本文關(guān)鍵詞：東亞沙漠粘粒地球化學(xué)研究—礦物塵來源、傳輸及其示蹤

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【摘要】：全球的干旱半干旱地區(qū)約占陸地面積的1/3,包括戈壁、沙漠、沙地和荒漠化草原等。北非沙漠是第一大礦物塵源區(qū),亞洲干旱半干旱區(qū)分布的戈壁沙漠是第二大源區(qū)。保存在風(fēng)塵堆積物、深海沉積和冰芯中的礦物塵的地球化學(xué)信息是古氣候信息的檔案。粘粒(2μm)礦物不僅是遠(yuǎn)距離傳輸?shù)V物塵的主要組分也是對(duì)氣候變化響應(yīng)的信息載體。然而,跨洋或半球傳輸?shù)牡V物塵地球化學(xué)示蹤研究相對(duì)薄弱,尤其對(duì)粘粒中含鐵礦物及其放射成因同位素研究尚未展開。粘粒Sr-Nd-Hf同位素是古環(huán)境記錄重建的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù),運(yùn)用粘粒Sr-Nd-Hf同位素源匯比較可判定礦物塵傳輸途徑和古風(fēng)場(chǎng)重建,粘粒Sr-Nd-Hf同位素研究對(duì)氣候演變模式具有深遠(yuǎn)的意義。本文通過對(duì)礦物塵源區(qū)粘土礦物組合特征、常量、微量元素、鐵氧化物組成及粘粒Sr-Nd-Hf同位素進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查,將礦物塵源區(qū)與沉降區(qū)粘粒組分的Sr、Nd和Hf同位素比較,圈定了遠(yuǎn)距離傳輸?shù)V物塵的源區(qū)同位素指紋特征。本論文得到以下新結(jié)論和認(rèn)識(shí)：1.東亞沙漠和戈壁全巖樣品常量元素表現(xiàn)為：Si02普遍高于其在上地殼平均風(fēng)度(UCC),表明含大量石英；K2O、SiO2和A1203的平均值接近UCC;P2O5相對(duì)上部地殼表現(xiàn)為明顯的虧損；柴達(dá)木和塔克拉瑪干沙漠樣品中CaO含量明顯比其它沙漠高；塔克拉瑪干、蒙古戈壁和古爾班通古特在MnO表現(xiàn)出正異常,其它沙漠MnO和Fe203表現(xiàn)出負(fù)異常；蒙古戈壁樣品Al2O3、MnO、Fe2O3、K20和P2O5明顯高于中國沙漠。粘土礦物組合、粘粒常量元素和粘粒微量元素受一級(jí)構(gòu)造控制,表現(xiàn)出中亞造山帶和塔里木-中朝克拉通兩分區(qū)特征：中亞造山帶中綠泥石、高嶺石、蒙脫石和伊利石平均含量分別為：8%、21%、7%和64%；塔里木-中朝克拉通中綠泥石、高嶺石、蒙脫石和伊利石平均含量分別為：18%、23%、6%和53%。2.在東亞干旱半干旱地區(qū)沙漠和戈壁,中亞造山帶沙地和戈壁粘粒中針鐵礦含量(2.0%-2.7%)低于中朝-塔里木克拉通沙漠(3.0%～4.2%),中亞造山帶沙地和戈壁粘粒赤鐵礦含量(0.2%-0.5%)高于中朝-塔里木克拉通上沙漠粘粒赤鐵礦含量(0.2%-0.27%),即地質(zhì)構(gòu)造控制了粘粒赤鐵礦和針鐵礦含量分布。東亞沙漠的粘粒的鐵形態(tài)化學(xué)提取分析表明：無定形態(tài)Feoxl、晶體態(tài)FeCBD、鹽酸提取態(tài)FeHCl和殘?jiān)鼞B(tài)Feu分別占粘粒中總鐵的10%±7%、30%±10%、40%±12%和18%±18%。3.東亞沙漠表層土壤中粘粒εHf和εNd受地質(zhì)構(gòu)造控制分2個(gè)單元：塔里木-中朝克拉通和中亞造山帶。塔里木-中朝克拉通εHf和εNd值均低于中亞造山帶εHf和εNd。塔里木-中朝克拉通εHf和εNd的變化分別在--5.94-1.20和--17.30---6.24,中亞造山帶εHf和εNd變化分別在--2.58-3.68和-10.19～--0.98。比較東亞沙漠粘粒和東亞遠(yuǎn)距離傳輸?shù)V物塵中的Nd-Hf同位素發(fā)現(xiàn),北太平洋沉積物中亞洲風(fēng)塵來源存在差異,即中北太平洋沉積物中的風(fēng)塵中可能來自中國西北沙漠；西北太平洋邊緣沉積物中的風(fēng)塵中有中亞造山帶粘土的εHf和εNd特征。在亞洲冬季風(fēng)和西風(fēng)共同作用下,中國西北沙漠的粘粒被傳輸?shù)礁窳晏m冰芯中,南蒙古戈壁也有可能是格陵蘭冰芯塵潛在的源區(qū),而蒙古高原北部不大可能對(duì)格陵蘭冰芯塵有貢獻(xiàn)。4.北非沙漠粘粒Hf-Nd-Sr同位素受地構(gòu)造控制,分為西非克拉通區(qū)(WAC)和沉積巖覆蓋區(qū)(CSP)。二者主要區(qū)別在西非克拉通(WAC)的εHf和εNd值明顯低于沉積巖覆蓋區(qū),而二者87Sr/86Sr的差異不明顯。西非克拉通的εHf變化在-14.9～-7.0,εNd在-99.6--11.2,87Sr/86Sr在0.71212-0.739651,而沉積巖為主的覆蓋區(qū)(CSP)的εHf在-9.4-0.47、εNd在-15.2--4.4和87Sr/86Sr變化為0.708007～0.739502。沉積巖覆蓋區(qū)具有相對(duì)太古代年輕的Hf-Nd-Sr同位素信號(hào),而對(duì)于西非克拉通(WAC)上的Sahel沙漠的Mali斷面,其Hf-Nd-Sr同位素信號(hào)具有古老克拉通基底的信號(hào)特征。5.通過對(duì)中國黃土粘粒εHf(-3.82-2.26)和εNd(--13.34～--0.20)和潛在源區(qū)東亞沙漠粘粒εHf和εNd進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)黃土高原黃土的物質(zhì)很可能主要來自中朝-克拉通上的西部沙漠；新疆黃土(εHf:-2.51～2.26、εNd:-7.71～-0.20)來源可能是就近塵源區(qū)的釋放經(jīng)風(fēng)搬運(yùn)堆積而成；東北黃土(εH:-1.91～1.07, εNd:-10.92～-1.05)有蒙古戈壁和就近沙地的貢獻(xiàn)；北京黃土中粘粒(εHf:-0.88～-0.60,εNd:-10.92～-1.05)可能由來自西北沙漠塵和冬季風(fēng)夾帶蒙古戈壁塵的混合,北京黃土主要來自中國西北塔克拉瑪干、巴丹吉林和騰格里物源的貢獻(xiàn),可能有來自渾善達(dá)克沙地物質(zhì)的貢獻(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：粘粒 礦物塵釹同位素 鉿同位素 東亞沙漠 黃土 粘土礦物 赤鐵礦 針鐵礦
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P593;P532
【目錄】：

• 摘要3-6
• 英文摘要6-13
• 第一章 緒論13-33
• 1.1 礦物塵物源的研究意義13-19
• 1.2 東亞沙漠物源與礦物塵的研究概述19-24
• 1.2.1 東亞沙漠與礦物塵物源研究進(jìn)展19-21
• 1.2.2 東亞沙漠物源與遠(yuǎn)距離傳輸亞洲礦物塵研究進(jìn)展21-23
• 1.2.3 東亞沙漠礦物塵物源長距離示蹤存在的問題23-24
• 1.3 選題依據(jù)24-29
• 1.3.1 方法與原理24-27
• 1.3.2 研究內(nèi)容27-29
• 1.3.3 技術(shù)路線與論文構(gòu)想29
• 1.4 工作量29-33
• 第二章 東亞沙漠(礦物塵源區(qū))概況、材料與技術(shù)手段33-47
• 2.1 研究區(qū)域33-37
• 2.1.1 概述33-34
• 2.1.2 區(qū)域構(gòu)造34-35
• 2.1.3 地形和氣象概況35-36
• 2.1.4 礦物塵傳輸動(dòng)力36-37
• 2.2 樣品采集37-39
• 2.3 樣品處理與方法39-42
• 2.3.1 預(yù)處理39-40
• 2.3.2 提取粘土40
• 2.3.3 全巖常量元素熔融餅(供XRF分析)40-41
• 2.3.4 粘粒微量元素化學(xué)處理(超凈實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行)41
• 2.3.5 同位素化學(xué)分離(超凈實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行)41-42
• 2.3.6 粘土鐵形態(tài)42
• 2.4 儀器分析42-47
• 2.4.1 鐵氧化物測(cè)試(漫反射光譜分析DRS)42-43
• 2.4.2 常量微量元素分析(ICP-OES、XRF和HR-ICP-MS)43-44
• 2.4.3 礦物分析(X射線衍射XRD)44
• 2.4.4 同位素測(cè)試(MC-ICP-MS)44
• 2.4.5 同步輻射(XAFS)44-47
• 第三章 東亞沙漠元素和礦物的地球化學(xué)特征47-73
• 3.1 全巖樣品地球化學(xué)特征47-59
• 3.1.1 推斷構(gòu)造50-51
• 3.1.2 源巖推斷51-52
• 3.1.3 源巖風(fēng)化程度52-59
• 3.2 東亞沙漠粘粒元素地球化學(xué)特征59-62
• 3.2.1 粘粒常量元素59
• 3.2.2 粘粒微量元素59-61
• 3.2.3 粘粒與太平洋沉積物稀土元素61-62
• 3.3 粘土礦物特征62-71
• 3.3.1 粘土礦物概述63-66
• 3.3.2 東亞礦物塵源區(qū)粘土礦物組合特征66-71
• 3.4 小結(jié)71-73
• 第四章 東亞沙漠粘粒中鐵氧化物及鐵形態(tài)特征73-93
• 4.1 鐵氧化物73-76
• 4.2 鐵氧化物的定性與定量76-77
• 4.3 沙漠土壤的鐵氧化物定量77-81
• 4.3.1 赤鐵礦和針鐵礦分析77-79
• 4.3.2 赤鐵礦與針鐵礦的定量分析79-80
• 4.3.3 中國沙漠全巖赤鐵礦的分布狀況80-81
• 4.4 東亞沙漠粘粒中鐵的化學(xué)形態(tài)81-86
• 4.4.1 粘粒無定形Feoxl的空間分布84
• 4.4.2 粘粒CBD提取態(tài)Fecbd的空間分布84
• 4.4.3 粘粒HCl提取態(tài)FeHCl的空間分布84-85
• 4.4.4 粘粒殘?jiān)鼞B(tài)FeU的空間分布85-86
• 4.5 東亞沙漠粘粒中鐵氧化物定量86-90
• 4.5.1 東亞沙漠粘粒中赤鐵礦和針鐵礦86-87
• 4.5.2 東亞沙漠粘粒中針鐵礦和赤鐵礦分布特征87-90
• 4.6 同步輻射在東亞沙漠粘粒鐵形態(tài)分析中的應(yīng)用90-91
• 4.7 小結(jié)91-93
• 第五章 東亞沙漠粘粒Hf-Nd-Sr同位素特征93-105
• 5.1 中國北方沙漠粘粒Hf-Nd同位素變化特征94-98
• 5.1.1 粘粒Nd-Hf同位素解耦94-95
• 5.1.2 地質(zhì)構(gòu)造控制粘粒中ε_(tái)(Hf)-ε_(tái)(Nd)同位素變化95-97
• 5.1.3 示蹤北太平洋中的亞洲礦物塵97-98
• 5.2 蒙古粘粒Nd-Hf同位素變化特征98-101
• 5.3 東亞塵的半球傳輸101-103
• 5.4 小結(jié)103-105
• 第六章 北非沙漠粘粒的Hf-Nd-Sr同位素特征105-117
• 6.1 風(fēng)化強(qiáng)度和粘粒Hf-Nd-Sr同位素變化106-108
• 6.2 北非沙漠粘粒Sr-Nd-Hf同位素特征108-112
• 6.2.1 Mali斷面111-112
• 6.2.2 Lome斷面112
• 6.2.3 Morocco斷面112
• 6.2.4 Egypt斷面112
• 6.3 北非跨大西洋礦物塵的示蹤112-115
• 6.4 小結(jié)115-117
• 第七章 中國黃土粘粒的Nd-Hf同位素特征117-125
• 7.1 黃土全巖樣品的ε_(tái)(Nd)和ε_(tái)(Hf)值118
• 7.2 黃土中粘粒的ε_(tái)(Nd)和ε_(tái)(Hf)總特征118-124
• 7.2.1 新疆黃土120-121
• 7.2.2 祁連黃土121
• 7.2.3 黃土高原121-122
• 7.2.4 洛南黃土122-123
• 7.2.5 東北黃土123
• 7.2.6 北京黃土123-124
• 7.2.7 下蜀黃土124
• 7.3 小結(jié)124-125
• 第八章 結(jié)論與展望125-128
• 8.1 主要結(jié)論125-126
• 8.2 展望126-128
• 附表128-141
• 參考文獻(xiàn)141-165
• 致謝165-167
• 攻讀博士期間刊出論文情況167-168

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本文編號(hào)：800717