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(zhǎng)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(jí)；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(shí)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(cè)年結(jié)果主要集中于0.85~0.4 Ma，對(duì)應(yīng)亞洲夏季風(fēng)異常強(qiáng)盛時(shí)期[5-7]，化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)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(duì)應(yīng)北亞熱帶下蜀組[9]。早期一些研究認(rèn)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(zhǎng)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(zhǎng)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(yuǎn)源多源區(qū)物質(zhì)高度混合搬運(yùn)堆積的觀點(diǎn)[3,17-18]。可見，南方風(fēng)塵堆積的物源方面尚有爭(zhēng)議，加積型紅土物源問題的研究對(duì)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(diǎn)，很大程度上因保留了母巖信號(hào)而被用于物源示蹤研究。如臺(tái)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(zhǎng)江上游支流比長(zhǎng)江中下游支流對(duì)長(zhǎng)江干流物源輸入的貢獻(xiàn)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(shí)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(qiáng)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(duì)物源判別的影響，且風(fēng)化信號(hào)主要富集于細(xì)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(jí)組分的穩(wěn)定元素開展物源研究，以削弱細(xì)粒級(jí)組分中風(fēng)化信息對(duì)物源判別的干擾。其示蹤結(jié)果認(rèn)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(yuǎn)程物源也有一定貢獻(xiàn)，而且隨氣候漸趨變干涼的過程遠(yuǎn)程物源的貢獻(xiàn)增加。重礦物主要富集在＞20 μm 粒級(jí)，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(jìn)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(dá)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(gè)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(duì)JL剖面進(jìn)行了ESR測(cè)年工作，測(cè)年材料為石英粉晶，E'心壽命試驗(yàn)、U、Th、K2O含量及年劑量率（AD∕Gy）均符合ESR 測(cè)年要求，第⑥~⑧層共獲得4個(gè)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(zhǎng)虹大道、南京老虎山等剖面網(wǎng)紋減弱或停滯的時(shí)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(gè)樣品進(jìn)行重礦物鑒定，并對(duì)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(shí)驗(yàn)方法如下：先將樣品烘干稱重，用鋁制圓形流浪盤進(jìn)行粗淘，并用三溴甲烷進(jìn)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(jī)選取10個(gè)視域進(jìn)行礦物鑒定，并取其平均值來減小分析誤差。每個(gè)重礦物樣品鑒定顆粒數(shù)不低于600粒，然后計(jì)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(cè)試采用LAICP-MS 分析完成。激光剝蝕使用New Wave UP-213激光燒蝕進(jìn)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(jìn)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(jìn)行同位素比值及元素含量的計(jì)算，普通鉛的校正采用了Andersen[33]給出的方法。實(shí)驗(yàn)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(jì)算及諧和圖利用Isoplot4.0 處理，并作圖。對(duì)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(duì) 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(gè)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(dú)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(gè)別樣品中且含量低，文中將不做分析。

將22 個(gè)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(zhǎng)江沿岸砂質(zhì)沉積的風(fēng)成證據(jù)以及與現(xiàn)代長(zhǎng)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(chǎng)（HGSC）的長(zhǎng)江沿岸風(fēng)成砂樣品為潛在的遠(yuǎn)、近程物源分析對(duì)比樣，通過對(duì)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(zhǎng)江沿岸風(fēng)成砂（35.50%），電氣石含量也較北方黃土和長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)含量與湖口紅光沙場(chǎng)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(dú)居石等少見礦物的含量與北方黃土及湖口紅光沙場(chǎng)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(duì)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(gè)等級(jí)[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?jī)H為2.37%和2.51%。與潛在端元樣品相比，與長(zhǎng)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(gè)樣品的重礦物相對(duì)含量進(jìn)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(xì)節(jié)上仍有一定差異。

北方黃土和湖口紅光沙場(chǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)江風(fēng)成砂、北方黃土重礦物特征指數(shù)對(duì)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(gè)已知端元樣品之間的相似程度。計(jì)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(dá)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(jì)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(duì)含量；Xjk為樣品j的指標(biāo)k的重礦物相對(duì)含量。cosθ值越接近1，則說明兩個(gè)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(zhǎng)江沿岸風(fēng)成砂樣品為端元1和端元2，計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(dá)0.76 和0.74，均顯示兩者有相似的物源，并且更傾向于長(zhǎng)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(huì)與原生礦物混合在一起，對(duì)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(qiáng)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(jìn)行其他思路的驗(yàn)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(hào)樣品中的鋯石呈無色、粉色、玫瑰色，粒徑長(zhǎng)軸以20~60 μm 為主，個(gè)別達(dá)80 μm，延長(zhǎng)系數(shù)（長(zhǎng)∶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(zhǎng)距離的搬運(yùn)，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(hào)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(hào)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(hào)樣品位于JL剖面第⑧層，為黃棕色土樣品。對(duì)jl-877樣品的100顆鋯石進(jìn)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(xiàn)[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(hào)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(duì)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(cè)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(gè)區(qū)間年齡峰值較強(qiáng)，由強(qiáng)到弱依次為150~330 Ma、＜65Ma、70~130 Ma、680~870 Ma、390~570 Ma；后兩個(gè)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(qiáng)。對(duì)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(qiáng)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(gè)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(qiáng)，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(qiáng)于JJ-02；3）如表5 所示，150~350 Ma 和390~570 Ma 兩個(gè)年齡峰值段的鋯石顆粒數(shù)百分比相差較大，前一個(gè)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(duì)比

搬運(yùn)沉積過程一般不會(huì)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(zhǎng)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(jìn)行對(duì)比研究，對(duì)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(jìn)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(gè)鋯石年齡弱峰，與長(zhǎng)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(hào)更趨向于長(zhǎng)江沉積物。有研究認(rèn)為，長(zhǎng)江沉積物太古宙鋯石含量很少，主要來自揚(yáng)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(yáng)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(qiáng)、呈多峰現(xiàn)象。其中最強(qiáng)峰值均位于150~350 Ma，對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)江沉積物和北方黃土200~300 Ma 鋯石的源區(qū)完全不同。長(zhǎng)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)峨眉山火成巖省（ELIP）、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(xiàn)有關(guān)[48-49]；而北方黃土200~350 Ma 鋯石的貢獻(xiàn)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(cè)長(zhǎng)江沉積物等近源物質(zhì)貢獻(xiàn)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(zhǎng)江沉積物及北方黃土的物源關(guān)系不大。

除最強(qiáng)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(zhǎng)江沉積物中有明顯表現(xiàn)，北方黃土中卻較弱（圖5）。長(zhǎng)江沉積物中該年齡段的鋯石來源則與揚(yáng)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(yáng)子克拉通發(fā)生碰撞，750~830 Ma 巖漿頻繁活動(dòng)的結(jié)果[52-53]。70~130 Ma 年齡峰也僅見于長(zhǎng)江沉積物中，北方黃土則缺失，而長(zhǎng)江流域白堊紀(jì)鋯石主要來自揚(yáng)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(zhǎng)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(qiáng)，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(duì)比樣品來看，長(zhǎng)江武漢段、贛江段沉積物及北方黃土的390~570 Ma 峰值較強(qiáng)，而長(zhǎng)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(gè)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(xiàn)增加。Yanget al.[54]認(rèn)為長(zhǎng)江沉積物中＜65 Ma的鋯石主要來源于青藏高原，可以指示長(zhǎng)江貫通的時(shí)間。但也有研究表明，長(zhǎng)江沉積物中新生代鋯石主要出現(xiàn)在長(zhǎng)江金沙江段和長(zhǎng)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(yuǎn)。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(qiáng)趨勢(shì)[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(xiàn)增加。

為了更好的分析南方加積型紅土是長(zhǎng)江源還是北方源，同時(shí)考慮到長(zhǎng)江支流贛江及長(zhǎng)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(zhǎng)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(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)0.44 Ma以來的風(fēng)塵堆積與綜合后的長(zhǎng)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(zhǎng)江沉積物可能是長(zhǎng)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(rèn)為次生風(fēng)化信息主要富集于細(xì)粒組分，而粗粒組分則更多地記錄物源信號(hào)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(qiáng)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(xì)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(duì)該剖面粉砂粒級(jí)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(qiáng)，導(dǎo)致北方遠(yuǎn)源粉塵在黃棕色土物源貢獻(xiàn)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(jí)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(shí)間較長(zhǎng)，能被風(fēng)力攜帶至高空并做遠(yuǎn)距離傳輸[61-62]，往往被看做遠(yuǎn)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(jí)（4~63 μm）樣品的穩(wěn)定地球化學(xué)元素來進(jìn)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(xiàn)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(qiáng)，北方遠(yuǎn)程物源的貢獻(xiàn)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]?？梢姡琂L 剖面0.44 Ma以來的加積型紅土中不排除北方遠(yuǎn)程物源的影響，但信號(hào)可能體現(xiàn)在4~20 μm 粒級(jí)組分中。要想解譯南方風(fēng)塵沉積中來自北方物源的貢獻(xiàn)，有必要對(duì)該粒級(jí)做更加細(xì)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(zhǎng)江沉積物的物質(zhì)貢獻(xiàn)有關(guān)。

從長(zhǎng)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(duì)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(jìn)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(qiáng)大的夏季風(fēng)帶來充足的降水，長(zhǎng)江谷地拓寬，流域內(nèi)侵蝕量增加，大量碎屑物質(zhì)沿長(zhǎng)江干支流搬運(yùn)至中下游地區(qū)堆積；冰期時(shí)長(zhǎng)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(qiáng)盛時(shí)期，長(zhǎng)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(shí)裸露的長(zhǎng)江谷地及河漫灘地；但不排除北方粉塵的貢獻(xiàn)，其貢獻(xiàn)量可能富集于4~20 μm組分，有待于進(jìn)一步細(xì)致的工作。

5 結(jié)論

通過對(duì)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(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)江沉積物為端元進(jìn)行物源指數(shù)計(jì)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(zhǎng)江源；與長(zhǎng)江沿岸風(fēng)成砂樣品間的相似度指數(shù)cosθ 值可達(dá)0.76 和0.74，亦支持長(zhǎng)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(qiáng)，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(zhǎng)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(xiàn)有關(guān)，但貢獻(xiàn)不顯著。JL剖面0.44 Ma以來加積型紅土的物源主要是長(zhǎng)江源。

（4）與該剖面粉砂粒級(jí)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(jí)效應(yīng)。因此，我們推測(cè)0.44 Ma以來南方風(fēng)塵加積型紅土以近源物質(zhì)貢獻(xiàn)為主，粉塵主要源自長(zhǎng)江谷地裸露的河漫灘；但不排除北方物源貢獻(xiàn)的可能性，其貢獻(xiàn)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(jìn)一步細(xì)致的工作和更多定量化分析工作的檢驗(yàn)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！