黄土高原六盘山以西地区红粘土碳酸盐地球化学研究

The Red Clay Formation, which underlies the well-known Quaterary loess sequence, extends the eolian deposits from 2.7 Ma through the Miocene making it a good archive to reconstruct evolution history of East Asian monsoon and the drying process of Asian interior. The carbonates in the eolian deposits are weatherable than other minerals. Thus they have been suggested as potential paleoclimate proxies. The Red Clay sequences on Western Loess Plateau are rich in carbonate minerals, but dolomite was often ignored in former studies. This project is planning to study carbonate species in several Red Clay sequences on Western Loess Plateau by quantifying concentrations of both dolomite and total carbonates, exploring the origin of dolomite and deciphering the paleoclimatic information. The comparison of the distribution and origin of dolomite with Red Clay sequences on Central Loess Plateau will provide further information about paleoenvironment from both sides of the Liupan Mountains. The study on carbon isotope compositions of carbonate nodules in Red Clay will place constraints on paleovegetation distribution of Western Loess Plateau. The study of this project will also provide reference to pedology, sedimentology and environmental sciences.

黄土高原风成红粘土序列是中新世-上新世大陆风化的产物，真实记录了东亚季风的演化，是研究早期东亚季风形成与亚洲内陆干旱化的最佳材料。风尘堆积物中的碳酸盐矿物相比其他矿物更容易风化，是重要的古环境变化指标。黄土高原六盘山以西的红粘土剖面富含碳酸盐矿物，但过去忽视了白云石的存在。针对这个薄弱环节，本项目拟对六盘山以西地区多条红粘土剖面的白云石等碳酸盐矿物开展地球化学研究，定量分析白云石和总碳酸盐矿物含量的时空分布，揭示西部红粘土剖面白云石的成因和气候环境意义，进而与六盘山以东地区相同层位的白云石进行比较，探讨两地红粘土发育时期的古环境特点。对红粘土剖面钙结核碳同位素的研究有助于进一步探索六盘山东西两侧的气候环境差异。碳酸盐矿物是表生沉积物中的常见环境指示矿物，本项目对于环境科学和沉积学也具有一定的参考价值。

项目围绕“黄土高原六盘山以西地区中新世红粘土中碳酸盐矿物的分布及其古环境意义”，主要采用红外漫反射光谱（FTIR）、可见光-近红外漫反射光谱（DRS）、X射线衍射（XRD）和稳定同位素质谱（MAT）等技术方法，分析了秦安和华家岭红粘土剖面中碳酸盐矿物（方解石和原白云石）的含量变化时间序列，结合方解石氧同位素变化特征以及地层剖面红度变化规律，探讨了夏季风演化和亚洲内陆干旱化之间的联系。主要创新点包括：1）研究发现中新世红粘土碳酸盐矿物是原白云石和方解石的共生组合，氧碳同位素偏负，具有次生成壤特征。2）方解石的含量波动幅度大，变化范围在0-35%之间，而白云石的含量变化在0-15%之间。原白云石含量低的层位，方解石含量也较低，反之亦然，其分布表现出的伴生规律说明原白云石的形成与方解石的沉淀密不可分，土壤溶液体系的碳酸盐沉淀过程很可能与季风降雨干湿变化有关。3）中新世红粘土中碳酸盐淋滤—淀积旋回与第四纪黄土—古土壤旋回相似，淋滤层磁化率高，红度高；淀积层磁化率低，红度低。发现中中新世暖期之后，淋滤层红度峰值从38%降低至36%，可能受到中新世以来气候变冷的影响。4）次生成壤方解石的氧同位素值在淋滤层比淀积层偏正1-2‰，与第四纪黄土—古土壤旋回类似，指示着夏季风的强弱交替。次生成壤方解石氧同位素值自中中新世暖期以来（约18-12Ma）持续偏正，可能与全球变冷过程中黄土高原逐渐干旱化有关。5）黄土高原北部佳县上新世红粘土次生方解石碳同位素值在6.6Ma和3.6Ma发生了两次正漂移，指示了C4植被两次重要的扩张，暗示了重大构造事件对黄土高原植被演化的控制。