青藏高原东缘宜宾地区第四纪河流沉积物中铁质重矿物特征及物源意义

大河流域的发育史和演化在地学界广受关注。探讨宜宾地区第四纪沉积物中铁质重矿物的特征,可为长江流域的演化提供重要证据,同时对于了解青藏高原东缘的隆升及沉积响应具有重要意义。本文以金沙江和岷江交汇处的宜宾地区第四纪沉积物中的铁质重矿物为研究对象,分析其在电子探针和背散射图像中的化学和形貌学特征,探究长江及其支流的物源演化过程。研究结果显示:岷江下游Ⅴ级阶地至Ⅳ级阶地沉积以磁铁矿为主,物源主要来自龙门山构造带;Ⅲ级阶地沉积以钛铁矿为主,物源仍然主要来自龙门山构造带;现代沉积中蓝晶石、磷灰石等包裹体的铁质矿物增多,其物源来自龙门山构造带和松潘—甘孜褶皱带。岷江Ⅴ级至Ⅲ级阶地形成时,岷江的源头主要位于龙门山构造带;Ⅲ级阶地形成以后,岷江不断向上溯源侵蚀,深入松潘—甘孜褶皱带内,逐渐形成现代岷江。金沙江Ⅴ级阶地和长江Ⅴ级阶地中均未出现攀枝花钒钛磁铁矿,此时金沙江攀枝花—宜宾河段未贯通,长江此时在研究区的物源主要由发源于龙门山构造带的岷江提供。金沙江Ⅳ级阶地中攀枝花钒钛磁铁矿大量出现,表明此时金沙江攀枝花—宜宾河段已经贯通,时间为Ⅳ级阶地开始沉积的时间,即0.5~0.3 Ma BP。     

长江上游水系沉积物锶-钕同位素组成及物源示踪

泥沙资料表明,现代长江干流沉积物主要源自上游地区。因此,长江上游干支流沉积物主控关系及其源汇过程在长江水系沉积物物源示踪研究中极为重要。为探讨上述过程,详细测定了上游水系沉积物Sr-Nd同位素组成。结果显示,金沙江及闽江沉积物具有较高的εNd(0)值,主要受控于流域内大面积分布的峨眉山玄武岩的高εNd(0)背景值;嘉陵江水系沉积物具有相对较低的εNd(0)值,反映了其流域内源岩对沉积物Nd同位素组成的控制;与Nd同位素组成相比,水系沉积物87Sr/86Sr值具有更大的变化范围,表明除源岩因素外,沉积物Sr同位素组成受更为复杂的因素制约。支流与干流沉积物Sr-Nd同位素组成对比表明,长江上游干流沉积物主要来源于金沙江流域内的源岩,金沙江流域内的表壳岩系主导了上游干流沉积物的Sr-Nd同位素组成。     

长江水系沉积物碎屑矿物组成及其示踪意义

长江碎屑矿物组成研究表明,轻矿物以石英、长石和岩屑为主,不同支流轻矿物组成特征不同,成熟度指数平均是2.0,一般干流高于支流,成熟度随沉积物搬运距离增加而增大。QFL及QtFL三角图解显示长江沉积物主要来自再旋回造山带物源区,流域风化剥蚀速度较快,不同支流物质汇入干流,使得干流轻矿物组成复杂多变而难以和支流区别。重矿物含量从长江上游至下游呈递减趋势,其主要组合是磁铁矿-普通角闪石-普通辉石-石榴子石-绿帘石-褐铁矿-钛铁矿。红柱石和磷灰石是金沙江沉积物的特征矿物组合;蓝晶石是岷江流域的特征矿物;涪江的特征矿物是榍石;汉江的特征矿物组合是磷灰石、紫苏辉石和硅镁石;锆石是湘江的特征矿物。不同流域的特征矿物指示其源岩性质。上游的雅砻江、大渡河以及岷江等支流沉积物对中、下游干流沉积物的贡献较弱。涪陵以上长江流域风化作用强烈,母岩主要是沉积岩类(碎屑岩、泥岩);其下流域沉积物中近源弱风化物质明显增加,其源岩类型体现为岩浆岩和变质岩类;而金沙江攀枝花地区及湘江、沅江沉积物则更多来自流域内广泛分布的大片变质岩类。     

长江、黄河流域泛滥平原细粒沉积物87Sr/86Sr空间变异的制约因素及其物源示踪意义

黄河和长江流域泛滥平原细粒沉积物的Sr同位素组成存在较大差异.前者的87Sr/86Sr变化范围较小,为0.712868～0.718860,平均值为0.715474;后者变化范围较大,为0.71305～0.736502,平均值为0.721438.黄河流域中、上游细粒沉积物的87Sr/86Sr低于下游;而长江流域细粒沉积物的87Sr/86Sr中游高于上、下游,且南侧高于北侧.由Nw向SE,SE,87Sr/86Sr逐渐增加.87Sr/86Sr这种空间变化规律明显受各汇水盆地内地壳岩石平均组成、年龄和化学风化作用强度的制约:岩石的Rb/Sr比值越大、年代越老、化学风化作用越强,87Sr/86Sr比值就越大.87Sr/86Sr比值是识别中国边缘海黄河、长江输运物质的有效参数,其端员值分别为0.719269和0.724312.     

长江流域河流沉积物宇宙成因核素10Be特征与侵蚀速率估算

地球表面每时每刻都在经历各式各样的侵蚀作用,了解侵蚀过程及其速率大小有助于人们认识许多重要的地质作用和过程.本文介绍的内容是长江流域河流沉积物宇宙成因核素10Be的研究工作,目的是在于定量估算长江流域及其子流域的平均侵蚀速率,更好地理解沉积物的由源到汇过程以及评价人类活动对水土流失的影响提供自然背景,分析样品来自于长江主要干流和支流的表层现代沉积.研究表明,长江干流10Be含量从金沙江流域到长江口呈现出由高到低的趋势,不同的是支流10Be含量值偏低而且比较稳定.这很可能受核素产生率和侵蚀速率两个因素的共同影响.在长江上游干流沉积物中10Be含量最高,随着低含量物质的不断从支流汇入,产生“西高东低”的现象.10Be侵蚀速率估算表明长江干流金沙江上游段平均侵蚀速率较低,在44.7～48.1m/Ma之间;长江中游段(枝江至彭泽)长江干流侵蚀速率数据变化较大,在65.7 ～ 175m/Ma的范围内波动;到长江口平均侵蚀速率比较稳定,在50～60m/Ma之间变化.与干流相比,长江支流侵蚀速率显著偏高.侵蚀速率最高的地区在大渡河-岷江流域,平均侵蚀速率在300m/Ma之上;侵蚀速率最低的区域发生在乌江流域,平均的侵蚀速率在10 ～ 30m/Ma之间.比较长江流域10Be和水文估算的侵蚀速率可以看出,水文估算总体上反映的侵蚀速率要普遍高于10Be反映的侵蚀速率.大渡河-岷江流域地表侵蚀速率高主要与构造活动、地貌发育、岩石特征以及气候条件等自然因素有关.嘉陵江、汉江等流域水文数据估算侵蚀速率明显超过10Be估算的结果,可能与地形地貌等地质因素对侵蚀作用的影响显著下降,以及人类长期活动导致水土流失加剧有关.     

江汉盆地周缘主要河流沉积物碎屑磷灰石的微量元素特征及其物源判别指标分析

江汉盆地堆积的沉积物记录了长江演化的地质信息,一直是长江演化研究的热点,但目前的物源示踪方法存在诸多争议,因此寻找新的物源示踪指标是研究的重点.磷灰石是河流沉积物中常见的副矿物,其微量元素主要受原岩组成的影响而有良好的稳定性,在不同构造单元差异明显,是开展河流物源示踪研究的理想指示矿物.基于此,本文利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)对江汉盆地周缘主要地表河流沉积物进行碎屑磷灰石原位微量元素分析,并结合Kolmogorov-Smirnov统计方法的多维判别(MDS)图解寻找区分长江上游与中游物源的新指标,并检验了特征元素指标在物源判别中的有效性.结果表明碎屑磷灰石的Sr/Y比值及Nd-Sm、Sm-Eu、Eu-Gd、La/Yb-La/Sm的微量元素双变量图解能有效区分长江上游和中游(汉江、湘江、沅江)的物源,可作为区分长江上游与中游物源的重要特征指标.综合研究认为:河流沉积物碎屑磷灰石的微量元素比值和稀土元素分布特征在贯通大河的物源示踪研究中具有重大潜力.     

长江河流沉积物磁铁矿化学组成及其物源示踪

运用电子探针分析了长江干流和主要支流河漫滩沉积物中磁铁矿的元素组成.磁铁矿中的FeO平均含量稍高于其标准组成,而Fe2O3平均含量则明显低于标准组成;Ti、Al、Cr、V、Mn、Mg、Co和Zn等元素在磁铁矿中含量变化大,不同支流的磁铁矿的元素组成不同,同一取样点不同样品磁铁矿的元素组成变化也较大.金沙江、湘江、汉江及长江干流磁铁矿与钛磁铁矿、钛尖晶石、钒钛磁铁矿和铬铁矿等出溶交生,TiO2、Cr2O3和V2O3等元素含量高且变化大.金沙江磁铁矿富Mg、Al和Cr;大渡河、雅砻江和岷江磁铁矿中微量元素含量大多低于0.5%;涪江、汉江磁铁矿富Ti和V,而湘江磁铁矿富Ti和Al;总体上,长江干流上游磁铁矿富Ti,而下游磁铁矿中Ti、Al、Cr、V、Mg和Mn含量低于0.15%.干流磁铁矿的元素组成变化反映主要支流源岩组成及对干流影响程度的差异.     

喜马拉雅河流Sr同位素异常源岩研究现状及研究进展

海洋Sr同位素的变化主要是由陆地河流注入的Sr同位素的变化所引起。在全球河流中,流经喜马拉雅山地河流（恒河—布拉马普特拉河）表现出与世界上其它河流明显不同的特点,具有高87Sr/86Sr、高\[Sr\]的特征。恒河—布拉马普特拉河是世界上第四大河流,是当今世界海洋Sr的重要来源。国际上,目前人们对造成喜马拉雅河流Sr异常的原因（来源）的认识,仍存较大分歧。归纳起来,主要有3种认识：一是认为来源于硅酸盐岩;二是认为来源于碳酸盐岩的风化;三是认为来源于碳酸盐岩和硅酸盐岩的风化。近年来,作者对高喜马拉雅中央结晶岩系河流Sr同位素异常及其源岩进行的研究表明,高喜马拉雅河流Sr同位素受流域地质作用的强烈影响,呈现出高87Sr/86Sr、低\[Sr\]的特点。对岩石和单矿物的研究表明,中央结晶岩系变质岩（片岩、片麻岩）和花岗岩黑云母中的87Sr/86Sr与\[Rb\]成正比并具有高87Sr/86Sr、低\[Sr\]的特征。黑云母矿物具有的易风化性,为高喜马拉雅河流放射性87Sr提供了主要来源。恒河—布拉马普特拉河的Sr异常（高87Sr/86Sr和高\[Sr\]）则可能是反映了流经整个喜马拉雅造山带河流Sr混合平衡后的特征。     

高喜马拉雅康布马曲和波曲河流放射成因^87Sr源岩追踪研究

虽然喜马拉雅河流Sr同位素对现代海洋Sr同位素产生了重要影响,但国际上目前对有关喜马拉雅河流Sr同位素异常源岩（如放射成因87Sr的来源）的认识仍存在着较大争议。为此,笔者等对高喜马拉雅河流波曲和康布马曲在中国境内河水主要离子化学和Sr同位素进行了分析研究,对河流放射性87Sr的来源进行了追踪研究。笔者等的研究数据表明,高喜马拉雅康布马曲和波曲河流主要离子水化学主要是受硅酸盐岩风化的影响。青藏高原河流河水TDS和HCO3-主要受岩性控制,片麻岩和花岗岩区河流TDS〈100（mg/L）、HCO3-〈60（mg/L）,沉积岩区河流TDS〉100（mg/L）、HCO3-〉60（mg/L）,除受蒸发盐岩和地下卤水影响的河流外,河水中HCO3-与TDS成正比,但河水中Si与TDS的关系并不明显。高喜马拉雅河流具有高n（87Sr）/n（86Sr）、低Sr的特征,河流Sr是主要来自于中央结晶岩系硅酸盐岩片麻岩和花岗岩的风化,而片麻岩和花岗岩中具有高n（87Sr）/n（86Sr）、低Sr特征的黑云母的风化应是河流放射成因87Sr的主要来源。     

CCSD主孔榴辉岩中磷灰石微区微量元素和Sr同位素组成研究

本文利用LA-ICP-MS和LA-MC-ICP-MS对CCSD-MH中一件强退变多硅白云母榴辉岩中一粗粒(～2mm×6.5mm)磷灰石进行了详细的微区微量元素和Sr同位素组成研究。线扫描剖面分析和单点分析结果共同表明该磷灰石颗粒的微量元素和Sr同位素组成不均一。总体上Na、Sr、LREE、MREE、U、Th和Pb等元素具有从中心到两侧含量逐渐降低的特征。磷灰石主体部分HREE含量均一,但和石榴石紧密相邻的边部(～400μm)HREE显著富集。Na、Sr、LREE和MREE等元素在个别区域明显具有先升高、然后再降低的变化规律。磷灰石最边部(<200μm)相对于核部区域显著高~(87)Sr/~(86)Sr比值。结合磷灰石中微量元素分配和扩散行为的实验研究以及磷灰石晶体化学特征,磷灰石微量元素组成变化应主要记录了磷灰石复杂的生长过程。Sr、LREE和MREE从核部到边部逐渐降低的总体特征指示磷灰石从中心向两侧的生长过程,而局部出现的次级先升高—再降低的变化规律则反映了磷灰石经历的多次溶解和再生长作用。HREE含量均一的磷灰石主体形成于石榴石稳定存在的超高压变质作用阶段。和石榴石紧密相邻的磷灰石边部显著富集HREE的特征则是折返过程中短时增温作用导致石榴石释放HREE和/或退变质阶段石榴石分解释放HREE共同作用的结果。磷灰石最边部显著高~(87)Sr/~(86)Sr的特征则记录了角闪岩相退变质阶段多硅白云母的分解作用。     

龙门山晚新生代地表剥蚀量的定量估算

龙门山是青藏高原周边山脉中地形梯度变化最大的山脉.利用数字高程模型(digital elevation models, DEM),采用三维残余面法恢复龙门山晚新生代古残余面DEM,并与现代地形面做差值运算,得到研究区域的剥蚀量地形,进而定量估算青衣江、岷江、沱江和涪江主要水系流域晚新生代的地表剥蚀量.结果表明:龙门山晚新生代地表剥蚀总量为80 500~92 800 km3;岷江流域对龙门山地区剥蚀量贡献率约33.9%~37.1%,其次为涪江(33.6%~38.4%)、青衣江(24.1%~31.9%),沱江流域贡献率为0.4%~0.6%;类似2008年“5·12”汶川地震的次生灾害引发的地表快速剥蚀,是青藏高原东缘龙门山造山带晚新生代地表剥蚀的主要原因.      

Geochemistry and provenance of bed sediments of the large rivers in the Tibetan Plateau and Himalayan region

We investigated the geochemical characteristics of major, trace and rare earth elements and Sr–Nd isotope patterns of bed sediments from the headwaters and upper reaches of the six large rivers draining the Tibetan Plateau (the Jinsha River—Yangtze, Lancang River—Mekong, Nujiang River—Salween, Huang He—Yellow, Indus, and Yarlung Tsangpo—Brahmaputra). By using Ca/Al versus Mg/Al, La/Sc versus Co/Th, and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr versus ε_Nd (0) binary differentiation diagrams of provenance, some typical contributors to the different catchment sediments can be identified. In the Three-River (the Jinsha, Lancang, and Nujiang Rivers) tectonomagmatic belt, acidic–intermediate-acidic volcanic rocks are very important provenance of sediments. Carbonate rocks and Permian Emeishan basalts are dominant in the Jinsha River. The Yellow River sediments have similar geochemical characteristics with loess in catchments. The Indus and Yarlung Tsangpo Rivers sediments are mainly from ultra-K volcanic rocks and Cenozoic granitoids widely distributed in the Indus–Yarlung suture. The intensity of chemical weathering in these river catchments is evaluated by calculating the chemical indices of alteration (CIA) of sediments and comparing them with bedrocks. The CIA values of the six river sediments are from 46.5 to 69.6, closing to those of bedrocks in the corresponding catchment, which indicates relatively weak chemical weathering intensity. Lithology, climate, and topography affect the chemical weathering intensity in these river catchments.     

青藏高原东缘数字高程剖面及其对晚新生代河流 下切深度和下切速率的约束*

文章利用数字高程剖面将青藏高原东缘分为4个大尺度地貌单元,即青藏高原地貌区、龙门山高山地貌区、山前冲积平原区(成都盆地)和四川盆地东部隆起区。根据数字高程剖面中的最高海拔高程点剖面与最低海拔高程点剖面之间的高差,定量计算了该地区河流下切深度;结合成都盆地岷江最古老冲积扇沉积物提供的青藏高原东缘河流形成的时间(3.6MaB.P.),定量计算了河流下切速率为1.29mm/a;在约束局部侵蚀基准面和气候变化对河流下切速率控制作用的基础上,建立了青藏高原东缘河流下切速率与表面隆升速率之间的定量关系,结果表明河流下切速率约为表面隆升速率的4倍。基于龙门山在表面隆升速率和下切速率等方面均大于青藏高原内部,认为青藏高原东缘的边缘山脉是剥蚀隆升和构造隆升两者叠加的产物。     

从2020年长江上游洪水看流域防洪对策

2020年长江上游和中下游先后发生特大洪水,其中干流编号洪水全部发生在上游,构成了长江流域洪水的主要部分。首先回顾2020年洪水及洪灾情况,然后根据历史上几次特大洪水过程和历年实测资料,分析长江上游洪水特征、洪灾类型及特点,最后提出新时代长江流域洪水整体防御战略及山洪灾害防治战术。研究表明:金沙江洪水是长江上游洪水基础部分,岷江、嘉陵江和干流区间是洪峰的主要来源,三者洪水遭遇是产生上游特大洪水的主因,上游洪水又是全流域特大洪水的基础和重要组成部分。目前造成洪灾死亡人数最多的是山洪以及山洪引起的地质灾害,财产损失最大的是中下游及湖泊地区。未来堤防仍然是防洪的基础,提高沿江城市防洪标准主要手段是控制性水库的联合优化调度,而减少洪涝灾害损失最有效的途径是给洪水以空间的自然解决方案等非工程措施。     

青藏高原东部长江流域盆地地表化学剥蚀通量剥蚀速率大气CO2净消耗率研究

2000-2002年期间,笔者对青藏高原东部长江流域溶质载荷分别进行了取样分析并对流域盆地化学剥蚀通量、剥蚀速率和大气CO2净消耗率进行了计算。结果表明,流域盆地化学剥蚀速率以河源区楚玛尔河最高为2.34×10^6mol/a/km^2,沱沱河最低为1.40×10^6mol/a/km^2,四大支流雅砻江为1.69×10^6mol/a/km^2,金沙江为1.74×10^6mol/a/km^2,大渡河为1.57×10^6mol/a/km^2,岷江为1.88×10^6mol/a/km^2;流域盆地ФCO2估算结果以大渡河最高为101.81×10^3mol/a/km^2,楚玛尔河最低为7.55×10^3mol/a/km^2,金沙江为44.38×10^3mol/a/km^2,雅砻江为69.64×10^3mol/a/km^2,岷江为81.90×10^3mol/a/km^2,沱沱河为21.90×10^3mol/a/km2^。并对长江流域地表化学剥蚀速率主要控制因素进行了讨论。     

晚新生代岷江下蚀速率及其对青藏高原东缘山脉隆升机制和形成时限的定量约束

青藏高原东缘具有青藏高原地貌、龙门山高山地貌和山前冲积平原三个一级地貌单元 ,本文以岷江作为切入点 ,研究了该地区河流下蚀速率与山脉的隆升作用之间的相互关系。在建立岷江阶地序列的基础上 ,利用阶地高程和热释光年代学测年资料分别定量计算了岷江在川西高原、龙门山和成都盆地的下蚀速率 ,结果表明岷江各河段的下蚀速率明显不同 ,分别为 1.0 7～ 1.6 1mm / a、1.81m m/ a和 0 .5 9mm / a;在龙门山地区岷江的下蚀速率最高 ,约为川西高原地区的 1.5倍 ,约为成都平原地区的 3倍 ;而同一河段不同时期岷江的下蚀速率基本是连续的 ,具有很好的线性关系 ,可作为该河段整个河谷的下蚀速率。基于龙门山的表面隆升速率 (0 .3～ 0 .4 mm / a) ,在约束局部侵蚀基准面和气候变化对阶地形成的控制作用的基础上 ,本文建立了青藏高原东缘岷江下蚀速率与龙门山表面隆升速率之间的线性关系 ,结果表明河流下蚀速率约为山脉表面隆升速率的 5倍。根据龙门山表面在隆升速率和下切速率等方面均大于川西高原 ,并结合龙门山活动构造以走滑作用为主 ,笔者认为青藏高原东缘的边缘山脉以剥蚀隆升为主 ,兼有构造隆升作用。最后 ,根据岷江最大切割深度所需的时间 (3.4 8Ma)和成都盆地最古老的岷江冲积扇大邑砾岩的时间 (3.6 Ma     

近40a来江河源区生态环境变化的气候特征分析

利用月气象资料,对过去40a江河源气候变化特征进行分析,并与全球、全国、青藏高原进行了比较.结果表明:江河源区气温具有增暖趋势,近40a两地年平均气温分别增加约0.8℃和0.7℃,为高原异常变暖区.黄河源区变暖的主要特征是最低气温变暖,日照时数增加;最低、最高气温的显著变暖,以及较黄河源区增加更长的日照时数是长江源区变暖的主要特征.长江源区冬季变暖的作用不是主要的,春季、夏季和秋季的变暖作用比冬季还要大;黄河源区的变暖也并不主要是冬季变暖造成的,秋季变暖的作用与其相当,其它季节的变暖作用也不能忽视.近40a来江河源区降水量略有增加,主要体现在20世纪80年代中后期以来春季与冬季降水量的明显增加,夏季降水量虽然总体上没有明显变化,且局地夏季降水量呈持续减少趋势.与全球、全国以及高原区对比显示,江河源区对全球气候变暖的响应最敏感,变暖首先从长江源和整个高原发端,之后15a.黄河源和全国才进入显著温暖期.黄河源与长江源北部降水量的增加表明,气候变暖有利于高原增加降水量.     

Geochemistry of the headwaters of the Yangtze River, Tongtian He and Jinsha Jiang: Silicate weathering and CO2 consumption

Water and sediment samples were collected from the headwaters of the Yangtze River, Tongtian He and Jinsha Jiang (upstream of the Yangtze River which flows on the eastern Qinghai-Tibet Plateau). A detailed geochemical study of the river system was carried out to determine: (i) temporal and spatial variations of the major ions and their implications; (ii) contribution of carbonate, silicate and evaporite to the river dissolved load and (iii) CO₂ consumption via silicate weathering. Results show that cations derived from evaporite dissolution account for 44.7–82.8% of the total cations in the headwaters of the Yangtze River and increasing from SE to NW of the drainage basin. The contribution from silicate weathering gradually increases from the headwaters due to exposure of intrusive rocks and volcanic rocks in the Jinsha Jiang suture belt. Proportion of cations derived from silicate weathering to the total cations in river waters reaches a maximum at Panzhihua City, which is consistent with the abundant exposure of Cenozoic granitoids and Precambrian high-grade metamorphic rocks around Panzhihua. The Jinsha Jiang basin has higher silicate weathering rates but lower carbonate weathering rates than the middle and lower reaches of the Yangtze River. The calculated enrichment factors of potentially harmful metals in the river sediments are within the range of 0.33–2.59, indicative of level 1 or 2 contamination. The highest enrichment factor for Co, Cr and V is found in Panzhihua City, indicating that it has been influenced by anthropogenic sources.