黄土高原侵蚀期研究

黄土高原在沉积的同时也存在着侵蚀,主要是流水、重力等因素造成的。这种侵蚀会受到气候、构造运动以及人类活动控制。资料显示,黄土高原存在3种基本的侵蚀期,一是气候侵蚀期,二是构造侵蚀期,三是人为因素侵蚀期。此外还有气候与构造共同作用产生的侵蚀期和构造与人类共同作用产生的侵蚀期。温湿期风尘堆积少,降水量增多,流水动力增强,是黄土高原理论上的侵蚀期。构造抬升引起侵蚀基准面下降,进而导致黄土高原加快侵蚀,出现构造侵蚀期。人类活动破坏了黄土高原的植被和土层结构,导致黄土高原侵蚀加剧,从而出现了人类因素引起的现代侵蚀加速期。在黄土发育的冷干期,由于植被稀疏,侵蚀量大于温湿期,但堆积量远大于侵蚀量。要改变现代侵蚀状况,就应当加强黄土高原生态环境治理。     

柴达木盆地西部湖相地层风力侵蚀对黄土高原物源贡献的研究进展

柴达木盆地是我国西北地区最干旱的盆地之一,常年盛行强劲的西北风,尤其在冬春季更甚。柴达木盆地西部地区自新生代以来沉积了巨厚的河湖相沉积。自上新世晚期以来,随着气候的逐步干化和盆地内部构造变形的加剧,该地区风力侵蚀地貌开始出现。早更新世出现的古盐壳和古雅丹地貌说明当时侵蚀已经相当剧烈。晚更新世以来,气候的极端干旱化和冰期的出现,更加促进了风蚀地貌的发育,在强劲的低空风力的雕刻下,形成了盆地西部几万平方千米的"百万雅丹"地貌,十分壮观。柴达木盆地不同地区地层的厚度和风蚀速率都不同,最大分别可达3 000 m和1.1 mm/yr,如此巨量的物质搬运必然为下风向的地区(都兰、青海湖地区、西宁盆地、黄土高原)的粉尘堆积提供可观的物源物质。研究表明,柴达木盆地西部被侵蚀的古湖相地层是上述地区,尤其是黄土高原重要的物源物质。随着研究的深入,其盆地内侵蚀物质输送到黄土高原的机制,已得到学界越来越清晰的认识。     

柴达木盆地西部地层的风力侵蚀对黄土高原物源贡献的研究进展

柴达木盆地是我国西北地区最干旱的盆地之一,常年盛行强劲的西北风,尤其在冬春季更甚。柴达木盆地西部地区自新生代以来沉积了巨厚的河湖相沉积。自上新世晚期以来,随着气候的逐步干化和盆地内部构造变形的加剧,该地区风力侵蚀地貌开始出现。早更新时出现的古盐壳和古雅丹地貌说明当时侵蚀已经相当剧烈。晚更新时以来,气候的极端干旱化和冰期的出现,更加促进了风蚀地貌的发育,在强劲的低空风力的雕刻下,形成了盆地西部几万平方千米的“百万雅丹”地貌,十分壮观。柴达木盆地不同地区风蚀地层的厚度和速率都不同,最大可达3 km和1.1 mm/yr,如此巨量的物质搬运必然为下风向的地区(都兰、青海湖地区、西宁盆地、黄土高原)的粉尘堆积提供可观的物源物质。研究表明,柴达木盆地西部被侵蚀的古湖相地层是上述地区,尤其是黄土高原重要的物源物质。随着研究的深入,其盆地内侵蚀物质输送到黄土高原的机制,已被学界越来越清晰的认识。     

伊犁盆地北部山麓黄土粒度端元指示的粉尘堆积过程

中亚干旱区是全球重要的粉尘源区,是全球变化与区域响应研究的关键区域之一。中亚粉尘形成搬运沉积过程一直是全球变化研究的热点科学问题。本文选取位于伊犁盆地北部、北天山南麓不同地形和气候条件下的两处黄土剖面,对其沉积速率最高的层段进行了粒度测试分析,结合聚类分析和粒度分布曲线拟合两种方法,重建了黄土粉尘的堆积过程。伊犁盆地黄土主要由远源和近源物质组成,分别由高空西风和中尺度的区域风搬运而来。高空西风所携带的远源粘粒级矿物颗粒对盆地东部降雨较高地区有一定的贡献,而在盆地西部不容易沉降下来。中尺度区域风所搬运的近源物质组成了黄土沉积物的主体,而近源区沉积物的可用性在黄土的形成过程中扮演着重要角色。另外,非风暴过程中（沙尘暴过后）出现的浮尘在沙尘暴天气频率减少的时期对黄土的发育有重要贡献,而在沙尘暴天气频发的时期,较差的植被覆盖度能够使得已经沉降下来的浮尘组分重新被扬起至大气中。由此建立了一个粉尘堆积的概念模型。认识黄土粉尘的堆积过程对现代沙尘天气的治理和人类生存环境的改善具有重要作用。     

黄土高原勺状沟壑特征及发育过程

沟谷是黄土高原物质交换最频繁,形态变化最剧烈的区域。在内外营力的共同作用下,不同发育阶段的各类沟谷塑造了黄土高原“千沟万壑”的独特地貌景观。在黄土高原沟壑系统中,广泛分布着一类特殊的黄土勺状沟壑,目前对其成因、发育过程与机理以及空间分布特征等的认知明显不足。本文以高分辨率遥感影像和DEM数据作为数据源,在大量野外调查和专家知识的基础上,首先提出了黄土勺状沟壑的概念,指出黄土勺状沟壑是独立发育于黄土坡面上的永久性沟谷。其次,从沟壑形态、汇流关系、侵蚀过程、分布特征等方面分析了黄土勺状沟壑区别于其他已有沟壑的特点。进而,从发育形态、发育规模、发育部位等角度对黄土勺状沟壑进行了分类,深化了对勺状沟壑的认识。再次,基于空代时理论,定量分析了黄土勺状沟壑发育过程的形态演变特征,进一步探讨了黄土勺状沟壑发育过程,论证了黄土勺状沟壑是黄土切沟的初期阶段。最后,在系统梳理总结勺状沟壑的特征及分类的基础上,提出了黄土勺状沟壑的发育过程设想,指出勺状沟壑的形成离不开黄土陷穴和暗穴的生成和发育,勺状沟壑的进一步发育伴随着水力侵蚀和重力侵蚀过程。勺沟尾部变细甚至消失,不能发育成更大规模的切沟,与地下暗穴、黄土渗透率、降雨条件以及地表覆盖有关。本文成果期望为进一步完善黄土沟谷地貌发育和侵蚀过程与机理等认识做出贡献,同时对黄土高原水土保持工作提供参考。     

淮河上游全新世黄土及其沉积动力系统研究

对淮河上游禹州YPC剖面与陇东XJN剖面和关中盆地JYC剖面黄土沉积物进行的分析对比,发现淮河上游地区全新世黄土-土壤剖面与陇东和关中盆地具有相同的沉积和成壤变化过程,但磁化率明显低于陇东和关中盆地,而粒度明显比陇东和关中盆地粗。分析认为,淮河上游和黄土高原地区分属不同的风力系统,有不同的粉尘源区。淮河上游是近源风尘沉积物,粉尘主要来源于黄河下游泛滥平原的风沙地带。其粉尘产生和搬运的动力与黄土高原显著不同,它主要是冬半年华北平原盛行的东北风力系统。     

阿拉善地区古水下沉积物与风沙沉积物磁学特征及意义

风力搬运过程中存在的物质分选极可能导致沉积区与物源区沉积物性质出现差异,对于研究物源示踪具有重要的意义。选取阿拉善地区古水下沉积物和风沙沉积物,进行磁学参数测定,调查分选作用对沉积物性质的影响,并探讨对中国黄土高原黄土物源研究的启示。结果表明：古水下沉积物与风沙沉积物的细砂组分磁学性质基本一致,但粉砂组分则存在明显差别,古水下沉积物的磁性矿物浓度显著低于风沙沉积物,风力分选作用可能是风沙沉积物粉砂组分磁性强的主要原因;古水下沉积物中高矫顽力矿物浓度较低,受沉积后改造作用微弱,指示古水下沉积物可用于黄土物源示踪研究。阿拉善地区沉积物和黄土高原黄土的磁学性质对比表明：风沙沉积物与黄土高原黄土磁学性质存在明显差别,但古水下沉积物与黄土高原黄土磁学性质却十分相似。这一地质证据支持阿拉善地区是黄土高原黄土沉积物的重要物源区,同时暗示古水下沉积物在黄土物源示踪方面的巨大潜力。     

以色列Har Keren黄土粒度及地球化学特征分析

黄土广布于全球各地,而不同区域黄土沉积特征存在差异,记录环境变化的机制亦有所不同。对以色列西南部Har Keren(简称HK)地区黄土状沉积剖面进行野外考察,发现其沉积特征与风积黄土较为相似。研究结果表明,HK剖面粒度特征虽表现出风成成因,但粒径整体偏粗且缺少细粉砂组分,说明剖面沉积物主要由近源风力搬运而来,并且在堆积过程中受坡积作用影响,沉积过程较为复杂。HK剖面稀土元素结果表现为右倾型特征,且轻稀土富集、重稀土亏损,Eu中度负异常,与典型风积黄土变化趋势基本一致,但∑REE明显偏低,可能与其物质来源、搬运模式和沉积环境的不同有关。HK剖面常量元素UCC标准化结果与腾格里沙漠边缘黄土分布曲线较为类似,化学蚀变指数(CIA)指示其处于中等化学风化程度,由于研究区气候干旱少雨,主要以物理风化为主,不可能发生较强的化学风化,认为其CIA异常偏高可能与源岩区的化学风化结果有关,由于搬运来的沉积物质中碱金属及碱土金属元素含量整体偏低而导致CIA异常偏高,因此不能真实反映剖面的化学风化程度。     

黄土高原25万年以来粉尘堆积与侵蚀的定量估算

黄土高原广泛分布第四纪以来的粉尘堆积,是古气候变化的良好记录。但是,将黄土高原视为一个整体、从地质历史的角度来定量分析粉尘堆积-侵蚀的动态过程及其驱动机制的研究较少。本文利用遥感分析和地统计学中的克里格空间估值法,根据对具有代表性的84个实测黄土-古土壤剖面的分析,计算出黄土高原250ka以来各冰期和间冰期的粉尘堆积量和平均堆积速率,为认识区域粉尘沉降与轨道尺度气候变化的关系提供了新证据:间冰期气候偏暖湿,粉尘堆积较慢;冰期气候偏干冷,粉尘堆积加快。结合黄土高原现代降尘观测数据,进一步估算出黄土高原250ka以来各冰期和间冰期的面状侵蚀速率。初步结果发现,自然背景下黄土高原就存在较强的侵蚀作用;冰期的面状侵蚀速率略强于间冰期。     

MIS 3以来雅鲁藏布江流域风成沉积及环境意义

雅江流域风成沉积广泛发育,其气候指示意义及年代的界定尚不够清晰。从雅江全流域视角出发,全面分析了不同区域风成沉积的发育机制及模式,同时对风成沉积年代数据归一化处理,并与全球气候对比研究。结果表明：① 流域内风成沉积有盛行风场发育模式和局地风场发育模式,不同模式对环境的指示意义不同。② 雅江流域风成沉积多堆积于末次盛冰期（LGM）以后,且主要发育于晚冰期（15 ka BP）以来的不同时段,冰川退缩地表裸露,丰富的冲洪积碎屑物源可能是风成沉积发育的主控因素;更早时段的风成沉积因LGM后气候转暖、冰川消融所致的侵蚀搬运作用而未能保存。③ LGM以来风成沉积过程受区域及全球古气候环境共同控制,波动变化剧烈;其对30°N夏季太阳辐射、印度季风及西风变化信号的指示有所差异,但对YD等全球气候冷事件有较好记录,其沉积过程与高原面上其他区域既存在对全球古气候响应的同步性,又有其区域独特性。④ 流域内风成沉积的强烈堆积过程与全球气候变化并非简单对应关系,呈现出较复杂的响应模式。说明高山河谷环境的风成沉积除受大区域气候影响,还受许多局地环境因素控制,古气候环境的指示意义复杂。     

Magnetostratigraphy and palaeoclimatic significance of Late Tertiary aeolian sequences in the Chinese Loess Plateau

The aeolian Red Clay sequence in the central part of the Chinese Loess Plateau was investigated in an attempt to obtain magnetostratigraphic and palaeoclimatic records. From the results, we deduce that aeolian dust accumulation and the related East Asia palaeomonsoon system began at least 7.6  Myr ago, and that the Tibetan Plateau had reached a significant elevation by that time. The Late Tertiary palaeoclimatic history of the Red Clay as reflected by magnetic susceptibility is reconstructed for the time period 7.6–2.5  Ma. Increases in aeolian dust accumulation for the last 7.6  Myr appear to have a close relation with the uplift processes of the Tibetan Plateau. The remarkable increase of aeolian dust accumulation beginning at 3.2  Ma appears to reflect the influence of an increasing global ice volume on the East Asian monsoon and aeolian dust accumulation.     

陕西北部榆林第四纪地层剖面的粒度分析与讨论

本文根据榆林剖面及其粒度分析结果,讨论了剖面中地层的沉积相、古气候和环境演化.     

柴达木盆地表土与大气降尘粒度Weibull组成及其环境意义

柴达木盆地北部现代地表不同沉积环境沉积物粒度分析结果显示,多数盆地地表沉积物质呈Weibull三峰分布,具有超细粒、细粒、粗粒3个组分,个别样品包含沙粒组分,绝大多数的样品匮乏细粒-超细粒组分,以高含量分选性较好的粗粒组分和低含量分选性差的细粒-超细粒组分为总体特征。现代沙尘暴天气降尘粒度分布模式较为单一,以高含量窄峰态的粗粒组分为显著特征。依据含量最高主峰所在Weibull粒度组分,本研究将全部粒度分布分为3种类型:以高含量细粒组分主导的F型、以高含量粗粒组分主导的C型和以高含量沙粒组分主导的S型。比较沙尘暴降尘、季节降尘和年降尘粒度分布模式的结果表明,研究区全年和季节大气降尘主要由沙尘暴天气降尘贡献,在细粒和超细粒组分上,同时混合有尘暴释放和正常天气条件下大气本底粉尘沉降两种来源的风尘成分。分析冬季研究区湖泊（苏干湖）冰层粉尘粒度分布模式发现,细粒组分含量显著偏高,可达70.6%,明显有别于其他沉积环境粒度组成,对比年降尘细粒-超细粒组分成因我们初步认为,细粒组分可用于指示冬季风盛行季节近地面大范围风场搬运风尘物质的状况。     

巴丹吉林沙漠及其高大沙山研究评述

亚洲内陆干旱化是国际古环境研究的热点问题。巴丹吉林沙漠是亚洲内陆第二大流动沙漠,拥有世界最高大的风积地貌——沙山,是亚洲内陆干旱化研究的重要载体。沙山的形成演化与其所在沙漠的环境变迁有关,且真实地记录了区域与全球的气候变化。沙山形成过程研究应从区域地质和环境演化入手。本文从地质演化、环境演化、沙漠沉积、沙漠水文、沙山地貌和沙山形成发育等6个方面阐述了有关巴丹吉林沙漠的高大沙山、沙漠湖泊和沙漠自身的形成演化。认为构造-气候事件是亚洲内陆干旱化的一级控制,地球运行轨道变化是二级控制。自新构造运动始至其趋缓,构造-气候事件始终是巴丹吉林沙漠环境气候的主控因素,地球运行轨道变化也起很大的作用。此时西风环流是中国北方沙漠带环境气候的主要驱动力。新构造运动趋缓后,地球运行轨道变化是中国北方沙漠带环境气候的主控因素,青藏高原对大气环流的影响逐渐显现,东亚季风环流是该地区环境气候的主要驱动力。古水说可以很好地解释沙漠湖泊水的来源问题,沙漠湖泊是通过浅层的地下水路依靠保存在地下的古水来相互补给的。宏观上沙漠湖泊是风蚀湖,高大沙山的维持与沙漠湖泊之间不存在必然的因果关系。风成说可以较好地解释沙山的成因。未来的重要研究方向之一是将沙山、沙漠及其演化一同进行研究,重建沙山和沙漠的演化历史,并探讨它们之间的关系。     

青海苏干湖表层沉积物粒度分布模式 与大气粉尘记录

位于干旱区柴达木盆地具有年纹层的苏干湖是以地下水补给为主的内陆封闭湖泊, 其表层沉积物粒度具有多组分峰态分布特征, Weibull 函数的拟合结果发现, 其粒度分布全部具 有4 个基本组分: 超细粒组分, 众数粒径在1 μm 上下; 细粒组分, 众数粒径在5~10 μm; 粗粒组分, 众数粒径在50~100 μm; 砂组分, 众数粒径在500 $m 左右。粒度主峰出现在细 粒组分或者粗粒组分。直接来自大气粉尘的冬季湖泊冰面样品及当地尘暴样品的Weibull 函数粒度拟合也显现出了相似的分布模式, 冰面样品的粒度主峰位于众数粒径在15~20 μmm 的 细粒组分, 砂组分(众数粒径452.9μm) 的出现指示出砂粒在冬半年沿冰面而进入湖泊中心。 尘暴降尘样品在尘暴季节(5 月份) 和非尘暴季节(11 月份) 的粒度分布普遍具有3 个组分, 缺少砂组分, 强沙尘暴事件样品则由4 个组分组成, 粒度主峰均位于众数粒径在100~200 μm 的粗粒组分。结果显示, 苏干湖湖泊沉积能够较好记录当地大气粉尘, 砂组分与湖泊周边干旱地表经历的近地面强沙尘活动有关, 粗粒组分记录了区域性的尘暴事件, 细粒组分主要反映 流域径流状况, 超细粒组分代表干旱区的大气背景粉尘和气溶胶。研究表明, 苏干湖内陆湖 泊沉积客观记录了区域大气粉尘和尘暴事件, 具有重建干旱区大气粉尘变化历史的潜在优势。     

新疆地区沙漠形成与演化的古环境证据

通过回顾新疆沙漠形成演化过程的研究与进展,指出新疆构造地貌特征使塔里木和准噶尔两大盆地区域受行星系西风、海陆季风或地形山谷风等的焚风效应的影响,第四纪以来的气候环境格局总体表现为持续的干旱化过程并伴随次级规模的波动过程;盆地及其边缘风成沉积的形成,是对青藏高原隆升引起的全球气候环境变化尤其是亚洲内陆干旱化的响应。在塔克拉玛干沙漠的形成时代上,由于研究方法、对象和信息载体的不同,目前存在较多争议;来自沙漠边缘及腹地的古风成沉积及其年代学证据指示塔里木盆地边缘或腹地在第三纪时即已存在干旱性的气候和地表的风营力过程;但在沉积规模和连续性上,它们的存在是否代表大范围沙丘地乃至古塔克拉玛干沙漠的出现以及其后是否与现今规模的塔克拉玛干沙漠有继承关系,需要进一步的研究来解释。来自沙漠外围昆仑山北坡和天山北坡的风成黄土沉积表明现代规模的塔克拉玛干和古尔班通古特沙漠都是在中更新世以后形成的,并在末次冰期时经历了显著的气候变化,但不同区域有不同的干湿波动过程。     

中国西北部新疆地区沙漠的形成与演化——Ⅱ.古环境重建(英文)

Based on the palaeoclimatic and palaeoenvironmental evidences of geological history and human history periods, this paper reviews the researches and progresses on the development of the sandy deserts in Xinjiang. It pointed out that the features of tectonic structure in Xinjiang had made both the Tarim Basin and the Junggar Basin being influenced greatly by the foehn effects originated from the planetary wind system of westerly, the East Asian ocean-continental monsoon and the topographical mountain-valley winds. The regional patterns of climate and environment since the Quaternary were characterized by the overall persistent drought accompanied by fluctuations in the secondary scale. Formations of aeolian sediments in the basins and at the margins are a potential response to global climate change, particularly the aridification of the Asian hinterland deduced by the uprising of the Tibetan Plateau and its surrounding highlands. For the question about the formation time of the Taklamakan Desert, because the research methods, objects and information carriers used in previous studies are different, there are many disputes in the academic circles at present. Evidences from aeolian deposits/rocks at the edge and in the hinterland of these sandy deserts and their chronological data indicate that an arid climate and land surface aeolian processes have occurred at the edge of the Tarim Basin and its hinterland areas since the Tertiary period. However, the duration time of these processes at mass scale should have begun after the middle Pleistocene and lasted to the Holocene. Occurrence of dune fields in recent 2000 years in the oasis areas should be greatly influenced by human factors.     

Formation and evolution of sand deserts in Xinjiang,Northwest China：Ⅱ. The palaeo-environmental reconstruction

Based on the palaeoclimatic and palaeoenvironmental evidences of geological history and human history periods, this paper reviews the researches and progresses on the development of the sandy deserts in Xinjiang. It pointed out that the features of tectonic structure in Xinjiang had made both the Tarim Basin and the Junggar Basin being influenced greatly by the foehn effects originated from the planetary wind system of westerly, the East Asian ocean-continental monsoon and the topographical mountain-valley winds. The regional patterns of climate and environment since the Quaternary were characterized by the overall persistent drought accompanied by fluctuations in the secondary scale. Formations of aeolian sediments in the basins and at the margins are a potential response to global climate change, particularly the aridification of the Asian hinterland deduced by the uprising of the Tibetan Plateau and its surrounding highlands. For the question about the formation time of the Taklamakan Desert, because the research methods, objects and information carriers used in previous studies are different, there are many disputes in the academic circles at present. Evidences from aeolian deposits/rocks at the edge and in the hinterland of these sandy deserts and their chronological data indicate that an arid climate and land surface aeolian processes have occurred at the edge of the Tarim Basin and its hinterland areas since the Tertiary period. However, the duration time of these processes at mass scale should have begun after the middle Pleistocene and lasted to the Holocene. Occurrence of dune fields in recent 2000 years in the oasis areas should be greatly influenced by human factors.     

山西公海湖泊沉积物记录的大气粉尘现代过程

湖泊粉尘记录是研究区域大气粉尘演化历史的重要载体,而现代过程研究是定量提取湖泊沉积物中粉尘信号的重要基础。对山西公海湖泊沉积岩芯样品及周边不同类型的表土样品开展了粒度分析,并对岩芯样品进行粒度组分的定量分离。结果表明：全新世湖泊岩芯样品以黏粒（<2 μm）、细粉砂（2～19 μm）和粗粉砂（19～78 μm）为主,粗粉砂组分的粒度特征与湖泊沉积物中的石英颗粒、黄土样品中的粗粒组分及现代大气降尘的粒度特征相似,石英颗粒的表面微形态也具有典型风成特征。因此,公海湖泊沉积物中粒径19～78 μm的粗粉砂组分可用来代表大气粉尘的变化,这与湖泊沉积物中粗粉砂组分是大气尘暴降尘主要组分的认识一致。另外,公海湖泊冰面粉尘样品的平均粒径还具有从西北向东南递减的趋势,表现出与冬季风方向一致的特征,进一步表明公海湖泊沉积物中粗粉砂组分可以代表东亚冬季风强度的变化。因此,公海湖泊岩芯中的粗粉砂组分可用来重建全新世大气粉尘变化以及可能的东亚冬季风强度演化历史。