长江武汉段天兴洲低滩沉积物粒度端元对河流—风成沙丘沉积环境的指示意义

河床沙波向风成沙丘演变的过程具有特殊的沉积动力机制。笔者等以68份长江武汉段天兴洲洲头低滩沉积物的粒度分布数据为例,利用端元分析方法从每个粒度分布中分离提取4个粒度端元组分(EM1、EM2、EM3和EM4),探讨了河流—风成沙丘不同沉积环境中粒度端元的异同。研究结果表明：EM1和EM3组分在粒度分布中占比与沉积物粒度中值分别呈较好的线性正相关和负相关;河流沉积物主要由EM1、EM2和EM3组成的跳跃方式搬运,对应滚动次总体的EM4组分占比5%～10%,少悬浮搬运;风成沙纹沉积物主要包括两段跳跃次总体,以EM2组分为主、EM1和EM3组分为辅,少EM4组分;沙丘背风面沉积物主要靠颗粒流顺坡滑塌,以EM2组分为主、EM1和EM3组分为辅,含占比约为5%的EM4组分;未被风成沙纹覆盖的沙丘波谷沉积物记录了河流和小型滞水洼地的沉积特征,代表滚动次总体的EM4组分占比7%～15%,悬浮次总体占比可达20%。本文提取的沉积物粒度端元为弱风环境中河道内局部小型河流—风成沙丘的沉积环境和演化过程研究提供了参考。     

粒度分布的端元建模分析及检验:以“吉兰泰——河套”盆地西部DK-12钻孔晚第四纪沉积物为例

端元建模分析能够从复杂的多峰分布特征的沉积物中提取出具有不同沉积动力过程的端元,但是,由于沉积物的粒度分布还受到沉积环境等多种因素的影响,该方法的有效性及获得的端元组分的地质意义有待其他环境代用指标的进一步检验。以位于"吉兰泰—河套"盆地西部磴口次级隆起区的DK-12钻孔晚第四纪沉积物为例,采用BEMMA算法对该钻孔沉积物的粒度资料进行了端元建模分析,并以黏土矿物组合和前人的孢粉组合数据作为检验指标,结合该地区的区域地质背景,对获得的4个端元进行了综合检验分析,认为获得的沉积物粒度端元具有明确的地质意义,其中EM 1为远源粉尘、EM 2为近源的风成沙、EM 3和EM 4为河流冲积沙。     

粒度分布的端元建模分析及检验:以“吉兰泰—河套”盆地西部DK-12钻孔晚第四纪沉积物为例*

端元建模分析能够从复杂的多峰分布特征的沉积物中提取出具有不同沉积动力过程的端元,但是,由于沉积物的粒度分布还受到沉积环境等多种因素的影响,该方法的有效性及获得的端元组分的地质意义有待其他环境代用指标的进一步检验。以位于“吉兰泰—河套”盆地西部磴口次级隆起区的DK-12钻孔晚第四纪沉积物为例,采用BEMMA算法对该钻孔沉积物的粒度资料进行了端元建模分析,并以黏土矿物组合和前人的孢粉组合数据作为检验指标,结合该地区的区域地质背景,对获得的4个端元进行了综合检验分析,认为获得的沉积物粒度端元具有明确的地质意义,其中EM 1为远源粉尘、EM 2为近源的风成沙、EM 3和EM 4为河流冲积沙。     

额济纳盆地GN100钻孔不同沉积相的粒度特征

内蒙额济纳盆地GN100钻孔的沉积相可划分为河流相、湖泊相、沼泽相及风成砂沉积。对该钻孔不同沉积相代表性 沉积物的粒度分析表明：额济纳盆地沉积物的粒度特征能够有效区分沉积环境和动力过程。河流相沉积物主要粒度组分为 粗砂,以滚动搬运为主,判别值Y为大于1;风成砂主要粒度组分为细砂,Y值范围主要在0附近;沼泽相也以细砂为主且 较风成砂更细,Y值主要为负值且小于风成砂;湖相粒度组分主要为细粉砂,以悬浮搬运为主,但不完全是静水悬浮搬 运,相比于静水沉积相对颗粒偏大,而Y最小,为小于-9。这些结果可以为区域沉积环境的准确解释提供参考。     

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。     

昌黎海岸风成沙丘的形态与沉积构造特征及其成因初探

本文论述了昌黎海岸风成沙丘的分布与形成特征、层理构造及其沙丘表面沙波发育情况．并对其成因进行了探讨．沙丘迎风坡表面普遍发育有风成沙纹，层理构造非常发育，有低角度交错层理、大型板状交错层理。海岸沙丘沉积物主要来自滦河．滦河入海泥沙在偏风浪的作用下向北搬运并堆积在海滩上．强劲的向岸风使海滩沙向陆搬运建造成海岸沙丘。目前．沙丘仍在活动之中。     

中国北方部分地区黄土、沙漠沙、湖泊、河流细粒沉积物粒度多组分分布特征研究

通过对我国北方部分地区的黄土、沙漠沙、湖泊、河流细粒沉积物的粒度多组分分布特征系统研究后总结了其粒度分布特征及组分间差异,并提出了风成、水成沉积物成因类型的判别依据。认为:1)细粒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。2)黄土粉尘粒径以<70 μm的悬浮颗粒为主,粒度由粗、中、细三个组分构成。粗粒组分含量最高,其中值粒径与源区距离呈负相关,中粒组分百分含量与源区距离呈正相关。3)沙漠沙粒度由一个极其明显的粗粒跳跃组分构成,中值粒径一般位于100~300 μm,分选性极好。4)湖泊沉积物粒度分布最多可有6个组分(中值粒径:<1 μm,2~10 μm,10~70 μm,70~150 μm,150~700 μm,>700 μm),前4个组分属悬浮组分,⑤为跳跃组分,⑥为滚动组分,分选性差。5)河流沉积物粒度分布曲线较复杂,其分布特征蕴含了水动力强弱信息。6)沙漠沙→黄土与河流沙→湖泊沉积物其优势组分的粒径均逐渐变细,但水成相对应组分比风成组分粒径要粗.     

湖泊沉积物中风成和水成组分定量判据的初步研究———以青海湖为例

对青海湖沉积物进行物质来源进行聚类分析, 并对周边风成黄土与现代湖泊表层沉积物进行粒度分析, 在此基础上, 以青海湖周边典型风成黄土作为风成组分端元, 以青海湖表层沉积物作为水成组分端元, 首次利用已知端元的粒度分布特征对青海湖沉积物中典型粒度分布进行拟合, 进而估算了其中风成和水成组分的比例。结果表明, 青海湖沉积物粒度分布特征可分为三大类:1.水成组分占主导; 2.风成组分占主导(风成黄土主导); 3.两者以不同比例混合。希望此方法能成为未来湖泊沉积物中不同组分的定量判据和古环境的解读提供新途径。      

鄂尔多斯盆地风成含铀岩系的识别——以XX井为例

本文以XX井为例,通过详细的岩心观察和描述,结合岩石薄片鉴定、扫描电镜观察及粒度分析等方法,对鄂尔多斯盆地西南部工业含铀岩系下白垩统洛河组开展了系统的沉积学研究。在洛河组中共识别出风成沙漠(下段)和洪泛河流(上段)2种沉积相,风成沙漠沉积相又分为沙丘、沙丘间、沙席、旱谷4种亚相,洪泛河流沉积相又分为河床和堤岸2种亚相。洛河组下段砂岩段主要由红色、黄色、灰绿色粗-细砂岩组成,矿物成分以石英为主,佐以少量岩屑(沉积岩屑)和长石(微斜长石、条纹长石),砂粒干净、明亮,含较少胶结物与杂基,成分成熟度较高;以中-细砂为主,粒径范围在2.2～3Φ之间,次棱角-次圆状;粒度概率累积曲线显示以跳跃搬运组分为主体,伴随有少量悬浮搬运组分,粒度分选性好,结构成熟度高。沉积构造广泛发育大型高角度交错层理、平行层理和波状层理等;层内可见呈舌形向上或向下尖灭的垮塌层,具有逆粒序的风成沙波层以及形似暗色条纹的条纹层等特殊风成沉积构造。砂岩颗粒表面具有一系列碟型和新月型撞击坑、麻坑、化学溶蚀与沉淀以及沙漠漆等现象。将洛河组下段砂岩与典型河流相砂岩、风成砂岩进行对比,表明鄂尔多斯盆地西南部洛河组下段含铀砂岩符合典型风成砂岩的特征。该风成含铀岩系的发现为国际上砂岩型铀矿增添了新的类型,为中国北方铀矿勘探拓展了找矿空间和找矿潜力,为砂岩型铀矿的进一步勘探提供了新思路。     

粒度端元记录的靖边地区MIS 3以来的气候变化

黄土作为典型的多物源沉积物,粒度分布常呈现多峰分布。端元分析可以从复杂的沉积物粒度中分离出代表不同沉积物源和沉积动力的端元组分,在黄土研究中得到了广泛应用。利用Paterson参数化端元模型对处于毛乌素沙漠东南缘的靖边三道沟剖面粒度进行端元分离与解释,并讨论其代表的环境意义。靖边三道沟黄土可分为4个端元:EM1(众数粒径8.93μm)为背景粉尘;EM2(众数粒径25.18μm)为与季风环流有关的组分;EM3(众数粒径39.91μm)和EM4(众数粒径56.37μm)都是与冬季风有关的组分,其中EM3为黄土高原黄土主要组分,EM4与现代沙尘暴的粒级大致相同。通过对各端元组分随年龄变化的曲线进行分析,得到以下结论:该剖面记录了靖边地区自MIS 3以来经历了MIS 3(32.8～29.8 ka BP)、LGM(29.8～22.8 ka BP)、冰消期(22.8～11.3 ka BP)和全新世(8.7～1.7 ka BP)共4个气候时期。端元组分还记录了冰消期H 1事件(16.2～13.8 ka BP)、B/A事件(13.8～12.8 ka BP)、YD事件(12.8～11.3 ka BP)共3次气候快速变化事件和D-O旋回。该剖面还记录了毛乌素沙漠末次冰期经历的3次主要的扩张-收缩旋回以及全新世8.7～8.2,6.0～5.0,3.5～2.5 ka共3次干旱沙进事件。     

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。     

端元分析在长江武汉段古洪水识别中的应用

端元建模分析能够从具有复杂粒度分布特征的沉积物中提取出代表不同沉积动力过程的端元,进而对区域古洪水期进行揭示。以具有代表性的长江堤后湖泊ZK145钻孔晚第四纪沉积物为例,采用特征向量旋转算法对该钻孔粒度资料进行了端元建模分析。结果显示,可分离出4个具有明确地质意义的端元:EM1代表河流冲积砂;EM2代表经流水作用的细砂;EM3、EM4代表静水湖泊沉积。利用钻孔中粗粒端元组分(EM1、EM2)的含量结合磁化率指标,在湖相沉积阶段(22.9~3 m)识别出了9期特大古洪水。端元分析为长江堤后湖泊的古洪水研究提供了一种新的思路和方法,同时为古洪水的反演创造了条件。     

末次冰期晚期半干旱环境下黄河阶地上的河流与风沙沉积交互过程

风沙与河流地貌过程的交互作用是半干旱环境典型的地表过程。位于半干旱区的黄河兰州至银川段,现代风沙与河流沉积过程相互影响剧烈,而该区域地质历史时期风沙与河流交互过程的沉积记录还鲜有报道。文章对该区域黄河二级河流阶地堆积序列(河道砾石-具水平层理砂层-沙丘砂-条带状粉砂)进行了详细的沉积学分析。结果表明,流水作用形成的水平砂层之上覆盖的厚2~3.8 m的沙丘,由成分均匀的极细砂和粗粉砂组成;发育块状结构,而未见流水沉积结构;为典型风成沙丘。其上覆盖的粉砂层,粒度组成与该地区砂质黄土有相似性,以粗粉砂颗粒为主;但其还含有少量的粘土和极细砂组分,分选差,且发育薄层条带状纹层(层厚约5~10 cm);为河漫滩环境下主要为风尘输入的颗粒在静水条件下沉降形成的河漫滩相沉积。风成沙丘的众数粒度值略小于下伏水平状河流砂众数粒度,而粗颗粒组分和细颗粒组分含量都略小于下伏河流砂,表明风成沙丘可能是由风力分选、搬运下伏河流砂,就地堆积形成。风成沙丘与下伏河流砂的主量元素组成基本一致,而与该区域物质来源于较大范围的风成砂黄土主量元素的组成相差较远,也表明该阶地堆积序列中发育的风成沙丘物质来源于局地下伏的河流砂层。光释光年代测试的结果表明,风成沙丘堆积于距今约21~16 ka期间,而上覆河漫滩堆积于距今约14~13 ka期间。末次盛冰期,干旱气候和强劲的冬季风导致早期河漫滩上发育风成沙丘,而随后的冰消期夏季风的加强和相对暖湿的气候,使得末次盛冰期形成的沙丘被河漫滩沉积覆盖。该区域黄河二级阶地由辫状河砾石(夹砂透镜体)-河漫滩砂-风成沙丘-河漫滩粉砂构成的沉积序列是该区域末次盛冰期以来风沙与河流交互作用形成的良好记录,反应了半干旱地区地表过程(风沙和河流交互)对气候环境变化的响应。     

青藏高原北部可可西里库赛湖沉积物及风成物的粒度特征

对青藏高原北部可可西里地区库赛湖钻孔沉积物、冰面风成物和流域风成物粒度特征进行了研究,结果表明:库赛湖冰面风成物的粒度特征同流域风成物的粒度特征具有明显的区别,而钻孔沉积物的粒度分布特征却和流域风成物的粒度分布特征相似.对库赛湖钻孔沉积物端元组分的分析表明,库赛湖沉积物的来源主要有径流搬运、风力和冰川搬运组分构成,所占的平均比例分别为55.5%,35.9%和8.5%.库赛湖沉积物风成物端元组分的粒度分布特征,得到了冰面风成物粒度特征的验证.尽管没有获得径流搬运组分的样品,但钻孔沉积物的粒度分布特征同流域风成物的粒度分布特征具有的相似性,可能说明,由于库赛湖地区降水较少,湖区径流不发育,流域的风化作用很弱,流域风成物通过流水汇人径流,成为径流搬运的主要物质来源.     

山西长治盆地中更新世气候转型期环境变化特征

中更新世气候转型(MPT)是第四纪环境变化的一个重要时期,该时期气候模式、气候周期等均发生了明显变化,然而不同区域对中更新世气候转型的响应特征存在明显差异.本研究选取了长治盆地XZK4钻孔中更新世转型前后(1.8～0.1 Ma)共207个样品,通过古地磁定年,运用粒度端元分析和孢粉分析,阐述了长治盆地中更新世转型期的环境变化与湖泊演化特征.结果显示,1.8 Ma以来,孢粉组合中乔木花粉含量多高于60％,但个别时段草本植物花粉占优,显示区域植被多数阶段为森林,但存在明显冷期,并且1.1 Ma和0.55 Ma是研究区环境转变的重要转折点.中更新世转型期前(～1.1 Ma):沉积物粒度总体较细,黏土含量多高于25％,EM1组分(湖相沉积)多高于60％,EM3(河流相组分)在个别时段出现,总体显示该阶段沉积物组成以湖相沉积为主,个别阶段受到河流影响大;中更新世转型时期(1.1～0.55 Ma):沉积物粒度较上一阶段更细,黏土含量(平均为30％)、EM1占比和孢粉浓度均达到研究段最高,沉积物颜色以棕灰色为主,EM3组分占比降至最低,其中1.1～0.95 Ma喜冷的云杉属花粉出现,显示该时期研究区气候总体偏冷湿,湖泊面积较1.1 Ma之前扩大;中更新世转型后(～0.55 Ma):沉积物粒度明显变粗,达到钻孔最高值,沉积物颜色变黄,EM2(风成组分)和EM3占主导,草本植物含量增加,尤其是喜干的蒿属花粉增加明显,表明气候较之前变干,沉积物类型以风力沉积为主,湖泊消亡.综合对比显示,构造运动是影响长治古湖消长的主要驱动力,气候变干加剧了湖泊消亡.     

河南晚更新世—全新世黄土记录的环境变化及物源特征

基于河南新郑县的一套完整晚更新世—全新世黄土古土壤剖面(格大张剖面),应用端元分析模型,对75个沉积样品的粒度分析数据进行分析,并对各端元组分在地层深度对应的时间尺度上做了小波变换。结果认为,从格大张剖面沉积物粒级组分中可以分离出三个沉积端元,端元1可能指示了东亚夏季风作用动力特征,夏季风的强弱引起的温湿变化造成相应时期内沉积物的古土壤化的强弱;端元2可能指示了东亚冬季风作用下沙尘暴沉积动力作用特征,代表了典型风成黄土的粗颗粒组分特征;端元3粒级组分更粗,代表了更强搬运动力条件,应属于东北风搬运黄泛平原粗颗粒而来的近源沉积物,距今3100 a以来尤为显著。根据小波分析结果,认为各端元组分在不同的时间尺度上具有周期性特点。端元分析法在指示沉积物沉积动力环境和物源特征上具有很好的效果,各端元组合特征能够敏感地反映出沉积动力组合特征,很好地反映晚更新世以来各动力变化特征。采用小波分析方法对识别各端元组的周期性特征以及根据目前状态推断未来可能的趋势具有参考意义。     

哈萨克斯坦南部Shayan黄土粒度端元指示的14.4 cal.ka B. P.以来的风尘历史

中亚干旱区不仅是全球主要的风尘源区之一,也是气候变化的敏感区域之一。重建中亚干旱区风尘历史、解释其驱动机制对治理现代沙尘天气和改善人类生存环境至关重要。然而,关于中亚干旱区风尘驱动机制的问题仍存在不同观点。本研究采用参数化粒度端元分析方法对哈萨克斯坦南部的Shayan黄土剖面(厚度约650 cm)进行了分析。结果表明：1)Shayan剖面沉积物粒度组分分为4个端元,EM1代表高空西风远距离搬运和以团聚体的形式被粗颗粒携带的粘土组分,EM2代表沉积时期大气粉尘的背景,以浮尘的形式存在的细粉砂组分,EM3代表低空短距离搬运的近源粗粉砂组分,EM4代表较强风力条件下被搬运的局地砂粒组分;2)EM3+EM4含量指示的风尘历史显示,14.4 cal.ka B. P.至早全新世阶段(14.4～8.2 cal.ka B. P.)风力较强,中全新世(8.2～4.2 cal.ka B. P.)风力较弱,晚全新世(4.2～0 cal.ka B. P.)再次增强;3)西伯利亚高压强度变化是中亚干旱区过去风尘活动变化的主要驱动力。     

末次冰期以来辽东半岛风沙沉积的粒度端元特征与古气候演变研究

辽东半岛风沙沉积位于东亚季风区边缘和海陆交界地带,对研究东亚季风演化、海平面升降变化、古气候环境变迁等具有重要意义。采用参数化端元分析模型对辽东半岛整体厚320 cm的风沙沉积剖面的粒度数据进行分析,提取出反映沉积动力特征的3个端元组分,结果表明：1)EM1由细粉砂和极细砂组成,是受冬季风影响的敏感粒级,指示冬季风强度变化,EM2与EM3由粒径较粗的细砂和中砂组成,在低空地方风系作用下以尘暴形式对近地表粗颗粒沉积物进行搬运堆积;2)OSL测年结果显示剖面自末次冰期开始堆积,期间经历了冷暖旋回的气候变化,并发育相应的沉积地层;3)结合OSL测年结果,各端元含量、磁化率和中值粒径与深海氧同位素曲线变化趋势基本一致,说明辽东半岛风沙沉积揭示的沉积环境演变与全球环境变化密切相关,虽然存在一定的内部差异,但在反演古气候变迁方面仍具有很好的优越性,是研究渤海沿岸古环境特征的良好信息载体。     

岷江上游新磨村湖相沉积物粒度端元反演及其记录的构造和气候事件

应用沉积物粒度端元分析模型对岷江上游新磨村湖相沉积高分辨率粒度数据序列进行了反演,分离出2个端元。根据端元的频率分布曲线和沉积学分析,并结合岷江上游的地质构造背景,分析了各端元与研究区物源和古地震活动的对应关系。EM1为震间期的湖泊沉积,代表风力近源搬运的极细颗粒组分;EM2为极端灾变(地震等)期间的湖泊沉积,代表风力为主和部分水力近距离搬运的细颗粒组分。对新磨村剖面分离出的EM2百分含量与中值粒径、20~63μm、63~200μm粒径组分、磁化率值及地球化学比值(SiO2/Al2O3、TiO2/Al2O3、CaO/Al2O3、Sr/Al2O3、Rb/Sr,Na2O/Al2O3)进行对比分析,各指标的突变明显受粒度变化控制,指示可能的地震事件,进而识别出26次地震事件。为确定地震事件所代表的地震震级,基于震级与累积砂层厚度关系进行估算,共获得16次5~6级,5次6~7级,5次>7级地震。因此,采用粒度端元模拟不仅可以分离出不同的粒径组分和各组分百分含量,有效识别出不同动力组分和沉积动力环境,还可以较好地厘定出沉积记录的构造事件(地震等)等,更好地理解构造活动在地质、地貌演化中的作用。     

稳定湖相沉积物和风成黄土粒度判别函数的建立及其意义

沉积物粒度变化主要受搬运介质、搬运方式、沉积环境和气候等多种因素的控制,通过粒度分析可判别沉积物的成因类型,推断其形成的沉积环境,解释环境演变。利用统计学方法对典型稳定湖相沉积物（罗布泊湖相样品２８２块,岱海湖相样品１２３块）和典型风成黄土（甘肃兰州榆中样品２６３块）粒度参数进行定量化分析,并经稳定湖相和风成沉积物验证,获得稳定湖相与风成沉积物的判别公式:Ｆ（湖相、风成沉积物） ＝２０．３６３Ｍｚ－５６．３７１Ｓｄ－６７．９２２Ｓｋ＋２３．５１６Ｋｇ－５５．６２６,若Ｆ＞０,为稳定湖相沉积物,反之,Ｆ＜０,则为风成沉积物。这为研究地史中稳定湖泊与风成环境 沉积物的鉴别提供粒度分析定量化判别方法,它对陆相古环境、干旱化事件和尘暴事件等研究具有十分重要的借鉴价值。