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。     

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。     

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。     

武汉地区ZK145钻孔沉积物磁性特征及对古洪水的记录

长江中游是我国洪灾最为严重的地区,武汉江段是长江中游防洪重点.开展武汉地区长江古洪水研究,从而延长古洪水记录具有重要意义.选择长江武汉段堤后典型湖泊钻孔——ZK145钻孔,在沉积物岩性及沉积相分析的基础上,通过对岩心磁性特征和粒度特征分析,结合AMS 14C测年,对长江武汉段全新世古洪水频发期进行了研究.根据质量磁化率、频率磁化率曲线,将钻孔划分为5个沉积阶段.再结合中值粒径和砂含量,识别出9次特大古洪水事件,其年代为:10 580~10 510,10 280~10 200,9 690~9 670,9 530~9 500,8 660~8 450,7 700~75 00,6 270~5 910,4 850~4 800,3 560~3 500 cal.a BP,其中9 700~4 800 cal.a.BP为古洪水频发期.热磁曲线分析表明,古洪水沉积物的热磁曲线在510℃附近可见较明显的峰值,主导磁性矿物为磁铁矿.研究表明,质量磁化率高值、频率磁化率低值和较粗粒径为长江武汉段堤后湖泊古洪水沉积的识别标志.      

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。     

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.     

关中东部全新世黄土—古土壤序列粒度组分变化特征及古气候意义

通过在陕西关中东部的一条全新世黄土古土壤剖面(尧禾村剖面)进行高分辨率采样,对150个样品的粒度数据做了端元分析,并进一步对各端元组分含量在深度变化的时间尺度上做了小波变换。粒度端元分析结果认为,可以把代表3种不同沉积动力以及改造动力的组分端元分离出来。并结合磁化率、地球化学指标的对比分析,初步认为,尧禾村剖面端元1可能代表了沉积物沉积后在东亚夏季风作用下的风化及成壤改造作用;端元2可能代表了东亚冬季风作用下典型的风成黄土组分特征;端元3可能代表了区域东北风或北风搬运的近源沉积物。小波分析认为,各端元所代表的动力强弱大致在1.5,3.0和4.5 ka的尺度上具有较为明显的准周期性。通过对沉积物进行粒度端元划分,在识别沉积物沉积动力环境和物源特征上具有良好的效果,各端元组合特征能够很敏感地反映出沉积动力组合特征,对全新世各动力变化特征能够很好地反映,同时在更长时间尺度上重建古季风气候具有参考意义,应用小波分析对划分相应时间尺度上的周期性和推断未来可能的变化趋势提供了可能。     

长江武汉段4.5～2.5 ka沉积地层与古洪水标志识别

长江中游近年洪灾频发,武汉江段更是其防洪重点,开展武汉地区的古洪水研究,从而延长古洪水记录,对洪水预测具有重要意义。本文选取武汉地区河谷沉溺湖区SK10钻孔沉积作为研究对象,运用AMS 14C测年技术厘定地层年代,通过粒度和地球化学元素的测定与分析,与文献中记录的古洪水频发期进行对比,建立一套适用于长江武汉段古洪水沉积的识别指标,并对长江武汉段距今4. 5~2. 5 ka的古洪水期进行研究。结果表明：①基于后湖与长江的分布关系,在钻孔沉积中选取粒度指标（P95、砂含量、平均粒径、黏土/粉砂、（粗粉砂+砂）/黏土)和地球化学指标（Na2O、Al2O3、Fe2O3、Rb/Sr、 Zr/Rb）作为古洪水频发期识别标志,对武汉地区的洪水频发期沉积有较好的指示作用。②通过指标识别出的古洪水频发期为：2608±30 a BP、2814±35 a BP、3094±35 a BP、3577±35 a BP、3830±35 a BP、3939±35 a BP、4084±35 a BP、4193±35 a BP、4391±35 a BP左右,与文献记录中距今4. 5~2. 5 ka的几次洪水频发期基本一致。     

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。     

Quaternary environmental changes in tropical Lake Towuti,Indonesia, inferred from end-member modelling of X-ray fluorescence core-scanning data

Continental and marine sediments are composed of a mixture from different sources and are influenced by a variety of environmental factors and transport processes prior to deposition. For analysis and interpretation, these sources and processes are often challenging to disentangle. We show that end-member modelling of X-ray fluorescence (XRF) core-scanning data helps to overcome these challenges by unmixing different environmental signals from high-resolution sediment geochemical records. We apply this approach to a 100 m long lacustrine succession from Lake Towuti, Indonesia, to separate the regional climate and tectonic history from local ecological and diagenetic processes. The resulting six end-members (EMs) are interpreted to represent changes in ecological (EM1), climatic (EMs 2–4), tectonic (EM 5) and geomorphic (EM6) processes determining changes in sediment composition. Because end-member analysis allows for the tracking of transient and overlapping processes, climatic changes can be followed throughout the 100 m-long succession, suggesting alternating wet and dry periods in Central Sulawesi over long (several 100 000 years) time scales. We show that end-member analysis on elemental data sets offers a detailed and objective means to disentangle depositional processes in sedimentary successions resulting from varying tectonic and environmental factors involved in sediment formation and deposition.     

南流江河口水下三角洲表层沉积物端元分析及其沉积动力环境意义

沉积物粒度分布特征可揭示沉积动力环境。基于广西南流江河口水下三角洲的粒度分析数据,采用Folk分类法进行分类,应用端元分析对其粒度数据进行分解,探讨了南流江河口水下三角洲的物源和现代沉积动力环境。结果表明,研究区表层沉积物可划分为9类,其中含砾沉积物5类,不含砾沉积物4类,沉积物类型与河口环境动力特征相吻合。端元分析结果显示,研究区有5个不同类型的端元,分别代表着5种类型的沉积物动力环境:端元1反映了风浪和潮流对表层沉积物的动力作用;端元2指示了外海涌浪对表层沉积物的作用过程;端元3代表了南流江冲淡水引起的表层沉积物的输运;端元4代表了大陆架残留沉积物;端元5为干扰端元,可能是由于工程建设等人类活动所引起的。利用端元分析探讨复杂环境(如小型山溪性河口)下的沉积动力环境时,一方面需要综合考虑研究区域的物源与环境动力特征;另一方面可以结合参数拟合、粒径趋势分析等研究手段。     

长江中下游水阳江流域BZK0402孔多重地层划分及其冰后期海平面变化的沉积响应

[研究目的]开展水阳江流域标准孔BZK0402孔多重地层划分,探讨长江支流水阳江流域冰后期海平面变化的沉积响应以及古丹阳湖的成因和形成时代.[研究方法]以岩石地层为基础,在磁性地层和年代地层的双重约束下,对BZK0402孔进行多重地层划分.对比分析BZK0402孔和长江河谷、长江三角洲等邻区钻孔.[研究结果]BZK04...     

堰塞湖沉积物粒度特征分析——以岷江上游叠溪古堰塞湖为例

对叠溪149个古堰塞湖沉积物样品作了物质组成分析、粒度参数计算和概率累积曲线的统计,结合有关资料对比分析了不同沉积环境中沉积物的粒度特征。结果显示湖相沉积上游段的沉积物主要是粉砂质砂和砂质粉砂,中游和下游段的沉积物较细,主要是黏土质粉砂和粉砂。受河流扰动的影响,湖相沉积上游段沉积物的粒径较粗,平均粒径在4～6φ之间,多为负偏度,峰态宽平,分选性差;中游和下游段的平均粒径在6～8φ之间,均为正偏度,峰态中等,沉积物的分选比上游段好。堰塞湖沉积物是由三个或四个粒度次总体组成,其中上游段沉积物含有4个次总体,中游和下游段含有3个次总体,受物源区的控制,上游段中推移总体的含量远大于中、下游段。这些特征均表明堰塞湖上游段沉积物的搬运方式和沉积环境与中、下游段明显不同。与其他环境中的沉积物相比,堰塞湖沉积物的截点偏细,跃移组分分选性最差。     

四川攀枝花昔格达组及其下伏河流砾石的地球化学特征以及对物源的制约

位于扬子地块西缘的攀枝花地区昔格达组湖相沉积及其下伏河流相砾石比较发育。湖相沉积具有较高的SiO2含量和Al2O3/SiO2比值,显示其载体沉积物具有较高成熟度,表明经历了长距离的搬运。主元素、稀土(REE)和微量元素分析结果揭示昔格达组湖相沉积物源形成于典型的大陆岛弧构造背景,主要来自松潘-甘孜造山带义敦岛弧花岗岩区。Eu/La?Yb/La判别图与Zr/Y比值进一步证实昔格达组湖相沉积分别来自于金沙江上游及雅砻江上游,说明昔格达古湖形成时金沙江上游已被袭夺。昔格达组下伏河流相砾石REE、微量元素分析结果显示其形成于被动大陆边缘构造背景,说明其是由雅砻江经扬子板块边缘花岗岩区携载而来。昔格达组湖相沉积与其下伏河流相砾石的不同物源特征表明伴随着昔格达古湖的形成,金沙江河流经历了演化史上的巨变。     

末次盛冰期以来长江下关-栖霞山段下切深度及沉积旋回

选择长江下关-栖霞山段作为研究河段,搜集了南京长江大桥、四桥附近的76个钻孔资料.根据地质钻孔资料,绘制南京长江大桥和长江四桥附近长江古河槽地质剖面.在拟建长江四桥附近的4个钻孔采集了沉积物样品,在-59.33 m深度上河床相沉积物的年代为(14 682±110)a BP,据此判断位于该沉积层下部的上一期沉积旋回应形成...     

Dynamic influence of Holocene characteristics on vadose water in typical region of central North China Plain

In the typical region of central North China Plain, vadose sediments are Holocene sediment strata. With samples from field drillings, the study analyzes the sedimentary characteristics of vadose zone. The study takes the content of silty sand as the basis for sedimentary environment analysis, and the content of clay and sand as the sensitive indicator for sedimentary characteristics. Combining palynology analysis, the study divides vadose zone from top to bottom into diluvia oxbow lacustrine sediments, lacustrine sediments, lacustrine and swamp sediments, weak palaeohydrodynamic lacustrine sediments and alluvial sediments. Based on the sedimentary characteristics of Holocene strata, it analyzes the changes across depth of vadose zone water potential and matrix potential, obtaining the influence of vadose zone sedimentary characteristics on the migration of water in typical region of central North China Plain.