海洋地质与环境重点实验室知识库

第四纪冰期-间冰期旋回中大气CO₂浓度变化受多种因素控制，其中冰期海平面降低引起热带大陆架硅酸盐风化增强，为解释“冰期大气CO₂之谜”提供了新的视角。但是，由于前人开展相关论证研究时存在选择的研究区物源相对较复杂、沉积记录的分辨率较低、指标较单一及传统化学风化指标自身局限性等因素，这些因素在一定程度影响了对记录结果的解释。在此，本研究以南海西北部的琼东南盆地KT2站位沉积岩芯为研究材料，在高分辨率年代格架重建和多种物源与风化指标联合应用的基础上，尝试探索非传统风化代用指标的适用性，并将多种指标结合分析，以此重建南海西北部地区30 ka以来的化学风化记录。结合全球温度和亚洲季风代用指标与海平面变化等数据，探究南海西北部硅酸盐风化的驱动机制，并在此基础上估算出末次冰期以来暴露陆架造成的大气CO₂消耗量，分析其与全球气候变化间的相互关系。

本研究在对研究区潜在物源进行讨论分析的基础上，结合粘土矿物组合、Sr-Nd同位素、稀土元素标准化模式和特征参数等多种物源判别手段，对KT2站位不同粒级沉积物来源进行了较好限定，认为末次冰盛期以来，研究区沉积物主要来源于红河，且没有发生重要变化，水动力分选作用和冰期旋回中海平面变化对其影响较小。

在Sr-Nd同位素组成限定物源的基础上，本研究认为影响沉积物REE和粘土粒级组分Li同位素组成变化的主要原因是化学风化过程。当化学风化作用增强时，沉积物次生粘土矿物吸附增强导致HREE富集或富集HREE的难风化矿物增多导致HREE富集，因此REE特征参数可在一定程度上作为化学风化指标。而在化学风化过程中，δ⁶Li更加倾向于进入粘土矿物晶格或吸附在颗粒外表面，δ⁷Li则主要进入溶解相，从而风化增强导致风化产物（次生粘土）含量增多时，沉积物Li同位素值降低。因此，在物源稳定的条件下，沉积物REE特征参数和Li同位素是很好的化学风化代用指标。

基于KT2站位岩芯多种化学风化指标（化学蚀变指数（CIA）、K/Al、高岭石/伊利石、稀土元素特征参数和Li同位素），本研究重建了30 ka以来沉积物源区的化学风化历史，结果显示末次冰期沉积物化学风化程度高于全新世沉积物，暗示了冰期风化作用增强。估算所得南海西北部冰期陆架风化造成的大气CO₂的减少量，虽然仅占全球冰期-间冰期大气CO₂变化量（80 ppmv）的0.03%，但冰期热带陆架风化是重要碳汇这一机制在本研究中得到进一步支持。此外，结果还显示在冰消期-全新世期间的千年时间尺度上，海平面相对保持稳定时，研究区化学风化受控于以东亚季风降水为主导的气候变化。

第1章 绪论 ……1

1.1 选题意义 ……1

1.2 国内外研究现状 ……2

1.2.1 “冰期热带陆架风化”假说 ……2

1.2.2 化学风化指标 ……4

1.2.3 南海物源示踪 ……6

1.3 研究内容及目的 ……7

第2章 区域地质概况 ……8

2.1 研究区位置及地质背景 ……8

2.2 研究区水动力特征 ……10

第3章 材料与方法 ……12

3.1 研究材料 ……12

3.2 实验方法 ……13

3.2.1 AMS14C测年 ……13

3.2.2 陆源通量分析 ……13

3.2.3 粘土矿物分析 ……14

3.2.4 粒度分析 ……15

3.2.5 全粒级沉积物常微量元素分析 ……15

3.2.6 粘土粒级沉积物Sr-Nd同位素分析 ……16

3.2.7 粘土粒级沉积物Li同位素分析 ……16

第4章 岩芯样品测试结果 ……17

4.1 年代框架与陆源通量 ……17

4.2 粘土矿物 ……19

4.3 粒度 ……20

4.4 常微量元素组成 ……21

4.4.1 常量元素组成 ……21

4.4.2 微量元素组成 ……22

4.5 粘土粒级沉积物Sr-Nd同位素 ……26

4.6 粘土粒级沉积物Li同位素 ……27

第5章 末次冰盛期以来琼东南盆地沉积物硅酸盐组分来源 ……28

5.1 琼东南盆地潜在物源区 ……28

5.2 粘土矿物组合约束物源 ……29

5.3 Sr-Nd同位素约束物源 ……30

5.4 稀土元素特征约束物源 ……31

第6章 末次冰盛期以来研究区化学风化历史与驱动机制 ……34

6.1 南海西北部末次冰盛期以来的化学风化历史 ……34

6.2 南海西北部末次冰盛期以来化学风化驱动机制 ……37

6.3 非传统化学风化指标的应用探讨 ……39

6.3.1 稀土元素特征参数 ……39

6.3.2 粘土粒级组分Li同位素 ……42

第7章 末次冰盛期以来陆架风化所造成大气CO2消耗的估算 ……44

第8章 结论 ……47

参考文献 ……48

致谢 ……61

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果 ……63