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    福建晚白堊世古土壤特征及其古環(huán)境意義

    2021-07-29 07:02:16毛學(xué)剛陳金牛師永輝劉秀銘
    地球環(huán)境學(xué)報(bào) 2021年1期
    關(guān)鍵詞:古土壤古氣候紅層

    毛學(xué)剛 ,陳金牛,師永輝,劉秀銘 ,

    1.福建師范大學(xué) 地理研究所,福州 350007

    2.福建省濕潤亞熱帶山地生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 —— 省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地,福州 350007

    3.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,福州 350007

    古土壤是地質(zhì)時(shí)期形成并保存下來的土壤,受氣候、母質(zhì)、地形、植被等多種因素影響,氣候因素是其中最重要的因素之一,直接決定古土壤的類型和發(fā)育程度,是重建古氣候和古環(huán)境的重要手段(Sheldon and Tabor,2009;Tabor and Myers,2015)。古土壤反映地表物質(zhì)風(fēng)化成壤的過程,而非水下沉積過程。黃土高原曾被認(rèn)為是湖相沉積,而黃土沉積中紅色氧化型古土壤的識(shí)別(朱顯謨,1958)有力地反駁了黃土高原“水成說”,為黃土“風(fēng)成說”提供了有利佐證。近些年來,第四紀(jì)以前的古土壤逐漸引起人們的興趣,雖然古土壤在老地層中普遍存在,但是后期埋藏作用常使古土壤不易被準(zhǔn)確識(shí)別。古土壤的發(fā)生層常被誤認(rèn)為是沉積層理,從而將許多古土壤誤判為河流-湖泊-海洋等水下沉積(劉秀銘等,2014)。因此,必須采用系統(tǒng)的方法對(duì)古土壤進(jìn)行識(shí)別和解釋(Retallack,1997,2001)。近些年來,以現(xiàn)代土壤發(fā)育特征和氣候參數(shù)關(guān)系為基礎(chǔ),提出了許多古土壤的古氣候定量化重建方法,以古土壤為基礎(chǔ)的古氣候重建逐漸從定性描述向定量化發(fā)展(Retallack,2005;Sheldon and Tabor,2009)。

    白堊紀(jì)是溫室效應(yīng)的重要時(shí)期,在中國陸地上發(fā)育了大范圍的白堊系紅層盆地,不同區(qū)域地層基本可以對(duì)比(席黨鵬等,2019)。紅層沉積表現(xiàn)為砂礫層、砂層、粉砂層和泥巖互層沉積,一般被認(rèn)為是河湖相沉積或沖積相-洪積相沉積(福建省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1996;彭華和吳志才,2003)。對(duì)于洪積相或沖積相沉積地層,在沉積間歇期常發(fā)育古土壤,是研究此類地層古氣候和古環(huán)境的重要手段(Kraus,1999)。近些年來中國白堊系紅層盆地中古土壤也逐漸被認(rèn)識(shí),部分被應(yīng)用到古氣候重建,如東北松遼盆地(Huang et al,2013)、廣東南雄盆地(Ma et al,2018)、四川盆地(Huang et al,2012;Li et al,2016)、浙閩盆地(李祥輝等,2009)。

    李祥輝等(2009)通過野外觀察識(shí)別出浙江和福建白堊紀(jì)中期紅層盆地中三類古土壤,分別為黏質(zhì)古土壤、鈣質(zhì)古土壤和鐵質(zhì)古土壤,分別對(duì)應(yīng)濕潤—半濕潤,干旱—半干旱和亞熱帶半干旱氣候,其中福建連城早白堊世古土壤(均口組或沙縣組下部)被認(rèn)為是鐵質(zhì)古土壤,代表亞熱帶半干旱氣候,對(duì)沙縣組上部晚白堊世古土壤沒有詳細(xì)說明。福建晚白堊世地層主要為紅色碎屑沉積,其中同樣發(fā)育古土壤。對(duì)古土壤特征的認(rèn)識(shí)有助于準(zhǔn)確理解古環(huán)境,為古氣候重建奠定基礎(chǔ)。福建連城紅層盆地是白堊系沙縣組主要分布地區(qū),本研究以福建連城縣典型的紅層剖面為基礎(chǔ),通過野外觀察和土壤微結(jié)構(gòu)等方法總結(jié)古土壤特征,并分析古土壤形成時(shí)的古環(huán)境。

    1 材料與方法

    1.1 研究區(qū)地質(zhì)背景

    白堊紀(jì)晚期受燕山運(yùn)動(dòng)的影響,中國東南浙閩粵沿海形成高大海岸山脈(圖1),長約3500 —4000 km,寬可達(dá)500 km(Chen,1987,2000)。高大山脈阻擋了來自于太平洋的暖濕氣流,使山脈西側(cè)內(nèi)陸趨向干旱化,主要為熱帶或亞熱帶干熱環(huán)境,局部或形成沙漠(江新勝和李玉文,1996)。山地隆升加快了物理風(fēng)化,在內(nèi)陸盆地形成厚層紅色碎屑巖沉積,以砂礫巖、砂巖、粉砂巖為主,在福建西部形成沙縣組和崇安組,相當(dāng)于廣東的丹霞組和浙江的方巖組。

    圖1 晚白堊世早期中國及相鄰區(qū)域古地理(根據(jù)Chen(1987)、Amiot et al(2015)修改)Fig. 1 Paleogeography of China and surrounding areas in early Late Cretaceous (modified after Chen (1987), Amiot et al (2015))

    已有多種方法確定沙縣組的年代框架,古地磁顯示福建西部沙縣組為晚白堊世(森永速男等,1999),古緯度約24.9°N(森永速男等,1999),比現(xiàn)在位置稍靠南,處于亞熱帶范圍。上杭縣沙縣組古地磁年齡為105 — 85 Ma(胡聯(lián)浩等,1990),為晚白堊世早期—中期,閩西紅層盆地孢粉和植物化石顯示沙縣組為晚白堊世早中期(鄭芬和黎文本,1986;梁詩經(jīng)等,2006),根據(jù)火山巖鋯石U-Pb定年,閩西赤石群的沙縣組介于115 — 93 Ma,其上伏崇安組可能晚于~100 Ma(李祥輝等,2018)。綜上,福建西部沙縣組為晚白堊世早中期。

    1.2 地層和樣品

    福建白堊系地質(zhì)單元以政和—大埔(廣東)為界,以東主要為火山堆積地層,以西為碎屑沉積地層(福建省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1996)(圖2a),上白堊統(tǒng)的沙縣組和崇安組以紅色碎屑巖為主(圖2b)。崇安組以紅色礫巖和砂礫巖為主(圖2c),顆粒較粗,主要為山間盆地洪積或沖積相沉積,是丹霞地貌主要的造景地層。下覆沙縣組以紅色粉砂、砂和黏土互層為主要特征(梁詩經(jīng)等,1992),夾薄層礫石層和砂礫層(圖2c),易受風(fēng)化侵蝕。冠豸山(GZS)剖面(25°42′18″N,116°46′01″E,海拔376 m)位于龍巖市連城縣縣城以東約2 km(圖2a),冠豸山景區(qū)外圍,是典型的白堊系沙縣組地層(圖2c)。此剖面為鈣質(zhì)粉砂巖和砂巖互層,與沙縣組上部特征一致(圖2c)。另外,沙縣組和崇安組界線在此剖面東北約1 km處,推斷冠豸山剖面處于沙縣組中上部(圖2c)。

    圖2 福建白堊系紅層分布及其巖性地層Fig. 2 Distribution and lithology of Cretaceous red beds in Fujian

    冠豸山剖面共15.8 m,北東—南西走向(20°),地層傾角為25°,為紅色鈣質(zhì)粉砂與砂巖互層(圖3)。冠豸山剖面以粉砂為主,呈現(xiàn)7層砂巖層,厚薄不一,砂巖層下部通常為高頻薄層沉積,砂巖層抗風(fēng)化強(qiáng),向外突出,砂巖層間的粉砂層易風(fēng)化,疏松,粉砂層無明顯沉積層理。野外每間隔10 — 40 cm不等間距采樣,粉砂層采樣密而砂巖層采樣稀疏,共采66個(gè)樣品(G1 — G66),樣品在室內(nèi)自然晾干備測。另采集若干塊狀樣品,用于制作土壤薄片。

    圖3 福建連城GZS剖面Fig. 3 Field images of GZS section in Liancheng

    1.3 實(shí)驗(yàn)方法

    用X熒光光譜儀(Epsilon 3 XLE)測地球化學(xué)常量元素含量,測量精度≥95%,測試結(jié)果以氧化物形式表示,采用壓片法測試,具體測試流程和方法參見呂鑌等(2016)。使用ICP-MS測量部分樣品的稀土元素(REE)。古土壤薄片制備參見Fitzpatrick(1984)、Tate and Retallack(1995)。為防止黏土遇水膨脹致使樣品表面粗糙和破碎,樣品切割和打磨過程中需用煤油,而不是水。實(shí)驗(yàn)在福建師范大學(xué)完成。

    2 結(jié)果和討論

    2.1 古土壤的識(shí)別和類型

    土壤形成和發(fā)育過程中伴隨生物(如植物根和動(dòng)物潛穴)的參與和理化性質(zhì)的改變(如粒度、結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的分異),這些特征是判斷古土壤的主要依據(jù),可以通過野外觀察、土壤薄片微結(jié)構(gòu)識(shí)別古土壤。野外觀察是識(shí)別古土壤最基礎(chǔ)的方法,主要觀察植物根跡、土壤發(fā)生層、土壤結(jié)構(gòu)(Retallack,1988)。土壤形成過程中動(dòng)物(如蚯蚓)活動(dòng)的洞穴被沉積物或黏土填充,也是判斷古土壤的重要依據(jù),根跡時(shí)常與蟲孔伴生(李祥輝等,2009)。古土壤中的蟲孔、根孔與水中沉積物中的蟲孔(如螃蟹洞穴)、根孔(如紅樹林)不同,可結(jié)合沉積物特征區(qū)分。長期處于水下的沉積物呈現(xiàn)灰色或黑色等還原顏色,而氧化環(huán)境中的古土壤多表現(xiàn)為紅色。沉積與成壤是兩個(gè)相對(duì)的過程,土壤的發(fā)育是對(duì)原沉積特征(如沉積層理)的破壞和物質(zhì)成分改造的過程,形成土壤發(fā)生層,土壤發(fā)生層之間的界限是過渡的、逐漸變化的,不同于沉積層理截然分明的界限。古土壤中A層主要表現(xiàn)為植物根跡和動(dòng)物潛穴,通常為古土壤表層;B層表現(xiàn)為土壤結(jié)構(gòu)性特征(Bw)、黏土富集(Bt)、鈣質(zhì)淀積(Bk,鈣結(jié)核層)等;C層表現(xiàn)為母質(zhì)成分或殘留沉積層理。土壤發(fā)育過程中形成不同的土壤結(jié)構(gòu)體,如粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、團(tuán)塊結(jié)構(gòu)、柱狀結(jié)構(gòu)等;土壤細(xì)顆粒黏土濕時(shí)膨脹、干時(shí)收縮,干濕作用產(chǎn)生擠壓而在其表面形成光滑的黏土滑擦面或擦痕,是土壤結(jié)構(gòu)的重要特征之一。在較濕潤的土壤中常出現(xiàn)黏土膠膜或鐵錳膠膜,這些都是判斷古土壤的重要依據(jù)。

    根據(jù)根跡、土壤發(fā)生層和土壤結(jié)構(gòu),初步識(shí)別出GZS剖面中的古土壤(圖4)。GZS剖面中古土壤發(fā)育較弱,厚度較小,根跡較為細(xì)小,常與蟲孔伴生,根跡邊緣較彎曲,尾端較細(xì)。蟲孔邊緣平直,常為圓柱狀。GZS古土壤部分發(fā)育Bw層,無明顯黏化層(Bt)和鈣積層(Bk),黏土滑擦面在GZS部分古土壤中較為普遍。GZS剖面共識(shí)別出10個(gè)古土壤剖面,大部分古土壤出現(xiàn)在粉砂層,處于粉砂層和砂層交界處的古土壤部分被侵蝕,如7.6 m和1.2 m處古土壤A層部分被侵蝕,野外可見明顯的侵蝕面。

    在顯微鏡下呈現(xiàn)的微結(jié)構(gòu)和礦物組成有助于判斷古土壤(Brewer,1976),薄片觀察進(jìn)一步證實(shí)對(duì)古土壤和沉積層的判斷(圖5)。在粉砂層,粉砂級(jí)石英顆粒均勻地分布在黏土顆粒之間,石英顆粒之間或接觸或分離,黏土顆粒并沒有定向排列,說明這些黏土顆粒可能不是成壤過程中形成的,反映出古土壤發(fā)育程度弱。GZS剖面中蟲孔和根孔普遍,通常被后期沉積物所填充,圖5a中蟲孔先被粉砂級(jí)石英顆粒填充,之后在上部又填充了黏土。圖5b中根孔被后期石英顆粒填充。圖5c清晰地顯示水平層理被部分破壞,保留沉積層理,說明雖有古土壤發(fā)育,但發(fā)育程度弱。圖5d顯示石英顆粒密集分布,部分相連,中部有砂級(jí)石英顆粒。薄片觀察證實(shí)粉砂級(jí)顆粒是剖面中主要的粒級(jí)組分,且粉砂顆粒粒徑相對(duì)均一,石英顆粒棱角明顯。

    根據(jù)古土壤發(fā)育特征,依據(jù)中國土壤系統(tǒng)分類(龔子同,1999)和美國土壤系統(tǒng)分類(Soil Survey Staff,2014),GZS剖面古土壤主要分為兩類,一類是雛形土(中國土壤系統(tǒng)分類)或始成土(美國土壤系統(tǒng)分類),如古土壤PS1 — PS4、PS7、PS9、PS10。這類古土壤發(fā)育有Bw層,通常表現(xiàn)為黏土滑擦面,黏土含量隨深度加深并沒有顯著富集,沒有形成黏化層(淋溶土),是GZS剖面中最主要的古土壤類型。另一類是新成土(中國土壤系統(tǒng)分類,美國土壤系統(tǒng)分類),如古土壤PS5、PS6、PS8,這類古土壤薄,發(fā)育弱,殘留層理明顯。雖然GZS剖面主要為鈣質(zhì)膠結(jié),但并沒有形成明顯的鈣結(jié)核淀積層,不作為干旱土。

    2.2 古土壤地化元素遷移

    土壤發(fā)育過程中伴隨地球化學(xué)元素遷移,引起不同化學(xué)元素在垂直方向上淋失或富集。Brimhall et al(1991)、Brimhall et al(1992)提出成壤可以看作是物理(如擠壓)、化學(xué)(如地化元素遷移)和生物(如動(dòng)植物活動(dòng))等綜合作用的結(jié)果,并用地球化學(xué)元素模型定量描述這些成壤過程,如方程(1)、(2)所示:

    式中:V為體積,ρ為密度,C為元素或化合物質(zhì)量比例(%),i為風(fēng)化過程中的穩(wěn)定化合物或元素(在此為TiO2),j為風(fēng)化元素或化合物(如SiO2、Al2O3等),p為母質(zhì),w為風(fēng)化物質(zhì)。

    土壤地球化學(xué)元素在垂直方向上的變化是相對(duì)于母質(zhì)而言的,以風(fēng)化過程中穩(wěn)定元素i(如Ti)為基準(zhǔn),由于可遷移物質(zhì)的流失或富集使穩(wěn)定元素Ti的相對(duì)含量發(fā)生變化,TiO2相對(duì)于母質(zhì)的體積變化表示為應(yīng)變量(strain)?i,w(方程(1)),母質(zhì)?i,w= 0,成壤?i,w<0(收縮),沉積?i,w>0(膨脹)。某種元素或化合物相對(duì)于母質(zhì)的質(zhì)量變化表示為質(zhì)量遷移(mass transport)τj,w(方程(2)),母質(zhì)τj,w= 0,τj,w<0表示元素j較母質(zhì)質(zhì)量降低,而τj,w>0表示元素j質(zhì)量較母質(zhì)增加,成壤過程中大部分元素質(zhì)量降低,τj,w<0,但也有部分元素在成壤過程中質(zhì)量比例增加。

    GZS剖面古土壤地球化學(xué)元素變化見圖4和表1。在識(shí)別出的10個(gè)古土壤剖面中,?Ti均小于零,表明成壤過程中垂直方向上發(fā)生元素遷移。大部分古土壤發(fā)育過程中地化元素質(zhì)量降低,τj,w<0,部分元素質(zhì)量比例增加(如Al、Fe3+、K、Mg)(圖4),如氧化環(huán)境使Fe3+增加,埋藏作用使K含量增加(Sheldon and Tabor,2009),土壤形成過程中風(fēng)積物可能是部分元素質(zhì)量增加的原因。τj,w和?i,w隨深度的變化總體上表現(xiàn)為漸變特征,反映自上而下的風(fēng)化成壤過程。另外,相對(duì)于古土壤母質(zhì),τj,w和?i,w在垂直方向上的變化并不大,特別是PS3 — PS6和PS8。說明古土壤發(fā)育程度并不強(qiáng),與野外觀察和薄片觀察的古土壤特征基本一致。

    2.3 古土壤形成的古環(huán)境

    GZS紅層沉積物主要為粉砂顆粒,薄片微結(jié)構(gòu)顯示粉砂顆粒粒徑均一,分選性好,棱角顯著,磨圓度差(圖5),與風(fēng)成沉積顆粒相似(劉東生,1985)。GZS紅層與黃土高原典型風(fēng)積黃土(Liang et al,2009)和安徽宣城近源風(fēng)成沉積(Hao et al,2010;Qiao et al,2011)有 相 似 的REE分布特征(圖6a),說明GZS樣品與后兩者相似,沉積前經(jīng)過充分的混合,與風(fēng)成沉積相似。因此,GZS紅層中存在一定量的風(fēng)成沉積組分。與典型風(fēng)成沉積不同,GZS紅層中風(fēng)積組分只是其中的一部分,同時(shí)存在暫時(shí)性流水搬運(yùn)帶來的砂級(jí)粗顆粒,如圖5d中的砂級(jí)石英顆粒。白堊紀(jì)晚期東南地區(qū)高大海岸山脈阻擋來自海洋的暖濕氣流是造成福建西部內(nèi)陸干旱化的重要原因(Chen,1987,2000),干旱化使風(fēng)成沉積越發(fā)普遍。因?yàn)镚ZS紅層顆粒以粉砂為主,不同于粗粒的風(fēng)成砂,也沒有風(fēng)成砂的交錯(cuò)層理,其中的風(fēng)成沉積組分可能與粉塵沉積相似。然而,GZS紅層中的風(fēng)成沉積與典型黃土沉積存在明顯差異,典型黃土沒有沉積層理,GZS剖面圖中的層理是流水搬運(yùn)風(fēng)積物再次沉積而成,磁性礦物特征同樣顯示存在再次搬運(yùn)沉積的現(xiàn)象(呂鑌等,2019)。由于紅色碎屑沉積物形成于強(qiáng)氧化環(huán)境,赤鐵礦是主要的致色礦物(劉秀銘等,2014),因此,流水搬運(yùn)是短暫的,并非典型的河流沉積。紅色碎屑沉積之后,暴露在地表經(jīng)歷一定程度的成壤過程,形成古土壤。風(fēng)成沉積可能一直存在,物源相對(duì)穩(wěn)定,只是不同時(shí)期搬運(yùn)動(dòng)力條件差異形成砂層和粉砂層。古土壤形成過程中可能也伴隨一定的風(fēng)成沉積,是個(gè)別古土壤某些地球化學(xué)元素(如Al和Fe)質(zhì)量比例相對(duì)于母質(zhì)有所增加的重要原因(Brimhall et al,1991;Brimhall et al,1992)(圖4)。地化參數(shù)比值K2O / Al2O3與TiO2/ Al2O3關(guān)系圖(圖6b)顯示不同物源的沉積物分布(Hao et al,2010),據(jù)此可知GZS紅層既不同于黃土高原長距離搬運(yùn)的風(fēng)積黃土,也不同于亞熱帶近源黃土沉積,其物源有待進(jìn)一步研究。

    圖5 GZS剖面古土壤微結(jié)構(gòu)特征Fig. 5 Paleosol micromorphology of GZS section

    表 1 GZS 古土壤剖面的常量元素地球化學(xué)Tab. 1 Geochemical data of GZS paleosol profiles

    圖4 連城GZS剖面古土壤剖面及其地球化學(xué)元素遷移Fig. 4 Paleosol sequences and strain and mass transport with depth (all element values are in mole unit)

    結(jié)合野外觀察、土壤微結(jié)構(gòu)和地球化學(xué)元素遷移,在GZS剖面識(shí)別出兩類古土壤共10個(gè)古土壤剖面,同時(shí)確定其古土壤發(fā)育較弱的總體特征,其古土壤發(fā)育程度遠(yuǎn)不及黃土高原西峰古土壤(Liang et al,2009)和亞熱帶風(fēng)成黃土-古土壤(Han et al,2019)。另一方面,GZS紅層沉積物的地化分析顯示出中等風(fēng)化程度,風(fēng)化指數(shù)(CIA)平均值約為80(圖6c,表1),且砂層和粉砂層風(fēng)化指數(shù)相似,高于黃土高原西峰黃土-古土壤,略低于亞熱帶風(fēng)成黃土-古土壤。對(duì)比可知,GZS剖面古土壤發(fā)育較弱與沉積物風(fēng)化較強(qiáng)是不一致的,這種不一致說明紅層沉積之前已經(jīng)歷了相當(dāng)程度的風(fēng)化,沉積之后相對(duì)干旱的古氣候使古土壤發(fā)育較弱。顯然,此紅層沉積和古土壤發(fā)育不同于風(fēng)成黃土-古土壤。對(duì)于黃土而言,源區(qū)粉塵化學(xué)風(fēng)化程度弱,沉積后在間冰期暖濕氣候條件下古土壤發(fā)育較強(qiáng),古土壤發(fā)育程度與沉積區(qū)古氣候變化是一致的,是古氣候重建的基礎(chǔ)。然而,GZS紅層化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度與古土壤發(fā)育程度不一致,故不能直接用沉積物化學(xué)風(fēng)化參數(shù)反映此地古環(huán)境和古氣候。在此情況下,古土壤發(fā)育特征是理解古氣候和古環(huán)境的重要載體。GZS剖面中的古土壤發(fā)育弱,雖然黏土滑擦面反映氣候的干濕變化,但總體沒有形成黏化層和鈣結(jié)核層,說明氣候干旱,降水較少。鈣結(jié)核通常形成于干旱—半干旱土壤,干濕交替的氣候條件促進(jìn)鈣結(jié)核的形成和淀積,在土壤中為鈣積層(Bk)。鈣結(jié)核的淀積深度與年均降水量正相關(guān),鈣結(jié)核的淀積厚度與季節(jié)最大降水量正相關(guān),能應(yīng)用于古降水重建(Retallack,2005)。GZS剖面古土壤發(fā)育中沒有出現(xiàn)明顯的鈣結(jié)核淀積,一方面可能氣候干旱,沒有發(fā)生顯著的鈣淋溶淀積,另一方面也可能由于沉積較快,成壤時(shí)間短,鈣質(zhì)淀積不顯著。推測此階段以短期集中降水為主,形成沉積層理,與白堊紀(jì)中期亞熱帶干旱氣候(對(duì)應(yīng)鐵質(zhì)古土壤)(李祥輝等,2009;Li et al,2013)相比更加干旱,在總體干旱的背景下以短期集中降水為主。

    圖6 連城GZS剖面地球化學(xué)特征及與風(fēng)成黃土-古土壤的對(duì)比Fig. 6 GZS geochemical characterization and its comparison with aeolian loess-paleosol

    關(guān)于紅層是否反映古氣候,反映什么樣的古氣候爭論已久(Krynine,1949;Walker,1967;van Houten,1973;Sheldon,2005),紅層中古土壤特征是檢驗(yàn)其古氣候的重要手段(Sheldon,2005)。如果紅色是次生色,即隨著古土壤發(fā)育形成,如黃土沉積之后發(fā)育紅色氧化型古土壤,那么紅層的風(fēng)化強(qiáng)度與古土壤發(fā)育強(qiáng)度一致,二者結(jié)合可重建古氣候。如果紅色是原生色,即沉積前已是紅色,經(jīng)歷了較強(qiáng)的風(fēng)化再沉積,沉積后成壤作用弱,古土壤發(fā)育強(qiáng)度與紅層本身的風(fēng)化強(qiáng)度不一致,如本文的GZS紅層,需依賴古土壤認(rèn)識(shí)古氣候,例如:對(duì)于干旱—半干旱型古土壤,可根據(jù)古土壤中鈣結(jié)核淀積深度和厚度重建古降水(Mao et al,2019)??梢姡磐寥朗羌t層古氣候和古環(huán)境認(rèn)識(shí)的重要手段。

    3 結(jié)論

    白堊紀(jì)晚期福建西部發(fā)育眾多紅層盆地,連城盆地GZS剖面是晚白堊世沙縣組典型地層,通過對(duì)GZS剖面中古土壤的系統(tǒng)研究,得出以下結(jié)論:

    (1)根據(jù)野外觀察根跡、蟲孔和土壤發(fā)生層次,結(jié)合微結(jié)構(gòu)和地化元素遷移,在GZS剖面中識(shí)別出兩類古土壤(新成土和始成土)共10個(gè)古土壤剖面。

    (2)GZS古土壤總體發(fā)育弱,沒有形成黏化層和鈣結(jié)核層,黏土顆粒沒有形成定向排列,大部分古土壤相對(duì)于母質(zhì)地球化學(xué)元素垂直遷移較小。

    (3)GZS紅層中包含河流沉積和一定量的風(fēng)成沉積組分,風(fēng)成粉砂沉積物經(jīng)短暫流水搬運(yùn)再次沉積,形成沉積層理,沉積之后在地表經(jīng)歷成壤過程,發(fā)育古土壤??赡芘c黃土高原遠(yuǎn)源沉積的黃土和南方亞熱帶近源沉積的黃土存在不同的物源。

    (4)GZS紅層沉積物化學(xué)風(fēng)化程度較高,與古土壤發(fā)育弱不一致,說明紅層碎屑沉積物在沉積之前已經(jīng)歷了相當(dāng)程度的風(fēng)化,沉積之后干旱環(huán)境使古土壤發(fā)育弱,不能直接利用沉積物化學(xué)風(fēng)化參數(shù)反映古氣候或古環(huán)境,需借助古土壤特征。GZS古土壤反映福建西部晚白堊世早中期總體干旱的特征,可能以短期集中降水為主。古土壤是認(rèn)識(shí)紅層古氣候和古環(huán)境的重要依據(jù)。

    致謝:感謝美國俄勒岡大學(xué)Gregory Retallack教授參與討論。

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