0.44 Ma 以來南方風(fēng)塵加積型紅土物源分析：重礦物和碎屑鋯石年代學(xué)證據(jù)

張曉，朱麗東，李鳳全，馬楨楨，熊文婷，賈佳，王琳怡

浙江師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江金華 321004

0 引言

中亞熱帶加積型紅土主要分布于長江以南28°~31°N之間的丘陵崗地、河流高階地及沉積盆地邊緣的坡麓地區(qū)，其母質(zhì)均一，富含風(fēng)塵粒級；REE、Sm-Nd同位素、石英砂粒度分布及石英顆粒表面形態(tài)等證據(jù)[1-3]均證實其風(fēng)成特性，且具有邊沉積邊風(fēng)化的加積特性[4]，是中低緯度地區(qū)開展第四紀(jì)環(huán)境變化研究的良好沉積載體。加積型紅土自下而上劃分為網(wǎng)紋紅土、均質(zhì)紅土、黃棕色土等沉積單元，年代學(xué)及典型剖面環(huán)境記錄研究一致表明，網(wǎng)紋紅土形成始于早更新世，中更新世最發(fā)育，測年結(jié)果主要集中于0.85~0.4 Ma，對應(yīng)亞洲夏季風(fēng)異常強盛時期[5-7]，化學(xué)風(fēng)化強烈[8]，被視為南方中更新世標(biāo)準(zhǔn)地層[9]；而0.4 Ma以來氣候逐漸趨向干涼，網(wǎng)紋化過程變?nèi)醪u漸停滯，紅化程度也明顯降低，上覆黃棕色沉積，可對應(yīng)北亞熱帶下蜀組[9]。早期一些研究認為，南方加積型紅土，特別是剖面上段的黃棕色土在物質(zhì)組成上與北方黃土相似，它們之間存在物質(zhì)繼承關(guān)系[10-11]，是北方粉塵南侵的結(jié)果[12]。近年來，一些研究表明下蜀黃土由近源粉塵堆積而成[13-14]，長江沿岸和鄱陽湖周邊砂質(zhì)—粉塵沉積的物源也有類似的結(jié)論，長江、贛江、鄱陽湖區(qū)裸露的河湖沉積物提供了大量粉塵[15-16]。還有一些學(xué)者持近、遠源多源區(qū)物質(zhì)高度混合搬運堆積的觀點[3,17-18]?？梢?，南方風(fēng)塵堆積的物源方面尚有爭議，加積型紅土物源問題的研究對理解該地區(qū)0.4 Ma以來風(fēng)塵沉積分布格局及古氣候演化具有重要意義。

重礦物具有耐磨蝕，易保存等特點，很大程度上因保留了母巖信號而被用于物源示蹤研究。如臺灣山溪性河流及福建境內(nèi)閩江、九龍江等中小型河流沉積物的重礦物組合主要受控于流域基巖性質(zhì)[19-20]；利用重礦物示蹤的方法，分辨出長江上游支流比長江中下游支流對長江干流物源輸入的貢獻更大[21-22]；泰國灣西部表層沉積物重礦物組合揭示出陸源和自生源特征[23]；張青松等[24]采用重礦物與元素示蹤相結(jié)合的方法，揭示出騰格里地區(qū)白堿湖鉆孔1.8 Ma、1.2~0.6 Ma 時段沉積物中來自青藏高原東北緣的碎屑物質(zhì)明顯增加，響應(yīng)了青藏高原第四紀(jì)期間的階段性隆升。近年來，碎屑鋯石U-Pb 定年技術(shù)也成為沉積物源區(qū)示蹤研究的有力工具[25-27]。南方紅土化學(xué)風(fēng)化強烈，粒度組成、穩(wěn)定元素及比值、REE 等物源示蹤方法都無法避免風(fēng)化對物源判別的影響，且風(fēng)化信號主要富集于細粒組分中。黃穎等[28]嘗試?yán)镁沤貐^(qū)JL加積型紅土剖面粉砂粒級組分的穩(wěn)定元素開展物源研究，以削弱細粒級組分中風(fēng)化信息對物源判別的干擾。其示蹤結(jié)果認為，黃棕色沉積的物源比網(wǎng)紋紅土復(fù)雜，除了近源物質(zhì)外，遠程物源也有一定貢獻，而且隨氣候漸趨變干涼的過程遠程物源的貢獻增加。重礦物主要富集在＞20 μm 粒級，碎屑鋯石U-Pb 定年所選擇的鋯石顆粒也通常＞20 μm，因此，本文在前期工作的基礎(chǔ)上，采用重礦物與鋯石U-Pb年代學(xué)相結(jié)合的方法，進一步探討JL剖面加積型紅土的物源問題，為其物源研究提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 研究剖面

研究剖面（JL）位于江西省九江市廬山北麓（圖1a），距九江市區(qū)約5 km，地理坐標(biāo)29°42′02″N，116°01′42″E，厚度18.46 m，未見底。剖面通體質(zhì)地均一，以粉砂（4~63 μm）為主，含量達70%左右，砂（＞63 μm）含量極低，不足2%，未見流水作用痕跡。根據(jù)沉積物顏色、沉積結(jié)構(gòu)、土壤學(xué)性質(zhì)、網(wǎng)紋形態(tài)等特性，自下而上劃分為8 個地層單元（圖1b）。中下部第①~⑤層（18.46~4.46 m）為網(wǎng)紋紅土，層內(nèi)網(wǎng)紋形態(tài)、結(jié)構(gòu)、基質(zhì)色等存在一定差異；上部第⑥~⑧層（4.46~0 m）為黃棕色土沉積，第⑥和第⑧層為黃土狀沉積，第⑦層為淺紅色古土壤，含鐵錳膠膜。

⑥、⑦兩層（4.46~1.20 m）發(fā)育淺灰色弱網(wǎng)紋，可視為網(wǎng)紋黃棕色土。第⑥層（4.46~3.16 m）整體呈亮黃棕（10YR 6∕6、10YR 6∕8）至濁黃橙（10YR 7∕4），裂隙發(fā)育且被黑色膠膜填充。第⑦層（1.20~3.16 m）呈亮黃棕（10YR 6∕8、10YR 7∕6）至橙（7.5YR 6∕6、7.5YR 6∕8），3.08~3.16 m處富集黑褐色球狀鐵錳結(jié)核，粒徑多在0.5~1.5 mm；第⑧層（0~1.20 m）為黃棕色土，呈亮黃棕（10YR 6∕6、10YR 6∕8）至濁黃橙（10YR 7∕4），質(zhì)地均一，不含網(wǎng)紋，土質(zhì)較疏松，見現(xiàn)代植物根系。朱麗東[4]早年對JL剖面進行了ESR測年工作，測年材料為石英粉晶，E'心壽命試驗、U、Th、K2O含量及年劑量率（AD∕Gy）均符合ESR 測年要求，第⑥~⑧層共獲得4個有效年齡（圖1b），第⑥層底界年齡為0.44 Ma，之后網(wǎng)紋明顯減弱乃至停滯。與安徽宣城、九江南湖村、九江長虹大道、南京老虎山等剖面網(wǎng)紋減弱或停滯的時間大致相似（表1）。因此，JL剖面網(wǎng)紋黃棕色土和黃棕色土形成于0.44 Ma B.P.以來。

圖1 JL 紅土剖面地理位置、地層單元及ESR 測年結(jié)果Fig.1 Location, lithostratigraphy and ESR dating results of JL red earth section

表1 中國南方風(fēng)塵堆積無網(wǎng)紋或弱網(wǎng)紋層底界年代Table 1 Age of bottom boundary of non-reticulated or weakly reticulated eolian deposits in South China

1.2 實驗方法

在JL 剖面0~4.46 m 第⑥~⑧層段內(nèi)以20 cm 間隔選取22 個樣品進行重礦物鑒定，并對及碎屑鋯石U-Pb定年均由河北廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)公司完成。實驗方法如下：先將樣品烘干稱重，用鋁制圓形流浪盤進行粗淘，并用三溴甲烷進行輕重礦物分離，分離出來的重礦物部分用乙醇反復(fù)沖洗，將沖洗后的重礦物部分放入恒溫烘箱烘干備用；之后將分離出來的重礦物部分放在雙目鏡下采用條帶法隨機選取10個視域進行礦物鑒定，并取其平均值來減小分析誤差。每個重礦物樣品鑒定顆粒數(shù)不低于600粒，然后計算出每種礦物所占百分含量。

鋯石U-Pb同位素定年和微量元素測試采用LAICP-MS 分析完成。激光剝蝕使用New Wave UP-213激光燒蝕進樣系統(tǒng)，質(zhì)譜儀為Agilent 7900 型四極桿等離子體質(zhì)譜儀。激光光束直徑為25 μm，激光能量密度10 J∕cm2，剝蝕頻率10 Hz。使用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)進行同位素比值校正，標(biāo)準(zhǔn)鋯石Plesovice（337 Ma）為監(jiān)控盲樣。采用Glitter4.0軟件進行同位素比值及元素含量的計算，普通鉛的校正采用了Andersen[33]給出的方法。實驗得出的同位素比值和同位素年齡的誤差（標(biāo)準(zhǔn)偏差）均在1σ 水平。年齡計算及諧和圖利用Isoplot4.0 處理，并作圖。對于≥1 000 Ma 樣品，由于含大量放射性成因的Pb，采 用207Pb∕206Pb 年 齡 值；對 于＜1 000 Ma 樣 品，采用206Pb∕238U的年齡值。

2 重礦物特征

2.1 重礦物類型及含量

JL剖面0.44 Ma以來22個樣品共鑒定出19種重礦物，包括鋯石、白鈦石、金紅石、銳鈦礦、電氣石、鈦鐵礦、赤褐鐵礦、綠簾石、榍石、黃鐵礦、石榴子石、磁鐵礦、輝石、角閃石、獨居石、磷灰石、透閃石、磷釔礦、海綠石，其中磷灰石、透閃石、磷釔礦、海綠石只出現(xiàn)個別樣品中且含量低，文中將不做分析。

將22 個樣品的重礦物含量按黃棕色土（YB）和網(wǎng)紋黃棕色土（YBV）兩類樣品進行統(tǒng)計，結(jié)果如表2所示。兩類樣品均以白鈦石、赤褐鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦和磁鐵礦等不透明礦物占主導(dǎo)，含量均值分別為57.35%、60.31%，其次是鋯石、金紅石、銳鈦礦、電氣石、綠簾石、輝石等，屬常見重礦物類型，平均含量介于1%~20%；兩類樣品的鋯石和綠簾石含量存在比較明顯的差異，網(wǎng)紋黃棕色土樣品的鋯石含量（16.49%）明顯高于黃棕色土（9.15%），相反，黃棕色土樣品的綠簾石含量（12.68%）明顯高于網(wǎng)紋黃棕色土（2.77%）。鑒于前人提供了長江沿岸砂質(zhì)沉積的風(fēng)成證據(jù)以及與現(xiàn)代長江河谷漫灘沉積物物源一致的證據(jù)[35-36]，本文以北方黃土[34]和采自湖口附近紅光沙場（HGSC）的長江沿岸風(fēng)成砂樣品為潛在的遠、近程物源分析對比樣，通過對比發(fā)現(xiàn)JL 剖面黃棕色土和網(wǎng)紋黃棕色土兩類樣品的不透明礦物含量明顯高于北方黃土（27.76%）和長江沿岸風(fēng)成砂（35.50%），電氣石含量也較北方黃土和長江沿岸風(fēng)成砂樣品偏高；綠簾石含量則明顯低于北方黃土（28.70%）和長江沿岸風(fēng)成砂（22.41%）。其他礦物類型的比較來看，鋯石、金紅石、銳鈦礦、石榴子石和輝石的相對含量與湖口紅光沙場風(fēng)成砂樣品較為相似，除石榴子石外含量均明顯高于北方黃土；榍石、角閃石、獨居石等少見礦物的含量與北方黃土及湖口紅光沙場風(fēng)成砂樣品相比也有一定偏差，特別是角閃石含量明顯低于北方黃土。

表2 0.44 Ma以來加積型紅土重礦物類型及相對含量（%）Table 2 Content of heavy minerals in red earth aggradation since 0.44 Ma (%)

根據(jù)重礦物易風(fēng)化程度或穩(wěn)定性，重礦物可劃分為極穩(wěn)定、穩(wěn)定、較不穩(wěn)定、不穩(wěn)定四個等級[37]。按重礦物穩(wěn)定性做三角圖得到圖2，黃棕色土和網(wǎng)紋黃棕色土兩類樣品均屬穩(wěn)定型。其中，極穩(wěn)定礦物含量最高，分別為52.49%和52.88%；穩(wěn)定礦物含量次之，分別為32.22%和41.49%；較穩(wěn)定礦物分別為12.92%和3.12%；不穩(wěn)定礦物最少，含量僅為2.37%和2.51%。與潛在端元樣品相比，與長江沿岸風(fēng)成砂樣品更相似。

圖2 0.44 Ma 以來加積型紅土重礦物穩(wěn)定性三角圖Fig.2 Ternary diagram of stability of heavy minerals in redearth aggradation since 0.44 Ma

2.2 重礦物組合及特征指數(shù)

重礦物組合能有效反映物源區(qū)或者母巖類型[38]。將JL剖面第⑥~⑧層（0.44 Ma以來）黃棕色沉積的22個樣品的重礦物相對含量進行排序，以排序前四位的重礦物類型作為該樣品的重礦物組合，其結(jié)果表明，黃棕色土樣品的重礦物組合呈現(xiàn)“鈦鐵礦—赤褐鐵礦—綠簾石+α”組合，網(wǎng)紋黃棕色土樣品的重礦物組合呈現(xiàn)“鈦鐵礦—赤褐鐵礦—鋯石+β”組合，α 代表鋯石、金紅石、銳鈦礦、磁鐵礦、電氣石；β代表白鈦石、銳鈦礦、金紅石、電氣石、磁鐵礦。就平均狀況而言，黃棕色土重礦物組合體現(xiàn)為“鈦鐵礦—赤褐鐵礦—綠簾石—鋯石”組合（平均含量依次26.56%、22.02%、12.68%、9.15%），網(wǎng)紋黃棕色土重礦物組合表現(xiàn)為“鈦鐵礦—鋯石—赤褐鐵礦—金紅石”組合（平均含量依次37.21%、16.49%、14.18%、6.11%）。從第⑥層至第⑧層，鈦鐵礦、鋯石含量趨于減少，赤褐鐵礦、綠簾石則趨于增加?？梢?，兩類樣品重礦物組合的主導(dǎo)重礦物類型存在相似性，但細節(jié)上仍有一定差異。

北方黃土和湖口紅光沙場風(fēng)成砂樣品的重礦物組合分別為“角閃石—綠簾石—磁鐵礦—赤褐鐵礦”組合（含量依次33.97%、28.70%、14.72%、11.41%）和“綠簾石—鋯石—鈦鐵礦—銳鈦礦∕白鈦石”組合（含量依次22.41%、22.03%、19.68%、12.24%）。比較而言，北方黃土含有較多的角閃石、綠簾石、赤褐鐵礦和磁鐵礦[39]，來自長江沉積物的風(fēng)成砂樣品含有較多的綠簾石、鋯石、鈦鐵礦、銳鈦礦和白鈦石，JL剖面黃棕色土和網(wǎng)紋黃棕色土重礦物組合與長江沿岸風(fēng)成砂樣品更為相似。

ZTR 和GZi 等穩(wěn)定重礦物比值通常能更好地反映沉積物物源特征[20,40]。ZTR 指數(shù)是指透明礦物中鋯石、金紅石、電氣石含量（ZTR 指數(shù)=鋯石%+電氣石%+金紅石%），值越大表明極穩(wěn)定礦物鋯石、金紅石和電氣石的含量越高，從而指示礦物成熟度。GZi指數(shù)=石榴子石%∕（石榴子石%+鋯石%），對含有石榴子石的母巖（變質(zhì)巖）巖性具有指示作用。從JL剖面黃棕色土和網(wǎng)紋黃棕色土樣品的ZTR、GZi指數(shù)計算結(jié)果來看（表3），雖然兩類樣品間仍有一定差異，ZTR 指數(shù)前者偏低，而GZi 指數(shù)前者偏高，但兩者均與北方黃土差異顯著，而與長江沿岸風(fēng)成砂樣品更為相似。

表3 黃棕色土、網(wǎng)紋黃棕色土、長江風(fēng)成砂、北方黃土重礦物特征指數(shù)對比Table 3 Comparison of heavy mineral characteristic indices for yellowish brown soil, reticular yellowish brown soil, eolian sand of Yangtze River and loessof North China

2.3 重礦物物源判別

物源指數(shù)（PI）和相似度指數(shù)（cosθ）是物源判別的重要方法[41-43]。物源指數(shù)（PI）通常用于判別沉積樣品與兩個已知端元樣品之間的相似程度。計算方法為：式中：Cix是待判別樣品中重礦物i的百分含量；Ci1和Ci2分別為端元沉積物1 和2 中重礦物i的百分含量；range(i)為待判別樣品中重礦物i的極差。PI 值范圍介于0~1，＜0.5 表示待判別沉積物物源與標(biāo)準(zhǔn)端元1更接近，相反其物源則與標(biāo)準(zhǔn)端元2更相似。而相似度指數(shù)主要用于表達任意兩種沉積樣品之間或者是沉積樣品與原巖之間是否具有相似性。常采用夾角余弦法計算，公式為：式中：cosθ為樣品i和樣品j的相似度值；Xik為樣品i的指標(biāo)k的重礦物相對含量；Xjk為樣品j的指標(biāo)k的重礦物相對含量。cosθ值越接近1，則說明兩個沉積物越相似。本文基于JL剖面黃棕色土及網(wǎng)紋黃棕色土兩類樣品的重礦物數(shù)據(jù)，選取北方黃土和長江沿岸風(fēng)成砂樣品為端元1和端元2，計算得到兩類樣品的PI 指數(shù)，并且利用相似度指數(shù)法分別計算兩類樣品與端元1和端元2之間的cosθ值得到表4。

表4 0.44 Ma以來加積型紅土物源指數(shù)計算結(jié)果Table 4 Results of provenance index of red earth aggradation since 0.44 Ma

雖然JL剖面黃棕色土和網(wǎng)紋黃棕色土兩類樣品的重礦物類型、含量、組合特征存在一些差異，但物源指數(shù)PI 值和相似度指數(shù)cosθ值的計算結(jié)果表明，兩類樣品的PI 值均大于0.5，分別為0.73 和0.70，與端元2更相似；兩類樣品與端元1的cosθ值僅為0.41和0.21，但與端元2 的cosθ值可達0.76 和0.74，均顯示兩者有相似的物源，并且更傾向于長江河谷漫灘等近源沉積物。然而有研究揭示，暗色礦物經(jīng)歷風(fēng)化后產(chǎn)生的磁鐵礦、赤褐鐵、鈦鐵礦和白鈦石等次生礦物會與原生礦物混合在一起，對物源分析造成較大的干擾[20]。JL 剖面⑥~⑧三層的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)（CIA）分別為82.67%、83.16%、78.49%[4]，屬中等風(fēng)化強度，故不排除不透明礦物中存在次生成因的磁鐵礦、赤褐鐵礦、鈦鐵礦和白鈦石。鑒于這些不透明礦物為黃棕色土和網(wǎng)紋黃棕色土的主導(dǎo)礦物，物源分析中也不宜剔除，因此有必要進行其他思路的驗證。

3 鋯石年齡

3.1 鋯石形態(tài)及成因

JL剖面黃棕色土jl-877號樣品中的鋯石呈無色、粉色、玫瑰色，粒徑長軸以20~60 μm 為主，個別達80 μm，延長系數(shù)（長∶寬）介于1.2~2.0。多數(shù)粉色、玫瑰色鋯石為不規(guī)則滾圓粒狀，說明他們可能經(jīng)歷了長距離的搬運，而無色鋯石晶體呈次棱角到棱角自形晶，其可能來源于較近的源區(qū)。陰極發(fā)光圖像CL（圖3）顯示，大部分鋯石發(fā)育巖漿震蕩環(huán)帶，表明其巖漿成因[44]。前人研究表明，鋯石因成因不同而具有不同的U、Th 含量，其Th∕U 比值亦不同。巖漿鋯石U、Th 含量高，其Th∕U 比值一般＞0.4；變質(zhì)鋯石Th、U含量低，Th∕U比值一般＜0.1；Th∕U比值介于0.1~0.4的鋯石顆粒，可能反映后期地質(zhì)作用的改造或者變質(zhì)重結(jié)晶作用不徹底[44-45]。jl-877號樣品中大部分鋯石顆粒具有較高的Th∕U 比值（圖3），比值介于0.4~2.65，表明其巖漿成因，這與CL 圖結(jié)果一致；僅有2 顆鋯石Th∕U 比值＜0.1，極少數(shù)的鋯石屬于變質(zhì)成因。

圖3 JL 剖面jl-877 號樣品中代表性鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像以及鋯石Th∕U-年齡關(guān)系圖Fig.3 CL images and Th∕U-age plots from jl-877 sample in JL profile

3.2 碎屑鋯石年代結(jié)果

jl-877號樣品位于JL剖面第⑧層，為黃棕色土樣品。對jl-877樣品的100顆鋯石進行年齡分析，有92顆鋯石U-Pb 年齡數(shù)據(jù)落在諧和線上或者諧和線附近，鋯石U-Pb 年齡諧和度＞90%，僅有8 顆鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)偏離諧和線（圖4a），表明jl-877樣品數(shù)據(jù)諧和度較好，具有可靠性。圖4b 是jl-877 樣品的碎屑鋯石U-Pb年齡譜，網(wǎng)紋黃棕色土樣品的碎屑鋯石UPb 年齡譜（圖4c）引自文獻[46]九江剖面（JJ 剖面，29°42′40.27″N，116°00′13.7″E），該剖面距離本文研究剖面（JL）非常近，地層結(jié)構(gòu)相似，JJ-02號樣品取自JJ 剖面有弱網(wǎng)紋化特征的黃棕色土層內(nèi)，與本文網(wǎng)紋黃棕色土相對應(yīng)。

黃棕色土和網(wǎng)紋黃棕色土樣品的碎屑鋯石UPb 年齡值分布較寬，分別為61~2 537 Ma 和83~3 013 Ma，且呈現(xiàn)多峰的特征，反映沉積物物源的廣泛性和復(fù)雜性。黃棕色土（jl-877）鋯石U-Pb 年齡測試結(jié)果大致呈現(xiàn)5 組年齡區(qū)間，＜130 Ma、150~330 Ma、390~1 000 Ma、1 060~2 100 Ma、2 300~2 600 Ma。前三個區(qū)間年齡峰值較強，由強到弱依次為150~330 Ma、＜65Ma、70~130 Ma、680~870 Ma、390~570 Ma；后兩個區(qū)間年齡峰值較弱，主要出現(xiàn)在1 700~2 100 Ma、2 300~2 600 Ma。網(wǎng)紋黃棕色土（JJ-02）鋯石U-Pb 年齡數(shù)據(jù)[46]主要呈現(xiàn)6 組年齡區(qū)間，分別為＜110 Ma、120~350 Ma、400~530 Ma、680~1 280 Ma、1 400~2 100 Ma、2 400~3 013 Ma。主要年齡峰值為80~110 Ma、150~300 Ma、400~520 Ma、680~870 Ma，其中150~300 Ma 和80~110 Ma 峰值較強。對比jl-877 和JJ-02 樣品的鋯石U-Pb 年齡譜特征，兩者相似度較高。首先是年齡峰值段相似，兩者均在70~130 Ma、150~350 Ma、680~870 Ma 處出現(xiàn)年齡峰高值，年齡峰值由強到弱的排序依次是150~350 Ma、70~130 Ma、680~870 Ma；其次是870~3 013 Ma 區(qū)間兩類樣品年齡峰值均很弱。但兩個樣品間也存在一些差異，主要表現(xiàn)在：1）jl-877 樣品中存在＜65 Ma 年齡峰值，且峰值較強，JJ-02 樣品中則不存在該峰值；2）jl-877 樣 品390~570 Ma 年齡峰明顯強于JJ-02；3）如表5 所示，150~350 Ma 和390~570 Ma 兩個年齡峰值段的鋯石顆粒數(shù)百分比相差較大，前一個峰值段（150~350 Ma）鋯石顆粒百分含量網(wǎng)紋黃棕色土（47.37%）明顯高于黃棕色土（20.65%）、而后一峰值段（390~570 Ma）鋯石顆粒百分含量黃棕色土（14.13%）明顯高于網(wǎng)紋黃棕色土（5.26%）。

表5 黃棕色土和網(wǎng)紋黃棕色土不同年齡區(qū)間鋯石顆粒百分含量（%）Table 5 Content of zircon grains in different age ranges for yellowish brown soiland reticular yellowish brown soil (%)

3.3 與潛在物源區(qū)碎屑鋯石年齡譜對比

搬運沉積過程一般不會引起鋯石年齡特征的變化，因此碎屑鋯石年齡分布可以有效指示沉積碎屑物質(zhì)來源[47]。為了更好地判定0.44 Ma以來加積型紅土的潛在物源區(qū)，選擇長江湖口段和武漢段沉積物、贛江沉積物、北方黃土等樣品已發(fā)表的數(shù)據(jù)[22,25,46,48]進行對比研究，對黃棕色土及網(wǎng)紋黃棕色土的碎屑年齡譜及可能的物源信息進行解讀。

如圖5a、圖5b所示，jl-877和JJ-02樣品古太古代—中元古代鋯石數(shù)量少、年齡峰弱。比較而言，jl-877樣品在1 700~2 100 Ma、2 300~2 600 Ma處存在兩個鋯石年齡弱峰，與長江武漢段（圖5c）、湖口段（圖5d）樣品十分相似；JJ-02 樣品則缺乏1 700~2 100 Ma、2 300~2 600 Ma 弱峰，與贛江段樣品（圖5e）及北方黃土（圖5g）更為相似。鑒于北方黃土在1 000 ~3 500 Ma 弱峰段上鋯石年齡區(qū)間更窄，峰值也更低的特征，jl-877 和JJ-02 樣品在鋯石年齡弱峰段上的信號更趨向于長江沉積物。有研究認為，長江沉積物太古宙鋯石含量很少，主要來自揚子克拉通和華夏地塊內(nèi)部多處太古宙陸殼；古元古代鋯石（1 700~2 100 Ma）Hf 同位素組成與揚子克拉通和華夏地塊相近[48]。

jl-877、JJ-02樣品＜1 000 Ma年齡段鋯石數(shù)量多、年齡峰強、呈多峰現(xiàn)象。其中最強峰值均位于150~350 Ma，對應(yīng)晚泥盆世—侏羅紀(jì)。jl-877和JJ-02樣品該年齡段的鋯石數(shù)量分別占總鋯石數(shù)的20.65%和47.37%。解讀150~350 Ma年齡段發(fā)現(xiàn)，JJ-02以200~300 Ma的二疊紀(jì)—三疊紀(jì)鋯石為主，而jl-877則主要為150~200 Ma侏羅紀(jì)鋯石。長江武漢段、湖口段、贛江段沉積物（圖5c~e）及北方黃土（圖5g）在該年齡段的鋯石分布及年齡峰特征呈現(xiàn)與JJ-02相似的特征。然而有研究表明，長江沉積物和北方黃土200~300 Ma 鋯石的源區(qū)完全不同。長江流域沉積物中200~300 Ma二疊紀(jì)—三疊紀(jì)鋯石主要與川滇貴地區(qū)峨眉山火成巖?。‥LIP）、金沙江縫合帶酸性侵入巖、以及湘江贛江流域二疊紀(jì)花崗巖巖體的物質(zhì)貢獻有關(guān)[48-49]；而北方黃土200~350 Ma 鋯石的貢獻主要來自中亞造山帶[50]。鑒于JJ-02 鋯石粒徑偏粗（40~100 μm），推測長江沉積物等近源物質(zhì)貢獻的可能性更大。jl-877 樣品150~200 Ma 的侏羅紀(jì)鋯石可能與秦嶺造山帶有關(guān)[51]，而與長江沉積物及北方黃土的物源關(guān)系不大。

除最強的150~350 Ma 鋯石年齡峰外，jl-877 與JJ-02 還一致呈現(xiàn)680~870 Ma、70~130 Ma 年齡峰。其中，680~870 Ma 年齡峰在長江沉積物中有明顯表現(xiàn)，北方黃土中卻較弱（圖5）。長江沉積物中該年齡段的鋯石來源則與揚子克拉通內(nèi)部及其邊緣地區(qū)的花崗巖體有關(guān)，是新元古代期間華夏板塊和揚子克拉通發(fā)生碰撞，750~830 Ma 巖漿頻繁活動的結(jié)果[52-53]。70~130 Ma 年齡峰也僅見于長江沉積物中，北方黃土則缺失，而長江流域白堊紀(jì)鋯石主要來自揚子地塊東緣和東南緣及大別山造山帶[51]。再次表明加積型紅土與長江沉積物之間存在物源聯(lián)系。

jl-877 與JJ-02 相比，390~570 Ma 及＜65 Ma 鋯石年齡峰存在顯著差別。前者390~570 Ma 年齡峰較強，且存在新生代＜65 Ma 年齡峰；后者390~570 Ma峰較弱，且不存在新生代＜65 Ma 年齡峰。從對比樣品來看，長江武漢段、贛江段沉積物及北方黃土的390~570 Ma 峰值較強，而長江湖口段沉積物與及北方黃土的新生代＜65 Ma 年齡峰卻非常明顯。jl-877和JJ-02在這兩個年齡段上鋯石的物源傾向不明顯。但網(wǎng)紋黃棕色土至黃棕色土，樣品中新生代鋯石的貢獻增加。Yanget al.[54]認為長江沉積物中＜65 Ma的鋯石主要來源于青藏高原，可以指示長江貫通的時間。但也有研究表明，長江沉積物中新生代鋯石主要出現(xiàn)在長江金沙江段和長江下游段，它們之間的江段則缺失。湖口段出現(xiàn)新生代鋯石可能與及下?lián)P子板塊出露的新生代玄武巖有關(guān)[48]。而北方黃土新生代鋯石的源區(qū)相距JL剖面太遠。JL剖面位于秦嶺—大別山造山帶東南下風(fēng)方向，網(wǎng)紋黃棕色土至黃棕色土又指示冬季風(fēng)增強趨勢[55-56]，來自秦嶺—大別山造山帶以及下?lián)P子板塊的北方粉塵有可能為JL剖面0.44 Ma以來的加積型紅土提供物源，且黃棕色土較網(wǎng)紋黃棕色土北方物源的貢獻增加。

為了更好的分析南方加積型紅土是長江源還是北方源，同時考慮到長江支流贛江及長江干流湖口段、武漢段沉積物碎屑鋯石U-Pb 年齡譜存在一定差異，本文綜合長江湖口段、武漢段沉、贛江南昌段沉積物的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)，得到圖5f，并與北方黃土鋯石U-Pb年齡譜（圖5g）進行對比，發(fā)現(xiàn)0.44 Ma以來的風(fēng)塵堆積與綜合后的長江沉積物碎屑鋯石U-Pb年齡譜更加相似，均表現(xiàn)出比較明顯的＜65 Ma、70~160 Ma、200~300 Ma、390~570 Ma 和680~880 Ma 等，這與前文鋯石U-Pb年齡譜和重礦物相似度指數(shù)分析結(jié)果一致。

4 JL 剖面0.44 Ma 以來加積型紅土物源討論

基于JL 剖面0.44 Ma 以來加積型紅土的重礦物組成和碎屑鋯石U-Pb 年齡譜特征，裸露的長江沉積物可能是長江以南加積型紅土的主要粉塵源區(qū)，但黃棕色土與網(wǎng)紋黃棕色土相比，增加了來自秦嶺—大別山造山帶的北方物源。然而，環(huán)境信息的解譯存在粒度效應(yīng)[57-59]。有研究認為次生風(fēng)化信息主要富集于細粒組分，而粗粒組分則更多地記錄物源信號和源區(qū)風(fēng)化狀況[60]。JL 剖面0.44 Ma 以來黃棕色沉積的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)（CIA）介于77%~84%，為中等風(fēng)化強度。而重礦物和碎屑鋯石主要富集在粗粒組分中，單粒礦物和碎屑鋯石的粒徑多在20 μm以上，某種程度上消除了細粒組分，特別是濕熱條件下＜2 μm化學(xué)風(fēng)化組分的干擾，物源判別結(jié)果有一定可靠性，這與黃穎等[28]針對該剖面粉砂粒級樣品的穩(wěn)定元素地球化學(xué)物源示蹤的研究結(jié)論也較為相似，即0.44 Ma 以來亞熱帶地區(qū)氣候漸趨干涼，東亞冬季風(fēng)不斷增強，導(dǎo)致北方遠源粉塵在黃棕色土物源貢獻中的比例增加。所不同的是，黃穎等的結(jié)果更傾向于混合源，而本文的結(jié)果更傾向于近源，究其原因還是與粒級效應(yīng)有關(guān)。

就粉塵沉積而言，＜20 μm 組分可以在空中懸浮時間較長，能被風(fēng)力攜帶至高空并做遠距離傳輸[61-62]，往往被看做遠源粉塵的示蹤組分。如利用該組分穩(wěn)定元素地球化學(xué)特征示蹤下蜀黃土的物源，發(fā)現(xiàn)其與北方黃土的物質(zhì)聯(lián)系并不密切[13,63]?？紤]到＜20 μm 組分中包含風(fēng)化信息，且JL 剖面0.44 Ma以來黃棕色沉積的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)CIA值（77%~84%）明顯高于下蜀黃土（66%~76%）[64]和北方黃土（63~68%）[65]，加之九江JL 紅土剖面上段的黃棕色沉積的粘粒含量較高（25.45%）、砂粒含量極少（1.28%），黃穎等[28]選擇該剖面粉砂粒級（4~63 μm）樣品的穩(wěn)定地球化學(xué)元素來進行物源示蹤，結(jié)果得出網(wǎng)紋紅土層段以近源物質(zhì)貢獻為主，黃棕色土則體現(xiàn)混合源的特征，且隨冬季風(fēng)逐漸增強，北方遠程物源的貢獻增加?，F(xiàn)代氣象資料亦表明，北方粉塵可以輸移至30°N以南地區(qū)，粉塵粒徑主要集中于2~16 μm，其中4~16 μm 組分的含量約占61%[66-68]。可見，JL 剖面0.44 Ma以來的加積型紅土中不排除北方遠程物源的影響，但信號可能體現(xiàn)在4~20 μm 粒級組分中。要想解譯南方風(fēng)塵沉積中來自北方物源的貢獻，有必要對該粒級做更加細致的研究。而本文基于重礦物組成和碎屑鋯石年齡的物源示蹤證據(jù)，充分表明加積型紅土中＞20 μm組分的物質(zhì)與近源長江沉積物的物質(zhì)貢獻有關(guān)。

從長尺度氣候記錄來看，0.44 Ma 正直中布容氣候轉(zhuǎn)型期。中布容事件（MBE）為全球性氣候轉(zhuǎn)型事件，對應(yīng)MIS12∕MIS11，主要表現(xiàn)為0.43 Ma以來全球冰量的顯著增加[69]以及冰期—間冰期氣候反差的進一步增大[70]。該階段氣候系統(tǒng)的變化在深海沉積[71]、南極Vostok 和Dome C 冰芯[72-73]、中國黃土[74-76]中均有記錄。近年來，我國中低緯度南海ODP1143C 孔[77]、蘇北盆地XH-2 孔[78]、成都平原勝利紅土剖面[79]中也發(fā)現(xiàn)了該事件的記錄。中布容事件以來，間冰期強大的夏季風(fēng)帶來充足的降水，長江谷地拓寬，流域內(nèi)侵蝕量增加，大量碎屑物質(zhì)沿長江干支流搬運至中下游地區(qū)堆積；冰期時長江水量減少、水位下降，有大面積碎屑物質(zhì)裸露于地表，加之，秦嶺自中更新世以來快速抬升[80]產(chǎn)生大量侵蝕碎屑，在冬季風(fēng)強盛時期，長江沉積物及來自秦嶺地區(qū)的侵蝕碎屑可以為下風(fēng)向的粉塵堆積提供豐富的物源。

綜上所述，JL剖面0.44 Ma以來的黃棕色沉積的物源應(yīng)該以近源粉塵為主，粉塵主要來源于冰期時裸露的長江谷地及河漫灘地；但不排除北方粉塵的貢獻，其貢獻量可能富集于4~20 μm組分，有待于進一步細致的工作。

5 結(jié)論

通過對江西九江JL 加積型紅土剖面上段0.44 Ma 以來黃棕色沉積的重礦物組成及碎屑鋯石U-Pb定年研究，初步得到以下結(jié)論：

（1）JL剖面上段22個加積型樣品共鑒定出19種重礦物。重礦物組成均以不透明礦物為主，且以鋯石、金紅石、銳鈦礦、電氣石、綠簾石、輝石等為常見重礦物，重礦物穩(wěn)定度高。但黃棕色土和網(wǎng)紋黃棕色土兩類樣品的鋯石和綠簾石含量存在差異，前者鋯石含量（9.15%）明顯低于后者（16.49%），而綠簾石含量（12.68%）則明顯高于后者（2.77%）。

（2）黃棕色土和網(wǎng)紋黃棕色土極穩(wěn)定礦物和穩(wěn)定礦物含量較高，分別為52.49%和52.88%，32.22%和41.49%，明顯高于北方黃土（17.77%、19.21%），與長江風(fēng)成砂（55.93%、20.15%）較為相似。兩類樣品ZTR 指數(shù)和GZi 指數(shù)分別為47.53 和0.10，72.73 和0.06 略高于風(fēng)成砂（43.65 和0.02），而明顯不同于北方黃土（8.42 和0.47）。以北方黃土和長江沉積物為端元進行物源指數(shù)計算，黃棕色土和網(wǎng)紋黃棕色土的PI值分別為0.73和0.70，偏長江源；與長江沿岸風(fēng)成砂樣品間的相似度指數(shù)cosθ 值可達0.76 和0.74，亦支持長江源的結(jié)論。

（3）典型樣品鋯石年齡峰多且分布范圍廣，＜65 Ma、70~130 Ma、150~300 Ma、390~570 Ma 以及680~870 Ma等處年齡峰強，870~3 013 Ma年齡峰弱，特別是70~130 Ma、200~300 Ma、390~570 Ma、680~870 Ma、870~3 013 Ma 等年齡峰與長江沉積物相應(yīng)年齡峰吻合度高。＜65 Ma、150~200 Ma 年齡段鋯石多出現(xiàn)在黃棕色土樣品中，且可能與秦嶺造山帶的貢獻有關(guān)，但貢獻不顯著。JL剖面0.44 Ma以來加積型紅土的物源主要是長江源。

（4）與該剖面粉砂粒級穩(wěn)定元素地球化學(xué)物源示蹤結(jié)果（混合源）相比并不完全一致，這可能意味加積型紅土的物源存在粒級效應(yīng)。因此，我們推測0.44 Ma以來南方風(fēng)塵加積型紅土以近源物質(zhì)貢獻為主，粉塵主要源自長江谷地裸露的河漫灘；但不排除北方物源貢獻的可能性，其貢獻量可能富集于4~20 μm組分。本文的研究結(jié)論來自有限的數(shù)據(jù)分析，期待進一步細致的工作和更多定量化分析工作的檢驗或修正。

致謝 感謝審稿專家和編輯部給予本文的意見和建議，使得本文得以完善！