贵州草海赵家院子晚更新世泥炭层地球化学特征及其环境意义.pdf

9 1 曹 地 质 论 评 G E O L O G I C A L R E V I E W V o 1 5 9 N o 4 J u ly 2 0 1 3 贵州草海赵家 院子晚更新世泥炭 层 地球化学特征及 其环境意义 孔 凡 翠 ，2 ， ， ， 杨 瑞 东 ， 沙占 江 1 ) 中国科学院青海盐湖研究所 ， 西宁， 8 1 0 0 0 8 ； 2 ) 中国科学院大学 ， 北京 ， 1 0 0 0 4 9 ； 3 ) 贵州大学资源与环境工程学院， 贵阳， 5 5 0 0 0 3 ； 4 ) 邹城市国土资源局， 山东邹城， 2 7 3 5 0 0 内容提要： 根据威宁草海赵家院子沉积柱主量元素和微量元素特征以及“ c 测年分析， 探讨了草海地区泥炭沉积 速率， 晚更新世一全新世古气候演变和沉积物物源环境。元素地球化学测试结果表明， L i、 s c 、 V、 C r 、 N i、 G a 、 R b 、 s r 、 s n 、 c s 、 B a 、 z r 、 T h 、 U等 1 4种微量元素在沉积柱上含量变化整体呈现一致性。“ C 测年显示， 赵家院子剖面沉积柱下 部泥炭层的年龄大约为3 3 7 4 4-1 7 9 2 3 2 9 0 1 0 k a B P之间， 各层的沉积速率 自下而上分别是： 下部泥炭层 1 4 8 4 m m k a ， 上部黑色古土壤层 2 4 3 m m k a ， 顶部堆积层2 2 4 mm k a ， 沉积柱沉积速率由下而上逐渐降低。元素对比值 以及多元素之和比值 S r B a 、 R b S r 、 ( C a O+K 2 O+N a 2 O) A 1 2 0 3 、 ( F e 2 0 3 +A 1 2 0 3 ) ( Mg O+C a O) 和 C a O Mg O等气候 指标显示 ， 从4 2 3 71 2 7 k a B P到 1 5 6 4 - 0 1 k a B P时间段内， 研究区古气候经历了由温暖较湿润一温暖湿润一 温凉干燥一温暖较湿润一温凉湿润的演化。沉积物物源经历了较强烈的化学风化， 下部泥炭层风化程度小于上 部沉积物 的风化程度 。 关键词 ： 泥炭； 元素地球化学 ； 沉积速率； 草海； 贵州 泥炭和其他陆地沉积物相 比， 具有经济易得 、 沉 积速率较快且沉积连续 、 沉积环境与过程稳定 、 时间 尺度长 和适合 的代 用 指标广 泛 等优势 ( C h a m b e r s a n d C h a r m a n ， 2 0 0 4 ) ，而成 为研 究过去气候环境变 化的理想材料 。泥炭层中常量元素和微量元素的地 球化学循环及其对环境的指示作用在全球范 围内具 有可比性 ( We is s e t a 1 ， 2 0 0 2 ) 。根据林 树基等研 究 ，威宁草海在早更新世 以来发育五层泥炭层 ， 其 中晚更新世晚期一全新世泥炭发育期 ( 7 4 0 k a ) 是 本 区主要成炭 期 ， 全新世 以来发 育最盛 ( 林树 基 ， 1 9 8 7 ) 。对草海 泥炭沉 积研 究 已经取 得一 些成 果 ( 陈佩英等 ， 1 9 9 1 ； 1 9 9 3 ) ， 但是运用地球化学方法研 究草海泥炭沉积还很少有报道。 本次研究 以贵州威宁草海赵家院子泥炭剖面为 研究对象 ， 测试 了泥炭年龄， 通过对沉积物主量元素 和微量元素地球化学特征研究 ， 探讨 了草海泥炭沉 积速率 ， 晚更新世时期古气候演变情况 ， 沉积物物源 风化特征。 1 地质背景 草海位于贵 州省威 宁县， 东 经 1 0 4 。 O 0 一1 0 4 。 3 0 ， 北纬 2 6 。 4 0 2 7 。 0 1 。面积约 8 0 0 k m ， 盆地处 于长江水系和珠江水系分水岭地带 的古 老夷 平面 上 ， 是封闭性的岩溶湖泊 。草海盆地位于云贵高原 东缘 ， 是晚上新世以来 ， 在威宁弧形背斜轴部发育起 来的构造岩溶盆地。草海盆地第 四纪地层从下而上 分别 由陈选屯组 、 窑上组、 松坡组 、 南屯组构成 。南 屯组为本次研究主要地层。 南屯组分布于现代草海湖近表层及草海湖盆地 边缘 的南 屯 、 铁 厂 、 赵 家院子一带低 洼谷地 中 ( 图 1 ) ， 代表挽近时期最后一次成炭期 的沼泽相沉积 ， 主要 由泥炭和粘土组成 ， 未成岩。在草海湖盆内， 其 顶部有一层未炭化的腐殖层， 下部与松坡组整合接 触。孢粉资料显示 ， 此期间以松为主的针阔叶混交 林环境 ( 陈佩英等 ， 1 9 9 1 ； 陈佩英等， 1 9 9 3 ) 。孢粉组 合变化表现为松属与莎草分子含量的消长变化 。显 示这一时期气候在总体上 比较温和 ， 次一级的变化 注 ： 本文 为国家科技支撑计划项 目课题 ( 编号 2 0 1 1 B A C 0 2 B 0 2 ) ； 教育部“ 2 1 1 ” 重点学科建设基 金项 目( 编号 K S T 2 0 0 9 0 3 ) 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 9 - 0 6； 改回 日期 ： 2 0 1 3 -01 - 2 4 ； 责任编辑 ： 章雨旭。 作者简介 ： 孔凡翠 ， 女 ， 1 9 8 4年生 。博士研究生。主要从 事沉积与环境地球化学 研究工作。E m a i l ：k o n g 8 4 7 7 3 3 1 1 2 6 C O B。通讯作者 ： 杨 瑞东， 男， 1 9 6 3年生。教授 ， 博 士生导师 。主要从事沉积矿床及沉 积地球化学 的教学和研究 工作 。E m a i l ：r d y a n g 1 6 3 c o rn。 第 4期 孔凡翠等： 贵州草海赵家院子晚更新世泥炭层地球化学特征及其环境意义 7 2 1 面中分布波动变化较 明显。T iO 表现为强烈富集。 在剖面中， M n O含 量较低 ( 与其它元素相 比) ， 在赵 家院子沉积柱中有富集现象。 3 2 赵家院子剖面沉积物微量 元素含量分布和特征 赵家院子剖面沉积物的 6 1个样品共测出 4 7个 微量元素的含量， 选择其中具有气候意义的 1 8 个微 量元素( 陈敬安等， 1 9 9 9 ； 王永等， 2 0 0 4 ； 赵红艳等， 2 0 0 4； 鲁瑞洁等 ， 2 0 0 8 ) 来讨论其含量在剖面上的分 布特征 。 赵家院子剖面沉积物微量元 素含量变化从 0 2 X 1 0 到 3 8 31 0 不等 ， 剖 面中微量元 素含量变 化较大 ， 但在剖面上 ， 微量元素分布具有相似的分异 性特征 和变化特 点 ( 图 4) 。在剖 面沉积柱 上 ， L i、 S c、 V、 C r 、 N i、 G a 、 R b 、 S r 、 S n 、 C s 、 B a 、 Z r 、 T h 、 U 这 1 4 种微量元素含量变化大体上呈现一致性， 即在第 4 、 7 、 1 3层 ( 分别在 3 6 0 cm、 2 8 0 cm、 1 3 5 cm处) ， 都有大 的波动 ， 且含量较低 。微量元素含量 变化说明该 时 期沉积物中微量元 素地球化学成分变化较明显， 反 映了它们具有相似的地球化学行为和演化历程。 cu和 z r 元素含量 ， 剖面下部低于上部 ， 自下而上呈 现增加趋势 ； L i、 C o 、 N i、 S r 剖面下部 高于上部 ， 自下 而上呈现降低趋势。说 明剖面微量元素含量的变化 出现明显的过渡趋势。 3 3 赵家院子剖面沉积物 R E E地球化学特征 赵家院子剖 面沉积物 的稀 土元 素含量见表 3 。 剖面 中沉 积 物 稀 土 元 素 总 量 (R E E)变 化 在 1 0 0 9 5 1 0 4 5 9 5 91 0 之间 ， 平均 为 2 2 9 6 9 X1 0 ， R E E 含量较高 ， 剖面中， 沉积物 R E E含量 变化大。样品稀土总量含量高于石灰岩、 白云岩， 比 贵州碳酸盐岩风化 土含量稍低。轻稀土元 素总量 ( L R E E) 变化 在 7 9 2 81 0 3 6 2 7 11 0 之 间 ， 平均为 1 8 0 5 61 0 ， 占 7 9 。重稀 土元 素总 量( E H R E E) 变化在 2 1 6 61 0 9 6 8 81 0 之 间 ， 平均 为 4 9 1 31 0 ， 占 2 1 。稀 土元 素 L a 、 ce 、 N d 、 S m、 E u 、 T b 、 D y 、 E r 、 Y b 、 L u等 的变化趋势 几 乎完全一致 ， 在垂直剖面上沉积物 R E E元素含量 ， 在第 7层粘土层含量较低 ， 在 8 、 9 、 1 0层 的粘土层含 量较高( 图 5 ) ， 其余层 R E E元素含量变化不明显， 上下含量较相同。图 6为北美页岩标准化稀土元素 分布模式 图， 由该 图可知 ， 在沉积剖面 的不同层处 ， 稀土元素分布模式完全一致 。 4 讨论 4 1沉积速率讨论 4 1 1 研究区晚更新世沉积物 C年龄讨论 根据林树基等研究 ， 草海在早更新世以来发育 五层泥炭层 ， 其中第 5层泥炭层为晚更新世晚期 全新世泥炭发育期( 7 4 0 k a B P ) ( 林树基 ， 1 9 8 7 ) 。 表 1为赵家院子剖面年龄测试结果， 4个 A M S“ C 测 年数据结果在剖面中的位层如图2 ， 样品Z J Y Z A 3 7 和 Z J Y Z A 一 2为连续 泥炭层剖 面年龄。样 品 Z J Y Z A 一 5 0是黑色泥炭土的年龄 ， 与林树基早期测试的泥 炭最老年龄接近 ， 样 品 Z J Y Z A - 5 9是古 土壤 的的年 龄 ， 通 过 与 草 海 泥 炭层 年 龄对 比研 究 ( 林 树 基 ， 1 9 8 7 ) ， 与以前狈 0 试结果相 似， 说 明数据是 可信的 ， 测试的年龄数据正确反映了沉积年龄。 值得注意的是在赵家院子剖面上 ( 图 2 ) ， 夹在 古土壤 和 泥 炭 层 之 间 的黑 色 泥 炭 土 的 年龄 ( 约 4 2 3 71 2 7 k a B P ) 大于上下层的年龄， 接近 1 4 C比 度的本底 。研究表明， 这种情况可能是湖泊测年 中 老碳 的 污染 ( L o n g e t a 1 ， 1 9 9 2 ；N e w n h a m e t a 1 ， 2 0 0 7 ) 。但是在草海研究 中发现 ， 泥炭层 的出现常 是在构造加剧活动的时期 ( 林树基 ， 1 9 8 7 ) 。这表明 由于地壳运动 ， 湖水水位降低 ， 草海湖泊 面积缩小， 原来沉积的泥炭沉积暴露水面 ， 被再改造后在湖泊 沉积 ， 结果碳的年龄是老碳的年龄 。随着地质历史 的演化 ， 覆盖古土壤 ， 形成现在的剖面。故 4万多年 前的黑色泥炭层可能代表草海第 5层泥炭层早期沉 积被改造的产物。 4 1 2泥炭堆积速率 T u r l l n e r l ( 1 9 9 6 ) 提出了泥炭长期积累速率 ， 即 A =r ， 其中： A是单位时间内泥炭积累量干重 k g ( I n a ) ， r是单 位时 间 内泥 炭层积 累 高度 ( m m k a ) ， 是泥炭干容量( g cm 。 ) 。在计算碳含 量时 ， 以泥炭积累量的 5 0 计。上述公式 中， 忽略 了灰分含量。由于我 国泥炭灰分含量较 欧美国家 高 ， 对上述公式进行了修正 ( 赵红艳等 ， 2 0 0 2 ) ， 即泥 炭长期积累速率 ， 即 A= r s ， S 是灰分在干泥炭 中的含量。在上述泥炭长期积累速率的公式计算 中 厚度沉积速率没有变化 ， 它的计算是 比较稳定 的。 厚度沉积速率系指单位时间内泥炭沉积的高度。它 采用下面的计算公式 ： r ： h t 式中 h为泥炭层厚度 ( m m) ， t 为成炭时 间( a ) 。样 品 Z J Y Z A 2和 Z J Y Z A 3 7之 间 的沉 积 厚 度 为 1 5 5 cm， 年龄差为 1 0 4 5 k a ， 据此可算出沉积速率为： r = h t： 1 5 5 0mm1 0 4 5k a=1 4 8 4 mmk a 7 2 2 地质论评 2 0 1 3定 表3威宁草海盆地赵家院子沉积柱稀土元素组成及各种土壤稀土组成对比( 1 0 ) T a b l e 3 T h e co n t r a s t b e t we e n Z h a o j ia y u z n z i s e d i me n t co l u mn a n d o t h e r s o il s i n a b u n d a n ce o f E I O 一 ) 样品编号 L a C e P r N d S m E u G d T b D y H o E r T m Y b L u Y R E E Z J YZ A 一 1 3 8 1 7 6 9 8 O 2 7 4 4 7 0 9 3 8 O 7 4 0 0 9 2 6 0 4 2 5 O 4 2 3 6 1 9 4 9 Z J Y Z A _ 2 3 6 2 7 1 5 7 7 2 5 8 4 7 0 9 3 7 O 8 4 0 0 9 2 5 0 4 2 5 O 4 2 3 2 1 8 4 9 Y Z A - 4 3 8 8 7 5 9 8 5 2 9 7 5 7 1 1 4 6 O 9 4 7 1 0 2 8 0 4 2 7 O 4 Z 6 4 2 03 6 Z J YZ A _7 3 9 3 7 8 1 8 4 2 9 4 5 4 1 1 4 5 O 8 4 6 1 O 2 7 O 4 2 8 O 4 2 6 O 2 0 5 0 Z J YZ- A _9 3 9 1 7 9 9 8 7 3 O 2 5 7 1 0 4 7 0 8 4 4 0 9 2 7 0 4 2 6 0 4 2 5 6 2 0 7 1 Z J YZ A 一 1 1 3 9 2 8 0 2 8 8 2 9 6 5 6 1 1 4 4 0 8 4 3 0 9 2 6 0 4 2 5 0 4 2 5 8 2 0 6 5 Z J YZ A -1 2 3 8 2 7 6 9 8 5 2 9 9 5 6 1 1 4 4 O 8 4 2 0 9 2 7 O 4 2 5 0 4 2 5 7 2 O 2 1 |Z J YZ - 1 4 3 4 3 71 4 8 1 2 9 0 5 5 l _ 1 4 9 O 8 4 3 0 9 2 4 0 4 2 3 O 3 2 6 2 1 91 8 Z J YZ A - 1 6 3 1 3 63 6 7 2 2 4 3 4 5 0 9 3 8 O 6 3 4 O 7 2 0 0 3 1 9 0 3 2 2 7 1 6 7 3 Z J YZ - A 一 1 7 3 9 2 7 8 0 8 8 3 0 3 5 6 1 1 4 、 8 0 。 9 4 6 1 0 2 9 0 4 2 8 0 4 2 7 1 2 0 7 8 Z J YZ- A - 1 9 3 7 4 7 5 3 8 4 28 7 5 3 l _ 1 4 4 0 8 4 4 0 9 2 7 0 4 2 5 0 。 4 2 5 8 l 9 8 5 Z J YZ A _ 2 0 3 8 0 7 6 6 8 5 2 9 5 5 2 1 O 4 1 O 7 4 1 O 9 2 5 0 4 2 4 0 4 2 3 8 1 9 7 9 Z J YZ A _ 2 1 31 0 6 6 3 7 7 2 7 8 5 7 1 2 4 9 0 9 4 4 1 O 2 5 0 4 2 3 0 4 2 7 5 1 8 3 8 Z J YZ A - 2 2 3 3 2 6 8 7 7 7 2 7 4 5 1 1 O 4 2 O 7 3 9 0 9 2 3 O 3 2 2 O 3 2 4 3 1 8 2 1 Z J YZ A - 2 5 2 6 7 51 3 5 8 2 O 5 3 8 O 8 3 5 O 6 2 9 0 6 l _ 7 0 2 1 6 O 2 2 0 4 1 4 0 6 Z J YZ A - 2 7 2 1 O 4 0 1 4 6 l 6 7 3 2 0 7 2 7 O 5 2 3 0 5 1 4 0 2 1 2 0 2 1 6 9 l 1 2 1 ZI YZ A - 2 9 2 O 7 3 6 9 4 1 1 4 5 2 6 O 5 2 2 0 4 2 0 0 4 1 _ 2 O 2 1 1 O 2 1 4 1 1 0 1 0 ZJ YZ A - 31 6 3 O 1 0 1 0 1 1 5 4 0 4 7 6 1 5 6 3 1 1 5 9 1 3 3 4 O 5 3 1 0 5 4 0 1 2 8 7 1 ZJ YZ A -3 2 6 6 8 1 0 8 0 1 2 0 4 2 7 7 8 1 6 6 6 1 2 5 9 1 3 3 6 O 5 3 2 0 5 41 6 3 0 3 3 Z J YZ A - 3 3 7 2 3 1 1 O 0 1 2 1 4 2 3 7 5 1 5 6 6 1 1 5 9 1 3 3 5 0 5 3 2 0 5 4 2 4 3 1 0 7 Z J YZ A -3 5 9 7 0 1 7 2 ， 0 l 8 2 6 2 9 l O 4 2 2 1 O 3 1 7 9 0 1 9 5 0 0 7 4 2 0 6 6 3 5 4 5 9 6 Z J YZ A 3 6 8 5 7 1 5 6 0 l 5 8 5 5 6 9 6 1 9 9 2 1 4 7 9 1 7 4 6 0 6 3 7 0 5 5 5 5 4 0 9 8 Z J YZ A - 3 7 8 4 0 1 5 7 O 1 6 O 5 6 1 9 8 2 1 9 6 1 6 8 3 1 7 4 5 0 6 3 8 0 6 5 4 3 4 0 9 8 Z J YZ A - 3 8 5 0 9 9 7 8 1 0 8 3 7 2 6 7 1 2 5 5 1 0 5 3 1 1 3 3 O 5 3 0 0 4 3 O 8 2 5 5 6 Z J YZ A - 3 9 4 7 3 91 1 1 0 0 3 4 7 6 3 1 1 5 4 0 9 5 O 1 1 3 1 0 4 3 0 0 4 2 8 6 2 3 8 4 ZJ YZ A _ 4l 4 4 4 9 5 2 9 2 3 2 7 6 2 1 1 5 2 0 9 5 O 1 1 3 1 0 5 3 0 0 5 2 9 8 2 3 7 8 rZ1 Y Z- A _ 4 2 4 0 1 7 6 O 8 1 2 8 4 5 0 0 9 4 1 0 7 4 4 1 0 3 0 0 4 3 0 0 4 2 8 1 2 0 3 7 ZJ Y Z A _ 4 5 4 1 1 7 7 2 8 4 2 9 7 5 1 0 9 4 4 O 8 4 3 1 0 2 9 O 4 2 9 O 4 2 7 8 2 O 7 2 Zj YZ A - 4 6 3 9 7 7 7 5 8 4 2 9 7 5 4 1 O 4 3 O 8 4 5 1 O 2 9 O 4 2 9 O 5 2 9 O 2 O 8 O Z J YZ A 47 4 0 0 7 5 6 8 6 2 9 5 5 6 1 1 5 0 O 8 4 7 1 1 3 1 0 5 3 1 O 5 2 9 O 2 0 8 0 ZJ YZ A 4 8 3 7 0 7 1 1 8 1 2 8 9 5 3 1 O 4 3 O 8 4 6 1 1 3 O 0 4 2 8 0 4 28 3 1 9 7 0 Z J YZ A r9 4 0 7 7 8 4 8 7 3 O 8 5 8 1 1 4 9 0 9 5 0 1 1 3 2 O 4 2 9 O 4 2 9 O 21 3 3 Z J YZ A - 5 O 4 4 8 8 5 9 9 8 3 4 2 6 3 1 2 5 6 0 9 5 2 1 2 3 3 O 5 3 1 O 5 3 O 6 2 3 3 1 Z J YZ A I 5 2 4 4 0 8 9 5 9 8 3 4 3 6 7 1 3 5 4 1 0 5 3 1 1 3 4 0 5 3 0 0 4 2 9 2 2 3 4 9 Z J YZ A 5 5 4 5 0 9 O 3 l O O 3 5 2 6 8 1 3 5 8 1 O 5 8 1 2 3 3 O 5 3 0 0 4 3 1 2 2 4 0 8 Z J YZ- A - 5 6 4 6 0 9 2 5 1 0 1 3 7 1 7 2 1 5 6 4 1 1 5 9 1 3 3 5 0 5 3 2 0 5 3 3 1 2 4 9 8 Z J YZ A I 5 7 4 9 3 9 6 1 1 0 6 3 8 4 7 6 1 6 6 7 1 1 6 4 1 3 3 6 O 5 3 1 0 5 3 4 8 2 6 1 5 Z I Y Z A 8 47 7 9 1 9 l O O 3 6 4 6 7 1 4 6 1 1 1 5 7 1 2 3 3 0 4 3 0 0 4 31 6 2 4 6 9 Z J YZ A - 5 9 4 6 4 9 2 5 9 7 3 5 3 6 8 1 3 5 9 1 O 5 5 1 2 3 3 0 5 2 9 0 5 3 2 2 2 4 4 8 Z J YZ A l 4 4 7 9 0 6 9 5 3 4 0 6 7 1 3 5 8 1 0 5 5 1 2 3 3 0 5 3 1 0 4 3 2 1 2 3 9 7 石 灰岩 1 1 7 2 1 9 2 5 9 9 2 0 0 5 1 6 0 2 1 4 0 2 0 7 O 1 0 5 0 1 5 3 2 白云岩 2 7 4 8 0 5 2 3 0 6 O 2 O 7 0 1 O 7 O 2 O 4 0 1 0 3 O O 1 3 4 碳酸盐岩 1 3 2 O O 0 2 3 0 4 0 1 O 5 0 1 0 O O 1 0 O 0 0 0 3 O 0 7 0 岩溶区红粘土 3 8 6 8 3 4 9 7 4 1 1 6 6 1 2 5 7 O 7 3 9 0 7 2 1 0 3 2 0 0 3 1 9 6 2 贵州土壤 4 4 4 1 0 1 ： 8 4 3 7 2 6 5 1 3 5 5 0 8 5 5 1 1 3 1 0 5 3 0 0 5 2 1 9 0 贵州碳酸盐 9 2 4 2 0 3 1 2 4 8 9 7 1 l 9 7 3 9 1 7 7 2 6 l 3 3 2 5 6 8 1 2 7 8 1 1 4 9 4 1 岩风化土 峨眉 山玄 3 6 0 7 4 3 9 9 4 6 5 8 3 3 O 7 6 1 2 6 8 1 1 2 5 0 2 1 6 0 0 5 7 6 4 按此计算， 各层的沉积速率 自下而上分别是下部泥 炭层 1 4 8 4 m r n k a ， 上部黑 色古土壤 层 2 4 3 m m k a ， 顶部堆积层 2 2 4 mm k a ， 剖面沉积速率 由下而 上逐渐降低。 地质论评 2 0 1 3正 气候处于相对稳定的状态， 变化不是很剧烈 。根据 前人孢粉资料 ( 陈佩英等 ， 1 9 9 3 ) 将整个剖 面各气候 指标随深度变化曲线从下到上划分 为五个阶段 ， 下 面按五个阶段来讨论赵家院子剖面气候演化 。 第 1阶段 ： 测 得 的 c 年 龄 为 4 2 3 71 2 7 k a B P， 黑 色 粘 土层 ， 为 该 剖 面 的 1 5层 ( 厚 约 7 0 8 0 e ra) 。主量元素气候指标 ( C a O+K 2 0+N a ： 0) A 1 ， 0 为 0 1 2； C a O Mg O值 为 0 5 ， 该值高于高龄粘 土层 ， 低于下部泥炭层 ； K ： O N a ： 0值为 1 O 6 4 。在 该剖面中， 相对其它层主量元素气候指标的比值都 为中等， 说明气候处于过渡期。( F e ： 0 + A 1 0 3 ) ( Mg O+ C a O) 值为 1 8 0 8 ， 该 比值介于泥炭层的上下 部之间， 同样说 明气候 处于过渡时期。R b S r的 比 值在 1 6 12 3 5 ， 该值略高于泥炭层 ， 说 明气温较 泥炭层低 。S r B a的 比值在 0 1 7 0 2 4之间， 小于 1 ， 且该值低于泥炭层 。说 明该沉积为淡水沉积 ， 且 气候相对泥炭层较湿润。S r C u比值在 1 2 02 1 3 之间， 小于 5 3 ， 指示较为温湿气候。由以上主量 、 微量元素气候指标显示 ， 这一阶段 沉积环境相对泥 炭层较为湿润 ， 气候相对温暖。 第 阶段 ： c 年龄相 当于 2 5 3 90 13 3 7 4 1 7 9 k a B P， 泥炭层下部 ， 为该剖面的 17层( 厚 约 1 8 0 c m) 。主量元素气候指标 ( C a O+K 0+N a ： 0) A 1 2 0 为 0 1 40 1 8 ； C a O Mg O值 在 0 4 6 1 1 7之间； K 2 O N a 2 0在 1 2 1 31 5 6 0之间。在该 剖面 中， 相对其它层主量元素气候指标 的比值都 为 最大 ， 说明气候温暖湿润。( F e 2 0 ， +A 1 0 3 ) ( Mg O + C a O ) 值在 6 6 5 8 7 8 之间， 在剖面中为最小值， 同样说明气候温 暖湿润。R b S r的 比值 在 1 1 1 1 2 8 ， 该值相对其它层最低 ， 说 明气温 较高。S r B a 的比值在 0 2 8 0 5 4之间， 小于 1 ， 但在该剖面中 最大。说明该沉积为淡水沉积 ， 且气候相对 干燥 。 S r C u比值在 4 4 3 6 0之间 ， 样品的 S r C u都大于 5 3 ， 说明气候 比较干燥 。该 阶段的 S r B a 、 S r C u值 较高 ， 同时该 阶段有机质丰富 ， 可能是大量有机质对 s r 等微量元素的吸附作用， 而使微量元素相对富 集。由以上主量微量元素气候指标显示这一阶段沉 积环境相对较为湿润 ， 气候相对温暖。 第 阶段 ： H C 年龄相当于 2 3 2 9 0 1 02 5 3 9 0 1 k a B P， 泥炭层 ， 为该 剖面 的 81 0层 ( 厚 约 2 0 c m) 。 ( C a O +K 2 0+N a 2 0) A 1 2 0 3 为 0 1 1 0 1 7 ， 变化较 明显 ； C a O Mg O值在 0 3 41 9 7之 间， 表明气候较冷 ； K 2 O N a 0值在 1 2 3 91 4 9 0之 间， 相对其它层较高 ， 表明 K元素的含量相对较高 ， 钾是植物生长发育所必需的元素之一， 反映植被较 发育 ； ( F e 2 0 3 +A 1 2 0 3 ) ( Mg O+C a O) 值在 l 0 3 l l 8 5 l 之间 ， 相对其它层较高 ， 说明气候是较冷 ； R b s r 的比值在 0 9 61 8 4之间， 该值相对下部泥炭层 较高 ， 说明气温相对较低。S r B a的 比值在 0 1 6 0 5 5之间， 小于 1 ， 且相对该剖面下部泥炭层较低 ， 说明该沉积为淡水沉积， 且 当时气候较为湿润 ； S t c u比值在 1 4 5 4 3 2之间， 说明气候由比较湿润 向较为干燥过度。由以上气候指标显示这一阶段沉 积环境相对较为湿润向较为干燥过渡， 气候温凉。 第阶段 ： 在 2 5 3 9 0 11 5 60 1 k a B P期 间， 白色高龄粘土层 ， 为该剖面的 1 11 4层 ( 厚约 7 0 8 0 e ra) 。主量元素气候指标 ( C a O+K 2 0+N a ： O) A 1 ， 0 为 0 1 00 1 1 ； C a O Mg O值 在 0 1 7 0 3 4之间， 在该剖面为最小值区域， 表明气候相对 较暖 ； K O N a 2 0在 1 4 7 51 6 5 9之间， 在该剖面中 该值最大， 该层有机质很少， 故粘土矿物较多， 风化 较严重 。( F e 2 0 3 +A 1 2 0 3 ) ( M g O+C a O) 值在 1 6 5 0 1 7 6 3之问 ， 在剖面中该值较高 ， 说 明物源 区气候 温暖湿润 ， 风化强烈。R b S r 的比值在 1 3 4 2 1 1 ， 该值高于泥炭层， 低于顶层黄色粘土层 ， 说明气温介 于其之 间。S r B a的比值在 0 1 70 3之 间， 小于 1 ， 该值低于下部泥炭层 ， 与黑色粘土层相 当。S r C u 比值在 1 6 6 2 6 O之间， 样品的 S r C u 都小于 5 3 ， 说 明气候比较湿润。由以上主量微量元素气候指标 显示这一阶段沉积环境相对较为湿润 ， 气候相对温 暖。 第 V阶段 ： c 年龄相当于 1 5 6 0 0l O O a B P ， 该 剖面的第 1 6层。( C a O+K 2 0+N a 2 0 ) A 1 0 3 为 0 1 2 ， 变化也不太明显 ； C a O Mg O为 0 5 ， K ， O N a ， 0 为 9 9 2相对其它层较小 ； 由于该层位于表层说明这 层风化较严重 ， ( F e 2 0 3+A 1 2 0 3 ) ( Mg O+C a O) 为 1 8 6 相对其它层较高， 说明气候是较冷。R b S r 的 比值在 2 5 6 2 9 0 ， 该值相对其它层非常高 ， 说 明 气温相对较低 ； S r B a的 比值 在 0 1 30 1 5之 间 ， 小于 1 ， 且相对该剖面其它层较小 ， 说 明该沉积为淡 水沉积， 且当时气候较为湿润， S r C u比值在 0 9 9 1 之间， 说明气候比较湿润。由以上气候指标显示 这一阶段沉积环境相对较为湿润 ， 气候相对温凉。 以上分析表明， 从 4 2 3 71 2 7 k a B P到 1 5 6 0 0 1 0 k a B P时间段内， 草海古气候经历了由温 暖 较湿润一温暖湿润 温凉干燥一温暖较湿润 一温凉湿润的演化。 7 2 8 地质论评 2 0 1 3正 4 3 沉积物物源环境 沉积物的稀土元素主要受母岩控制 ， 可 以反映 源岩的信息 ， 常被用作沉积物来源的示踪剂 ， 对沉积 物源的分析和研究具有重要的指示意义 ( R o l l n s o n ， 1 9 9 3 ) ， 同时稀土配分型式可 以被用来 指示物源 区 的性质( 阚泽忠等， 2 0 0 6 ) 。稀土元素( R E E ) 在搬运 沉积过程中主要是颗粒状态赋存 ， 所以在搬运、 堆积 过程中R E E组成变化较小， 其携带的物源区源岩信 息一般不会丢失。因此 ， 物源往往成为控制沉积物 中 R E E组成 的最主要因素 ， 通过对比分析沉积物的 稀土组成以及配分模式， 可以推断沉积物物源特征。 由赵家院子剖面沉积物总 R E E含量、 参数值以 及配分模式( 图 6 ) 可 以看出 ， 除了赵家 院子沉积物 稀土总量变化较大之外 ， 剖面沉积物 中 R E E的总含 量以及配分模式极为相似 ， 剖面样 品中 R E E北美页 岩标准化配模 式与贵州岩溶区红粘土 的模式很 相 似 ， 其含量略高于岩溶区红粘土 的含量( 图 6 ) 。与 峨眉山玄武岩分配模式不一致 ， 峨眉山玄武 岩铕略 正异常。赵家院子样品稀土元素分配模式和贵州碳 酸盐岩、 白云岩模式一致 ， 说明赵家院子沉积物可能 来源于周围碳酸盐岩 ；N a 2 O K 2 O在 0 0 60 1之 间 ， 比率低说明物源近( D a s e t a 1 ， 2 0 0 3 ) ， 在草海周 围的出露岩石主要是碳酸盐 岩， 以上元素地球化学 组成也说 明赵家院子沉积物可能主要来源于碳酸盐 岩。但是赵家院子样品稀土元素含量高于贵州碳酸 盐岩 ， 这有可能是在碳酸盐岩风化过程 中， 可溶性稀 土元素可 以被活化 、 迁移而富集 ( 孙承兴等 ， 2 0 0 2 ) 。 同时样品主要是粘土， 粘土对稀土元素有较强 的吸 附能力 ， 因此含粘土较多的湖泊沉积相的稀土含量 高( 王一先等 ， 1 9 9 6 ) 。 赵家 院子 剖 面 中泥 炭 沉 积物 稀 土 元 素 总量 ( R E E) 变化在 1 0 0 9 51 0 4 5 9 5 91 0 之 间 ， 平均为 2 2 9 6 91 0 ， R E E 含量较高 ， 赵 家院 子剖 面中泥炭沉积物 R E E含量变化 大。R E E的 含量很高 ， 可能是物源区碳酸盐岩风化成土成熟度 高， 也可能有高稀土含量的二叠系玄武岩风化土壤 加入( 杨瑞东 ， 2 0 0 8 ) 。但是样品标准化稀土分配模 式与二叠 系玄武岩模式并不一致 ( 图 6 ) ， 二叠系玄 武岩风化土壤加入可能很少。同时湖泊 水 中 R E E 含量很低 ， 几乎不 可能对该 沉积物 中 R E E造成 影 响。根据对碳酸盐岩中的酸不溶物、 可溶性稀土的 提取以及质量平衡计算， 碳酸盐岩分解释放的 R E E 以及下渗水携带的 R E E分解沉淀和以吸附于粘土 矿物上的方式富集 ， 碳酸盐岩能够提供足够的 R E E 物源 ； 以可溶态为主的赋存状态有利于 R E E的淋滤 ( 孙承兴等 ， 2 0 0 2) ， 使得碳酸盐岩风化成土过程 中 R E E超常富集。因此样品中高 L R E E 含量是由于物 源是碳酸盐岩风化提供 ， 同时说 明沉积物物源风化 强烈。 沉积物地球化学特征记录了草海地区化学风化 作用 的过程。通 过化 学蚀 变指数 C I A (ch e mi ca l in d e x a l t e r a t i o n) 可以确定物 源区的化 学风化程度 ( N e s b i t t e t a 1 ， 1 9 8 2 ) 。赵家院子剖面泥炭沉积物化 学蚀变指数 C I A =1 0 0 ( A 1 2 0 3 ) n ( A 1 2 0 3 )+ n ( C a O )+ ( K 2 O)+n ( N a 2 O) 其中 n ( C a O ) 为硅酸盐矿物 中的含量 ， 不包括碳酸 盐和磷酸盐 中的 C a O含量 。由于硅酸盐 中的 C a O 与 N a O通常以 1 ：i 的比例存在 ， 所 以 McL e n n a n ( 1 9 9 3 ) 认为当 n ( C a O) 大于 n ( N a O ) 时， 可认为 n ( C a O )= n ( N a ： O) ， 而 当 n ( C a O) ， J 、 于 凡( N a ： O) 时，则 凡( C a O ) =n( C a O) 。本 文 中 所 有 n ( C a O ) 值的计算即据此方法获得 。C A值在 8 5 1 9 9 0 5 8之间 ， 平均为 8 8 4 1 。相 当于世界范围伊利 石、 蒙脱石 C I A值， 反映了泥炭沉积物中的成分为白 云母 、 伊利石、 蒙脱石等粘土矿物 。这说明剖面沉积 物物源经历 了较强烈的化学风化 ， 赵家院子剖面沉 积柱下部泥炭层风化程度小于上部沉积物 的风化程 度 。 赵家院子沉积柱沉积物风化程度靠近钾铝一侧 ( Wr o n k ie w icz e t a 1 ， 1 9 8 7 ； D a s e t a 1 ， 2 0 0 3 ) ， 而早期 沉积物物源落在粘土范围内 ， 较早期沉积物物源风 化程度弱( 孔凡翠等 ， 2 0 1 1 ) ， 但风化程度 接近蒙脱 石和伊利石 ， 说明该沉积柱沉积物物源也经历 了较 强烈化学风化。 C o x ( 1 9 9 5 ) 提出沉积剖面 中矿物风化程度可以 用成分变异指数 I C V= n ( F e O 3 )+n ( K 0)+ ( N a 2 0)+ ( C a O)+ ， z ( Mg O)+ 凡( Mn O)+ 凡 ( T i O ： ) n ( A 1 ： O 3 ) 来计算( C o x e t a 1 ， 1 9 9 5 ) 。I C V 表示在岩石或矿物 中 A 1 O ， 相对于其他主要 阳离子 氧化物的丰度。在表生作用 中， 尤其是在风化作用 中 N a 、 C a 、 Mg的地球化学行为受气候条件 的变化的 影响( 刘英俊等， 1 9 8 4 ) ， 是化学性质活泼的元素， 在 暖湿气候条件下最容易产生淋洗迁移。而 A l 在风 化作用 中不易 迁移。因此 I C V和 ( N a ， O+C a O+ Mg O) A 1 O 反映了易迁移成分与不易迁移成分 之 间的关系。在湖? 白 沉积物中， 其比值越大， 表明入湖 第 4期 孔凡翠等： 贵州草海赵家院子晚更新世泥炭层地球化学特征及其环境意义 7 2 9 的易迁移成分越多， 源区的风化越强， 水热条件较 好 ； 反之 ， 风化作用减弱 ， 水热条件差。赵家院子剖 面 I C V值在 0 3 0 0 6 6之间 ， 平均为 0 4 3 ， 在垂直 剖面上变化不是很明显 ， 但是该值在 剖面下部小于 上部 ， 说 明上部 风化 较下 部严 重。剖面沉 积物 的 I C V值都低于长石类和粘土矿物的 I C V值， 说明沉 积物物源区经历了较强的风化作用 。 5 结论 ( 1 )在赵家 院子剖 面中， L i、 S c 、 V、 c r 、 N i、 G a 、 R b 、 S r 、 s n 、 c s 、 B a 、 Z r 、 T h 、 u这 l 4种微量元素含量变 化大体上呈现一致性， 在第 4 、 7 、 l 3层 ( 分别在 3 6 0 c m、 2 8 0 c m、 1 3 5 c m处 ) ， 都有大的变化 ， 含量 较 低 。泥炭 中微量元 素地球化学成分较稳定 ， 具有 相 似的地球化学行为和演化历程。 ( 2 )H c n j J 年显示 ， 赵家 院子剖面下部泥炭层 的 年龄大约为 3 3 7 42 3 2 9 k a之 间 ， 各层 的沉积 速 率 自下而上分别是下部泥炭层 1 4 8 4 mm k a ， 上部 黑色古土壤层 2 4 3 mm k a ， 顶