● 摘要
黄土作为记录过去环境变化的重要信息载体，一直被用于全球变化中古气候的演变研究，尤其是对末次盛冰期以来的气候记录更为关注。汉江上游地区地处秦岭南侧，为北亚热带北缘，是气候环境变化的敏感区域。区内普遍分布着厚层风成黄土覆盖物，但对于该黄土沉积的研究很有限。本文选取郧县段汉江左岸弥陀寺黄土剖面（MTS）为研究对象，对沉积物样品的理化性质（粒度、化学元素组成等）、微结构形态（石英颗粒形态、集粒形态、孔隙、粗颗粒、土壤生成物）等进行了测试，用OSL方法获得地层年龄，以这些实验数据为基础，对秦岭南侧汉江上游黄土的地层、组成结构、风化成壤特征以及对气候变化的响应等问题进行分析研究，获得了以下主要结论：
（1）汉江上游一级河流阶地上黄土的地层序列自上而下依次为：表土层（TS）→全新世黄土（L0）→古土壤（S0）→过渡层黄土（Lt）→马兰黄土（L1）→黄土和砂交互层（JH）→河流相沉积（AL-1），结合OSL测年数据，建立起汉江上游一级阶地上黄土序列的年代框架，黄土和砂交互层底部年龄大约为55000 aB.P.，顶界年龄约为25000 aB.P.，马兰黄土L1的顶界年龄为11500 aB.P.，古土壤S0底界年龄则为8500 aB.P.，顶界年龄为3100 aB.P.。
（2）MTS剖面黄土粒度组成、化学元素、微结构形态等特征显示汉江上游一级阶地交互层以上稳定沉积物质为风尘沉积，交互黄土层与上部马兰黄土组成相近，为风尘堆积，而砂层与下部河流相组成类似，为水成成因。各地层的沉积特征又存在差异，具体体现在：①各层粒度组成以粉砂为主，古土壤S0层相对于黄土层（L1/Lt/L0）粒级更细，各层平均粒径大小排序为S0＜TS＜Lt＜L0＜L1＜JH。②化学元素的变异系数均很小（除JH层外），体现同一区域黄土中成分一致且混合性强，易迁移元素（Ca、Sr等）与稳定元素（Al、Cu等）在剖面垂直方向上呈相反镜像变化，易迁移元素在古土壤S0层中含量呈现低值，在黄土层（L1/L0）中含量则高，稳定性元素则反之。③微结构形态中石英颗粒以次棱-次圆为主，石英颗粒表面多为碟形坑、麻坑等风成机械标志，而交互砂中出现贝状断口、三角痕等水成标志；从S0→Lt→L0→L1次棱状-棱状石英颗粒增多，磨圆度逐渐变差，古土壤S0中石英颗粒的机械标志上叠加的硅质沉淀、SiO2溶蚀刻蚀等化学成因特征明显增多；剖面骨架颗粒之间的微结构连接方式从TS→L0→S0→Lt→L1→JH-t→JH-s依次为絮凝胶结→微镶嵌半胶结→凝块胶结→镶嵌半胶结→支架微胶结→支架微胶结→单颗粒接触结构；孔隙形态则多以复合堆叠状态为主，多囊状、气泡状孔隙，孔隙率排序为S0＞Lt＞L0＞L1；从S0→Lt→L0→L1粗颗粒依次增多，圆度变小，C/F10 μm依次变大；弥陀寺剖面中土壤生成物在S0层出现居多，以次生黏土、铁锰侵染和铁锰凝团为主，未见次生方解石。④MTS剖面在古土壤层150~190 cm处色度、黏粒、＞100 μm的中粗砂、化学元素等数据均显示有异常变化值，与上下层古土壤层理化性质有一定差异，微结构形态也显示其石英颗粒磨圆度变差，集粒间孔隙增多，之间的胶结状态也变差，粗颗粒明显增多，暗示该时段气候发生变异，导致沉积物质性状有较大变化。
（3）秦岭南侧汉江上游地区黄土处于由低等向中等化学风化过渡阶段，Ca、Na淋失严重，钾长石变化不大，风化程度古土壤S0＞过渡性黄土Lt＞全新世黄土L0＞马兰黄土L1，具体表现为：①磁化率与全铁、游离铁、晶质铁等铁形态指标变化均有良好的对应关系，其值均在S0＞Lt＞L0＞L1，反映古土壤S0风化最强。②化学蚀变指数CIA和CPA均指示MTS黄土剖面整体处于由低等向中等化学风化过渡阶段，A-CN-K三角图显示弥陀寺黄土经历了以斜长石风化为主的风化过程，次生风化黏土矿物以蒙脱石、伊利石为主，尚未达到以高岭石、水铝石为主产物的强风化阶段。③K/Na、Fe/Mg、Rb/Sr三个化学风化参数的值均呈TS＞S0＞Lt＞L0＞L1，而硅铝系数Sa变化与上面四个指数相反，四者共同指示古土壤层风化要强于黄土层。此外，磁化率、铁形态、CIA、K/Na、Fe/Mg、Rb/Sr及硅铝系数等风化指标在剖面150~190 cm处有变异值，指示该段古土壤发育出现弱风化，反映出该时期古气候有异常。
（4）郧县汉江段MTS黄土的风化成壤特征有效地反演了汉江上游一级阶地在大约25000 aB.P.稳定抬升以后古气候演变的4个阶段：末次冰期冰盛期（25000~11500 aB.P.），全新世早期（11500~8500 aB.P.），全新世中期（8500~3100 aB.P.），全新世晚期（3100 aB.P.~至今），气候状况依次为冷干→凉干→暖湿→冷干，此外全新世大暖期期间存在多次气候波动，MTS剖面古土壤中150~190 cm的弱风化层就是对全新世中期5.5 ka冷事件的一次直接记录。
（5）对比秦岭南北黄土的地层序列、粒度特征、化学元素以及风化程度，得出秦岭南北两侧黄土的几点异同：①两地区的剖面地层序列一致，自上向下都为TS→L0→S0→Lt→L1，区别在于汉江上游马兰黄土L1下部为黄土和砂的交互层以及河流相沉积，而关中地区马兰黄土L1下部仍为黄土，两剖面的年代框架也一致，L1顶界和S0发育年龄相同。②两地粒度均以粉砂尤其是粗粉砂为主，且二者土壤质地均属粉质黏土亚黏土；汉江上游古土壤S0层颗粒要比关中地区黄土古土壤都要细，而马兰黄土中颗粒要粗些，这与汉江上游黄土混入近源物质有关。③两地黄土中的化学元素变异系数都比较小，组成一致且均一，秦岭南侧汉江上游黄土中活动性元素（Ca、Mg、Sr等）要比北侧关中地区黄土的有所减少，稳定元素（Ca、Mg、Sr等）相对增多，反映出秦岭南侧黄土中不稳定成分淋失较多，经历风化淋溶作用更强。④两地区黄土中磁化率、化学蚀变指数（CIA）、元素比值（K/Na、Ca/Mg、Rb/Sr）、淋溶系数以及残积指数等相关风化指标均显示在古土壤层风化要强于黄土层，说明秦岭南北两侧黄土经历了相似的沉积发育过程，但汉江上游地区黄土中风化指数更高，风化程度更强，说明秦岭南侧古气候更为暖湿。