晚第四纪山东风尘堆积中砾石层的年代、物源及其环境意义

Monsoon and westerly circulation carried the dust causing by aridification and desert expansion to Loess Plateau, Shandong province in Eastern China and the North Pacific region under the desert edge or peripheral area, which become the key link of global ocean-land-atmosphere coupling changes. Eolian deposits in Shandong area contain a clear gravel bed with the direction of west to east that formed in the late Quaternary during the last glacial period. The gravel bed makes important information carrier of environmental changes by recording the material migration in the earth's atmosphere-pedosphere-hydrosphere-geosphere. Few researches were conducted on gravel beds in Shandong eolian deposits, especially as the formation dating and provenance are not clear. Three profiles of gravel beds in Shandong eolian deposits will be studied: OSL dating to confirm the chronosequence of gravel beds; analysis of sedimentary characteristics and provenance indication of U-Pb age of zircon in clastic sediment to explain the sources, transportation dynamic and direction. Results could make better understanding of background of Shandong eolian deposits, explore the major climatic events in East Asia, provide scientific basis for revealing the change of geological process, and also provide scientific guidance for Shandong Yellow-Blue national strategy.

干旱化与沙漠扩张所造成的粉尘被季风和西风环流带到沙漠外缘或外围地区，如黄土高原、中国东部的山东地区以及北太平洋等地，成为全球海-陆-气圈层耦合变化的关键性联结纽带。山东地区晚第四纪特别是末次冰期以来的风尘堆积物中自西向东均存在一层明显的砾石层，该砾石层是地球大气－土壤－水－岩石圈层之间物质迁移所记录环境变迁的重要信息载体。针对山东地区的风尘堆积中砾石层的研究比较薄弱，特别是其形成年代与物质来源等问题，尚未有定论。本项目拟以晚第四纪以来3个山东风尘堆积剖面中的砾石层为研究对象，通过光释光测年建立砾石层的沉积年代序列，通过沉积特征分析与碎屑锆石物源示踪，研究其物质来源与搬运动力及其方向，探讨水系演化-地质构造活动-气候变化的关联性。该研究不但有助于深刻理解山东风尘堆积的环境背景，而且为揭示改造地表的地质过程提供科学依据，同时可为山东蓝黄国家战略的实施提供决策依据。

砾石层作为记录气候环境变迁的重要载体，我们在山东地区进行了广泛的野外考察研究，选择最具典型、保存完好、堆积较厚的章丘黑峪剖面为研究对象，对砾石层上下部黄土沉积进行了沉积学特征研究，对砾石层进行组构分析。结果表明：（1）章丘剖面深度100 cm、250 cm、370 cm、470 cm、717 cm、1260 cm处的光释光年代分别为0.264±0.017 ka、15.7±0.7 ka、20.4±1.4 ka、23.6±1.4 ka、32.0±2.0 ka、39.0±2.0 ka，说明G1、G2砾石层形成于晚更新世。（2）剖面黄土样品粒度频率曲线主要呈双峰分布。利用萨胡判别公式对其沉积环境进行判别，该剖面沉积物Y值变化范围为-10.68~-5.45，均小于-2.7411，说明该剖面为典型风成堆积物。（3）根据粒度中值粒径、环境敏感组分（3.98-25.11 μm）、低频磁化率等气候代用指标，结合光释光年代结果，与深海氧同位素对比，剖面可分为现代耕作层（0~40 cm）、MIS1（40~200 cm）、MIS2（200~500 cm）、MIS3（500 cm~1450 cm）四期。剖面深度670~710 cm（G2砾石层）和1260~1310 cm（G1砾石层）处形成两期河流相砾石层。G1、G2砾石层的堆积年代约为38.7~40 ka和29~32 ka，表明该时期气候温暖湿润，降水较大，流水携带沿途碎屑物在河道堆积。G1、G2砾石层砾石砾径均以细砾和中砾为主，砾石层形成时期的水动力较弱。G1砾石层砾石砾径主要在16~20 mm之间，G2砾石层砾石砾径主要在11~15 mm之间，G1砾石层砾石砾径大于G2砾石层砾石砾径，表明G1砾石层形成时期的水动力大于G2砾石层形成时期的水动力。砾向在G1、G2砾石层形成时期表现为北东向（NE）和正东向（E），古流向变化不大，呈自东而西的基本流向。G1、G2砾石层岩性成分均以石灰岩为主，其含量高达95%以上，砾石砾态均以次棱状和次圆状为主，总含量均达到70%以上，磨圆度较好，根据该区地层特征和古流向，G1、G2砾石层应为近源物质且物源区在形成时期并未发生明显的改变。