在近2.6 Ma以来,第四纪以冰期-间冰期气候旋回为特征,伴随着全球海平面的升降旋回、人类的出现和进化、现代生物的演化及近现代地质地貌的形成,对如今的地球环境格局造成了重大的影响。全球环境变化及区域气候相应研究成为了当今地球科学领域重点关注的课题。第四纪期间,以青藏高原多期次隆升主导的“新构造运动”造就了我国“西高东低”的三大阶地地理格局,由此导致的海陆热力差异使得古季风形成、季风环流逐渐增强。东亚地区大气环流模式从早第三纪的行星风系逐步发展为与第四纪非常相似的现代季风环流,中亚内陆的干旱化与季风活动的共同作用,使得风成物质在中国内陆的堆积、黄土高原开始形成。作为中国西北地区的典型第四纪沉积物,黄土-古土壤沉积物分布范围广、厚度大、沉积连续、层序完整,精确记录了第四纪多旋回的古气候环境信息,与深海氧同位素所解释的第四纪全球变化新十分吻合,与深海沉积物、极地冰芯并列成为研究全球第四纪变化的三大支柱。近年来,有关风成黄土-古土壤沉积物的成因、物源、分布特征及其与新构造运动、东亚季风演化、中亚内陆干旱化进程等重大古环境变化时间的研究,为构筑全球第四纪气候演化框架提供了关键的证据。与西北部黄土-古土壤沉积物相对应,中国南方特别是长江、珠江流域作为第四纪季风气候响应的敏感地区,其区域内广泛发育着第四纪红土沉积物,是我国中、低纬度地区受第四纪季风气候影响下形成的特征沉积物。其分布、成因、来源及理化特征与新构造运动的发展、东亚季风系统的建立及第四纪全球气候变化的纬度效应有着潜在的耦合关系。长江中下游地区地处“季风三角”南缘,是中国北方黄土-古土壤沉积物与南方红土的“交锋地带”,红土发育模式、风成黄土“南侵”边界及沉积物来源与东亚冬-夏季风盛衰变化耦合机制等问题的研究尚不全面。同时,第四纪特别是更新世以来中国南方湿热气候导致的强化学风化作用,使得红土的原始沉积学信息在成土过程中被显著改变。红土成因的多元性、物质来源及沉积模式的不确定性,对中国南方红土所含古气候信息的提取及与西北黄土-古土壤沉积物、深海沉积物、极地冰芯记录的对比造成了一定影响,阻碍了对第四纪全球变化及区域气候相应的认识。因此,亟需获得中国南方红土沉积物地球化学信息及有效物源指标,并与西北风成黄土-古土壤沉积物进行对比,以探究南方红土表生风化特征及沉积物的来源。以往的红土沉积物物源判别研究主要基于沉积物粒度特征及稳定地球化学元素组分(如稀土元素)的含量配分模式对比。然而,短距离风力作用搬运导致的沉积物粒度“双峰”特征,并不能有效判定中国南方红土沉积物是否与西北黄土-古土壤一样来源于中亚内陆干旱地区。长江及珠江流域范围广阔,沉积物母质搬运过程中的混合均一化作用使得南方各地区红土沉积物总体均呈现来源于上大度地壳平均值的稀土元素配分模式特征,无法有效甄别不同地区的红土物源特征。因此,要获得更具确定性的沉积物物源判别指标,就必须考虑中国南方更新世红土的风化成土特征。本文从沉积物矿物组成、稳定主量与微量元素组成、Sm/Nd-Rb/Sr同位素地球化学、以及锆石矿物学特征研究的角度,探究中国南方典型更新世红土沉积物的物源及其北方风成黄土-古土壤的物源继承关系。物相分析结果表明,江西九江、四川胜利、广西小梅红土剖面全岩矿物组分相似,主要为石英、粘土矿物及少量钾长石、斜长石及针铁矿,并随着红土的发育程度升高,钾长石、斜长石及针铁矿含量逐渐降低。南方更新世红土粘土矿物主要包含高岭石、伊利石及~14?粘土矿物(蒙脱石族、蛭石族矿物),部分层位含有混层粘土矿物。其种类及含量变化特征是更新世中国南方高温、多雨古气候气候条件下强化学风化作用的体现。九江、胜利、以及小梅剖面更新世红土以Si O2、Al2O3、Fe2O3为主,与其矿物组成石英、粘土矿物及铁矿物的组成特征相一致。相较上大陆地壳,中国南方更新世红土均表现出Ti O2、Fe2O3的富集与Mn O、Ca O、Na2O、K2O、P2O5的显著亏损,Si O2与Al2O3组分与UCC含量接近。九江及胜利剖面自下至上化学风化强度逐渐减弱,而小梅剖面则自下至上逐渐增强。A-CN-K三角图显示,相较西北干旱地区风成沉积物中国南方红土化学风化程度高、脱K富Al特征显著,且化学风化程度高与剖面纬度呈负相关关系。微量、稀土元素元素配分模式与与上大陆地壳、后太古代平均页岩及黄土-古土壤沉积物相似,指示红土沉积物是上地壳风化剥蚀物经充分混合后沉积的结果。九江、胜利、小梅剖面红土的稳定主量特征比(Si O2/Ti O2-Ti O2/Al2O3、Si O2/Al2O3-Ti O2/Al2O3)、微量元素特征比(La/Nb-Th/Nb、Zr/Nb-Hf/Nb、Y/Nb-Zr/Hf、Ti/Nb-Al/Nb、Zr/Ti*10-2-Zr/Al*10-3、Y/Al*10-3-Zr/Al*10-3)及δEu-La N/Yb N、Gd N/Yb NLa N/Sm N等判别结果,与秦岭南麓上白川黄土、北麓洛川黄土及西宁黄土存在明显差异;稀土元素判别函数DF显示红土与长江流域沉积物的相关性大于西北黄土-古土壤;Nd同位素比值不随化学风化程度差异而发生变化,Sr同位素在高CIA情况下可因沉积物粘粒级组分的吸附作用而略微富集。九江、胜利及小梅红土剖面中不同层位样品同位素比值变异系数极小,反映不同剖面红土内部各层位物质来源一致。相较洛川黄土沉积物,中国南方红土具有较高的87Sr/86Sr及147Sm/144Nd值,且胜利、九江剖面143Nd/144Nd特征与长江沉积物相似,而小梅红土143Nd/144Nd特征与珠江沉积物相似。指示红土沉积物母质来源不同于洛川黄土-古土壤沉积物,而可能分别是长江及珠江流域内上地壳风化产物沉积的结果。碎屑锆石U-Pb定年结果显示,九江剖面红土锆石年龄主要分布在~39-174 Ma(始新世-中侏罗世)、~174-363 Ma(中侏罗世-石炭纪)、~389-530 Ma(中泥盆世-寒武纪)、~676-1000Ma(新元古代)及~1818-2248 Ma(古元古代);胜利剖面红土锆石年龄主要分布在~174-233 Ma(中早侏罗世-中三叠世)、~234-351 Ma(中三叠世-石炭纪)、~390-508 Ma(中泥盆世-中寒武世)、~700-860 Ma(华南纪-晚青白口纪)、~866-1000 Ma(青白口纪)、~1750-2000 Ma及~2350-2500 Ma(古元古代);小梅剖面红土锆石年龄主要分布在~230-300 Ma(中三叠世-二叠纪)、~320-400 Ma(早石炭世-中泥盆世)、~400-500 Ma(中泥盆世-晚寒武世)及~500-3200 Ma(中寒武世-前寒武纪);洛川黄土-古土壤剖面锆石年龄主要分布在~42-180 Ma(始新世-早侏罗世末期)、~180-320 Ma(早侏罗世-晚石炭世)、~380-510 Ma(晚泥盆世-中寒武世)及~520-2890 Ma(早寒武世-中太古代)。绝大多数锆石均具有岩浆弧或造山带相关的稀土元素特征。洛川黄土与古土壤碎屑锆石年龄群分布一致,但概率强度存在细微差异,总体表现出显著的来源于青藏高原北部及柴达木盆地的物源特征,但与胜利、九江、小梅红土的同层位碎屑锆石年龄模式具有显著差异,反映其沉积物来源不同。胜利与九江红土锆石年龄模式组成复杂并具有一定相似性,而小梅红土锆石年龄组成则相对简单。通过与长江流域内各地块出露岩石及现在长江沉积物的锆石U-Pb年龄谱对比,胜利红土的沉积可能接受了长江上游昌都地块、松潘-甘孜褶皱带及扬子地块西缘上大陆地壳岩层的风化产物;随着长江自西向东的发育,扬子板块、秦岭-大别造山带及华夏板块物质随流水或短距离风力作用的加入,使得九江红土在继承胜利红土锆石年龄特征的情况下也产生了部分差异。峨眉山玄武岩省作为主要源区,为广西百色右江地区广泛出露的晚二叠-中三叠系碎屑岩提供了~260 Ma的锆石来源;区域内印支运动的发育导致华南克拉通东南部具有的极强~360-500 Ma、较弱~200-270 Ma年龄群的碎屑物,也加入了百色右江地区早-中三叠系陆源碎屑岩的沉积。小梅红土碎屑锆石U-Pb年龄及稀土元素特征与区域内晚二叠-中三叠系碎屑岩锆石特征相一致,指示其来源于右江地区上大陆地壳出露岩体的风化产物。红土沉积物是中国南方地区更新世对东亚季风气候区域性相应的特征沉积物,其矿物学及地球化学特征反映了红土成土过程中以强化学风化作用为特色的中国南方更新世表生风化环境。江西九江、成都胜利及百色小梅剖面更新世红土与西北地区风成黄土-古土壤不具有物源继承关系,其形成是长江及右江流域内上大陆地壳岩体风化剥蚀的细粒沉积物经水流或风力短距离搬运后并强淋溶作用下成土的结果;中更新世以来东亚冬季风强度的增加不足以携带西北干旱区物质至长江流域及右江地区沉积,其在西北部粉尘向中国南方输送过程中的载荷能力可能被高估。