兰州盆地永登剖面晚古新世—早渐新世沉积物中粘土矿物的特征及其古气候指示意义

摘要/Abstract

摘要：

采用X射线衍射、扫描电镜分析方法，对兰州盆地永登剖面晚古新世—早渐新世沉积物中粘土矿物的相对含量、伊利石结晶度、显微形貌及其古气候意义进行深入研究。结果表明：晚古新世—早渐新世沉积物中粘土矿物主要为伊利石、蒙脱石、绿泥石和少量的坡缕石，其中伊利石的含量最高，而且从晚古新世到早渐新世，沉积物中伊利石的含量呈明显升高的趋势，蒙脱石则呈明显减少的趋势；在大约55 Ma处伊利石含量急剧减小，而蒙脱石含量急剧增大。此外，可见到毛发状的自生坡缕石沿蒙脱石晶片边缘交代生长，而碎屑成因的坡缕石则主要呈破碎的短棒状。粘土矿物分布特征表明，兰州盆地晚古新世—早渐新世的古气候以干旱为主导，并且经历了由相对温暖湿润到半干旱半湿润或干旱炎热的转变，这种气候转型主要受全球气候的影响，即受行星风系的控制；而在大约55 Ma处伊利石、蒙脱石的含量变化则记录了全球性的PETM事件。

关键词: 粘土矿物；坡缕石；晚古新世&mdash, 早渐新世；兰州盆地

Abstract:

Clay mineralogy of the Late Paleocene to Early Oligocene sediments in Yongdeng, Lanzhou and their palaeoclimatic interpretations were investigated using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Our results showed that clay mineral composition of the sediments was dominantly illite, smectite, and chlorite, with minor palygorskite. From the Late Paleocene to Early Oligocene sediments illite content showed an upward increase trend, while the smectite content exhibited an opposite trend to that of illite. There were a sharp decrease in illite content and a rapid increase in smectite content at ~55 Ma in the curves of clay mineral composition. SEM observation showed that smectite flakes were replaced by authigenic palygorskite along the particle edges. Palygorskite derived from smectite usually displayed a hairlike shape, while the detrital palygorskite exhibited a short club outline. Clay mineralogy of the sediments indicated that arid/semiarid climate prevailed over the Late Paleocene to Early Oligocene period, but it changed from relatively humid to arid/semiarid conditions in Lanzhou basin, which was controlled by the global climate system, i.e, the planetary wind system, and the sharp change in illite and smectite contents at ~55 Ma indicated the global PETM event recorded in the area.

Key words: clay minerals, palygorskite；Late Paleocene-Early Oligocene, Lanzhou basin

中图分类号:

P534.61
P57

邓焰平, 洪汉烈, 殷科, 徐耀明, 杜鹃, 张克信. 兰州盆地永登剖面晚古新世—早渐新世沉积物中粘土矿物的特征及其古气候指示意义[J]. 现代地质, 2010, 24(4): 793-800.

DENG Yan-Ping, HONG Han-Lie, YIN Ke, XU Yao-Ming, DU Juan, ZHANG Ke-Xin. Clay Mineralogy and Its Palaeoclimatic Indicator of the Late Paleocene to Early Oligocene Sediments in Yongdeng, Lanzhou Basin[J]. Geoscience, 2010, 24(4): 793-800.

参考文献

［1］岳乐平，邱占祥，颉光普，等. 兰州盆地永登剖面记录的第三纪沉积环境［J］. 沉积学报，2003，21(4)：683-687.
［2］甘肃省区调队. 甘肃的第三系［J］. 甘肃地质，1984(2)：1-40.
［3］甘肃省地质矿产局. 甘肃省区域地质志［M］. 北京：地质出版社，1989：290-304.
［4］邱占祥，谷祖纲. 甘肃兰州第三纪中期哺乳动物化石地点［J］. 古脊椎动物学报，1988，26 (3)：198-213.
［5］邱占祥，谢骏义，阎德发. 甘肃东乡几种早中新世化石地点［J］. 古脊椎动物学报，1990，28 (1)：9-24.
［6］Qiu Zhanxiang，Wang Banyue，Qiu Zhuding. Land mammal geochronology and magnetostratigraphy of Mid-Tertiary deposits in the Lanzhou Basin，Gansu Province, China ［J］. Eclogae Geology Helvetiae，2001，94：373-385.
［7］李吉均，方小敏. 青藏高原隆起与环境变化研究［J］. 科学通报，1998，43 (15)：1569-1574.
［8］方小敏，李吉均，朱俊杰，等. 甘肃临夏盆地新生代地层年代测定与划分［J］.科学通报，1997，42(14)：1457-1471.
［9］谷祖纲，王四海，黄钊文，等. 临夏盆地第三系年代地层学研究与Giraffokeryx 在中国的发现［J］. 科学通报，1995，40 (5)：440-442.
［10］宋春辉，孙淑荣，方小敏，等. 酒西盆地晚新生代沉积物重矿物分析及沉积演化［J］. 沉积学报，2002，20 (4)：552-559.
［11］黄华芳，彭作林，卢伟，等. 酒西盆地、酒东盆地第三系磁性地层的划分与对比［J］. 甘肃地质，1993，2 (1)：6-16.
［12］岳乐平，Heller F，邱占祥，等. 兰州盆地第三系磁性地层年代与古环境记录［J］. 科学通报，2000， 45(18)：1998-2002.
［13］Merriman R J. Contrasting clay mineral assemblages in British lower Palaeozonic slate belts： the influence of geotectonic setting ［J］. Clay Minerals，2002，37(1)：207-219.
［14］洪汉烈. 粘土矿物古气候意义研究的现状与展望［J］. 地质科技情报，2010, 29(1)： 1-8.
［15］Manalt F，Beck C，Disnar J R，et al. Evolution of clay mineral assemblages and organic matter in the late glacial Holocene sedimentary infill of Lake Annecy(northwestern Alps)：paleoenvironmental implications ［J］. Journal of Paleolimnology，2001，25(2)：179-192.
［16］Perederij V I. Clay mineral composition and palaeoclimatic interpretation of the Pleistocene deposits of Ukraine ［J］. Quaternary International，2001，76：113-121.
［17］Médard T. Palaeoclimatic interpretation of clay minerals in marine deposits：an outlook from the continental origin ［J］. Earth Science Reviews，2000，49(14)：201-221.
［18］张克信，王国灿，曹凯，等. 青藏高原新生代主要隆升事件：沉积响应与热年代学记录［J］.中国科学：D辑，2008，38(12)：1575-1588.
［19］Liu Zhifei，Christophe Colin, Huang Wei，et al. Clay minerals in surface sediments of the Pearl River drainage basin and their contribution to the South China Sea［J］. Chinese Science Bulletin，2007，52(8)：1101-1111.
［20］Hong Hanlie，Zhang Ning，Li Zhaohui，et al. Clay mineralogy across the P-T Boundary of the XIAKOU Section，China：Evidence of clay provenance and environment［J］. Clays and Clay Minerals，2008，56(2)：131-143.
［21］Hong Hanlie，Li Zhaohui，Xue Huijuan，et al. Oligocene clay mineralogy of the LINXIA Basin：Evidence of paleclimatic evolution subsequent to the initialstage uplift of the Tibetan Plateau［J］. Clays and Clay Minerals，2007，55(5)：491-503.
［22］Moore D M, Reynolds R C. XRay Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals ［M］. Oxford： Oxford University Press，1997：1-373.
［23］Kahle M，Kleber M，Jahn R. Review of XRDbased quantitative analyses of clay minerals in soils：the suitability of mineral intensity factors［J］. Geoderma，2002，109(3/4)：191-205.
［24］Biscaye P E. Distinction between kaolinite and chlorite in recent sediment by Xray diffraction［J］. American Mineralogist，1964，49：1281-1289.
［25］Biscaye P E. Mineralogy and sedimentation of recent deep sea clay in the Atlantic Ocean and adjacent seas and oceans ［J］. Geological Society of American Bulletin，1965，76：803-832.
［26］刘志飞，Trentesaux A，Clemens S C，et al. 南海北坡ODP146站第四纪粘土矿物记录：洋流搬运与东亚季风演化［J］. 中国科学： D辑，2003，33 (3)：271-280.
［27］Kubler B. Les argiles，indicateurs de metamorphisme［J］. Revue de lInstitut Francais du Petrole，1964，19(10)：1093-1112.
［28］王河锦，周健. 关于伊利石结晶度诸指数的评价［J］. 岩石学报，1998，14(3)：395-405.
［29］Diekmann B，Petschick R，Gingele F X, et al. Clay mineral fluctuations in Late Quaternary sediments of the southeastern South Atlantic：Implications for past changes of deepwater advection［M］// Wefer G, Berger W H, Siedler G, et al. The South Atlantic Present and Past Circulation.Berlin, Heidelberg：SpringerVerlag，1996： 621-644.
［30］Chamley H. Clay Sedimentology ［M］. Heidelberg：SpringerVerlag，1989：1-623.
［31］杨献忠. 伊利石的结晶度及其地质意义综述［J］. 沉积学报，1993，11(4)：92-98.
［32］张天乐，王宗良. 中国粘土矿物的电子显微镜研究［M］. 北京：地质出版社，1978：25-50.
［33］Verrecchia E P, Le Coustumer M N. Occurrence and genesis of palygorskite and associated clay minerals in a Pleistocene calcrete complex，SDE Boqer,Negev desert,Israel ［J］. Clay Minerals,1996,31：183-202.
［34］Hong Hanlie，Yu Na，Xiao Ping，et al. Authigenic palygorskite in Miocene sediments in Linxia basin，Gansu，northwestern China［J］. Clay Minerals，2007，42：45-58.
［35］郑自立，宋绵新，易发成，等. 中国坡缕石［M］.北京：地质出版社，1997：10-13.
［36］Deconinck J F，Chamley H. Diversity of smectite origins in Late Cretaceous sediments： example of chalks from northern France ［J］. Clay Minerals，1995，30：365-379.
［37］洪汉烈，于娜，薛惠娟，等. 临夏盆地晚更新世沉积物粘土矿物的特征及其古气候指示［J］. 现代地质，2007，21(2)：406-414.
［38］Weaver C E，Pollard D L. The Chemistry of Clay Minerals ［M］. Amsterdam, New York: Elsevier Scientific Publishing Company, 1973：1-213.
［39］张乃娴，万国江，马玉光. 威宁草海沉积物中的粘土矿物及其环境记录［J］.地质科学，2000，35(2)：206-211.
［40］唐松，邵磊，赵泉鸿. 南海渐新世以来粘土矿物的演变特征及意义［J］.沉积学报，2004，22(2)：337-341.
［41］刘饮甫，彭苏萍，曹代勇，等. 郑州超化煤矿山西组泥页岩中粘土矿物及地化研究［J］.煤田地质与勘探，1999，27(6)：9-13.
［42］Gingele F X，De Deckker P，Hillenbrand C D. Late Quaternary fluctuations of the Leeuwin Current and palaeoclimates on the adjacent land masses：clay mineral evidence ［J］.Australian Journal of Earth Science，2001，48(6)：867-874.
［43］Quigley R M，Martin R T. Chloritized weathering products of a New England Glacial Till ［J］. Clays and Clay Minerals,1963，10：107-116.
［44］Ducloux J，Meunier A，Velde B. Smectite，chlorite and a regular interlayered chloritevermiculite in soils developed on a small serpentinite body，Massif Central, France ［J］. Clay Minerals,1976，11：121-135.
［45］Tateo F，Sabbadini R，Morandi N. Palygorskite and sepiolite occurrence in Pliocene lake deposits along the River Nile：evidence of an arid climate ［J］. Journal of African Earth Science，2000，31(3/4)：633-645.
［46］Khadkikar A S，Chamyal L S，Ramesh R. The character and genesis of calcrete in Late Quaternary alluvial deposits，Gujarat，Western India，and its bearing on the interpretation of ancient climates［J］. Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，2000，162：239-261.
［47］Singer A. The Paleoclimatic interpretation of clay minerals in soil and weathering：A review ［J］. Earth Science Reviews，1979，15：303-326.
［48］王苏民. 世界咸水湖的物理与化学特征［J］. 湖泊科学，1993，5 (3)：278-286.
［49］刘东生，郑绵平，郭正堂. 亚洲季风的起源和发展及其与两极冰盖和区域构造运动的时代耦合性［J］. 第四纪研究，1998(3)：194-204.
［50］钟大赉，丁林. 青藏高原隆升过程及其机制的探讨［J］. 中国科学：D辑，1996，26(4)：289-295.
［51］赵玉龙，刘志飞. 古新世—始新世最热事件对地球表层循环的影响及其触发机制［J］.地球科学进展，2007，22(4)：341-349.