东亚季风是全球气候系统的重要组成部分，研究其形成与演化历史对揭示青藏高原隆升、亚洲内陆干旱化等问题具有重要意义。连续堆积的黄土—古土壤和红粘土序列记录了晚第三纪以来东亚季风气候的形成与演化历史。研究黄土的风化成壤作用是恢复东亚夏季风演变历史的重要手段，近年来，研究人员采用不同的地球化学指标对黄土的风化过程进行深入探讨，然而，由于风化产物中元素和同位素组成的变化都是由矿物的变化引起的，因此，对黄土风化过程的深入理解需要进一步的对黄土矿物学研究。本文着重对黄土和红粘土中气候敏感矿物及其古气候指示意义开展了研究。 根据矿物对化学风化程度的不同响应，本研究将黄土中的矿物分为五类：(1)方解石、白云石等碳酸盐矿物；(2)以长石、云母等主要矿物为主的浅色硅酸盐矿物；(3)以绿泥石、角闪石和辉石为主的铁镁硅酸盐矿物；(4)粘土矿物和(5)以针铁矿、赤铁矿为主的铁氧化物矿物。从对气候变化敏感程度看，碳酸盐最易于发生化学风化。当风化程度进一步提高，铁镁硅酸盐矿物则会释放出晶格里的Fe，Mg等，形成次生铁氧化物矿物或富Mg矿物；长石和云母开始发生脱K，Na　作用等。 绿泥石作为黄土中主要的铁镁硅酸盐矿物，易受化学风化，风化产物主要为粘土矿物和细粒级的铁氧化物矿物。而伊利石在黄土高原的气候条件下，不易风化，利用伊利石和绿泥石在化学风化中的差异，本文建立了强夏季风的代用指标—伊利石，绿泥石比值(I/C)。运用此指标对末次冰期一间冰期以来的黄土剖面进行研究，发现硅酸盐风化主要发生在年均降水量大于600mm，年均温度高于10℃的南部地区。对2.6Ma以来绿泥石化学风化的研究表明化学风化分为两个阶段，即从午城黄土到古土壤发育最强的S5(2.6～0.6Ma)的风化强度平稳增加阶段和由S5至马兰黄土(0.6Ma～present)的风化强度减弱阶段。对红粘土时期绿泥石的化学风化研究表明，在红粘土时期有三个风化较强时期：6.3-5.8Ma，4.5Ma—4.1Ma，3Ma左右，其中4.5Ma—4.1Ma为红粘土成壤过程中风化最强时期，可能与当时全球较高的温度有关。 基于漫反射光谱 (DRS) 对含铁矿物比较敏感，本文对利用DRS技术鉴定和定量测定黄土中绿泥石的可行性进行了探索，发现(1)黄土中绿泥石的反射光谱吸收峰被铁氧化物矿物所掩盖，利用CBD方法去除铁氧化物矿物后，黄土样品呈现清晰的绿泥石的DRS吸收峰，与其它Fe2+矿物有明显的差别；(2)绿泥石的含量与1140nm附近的Fe2+DRS吸收峰强度呈正相关；(3)DRS可以测定出黄土中含量小于1％的绿泥石的含量。 黄土—古土壤序列一个明显特征是颜色变化，黄土呈亮黄色，古土壤显红棕色，颜色的变化主要受控与赤铁矿和针铁矿含量的变化。但长期以来定量测定两者的绝对含量面临两个主要困难。一个是它们含量通常较低，难以用常规方法如X—射线衍射法 (XRD) 和 Mossbauer 谱进行定量测定。另一个是基体效应(Matrix effect)，即标样和待测样品的样品基体背景不一致，因此难以直接测定它们的含量。为了精确测定黄土剖面中赤铁矿和针铁矿的绝对含量，本文采用DRS 对典型黄土剖面中铁氧化物矿物进行鉴定和测定工作，提出了定量测定土壤中针铁矿和赤铁矿的新方法。首先利用CBD(citrate—bicarbonate—dithionite)方法去除其中的成壤成因铁氧化物矿物，以其为基体配制含不同赤铁矿和针铁矿的系列标样，然后采用多元逐步回归方法，分别建立测定赤铁矿和针铁矿含量的校准方程。获得回归方程的相关系数都在0.9以上，测试结果通过多种方法检验。 由于土壤中赤铁矿的形成涉及脱水反应，因此干旱环境 (蒸发量大于降水量)，有利于赤铁矿的形成；而针铁矿通常是从水溶液中直接沉淀形成，潮湿环境有利于其发育。这两个形成过程是相互竞争的，气候环境因素控制着它们的形成速率，即控制着赤铁矿和针铁矿的形成相对比例。本文利用DRS测定了两个高分辨率的黄土剖面中赤铁矿和针铁矿的含量变化。研究发现黄土—古土壤剖面的赤铁矿/针铁矿 (Hm/Gt)比值是东亚季风干湿变化的灵敏指标。该指标较高时反映了干燥土壤环境，而较低时指示了潮湿土壤环境。末次冰期时Hm/Gt比值记录了一系列的突然的和显著的干湿事件。对2.6Ma以来这两种矿物含量的测定，揭示了260万年以来黄土高原季风降雨演化的两阶段模式。从红粘土—午城的边界到S5，降水量是适中的，平均不超过350-400mm/yr。从S5至全新世，黄土高原中部的降水量显示出一个缓慢但是稳定的增加，逐渐增加到现今水平，625—650mm/yr。 研究地质历史上温暖时期以了解现代全球变暖的影响，是最近全球变化研究的热点。上新世是一个很好的研究对象，因为其平均温度比现代高3摄氏度。虽然有关上新世的研究不能对未来短期内全球变暖后的状况进行预测，但却有助于理解全球长期温暖化的诸多控制因素。因为上新世的许多边界条件与现代环境是极其相似的，例如，一级洋流循环系统，各个大陆的相对位置，北半球相对较小的冰川覆盖以及大气中CO2的浓度(比工业革命前大气中CO2高约30％)都与现代环境相似。已有的研究表明，我国黄土高原红粘土为晚中新世—上新世重要的风成沉积，因此对它形成时气候条件的研究，对于了解亚洲内陆地区在此阶段的气候变化有着重要的意义。本文对红粘土中几种气候敏感矿物进行了研究，发现红粘土中蒙脱石的含量明显高于上覆黄土—古土壤地层。由于蒙脱石一般形成于水溶液流通性较差的碱性环境中。土壤中有较高的硅含量和阳离子浓度(高盐度)时，有利于蒙脱石的形成和保存。红粘土中大量蒙脱石的存在指示了红粘土形成于高蒸发的气候条件下。另外，对红粘土钙结核的电子显微镜研究，发现有次生的白云石和坡缕石存在。而土壤中白云石和坡缕石的发生通常仅见于干旱—半干旱环境。因此，本文认为红粘土形成于热干气候环境。