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白垩纪-古近纪是深时时期温室气候的典型代表。湖南茶陵盆地是中国大陆此期典型的陆相红盆,记录了重要的古环境、古气候信息。本文对茶陵盆地新田村剖面（PM01）和大坑-东冲村剖面（PM02）的戴家坪组和枣市组进行了观察研究,重点开展了沉积学和成壤碳酸盐的稳定同位素分析,通过岩相、碎屑组份气候指数、碳-氧同位素指针分析对茶陵盆地晚白垩世-古新世古气候和古降水氧同位素进行了初步重建。岩相分析表明,茶陵盆地是一套以洪积、河流、冲积平原环境下红色碎屑沉积为主的建造,发育各种碎屑岩,如（角）砾岩、砂砾岩、砂岩、粉砂岩、（粉砂质）泥岩。其中,戴家坪组由山麓洪积（旱地扇）相-砾漠、风成砂丘相-河流相（主要为洪泛平原相）组成,枣市组主要为湖相沉积。特殊岩相指示干旱-半干旱气候为主。通过碎屑组份（长石F、岩屑L、石英Q）颗粒数量统计获得了气候参数F/Q和构造指数L/Q。结果显示,沉积组份指数F/Q受气候影响较大,总体显示较为干旱的气候条件,并反映研究区存在两次降温过程。土壤化是茶陵盆地的重要而特殊的地质过程。对PM01和PM02两条剖面的成壤碳酸盐岩（钙质结核）碳氧同位素进行了分析。结果显示,至少存在一次炎热事件和温凉事件,主要表现为PM01剖面的δ180在100 m出现5‰的正偏移,δ13C记录出现了 2‰负偏。利用成壤碳酸盐估算出的晚白垩世-古新世大气CO2的浓度平均值为529 ppmv（1.92 PAL）,在100 m识别出峰值867 ppmv（3.15 PAL）,CO2浓度峰值可与8180的正偏移相对应,可能为白垩世末期炎热事件在茶陵地区的响应。结合上述岩相、碎屑组份指数和大气CO2浓度变化,本文认为,茶陵盆地晚白垩世-古新世总体上为较炎热的干旱-半干旱气候。特别地,本文对上白垩统戴家坪组中的大型成壤钙质结核（直径大于8 cm）进行了阴极发光和精细稳定同位素研究。阴极发光分析结果显示:钙质结核主要由棕红色微晶方解石基质和浅红色方解石脉构成,前者的阴极发光呈微弱橘红色或不发光,后者发光呈明亮橘黄色;以此阴极发光特征为指导,对基质和方解石脉分别进行了钻粉取样和碳氧同位素实验分析。基质的δ180值介于-7.96‰和-11.35‰VPDB之间,脉体δ180值介于-9.16‰～-11.16%VPDB之间。综合方解石构成、阴极发光和氧同位素表明,钙质结核存在两期方解石沉淀作用。依据氧同位素分布特征,在样品CL-11C4和CL-11C2和的δ18O值中识别出3条大气方解石线（MCLs）,分别为-9.04‰±0.18‰、-9.15±0.14‰和-8.03‰±0.11‰VPDB。估算出茶陵地区晚白垩世晚期的大气水δ18Ow值为-5.76 ‰-6.91 ‰VSMOW,与北美近似纬度地区同期的降水一致。大气水δ18Ow值的估算结果为白垩纪水文循环模型及古大气环流模拟提供了基础参考数据,同时证明增强的大气水循环可能是温室气候形成的一个重要因素。