西沙石岛风成碳酸盐岩形成演化及其古气候意义

西沙群岛石岛发育有南海诸岛少见的风成碳酸盐岩，被认为是东亚季风的产物，限于风成碳酸盐岩测年的难度及当年实验条件有限，其形成时代和形成机理仍存有争议。本项目由此切入，通过石岛风成碳酸盐岩的野外综合考察和钻探，获取完整风成沉积序列样品，综合AAR、U/Th、14C系列测年数据，建立年代地层格架。通过详细的野外沉积学调查，精细刻画此套风成沉积的地层叠置与空间展布特征，结合镜下岩石组分及结构特征，揭示东亚季风驱动下砂丘进积、加积、侵蚀削截与形态演变的规律以及晚更新世东亚季风在南海西北部的变化特征。利用碳、氧、锶同位素和微量元素时间序列的变化特征，揭示其蕴含的古气候、古海洋信息，结合沉积学研究的成果，阐明石岛风成碳酸盐岩的形成机理，建立成因演化模式，补充和完善南海双向季风气候区生物礁成因演化的基础研究理论，具有重要的理论意义。

西沙群岛石岛发育有南海诸岛少见的风成碳酸盐岩，是东亚季风的产物，其形成时代及成因机理仍具有较大争议。本课题由此切入，通过石岛风成碳酸盐岩的野外综合考察和钻探，获取了石岛风成沉积完整序列的样品，综合运用薄片、扫描电镜、碳、氧、锶同位素、14C测年等方法，对石岛风成碳酸盐岩的形成时代、沉积特征、成岩特征、成因机理及古气候背景进行了综合研究。通过测年数据的分析以及与华南洞穴石笋氧同位素曲线气候事件的对比，初步建立了石岛风成碳酸盐岩的年代格架。石岛风成碳酸盐岩形成于末次冰期中后期，由五套古土壤与砂丘的旋回组成，其中古土壤层与石笋氧同位素曲线的低值段具有较好的对应关系，属于千年尺度的暖湿气候事件。风成砂丘中发育各类风成沉积的典型层理构造，古土壤中含有大量的蜗牛化石并伴生有根管石与灰质壳。通过详细的野外考察，纠正了早期的错误认识，明确了石岛西侧巨型溶洞口的含螺风化层为全新世最高海平面时的洞穴充填物，而非古土壤层。在钻井岩芯中首次发现了由中细粒石英组成的硅质砾屑颗粒，并在不同深度处发现了细小的硅质碎屑物，说明石岛风成碳酸盐岩中含有硅质碎屑物质。石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩固结主要在大气淡水作用下完成，大气淡水成岩作用会造成石岛风成碳酸盐岩δ13C 和δ18O 值的降低，并使碎屑发生新生变形而导致锶、镁的淋溶。成壤风化作用会导致Al、Fe、Mn、Y、Cr 元素在古土壤中明显富集。石岛风成碳酸盐岩是末次冰期背景下的少数实例，在南海上也是唯一的代表。末次冰期海平面的大幅下降使得西沙群岛各环礁大规模出露，并使同一礁盘上的岛屿连为一体，为碎屑物质的大量供应及跨岛屿搬运创造了条件。当气候相对干冷时，在东北季风的驱动下，砂丘活化、迁移，并发生迅速的堆积；而当气候相对暖湿时，植被迅速繁盛并覆盖全岛，将砂丘固定并开始发育古土壤，出现大量的陆生蜗牛化石，并发育植物根管化石。当气候再次干冷时，新的砂丘层再发育并覆盖古土壤，如此反复，最终在石岛构建起规模较大的风成碳酸盐砂丘与古土壤沉积。