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沉积学报 2018年第6期36卷 1131-1138页

作者：李卓仑高有红李若兰王乃昂朱瑞霞兰州大学资源环境学院兰州大学冰川与沙漠研究中心兰州730000

阿拉善沙漠腹地广泛分布着全新世时期的钙质根管。虽然已有研究将其应用于古环境重建工作,但对其形成机制尚缺乏明确认识并且存在较大的分歧,这些分歧限制了其在古环境重建中的应用,同时对钙质根管是否具有明确的古环境指示意义提出了... 详细信息

阿拉善沙漠腹地广泛分布着全新世时期的钙质根管。虽然已有研究将其应用于古环境重建工作,但对其形成机制尚缺乏明确认识并且存在较大的分歧,这些分歧限制了其在古环境重建中的应用,同时对钙质根管是否具有明确的古环境指示意义提出了需要进一步深入探讨的问题。对阿拉善沙漠32组全新世钙质根管进行了扫描电镜分析,观察了钙质根管中是否具有方解石结晶垫和钙化细丝等明确生物成因的微观结构。研究结果显示:全部32组样品中均发现了方解石结晶垫结构或钙化细丝结构,其中20组样品发现了方解石结晶垫结构; 19组样品发现了钙化细丝结构。证实了植物根系和根围微生物活动参与了该地区钙质根管的形成。阿拉善沙漠钙质根管的形成主要是由于土壤水分的季节性亏损,在蒸发作用的影响下,土壤中的次生碳酸盐在植物根系周围形成了管状的沉积,而非由地下水重结晶作用形成的。由于阿拉善沙漠钙质根管在形成过程中,不仅受到了土壤含水量以及蒸发量的影响,还受到植物根系和微生物作用的影响。因此,钙质根管中记录了区域古环境和古植被信息,是沙漠腹地古环境重建良好的信息载体。可从钙质根管中提取古环境信息,重建沙漠腹地古气候以及古植被的变化。但是对沙漠腹地湖泊周围的丘间洼地和局地滞水环境下形成的钙质根管,更多的指示了一种局地土壤水分环境而非区域古气候环境。本研究为沙漠地区古气候变化提供了新的重建材料和证据,并拓展了干旱区古气候和古环境变化的研究领域。

关键词：阿拉善沙漠钙质根管次生碳酸盐全新世气候变化

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阿拉善沙漠全新世钙质根管形成机制及其古环境指示意义

阿拉善沙漠全新世钙质根管形成机制及其古环境指示意义

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作者：李若兰兰州大学

学位级别：硕士

钙质根管是陆生高等植物在生物沉积作用下形成的次生碳酸盐结壳,在干旱和半干旱地区具有广泛的分布,有望成为新的古环境信息载体。但不同地区的钙质根管在形成过程和形成机制方面可能存在一定的差异,限制了钙质根管在古环境重建研究中... 详细信息

钙质根管是陆生高等植物在生物沉积作用下形成的次生碳酸盐结壳,在干旱和半干旱地区具有广泛的分布,有望成为新的古环境信息载体。但不同地区的钙质根管在形成过程和形成机制方面可能存在一定的差异,限制了钙质根管在古环境重建研究中的应用。因此,明晰钙质根管的形成机制及其古环境指示意义,可以为古环境重建研究提供新的信息载体。进一步提取钙质根管的古环境信号并进行区域环境重建工作,既可以重新认识已有环境重建结果的可靠性和代表性,又拓展该区域全新世环境演化的研究领域,为该区域全新世环境演化研究提供新的证据。阿拉善沙漠位于中国北方干旱区,对气候变化的响应非常敏感,是古环境研究的重点区域。在其沙漠腹地广泛分布着全新世时期的钙质根管,但对其形成机制及其是否具有明确的环境指示意义尚存在争论。为了确定该区域全新世钙质根管的形成机制及其古环境指示意义,本研究以巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠和乌兰布和沙漠的32组全新世钙质根管样品和23个表层风积砂样品为研究对象,在已有C测年结果的基础上,通过(1)扫描电镜(SEM)分析了钙质根管的微观结构及特征;(2)X射线荧光光谱法测定钙质根管和表层风积砂样品的元素组成,并通过聚类分析探讨影响钙质根管中元素差异的原因;(3)X衍射法分析钙质根管和风积砂样品的矿物组成。以此探讨阿拉善沙漠全新世钙质根管的形成机制及其环境指示意义。SEM结果显示阿拉善沙漠全新世钙质根管可以分为绕根结核和钙质根套两个子类。绕根结核和钙质根套微观结构差异明显,绕根结核内侧次生碳酸盐胶结质地统一,外侧的硬质结壳胶结紧密;钙质根套内侧次生碳酸盐胶结形态受外侧石英砂颗粒影响,外侧硬质结壳表面溶蚀坑密布。两者均分布有大量的由植物根系活动和根围微生物活动形成的方解石结晶垫、钙化细丝和M型针状钙化、MB型针状钙化以及由土壤溶液溶解和沉淀作用形成的P型针状钙化等微观结构。元素分析结果显示阿拉善沙漠全新世钙质根管和表层风积砂样品中常量元素主要有FeO、AlO、SiO、KO、NaO、MgO和CaO,微量元素主要有Cl、S、P、Ba、Bi、Ce、Co、Cr、Cu、Hf、La、Mn、Nb、Nd、Ni、Rb、Sr、Ti、V、W、Y、Zn和Zr。其中,钙质根管常量元素中CaO、SiO含量最高,微量元素中S、Ti和Sr含量最高。阿拉善沙漠钙质根管与表层风积砂元素含量差异明显,S、CaO、Sr在钙质根管中富集程度较高,Cl、MgO、P、Mn、Ni、Cu在钙质根管中富集程度较低或不富集,Ti、FeO、AlO和SiO在钙质根管中不富集。通过对阿拉善沙漠钙质根管元素聚类分析,可将钙质根管分为5大类,其分类结果受控于成土母质和气候因素。X衍射结果显示,阿拉善沙漠钙质根管以硅酸盐矿物和碳酸盐矿物为主。与阿拉善沙漠表层风积砂相比,碳酸盐矿物在钙质根管中富集程度较高,硅酸盐矿物则不富集或富集程度低。钙质根管的碳酸盐矿物含量与Sr、CaO、S等元素含量显著正相关,与AlO、P、Ba、Bi、Ce、Hf、La、Nb、Rb、Ti、W、Y、Zr等显著负相关。钙质根管硅酸盐矿物含量与Bi、Ce、Hf、Nb、Rb、Ti、W、Y、Zr等显著正相关,与MgO、Ni、Cl不相关,与Sr、CaO、S显著负相关。钙质根管内侧次生碳酸盐胶结层可以保存高分辨率的古环境信息。通过腾格里沙漠全新世钙质根管Sr/Ca比值重建了该区域千年尺度的有效湿度变化并将其与腾格里沙漠猪野泽地区和石羊河中游红水河地区中的气候代用指标进行了对比,二者具有较好的一致性:8 cal ka B.P.之前气候相对干旱,8 cal ka B.P.气候相对湿润,5 cal ka B.P.气候由相对湿润转向相对干旱。由以上结果分析可知:(1)阿拉善沙漠钙质根管是由根围钙化机制和土壤溶液蒸发作用共同作用形成的,其形成过程受到根系活动、根围微生物活动和土壤溶液蒸发作用共同影响。阿拉善沙漠全新世钙质根管的形成过程可以分为植物根系完全腐烂之前和之后两个阶段:前者主要是由根系活动和根围微生物活动引起的次生碳酸盐在植物根围中快速沉淀和固结;后者主要是由成岩作用将石英砂胶结物或碳酸盐胶结物固结成岩。(2)绕根结核和钙质根套的形成机制的差别可以在钙质根管的两个形成阶段上体现。在植物根系完全腐烂之前,绕根结核形成区域或土壤水分含量高,或根系活动和微生物活动强,或土壤可溶性碳酸盐含量高,反之则易形成钙质根套。在植物根系完全腐烂之后,绕根结核经历的成岩作用强或风化作用弱,反之则易形成钙质根套。(3)阿拉善沙漠钙质根管的形成可以指示相对湿润的气候时期。此外,钙质根管中的Sr/Ca比值可以指示区域有效湿度的变化。因此,可以从阿拉善沙漠钙质根管中提取可靠的古环境信号并重建区域有效湿度变化,并将其应用于古环境重建研究中,拓展干旱区古气候变化的研究领域。综上,本研究明确了阿拉善沙漠钙质根管的

关键词：钙质根管次生碳酸盐古环境全新世干旱区阿拉善沙漠

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腾格里沙漠钙质根管记录的全新世古环境信息的可靠性

腾格里沙漠钙质根管记录的全新世古环境信息的可靠性

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作者：朱瑞霞兰州大学

学位级别：硕士

中纬度干旱沙漠地区对区域乃至全球气候变化响应十分敏感,开展沙漠地区古环境演变工作,有助于我们进一步理解全球环境变化及其区域环境响应差异。由于沙漠腹地古环境重建材料较难获得,现有的古环境重建结果尚无法在时间和空间上充分评... 详细信息

中纬度干旱沙漠地区对区域乃至全球气候变化响应十分敏感,开展沙漠地区古环境演变工作,有助于我们进一步理解全球环境变化及其区域环境响应差异。由于沙漠腹地古环境重建材料较难获得,现有的古环境重建结果尚无法在时间和空间上充分评估干旱沙漠对全球变化的响应。因此,发掘新的古环境重建材料,提高重建结果的可信度,有望推动地质记录相对匮乏的干旱沙漠地区气候环境变化的深入研究。腾格里沙漠位于我国西北季风边缘,是中国北方沙漠的重要组成部分,对于季风降水变化响应敏感,是研究全新世时期东亚夏季风时空变化的理想区域。在该区域分布的钙质根管因其蕴含丰富的古环境信息,已经被广泛应用于该地区全新世千年尺度古环境重建研究工作。由于钙质根管作为一种次生碳酸盐,其在形成后可能发生重结晶作用,从而影响古环境重建结果的可靠性。但迄今为止,关于腾格里沙漠钙质根管在形成后是否经历了重结晶作用并影响了古环境重建结果的可靠性尚未进行系统的研究。此外,不同子类的钙质根管(钙质根套和绕根结核),其形成过程存在一定的差异,这种差异是否影响了其化学元素的组成和含量仍不清楚。并且在古环境重建研究中,不同子类的重建结果是否存在一定的差异,目前尚不明确。上述问题的解决有助于提高钙质根管用于沙漠地区全新世古环境演变研究的可靠性。因此,本文以腾格里沙漠为研究区,选取腾格里沙漠的中东部,南部及西部共40个采样点,共计采集了127组钙质根管样品(包括钙质根套和绕根结核及具有部分碳酸岩沉淀层的钙质根管全样样品),通过对其进行岩相学分析、AMSC测年、碳氧同位素测试和元素测定,探讨了腾格里沙漠钙质根管的重结晶特征及其对古环境重建结果可靠性的影响,对比分析了不同子类钙质根管古环境重建结果的差异。主要发现如下:(1)腾格里沙漠钙质根管形成后其内侧碳酸盐沉淀层不受重结晶作用的影响,而外侧碎屑颗粒物层局部存在重结晶现象。根据重结晶出现的位置可将其分为四类即:碎屑颗粒物层未发生重结晶型,碎屑颗粒物层外侧重结晶型,碎屑颗粒物层内侧重结晶型和碎屑颗粒物层内外侧重结晶型。钙质根管外侧碎屑颗粒物层的重结晶主要受钙质根管形成后局地土壤水溶液的影响且同一采样点的重结晶类型不同。此外,腾格里沙漠钙质根管的重结晶特征并非个例,而在伴随着土壤水分季节性亏损显著的其他地区也广泛存在。(2)钙质根管中碎屑颗粒物层的重结晶作用会导致钙质根管全样样品和碎屑颗粒物层样品中的C年代结果、δC和δO值发生改变。而未受重结晶作用影响的钙质根管的碳酸盐沉淀层是进行C测年,碳、氧同位素测定的最佳材料。全样钙质根管和钙质根套样品中的Sr/Ca和Mg/Ca比值重建的古环境结果不受根管外侧碎屑颗粒物层重结晶作用的影响,可作为古有效湿度重建研究的重要材料。(3)钙质根套和绕根结核的元素组成一致但含量不同。绕根结核中的易迁移元素(Ca、Mg和Sr)以及营养元素(P)的含量高于其在钙质根套中的含量,而化学性质稳定的元素(Al、Si、Ti、Zr和Rb等)在钙质根套中的含量则高于其在绕根结核中的含量。这种子类样品元素组成一致但含量不同的特征主要受控于钙质根套和绕根结核两种子类的不同形成过程。钙质根套的Sr/Ca和Mg/Ca比值虽然略高于绕根结核中的Sr/Ca和Mg/Ca比值,但是在全新世千年尺度上两种子类样品的Sr/Ca和Mg/Ca比值变化趋势相同,表明二者之间的差异不会对影响全新世千年尺度古有效湿度重建结果。因此,钙质根管不同子类样品的选取不会对腾格里沙漠全新世千年尺度古有效湿度的重建结果产生影响。(4)利用钙质根管中的Sr/Ca和Mg/Ca比值变化重建的腾格里沙漠全新世古有效湿度的变化结果表明,该地区全新世时期古环境演化特征可分为早全新世时期(7 *** BP之前)气候相对干旱,中全新世时期(7-4 *** BP)气候相对最为湿润,晚全新世时期(4 *** BP以后)气候逐渐呈现出干旱化趋势3个阶段,这一变化特征与腾格里沙漠腹地及周围毗邻地区其他指标记录的全新世古环境演化特征相一致。本研究明确了钙质根管的重结晶特征及其对古环境重建结果的影响,评估了不同钙质根管子类样品及外侧碎屑颗粒物层和内侧碳酸盐沉淀层之间的古环境重建结果的差异,进一步证实了钙质根管是干旱沙漠地区新的古环境重建材料。

关键词：次生碳酸盐钙质根管重结晶古环境重建沙漠全新世

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