长江河流沉积物Sr-Nd同位素组成与物源示踪

采用多种测试方法分析了长江主要支流和干流的悬浮物和细粒河漫滩沉积物的Sr-Nd同位素组成, 进而讨论其对河流沉积物物源的示踪意义. 悬浮物从上游到下游ε_Nd(0)逐渐减小, 上游平均为−10.8, 中下游为−12.3; >_87>Sr/>_86>Sr逐渐增大, 上游和中下游分别为0.721899和0.725826. 这一变化规律反映了长江水系不同流域的源岩类型、化学组成特征和风化作用强弱等多因素的制约. 雅砻江、涪江、沱江和沅江等河流的Sr-Nd同位素组成异常则分别反映了流域特征源岩包括上游峨眉山玄武岩和中下游古老的变质岩及硅质岩的物源制约主导因素. 研究还显示在世界主要河流中, 由于长江流域源岩组成的独特性, 长江沉积物对世界风化陆壳平均组成的示踪性较好. 对长江河流沉积物的Sr-Nd同位素组成特征的认识, 有助于深入研究晚新生代长江的演化历史和大陆风化过程, 并对中国东部及边缘海的古环境重建具有重要意义.     

长江中游地区洪泛沉积物与正常河流沉积物磁组构特征对比研究

在地层剖面中,洪泛沉积物与正常的河道沉积物的沉积学特征非常相似,仅靠沉积学特征很难将两者区分. 为了识别古洪灾事件,因而从环境磁学角度建立两种沉积物的识别标志是非常必要和有意义的. 本文通过对1998年长江黣洲湾溃口扇及其附近的长江现代河漫滩沉积物进行磁组构参数测量和对比分析,并结合长江下游河漫滩沉积物的磁组构参数特征,揭示出长江中游正常河流沉积物与河流溃口沉积物的磁组构参数特征具有明显的不同,并且它们与沉积时的沉积环境有着密切的关系. 因此,对长江中游地区沉积物磁组构参数的测试及磁化率各向异性量值椭球体形态的研究,是目前分辨洪泛沉积物和正常的河道沉积物的一个较有效的方法.     

黄河流域硅的组成与输出

分析了黄河水体中悬浮颗粒物(SPM)、溶解硅(DSi)、生物硅(BSi)、植硅体和其他相关参数,旨在揭示自然过程与人为活动对黄河输送硅的影响.结果表明,黄河中溶解硅浓度自1986年以来明显下降;1986~2010年,约有34%的溶解硅因土壤侵蚀的减少而滞留在黄河流域.来源于高等植物的植硅体占河流生物硅的67.2%~96.3%,并以平滑棒形为主要形态.由于含沙量大,黄河生物硅浓度普遍高于世界其他河流,在近黄河口处的利津站位,BSi/(BSi+DSi),BSi/SPM比值分别为0.5和0.003,这表明黄河悬浮颗粒物携带的生物硅是河流输送硅的一个重要组成部分.黄河中相对较高的生物硅含量反映了黄河流域浑浊度与土壤侵蚀程度较高;源自黄土高原巨大的泥沙通量可能是导致黄河中生物硅含量较高的原因,这与世界河流系统生物硅通量随产沙模数增大而增加的趋势相一致.在黄河口外的渤海沉积物中的生物硅也主要由植硅体所构成,平滑棒形同样是其主要的形态.研究表明,由河流输送的生物硅主要由来源于表层土壤侵蚀的植硅体所构成,其也是近岸水域硅生物地球化学循环的重要部分.     

南黄海表层沉积物粒度端元反演及其对沉积动力环境的指示意义

应用端元分析模型对南黄海表层沉积物粒度数据进行了反演,分离出四个端元.根据各端元频率分布曲线及平面分布特征,结合南黄海沉积动力格局,分析了各端元与研究区物源和水动力环境的对应关系.端元1和端元2反映了海洋动力过程对陆源沉积物的输运和分选,端元3和端元4反映了海洋动力对残留砂的改造.南黄海海洋锋面主要对陆源较粗颗粒沉积物的输运有影响,陆源较粗颗粒沉积物基本不能跨越山东外海海洋锋面.陆源细颗粒沉积物受海洋锋面影响较小,并在潮汐动力条件较弱的南黄海中部大量沉降,构成南黄海中部泥质区主体.南黄海中部细颗粒沉积物可能有西北和西南两个不同物源方向,其北部沉积物主要来自沿岸流输运跨越锋面后的黄河沉积物的细颗粒部分,西南部沉积物主要来自跨越苏北海洋锋面具有长江和黄河混合物源的苏北沿岸沉积物的细颗粒部分.和直接利用沉积物粒度数据研究沉积动力环境的传统方法相比,利用沉积物粒度端元分析方法分离出的沉积物不同端元分析区域沉积动力环境效果更好.     

现代黄河三角洲沉积物磁性地层年代框架及环境磁学研究

本文对黄河三角洲Z07孔沉积物进行了系统的磁性地层学和环境磁学研究.通过结合沉积速率和古地磁长期变化数据,我们为该孔建立了较为精确可信的年代框架(1999-03—2006-06A.D.).环境磁学结果表明黄河三角洲沉积物与中国黄土的磁学特征相似,主要载磁矿物为单畴(SD)磁铁矿,超顺磁颗粒(SP)含量也较高.整体上,该孔沉积物磁学参数的变化主要受粒度和含量控制.岩芯磁性参数在2003年前后发生了系统变化.我们认为,黄河自2002年起进行调水调沙工程,黄河下游河道冲刷加剧,形成新的物质来源,河流输入的沉积物粒度变粗,输沙量增加,这一新的物质来源是造成Z07钻孔磁性参数发生显著变化的主因.     

锂同位素定量提取河流碎屑沉积物中大陆风化信号

化学风化调控全球表生物质循环及气候长期演化,但受沉积物粒径和再旋回等因素干扰,基于沉积物全岩地球化学组成的风化指标存在多解性,影响化学风化信号提取以及对风化过程和机制的深入理解.本研究分析长江入海悬浮物和表层沉积物的元素及锂同位素(δ7Li)组成,应用质量平衡模型定量提取当前大陆风化信号.研究揭示,长江口沉积物主要来自于流域基岩的侵蚀(比例60%),当前风化产物不超过40%;粗粒表层沉积物中未风化火成岩碎屑含量占63～84%,当前风化产物仅占4～18%;而细粒悬浮物主要源自流域剥蚀的页岩(占52～66%),当前风化产物约占21～40%.对比沉积物不同组分比例与化学蚀变指数(CIA)和δ7Li值发现,大河流域的表生风化信号传递过程复杂,未风化火成岩岩屑含量越高,沉积物风化程度越低;受继承性风化产物(如页岩)的影响, CIA值越高或δ7Li值越低并不代表沉积物中当前风化产物越多,但细粒沉积物更适合用来示踪流域风化过程.本研究深化了对沉积物化学风化指标包括Li同位素组成的解读,对大河流域的风化过程和物质循环研究有借鉴意义.     

太平洋年代际振荡对中国东部季风区降水影响的新证据

简要介绍了太平洋年代际振荡(PDO)的研究历史.在此基础上,选择两个分别来自长江下游和黄河口的钻孔沉积记录,探索百年以来沉积物粒径变化对PDO波动的响应.研究结果表明,来自河口附近的两个钻孔沉积物粒径变化与PDO波动有显著的相关性.主要原因是PDO在年代际尺度上影响了东亚季风区的降水,进而改变了长江和黄河流域的水动力条件,并最终体现在沉积物粒度的变化上.进一步分析显示,PDO处于不同位相时期,受降雨中心移动的影响,长江和黄河沉积物粒度呈现出不同的变化规律.同时,本文还选择中国东部其他代表性高分辨率地质环境替代指标,如石笋和树轮,对比研究多种环境指标对PDO波动响应的差异.结合重建的PDO数据,本文发现近二百年以来钻孔沉积物粒度对PDO波动同样有一定的响应,未来可以作为研究PDO对中国东部地区降水影响的新证据.本文从地质学角度比较了PDO与中国东部降水之间的关系,再次印证了前人关于PDO影响中国东部气候环境的研究成果,为PDO的研究提供了一种新的指标,对年代际尺度上中国东部地区气候环境演化历史的重建和未来气候预测都具有一定的指导意义.     

苏北陆上潮成砂体的特征和古环境演化

苏北陆上以东台为顶点呈扇形向东展开的潮成砂区 ,是南黄海辐射沙洲的早期发育阶段 .冰后期最大海侵之后 ,距今约 5 0 0 0～ 6 0 0 0a前开始产生 ,水下潮成砂体不断出露 ,成陆 .环境磁学法证明陆上潮成砂层形成于辐聚辐散的古潮流场 .潮成砂层的物源早期为长江泥沙 ,晚期为黄河泥沙 ,潮流侵蚀海底也提供重要物源 .钻探和地质雷达探测表明 ,不存在大河由陆上或海域潮成砂区顶部直接供沙的可能性 ,河流的沉积物须通过沿岸运移参与潮成砂体的塑造 .这与物源和古潮流场所得的结论是一致的     

东太平洋沉积物中粘土组分的REEs和εNd: 粘土来源的证据

对东太平洋中国多金属结核调查区表层非钙质沉积物中的粘土组分进行了粘土矿物、稀土元素(REEs)及钕(Nd)同位素测定. 结果表明, M/I(蒙脱石/伊利石比值)、ΣREE(稀土总量)、LREE/HREE (轻重稀土比值)及δ Ce(铈异常值)能够有效指示粘土矿物的成因. 当粘土组分的M/I>1, δ Ce<0.85, ΣREE> 400 μg/g, LREE/HREE≈4, REEs配分模式与深海沉积物相似时, 表明粘土组分中含有较多的自生蒙脱石, 为陆源-自生混成粘土组分; 当粘土组分M/I<1, δCe = 0.86~1.5, ΣREE = 200~350 mg/g, LREE/HREE≈6, REEs配分模式与中国大陆黄土相似时, 为陆源粘土组分. 粘土组分的ε_Nd值(或¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值)能够示踪陆源粘土矿物的源区. 根据ε_Nd值将粘土组分分为4种类型:Ⅰ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;8~&#8722;6, 陆源粘土矿物主要来自北美河流物质;Ⅱ型粘土组分, ε_Nd = &#8722;9~&#8722;7, 陆源粘土矿物主要来自东亚大陆和北美河流沉积; Ⅲ型粘土组分, ε_Nd=&#8722;6~&#8722;3, 陆源粘土矿物来自中东太平洋火山岛屿和东亚大陆; Ⅳ型陆源粘土, ε_Nd=&#8722;13~&#8722;12, 陆源粘土矿物来自东亚大陆来源的风成物质. 陆源-自生混成粘土组分呈斑点状分布, 反映了东太平洋板块内存在火山或热点活动. 陆源粘土组分大面积分布, 表明东太平洋海底粘土矿物主要来自陆源.     

稀土元素在湖相沉积中的地球化学分异——以柴达木盆地贝壳堤剖面为例

通过对柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面沉积物中酸溶与残留（或酸不溶）组分稀土元素及其相关指标、分布模式和（La/Yb）n-REE物源差异的分析,讨论了古湖相沉积中稀土元素的分异及其与沉积环境之间的关系.分析结果表明剖面典型湖相沉积物中稀土元素在酸溶与残留组分中总丰度平均分别为20.9和95.4μg·g-1（不包括Y）,即酸溶组分中稀土总量仅为残留组分中稀土总量的21.9%,存在明显分异;两种组分的稀土分布模式均为轻稀土适度富集缓右倾斜型、Eu呈负异常模式,但不同之处在于残留组分表现为更加富集轻稀土成分;两种组分中不同稀土元素及其相关参数之间不存在明显相关性,这些均反映了湖相沉积不同的物质来源和地球化学行为;此外,稀土元素与沉积物细粒组分、Rb/Sr及Mn元素含量之间存在较好的相关性.酸溶组分与残留组分中稀土元素元素对环境响应存在一定差异,其中,酸溶组分中稀土元素对湖区古气候变化具有良好的指示作用;δCe和（La/Yb）n可以很好的指示湖泊及流域的风化强度、氧化-还原状态和气候变化情况,据此重建了距今43.5～22.4ka高湖面期间古气候与环境演变历史.     

龙感湖钻孔揭示的末次盛冰期以来的环境演化

通过龙感湖滩地钻孔24．4m深度以内的沉积物岩性、生物和物理指标分析,在^14C年代测定的基础上,对龙感湖末次盛冰期以来的环境演化进行了恢复,15．0kaBP前和10．0－6．3kaBP,龙感湖区发育河流沉积,以低生物量和高磁化率为特征;约15．0－10．0kaBP期间的晚冰期,龙感湖首次成湖,湖泊中生物量明显提高;现代龙感湖雏形始于约6．3kaBP后,至3．7kaBP后发展为稳定的湖泊环境,此外,花粉结果显示,龙感湖湿地相干被大致形成于3．3kaBP后,然后,龙感湖的成因和演化,及其与长江关系的研究,还必须重视对沉各物物源的追踪。     

江汉和洞庭盆地与周缘造山带盆山耦合研究进展

沉积盆地与造山带是大陆构造的2个重要的组成单元,具内在成因联系。对其耦合关系进行研究,可以恢复和重建岩石圈深部运动过程,了解近地表构造与气候之间的相互作用。江汉和洞庭盆地位于长江中游,与周缘造山带具有清晰的盆山边界,盆内河流水系十分发育,是一个多物源沉积盆地,是探讨从山(源)到盆(汇)沉积过程的天然实验室。文中对江汉盆地盆山耦合的研究结果进行了总结和梳理,介绍了造山带基岩、盆地和河流沉积物低温热年代学的应用方法,提出了新的研究切入点,建议今后在江汉和洞庭盆地开展盆山耦合研究时,将造山带基岩和河流碎屑矿物低温热年代学结果相结合,同时开展同一目标矿物的物源示踪研究,综合分析造山带隆升信息与物源信息,并与周缘构造和沉积学研究结果相互检验,可得到详细的盆山耦合演化过程。     

鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质来源分析

通过对鱼苗时期鄱阳湖网箱养殖区沉积物、饵料及鱼粪等样品总有机碳(TOC)含量、总氮(TN)含量、碳氮比(C/N)、δ^13 C及δ^15 N的测定,分析探讨了鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质来源,量化了网箱养殖废物对养殖区沉积物有机质的贡献.结果表明,网箱养殖区沉积物的δ^13 C和δ^15 N值分别为-27.67‰~-25.65‰和5.19‰~7.27‰,饵料的δ^13 C和δ^15 N值分别为-24.73‰和10.28‰,鱼粪的δ^13 C和δ^15 N值分别为-26.30‰和15.54‰.网箱养殖区沉积物有机质来源主要有残饵、浮游生物及其他来源,其贡献率分别为48.3%±11.4%、25.6%±11.3%及26.0%±5.8%,而鱼粪的贡献几乎可以忽略不计.在水动力平流引起的扩散及沉积物的再悬浮的影响下,网箱养殖源有机质的扩散距离达1500 m.在鱼苗时期,鱼类网箱养殖的残饵是鄱阳湖网箱养殖区沉积物有机质的主要来源.     

长江口外海区叶绿素a浓度分布及其动力成因分析

2000年8月在长江口外海区应用现代化的观测设备进行了多学科的综合观测. 现场观测资料分析表明, 长江口外海区浮游植物的爆发存在着两个源. 面积广、强度大的一个源存在于表层的羽状锋区, 是由长江径流入海携带大量营养盐造成富营养化和低浊度海水产生良好的光透射引起光合作用产生的. 光合作用产生叶绿素a, 同时释放氧气和吸收二氧化碳, 故出现高浓度叶绿素a分布对应于高浓度溶氧和pH值分布. 面积小强度弱的一个源位于台湾暖流的温跃层中, 但高浓度的叶绿素a并不对应于高浓度的溶氧和pH值, 可能是由台湾暖流的远距离平流作用产生的. 长江大量营养盐入海造成的富营养化是产生长江口外海区赤潮爆发的主要原因. 福建和浙江沿岸海区发生的赤潮可能随台湾暖流影响到长江口外海区. 三维数值模式模拟的流场分布支持上述结论.     

季节性缺氧水库甲基汞的产生及其对下游水体的影响

本文采用蒸馏-乙基化结合GC-CVAFS法对贵州红枫湖水库及其各入库和出库河流中的甲基汞时空分布和控制因素进行了研究.在春、秋、冬季节总甲基汞浓度和分布无明显时空变化,在0．053-0．333 ng／L之间.春季河流是水库甲基汞一个重要的输入源．夏季水库下层甲基汞显著升高,缺氧层最高值达0．923 ng／L.同时发现．缺氧层升高的甲基汞主要来自于水体自己产生或上层水体甲基汞的沉降,而不是来自于沉积物的释放．各季节湖水和河流样品的总甲基汞和溶解氧存在显著的负相关关系,Personal相关系数r为-0．81(n=78).在春、秋、冬季节溶解态甲基汞比例略低于颗粒态甲基汞,但在夏季,特别是缺氧层,甲基汞主要以溶解态存在．夏季河流入水经水库蓄水后,到再流出时已经富含甲基汞,出库河流中总甲基汞浓度已达到各入湖河流总甲基汞平均值的5.5倍,很明显在复季红枫湖已成为下游水体甲基汞的输入源,必将会对下游生态系统产生一定影响．     

水位波动下的呼伦湖上覆水体与沉积物间隙水之间溶质的运移特征

为了探求内蒙古呼伦湖上覆水体和沉积物间隙水之间溶质运移机制,对呼伦湖的1个沉积物柱芯的间隙水、3个湖泊水体以及湖周边7个地下水体中的氯离子(Cl~-),氢、氧稳定同位素(δD和δ~(18)O)分别进行分析测试,并利用其示踪性对沉积物中溶质运移特征进行研究.结果显示,δD、δ~(18)O和Cl~-浓度在不同水体中的分布具有相似的分布规律,整体上从底部沉积物到上部湖水浓度分布呈现逐渐递减的抛物线趋势,在间隙水中最大值位于所取沉积物柱芯的最深处,Cl~-浓度为306 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-58‰和-5.9‰;最小值位于沉积物柱芯上层,并与上覆水体中的值相似,Cl~-浓度为159 mg/L,δD和δ~(18)O分别为-66‰和-7.3‰.为了明确沉积物柱芯中间隙水的高浓度Cl~-和偏正δD、δ~(18)O的来源,比较不同水体的δ~(18)O-δD关系点分布,表明含有偏正值的δD、δ~(18)O和高浓度Cl~-的间隙水与上覆湖水关系密切,可能是由于低水位时期湖水与间隙水相互发生扩散作用而产生的结果.一维对流扩散迁移模型证实扩散作用是控制着沉积物间隙水中溶质浓度在垂向上分布的主要机制,同时湖水水位的变化会影响沉积物间隙水与上覆水体的扩散过程,特别是在水位上升期,富集在沉积物中的溶质可能成为湖水的重要物质来源,影响上覆水体的水质.因此,对于封闭湖泊水位的控制和管理不仅在维持湖泊水量方面有着直接的作用,同时在稳定湖泊水质条件上也有着重要的意义.     

Cascadia边缘与天然气水合物共生沉积物中有机质碳、氮同位素组成及意义

Hydrate Ridge南高点ODP204航次5个站位54个沉积物样品中有机碳C, N同位素组成及C/N比值表明沉积物中的有机质主要来自海洋. 对1245B孔的系统分析表明天然气水合物的发育改变了沉积物中有机碳和氮同位素的成岩演化轨迹, 水合物发育处δ¹⁵N值和C/N比值同时变低, 且δ¹³C值相对较重; 在水合物稳定带内δ¹⁵N值的亏损将近2‰. 水合物发育处沉积物中氮含量的增加和δ¹⁵N值的亏损, 推断可能与天然气水合物发育处沉积物中细菌(包括古细菌)的固氮作用有关. 沉积物中有机质中碳、氮同位素的分布与沉积环境的变化同步响应, 同时亦反映流体活动的变化.     

用地面磁测法检测隐伏沙金矿床

本文提出了一种检测河流沉积物内隐伏磁铁矿矿床的方法。模型研究结果指出,非磁性基质内磁铁矿含量为0.5%的比较小的平板型矿体(厚1m,宽10m)可以使用一台灵敏的(0.1nT)磁力仪进行地面磁测来检测。沿垂直于河流走向而与基岩走向(或航磁异常走向)成某种角度的测线进行测量,结果发现被测剖面上的总场强和垂直梯度异常基本上都在沿河流走向或河谷方向上被拉长了,这说明异常源是隐伏在河流沉积物内磁铁矿含量较高的矿体。对此进一步的证据是(1)在河流和强磁性蛇纹石地域交切处出现较高的总磁场强度和垂直“梯度”异常。(2)原始冰碛物(冰砾泥)上方无高频异常。(3)功率谱上出现某些特性。河流沉积物内比较大的磁铁矿富集体很可能含有最集中的重系列经济矿物,诸如金子。因此最感兴趣的隐伏沙金探测区域可以从地面详细磁测图或直升机低高程磁测图中选取。     

洪泽湖入湖河流沉积物有机磷分布特征及外源输入对其形态转化的影响

为探究洪泽湖入湖河流沉积物有机磷的空间分布及外源输入对其形态转化的影响,本文利用Ivanoff法开展有机磷形态特征研究,并通过实验室添加常见外源有机质和铁离子,深入探讨外源物质对沉积物有机磷形态变化的长期影响.研究结果表明,洪泽湖入湖河流沉积物有机磷含量范围为34.8～398.6 mg/kg,占总磷的7.7%～36.9%,其中非活性有机磷(NOP)中活性有机磷(MLOP)活性有机磷(LOP).濉河沉积物LOP平均占比为19.4%,高于其他河流,而成子河NOP平均占比最高,为56.41%,表明有机磷的空间分布不均匀.总体而言,安河和濉河沉积物中总氮、总磷和有机磷含量显著高于成子河和淮河,显示前两条河流有较高的污染水平.冗余分析表明河流沉积物有机磷形态明显受到其理化性质影响,而不同污染程度沉积物的影响因素有所不同.外源物质添加能够活化沉积物的有机磷,促使NOP向LOP和MLOP转化,有机质输入引起的沉积物有机磷形态变化要大于铁元素输入,而外源物质输入对污染较重河流沉积物的有机磷转化作用更为显著.因此,减少入湖河流周边的外源污染排放是减少湖泊生物可利用磷的有效途径.     

滇池的富营养化过程:来自结合态脂肪酸C16:0δ13C的证据

以云贵高原浅水湖泊滇池作为研究对象,在对湖心一个63cm柱状沉积物中δ13Corg、δ13N、C/N比值和TOC含量测定的基础上,以近现代沉积物有机质中结合态脂肪酸的组成及其单体碳同位素组成结果为主要的讨论对象,并与相应游离态脂肪酸的组成及碳同位素值进行了对比研究,探讨近二百年来滇池湖泊的富营养化过程.研究结果表明,沉积物中有机质基本参数变化按沉积深度可以划分成三个主要阶段,其中20cm至表层段,δ13N、TOC显著增大,与该时期湖泊富营养化密切相关.结合态脂肪酸总含量为38.5-209.6μg/g,游离态脂肪酸总含量为12.0-318.1μg/g,都在表层段20cm出现迅速增加的趋势;利用脂肪酸单体分子组合CPIA、∑C20/∑C21+、TARFA、C18:1w7/C18:1w9、(i-C15:0+a-C15:0)/nC15:0比值的特征变化,表明其以内源的浮游生物和细菌输入为主,内源藻类的大量繁殖,导致湖泊富营养化加剧.相比游离态脂肪酸,滇池沉积物中的结合态脂肪酸具有较丰富的不饱和脂肪酸和正反异构脂肪酸,且具有较强的稳定性,能抵抗早期化学和生物降解作用的影响,具有重要的研究价值,将成为近年来研究的热点.结合态脂肪酸中C16:0的δ13C变化较好地记录了近几十年来湖泊富营养化过程的加剧,可作为反映湖泊重富营养化进程的一个重要指标.