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、210Pb 27
（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