杨光亮, 范育新, 蔡青松, 张青松. (2021). 第四纪黄土物源的时空差异研究现状及展望* [J]. 古地理学报, 23(5): 1020-1037.
Yang Guang-Liang, Fan Yu-Xin, Cai Qing-Song, Zhang Qing-Song. (2021). Progress and prospect of research on temporal and spatial differences of the Quaternary loess provenance[J]. Journal Of Palaeogeography, 23(5): 1020-1037.   
Doi: 10.7605/gdlxb.2021.05.065
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第四纪黄土物源的时空差异研究现状及展望*
杨光亮, 范育新, 蔡青松, 张青松
兰州大学地质科学与矿产资源学院,甘肃省西部矿产资源重点实验室,甘肃兰州 730000
通讯作者简介 范育新,男,1975年生,兰州大学地质科学与矿产资源学院教授,博士,主要从事第四纪沉积物源及光释光年代学研究。E-mail: yxfan@lzu.edu.cn。

第一作者简介 杨光亮,男,1995年生,兰州大学地质科学与矿产资源学院硕士研究生,主要从事干旱—半干旱地区沉积物物源示踪研究。E-mail: yanggl19@lzu.edu.cn。

收稿日期:2021-04-25 修回日期:2021-06-03
基金资助:*国家自然科学基金项目(编号: 41772169,41807414,91962212)资助
摘要

黄土物源研究对揭示第四纪以来东亚大气环流格局的演化和构造—气候之间的相互作用具有重要意义。目前已应用多种物源示踪方法对黄土物源开展了大量研究,但对黄土物源时空差异规律及其动力学机制尚未取得较为一致的认识。在综合分析黄土物源研究现状的基础上,重点从影响 87Sr/86Sr值和 143Nd/144Nd 值组成及单颗粒碎屑锆石 U- Pb年龄谱构成的因素角度,分析了第四纪黄土的物源及可能变化,获得以下认识: ( 1)第四纪黄土沉积物的 87Sr/86Sr值变化幅度可达 0.002 580~0.004 949,远远超出实验室分析测试误差(< 0.000 018)或由 Sr同位素衰变带来的影响( 2.6 Ma时段小于 0.000 026, 1个冰期旋回小于 0.000 001); 143Nd/144Nd 值亦发生了较显著变化( 0.000 095~0.000 240),其变化幅度远大于实验室的分析测试误差(< 0.000 010)及衰变导致的 143Nd/144Nd 值(< 0.000 013)变化。因此,在黄土中检测到的 Sr-Nd同位素组成的变化应具有较明确的地质意义。( 2)第四纪黄土沉积物中无论全岩还是主要粒径组分的 87Sr/86Sr值和 143Nd/144Nd 值的变化都与气候代用指标变化不同步,难以从气候变化角度进行解释,可能更多地反映了源区的变化。( 3)与 Sr-Nd同位素示踪体系相比,单矿物或单颗粒的物源示踪体系对物源区变化的响应更为敏感,在追踪第四纪黄土沉积物源区时空差异方面具有较明显的优势。( 4)基于碎屑锆石 U- Pb年龄谱对黄土物源的有限研究揭示黄土高原的黄土在地质历史时期可能发生了原始物源区显著的时空分异,特别是不同剖面都反映出了 1.2 Ma前后黄土主要源区的变化,表明通过锆石 U- Pb年龄谱研究黄土物源时空差异规律具有揭示岩石圈、大气圈、水圈耦合作用过程及历史的巨大潜力。

关键词: 黄土; 物源示踪; 时空差异; 同位素; U- Pb年龄谱
中图分类号:P512,P597 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2021)05-1020-18
Progress and prospect of research on temporal and spatial differences of the Quaternary loess provenance
Yang Guang-Liang, Fan Yu-Xin, Cai Qing-Song, Zhang Qing-Song
Key Laboratory of Mineral Resources in Western China(Gansu Province),School of Earth Sciences,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China
About the corresponding author.Fan Yu-Xin,male,born in 1975,is a professor of the School of Earth Sciences,Lanzhou University,with a Ph.D. degree.He is currently engaged in provenance tracing of Quaternary sediment and Optically Stimulated Luminescence dating. E-mail: yxfan@lzu.edu.cn

About the first author Yang Guang-Liang,male,born in 1995,is a master degree candidate of the School of Earth Sciences,Lanzhou University. He is currently engaged in provenance tracing of sediments in the arid-semiarid regions. E-mail: yanggl19@lzu.edu.cn.

Fund:Financially supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.41772169,41807414,91962212)
Abstract

The study of provenance of loess on the Chinese Loess Plateau is critical for revealing evolution patterns of atmospheric circulation in East Asia and the interaction between tectonics and climate evolvement. By now,numbers of studies on provenance of loess sediments have been carried out based on different tracing systems. However,the temporal and spatial variation of loess provenance and its dynamic mechanism have not been well understood. Based on the comprehensive review of the previous studies on the Chinese Loess Plateau,the provenance and possible changes of the Quaternary loess were analyzed from the perspective of factors affecting the composition of87Sr/86Sr and143Nd/144Nd,and the U-Pb age spectrum of single grain detrital zircons. The following conclusions are obtained. (1)The variations of Sr-Nd isotopic compositions in loess during the Quaternary have exact geological significance,for the reason that the87Sr/86Sr in Quaternary loess changed significantly with a range of 0.002 580~0.004 949,which is beyond the influence of analysis error(<0.000 018)and the maximum radioactive decay effect(<0.000 026 during the 2.6 Ma period and<0.000 001 during a glacial-interglacial interval);the variation of143Nd/144Nd(0.000 095~0.000 240)during the Quaternary is also beyond the influence of laboratory analysis(<0.000 010)and radioactive decay effect(<0.000 013). (2)The variations of87Sr/86Sr and143Nd/144Nd both in bulk sediments and in the dominant grain-size fraction of loess sediments are of significance of provenance change because they are hard to be interpreted solely regards of climatic changes given the provenance of loess sediments is stable. (3)Relative to the Sr-Nd isotope tracer system,the tracing systems based on single-mineral or single-grain measurement(e.g., zircon U-Pb age)is robust in detecting variation of the loess sediment provenance. (4)A limited study of the provenance of the loess based on the detrital zircon U-Pb age spectrum reveals that the original provenance of the loess in the Chinese Loess Plateau may have undergone significant spatial and temporal differentiation in geological history. In particular,different sections reflect the changes of the main provenance of the loess before and after 1.2 Ma. It is indicated that the study of the temporal and spatial variation of loess provenance by zircon U-Pb age spectrum has great potential to reveal the coupling process and history of lithosphere,atmosphere and hydrosphere.

Key words: loess sediment; provenance tracing; spatial and temporal variation; isotope; U-Pb age spectra

开放科学(资源服务)标识码(OSID)

1 概述

黄土高原位于青藏高原—秦岭以北, 中国北方沙漠以南、华北平原以西, 是中国四大高原之一, 堆积有地球上面积最大(总面积超过50× 104 km2)的黄土层(杨杰东等, 2009), 是青藏高原构造隆升和东亚季风系统共同作用下的产物(安芷生等, 1998)。在黄土高原上出露有多个完整的黄土—古土壤剖面, 如灵台、蓝田、洛川、环县、靖边、西峰等, 是研究新生代气候变化(陈明扬, 1991; An et al., 2001; Guo et al., 2002)及青藏高原构造隆升的良好陆地沉积记录, 特别是对揭示第四纪以来东亚大气环流格局演化和构造—气候—侵蚀之间的相互作用具有重要意义(陈洪云和孙有斌, 2008; Bird et al., 2015)。

前人围绕黄土的成因(刘东生, 1985; Ding et al., 1998a)、物质来源(Zhang et al., 1993, 2003; Pye, 1995; Sun, 2002, 2005)、粉尘传输动力和路径(An et al., 1991; Asahara, 1999; 丁仲礼等, 1999; Lu and Sun, 2000; 张小曳, 2001; Sun et al., 2004)、东亚季风的形成演化及其与青藏高原隆升之间的联系(An, 2000; An et al., 2001; Guo et al., 2002; Sun and An, 2002, 2005; 安芷生等, 2006)等关键问题开展了大量卓有成效的研究。其中, 通过粒度、石英的电子自旋共振(ESR)信号强度、石英的结晶度指数(CI)、Sr--Nd同位素、锆石U-Pb年龄等不同物源示踪方法研究了黄土沉积物源区, 并在黄土物源区划分、物源的时空差异等方面(Sun, 2002; 孙继敏, 2004; Chen et al., 2007; Isozaki et al., 2008; Sun et al., 2008; Stevens et al., 2010; Chen and Li, 2011; Pullen et al., 2011; Chen, 2012; Xiao et al., 2012; Bird et al., 2015; Zhang et al., 2016a, 2018; Li et al., 2018)取得了一系列突破性进展。但由于基于不同的物源示踪方法的研究结果存在差异, 甚至不同学者对运用同一方法获得的数据也存在不同解释, 使得黄土物源及其变化属性尚未取得较为明确的认识。

作者拟在综述前人研究成果的基础上, 梳理黄土物源在时空差异方面的进展并分析存在的问题, 以理清黄土沉积物物源进一步研究的方向和思路。

2 研究现状

黄土是第四纪经风力搬运后堆积形成的、广泛分布的土状陆相松散堆积物(刘东生, 1985; Pye, 1995), 主要由2~62 μm粒级的粉砂组成(Assallay et al., 1998)。对黄土沉积物粒度组成的分形研究结果也支持黄土是近距离搬运的粗粒组分(粉砂级)与远源搬运的细粒组分(黏土级)组成的混合物(孙东怀等, 2000; Sun et al., 2002; Sun, 2004; Qin et al., 2005; Weltje and Prins, 2007)。长期以来, 对于黄土的形成机理、特别是粉砂的产生和运移进行了大量研究, 目前主要存在如下2种观点: 其中一种观点认为, 构成黄土主体的粉砂是在高山、沙漠、流水、冰川等环境与过程中的细砂磨蚀产生的(Assallay et al., 1998; Crouvi et al., 2008; Crouvi et al., 2010; Enzel et al., 2010; Amit et al., 2014); 而另一种观点则根据风洞实验和粒度分析研究结果认为, 黄土中的粉砂物质主要是粘附在砂粒表面的黏粒解析形成的(Roskin et al., 2013; Swet et al., 2019, 2020; Adams and Soreghan, 2020), 特别是在风和降雨的影响下, 从砂粒表面解析的粉尘以跃移和低空悬移为主的方式沿传输路径搬运沉积而成(Roskin et al., 2013, 2014)。

物源作为黄土研究的热点之一, 受到学者们的广泛关注, 并开展了大量卓有成效的研究。刘东生(1985)通过黄土高原马兰黄土(L1)粒度自西北向东南变细的现象(图 1红色虚线), 推测中国黄土高原的黄土是冬季盛行的西北风从戈壁沙漠区搬运而来的。Pye(1995)在研究全球黄土空间分布的基础上, 提出了黄土形成与物质来源的3种模式, 分别为冰缘黄土、山前黄土、沙漠黄土——即黄土来源于冰川地区的磨蚀或冻融风化产生的碎屑物、山前洪积区堆积的碎屑物以及沙漠地区。杨石岭和丁仲礼(2017)对黄土高原57个剖面S2以上沉积物粒度的分析结果显示黄土—古土壤普遍存在向南变细的趋势(如图 1黑色虚线代表的L1层中值粒径等值线)。遥感及现代风场观测(延昊等, 2002; Shao and Dong, 2006; 张小曳, 2007; 陈思宇等, 2017)结果也支持黄土直接源于中国西北地区这一推断。近年来, 地球化学方法(如Sr、Nd、Pb、Hf等同位素, 石英的氧同位素)(Liu et al., 1993; Gallet et al., 1998; Alé on et al., 2002; Pettke et al., 2002; Sun, 2002; Chen et al., 2007; 李锋, 2007; Guan et al., 2008; Sun and Zhu, 2010; Buggle et al., 2011; Chen and Li, 2011; Ferrat et al., 2011; Zhang et al., 2012)、矿物学方法(石英ESR和CI、重矿物组合、白云石含量等)(Li et al., 2007; Sun et al., 2007, 2008; Jeong et al., 2008; Jeong and Lee, 2010; Meng et al., 2015, 2019)、锆石U-Pb年龄谱(Stevens et al., 2010; Pullen et al., 2011; Xiao et al., 2012; 谢静等, 2012; 李高军等, 2013)和铀同位素破碎年代学(Li et al., 2017, 2018)等多种示踪方法, 被用于黄土物源的研究中。尽管不同研究对黄土物源区有不同的解释, 但已有的研究将黄土高原黄土的物源区限定于蒙古南部和中国北部的戈壁沙漠区(包括腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠、毛乌素沙漠)、西部的三大内陆盆地(柴达木、塔里木及准噶尔盆地)的沙漠区及造山带(祁连山、戈壁阿尔泰山等)山前洪积扇区(Liu et al., 1993, 1994; Sun, 2002, 2005; Chen et al., 2007; 张小曳, 2007; Sun et al., 2008; Chen and Li, 2011; Pullen et al., 2011; Chen, 2012; Li et al., 2018; Zhang et al., 2018)。

图 1 中国西北部地理环境及黄土高原已研究剖面点的分布
图中红色虚线代表马兰黄土粒度梯度(据刘东生, 1985), 黑色虚线代表L1层中值粒径等值线(据杨石岭和丁仲礼, 2017)Fig.1 Geographical setting and distribution of the studied profiles on the Chinese Loess Plateau in northwest China

但由于不同地球化学示踪剂有不同的特点, 如受风化作用影响较小的稳定同位素组成更多地直接反映黄土原始源区特征, 但它们普遍较难反映黄土搬运路径或上级“ 中转站” 的特征(Chen and Li, 2011)。因此, 有研究通过对比黄土高原多级潜在物源区与黄土高原风尘沉积物中碎屑锆石的U-Pb年龄谱特征, 提出了在亚洲夏季风降雨冲刷侵蚀作用下青藏高原的造山带(包括祁连山)风化形成的碎屑堆积于山麓(Nie et al., 2018), 在被黄河搬运到银川盆地形成冲积扇之后, 其中的细颗粒被风力侵蚀搬运到黄土高原堆积成黄土的假设(Nie et al., 2015)。

2.1 对黄土高原第四纪黄土物源的变化特征尚存争议

1)不同时间尺度的物源研究揭示黄土物源在第四纪期间发生过变化。如Yang等(2021)研究西宁和临夏盆地52 Ma以来低分辨率的Nd同位素曲线, 认为晚渐新世之前青藏高原北部是亚洲风尘的主要贡献者, 自晚渐新世开始(25 Ma~)中亚造山带(即戈壁阿尔泰)对亚洲粉尘的贡献开始变得显著。对黄土/古土壤中28~45 μm粒级全岩组分的Sr-Nd同位素比值研究的结果也显示, 第四纪以来源自戈壁阿尔泰山地区的物质对黄土高原灵台和西峰地区黄土的相对贡献呈逐渐增加趋势(Chen and Li, 2013; Zhang et al., 2015)。但多个基于单矿物的物源示踪结果都显示黄土高原不同地区黄土的物源在2.6 Ma、1.2 Ma等前后发生了变化, 甚至冰期黄土与间冰期古土壤的物源都可能不同。如, 在整个第四纪时段, 多种基于单一种矿物的示踪研究结果都支持黄土高原黄土源区在2.5 Ma、1.2~0.9 Ma等时间发生了较为显著的变化。其中, 石英的ESR信号和CI指数显示, 在2.1 Ma、1.4 Ma、1.1 Ma、0.8 Ma和0.4 Ma等时间前后灵台剖面黄土的物源发生了重大变化(Isozaki et al., 2008); 石英的氧同位素(δ18O)结果显示, 在2.6 Ma及1.2 Ma时, 灵台剖面黄土物源发生了显著变化(Yan et al., 2017); 碎屑锆石U-Pb年龄谱显示, 在2.5 Ma、1.2~0.9 Ma、末次冰盛期(19.8 ka)等时间点蓝田剖面黄土的物源发生了显著变化(Zhang et al., 2018)。此外, 基于碎屑锆石的U-Pb年龄谱和石英ESR信号强度、CI指数的差异支持冰期黄土(L1)和间冰期古土壤(S1)物源不同(Sun et al., 2008; Pullen et al., 2011; Xiao et al., 2012)的认识。

2)尽管已经普遍观察到第四纪黄土的Sr-Nd同位素组成发生了显著变化, 但不同学者对其有不同解释。其中, 部分学者认为黄土沉积物全岩样品的Sr-Nd同位素组成的变化是气候变化或测试误差导致的, 而不是沉积物源区变化的结果。如, 灵台剖面黄土沉积物中酸不溶组分的87Sr/86Sr值在2.5 Ma以来逐渐减小, 被解释为黄土粒度变化导致的而非物源变化的结果, ε Nd值的微小变化被解释为实验分析测试误差引起(Wang et al., 2007)。在综合分析样品前处理方法相近的已发表数据的基础上, Bird等(2020)认为尽管目前对中国黄土高原黄土的传输路径是通过河流、沙漠还是风力直接搬运尚不清楚, 但青藏高原北部地区自40 Ma以来一直是黄土高原风尘的主要贡献者, 且黄土中Sr、Nd、Hf同位素比值的变化是粒度变化和风化作用造成的, 不是物源变化的结果。

2.2 对近地表黄土中锆石U-Pb年龄谱的研究结果支持黄土高原黄土物源存在显著的空间差异

近年来, 随着单颗粒碎屑锆石U-Pb年龄示踪体系被应用于黄土物源示踪以来, 对黄土高原粉尘的物源取得了一些新认识。基于近地表沉积物及黄土、古土壤剖面中有限样品中碎屑锆石U-Pb年龄谱组成特征的研究结果支持黄土高原黄土的原始源区存在明显的空间差异(Bird et al., 2015; Zhang et al., 2016a; 马榕等, 2019)。具体表现为: (1)黄土高原西部地区近地表黄土中锆石的U-Pb年龄谱与黄河冲积物的特征较为一致, 且与青藏高原东北缘的U-Pb年龄谱组成特征相似(Nie et al., 2018), 支持黄土高原西部地区与青藏高原东北缘有较强的亲缘关系(Nie et al., 2015); 而黄土高原东部地区黄土中碎屑锆石的U-Pb年龄谱组成与华北克拉通的更为相似, 表明黄土高原东部地区黄土沉积物受华北克拉通物质的影响更为显著(Bird et al., 2015)。(2)碎屑锆石的U-Pb年龄谱组成支持黄土高原北部地区与毛乌素沙漠西部及戈壁阿尔泰地区碎屑物质具有相近的源区特征, 而黄土高原南部地区则与青藏高原东北缘及秦岭具有相近的源区特征(Zhang et al., 2016a)。

3 黄土高原第四纪黄土物源研究亟待解决的问题

研究者通常综合使用Sr-Nd同位素体系开展黄土物源研究, 发现Nd同位素在整个第四纪变化较小, 而Sr同位素则存在较显著的变化, 对其解释存在较大分歧。其中, 部分学者认为, Sr-Nd等同位素组成的变化是气候变化、粒度效应、分析测试误差以及放射性衰变导致的(Wang et al., 2007; Bird et al., 2020), 而非物源变化导致; 与之相对, 部分学者则认为Sr-Nd同位素比值非常敏感地记录了沉积物源区相对贡献的变化(Li et al., 2011; Chen and Li, 2013)。此外, 运用碎屑锆石U-Pb年龄谱研究黄土物源时, 锆石颗粒的源区能否代表黄土样品的源区及进行年龄统计时的样本量是广受关注的核心问题。

综上来看, 第四纪黄土中Sr-Nd同位素组成及碎屑锆石的U-Pb年龄谱变化反映了什么样的地质意义, 需要重新评估。下文将主要从87Sr/86Sr值和 143Nd/144Nd 值及单颗粒锆石U-Pb年龄谱的影响因素等方面, 分析第四纪黄土Sr-Nd同位素及碎屑锆石U-Pb年龄谱变化的地质意义。

3.1 第四纪黄土Sr-Nd同位素比值变化的地质意义

早期研究黄土Sr-Nd同位素主要通过全岩样品进行(Chen et al., 2007; Wang et al., 2007), 并检测到第四纪 87Sr/86Sr 值变化幅度可达0.003 747, 其中在同一冰期—间冰期气候旋回中的变化幅度在0.000 276~0.001 719之间(图 2-a中蓝色点); 而 143Nd/144Nd 值在第四纪期间变化幅度也可达0.000 240(图 2-c中蓝色点)。

图 2 灵台黄土/古土壤Sr-Nd同位素及磁化率变化
a—全岩87Sr/86Sr及28~45 μm粒级组分87Sr/86Sr(Chen and Li, 2013); b—全岩87Sr/86Sr(Wang et al., 2007); c—全岩 143Nd/144Nd 及28~45 μm粒级组分 143Nd/144Nd(Chen and Li, 2013); d—全岩 143Nd/144Nd(Wang et al., 2007); e—第四纪磁化率变化(Sun et al., 2010); f—全岩样品与28~45 μm组分样品87Sr/86Sr差值变化(据Chen and Li, 2013); g—全岩样品黄土/古土壤气候旋回间的87Sr/86Sr差值变化(据Wang et al., 2007)。图中空心点为黄土, 实心点为古土壤; 蓝色代表全岩样品, 红色代表 28~45 μm粒级组分; NTP代表青藏高原东北缘, GAMs代表戈壁阿尔泰山Fig.2 Variation of87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd isotope ratios and magnetic susceptibility in the Lingtai loess/palaeosol profile

自从通过黄土样品不同粒径组分的 87Sr/86Sr值对比研究认识到87Sr/86Sr值的粒度效应(< 2 μm的细粒黏土矿物具有较高的 Rb/Sr 和 87Sr/86Sr 值)(Yang et al., 2005; Chen et al., 2007; Rao et al., 2008; Sheng et al., 2008; Chen and Li, 2013)后, 越来越多的黄土Sr-Nd同位素的研究基于黄土中主要组分(28~45 μm的粉砂级组分)进行(Chen and Li, 2013; Zhang et al., 2015), 并在该粒级组分中检测到第四纪87Sr/86Sr值的变化幅度可达0.003 569, 其中在同一冰期—间冰期气候旋回中的变化幅度在-0.000 600~0.000 387之间(图 2-a中红色点); 143Nd/144Nd 值的变化可达0.000 095(图 2-c中红色点)。

3.1.1 测试误差及放射性衰变难以导致在第四纪黄土/古土壤中检测到的Sr-Nd同位素比值的显著变化

当前有不同仪器可被用于测量Sr-Nd同位素组成, 它们的检出限和测试精度也存在差异。如, 等离子质谱仪(ICP-MS)的检出限在10-15~10-8范围之间, 而热电离质谱仪(TIMS)的检出限可低至10-15级别(石艳洁等, 2015)。但在测量Sr-Nd同位素的实验过程中, 各实验室都会同步测定经国际认证的标准样品, 以检测仪器测试的精度并校准测试误差。如AGV-1、BCR-2、NBS-987等国际标样通常被用于测试精度检测, 通过TIMS测量87Sr/86Sr值被作为国际参考值, 分别为0.703 931、0.704 958和0.710 250(Fan et al., 2010; Jacques et al., 2020)。从已经发表的文献看, NBS-987作为Sr同位素测量过程中最常用的国际标样, 其87Sr/86Sr的实际测量值介于0.710 239± 0.000 018~0.710 268± 0.000 020之间(如Gallet et al., 1996; Jahn et al., 2001; Yokoo et al., 2004; Sun, 2005; Chen et al., 2007; Rao et al., 2008; Zhang et al., 2012; Chen and Li, 2013; Zhang et al., 2015; Bird et al., 2020; Xie et al., 2020)。可见, 由测试误差导致的87Sr/86Sr的绝对误差最大为0.000 018, 仅为第四纪黄土/古土壤中87Sr/86Sr实测值差异(0.002 580~0.004 949)(Sun, 2005; Wang et al., 2007; Chen and Li, 2013; Zhang et al., 2015; Bird et al., 2020)的0.38%~0.74%, 因此分析测试误差不可能是在第四纪黄土中检测到的 87Sr/86Sr 值差异的主要原因。

87Sr 是 87Rb 衰变产生的稳定同位素, 会随着87Rb的衰变而增加。由于87Rb的半衰期为48.8 Ga, 衰变常数λ 为1.42× 10-11(张宏飞和高山, 2012), 因此, 在整个第四纪期间(2.6 Ma)由衰变产生的87Sr/86Sr值增加不大于0.000 026, 而经历一个冰期—间冰期(按0.1 Ma计算)由87Rb衰变导致的87Sr/86Sr值增加仅不大于0.000 001。可见, 在2.6 Ma由 87Rb 衰变导致的87Sr/86Sr值增加量不到第四纪黄土样品中87Sr/86Sr实测值变化幅度(0.002 580~0.004 949)的1%; 而在1个冰期—间冰期循环中, 由87Rb衰变导致的87Sr/86Sr值增加量(~0.000 001)更不到在黄土沉积物中检测到的同时间跨度87Sr/86Sr值实际变化量(> 0.000 276)的0.36%(图 2-a), 可见放射性衰变无法造成第四纪黄土样品间 87Sr/86Sr 值的较大差异。

同理, Nd同位素常用标样La Jolla的 143Nd/144Nd 国际参考值为0.511 850(Jacques et al., 2020), 其 143Nd/144Nd 的实际测量值为0.511 840± 0.000 008~0.511 846± 0.000 009(如Yokoo et al., 2004; Chen et al., 2007; Wang et al., 2007; Rao et al., 2008), 可见由测试误差导致的 143Nd/144Nd值的绝对偏差最大为0.000 010。 147Sm 的半衰期为1× 106 Ga, 衰变常数λ 为6.54× 10-12(张宏飞和高山, 2012)。因此, 在整个第四纪期间由 147Sm 衰变造成的 143Nd/144Nd 值增加不大于0.000 013。所以由测试误差及衰变导致的 143Nd/144Nd 值的变化均远小于第四纪黄土/古土壤中检测到的 143Nd/144Nd 值的变化值(0.000 095~0.000 240)(图 2-c, 2-d)。

综上来看, 无论放射性衰变还是分析测试误差的影响都远小于在第四纪黄土中实际检测到的87Sr/86Sr与 143Nd/144Nd 值的变化。

3.1.2 单纯通过气候变化难以解释在第四纪黄土/古土壤中检测到的87Sr/86Sr值的显著变化

大量研究显示, 中国黄土高原的黄土沉积物主要源自青藏高原及戈壁阿尔泰地区(Pullen et al., 2011; Che and Li, 2013; Chen and Li, 2013; Stevens et al., 2013; Bird et al., 2015; Nie et al., 2015; Zhang et al., 2015; Licht et al., 2016; Zhang et al., 2018; Li et al., 2018); 黄土/古土壤的交替主要反映了以夏季风降雨强度为代表的干(冷)湿(暖)程度的周期性变化(王永焱, 1987; 安芷生等, 1989)。假定第四纪期间黄土沉积物的物源比较稳定, 那么第四纪黄土沉积物中87Sr/86Sr值的变化应该与亚洲夏季风强度的变化同步。

在黄土沉积中, 磁化率能够敏感地反映黄土/古土壤的交替(An et al., 2001), 是指示亚洲夏季风强度变化的重要指标之一(Ding et al., 1998b, 1999; Sun et al., 1998)。作者以研究程度较高的灵台剖面为代表, 对比了黄土沉积物全岩样品的 87Sr/86Sr 值和 143Nd/144Nd 值变化曲线(图 2-a至2--d)与磁化率变化曲线(图 2-e), 未发现黄土沉积物全岩样品 87Sr/86Sr 值或 143Nd/144Nd 值与亚洲夏季风强度之间的同步变化关系。与相邻层位的黄土相比, 古土壤层的87Sr/86Sr值普遍较大(0.000 276~0.002 345)(图 2-a, 2-b)。假设黄土/古土壤的物源一致且稳定, 那么古土壤比相邻层位黄土87Sr/86Sr值高的规律应该支持高87Sr/86Sr值对应于湿度和温度都较高的亚洲夏季风强盛的气候环境。照此推理, 在第四纪期间 87Sr/86Sr 值降低的总趋势(图 2-a, 2-b)应该反映第四纪气候不断变干、夏季风不断减弱的过程。然而, 磁化率曲线显示了黄土高原的湿度呈现周期性波动且在0.8 Ma以来显著增大(即亚洲夏季风增强)的总趋势(图2-e)。可见, 相互矛盾的结果充分说明第四纪黄土/古土壤物源未发生变化的基本假设可能是有问题的。

黄土沉积的粒度通常被用来反映冬季风的强度及黄土物源区的远近程度(刘东生, 1985; Sun and Liu, 2000)。尽管第四纪期间黄土沉积物的粒度也发生了系列变化, 且不同剖面中沉积物的平均粒径存在差异, 但粉砂(28~45 μm)一直是不同地区黄土沉积中的主体粒级成分(鹿化煜和安芷生, 1997; Ding et al., 1999; Ding et al., 2005; Zhang et al., 2016b)。因此, 选用黄土沉积物中28~45 μm粒级组分可以有效消除风力分选、结构成熟度和风化作用等因素对 87Sr/86Sr值的影响(Chen and Li, 2013; 陈忠等, 2015)。从灵台剖面黄土沉积物中28~45 μm粒级组分与全岩的87Sr/86Sr值对比来看(图 2-a), 在同一冰期—间冰期旋回里黄土与相邻层位古土壤层中28~45 μm粒级组分87Sr/86Sr值的变化幅度(-0.000 600~0.000 387)明显小于全岩样品中的87Sr/86Sr值变化幅度(0.000 276~0.001 719)。即便如此, 第四纪黄土沉积物28~45 μm粒级组分中仍然检测到了达0.003 569的87Sr/86Sr值差异, 其幅度与全岩样品间87Sr/86Sr值的差异(0.002 580~0.004 949)相当, 表明黄土高原第四纪黄土沉积物中的 87Sr/86Sr 值保存了气候变化之外的地质信息。从黄土高原两大主要潜在源区——青藏高原东北缘和戈壁阿尔泰山的Sr-Nd同位素组成来看, 青藏高原东北缘具有高 87Sr/86Sr值(0.7252± 0.0019)、低ε Nd(-12.3± 0.4)的特征; 而戈壁阿尔泰山则具有低 87Sr/86Sr值(0.7121± 0.0003)、高ε Nd(-4.4± 0.7)的特征(Chen et al., 2007; Li et al., 2011)。因此, 结合灵台黄土中Sr-Nd同位素自第四纪以来的变化趋势(图 2-a至2-d), 二者共同指示第四纪以来灵台黄土物源发生了由青藏高原为主导向戈壁阿尔泰山为主导转变的趋势, 支持黄土物源在第四纪期间发生过变化。

作者为了进一步揭示灵台黄土/古土壤剖面长序列全岩样品的 87Sr/86Sr 值与气候变化之间的可能联系, 作者尝试计算了相邻层位黄土/古土壤样品的87Sr/86Sr差值, 发现相邻层位古土壤—黄土间87Sr/86Sr的差值变化(图 2-g)与磁化率变化(图 2-e)具有一定的同步性, 且大部分古土壤层比相邻层位的黄土层的87Sr/86Sr值高; 同时, 全岩样品与28~45 μm组分样品87Sr/86Sr差值(Δ87Sr/86Sr)的变化(图 2-f)也与磁化率曲线(图 2-e)表现出较好的相关性, 即Δ87Sr/86Sr的高值正好对应于磁化率的高值。这一对比结果进一步支持黄土/古土壤沉积物中28~45 μm粒径区间之外组分的 87Sr/86Sr 值变化可能更多地记录了气候变化信息, 而28~45 μm粒径组分的 87Sr/86Sr 值组成更多受控于源区的推论。这一推论符合Rb更容易被黏土矿物表面吸附(Nesbitt et al., 1980), 因而在生物化学风化过程中细颗粒组分中的87Sr/86Sr值略有升高(Dasch, 1969)的基本假设, 也得到了前人对黄土中细粒黏土矿物具有较高的87Sr/86Sr 值(Yang et al., 2005; Chen et al., 2007)、响应了夏季风强度变化(Lu and An, 1998)认识的支持。

上述分析支持黄土/古土壤中主要粒径组分(28~45 μm)87Sr/86Sr 值和 143Nd/144Nd 值的变化难以用气候变化解释, 应主要受控于沉积物源区变化。

3.2 基于单颗粒的物源示踪具有显著优势

常用的物源示踪体系的测试对象按照分析测试技术的差异, 可以分为全岩样品和单矿物样品; 按照测试所需样品量的多少可以分为单颗粒矿物(如单颗粒锆石U--Pb、锆石Lu-Hf同位素)和多颗粒矿物(如石英ESR和CI、Sr-Nd同位素、重矿物组合)。

由于Sr、Nd、Pb等同位素组成目前主要是通过质谱仪对岩石/沉积物被消解后的溶液进行测试, 被测对象通常是全岩多颗粒制备的混合样品, 因此其结果提供的是全岩多颗粒样品同位素组成的平均值(Chen and Li, 2011)。以ICP-MS测试技术为例, 被测样品需经过粒度分选(全岩法无此操作)、去除有机质和次生碳酸盐、研磨、酸溶消解, 最后以溶液的形式通过质谱仪进行测试。即, 无论全岩还是特定粒级组分的样品, 被测量对象均是多种矿物颗粒的混合物, 因而其结果是多(颗粒)矿物同位素的平均值; 加之, 部分同位素(如87Sr/86Sr、 143Nd/144Nd)可能还受粒度效应的影响(Yang et al., 2005; Chen et al., 2007; Rao et al., 2008)。因此, 部分学者认为全岩的Sr-Nd同位素变化不反映黄土物源变化(Wang et al., 2007; Bird et al., 2020)。

相比之下, 基于单矿物的锆石U-Pb年龄、石英ESR和CI以及石英 δ18O 等物源示踪剂的结果则显示出黄土沉积物物源在第四纪曾发生了显著变化(Isozaki et al., 2008; Sun et al., 2008; Pullen et al., 2011; Xiao et al., 2012; Yan et al., 2017; Zhang et al., 2018), 甚至根据不同方法都获得了黄土物源在基本一致的时间发生变化的认识。究其原因, 运用单矿物样品进行信号测量时通常选取1种特定矿物进行测量, 有效避免了多颗粒/多矿物测量的平均效应问题, 并将多个颗粒的测量结果进行统计, 真实地反映了样品中不同颗粒的差异以及不同源区的相对贡献(谢静等, 2007, 2012; 彭文彬等, 2014)。如, 运用单颗粒碎屑锆石U-Pb年龄示踪通常随机测试100多个单颗粒锆石, 由这100多个锆石颗粒的年龄组成反映该沉积物源区总体特征的年龄谱。由于每个被测锆石颗粒都可以给出一个准确的独立年龄(结晶时间), 因此, 统计同一样品中不同锆石颗粒的年龄便有效反映了具有不同岩浆热历史特征源区的相对贡献。

由于基于单颗粒的物源示踪需要对多个颗粒的信号进行测量并统计以得到样品的源区特征信号组成, 所以统计的样本量是能否得到足以反映样品各年龄组成丰度的关键。单颗粒碎屑锆石U-Pb年龄谱示踪是通过测量并对比沉积物和潜在源区锆石的U-Pb年龄谱的特征, 判断样品中是否存在特定源区的贡献(Gehrels et al., 2011)。早期研究报道称, 测量大于117个锆石颗粒年龄, 足以有95%的概率识别年龄谱中的每一个年龄组分(Vermeesch, 2004); 后来, Slama 和Kosler(2012)的研究成果认为, 每个样品60个锆石颗粒的年龄就足以产生可重复的年龄谱。也有学者从方法学的角度指出只有“ 大样本量” 的锆石U-Pb年龄谱才能完整反映源区的特征(Pullen et al., 2014), 即当分析的锆石颗粒数增加到500以上时, 低丰度年龄组分才可以被准确反映。最新的研究认为将锆石颗粒数增加到大于100颗并不能显著提高U-Pb年龄谱的重现性(Bird et al., 2015); Fan 等(2019)通过对4个沙漠沉积物样品分别测量100和150个锆石颗粒, 以评价样本量大小对年龄谱的影响, 结果显示锆石颗粒数从100增加到150颗, 年龄谱主要组分的构成并没有明显变化。作者收集了近年来利用锆石U-Pb年龄谱进行黄土物源示踪的文献, 发现绝大多数学者基于约100个锆石颗粒构成的U-Pb年龄谱, 并通过主要年龄组分(主峰)就能够区分、识别样品潜在源区, 甚至确定潜在源区的相对贡献, 并得到了基本一致的认识(Vermeesch, 2004; Stevens et al., 2010, 2013; Pullen et al., 2011; Slama and Kosler, 2012; Xiao et al., 2012; Che and Li, 2013; Bird et al., 2015; Nie et al., 2015; Licht et al., 2016; Zhang et al., 2016a; Fan et al., 2019; Xiong et al., 2021)。由此可见, 由约100个碎屑锆石年龄构成的U-Pb年龄谱的主要组分(主峰)就能够满足识别主要潜在物源区及其相对贡献的需要, 在黄土物源时空变化研究方面具有显著优势。

3.3 第四纪沉积物源区的空间变化规律有待更多长时间尺度研究的支持

前人基于近地表样品中碎屑锆石U-Pb年龄谱的物源分析得出了黄土高原黄土物质来源存在空间差异的认识, 但由于研究的剖面较少、时间尺度较短, 目前对在更长时间尺度内不同时段的黄土沉积物源区是否存在空间差异尚缺乏较为清晰的认识。

作者收集了黄土高原多个地区的碎屑锆石 U-Pb 年龄数据, 并绘制了不同层位的锆石U-Pb年龄谱(图 3), 以探讨不同时段黄土沉积物源区的空间差异。从锆石U-Pb年龄谱看, 黄土高原各剖面沉积物中锆石的U-Pb年龄谱总体上与青藏高原东北缘及戈壁阿尔泰山更为相似, 以550~230 Ma为主要年龄组分, 但在黄土高原东部局部地区或层位出现少许华北克拉通(> 1300 Ma为主要组分; 如夏县、洛川剖面)及北秦岭(200~0 Ma、550~400 Ma、1000~800 Ma为主要组分; 如蓝田剖面)源区物质的贡献。下文将分层详细论述。

图 3 黄土高原多个剖面黄土/古土壤与潜在物源区碎屑锆石U-Pb年龄图谱对比
数据引自Pullen等(2011), Xiao等(2012), Che和Li(2013), Bird等(2015), Licht等(2016), Sun等(2018), Zhang等(2018), Fan等(2019)和Xiong 等(2021)Fig.3 Comparison of detrital zircon U-Pb age spectra of different loess/paleosoils profiles on the Chinese Loess Plateau and potential provenance areas

在黄土高原不同剖面S0古土壤层中碎屑锆石的U-Pb年龄谱(图 3-a)总体上表现为以550~230 Ma为主要组分, > 550 Ma为次要组分, 且550~350 Ma的峰高于350~230 Ma峰的特征, 与青藏高原北部地区锆石的U-Pb年龄谱(图 3-i)较为接近。自西向东(西宁—环县—洛川—夏县), 在高土高原黄土中锆石的U-Pb年龄构成第一主峰(350~230 Ma)和> 550 Ma组分的相对含量呈现逐渐增加的态势, 暗示戈壁阿尔泰和华北克拉通源区(图 3-i)的贡献有自西向东增加的趋势。

前人在黄土高原多个剖面中分析了L1中碎屑锆石U-Pb年龄谱(图 3-b), 结果总体上反映出以550~230 Ma为主要组分, > 550 Ma为次要组分的总体特征。其中, 靖边和蓝田剖面黄土中锆石的U-Pb年龄谱表现为350~230 Ma的峰高于550~350 Ma峰, 但是二者相比, 蓝田剖面多含< 230 Ma的组分而基本不含> 1300 Ma的组分, 靖边剖面基本不含< 230 Ma的组分。除靖边、蓝田剖面外, 其他剖面(西宁、曹岘、环县、西峰、洛川、灵台、渭南)以550~350 Ma的峰高于350~230 Ma峰为特征, 与青藏高原源区锆石U-Pb年龄谱(图 3-i)较为接近, 但是主次峰的相对高度或是> 550 Ma范围内的小峰依旧存在差异, 暗示源自青藏高原的物质在L1层中的贡献存在区域差异, 即黄土高原L1层黄土物源存在空间差异。

多个剖面的S1层古土壤中碎屑锆石U-Pb年龄谱(图 3-c)总体上表现为以550~230 Ma为主要组分, > 550 Ma为次要组分, 且550~350 Ma的峰高于350~230 Ma峰的特征, 与青藏高原源区锆石U-Pb年龄谱(图 3-i)较为接近。只有蓝田剖面中含有较多< 230 Ma组分而不同于其他剖面, 暗示其除了受青藏高原物质的贡献外, 还存在北秦岭物质补给。

虽然仅在靖边和灵台2个剖面有L3层黄土中锆石U-Pb年龄谱的报道(图 3-d), 且总体上表现为以550~230 Ma为主要组分, > 550 Ma为次要组分, 但二者的550~350 Ma与350~230 Ma峰强度明显不同。其中靖边剖面L3中350~230 Ma的组分明显高于550~350 Ma的组分, 与戈壁阿尔泰山的年龄谱相似; 而灵台剖面550~350 Ma的组分明显高于350~230 Ma的组分, 与青藏高原东北缘的年龄谱相似。因此, 这2个剖面的U-Pb年龄谱表现出明显差异, 可以理解为受近源影响较为明显。

夏县、蓝田、洛川剖面L9和S9层的碎屑锆石U-Pb年龄谱(图 3-e, 3-f)总体上以550~230 Ma为主要组分, > 550 Ma为次要组分。但这3个剖面中550~230 Ma年龄区间的年龄谱差异明显。其中, 洛川剖面表现为550~350 Ma的峰高于350~230 Ma的峰, 与青藏高原东北缘相似; 夏县剖面的年龄谱在550~230 Ma的年龄区间表现出与戈壁阿尔泰山相似的特征, 在> 550 Ma的组分中又表现为与华北克拉通相似的特征, 反映戈壁阿尔泰山和华北克拉通源区对夏县一带L9和S9沉积物的贡献较大; 蓝田剖面的年龄谱中出现了较多< 200 Ma的组分, 表现出了与北秦岭较为接近的特征, 暗示在蓝田剖面中L9和S9均受到北秦岭源区的明显影响。

在黄土L15层中, 碎屑锆石的U-Pb年龄谱(图 3-g)总体上表现为以550~230 Ma为主要组分, > 550 Ma为次要组分的特征, 且550~230 Ma的组分在靖边、洛川、夏县、蓝田4个剖面中的差异明显。其中, 靖边和夏县剖面年龄谱350~230 Ma的峰高于550~350 Ma的峰, 表现出与戈壁阿尔泰山相似的特征; 而洛川和蓝田剖面的年龄谱则表现为550~350 Ma的峰高于350~230 Ma的峰, 并与青藏高原东北缘相似; 但洛川剖面与蓝田剖面相比, 350~230 Ma的峰明显较高, 暗示其受到了戈壁阿尔泰山物质的贡献。因此, L15源区的空间差异较为明显, 从北向南源自戈壁阿尔泰山的物质逐渐减少。

靖边和洛川剖面黄土层L33中锆石U-Pb年龄谱550~350 Ma与350~230 Ma峰的相对高低明显不同, 靖边剖面350~230 Ma的组分明显高于550~350 Ma的组分, 总体显示出与戈壁阿尔泰山源区的相似性; 而洛川剖面550~350 Ma的组分明显高于350~230 Ma的组分, 则与青藏高原东北缘的年龄谱相似。

总的来看, 黄土高原不同剖面的已有研究中S0、L1、S1、L3、L9、S9、L15、L33(图 3-a至3--h)层沉积物的源区均表现出相似的空间差异特征, 以青藏高原和戈壁阿尔泰山地区为2大主要物源区, 并相互竞争。此外, 黄土高原边缘地区不同剖面的研究(如西宁、靖边、蓝田、夏县)均显示出邻近源区物质的实质性贡献, 如位于黄土高原北部的靖边(图 1)剖面中沉积物U-Pb年龄谱与相距更近的戈壁阿尔泰山(图 3-i)的年龄谱相似; 位于黄土高原南部的蓝田(图 1)剖面沉积物中明显显示出了邻近的北秦岭的贡献(图 3-i); 位于黄土高原中东部、晋陕峡谷现代黄河河岸的夏县(图 1)剖面中沉积物的U-Pb年龄谱则显示出了华北克拉通的贡献。黄土高原周缘不同剖面点沉积物源区特征的差异与剖面所在区域的地理位置、气候和地质条件密切相关, 因此其物源差异易于从侵蚀—搬运—堆积过程进行解释。但无论如何, 现有的这些研究似乎暗示, 在黄土高原多个地区进行涵盖整个第四纪时段的黄土物源研究具有揭示黄土高原黄土物源空间差异规律、形成演化过程、大气环流格局演化及岩石圈构造隆升之间关系的巨大潜力。然而, 现有基于单颗粒物源示踪技术的研究仍然较少, 亟待更多剖面、更长时间尺度的数据支持。

3.4 第四纪黄土物源随时间的变化规律有待系统研究的支撑

Isozaki等(2008)利用石英的ESR和CI研究灵台剖面黄土物源的结果显示, 在2.1 Ma、1.4 Ma、1.1 Ma、0.8 Ma和0.4 Ma等时间点黄土物源发生了显著变化; Yan等(2017)利用石英的 δ18O 研究灵台剖面黄土沉积物物源的结果也显示, 在2.6 Ma及1.2 Ma时灵台剖面黄土物源发生了显著变化; Zhang等(2018)研究蓝田剖面沉积物的碎屑锆石U-Pb年龄谱的结果也显示在2.5 Ma、1.2~0.9 Ma、末次冰盛期(19.8 ka)等时间点黄土物源发生了显著变化(图 4-a)。以上研究结果显示, 不同物源示踪方法的结果较为一致地支持在大致相同的时间点黄土高原中南部地区黄土物源发生了明显变化。为深入认识黄土高原不同地区黄土物源在第四纪期间的变化规律, 作者收集到洛川和靖边2个剖面长时间序列碎屑锆石的U-Pb年龄数据(图 4-b, 4-c)并根据锆石U-Pb年龄谱做了物源变化特征分析, 进一步探究黄土物源在第四纪期间的变化特征。

图 4 黄土高原蓝田、洛川、靖边剖面黄土锆石U-Pb年龄图谱
数据引自Pullen等(2011), Bird等(2015), Sun等(2018)和Zhang 等(2018)Fig.4 Zircon U-Pb age spectra of loess from Lantian, Luochuan and Jingbian profiles on the Chinese Loess Plateau

从洛川剖面有限的9个层位黄土/古土壤沉积物中碎屑锆石U-Pb年龄图谱(图 4-b)显示, > 600 Ma(华北克拉通特征)组分的含量明显较黄土高原西部地区多, 但550~230 Ma组分依然是黄土高原中部地区黄土/古土壤锆石U-Pb年龄图谱的主峰, 且除S15、L1和S0层中350~230 Ma组分峰值高于550~350 Ma组分的峰值外, 其他层位中350~230 Ma峰值都低于550~350 Ma的峰值高度。纵向上, 尽管洛川剖面缺乏连续层位的锆石U--Pb年龄数据, 但至少S15、L1和S0层位的U--Pb年龄图谱与其他层位的U--Pb年龄谱明显不同, 表现为350~230 Ma年龄峰的相对含量明显增大并成为主峰, 表明在1.2 Ma(S15)前后及0.05 Ma来源自戈壁阿尔泰地区的物质对黄土高原中部地区的贡献显著增加。此外, 在S0与L1层碎屑锆石年龄谱上2000~1800 Ma区间的年龄组分形成了可见的峰, 表明在近0.05 Ma以来, 华北克拉通对黄土高原中部地区黄土沉积物的贡献也有增加。

靖边剖面多个层位黄土/古土壤与潜在物源区的U-Pb年龄图谱(图 4-c)的对比显示, 位于黄土高原北部边缘地区锆石的U-Pb年龄图谱总体上表现为以550~230 Ma为主, 且多数层位350~230 Ma峰值高于550~350 Ma的特征, 总体上与戈壁阿尔泰山地区相似, 但在1.2 Ma(L18至S17)附近550~350 Ma峰的相对含量不断增加并高于350~230 Ma峰值, 表明1.2 Ma前后青藏高原源区相对贡献的增加。

综上可见, 尽管已经在黄土高原仅有几个剖面中运用单颗粒锆石U-Pb年龄谱开展了物源示踪研究, 但位于黄土高原不同区域的蓝田、洛川、靖边等3个剖面的数据均表现出1.2 Ma沉积物主要源区的变化, 可见黄土高原黄土沉积物主要物源区在第四纪确实发生了较为普遍的变化。由于在第四纪青藏高原在经历了青藏运动、昆黄运动、共和运动等阶段性的构造隆升(Li et al., 2014), 全球气候系统也发生了诸如中更新世气候转型等全球规模大气环流以及气候变化周期的调整(Clark et al., 2006)。形成于青藏高原构造隆升和东亚季风系统共同作用下的黄土高原(安芷生等, 1998), 应该以多种形式记录了高原隆升及气候变化的信息。因此, 前文述及普遍发生于1.2 Ma前后黄土高原沉积物主要物源的变化很可能是对同期青藏高原隆升与气候转型事件的响应。只是目前在不同剖面中利用锆石U-Pb年代谱进行沉积物源的研究尚缺乏系统性, 仅有研究的时间分辨率也不相同, 如长尺度(上新世或第四纪以来)的研究多以低分辨率的研究为主, 而短尺度(末次冰期/间冰期)的研究则以高分辨率的研究为主; 导致不同剖面中揭示出黄土物源变化的信息量比较有限, 制约着对黄土高原第四纪沉积物源区随时间变化的系统认识。而黄土沉积物中的锆石在经历从源区风化剥蚀、流体多次搬运并最终堆积的整个地质-气候-地理过程后, 依然忠实地保留了源区的特征, 因此, 在黄土高原通过单颗粒锆石的U-Pb年龄谱开展涵盖整个第四纪时段的黄土物源及其变化历史研究, 具有揭示岩石圈、水圈、大气圈耦合作用过程及演化历史的巨大潜力。

4 认识与展望

在梳理黄土高原黄土沉积物物源研究进展、存在问题及争议的基础上, 获得如下几点认识:

1)黄土高原第四纪黄土沉积物的87Sr/86Sr值发生了较为明显的变化(0.002 580~0.004 949), 其变化幅度远大于实验室的分析测试误差(最大0.000 018)及元素放射性衰变过程导致的87Sr/86Sr值(最大0.000 026)变化; 143Nd/144Nd 值亦存在变化(0.000 095~0.000 240), 其变化幅度远大于实验室的分析测试误差(最大0.000 010)及放射性衰变过程导致的 143Nd/144Nd值(最大0.000 013)变化。因此, Sr-Nd同位素组成的变化具有较明确的地质意义。

2)分析灵台剖面黄土/古土壤全岩及28~45 μm粒级组分的Sr-Nd同位素组成的变化并与气候代用指标变化对比的结果, 其中全岩中< 28 μm的细粒组分87Sr/86Sr值的变化可能更多地反映了气候变化; 而28~45 μm粒级组分的87Sr/86Sr值变化可能更多的反映物源变化, 支持第四纪黄土沉积物主要物源区发生了较为显著的变化。

3)相比于全岩物源示踪方法, 基于单矿物或单颗粒的物源示踪方法对物源区变化的响应更为敏感, 在解决黄土高原沉积物物源及其时空变化方面具有明显的方法学优势。

4)现有有限剖面基于单颗粒碎屑锆石U-Pb年龄谱的黄土物源研究表明, 黄土高原沉积物物源可能存在显著的空间差异, 其中黄土高原周缘地区比中部地区沉积物物源的空间差异更为显著。尽管在黄土高原仅几个剖面中运用单颗粒锆石U-Pb年龄谱开展了物源的初步研究, 但都反映出了1.2 Ma前后沉积物主要物源区的变化; 表明黄土高原沉积物物源研究具有揭示黄土高原物源时空差异规律, 岩石圈、水圈、大气圈耦合作用过程及演化历史的巨大潜力, 亟待更多剖面、更长时间尺度的数据支持。

致谢 感谢审稿专家及责任编辑在论文修改过程中给出的宝贵意见和建议。

(责任编辑 李新坡; 英文审校 陈吉涛)

参考文献
[1] 安芷生, Kukla G, 刘东生. 1989. 洛川黄土地层学. 第四纪研究, 9(2): 155-168.
[An Z S, Kukla G, Liu T S. 1989. Loess stratigraphy in Luochuan of China. Quaternary Sciences, 9(2): 155-168] [文内引用:1]
[2] 安芷生, 王苏民, 吴锡浩, 陈明扬, 孙东怀, 刘秀铭, 王富葆, 李力, 孙有斌, 周卫建, 周杰, 刘晓东, 鹿化煜, 张云翔, 董光荣, 强小科. 1998. 中国黄土高原的风积证据: 晚新生代北半球大冰期开始及青藏高原的隆升驱动. 中国科学(D辑: 地球科学), 28(6): 481-490.
[An Z S, Wang S M, Wu X H, Chen M Y, Sun D H, Liu X M, Wang F B, Li L, Sun Y B, Zhou W J, Zhou J, Liu X D, Lu H Y, Zhang Y X, Dong G R, Qiang X K. 1998. Eolian evidence from the Chinese Loess Plateau: the onset of the Late Cenozoic Great Glaciation in the Northern Hemisphere and Qinghai-Xizang Plateau uplift forcing. Science in China(Series D: Earth Sciences), 28(6): 481-490] [文内引用:2]
[3] 安芷生, 张培震, 王二七, 王苏民, 强小科, 李力, 宋友桂, 常宏, 刘晓东, 周卫健, 刘卫国, 曹军骥, 李小强, 沈吉, 刘禹, 艾莉. 2006. 中新世以来中国季风—干旱环境演化与青藏高原的生长. 第四纪研究, 26(5): 678-693.
[An Z S, Zhang P Z, Wang E Q, Wang S M, Qiang X K, Li L, Song Y G, Chang H, Liu X D, Zhou W J, Liu W G, Cao J J, Li X Q, Shen J, Liu Y, Ai L. 2006. Changes of the monsoon-arid environment in China and growth of the Tibetan Plateau since the Miocene. Quaternary Sciences, 26(5): 678-693] [文内引用:1]
[4] 陈洪云, 孙有斌. 2008. 黄土高原风尘沉积的物质来源研究: 回顾与展望. 第四纪研究, 28(5): 892-900.
[Chen H Y, Sun Y B. 2008. Study on provenance of eolian dust deposits on the Chinese Loess Plateau: retrospects and prospects. Quaternary Sciences, 28(5): 892-900] [文内引用:1]
[5] 陈明扬. 1991. 中国风尘堆积与全球干旱化. 第四纪研究, 11(4): 361-372.
[Chen M Y. 1991. The evolution of Chinese aeolian deposits and global aridification. Quaternary Sciences, 11(4): 361-372] [文内引用:1]
[6] 陈思宇, 黄建平, 李景鑫, 贾瑞, 江南萱, 康丽泰, 马骁骏, 谢亭亭. 2017. 塔克拉玛干沙漠和戈壁沙尘起沙, 传输和沉降的对比研究. 中国科学: 地球科学, 47(8): 939-957.
[Chen S Y, Huang J P, Li J X, Jia R, Jiang N X, Kang L T, Ma X J, Xie T T. 2017. Comparison of dust emissions, transport, and deposition between the Taklimakan Desert and Gobi Desert from 2007 to 2011. Science China-Earth Sciences, 60(7): 1338-1355] [文内引用:1]
[7] 陈忠, 刘泽夏, 杨光树. 2015. 风尘Sr同位素研究. 盐湖研究, 23(1): 8-15.
[Chen Z, Liu Z X, Yang G S. 2015. Research on Sr isotope in dust. Journal of Salt Lake Research, 23(1): 8-15] [文内引用:1]
[8] 丁仲礼, 杨石岭, 孙继敏, 刘东生. 1999. 2. 6 Ma前后大气环流重构的黄土—红粘土沉积证据. 第四纪研究, 19(3): 277-281.
[Ding Z L, Yang S L, Sun J M, Liu T S. 1999. Re-organization of atmospheric circulation at about 2. 6 Ma over North China. Quaternary Sciences, 19(3): 277-281] [文内引用:3]
[9] 李锋. 2007. 中国北方沙尘源区铅同位素分布特征及其示踪意义的初步研究. 中国沙漠, 27(5): 738-744.
[Li F. 2007. Distribution characteristics of lead isotope in dust source areas and its trace significance in the north of China. Journal of Desert Research, 27(5): 738-744] [文内引用:2]
[10] 李高军, 车旭东, 肖国桥, 陈忠. 2013. 西宁黄土碎屑锆石年龄特征及其对黄土高原黄土物源的指示意义. 第四纪研究, 33(2): 345-350.
[Li G J, Che X D, Xiao G Q, Chen Z. 2013. Zircon ages of Xining Loess: implication for the provenance of the loess on Chinese Loess Plateau. Quaternary Sciences, 33(2): 345-350] [文内引用:1]
[11] 刘东生. 1985. 黄土与环境. 北京: 科学出版社, 1-481.
[Liu T S. 1985. Loess and Environment. Beijing: Science Press, 1-481] [文内引用:3]
[12] 鹿化煜, 安芷生. 1997. 洛川黄土粒度组成的古气候意义. 科学通报, 42(1): 66-69.
[Lu H Y, An Z S. 1997. Grain-size composition of Luochuan loess and paleoclimate implication. Chinese Science Bulletin, 42(1): 66-69] [文内引用:1]
[13] 马榕, 张婉莹, 何梦颖. 2019. 基于碎屑锆石U-Pb年龄对黄土高原黄土的空间物源差异分析. 海洋地质前沿, 35(1): 38-45.
[Ma R, Zhang W Y, He M Y. 2019. Spatial provenance difference of the loess on Loess Plateau based on detrital zircons U-Pb ages. Marine Geology Frontiers, 35(1): 38-45] [文内引用:1]
[14] 彭文彬, 聂军胜, 宋友桂, 刘善品, 季顺川. 2014. 用锆石U/Pb测年技术追踪黄土红黏土物源: 进展与展望. 海洋地质前沿, 30(2): 1-9.
[Peng W B, Nie J S, Song Y G, Liu S P, Ji S C. 2014. A review of recent progress in Chinese loess and red-clay provenance studies using zircon U/Pb dating. Marine Geology Frontiers, 30(2): 1-9] [文内引用:1]
[15] 石艳洁, 吴永贵, 沈佳佳, 师路远, 王岩, 吴丰昌, 廖海清. 2015. 土壤和沉积物中钚同位素组成的质谱分析方法. 地球与环境, 43(2): 252-262.
[Shi Y J, Wu Y G, Shen J J, Shi L Y, Wang Y, Wu F C, Liao H Q. 2015. Review on mass spectrographic analysis of Plutonium isotopes in soils and sediments. Earth and Environment, 43(2): 252-262] [文内引用:1]
[16] 孙东怀, 鹿化煜, David Rea, 孙有斌, 吴胜光. 2000. 中国黄土粒度的双峰分布及其古气候意义. 沉积学报, 18(3): 327-335.
[Sun D H, Lu H Y, David R, Sun Y B, Wu S G. 2000. Bimode grain-size distribution of Chinese loess and its paleoclimate implication. Acta Sedimentologica Sinica, 18(3): 327-335] [文内引用:1]
[17] 孙继敏. 2004. 中国黄土的物质来源及其粉尘的产生机制与搬运过程. 第四纪研究, 24(2): 175-183.
[Sun J M. 2004. Provenance, formation mechanism and transport of loess in China. Quaternary Sciences, 24(2): 175-183] [文内引用:3]
[18] 王永焱. 1987. 中国黄土区第四纪古气候变化. 中国科学(B辑化学生物学农学医学地学), 17(10): 1099-1106.
[Wang Y Y. 1987. Changes of Quaternary climate of loess district in China. Science in China(Series B: Chemical, Biology, Agriculture, Medicine, Earth Sciences), 17(10): 1099-1106] [文内引用:1]
[19] 谢静, 吴福元, 丁仲礼. 2007. 浑善达克沙地的碎屑锆石U-Pb年龄和Hf同位素组成及其源区意义. 岩石学报, 23(2): 523-528.
[Xie J, Wu F Y, Ding Z L. 2007. Detrital zircon composition of U-Pb ages and Hf isotope of the Hunshand ake sand land and implications for its provenance. Acta Petrologica Sinica, 23(2): 523-528] [文内引用:1]
[20] 谢静, 杨石岭, 丁仲礼. 2012. 黄土物源碎屑锆石示踪方法与应用. 中国科学: 地球科学, 42(6): 133-143.
[Xie J, Yang S L, Ding Z L. 2012. Methods and application of using detrital zircons to trace the provenance of loess. Science China-Earth Science, 42(6): 133-143] [文内引用:2]
[21] 延昊, 王长耀, 牛铮, 张晔萍. 2002. 东亚沙尘源地、沙尘输送路径的遥感研究. 地理科学进展, 21(1): 90-94.
[Yan H, Wang C Y, Niu Z, Zhang Y P. 2002. Remote sensing study of tracks and source areas of Eastern Asian dust. Progress in Geography, 21(1): 90-94] [文内引用:1]
[22] 杨杰东, 李高军, 戴澐, 饶文波, 季峻峰. 2009. 黄土高原黄土物源区的同位素证据. 地学前缘, 16(6): 195-206.
[Yang J D, Li G J, Dai Y, Rao W B, Ji J F. 2009. Isotopic evidences for provenances of loess of the Chinese Loess Plateau. Earth Science Frontiers, 16(6): 195-206] [文内引用:1]
[23] 杨石岭, 丁仲礼. 2017. 黄土高原黄土粒度的空间变化及其古环境意义. 第四纪研究, 37(5): 934-944.
[Yang S L, Ding Z L. 2017. Spatial changes in grain size of loess deposits in the Chinese Loess Plateau and implications for palaeoenvironment. Quaternary Sciences, 37(5): 934-944] [文内引用:1]
[24] 张宏飞, 高山. 2012. 地球化学. 北京: 地质出版社, 1-410.
[Zhang H F, Gao S. 2012. Geochemistry. Beijing: Geological Publishing House, 1-410] [文内引用:4]
[25] 张小曳. 2001. 亚洲粉尘的源区分布、释放、输送、沉降与黄土堆积. 第四纪研究, 21(1): 29-40.
[Zhang X Y. 2001. Source distributions, emission, transport, deposition of Asian dust and loess accumulation. Quaternary Sciences, 21(1): 29-40] [文内引用:1]
[26] 张小曳. 2007. 有关中国黄土高原黄土物质的源区及其输送方式的再评述. 第四纪研究, 27(2): 181-186.
[Zhang X Y. 2007. Review on sources and transport of loess materials on the Chinese Loess Plateau. Quaternary Sciences, 27(2): 181-186] [文内引用:2]
[27] Adams S M, Soreghan G S. 2020. A test of the efficacy of sand saltation for silt production: implications for the interpretation of loess. Geology, 48(11): 1105-1109. [文内引用:1]
[28] Aléon J, Chaussidon M, Marty B, Schütz L, Jaenicke R. 2002. Oxygen isotopes in single micrometer-sized quartz grains: tracing the source of Saharan dust over long-distance atmospheric transport. Geochimica et Cosmochimica Acta, 66(19): 3351-3365. [文内引用:1]
[29] Amit R, Enzel Y, Mushkin A, Gillespie A, Batbaatar J, Crouvi O, Wagonerdenberghe J, An Z. 2014. Linking coarse silt production in Asian sand deserts and Quaternary accretion of the Chinese Loess Plateau. Geology, 42(1): 23-26. [文内引用:1]
[30] An Z S, Kukla G, Porter S C, Xiao J. 1991. Late quaternary dust flow on the Chinese Loess Plateau. Catena, 18(2): 125-132. [文内引用:1]
[31] An Z S. 2000. The history and variability of the East Asian paleomonsoon climate. Quaternary Science Reviews, 19(1-5): 171-187. [文内引用:1]
[32] An Z S, Kutzbach J E, Prell W L, Porter S C. 2001. Evolution of Asian monsoons and phased uplift of the Himalaya-Tibetan plateau since Late Miocene times. Nature, 411(6833): 62-66. [文内引用:3]
[33] Asahara Y, Tanaka T, Kamioka H, Nishimura A, Yamazaki T. 1999. Provenance of the north Pacific sediments and process of source material transport as derived from Rb-Sr isotopic systematics. Chemical Geology, 158(3-4): 271-291. [文内引用:1]
[34] Assallay A, Rogers C, Smalley I, Jefferson I. 1998. Silt: 2-62 μm, 9-4φ. Earth Science Reviews, 45(1-2): 61-88. [文内引用:2]
[35] Bird A, Stevens T, Rittner M, Vermeesch P, Carter A, Andò S, Garzanti E, Lu H, Nie J S, Zeng L. 2015. Quaternary dust source variation across the Chinese Loess Plateau. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 435: 254-264. [文内引用:7]
[36] Bird A, Millar I, Rodenburg T, Stevens T, Rittner M, Vermeesch P, Lu H Y. 2020. A constant Chinese Loess Plateau dust source since the late Miocene. Quaternary Science Reviews, 227: 106042. [文内引用:5]
[37] Buggle B, Glaser B, Hambach U, Gerasimenko N, Marković S. 2011. An evaluation of geochemical weathering indices in loess-paleosol studies. Quaternary International, 240(1-2): 12-21. [文内引用:1]
[38] Che X D, Li G J. 2013. Binary sources of loess on the Chinese Loess Plateau revealed by U-Pb ages of zircon. Quaternary Research, 80(3): 545-551. [文内引用:2]
[39] Chen J, Li G J, Yang J D, Rao W B, Lu H Y, Balsam W, Sun Y B, Ji J F. 2007. Nd and Sr isotopic characteristics of Chinese deserts: Implications for the provenances of Asian dust. Geochimica et Cosmochimica Acta, 71(15): 3904-3914. [文内引用:10]
[40] Chen J, Li G J. 2011. Geochemical studies on the source region of Asian dust. Science China-Earth Sciences, 54(9): 1279. [文内引用:5]
[41] Chen J. 2012. Progress of aeolian sediments and dust geochemistry in Asia in the new century. Bulletin of Mineralogy Petrology Geochemistry, 31(5): 433-446. [文内引用:2]
[42] Chen Z, Li G J. 2013. Evolving sources of eolian detritus on the Chinese Loess Plateau since early Miocene: tectonic and climatic controls. Earth and Planetary Science Letters, 371: 220-225. [文内引用:8]
[43] Clark P U, Archer D, Pollard D, Blum J D, Rial J A, Brovkin V, Mix A C, Pisias N G, Roy M. 2006. The middle Pleistocene transition: characteristics, mechanisms, and implications for long-term changes in atmospheric pCO2. Quaternary Science Reviews, 25(23-24): 3150-3184. [文内引用:1]
[44] Crouvi O, Amit R, Enzel Y, Gillespie A R. 2010. Active sand seas and the formation of desert loess. Quaternary Science Reviews, 29(17-18): 2087-2098. [文内引用:1]
[45] Crouvi O, Amit R, Enzel Y, Porat N, Sand ler A. 2008. Sand dunes as a major proximal dust source for late Pleistocene loess in the Negev Desert, Israel. Quaternary Research, 70(2): 275-282. [文内引用:1]
[46] Dasch E J. 1969. Strontium isotopes in weathering profiles, deep-sea sediments, and sedimentary rocks. Geochimica et Cosmochimica Acta, 33(12): 1521-1552. [文内引用:1]
[47] Ding Z L, Sun J M, Liu T S, Zhu R X, Yang S L, Guo B. 1998a. Wind-blown origin of the Pliocene red clay formation in the central Loess Plateau, China. Earth and Planetary Science Letters, 161(1-4): 135-143. [文内引用:1]
[48] Ding Z L, Sun J M, Yang S L, Liu T S. 1998b. Preliminary magnetostratigraphy of a thick eolian red clay-Loess sequence at Lingtai, the Chinese Loess Plateau. Geophysical Research Letters, 25(8): 1225-1228. [文内引用:1]
[49] Ding Z L, Xiong S F, Sun J M, Yang S L, Liu T S. 1999. Pedostratigraphy and paleomagnetism of a 7. 0 Ma eolian loess-red clay sequence at Lingtai, Loess Plateau, north-central China and the implications for paleomonsoon evolution. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 152(1): 49-66. [文内引用:1]
[50] Ding Z L, Derbyshire E, Yang S L, Sun J M, Liu T S. 2005. Stepwise expansion of desert environment across northern China in the past 35 Ma and implications for monsoon evolution. Earth and Planetary Science Letters, 237(1-2): 45-55. [文内引用:1]
[51] Enzel Y, Amit R, Crouvi O, Porat N. 2010. Abrasion-derived sediments under intensified winds at the latest Pleistocene leading edge of the advancing Sinai-Negeverg. Quaternary Research, 74(1): 121-131. [文内引用:1]
[52] Fan Y X, Chen F H, Wei G X, Madsen D B, Oviatt C G, Zhao H, Chun X, Yang L P, Fan T L, Li G Q. 2010. Potential water sources for Late Quaternary Megalake Jilantai-Hetao, China, inferred from mollusk shell87Sr/86Sr ratios. Journal of Paleolimnology, 43(3): 577-587. [文内引用:1]
[53] Fan Y X, Li Z J, Wang F, Ma J, Mou X S, Li X H, Zhang Q S, Zhao H, Chen F H. 2019. Provenance variations of the Tengger Desert since 2. 35 Ma and its linkage with the Northern Tibetan Plateau: evidence from U-Pb age spectra of detrital zircons. Quaternary Science Reviews, 223: 105916. [文内引用:2]
[54] Ferrat M, Weiss D J, Strekopytov S, Dong S, Chen H, Najorka J, Sun Y, Gupta S, Tada R, Sinha R. 2011. Improved provenance tracing of Asian dust sources using rare earth elements and selected trace elements for palaeomonsoon studies on the eastern Tibetan Plateau. Geochimica et Cosmochimica Acta, 75(21): 6374-6399. [文内引用:1]
[55] Gallet S, Jahn B M, Torii M. 1996. Geochemical characterization of the Luochuan loess-paleosol sequence, China, and paleoclimatic implications. Chemical Geology, 133(1-4): 67-88. [文内引用:1]
[56] Gallet S, Jahn B M, Lanoe B V, Dia A, Rossello E. 1998. Loess geochemistry and its implications for particle origin and composition of the upper continental crust. Earth and Planetary Science Letters, 156(3-4): 157-172. [文内引用:1]
[57] Gehrels G, Kapp P, DeCelles P, Pullen A, Blakey R, Weislogel A, Ding L, Guynn J, Martin A, McQuarrie N, Yin A. 2011. Detrital zircon geochronology of pre-Tertiary strata in the Tibetan-Himalayan orogen. Tectonics, 30(5): TC5016. [文内引用:1]
[58] Guan Q Y, Pan B T, Gao H S, Li N, Zhang H, Wang J P. 2008. Geochemical evidence of the Chinese Loess provenance during the late Pleistocene. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 270(1-2): 53-58. [文内引用:1]
[59] Guo Z T, Ruddiman W F, Hao Q Z, Wu H B, Qiao Y S, Zhu R X, Peng S Z, Wei J J, Yuan B Y, Liu T S. 2002. Onset of Asian desertification by 22 Myr ago inferred from loess deposits in China. Nature, 416(6877): 159-163. [文内引用:2]
[60] Isozaki Y, Tada R, Sun Y B, Nagashima K, Tani A. 2008. Provenance changes of eolian dust at Lingtai section in the Chinese Loess Plateau since 7 Ma and its implication for desert development in East Asia. Climate of the Past Discussions, 4(2): 335-374. [文内引用:4]
[61] Jacques G, Hauff F, Hoernle K, Jung S, Bindeman Ⅰ. 2020. Sr-Nd-Pb-Hf-O isotopic constraints on the Neoproterozoic to Miocene upper and mid crust in central Chile and western Argentina and trench sediments(33°~35°S). Journal of South American Earth Sciences, 104: 102879. [文内引用:2]
[62] Jahn B M, Gallet S, Han J M. 2001. Geochemistry of the Xining, Xifeng and Jixian sections, Loess Plateau of China: eolian dust provenance and paleosol evolution during the last 140 ka. Chemical Geology, 178(1-4): 71-94. [文内引用:1]
[63] Jeong G Y, Hillier S, Kemp R A. 2008. Quantitative bulk and single-particle mineralogy of a thick Chinese loess-paleosol section: implications for loess provenance and weathering. Quaternary Science Reviews, 27(11-12): 1271-1287. [文内引用:1]
[64] Jeong G Y, Lee K S. 2010. A mineral tracer toward high-resolution dust provenance on the Chinese Loess Plateau: SEM, TEM, and sulfur isotopes of sulfate inclusions in biotite. American Mineralogist, 95(1): 64-72. [文内引用:1]
[65] Li G J, Chen J, Chen Y, Yang J D, Ji J F, Liu L W. 2007. Dolomite as a tracer for the source regions of Asian dust. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 112: D17021. [文内引用:1]
[66] Li G J, Pettke T, Chen J. 2011. Increasing Nd isotopic ratio of Asian dust indicates progressive uplift of the north Tibetan Plateau since the middle Miocene. Geology, 39(3): 199-202. [文内引用:2]
[67] Li J J, Fang X M, Song C H, Pan B T, Ma Y Z, Yan M D. 2014. Late Miocene-Quaternary rapid stepwise uplift of the NE Tibetan Plateau and its effects on climatic and environmental changes. Quaternary Research, 81(3): 400-423. [文内引用:1]
[68] Li L, Liu X J, Li T, Li L F, Zhao L, Ji J F, Chen J, Li G J. 2017. Uranium comminution age tested by the eolian deposits on the Chinese Loess Plateau. Earth and Planetary Science Letters, 467: 64-71. [文内引用:1]
[69] Li L, Chen J, Chen Y, Hedding D W, Li T, Li L F, Liu X J, Zeng F M, Wu W H, Zhao L, Li G J. 2018. Uranium isotopic constraints on the provenance of dust on the Chinese Loess Plateau. Geology, 46(9): 747-750. [文内引用:4]
[70] Licht A, Pullen A, Kapp P, Abell J, Giesler N. 2016. Eolian cannibalism: reworked loess and fluvial sediment as the main sources of the Chinese loess plateau. Geological Society of America Bulletin, 128(5-6): 944-956. [文内引用:2]
[71] Liu C Q, Masuda A, Okada A, Yabuki S, Zhang J, Fan Z L. 1993. A geochemical study of loess and desert sand in northern China: implications for continental crust weathering and composition. Chemical Geology, 106(3-4): 359-374. [文内引用:2]
[72] Liu C Q, Masuda A, Okada A, Yabuki S, Fan Z L. 1994. Isotope geochemistry of Quaternary deposits from the arid land s in northern China. Earth and Planetary Science Letters, 127(1-4): 25-38. [文内引用:1]
[73] Lu H Y, An Z S. 1998. Paleoclimatic significance of grain size of loess-palaeosol deposit in Chinese loess plateau. Science in China(Series D), 41(6): 626-631. [文内引用:1]
[74] Lu H Y, Sun D H. 2000. Pathways of dust input to the Chinese Loess Plateau during the last glacial and interglacial periods. Catena, 40(3): 251-261. [文内引用:1]
[75] Meng X Q, Liu L W, Balsam W, Li S L, He T, Chen J, Ji J F. 2015. Dolomite abundance in Chinese loess deposits: a new proxy of monsoon precipitation intensity. Geophysical Research Letters, 42(23): 10391-10398. [文内引用:1]
[76] Meng X Q, Liu L W, Zhao W C, He T, Chen J, Ji J F. 2019. Distant Taklimakan Desert as an important source of aeolian deposits on the Chinese Loess Plateau as evidenced by carbonate minerals. Geophysical Research Letters, 46(9): 4854-4862. [文内引用:1]
[77] Nesbitt H W, Markovics G, Price R C. 1980. Chemical processes affecting alkalis and alkaline earths during continental weathering. Geochimica et Cosmochimica Acta, 44(11): 1659-1666. [文内引用:1]
[78] Nie J S, Stevens T, Rittner M, Stockli D, Garzanti E, Limonta M, Bird A, Ando S, Vermeesch P, Saylor J, Lu H Y, Breecker, D, Hu X F, Liu S P, Resentini A, Vezzoli G, Peng W B, Carter A, Ji S C, Pan B T. 2015. Loess Plateau storage of Northeastern Tibetan Plateau-derived Yellow River sediment. Nature Communication, 6(1): 8511. [文内引用:4]
[79] Nie J S, Pullen A, Garzione C N, Peng W B, Wang Z. 2018. Pre-quaternary decoupling between asian aridification and high dust accumulation rates. Science Advances, 4(2): EAAO6977. [文内引用:2]
[80] Pettke T, Lee D C, Halliday A N, Rea D K. 2002. Radiogenic hf isotopic compositions of continental eolian dust from Asia, its variability and its implications for seawater Hf. Earth and Planetary Science Letters, 202(2): 453-464. [文内引用:1]
[81] Pullen A, Kapp P, McCallister A T, Chang H, Gehrels G E, Garzione C N, Heermance R V, Ding L. 2011. Qaidam Basin and northern Tibetan Plateau as dust sources for the Chinese Loess Plateau and paleoclimatic implications. Geology, 39(11): 1031-1034. [文内引用:7]
[82] Pullen A, Ibáñez-Mejía M, Gehrels G E, Ibáñez-Mejía J C, Pecha M. 2014. What happens when n=1000?Creating large-n geochronological datasets with LA-ICP-MS for geologic investigations. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 29(6): 971-980. [文内引用:1]
[83] Pye K. 1995. The nature, origin and accumulation of loess. Quaternary Science Reviews, 14(7-8): 653-667. [文内引用:2]
[84] Qin X G, Cai B G, Liu T S. 2005. Loess record of the aerodynamic environment in the east Asia monsoon area since 60 000 years before present. Journal of Geophysical Research-Solid Earth, 110: B01204. [文内引用:1]
[85] Rao W B, Chen J, Yang J D, Ji J F, Li G J, Tan H B. 2008. Sr-Nd isotopic characteristics of eolian deposits in the Erdos Desert and Chinese Loess Plateau: implications for their provenances. Geochemical Journal, 42(3): 273-282. [文内引用:4]
[86] Roskin J, Katra I, Porat N, Zilberman E. 2013. Evolution of Middle to Late Pleistocene sand y calcareous paleosols underlying the northwestern Negev Desert Dunefield(Israel). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 387: 134-152. [文内引用:2]
[87] Roskin J, Katra I, Blumberg D G. 2014. Particle-size fractionation of eolian sand along the Sinai-Negev erg of Egypt and Israel. Geological Society of America Bulletin, 126(1-2): 47-65. [文内引用:1]
[88] Shao Y, Dong C H. 2006. A review on East Asian dust storm climate, modelling and monitoring. Global and Planetary Change, 52(1-4): 1-22. [文内引用:1]
[89] Sheng X F, Chen J, Ji J F, Chen T H, Li G J, Teng H H. 2008. Morphological characters and multi-element isotopic signatures of carbonates from Chinese loess-paleosol sequences. Geochimica Et Cosmochimica Acta, 72(17): 4323-4337. [文内引用:1]
[90] Slama J, Kosler J. 2012. Effects of sampling and mineral separation on accuracy of detrital zircon studies. Geochemistry Geophysics Geosystems, 13: Q05007. [文内引用:1]
[91] Stevens T, Palk C, Carter A, Lu H Y, Clift P D. 2010. Assessing the provenance of loess and desert sediments in northern China using U-Pb dating and morphology of detrital zircons. Geological Society of America Bulletin, 122(7-8): 1331-1344. [文内引用:3]
[92] Stevens T, Carter A, Watson T P, Vermeesch P, Ando S, Bird A, Lu H Y, Garzanti E, Cottam M A, Sevastjanova I. 2013. Genetic linkage between the Yellow River, the Mu Us desert and the Chinese Loess Plateau. Quaternary Science Reviews, 78: 355-368. [文内引用:2]
[93] Sun D H, Shaw J, An Z S, Cheng M Y, Yue L P. 1998. Magnetostratigraphy and paleoclimatic interpretation of a continuous 7. 2 Ma Late Cenozoic Eolian sediments from the Chinese Loess Plateau. Geophysical Research Letters, 25(1): 85-88. [文内引用:1]
[94] Sun D H, Bloemendal J, Rea D K, Wagonerdenberghe J, Jiang F C, An Z S, Su R X. 2002. Grain-size distribution function of polymodal sediments in hydraulic and aeolian environments, and numerical partitioning of the sedimentary components. Sedimentary Geology, 152(3-4): 263-277. [文内引用:5]
[95] Sun D H. 2004. Monsoon and westerly circulation changes recorded in the late Cenozoic aeolian sequences of northern China. Global and Planetary Change, 41(1): 63-80. [文内引用:1]
[96] Sun D H, Bloemendal J, Rea D K, An Z S, Wagonerdenberghe J, Lu H Y, Su R X, Liu T S. 2004. Bimodal grain-size distribution of Chinese loess, and its palaeoclimatic implications. Catena, 55(3): 325-340. [文内引用:1]
[97] Sun J M, Liu T S. 2000. Stratigraphic evidence for the uplift of the Tibetan Plateau between~1. 1 and ~0. 9 Myr ago. Quaternary Research, 54(3): 309-320. [文内引用:1]
[98] Sun J M. 2002. Provenance of loess material and formation of loess deposits on the Chinese Loess Plateau. Earth and Planetary Science Letters, 203(3-4): 845-859. [文内引用:1]
[99] Sun J M. 2005. Nd and Sr isotopic variations in Chinese eolian deposits during the past 8 Ma: implications for provenance change. Earth and Planetary Science Letters, 240(2): 454-466. [文内引用:4]
[100] Sun J M, Zhu X K. 2010. Temporal variations in Pb isotopes and trace element concentrations within Chinese eolian deposits during the past 8 Ma: implications for provenance change. Earth and Planetary Science Letters, 290(3): 438-447. [文内引用:1]
[101] Sun J M, Ding Z L, Xia X P, Sun M, Windley B F. 2018. Detrital zircon evidence for the ternary sources of the Chinese Loess Plateau. Journal of Asian Earth Sciences, 155: 21-34. [文内引用:1]
[102] Sun Y B, An Z S. 2002. History and variability of Asian interior aridity recorded by eolian flux in the Chinese Loess Plateau during the past 7 Ma. Science in China(Series D), 45(5): 420-429. [文内引用:1]
[103] Sun Y B, An Z S. 2005. Late Pliocene-Pleistocene changes in mass accumulation rates of eolian deposits on the central Chinese Loess Plateau. Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 110: D23101. [文内引用:1]
[104] Sun Y B, Tada R, Chen J, Chen H Z, Toyoda S, Tani A, Isozaki Y, Nagashima K, Hasegawa H, Ji J F. 2007. Distinguishing the sources of asian dust based on electron spin resonance signal intensity and crystallinity of quartz. Atmospheric Environment, 41(38): 8537-8548. [文内引用:1]
[105] Sun Y B, Tada R, Chen J, Liu Q S, Toyoda S, Tani A, Ji J F, Isozaki Y. 2008. Tracing the provenance of fine-grained dust deposited on the central Chinese Loess Plateau. Geophysical Research Letters, 35(1): L01804. [文内引用:5]
[106] Sun Y B, An Z S, Clemens S C, Bloemendal J, Wagonerdenberghe J. 2010. Seven million years of wind and precipitation variability on the Chinese Loess Plateau. Earth and Planetary Science Letters, 297(3-4): 525-535. [文内引用:1]
[107] Swet N, Elperin T, Kok J F, Martin R L, Yizhaq H, Katra I. 2019. Can active sand s generate dust particles by wind-induced processes? Earth and Planetary Science Letters, 506: 371-380. [文内引用:1]
[108] Swet N, Kok J F, Huang Y, Yizhaq H, Katra I. 2020. Low dust generation potential from active sand grains by wind abrasion. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 125(7): e2020JF005545. [文内引用:1]
[109] Vermeesch P. 2004. How many grains are needed for a provenance study? Earth and Planetary Science Letters, 224(3-4): 441-451. [文内引用:2]
[110] Wang Y X, Yang J D, Chen J, Zhang K J, Rao W B. 2007. The Sr and Nd isotopic variations of the Chinese Loess Plateau during the past 7 Ma: implications for the East Asian winter monsoon and source areas of loess. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 249(3-4): 351-361. [文内引用:6]
[111] Weltje G J, Prins M A. 2007. Genetically meaningful decomposition of grain-size distributions. Sedimentary Geology, 202(3): 409-424. [文内引用:1]
[112] Xiao G Q, Zong K Q, Li G J, Hu Z C, Dupont-Nivet G, Peng S Z, Zhang K X. 2012. Spatial and glacial-interglacial variations in provenance of the Chinese Loess Plateau. Geophysical Research Letters, 39(20): L20715. [文内引用:5]
[113] Xie Y Y, Liu L, Kang C G, Chi Y P. 2020. Sr-Nd isotopic characteristics of the Northeast Sand y Land , China and their implications for tracing sources of regional dust. Catena, 184: 104303. [文内引用:1]
[114] Xiong J G, Zhang H P, Zhao X D, Liu Q R, Zhang P Z. 2021. Origin of the youngest Cenozoic aeolian deposits in the southeastern Chinese Loess Plateau. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 561: 110080. [文内引用:1]
[115] Yan Y, Ma L, Sun Y B. 2017. Tectonic and climatic controls on provenance changes of fine-grained dust on the Chinese loess plateau since the late Oligocene. Geochimica et Cosmochimica Acta, 200: 110-122. [文内引用:3]
[116] Yang J D, Chen J, Zhang J X. 2005. Variations in87Sr/86Sr of the Huanxian profile, Loess Plateau of China from 40 ka B. P. to 10 ka B. P. and Heinrich events. Geochemical Journal, 39(2): 165-171. [文内引用:3]
[117] Yang Y B, Galy A, Fang X M, Yang R S, Zhang W F, Song B W, Liu Y D, Han W X, Zhang W L, Yang S. 2021. Neodymium isotopic constraints on Cenozoic Asian dust provenance changes linked to the exhumation history of the northern Tibetan Plateau and the Central Asian Orogenic Belt. Geochimica et Cosmochimica Acta, 296: 38-55. [文内引用:1]
[118] Yokoo Y, Nakano T, Nishikawa M, Quan H. 2004. Mineralogical variation of Sr-Nd isotopic and elemental compositions in loess and desert sand from the central Loess Plateau in China as a provenance tracer of wet and dry deposition in the northwestern Pacific. Chemical Geology, 204(1-2): 45-62. [文内引用:2]
[119] Zhang H Y, Lu H Y, Jiang S Y, Wagonerdenberghe J, Wang S J, Cosgrove R. 2012. Provenance of loess deposits in the Eastern Qinling Mountains(central China)and their implications for the paleoenvironment. Quaternary Science Reviews, 43: 94-102. [文内引用:1]
[120] Zhang H Z, Lu H Y, Xu X S, Liu X M, Yang T, Stevens T, Bird A, Xu Z W, Zhang T, Lei F. 2016a. Quantitative estimation of the contribution of dust sources to Chinese loess using detrital zircon U-Pb age patterns. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 121(11): 2085-2099. [文内引用:3]
[121] Zhang H Z, Lu H Y, Stevens T, Feng H, Fu Y, Geng J Y, Wang H L. 2018. Expansion of Dust Provenance and Aridification of Asia Since ~7. 2 Ma Revealed by Detrital Zircon U-Pb Dating. Geophysical Research Letters, 45(24): 13437-13448. [文内引用:6]
[122] Zhang J, Li J J, Guo B H, Ma Z H, Li X M, Ye X Y, Yu H, Liu J, Yang C, Zhang S D, Song C H, Hui Z C, Peng T J. 2016b. Magnetostratigraphic age and monsoonal evolution recorded by the thickest Quaternary loess deposit of the Lanzhou region, western Chinese Loess Plateau. Quaternary Science Reviews, 139: 17-29. [文内引用:1]
[123] Zhang W F, Chen J, Li G J. 2015. Shifting material source of Chinese loess since~2. 7 Ma reflected by Sr isotopic composition. Scientific Reports, 5(1): 10235. [文内引用:5]
[124] Zhang X Y, Arimoto R, An Z S, Chen T, Zhang G Y, Zhu G H, Wang X F. 1993. Atmospheric trace elements over source regions for Chinese dust: concentrations, sources and atmospheric deposition on the Loess Plateau. Atmospheric Environment Part A General Topics, 27(13): 2051-2067. [文内引用:1]
[125] Zhang X Y, Gong S L, Zhao T L, Arimoto R, Wang Y Q, Zhou Z J. 2003. Sources of Asian dust and role of climate change versus desertification in Asian dust emission. Geophysical Research Letters, 30(24): 2272. [文内引用:1]