湖泊沉积物粒度多组分特征及其成因机制研究

利用高分辨率激光粒度仪MS2000对安固里淖、三台河以及长江等多个地点湖泊和河流沉积物样品细粒部分的粒度多组分分布特征进行了系统、深入研究。总结了其粒度分布特征及组分间差异并讨论了其成因机制。研究认为:1)湖泊沉积物粒度一般由多个组分叠加构成,表现为多组分粒度分布特征,其受控于水动力强度和搬运方式等因素。2)粒度分布最多可有6个组分（中值粒径范围分别为①<1μm,②2～10μm,③10～70μm,④70～>150μm,⑤150～700μm,⑥>700μm）,其中前4个组分属悬浮组分（③组分是流域内风成作用强弱的判别标志）,⑤为跳跃组分,⑥为滚动组分,整体分选性差。3)据粒度分布特征可分为湖滨、过渡和湖心三相,三相间粒度分布特征有明显差异,同时又存在此消彼长的良好过渡关系。湖滨相以④组分为优势组分,该组分含量越高,指示沉积物越靠近湖滨;过渡相④组分含量随距湖心距离靠近而减小,但②组分含量却在逐渐增加;湖心相以②组分占主导优势,该组分含量越高,指示沉积物越靠近湖心。4)湖相沉积物受湖滨拍岸浪和湖心波浪的影响而产生了明显的粒度分异规律。     

新疆柴窝堡湖沉积物中环境敏感粒度组分揭示的环境信息

通过对柴窝堡湖沉积物剖面和流域表层沉积物进行粒度分析,结合沉积剖面年代序列,研究了柴窝堡地区的环境演变与沙尘暴事件。首先通过主成分因子分析,对柴窝堡湖沉积物剖面粒度不同粒级组分含量进行了研究,探讨了湖泊沉积物的物质来源,获得了两个主控因子F1和F2,它们控制了湖泊沉积物近97.7%的粒度变化特征。研究表明,F2代表了以57 μm为众数粒径的次总体,主要来源于地表风沙侵蚀;而F1为以7 μm为众数粒径的次总体,主要受流水作用控制。进而通过粒径-标准偏差法,提取了湖泊沉积物中环境敏感粒度组分,风成组分C2（20~209 μm）反映了区域风沙活动的历史,并揭示了1910-1930年和1980-2000年为百年来的两个沙尘暴相对活动强烈的时期。沉积物中记录的1980年和2000年左右的沙尘事件与器测记录及历史文献记载具有很好的一致性。最后利用均值突变诊断分析,发现柴窝堡湖地区1910年前后存在近百年来最强的沙尘事件,揭示了近百年来该地区一次最强的环境突变事件。      

北黄海西部与南黄海中部泥质区岩芯敏感粒级及其环境意义

用激光粒度仪对南黄海中部(YSZD01孔)与北黄海西部(B45孔)泥质区沉积物短柱样进行高分辨选样(0.5 cm)的粒度测试与分析,并对柱样进行210Pb测年分析.B45孔柱样沉积时间为1913~2010年,沉积物以粉砂为主,粒度参数垂向波动较大.YSZD01孔柱样沉积时间为1909~2012年,沉积物为泥与砂质泥,粒度参数垂向变化较小.两孔在1958年、1971年、1980年左右砂含量突增,很可能归因于强度大的寒潮,其增强了黄海两泥质区的水动力环境,导致两孔在这些年份左右的粗颗粒沉积物含量突增.用粒级-标准偏差法得到B45孔沉积物敏感粒级组分为15.6~71.8 μm,YSZD01孔沉积物敏感粒级组分为23.7~500.0 μm,用其作为东亚季风变化的指标,显示自1910年代以来东亚冬季风强度增强,两孔在1925~1935年、1955~1964年、1974~1977年、1982~1986年这四个时期敏感粒级含量出现增加趋势,对应冬季风强度增强较为明显.从岩芯粒度来看,季风强度的变化体现为敏感粒级组分含量变化,季风频率的变化体现为敏感粒级含量波动的程度.     

乌梁素海湖泊沉积物粒度特征及其环境指示意义

结合放射性同位素测年,在对乌梁素海湖泊沉积物粒度的分析基础上,结合黄河以及河套地区相关文献资料,探讨乌梁素海在自然和人类活动共同作用下的演变过程。乌梁素海沉积物中黏土（<4 μm）平均含量28.7%、细粉砂（4～16 μm）平均含量34.4%、中粉砂（16～32 μm）平均含量17.3%、粗粉砂（32～64 μm）组分平均含量14.1%、砂质组分（>64 μm）含量整体较低,平均含量为5.5%。沉积物不同粒级范围颗粒含量的相关性分析表明,在1965年左右（岩芯深度20 cm）乌梁素海沉积物组分特征发生了明显变化。基于此,结合前期对湖泊沉积物中元素含量特征的分析,利用粒径-标准偏差方法,通过对比黄河泥沙以及流域沉积物的粒度特征,研究了约1965年前后两个时段的沉积物来源。尽管乌梁素海湖泊沉积物主要来源于黄河携带的泥沙以及河套平原灌溉退水携带的大量流域表土侵蚀物质,但同一物源组分在1965年前后这两个不同的演化阶段具有不同的粒级特征。1965年之前,<19.95 μm的粒级组分反映了河套平原灌溉退水携带的流域表层侵蚀物质组分特征,而19.95～181.97 μm的粗颗粒组分反映了黄河径流携带的泥沙,后者决定了乌梁素海沉积物的粒级特征。1965年以来,这两种不同来源组分的粒级变细,灌溉退水携带的流域表土侵蚀物质（<5.71 μm组分）控制了湖泊沉积物的粒度特征,并与总排干入乌梁素海的水量变化、围湖建堤以及扬水站的修建等人类活动强度密切相关。总体来看,上世纪六十年代以来,乌梁素海湖泊沉积物的粒度组成受人类施加的影响已经超越了自然作用的影响。     

粒度端元模型在新疆黄土粉尘来源与古气候研究中的初步应用

基于新疆伊犁盆地肖尔布拉克黄土剖面粒度数据,以贝叶斯粒度端元模型法为主,粒级标准偏差法为辅探寻对气候变化响应敏感的粒级组分及其对粉尘来源示踪和古气候重建的意义。研究结果表明粒度端元组分EM1（众数粒径:21.22 μm）代表大气粉尘中较为稳定的背景值,其含量的变化与高空西风环流强度有关。EM2（75.29 μm）主要代表了近源河流沉积物的悬移搬运组分,可视为较敏感的古气候指标。EM3（47.5 μm）也代表了近距离的悬移搬运组分,可能主要由较粗颗粒对地表的碰撞磨蚀作用而产生。EM2记录了深海氧同位素2阶段（MIS2）以来的北大西洋气候波动事件,如Heinrich事件、YD事件等。贝叶斯粒度端元模型能够区分不同的沉积动力过程,在新疆黄土古气候研究中具有广泛的应用前景。     

天津滨海平原区深孔沉积物环境敏感粒度提取及其意义

沉积物环境敏感粒度是进行古环境研究的重要方法之一, 然而华北平原地区很少进行完整的第四纪全取心深孔沉积物环境敏感粒度组分的提取及分析.对天津渤海湾G1和G2孔第四纪沉积物样品进行粒度分析, 采用粒级-标准偏差和主成分分析两种方法进行了沉积物环境敏感粒度组分提取.对比提取结果发现, 两种方法存在差异性的同时还存在一定的兼容性, 沉积层理厚度越薄, 兼容性越明显; 主成分分析方法对沉积物环境敏感粒度组分刻画得更为细致, 粒级-标准偏差方法不适合深孔沉积物整体敏感粒度组分的提取.G1孔环境敏感粒度组分的粒度峰值为6.700μm、15.650μm、36.240μm、176.900μm、282.100μm、716.800μm; G2孔环境敏感粒度组分的粒度峰值为0.578μm、176.000μm, 分别对应6个和3个粒度分布区间, 指示两孔整体上的沉积物来源及沉积环境空间存在差别.G2孔相对于G1孔整体上的沉积强度大且沉积环境较为稳定, 适合于开展高分辨率的古环境重建工作.      

南岭东部定南大湖沉积物粒度敏感组分及末次冰消期环境记录

为进一步探究定南大湖湖沼晚冰期以来的水文特征及气候变化,对研究区K02钻孔的粒度特征进行了详细的分析,采用粒级-标准偏差法和主成分分析法对348个沉积样品提取了对环境变化比较敏感的三个粒级组分:0.6~7.1 μm（组分1）,20~44.8 μm（组分2）和89.3~447.7 μm（组分3）。结合湖泊沉积物粒度一般分布规律,并根据敏感组分2和14C测年数据探讨了该区域近16 ka B.P.以来的气候变化。结果表明在过去的16 000年里,大湖地区的水文及气候变化可以分为4个阶段:1）在16.0~11.5 ka B.P.期间,气候总体偏冷干,敏感组分含量增降比较明显,能较好的对应老、中、新仙女木事件和B/A暖期;2）11.5~6.0 ka B.P.期间,大湖地区进入了湿润的全新世适宜期,敏感组分总体含量偏低;3）6.0~3.8 ka B.P.期间,敏感粒度组分含量迅速升高且波动较大,大湖湖沼地区进入一个相对干冷的时期;4）3.8 ka B.P.至今为第四阶段,敏感粒度组分含量总体偏低,考虑到人为干扰因素,暂不做详细讨论。通过对大湖地区水文状况的研究发现,大湖湖沼地区自晚冰期以来气候变化很不稳定。与格陵兰GISP 2冰芯、董哥洞D4石笋及其K02钻孔其他指标的记录对比可以发现,敏感组分2对仙女木、9.5 ka、8.2 ka等冷事件的记录更加明显,也说明了大湖地区的气候变化具有全球性,这种气候变化可能与太阳活动有关。     

东海内陆架泥区沉积物的环境敏感粒度组分

对东海内陆架泥质沉积区的DD2孔和悬浮体进行了陆源物质提取,应用激光粒度仪做了粒度分析,并分析了DD2孔粒度参数的垂向分布序列。通过计算粒级-标准偏差的变化获得了DD2孔沉积物中对沉积环境变化较为敏感的粒度组分,约 19和 130μm是DD2孔所属区域对沉积环境敏感的粒级,分别对应于东海沿岸流和风暴流沉积动力过程。敏感粒度组分含量随深度变化的分析表明,该孔上段的沉积作用主要受控于沿岸流,沉积环境相对稳定;而下段沉积环境变化大,是风暴流和沿岸流的混合作用沉积的结果。     

黄河沉积物中稀土元素(REE)组成的粒度效应*

依据Stokes颗粒沉降原理将黄河利津水文站和汊河清八站的表层沉积物分别提取为<2μm,2~4μm,4~8μm,8~16μm,16~32μm和32~63μm的6个粒级,采用ICP-MS法对各个粒级沉积物的15个稀土元素进行测试。结果表明:黄河沉积物两个样品REE含量随粒度增大的变化趋势有细微差别,但总体随粒度大小呈"高—低—高"的不对称马鞍型分布,其中最高REE含量和最低REE含量分别位于<4μm的粘土粒级和4~16μm细粉砂粒级中; 各粒级沉积物经北美页岩标准化后,REE的配分模式一致,呈平缓的右倾型,相对富集轻稀土,明显的Eu正异常和Ce负异常。对各个粒级样品进行X射线衍射分析及体视镜下观测,石英含量随粒级增大而增加, 长石在8~16μm中含量最高,在16~32μm中,碳酸岩含量最高,随着粒级增大,重矿物含量逐渐增加,黄河沉积物REE随粒度的变化特征与粘土矿物对其吸附及流域碎屑沉积物不同粒级的矿物成分密切相关。     

浑善达克沙地近50年来风沙活动的湖泊记录

干旱、半干旱地区湖泊沉积物能否有效地记录大气粉尘源区的风沙活动历史对理解沙尘暴发生的气候和环境背景具有重要的意义。对于位于内蒙古浑善达克沙地南缘的夏日淖(湖)近代沉积物进行 137Cs/210Pb定年和沉积学分析显示,碎屑沉积物具有两个明显的粒度组分,其一是与当地沙丘砂粒度分布相同的中细砂组分; 另一为与大气降尘粒度相似的粉砂组分,自1957年以来反映这两个粒度组分相对变化的中值粒径和>63μm砂的含量都具有显著的变化。与浑善达克地区和中国北方气象记录对比发现,沉积物中值粒径和>63μm砂的含量分别与沙尘暴和6m/s风速(或大风)发生频次呈正相关,与温度呈负相关; 最近50年来这些沉积和气候参数具有总体一致的变化。这样的事实说明,夏日淖沉积物主要由风力搬运沉积的,其粒度与风沙活动存在内在联系,粗粒沉积物增加是风沙活动加强的结果。因此,干旱、半干旱地区湖泊中风力搬运的沉积物粒度受风沙活动强度控制,可以成为重建过去风沙活动历史的重要标志。