淺析鈣華在第四紀(jì)研究中的應(yīng)用

摘 要：鈣化在第四紀(jì)中的研究對(duì)氣候、環(huán)境、和生態(tài)建設(shè)有著極大的社會(huì)意義，需要對(duì)成因、分布、分類(lèi)、古氣候等做進(jìn)一步研究，且能提供絕對(duì)的沉積年代和沉積時(shí)的地質(zhì)與環(huán)境信息。就研究現(xiàn)狀的了解，本文對(duì)鈣華的分布、分類(lèi)等問(wèn)題作出解釋。淺析鈣華在第四紀(jì)研究中的應(yīng)用，主要從鈣華定年、鈣華在古氣候環(huán)境中的應(yīng)用、在區(qū)域地貌演化中的應(yīng)用、在區(qū)域構(gòu)造和地?zé)嵫莼械膽?yīng)用、在地質(zhì)考古中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鈣華;古氣候;構(gòu)造活動(dòng);熱成因;第四紀(jì)

1 引言

鈣華，又稱(chēng)石灰華，是一種主要由碳酸鈣礦物（方解石、文石）組成的沉積物，廣泛分布于陸地環(huán)境中。內(nèi)外成因的變化導(dǎo)致鈣化對(duì)環(huán)境研究具有非常高的價(jià)值。而由于能夠提供絕對(duì)的沉積年代和記錄沉積時(shí)的氣候環(huán)境信息，鈣華被用來(lái)作為一種重建第四紀(jì)氣候環(huán)境演化的重要檔案。一般地，鈣華的沉積速率較快，且對(duì)地表氣候環(huán)境變化敏感，故可以記錄高分辨率（可達(dá)年、季尺度）的氣候環(huán)境變化信息，從而有揭露短時(shí)間尺度和極端氣候環(huán)境事件的潛力。鈣華廣泛分布于陸地環(huán)境中，且能夠提供絕對(duì)的沉積年代（如鈾系測(cè)年）等和記錄沉積時(shí)的地質(zhì)與環(huán)境信息，被廣泛應(yīng)用于第四紀(jì)研究中。對(duì)于研究鈣化在古氣候重建、區(qū)域地貌演化、構(gòu)造和地?zé)峄顒?dòng)以及考古等具有極大的研究?jī)r(jià)值和社會(huì)貢獻(xiàn)意義。

2 研究現(xiàn)狀

近年來(lái)國(guó)家的環(huán)境與治理方面做出戰(zhàn)略要求，一帶一路等國(guó)家戰(zhàn)略都需要地球科學(xué)這門(mén)學(xué)科作為支撐基礎(chǔ)，過(guò)去30年國(guó)內(nèi)外科學(xué)家已經(jīng)對(duì)鈣華的好多關(guān)于古氣候和成因分類(lèi)、我國(guó)的分布等做出大量研究，但是對(duì)熱成因和古氣候方面還是缺乏研究和細(xì)分。近年來(lái)，人類(lèi)活動(dòng)和人為因素加劇地球溫室氣候、導(dǎo)致鈣化迅速惡化（四川黃龍，九寨溝，廣西 桂林等）迫切需要鈣華的加量研究。對(duì)于他的沉積機(jī)制、分類(lèi)、成因等需要進(jìn)一步研究，對(duì)于熱成因鈣華的古氣候環(huán)境意義能否記錄地上的氣候信號(hào)受到了很大爭(zhēng)議，鈣華指標(biāo)解譯存在問(wèn)題，由于鈣華沉積開(kāi)放的地表環(huán)境下，其中沉積機(jī)制較為復(fù)雜，準(zhǔn)確提取記錄沉積物中的古氣候環(huán)境變化信息變得尤為困難。需要進(jìn)一步對(duì)鈣華沉積速率、穩(wěn)定碳同位素等于古氣候于氣候的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)觀測(cè)和研究。鈣華的沉積形態(tài)和巖相結(jié)構(gòu)多樣等都需要進(jìn)一步研究。

3 鈣華成因、分類(lèi)、分布

根據(jù)沉積水體和沉積模式不同，Pedley將鈣華分為泉水鈣華、河流障鈣華、湖泊鈣華和沼澤鈣華等幾種。根據(jù)沉積水體中CO2來(lái)源不同，Pentecost將鈣華分為大氣成因（tufa）和熱成因鈣華（travertine）兩大類(lèi)。基本特征：其中大氣成因鈣華的沉積速率較低、孔隙度高，通常含有豐富的大型、微型植物和無(wú)脊椎動(dòng)物殘?bào)w;而熱成因鈣華通常具有較高的沉積速率，常形成較好的層狀結(jié)構(gòu)，其巖相結(jié)構(gòu)以物理化學(xué)和微生物成因結(jié)晶為主，通常缺乏原地的大型植物和動(dòng)物殘骸。由于沉積熱成因鈣華的泉水并非都是熱水，劉再華等人也將大氣成因類(lèi)和熱成因類(lèi)鈣華分別稱(chēng)之為表生鈣華和內(nèi)生鈣華。

鈣華主要分布在有大量降水和年均溫度較高的石灰?guī)r地區(qū)。對(duì)于世界而言，如干旱地區(qū)埃及西部沙漠地區(qū)和埃塞爾布亞高原，熱成因分布在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)，如意大利中部和土耳其西部的伸展構(gòu)造活動(dòng)帶或火山活動(dòng)區(qū)（美國(guó)黃石公園）。對(duì)于我國(guó)而言，大氣成因主要出現(xiàn)在溫暖濕潤(rùn)的南方地區(qū)，如廣西、貴州、四川黃龍和九寨溝、云南等地，而在寒冷和干旱地區(qū)較少;熱成因鈣華出現(xiàn)在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)，如青藏高原、滇西和川西等地。

4 鈣華在第四紀(jì)研究中的應(yīng)用

4.1 鈣華定年

鈣化能夠通過(guò)鈾系不平衡測(cè)年技術(shù)獲得絕對(duì)的年齡，鈾-釷（U-Th）測(cè)年法可以覆蓋晚第四紀(jì)的大部分時(shí)段，測(cè)年上限可達(dá)距今60多萬(wàn)年，而鈾-鉛（U-Pb）法可以對(duì)新近紀(jì)鈣化進(jìn)行定年，可以研究鈣化本身或內(nèi)含的有機(jī)物進(jìn)行14C測(cè)年，或混入鈣華里的碎屑石英或長(zhǎng)石顆粒進(jìn)行光釋光（OLS）測(cè)年。其他方法，有熱釋光（TL）電子自旋共振（ESR）以及氨基酸外消旋化分析等。

4.2 鈣華能揭示區(qū)域構(gòu)造和地?zé)峄顒?dòng)歷史

由于地球深部斷裂直接誘發(fā)或控制了地下熱水的補(bǔ)給、循環(huán)和上升，所以熱成因鈣華的形成與斷裂和地震活動(dòng)也具有密切關(guān)系，其沉積地點(diǎn)可以用來(lái)識(shí)別活動(dòng)的或有潛在危險(xiǎn)的斷裂、地震帶。許多研究發(fā)現(xiàn)裂隙-山脊型熱成因鈣華定年為地質(zhì)學(xué)家們提供了許多盆地張性斷裂的構(gòu)造活動(dòng)特征及運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的信息。

4.3 鈣華在地質(zhì)考古中的應(yīng)用

泉水吸引是古人尋找水源的方法之一，且溫泉能夠?yàn)楹錃夂驐l件下古人類(lèi)們提供取暖條件來(lái)抵御嚴(yán)寒。因此，鈣華中或附近經(jīng)常有考古遺存或其他人類(lèi)活動(dòng)痕跡的發(fā)現(xiàn)。

4.4 鈣華在古氣候環(huán)境中的應(yīng)用

氣候?qū)︹}華的形成速度和形態(tài)具有重要的作用，受局部環(huán)境氣候的影響，不同的地區(qū)鈣華沉積模式也不盡相同，特別是溫度對(duì)鈣華的形成有直接的影響。利用一些氣候環(huán)境替代指標(biāo)可以對(duì)鈣華蘊(yùn)藏的古環(huán)境與古氣候信息進(jìn)行解譯，從而推斷過(guò)去環(huán)境變遷。也可以利用鈣華碳氧穩(wěn)定同位素的古環(huán)境與古氣候信息能夠直接反映地表的環(huán)境變化。鈣華微層的巖性、厚度、顏色、物質(zhì)組成都可以是古環(huán)境變化的指標(biāo)。其中微層的厚度、顏色對(duì)沉積環(huán)境很敏感，是氣候冷、暖變化的表征。鈣華中有機(jī)碳含量也可以指示生態(tài)環(huán)境的變化。

4.5 鈣華在區(qū)域地貌演化中的應(yīng)用

鈣華能夠提供絕對(duì)年代，且與氣候環(huán)境具有密切關(guān)系，使其成為研究地表過(guò)程和地貌演化的一個(gè)重要工具.較快的沉積和固結(jié)成巖使得鈣華常常在不同的陸地環(huán)境（如坡地、河流和湖泊等）中相對(duì)保存較好，故而在揭露區(qū)域地表過(guò)程和地貌長(zhǎng)期演化歷史方面具有很大潛力.一些河流系統(tǒng)，如匈牙利多瑙河、西班牙Tagus河、意大利Valdelsa河谷中的鈣華研究都發(fā)現(xiàn)，鈣華保存在不同的河流階地表面，能夠用來(lái)揭示千年和軌道時(shí)間尺度上的河流侵蝕和地貌演化歷史。

5 結(jié)語(yǔ)

鈣華對(duì)于氣候環(huán)境演化有極大的意義和研究?jī)r(jià)值。且能提供絕對(duì)的沉積年代和沉積時(shí)的氣候環(huán)境信息。基于鈣華的研究現(xiàn)狀存在爭(zhēng)議，對(duì)鈣華的分布、成因、分類(lèi)等問(wèn)題做出解釋。淺析鈣華在第四紀(jì)研究中的應(yīng)用。基于目前鈣華在第四紀(jì)研究中的應(yīng)用還較少，尤其是鈣華對(duì)古氣候環(huán)境變化的指示意義，且我國(guó)鈣華分布廣泛，其中蘊(yùn)藏的豐富的地質(zhì)、地貌、氣候和環(huán)境信息有待進(jìn)一步探索.

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作者簡(jiǎn)介

趙新濤（1995-），男，漢族，陜西，在讀研究生，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)，成都理工大學(xué)。