河南晚更新世—全新世黄土记录的环境变化及物源特征

2018年6月，第24卷，第3期，380-389页June 2018，Vol.24，No.3，pp.380-389高校地质学报Geological Journal of China Universities_____________________________收稿日期：2017-12-01；修回日期：2018-01-17基金项目：国家自然科学基金项目（41771110）；中央高校基本科研业务费专项基金（GK.201704013）联合资助作者简介：王兆夺，男，1984年生，博士研究生，自然地理学专业；E -mail:joedonwang@*通讯作者：黄春长，教授，博士生导师；E -mail:cchuang@河南晚更新世—全新世黄土记录的环境变化及物源特征王兆夺，黄春长*，周亚利，庞奖励，查小春，郭永强陕西师范大学地理科学与旅游学院地理学国家级实验教学示范中心，西安710119摘要：基于河南新郑县的一套完整晚更新世—全新世黄土古土壤剖面（格大张剖面），应用端元分析模型，对75个沉积样品的粒度分析数据进行分析，并对各端元组分在地层深度对应的时间尺度上做了小波变换。

结果认为，从格大张剖面沉积物粒级组分中可以分离出三个沉积端元，端元1可能指示了东亚夏季风作用动力特征，夏季风的强弱引起的温湿变化造成相应时期内沉积物的古土壤化的强弱；端元2可能指示了东亚冬季风作用下沙尘暴沉积动力作用特征，代表了典型风成黄土的粗颗粒组分特征；端元3粒级组分更粗，代表了更强搬运动力条件，应属于东北风搬运黄泛平原粗颗粒而来的近源沉积物，距今3100a 以来尤为显著。

根据小波分析结果，认为各端元组分在不同的时间尺度上具有周期性特点。

端元分析法在指示沉积物沉积动力环境和物源特征上具有很好的效果，各端元组合特征能够敏感地反映出沉积动力组合特征，很好地反映晚更新世以来各动力变化特征。

采用小波分析方法对识别各端元组的周期性特征以及根据目前状态推断未来可能的趋势具有参考意义。

关键词：晚更新世；黄土-古土壤；粒度；端元分析；小波分析中图分类号：P642.13+1文献标识码：A 文章编号：1006-7493（2018）03-0380-10Environment Evolution and Provenance Characteristics of the LoessSince the Late Pleistocene in Henan ProvinceWANG Zhaoduo ，HUANG Chunchang *，ZHOU Yali ，PANG Jiangli,ZHA Xiaochun ，GUO YongqiangNational Demonstration Center for Experimental Geography Education,School of Geography and Tourism,Shanxi Normal University,Xi ’an 710119,ChinaAbstract:End -member analysis (EMA)was performed on particle size data collected from 75samples from the continuous Late Pleistocene -Holocene Gedazhang (GDZ)loess -palaeosol profile in Xinzheng,Henan Province.Wavelet analysis was also performed for the EMs in the time domain.The results show that three EMs can be separated from sediment particle sizes in the GDZ profile.EM2may have been influenced by dynamic changes in the strength of the East Asian summer monsoon,with changes in temperature and humidity caused by the summer monsoon resulting in weathering and pedogenesis.EM2appears to have been influenced by the dynamic effects of dust storm accumulation controlled by the northwesterly monsoon,and contains typical components of aeolian loess.EM3contains coarse -grained components that are indicative of strong transporting forces and proximal sediment sources influenced by northeasterly winds from the Yellow River flood plain,particularly significant since 3100a.Results of wavelet analysis show that each EM has different periodic characteristics at different time scales.The EMA method is effective in indicating the sedimentary environment and sediment source characteristics.The combined characteristics of each EM reflect the sedimentary dynamics and canalso derive sedimentary dynamic changes since the Late Pleistocene.The wavelet analysis method provides important results in termsof cyclic features and trends of dynamics change in particle size within each EM.DOI:10.16108/j.issn1006-7493.2017135王兆夺等：河南晚更新世—全新世黄土记录的环境变化及物源特征3期中国黄土高原是第四纪研究的主要载体，早期有学者就黄土成因问题展开了激烈的争论，自20世纪50年代以来，以刘东生为代表的科学家做了大量的系统工作（刘东生等,1962,1966，1978, 1985,2009;安芷生等,1990,1994,1998;丁仲礼等, 1989,1991,1999），为黄土风成论提供了多方面的证据，已被学界广泛认可。

黄土古土壤序列在沉积过程中所蕴含的地球化学、磁化率、粒度等理化指标信息，承载着丰富的全球气候变化信息（陈骏等,1996,1997,2001;An et al.,1990,1991；王晓勇等，2003），并和冰川、深海沉积物一道被称为全球气候变化的三大信息载体。

粒度是沉积学研究中最常规的指标之一，其参数特征反映了沉积物的沉积作用、沉积动力以及沉积环境（田晓四等,2007；廖肖霞等,2009;李富祥等,2014）。

黄土古土壤粒度在作为反演气候变化的代替性指标上也得到了广泛的应用（鹿化煜和安芷生，1998），其他学者的研究一般采用对各粒级进行分组研究的方法，认为较粗的颗粒含量代表了东亚季风的动力指标（鹿化煜和安芷生,1997;汪海斌等，2002;Sun et al.,2004）。

沉积物在沉积过程中往往是多种沉积动力因素共同作用的结果，由此可见能够识别不同的沉积动力过程，可更加有效地反演沉积物源和沉积动力过程。

端元分析模型的提出（Weltje,1997;Weltje and Prins,2003），对于沉积物粒度数据可以有效地分解，减少人为因素引起误差的同时，对分解出的各沉积物端元组分能够有效地加以识别分析。

端元分析方法对识别沉积物各动力组分也得到了广泛应用（Bouma et al.,2000;Prins et al.,2007;Dietze et al.,2012;IJmker et al.,2012;Toonen et al.;Vandenberghe,2013；张晓东等，2015）。

本课题组前期通过对颖河上游黄土古土壤沉积剖面和周边剖面进行对比，认为该研究区黄土有别于黄土高原典型风成黄土，因为由黄河经过多次决口，改道，泛滥沉积形成的冲积扇，洪积扇的松散物质经过强烈的东北风搬运而来占了相当份额（李胜利等,2008a,b;庞奖励等, 2008;Huang et al.,2009）。

考虑到粒度端元分析方法具有把不同动力组分分离出来的优势，同时小波分析具有划分信号在不同时间尺度上的周期性的特点，本文尝试采用上述方法，对75个黄土-古土壤沉积物粒度数据进行分析探讨，以期进一步鉴别格大张剖面上黄土古土壤序列中的不同沉积端元组分，详细地反演沉积物在形成过程中受到的各沉积动力因素以及在不同的周期尺度上的旋回变化特征和判断目前所处的状态。

1研究区概况格大张（GDZ）剖面（113°44′24″E,34°30′26″N）位于河南省新郑县北部的黄土台地，属于淮河支流的颍河上游地区，东部以及北部是整个黄河多次改道的泛滥平原。

研究地点处于豫西山地向豫东平原过渡地带，地势西高东低，西部为浅山丘陵区，东部为平原，西北部为丘岗地（图1）。

大地构造上属于秦岭纬向构造东端，横跨两个地质构造基本单元，西部属于嵩箕台隆，基岩裸露，构成西部山地、丘陵的地质基础；东部属于华北坳陷的通许凸起，第四系松散堆积物覆盖于基岩之上，构成东部平原的地质基础。

研究区属于暖温半湿润大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，年平均气温14.3℃，年平均降水量735mm，无霜期218d，根据全国风资料1961~1970年时间风资料统计（中国气象局，1974），研究区冬季主要受到东北风的影响，夏季受到阿留申高压作用下东南风和南风的作用，由于受到太行山脉的阻挡作用，西北冬季风显得相对微弱（图1）。

本文研究的黄土-古土壤剖面完整地出露在一个砖场取土坑，地层层次都很清晰完整，未显示出沉积间断、不整合的特点，从上向下每4cm连续采样，共采样75个。