杨文光，朱利东，罗虹，刘娟，张岩

（成都理工大学沉积地质研究院，成都 610059）

川西漳腊黄土地层与气候变化

杨文光，朱利东，罗虹，刘娟，张岩

（成都理工大学沉积地质研究院，成都 610059）

川西高原风成黄土广泛分布，其中漳腊盆地黄土剖面厚约9.5 m。根据磁化率、粒度和地层特征，并通过与金川黄土和甘孜黄土剖面的对比，可将漳腊黄土地层划分为冰后期S0古土壤、末次冰期L1复合黄土、末次间冰期S1复合古土壤、倒数第二冰期L2黄土等4个地层单位，其中L1复合黄土可细分为L1L1、L1S1、L1L2、L1S2和L1L3等5个次级地层单位，S1复合古土壤又可细分为S1S1、S1L1、S1S2、S1L2和S1S3等5个次级地层单位。通过磁化率曲线与SPECMAP氧同位素曲线对比，结合地层剖面特征和前人认识，初步认为漳腊盆地黄土沉积开始于150 ka±。漳腊黄土磁化率、粒度曲线的波动旋回很好地对应了黄土-古土壤风尘堆积序列，记录着该区约150 ka以来的气候变化，本区自150 ka以来共经历了6次以冬季风占主导地位的时期和6次夏季风强盛时期。

漳腊黄土；磁化率；粒度；古气候；川西高原

川西高原位于青藏高原与四川盆地的过渡地带，主要受印度季风和高原季风的影响，是研究青藏高原隆升和气候效应的典型地区[1～3]。川西高原上的黄土分布广泛，主要保存在各种地貌面上[4～6]，其厚度变化较大，具明显风成黄土特征[7]。对厚层连续的黄土-古土壤序列作全面的深入研究，对探讨高原东部季风演化模式及其与周边地区气候变化之间的关系具有重要意义，能为过去全球变化研究提供重要的信息和启示。目前对川西高原黄土的研究主要集中于甘孜地区[1～5,8～13]，其气候演化阶段基本可以和深海氧同位素曲线对比，与同期印度洋季风变化存在极高的一致性，但其他地区的黄土研究少见报道。近年来中国北方风成堆积序列的研究成果表明，黄土-古土壤序列磁化率曲线作为东亚夏季风变迁的代用指标和中国北方地区大陆古气候的记录模式，可以与深海沉积氧同位素记录和极地冰心记录建立良好的对比关系[14～19]。前人研究表明，川西高原黄土-古土壤序列不仅能反映高原冬、夏季风的强度变化,而且还能比较连续完整地记录了青藏高原东部季风的演化过程[1～2,12～13]。本文通过对川西高原漳腊盆地黄土地层及其磁化率、粒度记录的分析，初步探讨川西高原漳腊黄土记录的古气候变化。

1 研究材料与方法

川西高原漳腊黄土剖面位于四川省松潘县漳腊镇空心砖场旁，位于岷江上游三级阶地之上，为空心砖场挖掘的直立陡崖剖面，GPS位置为32°48' 05.9''N，103°38'39.5''E，海拔约3 030 m（图1）。野外观察到6层褐红色古土壤，整个剖面沉积连续、无间断。古土壤钙质胶结较强，呈块状，部分铁质含量多，颜色偏铁红色，疏松多孔。

漳腊盆地黄土剖面可见厚度为9.5 m，根据出露剖面的沉积物颜色及岩性特征等，并结合磁化率特征，自上而下分成14层（图2）。剖面描述如下：

野外对漳腊黄土剖面以10 cm间隔进行取样，共采集样品94个。样品处理具体步骤如下：（1）将黄土样品置于低于37℃的干燥箱内烘干；（2）将烘干样在陶瓷研钵中轻轻研磨至粉末状，混合均匀，以不损坏自然颗粒为度；（3）在电子天平上称取10 g±的粉末样品，称重后用聚乙烯薄膜包裹，置于10 ml容量的圆柱形聚乙烯样品盒中，压实、密封；（4）在低频（0.47 kHz）和高频（4.7 kHz）条件下分别进行磁化率测量，各测量三次取其平均值，并计算质量磁化率和频率磁化率。所用仪器为英国Bartington公司产MS2型双频磁化率仪，其分析误差约为±1%。粒度样品分析经去有机质(加H2O2煮沸)、去CaCO3(加HCl煮沸),静置12 h使其充分沉淀,加六偏磷酸钠在超声波振荡仪里振荡10 min使其充分分散后，在Beckman Coulter LS230型全自动激光粒度分析仪上进行测试，分析误差＜1%。以上测试项目的预处理和测试完成于同济大学海洋地质国家重点试验室。

目前对于黄土的年龄模式主要采用“磁化率年龄模型”[18]和“粒度年龄模型”[19]，众多学者利用“磁化率年龄模型”和“粒度年龄模型”高分辨率的确定地层沉积时间,并在国际国内发表了大量高水平的文章[18～22]，但就这两种年龄模型的相对准确性而言,磁化率年龄模型高于粒度年龄模型[23]。本文采用磁化率年龄模型，将黄土磁化率曲线与SPECMAP氧同位素曲线[24]加以对比，建立了漳腊黄土剖面的年龄模式（图2）。通过对本区地质调查研究，漳腊黄土的底部为砾石层，而赵小麟等对漳腊盆地川主寺东岷江东岸的传子沟砾岩顶部黄土底部的热释光测年157.6±1.18 ka[25]，虽然研究剖面未见底，通过沉积速率结合赵小麟等的认识，推测漳腊黄土年龄为150ka±。

图1 研究区交通位置图Fig.1Location of study area

2 漳腊黄土磁化率、粒度特征

计算后的低频磁化率与频率磁化率的深度投点如图3所示，根据磁化率特征变化，结合粒度中值粒径和粗颗粒组分变化特征，由下至上划分成四个阶段：

（1）剖面底部～1.9 m，磁化率波动略微明显，其值大部分在1×10-8～4×10-8m3·kg-1范围内动，有1个样品磁化率超过了4×10-8m3·kg-1，平均值为2.44×10-8m3·kg-1，磁化率值较低。本阶段下部波动比较平稳，中部略有上升，上部曲线波动明显，在深度1.6m附近达到峰值。该阶段频率磁化率较小，变化较大，但是波动不明显。粒度中值粒径介于5.0～19.76 μm之间，整体趋势略有增加，＞45μm波动较明显。

（2）1.9～4.4 m，总体上磁化率比上一阶段明显增大，磁化率曲线波动十分强烈，最大值为10.26× 10-8m3·kg-1，最小值为0.97×10-8m3·kg-1，平均值为3.42×10-8m3·kg-1。将三个峰值相比较，发现顶、底部的峰值较高，而中间的峰值相对较低，其峰值分别为7.65×10-8m3·kg-1、10.26×10-8m3·kg-1和4.5× 10-8m3·kg-1。在深度2.2 m附近出现最高值。曲线变化趋势从下到上为高-低-高-低-高，照此变化趋势，可将其划分为三峰两谷的两个半的小旋回。该阶段频率磁化率变化不甚明显，也呈现出三峰两谷的变化趋势。而粒度中值粒径和＞45μm颗粒含量呈现相反的变化趋势，为两谷三峰的变化趋势，而且波动较明显。

图2 漳腊黄土磁化率曲线与SPECMAP氧同位素曲线对比图Fig.2Variations ofmagnetic susceptibilityofZhangla loess and comparison with SPECMAP δ18O

（3）4.4～8.3m，本阶段磁化率值总体下降，下部波动比较平稳，磁化率值大都分布在0.97×10-8～10.55× 10-8m3·kg-1之间，平均值为3.47×10-8m3·kg-1，中部和上部波动明显。从下到上出现了由低-高-低-高-低的两个小旋回，分别在中上部的6.7 m和7.9 m深度附近达到峰值，其值分别为9.22×10-8m3·kg-1和10.55×10-8m3·kg-1。该阶段频率磁化率与质量磁化率变化趋势基本一致，早期波动明显，晚期波动不明显，且晚期有上升的趋势。粒度中值粒径和45μm颗粒含量波动较大，比质量磁化率表现出更为明显的变化趋势，其中该阶段晚期粒度中值粒径较小。

（4）8.3～9.3 m，本阶段磁化率值较高，均超过了4×10-8m3·kg-1，曲线波动比较明显，与前几个阶段曲线高频低幅的变化相比，这里的曲线变化相对来说显示出高幅低频的变化趋势。最大值为9.14× 10-8m3·kg-1，最小值为5.04×10-8m3·kg-1，平均值为6.47×10-8m3·kg-1。在深度8.5 m附近达到了峰值。该阶段频率磁化率较大，而且波动不明显。粒度中值粒径和＞45 μm颗粒含量波动较大，其中中值粒径较小，＞45 μm颗粒含量在9 m处发生突变。

从漳腊盆地空心砖场黄土剖面的磁化率和粒度曲线变化看，曲线呈6个峰值段和6个谷值段交替波动，在每一个旋回中，波峰段对应着古土壤层，波谷段对应着黄土层；在同一个旋回中，古土壤与下伏黄土之间磁化率值的变化为渐变关系，并呈低幅高频锯齿状错动，而在相邻的旋回之间，即黄土与下伏古土壤层之间呈突变关系，所有可以识别的古土壤层其磁化率值都明显地比其母质黄土有所增强，显示峰值。对比发现，磁化率曲线和黄土-古土壤序列基本上一一对应，说明磁化率、粒度对古气候确有指示意义（图3）。将漳腊盆地黄土和甘孜、金川黄土对比，发现漳腊黄土的剖面沉积序列与金川黄土、甘孜黄土的剖面沉积序列能很好的相对应（图4），磁化率的变化趋势具有可比性。根据野外剖面的岩性特征和磁化率值，并参照黄土高原的黄土地层单位和磁化率标定年龄，可将漳腊黄土作以下划分：冰后期S0古土壤（深度8.3～9.0 m），末次冰期L1黄土（深度4.4～8.3 m）、末次间冰期S1古土壤（深度1.9～4.4 m）、倒数第二冰期L2黄土（深度0～1.9 m）。依据地层岩石学特征和磁化率值变化特征，末次冰期L1黄土可细分为L1L1、 L1S1、L1L2、L1S2和L1L3等5个次级地层单位，末次间冰期S1古土壤又可细分为S1S1、S1L1、S1S2、S1L2和S1S3等5个次级地层单位。

图3 漳腊黄土质量磁化率、频率磁化率、中值粒径和＞45μm粒径含量变化Fig.3Variations ofmass magnetic susceptibility,frequencymagnetic susceptibility,median grain size and＞45μmparticles content ofZhangla loess

图4 漳腊黄土与金川黄土[26]、甘孜黄土[1]地层与磁化率对比图Fig.4Strata and magnetic susceptibilitycomparison ofZhangla loess,Jinchuan loess and Ganzi loess

3 磁化率、粒度指示的古气候变化

黄土磁化率是近年来研究发现的能反映气候环境变化的物理参数，已经作为古气候代用指标用于海陆古气候对比与全球环境变化研究[14～17]。研究表明磁化率不仅是分辨剖面中古土壤、黄土及其发育程度的实验标志，而且在恢复古气候冷暖转换和古环境变迁方面也具有重要的指示意义[27～28]，古土壤高磁化率值指示了温湿气候，而黄土的低磁化率值指示了干冷的气候[14]。虽然目前对黄土-古土壤磁化率形成的机制还存在很多争论，但是磁化率作为夏季风演化的代用指标得到了广泛的应用，实践证明它也能较好地应用于川西高原黄土-古土壤指示的高原夏季风强度变化[1～3]。漳腊黄土剖面中黄土层均对应于磁化率曲线的低值，而古土壤层均对应于磁化率曲线的高值，规律性十分明显。研究表明，黄土、古土壤磁化率值主要取决于粒径≤0.001 mm的铁磁性矿物（磁铁矿、磁赤铁矿等）颗粒的丰度，黄土、古土壤的成土或成壤作用强度使原有的及新生的微细铁磁性矿物颗粒丰度增高是主要原因，而其强度又取决于气候环境[29]，因此古土壤高磁化率值指示了成壤作用强烈的湿热气候环境，而黄土低磁化率值指示了成土作用弱的干冷气候环境，黄土-古土壤磁化率变化是区域古气候变化的直接反映，常被作为区域夏季风变迁的代用指标。

对黄土高原黄土粒度的研究，认为其粒度大小与分布，主要受东亚古季风的控制，东亚古季风的强弱,不仅直接影响风尘堆积时的粒度大小与分布,而且影响黄土沉积后所受的风化作用大小,进而影响黄土的粒度大小与分布；因此，黄土、古土壤的粒度可以作为冬季风强度的较好的指标[30～33]，其中常用的主要有中值粒径、平均粒径、粗颗粒含量、粗细颗粒比值等几种方法。对于风积粉尘而言,中值粒径可反映搬运动力的强弱[34]。由于高原东部降尘主要为高原冬季风所为[33,35]，中值粒径和粗颗粒含量可作为高原冬季风强弱的代用指标，即冬季风越强，中值粒径越大，粗颗粒含量越高[35]。

漳腊黄土剖面磁化率曲线的波动旋回很好地对应了黄土-古土壤风尘堆积序列，高值段对应的地层代表了较为温暖湿润的成壤时期，而低值段对应的是气候较为干冷时期的风尘黄土堆积与弱成壤作用。黄土层堆积时，气候总体上为干冷，夏季风较弱，而古土壤发育时，夏季风强度增加。根据磁化率曲线变化特征，结合粒度中值和粗颗粒组分变化特征，可分成4个阶段：

（1）第1阶段（150～130 ka，深度0～1.9 m）：倒数第二冰期，磁化率值较低，波动略微明显，气候寒冷干燥，该阶段粒度波动明显，但与磁化率并不呈明显的反相关。

（2）第2阶段（130～73 ka，深度约1.9～4.4 m）：末次间冰期，与MIS5相当。磁化率曲线显示出“三峰两谷”的特征，S1S3、S1S2和S1S1分别与深海氧同位素阶段5a、5c、5e相对应，S1L2、S1L1与深海氧同位素阶段5b和5d相对应。S1S1、S1S2和S1S3的磁化率值高，表明上述时期夏季风势力强大，冬季风较弱。黄土层S1L1、S1L2的出现代表冬季风曾两次增强。总之，在本阶段，夏季风势力强大，气候温暖湿润。粒度记录与磁化率结果基本一致，但是信息更加丰富，可能具有区域性特点。

（3）第3阶段（73～12ka，深度约4.4～8.3m）：末次冰期，总的来说磁化率值较低，磁化率曲线变化起伏大，说明气候较为干冷，但又经历了小的旋回又可分为三个小阶段：①末次冰期早冰阶（73～59 ka，深度约4.4～6.2 m），相当于MIS4，磁化率值迅速减小，反映冬季风较强，磁化率值较低，推断出本期以冬季风占主导地位，气候偏冷；②末次冰期间冰阶（59～24 ka，深度约6.2～7.9 m），相当于MIS3，可分为3个时期。早期即L1S2，磁化率值高，说明夏季风加强，但其峰值低于L1S1，说明此时夏季风强度较L1S1弱。中期（深度约6.8～7.3 m），磁化率值降低，显示冬季风迅速加强，气候干冷，形成L1L2黄土层。晚期（深度约7.3～7.9 m）夏季风再次加强，形成L1S1古土壤层，磁化率接近全剖面的最高水平，其高值比全新世还高，反映出夏季风较强，说明当时水热组合可能优于全新世，这需要更多证据来证实;③末次冰期晚冰阶（24～12 ka，深度约7.9～8.3 m）：相当于MIS2。磁化率较小，表明冬季风较强大，气候干旱寒冷。这点与粒度记录基本一致。

（4）第4阶段（12 ka以来，深度约8.3～9.0 m）：全新世，与MIS1对应。磁化率值逐渐增强，反映夏季风逐步加强，古土壤发育程度明显，但也有一个明显的下降，可能与全新世早期变冷事件有关。

漳腊黄土剖面磁化率、粒度特征揭示无论暖期还是冷期，基本上皆呈低幅高频的锯齿状波动，表明岷江上游地区大的气候旋回中存在着较频繁气候冷暖波动。从磁化率、粒度曲线和黄土剖面沉积特征来看，本区共经历了6次以冬季风占主导地位的时期和6次夏季风强盛时期。漳腊黄土磁化率曲线可以很好的跟深海氧同位素对比，自末次间冰期以来分别对应于深海氧同位素5、4、3、2、1阶段，说明漳腊黄土-古土壤序列记录的气候演变与全球气候变化是一致的，但漳腊黄土磁化率表现出更明显的波动，说明其气候变化可能既有全球气候环境的反映，也可能有区域性气候特点。另外磁化率记录与粒度记录存在不一致的情况，可能也说明了冬季风相对夏季风的增强并不意味着夏季风一定减弱，冬夏季风是可以同时增强的，可能只是二者增加的幅度有所差异[22]。

4 结论

本文通过对川西高原漳腊黄土剖面的野外观察和描述，结合室内磁化率、粒度分析，通过与邻区金川黄土和甘孜黄土的对比，主要得出以下几点认识：

（1）通过磁化率曲线与氧同位素曲线及甘孜黄土磁化率曲线加以对比，结合黄土地层剖面沉积特征，根据中国黄土地层学划分并结合前人对本区三级阶地的年龄讨论，初步判定漳腊盆地黄土底部年龄约150 ka。

（2）根据野外剖面的岩石学特征、磁化率和粒度特征，并参照黄土高原的黄土地层单位和磁化率标定年龄，将漳腊黄土作以下划分：冰后期S0古土壤(深度8.3～9.0 m段)，末次冰期L1黄土(深度4.4～8.3 m段)、末次间冰期S1古土壤(深度1.9～4.4 m段)、倒数第二冰期L2黄土(深度0～1.9 m段)。

（3）漳腊黄土磁化率、粒度曲线的波动旋回很好地对应了黄土-古土壤风尘堆积序列，记录着该区约150 ka以来的气候变化。从磁化率、粒度和黄土剖面沉积特征来看，本区自150 ka以来共经历了6次以冬季风占主导地位的时期和6次夏季风强盛时期。漳腊黄土磁化率曲线与深海氧同位素变化趋势的一致性，说明漳腊黄土-古土壤序列记录的气候演变与全球气候变化在大趋势上基本是一致的，但漳腊黄土磁化率表现出更明显的波动，说明其气候变化既有全球气候环境的反映，也可能有区域性气候特点。

参加野外工作的还有姜琳、何大芳等，在实验过程中得到了同济大学海洋地质国家重点实验室郑妍、许士范等的帮助，尤其是郑洪波教授提供经费和实验支持，在此一并致谢。

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Stratigraphy of Zhangla Loess in Western Sichuan Plateau and its Paleoclimatic Change Record

YANG Wen-guang,ZHU Li-dong,LUO Hong,LIU Juan,ZHANG Yan
(InstituteofSedimentaryGeology,Chengdu UniversityofTechnology,Chengdu 610059,China)

Eolian loess is widely distributed on western Sichuan plateau with different thickness.A 9.5 mthick loess profile at Zhangla basin is measured for strata and palaeoclimate research.According to characteristics of strata,grain size and magnetic susceptibility and compared with Jinchuan and Ganzi loess profile,the loess sequence of Zhangla basin can be divided into four stratigraphic units：paleosol S0,loess L1,paleosol S1, loess L2and paleosol S2,which were formed in the postglacial period,last glaciation,last interglaciation,last but one glaciation respectively.Among them,the compound paleosol S1can be subdivided into five secondary stratigraphic units,i.e.,loess S1L1,S1L2,paleosol S1S1,S1S2and S1S3;the compound loess L1can be also subdivided into five secondary stratigraphic units,i.e.,loess L1L1,L1L2,paleosol L1S1,L1S2and L1S3.Based on comparison the magnetic susceptibility curve with SPECMAP δ18O curve and integrated with characteristics of lithology and previous research result，the deposition of the Zhangla loess started at about 150 ka.Fluctuation of magnetic susceptibility value and median and coarse content of grain size of Zhangla loess were well consistent with the deposition of loess-paleosol sequence,and the climatic change can be indicated by the magnetic susceptibility of the Zhangla loess since 150 ka,in which six intensified summer monsoon circulations are shown by higher values of magnetic susceptibility,and six intensified winter monsoon circulations are indicated by the lower values.

Zhangla loess;magnetic susceptibility;grain size;paleoclimate;western Sichuan plateau

P534.63+2

A

1007-3701(2011)03-0231-07

2010-12-2

国家自然科学基金（41002055）、国家十五科技攻关项目（2004BA810B50）、成都理工大学科研启动基金项目（HL0049）和同济大学海洋地质国家重点实验室开放基金项目.

杨文光（1980—），男，博士，讲师，主要从事沉积地球化学、古生物与古环境的研究工作.Email：yangwg1018@gmail.com