VARIATION OF GEOCHEMICAL RECORDS IN CORE A7 SEDIMENTS FROM MIDDLE OKINAWA TROUGH DURING THE PAST 18 kaBP AND ITS RESPONSE TO PALEO-ENVIRONMENTAL CHANGES
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摘要: 对取自冲绳海槽中部的A7孔沉积物进行了元素地球化学的测试与分析,配合高分辨率测年和氧同位素数据,探讨了冲绳海槽中部18 000年以来的元素地球化学变化特征及其控制因素。使用R型因子分析方法,将分析的20种常量与微量元素分为4个主要的因子:因子I主要由Al、Ti、Th、Rb、Mg、U和Zn等元素组成,代表了陆源物质有关的元素组合,可作为陆源物质输入的指示因子;因子Ⅱ主要由Ca、Sr、Ba、P等元素组成,代表了与生物作用有关的元素组合,可作为古生物生产力指示因子。根据各元素及其组合随时间的变化特征,整个A7孔沉积物可明显分为4段:18~15 kaBP (Ⅰ),15~8 kaBP (Ⅱ),8~2 kaBP (Ⅲ)和2 kaBP以来(Ⅳ),前3段中都表现出陆源物质先增加再减少的变化趋势,古生物生产力的变化相对复杂,规律性不强,但总体表现出与陆源物质输入相反的变化趋势;第4段中则表现出2 kaBP年以来陆源物质的输入有一定的加强,而古生产力则没有大的变化。在7.3 kaBP左右发生的火山物质快速堆积事件对柱状沉积物的地球化学特征产生了较大的影响,也使陆源物质输入和古生物生产力急剧降低。自18 kaBP年以来,元素地球化学组成的变化主要受温度、海平面变化、黑潮水的"摆动"的影响,而火山沉积也造成了一定的影响。Abstract: A piston core retrieved from the Middle Okinawa Trough was studied of the geochemical variation since the last 18 cal. kaBP on the basis of the high-resolution geochemical analysis as well as detailed AMS 14C dating. R-mode Factor analysis method was used to reunite the whole analyzed 20 element contents into four factors, in which Factor I mainly composing of Al, Ti, Rb, Th, Mg, U, Zn, etc. was regarded as the index of terrigenous detrital components, while Factor Ⅱ with high positive loadings of Ca, Ba, P and Sr was suggested to be the paleo-productivity proxy. Based on variation pattern of the geochemical records, the whole strata were divided into 4 sections, namely, 18~15 kaBP (I), 15~8 kaBP(Ⅱ), 8~2 kaBP (Ⅲ) and 2 kaBP to present (IV). They are all characterized by the distinct geochemical compositions, terrrigeous or biogenetic. The volcanic sedimentation event that occurred during 7.3 cal kaBP played an important role in the fluctuation of the geochemical records in Core A7 sediments, in which the terrigenous and biogenetic contributions were very smaller compared with counterparts from other intervals. We relate these geochemical variations to the coupling effect of temperature change, sea-level change, and the shifts of Kuroshio Currents, which were the main factors controlling the variations of the geochemical composition in Middle Okinawa Trough. However, there are also some exceptions, such as the lowered terrigneous input centering near 15 cal. kaBP. and 2 cal. kaBP. The reason is uncertain because they all coincided with the lowered temperature. Moreover, we also believe that there are tight tele-connections between the Okinawa Trough region and the global climatic change, when comparing the geochemical records of this study with the climatic records from North Atlantic and Greenland.
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沉积物的粒度是重建古气候的常用指标，其保存了物源[1]、搬运动力[2]与沉积环境[3-7]等多方面的信息，但地质历史时期的沉积物普遍具有多成因组分混合的特点[8]，全体的粒组只能近似地作为沉积环境的代用指标[9]。因此，对环境敏感粒组的提取显得尤为重要。目前，提取环境敏感粒组的方法主要有Weibull函数法[10]、主成分分析法[11]、粒级—标准偏差法[6, 9]和端元模型法[12-15]等。其中，粒度端元模型在陆架浅海地区反演沉积物搬运动力、揭示沉降规律和恢复古水环境等方面取得了大量成果[15, 16]。
山东半岛北海岸地区海陆交汇，对气候变化响应十分敏感，区内广泛分布的黄土-古土壤沉积序列物源复杂，是第四纪以来东亚冬夏季风盛衰和渤海海平面升降的重要地质记录。为获取该地具有定量特征的、高分辨率气候记录，前人从粒度[5]、铷锶比[17]、有孔虫化石[18]、孢粉[19]、磁化率[20]、14C、TL[21]以及OSL[22]等指标和测年手段对山东地区黄土-古土壤做了大量的工作，但关于沉积物环境敏感粒组的研究[5, 23]起步较晚，缺乏使用其他数学方法来捕捉更高分辨率的气候信息。端元分析模型是识别多组分沉积物来源和查明搬运方式的有效工具，在古环境重建中得到广泛的应用[15]。对此，本文选择烟台市芝罘岛由砂黄土-黄土-古土壤等沉积相组成的沉积序列进行工作，在运用分层聚类端元模型提取环境敏感粒组的基础上，结合年代结果与粒度参数，揭示各端元的变化规律以及它们指示的古气候意义，并与深海氧同位素[24]、朝那黄土[25]、西峰黄土[26]和渤海底栖有孔虫[27]为载体的气候代用指标进行比对，以期探讨晚更新世黄渤海南岸地区在北半球气候变化中的响应情况。
1. 研究区概况与地层划分
芝罘岛位于山东半岛北海岸，其岩层为太古代的芝罘系，主要是各种石英片麻岩、黑灰色云母钾长石片麻岩和长石英变质岩等[28]。岛内地势西北高东南低，北岸砾滩广布，南岸以泥滩为主[29]。气候类型为暖温带季风型湿润气候，多年平均降水量为651.9mm，年均气温12.7℃，年均风速4~6m/s，冬春季多偏北风，夏秋季多偏南风。植被属暖温带落叶阔叶林，主要乔木类型有刺槐林、黑松林、杨树林和竹林等，灌丛有杜鹃和鹅耳枥等。地带性土壤以棕壤和褐土为主(烟台市志，1994)，采样点表层为棕壤。
本文的研究剖面位于西口村(37°37′4″N、121°21′44″E)(图 1)，剖面顶部海拔约17m，厚约6m，呈西北—东南走向。本文研究的层位深度为72~498cm，根据土壤颗粒、性状及地层接触关系，自上而下分为8个层位：
ZF1混杂堆积层—耕作层。土壤呈暗黑色，长有低矮植被，土中含较多腐殖质和未腐烂枯枝落叶，人为痕迹明显，松散，厚约37cm；
ZF2砂黄土层。浅褐色，含中砂的极细砂质粉砂，较松散，含有较少的植物根系，厚约35cm；
ZF3砂黄土-黄土层。褐色，含黏土的极细砂—中砂质粉砂，无明显层理，较紧实，厚56cm；
ZF4古土壤层。红褐色，含极细砂的黏土质粉砂，有较多的黑色铁锰胶膜，偶见砾石，厚68cm；
ZF5黄土层。黄土赭色，含黏土的极细砂质粉砂，偶见铁锰胶膜垂直分布，厚56cm；
ZF6古土壤层。亮棕色，含极细砂的黏土质粉砂，紧实，厚66cm；
ZF7黄土层。暗棕色，含黏土的极细砂质粉砂，含少量铁锰斑点，紧实，厚52cm；
ZF8古土壤层。棕色，含极细砂的黏土质粉砂，含较多铁锰斑点，砾石层相间分布，紧实，厚124cm，未见底。
2. 材料与实验方法
2.1 年代测试
共采集6个光释光(OSL)样品，其中4个在中国科学院青海盐湖研究所完成测试，2个由中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室测定，测试方法为简单多片再生法(SMAR)。
2.2 粒度测试
以2cm为间距连续采样，共采集213个样品，粒度测试在东华理工大学核资源与环境国家重点实验室完成，测试仪器为英国Malvern公司产的Mastersizer 2000激光粒度仪，检测范围是0.02~2000μm，重复测量误差小于2%。测试前对样品进行前处理，过程如下：将自然风干未经研磨的样品均匀混合后称取约10g，加入30%H2O2去除有机物，待无气泡产生，加热蒸发残余H2O2，冷却后加入10% HCl去除碳酸盐，静置过夜后倒出上清液，加入纯水中和溶液。测试前再加入适量(NaPO3)6使样品充分分散，用吸管吸取样品在超声波中震荡10min再测试，每个样品均测试3次求其算术平均值。本文根据乌登-温特沃斯粒级分类标准(Udden-Wentworth scale)，将粒度组分分为黏土(< 2μm)、粉砂(2~63μm)、极细砂(63~125μm)、细砂(125~250μm)和中-粗砂(>250μm)，并采用福克和沃德[30](Folk&Ward)图解法公式进行Mz、σ、Sk、Kg等粒度参数计算。
2.3 粒度端元分析方法
根据Zhang X等(2017)建立的分层聚类端元分析模型(Hierarchical Clustering Endmember Modeling Analysis，CEMMA)，在Matlab环境下对芝罘剖面粒度数据进行非负矩阵等运算。CEMMA对查明多成因混杂沉积组分的成因与来源具有显著的效果。当集聚系数大幅度变化时，该变化的“节点”可作为端元(clustering endmember，CEM)的最优数量[31]。计算结果显示：端元数为4时(图 2)，集聚系数变化幅度最大，被划分成两个不同的集群。该“节点”表明了端元的最佳数量为4，并分别命名为CEM1、CEM2、CEM3、CEM4。
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图 2 集聚系数与端元的相关关系Figure 2. Correlation between agglomeration coefficients and clusters3. 结果分析
3.1 年代学结果
芝罘剖面OSL年代测试结果列于表 1，根据年代结果与采样深度，绘制了年代随深度变化的关系图(图 3)，二者具有良好的线性关系，R为0.9904，说明不同深度的地层年代与层序的新老关系基本吻合，无地层倒置。其中，ZF8底部测年结果为(124.9±9.7)kaBP，参考深海氧同位素阶段的研究结果[24]，对应末次间冰期(MIS5e)早期。ZF3顶部测年结果为(62.85±6.94)kaBP，对应末次间冰期(MIS4)中期。因此，芝罘剖面(ZF3—ZF8)为末次间冰期—冰期时期沉积。在此基础上，采用分段式沉积速率内插方法建立芝罘剖面层段的年代框架。
表 1 芝罘剖面OSL年代的测定结果及其参数Table 1. OSL ages of Zhifu section and their datingl parameters野外编号 U/10-6 Th/10-6 K/% 深度/m 年剂量/(Gy/ka) 等效剂量/Gy 实测结果/ka ZF3顶 2.02 12.20 2.08 0.72 4.06 255.46±11.95 62.85±6.94 ZF3底 2.05 12.00 2.24 1.28 4.47 313.66±29.71 70.18±9.67 ZF4底 0.700 3.390 2.700 1.89 3.12±0.24 260.1±5.9 83.4±6.6 ZF6顶 2.490 11.700 2.080 2.63 3.44±0.24 325.8±18.4 94.7±8.5 ZF8顶 1.320 6.780 1.780 3.91 2.72±0.20 322.1±10.0 118.5±9.3 ZF8底 1.660 7.440 2.030 4.96 2.55±0.19 318.5±9.1 124.9±9.7 ![]()
图 3 芝罘剖面末次冰期—末次间冰期的地层序列与深度-年代框架Figure 3. The stratigraphic sequence and age-depth relationship of the Zhifu section during the last glacial-interglacial periods3.2 粒度测试结果
3.2.1 沉积物的粒度组成
芝罘剖面以粉砂为主(表 2)(变化范围和平均值为59.06%~83.98%、74.95%)，黏土次之(6.87%~14.35%、10.05%)，亦含有较多的极细砂(3.21%~16.06%、9.57%)和中-粗砂(0~8.03%、2.21%)，细砂含量最少(0~10.25%、1.75%)。不同的沉积相中，各粒级百分含量波动较大。古土壤的黏粒(11.92%)与粉砂(76.75%)含量均高于剖面平均值，细砂(1.35%)与中粗砂(0.63%)含量则低于平均值。砂黄土的极细砂和细砂含量相对较高，黏土(8.05%)与粉砂(68.89%)含量最低。
表 2 芝罘剖面不同沉积相的粒度参数、粒级含量和CEM值Table 2. The grain size distribution parameters and CEM of sedimentary types in Zhifu section沉积相 全剖面 砂黄土—黄土 黄土 古土壤 黏土/% 变化范围 6.87~14.35 7.31~11.34 6.87~12.59 7.44~14.35 平均值 10.05 8.05 8.66 11.92 粉砂/% 变化范围 59.06~83.98 59.06~77.48 61.11~80.43 62.56~83.98 平均值 74.95 68.89 71.86 76.75 极细砂/% 变化范围 3.21~16.06 6.32~15.44 3.21~16.02 3.67~16.06 平均值 9.57 11.32 8.42 9.15 细砂/% 变化范围 0~10.25 5.32~10.25 2.22~9.87 0~2.20 平均值 1.75 9.74 7.63 1.35 中粗砂/% 变化范围 0~8.03 0.08~7.31 2.37~8.03 0~1.33 平均值 2.21 2.63 1.23 0.63 Mz/Φ 变化范围 4.86~6.13 4.86~5.85 5.63~6.09 5.55~6.13 平均值 5.77 5.09 5.83 6.06 σ 变化范围 1.79~2.86 1.79~2.31 1.89~2.31 1.94~2.86 平均值 2.05 1.95 2.01 2.47 Sk 变化范围 -0.16~0.37 -0.16~0.21 0.02~0.37 0.06~0.29 平均值 0.14 0.04 0.19 0.15 Kg 变化范围 0.78~1.19 0.89~1.19 0.78~0.84 0.91~1.08 平均值 0.91 1.06 0.82 0.91 CEM1/% 平均值 / 1.1 16.6 44.3 CEM2/% 平均值 / 8 11.5 47.2 CEM3/% 平均值 / 7.1 66.6 7.8 CEM4/% 平均值 / 83.8 5.3 0.7 3.2.2 沉积物的粒度参数
芝罘剖面的平均粒径为4.86~6.13Φ，平均值为5.77Φ。分选值为1.79~2.86，属分选较差-分选差等级。偏度为—0.16~0.37，大部分属正偏，仅有个别为负偏和近对称。峰态为0.78~1.19，平均值为0.91，属平坦。各沉积相的比较中，古土壤的平均粒径和分选值(6.06Φ、2.47)>黄土(5.83Φ、2.01)>砂黄土—黄土(5.09Φ、1.95)，表明古土壤粒度最细，分选差；黄土粒度居中，分选较差；砂黄土—黄土最粗，分选相对较好。
3.3 端元分析结果
端元粒度频率分布曲线与各沉积相及剖面平均粒度频率分布曲线形态相近。各端元频率分布曲线主峰粒级逐渐增大(图 4b)，分选逐渐变好。其中，CEM1呈双峰分布，鞍部不明显，峰态平坦，粒级范围较大，分选较差，众数粒级不明显，为3~8μm，多属黏土-细粉砂。CEM2和CEM3均为单峰分布，峰态尖锐，粒级含量集中于粗粉砂-极细砂，二者曲线形态近似，众数粒级分别为56μm(粗粉砂)和80μm(极细砂)。CEM4为双峰分布，主峰众数粒级为112.468μm，次峰为400μm，粒级主要集中于极细砂-细砂。
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图 4 芝罘剖面各沉积相频率分布曲线(a)和端元频率分布曲线(b、c)Figure 4. The facies frequency curve (a) and endmember frequency curves (b、c) of the Zhifu loess section各端元的频率分布随深度的变化见图 5，其取值范围为0~100%。可以看到，4个端元的相对含量在垂直方向上差异较大。CEM1在ZF3、ZF5和ZF7中为谷值(平均值分别为3.3%、2.1%、1.9%)，在ZF4、ZF6和ZF8中为峰值(平均值分别为55.7%、27.9%、49.4%)，与剖面的Mz变化有较好的对应，二者相关系数R为0.6659。CEM2在ZF4和ZF8中占主导地位，平均值分别为73%和66%。CEM3在ZF5和ZF7中处于高值，平均值分别为62%和60%。CEM2与CEM3在地层中的相对含量呈现良好的负相关关系，相关系数R为-0.5651。CEM4除在ZF3中表现出高值以外(平均值为79%)，其余层位均为低值或零值。
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图 5 芝罘剖面平均粒径与CEM随深度变化Figure 5. Meane grain size and CEM variation with depth in Zhifu section4. 讨论
古土壤层和黄土层是正地形气下环境的关键证据之一[32]。我国风尘堆积的古土壤大多为“加积型土壤”[33]，是季节交替下沉积和成壤作用同步进行的产物，代表了一个沉积暂时停止或沉积速度小于成土作用时期。因此，芝罘剖面中的古土壤是指示夏季风进退的有力证据，而交替发育的黄土层物源复杂，既有自亚洲内陆由西北气流搬运来的远源物质；又有冰期时裸露的河漫滩和陆架松散沉积物等组成的近源物质[34, 35]，可用来研究冰期冬季风演化和黄渤海海平面变化。因而，芝罘剖面黄土-古土壤序列记录了该地区轨道尺度的冰期—间冰期气候冷暖旋回。
4.1 CEM1与CEM2指示的环境气候
CEM1众数粒级为3~8μm，表示的沉积物类型主要是黏土质粉砂和粉砂质黏土。CEM2众数粒径为56μm，属粗粉砂。二者高值所在的区间ZF3、ZF5和ZF7分别对应MIS5a、MIS5c和MIS5e时期(图 5)，均为末次间冰期的间冰阶。这些层位中黏土(11.92%)和粉砂(76.75%)含量属各层位最高，表明沉积物颗粒较细。CEM1和CEM2与这些层位具有良好的对应关系以及它们较细的粒度特征表明，其可能指示MIS5a、MIS5c和MIS5e时期芝罘剖面古土壤发育的环境气候。
前人的研究表明，黄土—古土壤中细颗粒物质来源有3个：一是单独被风搬运；二是由大颗粒“挟持”而来；三是沉降后受成壤作用影响形成的次生组分[36]，是夏季风的替代指标[37]。末次间冰期时期夏季风强盛，最北界可达乌兰巴托至马鬃山、安西一线[38]，西风带随夏季风推进而北移，西北细颗粒物质难以通过高空西风达到此处。暖湿气候下丰富的降水和土壤生物活动频繁，促进风化作用。母岩在各种风化作用下崩解破碎，继之有生物化学作用，土壤发生学过程得以进行，颗粒细化，形成细颗粒组分(CEM1与CEM2)，因此，认为其可以指示温暖的气候环境。另外，间冰阶时期沉积速率较快(图 3)，根据物源越近沉积速率越快的规律[5]，说明该时期近源物质贡献大于远源物质。CEM1和CEM2组分具有较好的正相关关系(R=0.504)，亦可认为CEM1与CEM2是同一成因下的产物。当然，这也需要来自生物化石、孢粉等更多指标的深入研究。
对比邻近地区：蓬莱林格庄剖面末次间冰期敏感粒组为56.23~63.10μm[22]，属短距离搬运物质，与CEM2代表的粒级较一致，表明该组分为近源物质。埠西剖面夏季风敏感粒级为2.51~8.91μm[5]、砣矶岛的大口北黄土剖面为5~10μm[23]，表明CEM1组分是风化成壤过程的产物。
4.2 CEM3指示的气候环境
CEM3表示含黏土的极细砂质粗粉砂，在剖面中存在两个相对高值区，分别是ZF5和ZF7层位，含量为43.2%~81.7%，平均值为54.8%。在研究区东北方的蔡家沟剖面和石峁剖面的S1中夹有两层黄土，其测年结果显示在约120和100~95kaBP出现短暂的冬季风增强阶段[39]，该时间恰为ZF5和ZF7的沉积时间。两个层位中黏土含量较低(8.66%)，而粗粉砂—极细砂(CEM3)富集，反映此时夏季风萎缩，冬季风相对强盛，近源较粗物质沉积速率加快，后期受到成土作用弱，细颗粒物质(CEM1和CEM2)少。因此，CEM3可能指示了该区域末次间冰期冰阶(MIS5b和MIS5d)东亚冬季风增强的气候事件。但其在冬季风主导的MIS4阶段(对应ZF3层位)含量多为0，对此存疑，具体原因有待进一步研究。
4.3 CEM4指示的气候环境
CEM4仅在ZF3中为高值区，表示的沉积物类型为含细砂-极细砂的粗粉砂，众数粒径为112.468μm，表明砂含量是该沉积时期中一个重要的环境指标。平均粒径显示该层位粒度较粗，并不符合中国黄土颗粒自西北向东南逐渐变细的规律[40]，说明其具有区域性。通过对比，该地MIS4阶段的冬季风敏感粒组(112.468μm)粗于内陆黄土高原(约100μm)[41]和埠西地区(>50.12μm)[5]。另外，渤海底栖有孔虫记录了在约71.2kaBP期间，渤海湾有多次强风暴事件，搬运的平均粒径为5~5.5Φ[34]，与该层位的平均粒径(5.09Φ)吻合。因此，CEM4可能是该地区末次冰期极强冬季风或强风暴的替代性指标。
综上，造成这一区域的环境敏感粒组(CEM1—4)在不同地层变化的主要原因是物源变化与沉积后成壤作用的强弱[41]，而这又直接反映了东亚冬夏季风的盛衰，表现为：CEM1与CEM2的高值指示末次间冰期间冰阶强盛夏季风主导下温暖湿润的区域环境气候(图 6)；CEM3的高值指示末次间冰期冰阶夏季风相对衰弱、冬季风增加的区域环境气候；CEM4的高值指示末次冰期强盛冬季风主导下寒冷干燥的区域环境气候。可以看出，研究区域内在轨道尺度上经历了6次冷暖气候振荡，即1次干冷时期(62.85~70.18kaBP)、3次暖湿时期(70.18~83.4、94.7~105.2和118.5~124.9kaBP)和2次较干冷时期(83.4~94.7和105.2~118.5kaBP)，在MIS5阶段呈现三暖峰夹两冷谷，且暖湿气候持续时间长于干冷气候。
4.4 芝罘剖面末次间冰期—末次冰期气候演变的区域响应
鉴于各CEM的峰谷变化能较好的反映研究区域内环境气候，将其分别与朝那黄土-古土壤磁化率[25]、西峰黄土中>32μm颗粒含量[26]、渤海BH08孔底栖有孔虫[27]和深海氧同位素[24]进行比对。其中，西峰黄土中>32μm粒度组分为冬季风敏感粒组，它的增加反映了冬季风主导下的大范围寒冷时期；成壤作用是导致磁化率发生变化的主要因素，其高值反映出沉积物中磁铁矿含量丰富、成壤作用强烈；渤海底栖有孔虫含量记录了海平面升降的情况，是研究黄渤海海侵/海退的基础资料。
CEM4在ZF3含量为72.9%，曲线表现为峰值，与同期朝那黄土磁化率[25]的谷值、西峰黄土>32μm颗粒含量[26]和渤海底栖有孔虫数量[27]的峰值有良好的对应(图 6)。朝那黄土中磁赤铁矿含量降低与西峰黄土中>32μm粒组的增加，均反映了冬季风主导下的大范围寒冷时期。在黄渤海地区，对应玉木冰期早期成山头海退期(70~60kaBP)，古海岸线在今80~100m等深线附近[42]，陆架出水成陆，海底松散沉积物裸露，被西北风吹扬在海岸带东侧堆积，形成蓬莱—庙岛一带特殊的海陆相砂质黄土[43]。其主要以近源物质组成，颗粒比内陆黄土粗，与CEM4所代表的含细砂-极细砂的粉砂相似。
CEM1与CEM2在ZF4、ZF6和ZF8的含量均高于全剖面平均值，曲线形态上为高峰，对应渤海底栖有孔虫数量的谷值，该时期为里斯-玉木间冰期灵山岛海侵期[42, 44](80、100和120kaBP)。两者的消长关系说明黄渤海海面上升时，土层中有孔虫化石减少，风力沉积作用减弱，暖湿气候下成壤作用占主导地位，以CEM1和CEM2为代表的细颗粒组分增加，形成古土壤层。
CEM3在ZF5和ZF7中的含量高于全剖面平均值，曲线形态上为高峰，对应渤海底栖有孔虫数量的次峰，表示的是夏季风衰弱下相对寒冷时期。该时期冬季风有所增强，较粗颗粒以跃动式或滚动式运动，行程较近，遇地形阻挡在渤海东南缘沉降，成壤作用弱化，细颗粒组分减少，形成较薄的黄土层。
因此，芝罘剖面末次间冰期—末次冰期黄土-古土壤沉积序列受东亚冬夏季风格局影响，远源与近源物质交替混杂，各CEM值是探讨该区域气候变化的有效指标。
5. 结论
(1) 芝罘剖面可分为MIS5和MIS4两个阶段。其中，MIS5又可划分为MIS5e(118.5~124.9kaBP)、MIS5d(105.2~118.5kaBP)、MIS5c(94.7~105.2kaBP)、MIS5b(83.4~94.7kaBP)和MIS5a(70.18~83.4kaBP)5个亚阶段；
(2) 粒度分析结果显示剖面沉积物以粉砂为主(74.95%)，黏土(10.05%)和极细砂(9.57%)次之，其余为细砂-粗砂(3.98%)，平均粒径为5.77Φ，分选系数为2.05，具有区域特征；
(3) 采用端元分析模型得出指示芝罘剖面OIS5—OIS4时期气候更替的4个端元，其在剖面呈现出明显的峰谷变化，揭示出OIS5e、OIS5c和OIS5a为温暖期；OIS5d、OIS5b和OIS4为寒冷期，在轨道尺度上经历了6次气候冷暖振荡。这些冷暖阶段与朝那黄土磁化率指示的夏季风盛衰、西峰黄土>32μm粒组指示的冬季风变化以及渤海底栖有孔虫记录的渤海湾沿岸海侵、海退事件具有较高的同步性。
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