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第一章 绪论1

第一节 第四纪科学与环境地球化学1

第二节 第四纪及环境地球化学研究进展概况2

一、第四纪及GEC研究进展2

二、环境地球化学进展3

三、人类活动遗址中的环境研究进展5

第三节 洞庭湖区的第四纪研究6

一、前人的研究进展6

二、本研究的科学思想、技术方法和主要成果7

（一）研究思想7

（二）技术路线及主要方法8

（三）主要成果和认识9

第二章 洞庭湖地区概况16

第一节 社会经济及自然地理概况16

一、地理位置16

二、地形地貌水系概况16

三、气候植被特点17

四、区域人类活动发展演化及文化遗存概况17

第二节 地质地球化学概况19

一、区域地质概况19

（一）大地构造位置及岩浆岩的分布19

（二）湖南地层及其区域分布19

（三）洞庭湖与湘江下游地区地质构造及其演化历史19

二、区域地球化学特征22

（一）元素的区域地球化学分布特征22

（二）土壤元素的空间分布24

（三）不同地质背景区土壤的元素组合24

第三章 洞庭湖区第四纪地层年代学研究25

第一节 第四纪的年代学研究25

一、碳同位素（14C）测年25

（一）14C测年原理25

（二）14C年代数据的校正25

二、电子自旋共振（ESR）测年26

（一）样品的处理及测试26

（二）剖面样品的形成年龄27

三、光释光（OL）方法27

四、210Pb27

（一）210Pb原理27

（二）样品的采集及分析结果28

五、古地磁28

（一）古地磁年龄测定28

（二）古地磁采样测试及结果29

第二节 洞庭湖区丘岗阶地区第四纪红土的地层学研究30

一、第四纪红土的总的空间分布特征30

二、不同时期红土剖面的地层特征30

（一）洞庭湖区第四纪红土综合剖面30

（二）不同地区第四纪红土剖面地层对比35

第三节 洞庭湖盆地第四纪沉积地层36

一、第四纪地层划分及区域分布概况36

二、沉积区本课题施工钻孔揭露的第四纪沉积地层特征40

（一）东洞庭湖区南部（ZK1孔）第四纪地层40

（二）东洞庭湖区北部（ZK2孔）第四纪地层42

（三）湘江下游入湖口段（ZK3孔）第四纪地层42

（四）长江分流区（ZK4孔）第四纪地层43

（五）澧阳平原南部澧水（ZK5孔）第四纪地层43

第四节 洞庭湖区阶地区和平原区地层对比44

一、不同方法测年结果的对比及时间序列的建立44

（一）不同方法测年结果的综合44

（二）不同钻孔测年结果的对比及时间序列的建立45

二、丘岗区及平原区第四纪地层对比45

第四章 洞庭湖阶地区第四纪红土研究47

第一节 红土概述47

一、问题的提出47

二、什么是第四纪红土47

三、网纹红土及其形成48

四、中国南方红土的分布49

第二节 第四纪红土的地质背景50

一、第四纪红土地层对比50

二、第四纪红土区的地貌构造特征51

（一）地貌分类52

（二）构造特征52

三、洞庭湖地区红土类型及其红土剖面分层情况53

（一）红土类型53

（二）红土分层54

四、第四纪红土物质成分的区域性变化54

（一）不同流域区的红土特征54

（二）不同时代的红土特征55

五、第四纪红土的矿物组合特征56

（一）不同时代红土的重矿物组合56

（二）不同母质母岩红土的主要矿物组成57

第三节 第四纪红土的元素丰度和常量组成特征59

一、洞庭湖区第四纪红土的元素丰度特征59

（一）洞庭湖区第四纪红土的元素含量平均值及概率分布59

（二）洞庭湖区第四纪红土化学成分的区域比较60

二、第四纪红土中常量元素的分布特征62

（一）第四纪红土中常量元素的区域分布特征63

（二）不同类型第四纪红土常量元素含量平均值64

（三）不同母质的第四纪红土常量元素变化65

（四）不同地区第四纪红土剖面常量元素变化68

（五）不同时代第四纪红土常量元素变化72

第四节 第四纪红土的地球化学环境参数74

一、第四纪红土的介质条件74

（一）第四纪红土的酸碱度74

（二）第四纪红土酸碱度与一些化学组分的相关性74

二、第四纪红土中的有机质和磁化率75

（一）第四纪红土中有机质的含量特征75

（二）第四纪红土的磁化率特征77

三、第四纪红土的相对淋溶积聚参数78

（一）元素淋溶积聚参数及其变化78

（二）红土化指数等参数与元素对比值的统计关系79

第五节 第四纪红土中的微量元素80

一、第四纪红土的微量元素分布特征80

（一）不同地区（流域）第四纪红土中微量元素平均值80

（二）不同时代第四纪红土中微量元素平均含量82

（三）不同类型第四纪红土中微量元素平均含量84

二、第四纪红土微量元素的组合特征85

（一）不同流域第四纪红土元素组合的因子分析86

（二）不同时代红土化的元素组合变化87

（三）不同类型第四纪红土元素组合89

三、第四纪红土中元素含量的相关性90

（一）第四纪红土中元素间的相关性及影响因素90

（二）剖面中元素的偏相关系数91

四、第四纪红土的元素对比值特征92

（一）不同类型红土的元素对比值92

（二）第四纪红土中元素对比值及其组合的时空变化94

五、红土及红土化过程中某些微量元素地球化学分布的讨论95

（一）一些元素的时空分布特征及原因95

（二）红土化过程中微量元素的迁移富集96

（三）母质母岩类型对红土微量元素分布的影响96

（四）红土化过程元素对比值的变化趋势及地球化学环境意义分析99

本章小结100

第五章 洞庭湖区第四纪沉积层研究102

第一节 第四纪环境的孢粉学、磁学、碳同位素及矿物学研究102

一、第四纪环境中的孢粉及其他102

（一）本课题的孢粉分析方法102

（二）本区沉积层中的孢粉组合及分带概况103

（三）孢粉浓度、组合与沉积物性质的关系113

（四）ZK1、ZK2、ZK5孢粉组合带之间的对比115

（五）孢粉组合与地球化学的关系116

（六）洞庭湖沉积物中的植硅体、硅藻研究121

二、环境磁学（磁化率）研究124

（一）基本原理及应用概况124

（二）洞庭湖区钻孔沉积物的磁化率数据特征125

（三）磁化率的时空特征126

（四）磁化率与地球化学参数的关系127

（五）磁化率与孢粉129

（六）磁化率与其他环境参数的关系129

三、13C研究130

（一）基本原理及应用概况130

（二）δ13C方法在本区的应用131

四、矿物学及粒级分析研究132

（一）粒级分析132

（二）洞庭湖区钻孔沉积物的主要矿物含量134

第二节 沉积区钻孔常量元素变化特征135

一、沉积区钻孔常量元素变化特征135

（一）东洞庭湖区常量元素变化特征135

（二）湘江尾闾常量元素变化特征138

（三）长江分流区常量元素变化特征139

（四）澧阳平原常量元素变化特征140

二、不同钻孔及不同时段常量元素变化特征141

（一）不同钻孔常量元素平均值的比较142

（二）全部钻孔不同时代沉积物的常量元素平均值的变化142

（三）不同时代常量元素的空间变化142

第三节 沉积区钻孔微量元素变化特征143

一、沉积区钻孔微量元素含量变化143

（一）东洞庭湖区微量元素含量变化143

（二）湘江尾闾微量元素含量变化147

（三）长江分流区微量元素含量变化148

（四）澧阳平原微量元素变化149

二、沉积区元素组合特征150

（一）各钻孔的元素组合类型150

（二）钻孔主要元素组合的变化特征152

第四节 平原区钻孔元素比值及环境参数变化154

一、东洞庭湖区环境参数及元素比值变化特征154

（一）更新世早-中期变化特征154

（二）更新世晚期—全新世的变化特征155

二、湘江尾闾环境参数及元素比值变化特征160

三、长江分流区环境参数及元素比值变化特征161

四、澧阳平原环境参数及元素比值变化特征163

本章小结165

第六章 文化层的地球化学研究170

第一节 洞庭湖农耕文化区人类活动遗存的地球化学特征170

一、洞庭湖区澧阳平原考古遗址典型文化层分布特征170

（一）澧阳平原遗址分布与文化及自然环境概况170

（二）典型遗址文化层的采样研究170

二、遗址文化层的常量元素分布特征174

（一）不同常量组分平均含量特征176

（二）不同文化层常量组分含量表现出的环境变化特征177

三、遗址文化层的微量元素分布特征179

（一）不同时期文化层的微量元素含量的平均值179

（二）文化层的元素组合特征182

四、文化层元素组合的最优分割186

（一）最优分割原理概述186

（二）澧阳平原遗址文化层的最优分割188

第二节 长株潭城市文化区人类活动遗存的地球化学环境特征189

一、长沙地区典型遗址文化层的分布特征189

（一）长沙地区人类活动历史、遗址分布与自然文化环境概况189

（二）典型遗址文化层的采样研究190

二、典型遗址文化层的常量元素及矿物分布特征191

（一）常量元素191

（二）主要矿物组合特征192

三、典型遗址文化层的微量元素分布特征193

（一）文化层的微量元素含量193

（二）长沙古城文化层土壤的元素分布特征193

四、城市文化区人类活动的元素组合特征199

（一）元素组合类型199

（二）人类活动影响下长沙不同文化层的元素组合变化规律199

第三节 不同文化区人类活动的特征元素组合及对比200

一、不同人类活动强度下文化层的典型元素组合201

（一）两类不同人类活动强度的文化层元素含量差异性分析201

（二）文化层“人为源”与“自然源”的元素组合特征202

二、区域文化进程中的元素含量变化规律203

（一）文化层“自然源”特征元素的演化203

（二）文化层“人为源”特征元素含量的历史变化204

（三）文化层“人为源”特征元素含量中“人为”与“自然”分量的分离204

（四）以文化层“人为源”特征元素“人为分量”划分的文化演化阶段206

三、农耕与城市文化区文化层的地球化学特征对比207

本章小结208

第七章 洞庭湖区第四纪环境的地球化学演化210

第一节 洞庭湖区第四纪地球化学环境的综合分析210

一、元素对比值的古气候、古环境意义210

（一）表生地球化学环境中元素对比值的影响因素210

（二）几类主要的元素对比值210

二、地球化学环境综合指标的时空变化对比217

（一）平原与阶地区元素及比值组合的对比217

（二）环境地球化学综合指标在洞庭湖区的时空变化222

三、洞庭湖区第四纪环境地球化学时空特征的综合对比222

第二节 沉积区地层元素含量变化的时间序列分析225

一、时间序列研究的数学方法225

（一）时间序列的基本概念225

（二）时间序列的基本特征226

（三）时间序列分析的基本方法226

（四）ARIMA模型方法228

二、环境地球化学时空变化的周期性研究229

（一）环境地球化学演变的时间序列及自相关分析229

（二）地球化学环境指标周期性变化的谱分析233

三、区域地球化学环境的变化趋势及预测的模型研究235

（一）洞庭湖区全部钻孔样18个指标的ARIMA模型235

（二）洞庭湖区环境地球化学ARIMA模型预测的结果238

第三节 区域地球化学特征对全球环境变化的响应242

一、本区与相关地区的第四纪地球化学环境对比242

（一）本区红土与安徽宣城等剖面的对比242

（二）与北方黄土的对比243

二、区域环境地球化学指标变化与深海氧同位素的对比244

（一）全球变化研究中的深海岩心的氧同位素特征244

（二）本区沉积层的环境地球化学指标与深海氧同位素的对比245

三、全球变化对区域环境地球化学的影响247

（一）δ13C值对区域年平均气温变化历史的估计247

（二）区域环境地球化学指标变化对全球变化的响应248

总结251

一、本课题之主要成果汇总251

（一）洞庭湖区第四纪年代及地层序列251

（二）第四纪红土的地球化学特征252

（三）洞庭湖平原区第四纪沉积层的地球化学特征255

（四）人类活动遗存的地球化学特征258

（五）洞庭湖区第四纪地球化学环境的演变规律260

（六）区域地球化学特征对全球环境变化的响应261

二、本书的局限性、存在问题及今后工作建议262

参考文献264

附表269