿黄土分布的地理位置、地貌部位、下伏母岩、以及沉积物结构 的特征来分析，基本可以排除坡积、洪积、基岩风化残积以及风积海砂等堆积的 可能性，应该属于风尘黄土堆积，其原因主要包括以下几个方面： 在野外调查中发现，浪岗山岛屿黄土分布比较广泛，在中块岛的山坡上，黄 土地层呈片状批覆式分布，与地形起伏一致，这种分布特征与下蜀黄土、西北黄 土区基本相似，指示了风成黄土的特点。 本次采样的浪岗山岛屿黄土剖面位于中块岛东北坡海拔8 0 米处，海拔位置 较高，地形处于山脊部位，不可能受到坡积、洪积等流水作用的影响：同时，该 剖面无层理，垂直节理发育完全，未观察到反映流水作用的混杂沉积、隐层理、 斜交层理、钙质薄层等沉积构造，因此该剖面应该属于风成成因的黄土沉积。 由于该位置黄土剖面较深，剖面以下仍继续存在有黄土层，所以浪岗山剖面 一直到低部黄土颗粒均匀、结构致密，未见颗粒较粗的花岗岩风化残留物；同时， 从其他黄土层较薄的剖面与下伏的花岗岩风化壳呈现不整和接触，因此可以推断 浪岗山岛屿黄土并非由基岩风化残积而成。 选取若干浪岗山黄土样品在室内进行有孔虫测试分析，尚未发现有孔虫；同 时，考虑到该剖面黄土沉积物颗粒均匀、结构坚硬致密，因此也基本可以排除风 积海成砂成因的可能性。 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文 第三章浪岗山黄土地层粒度沉积特征 第三章浪岗山黄土地层粒度沉积特征 3 1 粒度分析原理和方法 3 1 1 粒度分析原理 碎屑沉积物的粒度组成是指不同粒径的颗粒在沉积物中所占的比例。粒度组 成的基本特征不仅是碎屑沉积物分类、命名的基础，而且对于查明这些沉积物的 来源、搬运介质和动力、沉积环境以及它们的变化，都有重要的意义( 刘东生等， 1 9 8 5 ) 。中国黄土研究表明，风成黄土沉积物的粒度特征可以反映风搬运的动力 特征，还可以进而与第四纪东亚季风大气环流联系起来，当东亚冬季风增强、夏 季风减弱阶段，沉积速率加快，风尘颗粒较粗；反之，则风尘颗粒较细。黄土沉 积物的粒度测试己成为第四纪东亚季风研究的重要内容。并且还有研究发现，中 国黄土高原黄土古土壤序列的粒度变化可以指示搬运粉尘动力的变化以及沉积 环境的变化( 刘秀铭等，1 9 9 1 ) ，因此研究浪岗山岛屿黄土的粒度特征在探究其 物质来源、沉积动力及古气候、古环境演变方面都具有极其重要的意义。 关于沉积物粒度粒级的划分不一，本项研究采用国内黄土研究传统采用的划 分方案( 见表3 1 ) ，以便于比较研究。通常也把粗粉砂组和细粉砂组统称为粉砂 组，把粘粒组和胶粒组统称为粘粒组。 表3 - 1 粒度粒级划分 粒级粒径范围 砂粒 5 0 p m 粗粉砂 1 0 - 5 0 9 m 细粉砂 粘粒1 - 5 p a n 胶粒 1 0 0 9 m 出现小的波峰，说明组成该黄土地层的物质来 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文第三章浪岗山黄土地层粒度沉积特征 源较为复杂( 图3 2 ) 。从总体上看，各粒缴的含量在剖面上分布十分均匀( 图 3 3 ) ，粒径细小， 5 0 “m ) ：该组分含量相对于其他组分相对较低，在剖面上变 化显著，波动范围在1 1 3 1 7 2 之间，平均含量为1 3 9 ，明显高于洛川马兰黄 土的砂粒含量5 3 1 0 o 。5 0 m 是粉粒和砂粒的分界线， 5 0 “m 的颗粒一般说 来不易被风力做长距离搬运的，我国各地黄土中粒径 5 0 9 r n 的含量一般不超过 1 0 ( 刘东生等，1 9 8 5 ) ，因此，这个粒级的大量出现，至少可以说明黄土剖面 中一部分黄土的源区距离剖面所在地不会太远。而该剖面中该组分含量均在1 0 以上，说明了该剖面黄土地层除了和内地黄土地层一样接受末次冰期强劲冬季风 带来的“远源”风尘外，还接受冬季风从近海陆架沙漠带来的“近源”沉积。同 时，该组分含量的高低也应该能反映某段时期“近源”与“远源”的贡献大小， 该组分含量高时，应该反映“近源”沉积占主导：反之，则反映“远源”沉积占 主导。 1ff 一 乒享手；多 毛专至呈主 耋专 j芗耋善喜 7?)夕 粗粉砂粒组分( 粒径l o - - 5 0 “r n ) ：该粒级含量介于4 5 9 - 5 0 5 ，大多数样品 含量在4 7 4 9 之间，平均含量为4 8 3 。与洛川马兰黄土( 4 0 - 6 0 ) 一样，粗 粉砂粒组在浪岗山黄土剖面中是含量最高的，为黄土粒度组分中的众数组，符合 刘东生先生提出“1 0 5 0 扯m 粒径的是各地黄土的众数粒组”( 刘东生等，1 9 8 5 ) 。 l 莫耳德维( m o l d v a y ，1 9 6 2 ) 实验表明，1 0 5 0 肛m 粒径的颗粒在风力作用下最 易活动、最易分散，是风尘沉积物的“基本粒组”，所以该粒组的含量反映了风 力强劲的程度，其变化可能为研究沉积旋回、气候波动等提供有意义的线索。在 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文 第三章浪岗山黄土地层粒度沉积特征 粒度变化曲线上，该粒组的高值反映了风力强劲的气候事件，而低值则反映风力 较弱、搬运能力降低的气候事件。 细粉砂粒组分( 粒径5 - - l o g m ) ：该粒组是l 莫耳德维( m o l d v a y ，1 9 6 2 ) 实 验证明颗粒浮动性差、分散性亦差的风尘沉积物中的“附加粒组”，它们只是大 颗粒的材料，所以不能反映风的动力状态与气候环境状况。其含量介于 1 2 3 1 4 6 ，平均含量为1 2 9 ，且在各层中含量变化不甚明显，比洛川马兰黄 土剖面该粒级的含量1 1 0 - 1 2 5 相对略显高些，符合中国黄土自西向东逐渐变细 的分布规律。 粘粒组分( 粒径1 - 5 9 r n ) ：该粒级含量介于1 7 9 - 2 2 4 ，大多数含量在 1 8 2 0 ，平均含量为1 9 _ 3 ，比洛川黄土剖面该粒级的含量1 2 9 1 9 5 相对略 显高些，并且曲线波动较大。 胶粒组分( 粒径 l g m ) ：该粒级含量介于5 2 6 - 2 ，平均含量为57 ，比 洛川黄土剖面该粒级的含量1 2 9 1 8 _ 2 相对较低。胶粒组分和粘粒组分一般统称 为粘粒组分，为风尘黄土中的“挟持粒组”，因为它们是依靠较粗颗粒跳跃撞击 而扬起，或者附着在粉尘颗粒表面被携带至堆积区。挟持粒组含量介于 2 3 1 3 7 - 8 ，平均含量为2 4 9 ，与广大黄土高原区的黄土差别不大。 表3 - 3 各地黄土各粒级含量对比表 、慰彩 粘粒组分粉砂组分砂组分 样品来源 5 0 u m 5 6 5 1 9 2 8 1 2 9 1 4 8 2 8 浪岗山黄土 1 3 8 7 2 4 9 4 6 1 9 下蜀黄土 ( 老虎山) 2 0 3 2 5 5 6 3 1 1 2 1 山东马兰黄土十女 2 5 7 2 6 4 7 0 9 5 7 1 4 5 1 2 9 1 2 5 5 3 3 洛川马兰黄土料 6 ，8 2 7 4 6 8 8 下蜀马兰黄土数据引自于洪军( 1 9 9 9 ) 山东马兰黄r = ：数据引臼首家欣( 1 9 8 5 ) 十料洛川黄土数据引自刘东生等( 1 9 8 5 ) 此外，通过将浪岗山黄土与下蜀黄土、山东黄土以及洛川马兰黄土的颗粒组 成进行对比( 图3 5 ) ，发现浪岗山岛屿黄土与各地黄土的各粒级的含量都比较接 近，且粒度组成均是以粉砂为主，是黄土粒度组成的众数组，而粘粒次之，符合 我国黄土粒度组成的基本特征；并且，前三者的砂组分与洛川黄土相比明显增多， 反映前三者的黄土来源可能都接受了一部分“近源”沉积。通过对比浪岗山黄土、 嵊山黄土与下蜀黄土粒度组成，发现从下蜀黄土到嵊山黄土，细颗粒明显增加， 粗颗粒明显减少，符合我国黄土自西北向东南颗粒逐渐变细的分布趋势；而从嵊 山黄土到浪岗山黄土却出现相反的趋势，粗颗粒明显增加，细颗粒明显减少，反 映了浪岗山黄土接受“近源”风尘沉积的份额增多。 华东师范大学2 0 0 5 届硕士论文第三章浪岗山黄土地层粒度沉积特征 注：嫌山黄土与下蜀黄土的数据引自赵健硕士论文( 2 0 0 1 ) 图3 5 浪岗山黄土、嵊山黄士与下蜀黄土粒度组成对比图 3 3 主要粒度参数的基本特征 粒度参数的变化反映了沉积环境的变化，用粒度参数研究沉积物的沉积环境 特征需要综合分析各粒度参数( 图3 。6 ) 。浪岗山黄土的平均粒径( m z ) 介于 2 5 4 3 0 6 9 r n 之间，没有明显的粗细变化，说明整个剖面粒度组成比较均一，显 示了较为单一的搬运动力；中值粒径( m d ) 平均为1 7 8 h m ，介于1 4 3 1 9 6 9 i n 之间，表明沉积物颗粒以粉砂粒为主：标准偏差( s d ) 变化范围为2 2 3 3 8 5 9 i n ， 指示样品分选性较好；偏度( s k ) 皆为正，变化于1 1 7 3 3 4 之间，为正偏极正 幽3 - 6 浪岗山黄土各粒度参数变化曲线 几个部分组成；粉砂粘粒比值( k d ) 为粗粉砂组分( 1 0 - 5 0 9 m