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历经20多年的发展,中国黄土古气候学研究取得了令人瞩目的成就,黄土-古土壤序列与极地冰芯、深海沉积现已成为古气候研究的三大重要载体。然而,目前具有代表性的研究成果主要集中在六盘山以东地区,六盘山以西地区研究较薄弱,仍需开展广泛研究。磁化率在黄土古气候研究中应用广泛,是夏季风的良好替代指标。近年来的研究结果表明沉积物磁性的强弱主要取决于磁性矿物的种类、含量和粒径。岩石磁学结果也表明中国黄土沉积物中的磁性矿物一部分来自粉尘源区,另一部分为沉积后成土过程中新生成的磁性矿物,这些原生和次生的磁性矿物都对沉积物的磁性产生影响,并且不同地区原生和次生磁性矿物对沉积物磁性的贡献率不同,从而使各地沉积物磁性增强机制存在差异。
为了查明黄土高原黄土沉积磁学特征在空间上的变化特征,据此探讨空间上磁性增强的差异性,本文以黄土高原自西北向东南分布的古浪、靖远、洛川和渭南剖面末次冰期以来的马兰黄土上部(L1上部)和全新世古土壤(S0)样品为研究对象,通过磁化率测试、热磁曲线测试、等温剩磁测试、磁滞参数及一阶反转曲线的测试,分析黄土高原末次冰期以来黄土-古土壤沉积物中磁性矿物的种类、含量和粒径特征,并根据磁性特征的空间对比,探讨黄土高原黄土沉积物的磁性增强机制的差异性,得出以下结论:
1、古浪和靖远剖面样品中亚铁磁性矿物含量较低,主要磁性矿物为磁铁矿,超顺磁性亚铁磁性矿物含量低,在黄土样品中极少;洛川和渭南剖面样品中亚铁磁性矿物含量较高,超顺磁性亚铁磁性矿物含量明显增加。空间上,黄土和古土壤样品中亚铁磁性矿物含量由西北向东南方向呈明显增加趋势,但是在L1黄土层靖远剖面磁化率比古浪剖面的低。指示成土作用强度的空间差异是导致磁性矿物含量空间差异的主要因素。而在黄土高原西北缘,源区物质携带的亚铁磁性矿物输入量的空间变化对粉尘沉积中亚铁磁性矿物含量的空间变化也有一定影响。
2、在古浪、靖远、洛川和渭南剖面L1和S0样品中磁性矿物均以亚铁磁性的磁铁矿为主,L1样品中都含有少量的高矫顽力的磁性矿物,S0样品中磁赤铁矿的含量高于黄土样品。在空间上,磁赤铁矿的含量自西北向东南增加。指示磁赤铁矿含量与成土作用强度关系密切,磁赤铁矿的含量变化可以用来指示成土作用的强弱。
3、各剖面S0样品磁性矿物均体现SP-SD-PSD的粒径组合特征,古浪剖面L1样品体现PSD-MD组合特征,靖远剖面黄土样品体现SD-PSD-MD的组合特征,洛川和渭南剖面黄土样品体现SP-SD-PSD的组合特征。磁性矿物的平均粒径自西北向东南减小,揭示了磁性矿物平均粒径除了受成土作用空间变化的影响外,还受来自物源的较粗的磁性颗粒影响。
4、古浪和靖远剖面由于受物源区影响较大,磁性增强机制表现复杂,磁化率的增强除了受成土作用生成的细颗粒亚铁磁性矿物的影响外,还受原生的来自粉尘源区较粗磁性颗粒的影响。黄土高原黄土沉积物由于其沉积环境中磁性矿物的形成、搬运、沉积和改造都受到气候变化和环境过程的控制,当沉积环境和物质来源存在差异时,增强机制就变得复杂。在黄土高原中、东部距离物源区远、成土作用强的区域所得出的磁性增强机制不能简单的应用于黄土高原西北部距离物源区近,成土作用弱的古浪和靖远剖面地区。