不同粒级组分碳酸盐与碳同位素分布特征及其对风尘物源的指示意义

在科尔沁沙地采集沙地表土样品16组,松嫩平原杜蒙沙地样品15组,同期还收集了城市道路表土样品10组,对各组样品进行粒度分级（全样、>63 μm、63~30 μm、30~11 μm和<11 μm）,分别测定碳酸盐含量和碳同位素组成。结果显示,不同区域不同性质样品各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度不同,科尔沁沙地最小（0.8%）,其次为杜蒙沙地（1.9%）,道路表土最大（2.7%）。大部分杜蒙沙地样品（66.7%）和小部分科尔沁沙地样品（37.5%）以及全部道路表土样品的碳酸盐含量随粒度变细而增大,且变化模式各不相同。碳酸盐含量随粒度变细而增高是非匀速的,先是增幅较大（>63 μm→63~30 μm→30~11 μm）,后增幅较小（30~11 μm→<11 μm）。沙地样品碳酸盐含量与粒度的关系并不限于随粒度变细而增大这一种,风成砂和经历过强烈成壤作用改造的沙地样品中的碳酸盐含量与粒度的关系皆表现为随粒度变细而减小,沉积物中碳酸盐含量随粒径变细而增高是否是一种普遍规律还需要更多区域的更多样品来检验。大部分沙地样品和道路表土样品不同粒级组分的碳酸盐δ13C值变化范围较小（<1.8‰）,并表现出随粒度变细而趋于偏正的特征,但变化幅度很小。杜蒙沙地和科尔沁沙地碳酸盐含量的地区差异性极不明显,且各粒级组分碳酸盐含量的变化幅度大大超过了杜蒙沙地与科尔沁沙地的碳酸盐差异值,不能作为区分杜蒙沙地和科尔沁沙地风尘源区的示踪指标;而科尔沁沙地和杜蒙沙地碳酸盐δ13C组成存在明显差异（在63~30 μm粒级组分表现最为明显）,且不同粒级组分碳酸盐δ13C值差别较小,说明它是一个比碳酸盐含量更好的风尘源区示踪指标,但是不同粒级组分碳酸盐δ13C组成的差异会随离中国西部沙漠沙地风尘源区距离的加大或者风尘物质成壤作用的增强而变大,增加其风尘源区示踪的复杂性。     

哈尔滨城市道路表土记录的痕量元素在不同粒级中的分布特征

将城市道路表土样品进行粒度分级(全样、＞63μm、63～30μm、30～11μm和＜11μm),测定了各粒级组分的微量元素和稀土元素组成.结果显示,微量元素在不同粒级组分中的变化程度按照以下顺序依次递增:Sr＜Rb＜Ga＜Y＜V＜Zn＜Nb＜Cr＜Zr＜Cu＜Ni,Sr和Rb受粒度影响较小,Zr、Cu和Ni受粒度影响很大.绝大部分微量元素(V、Cr、Cu、Zn、Sr、Y、Zr、Nb)随粒度的变细含量趋于增加,而Rb则相反,Ni和Ga与粒度不存在明确的相关关系.Rb/Sr比值是一个基本不受粒度分选作用影响的化学风化指标,Zr/Rb、Cu/Zn、V/Cr和Ni/V比值受粒度的影响很大,Zr/Rb比值随粒度变细而明显增高.所有REE在不同粒级组分中的分布规律和波动幅度高度一致,趋向于在细颗粒物质中富集.δEu明显受粒度的影响,随粒度变细,Eu从正异常向负异常演化.δCe在不同粒级组分中的变化不大,显示受粒度的影响较小.     

哈尔滨沙尘沉降物稀土元素地球化学特征及其物源分析

为了对哈尔滨沙尘天气的物质来源进行追踪, 对哈尔滨沙尘沉降物及其作为潜在源区的科尔沁沙地和松嫩沙地(＜11 μm和11~30 μm粒级组分)进行了稀土元素分布特征的研究.结果表明: 哈尔滨2002年沙尘物质的∑REE为189.67×10-6, 2007年为175.57×10-6, 2008年为174.68×10-6, 2011年为181.35×10-6.沙尘沉降物的REE集中分布在一个很窄的范围, 显示哈尔滨沙尘的来源相当稳定.沙尘沉降物的稀土元素分布模式十分相似, Eu较明显亏损(2002年、2007年以及2008年沙尘的δEu在0.71~0.75之间, 2011年沙尘的δEu值为0.92), Ce弱负异常(δCe值在0.89~0.92之间, 平均值为0.90).沙尘沉降物与潜在源区物质的REE含量、分布模式、特征参数以及δEu-ΣREEs、δEu-(LREE/HREE)和(LREE/HREE)-La_N关系图解均显示哈尔滨沙尘沉降物的REE组成与科尔沁沙地(特别是11~30 μm粒级组分)十分接近, 显示哈尔滨沙尘起源于科尔沁沙地而非松嫩沙地, 科尔沁沙地对哈尔滨沙尘的物质贡献主要体现在11~30 μm粒级组分.哈尔滨沙尘的科尔沁沙地起源的研究结果得到气象资料和气象记录的支持.      

松嫩沙地Sr?Nd同位素组成特征

作为亚洲风尘源区的中国北方干旱—半干旱地区的Sr?Nd同位素组成已得到很好的研究,但位于欧亚黄土带最东端的松嫩沙地尚是空白,这影响了对该地区风尘系统的深入理解。为此,系统采集了松嫩沙地19个区域90个河流沙和风成沙样品,并对这些样品进行了分粒级处理（<63 μm、63~30 μm、30~10 μm、<10 μm和<30 μm）。对116个分粒级子样的酸不溶物（硅酸盐组分）进行了Sr?Nd同位素组成的测定。研究结果表明,松嫩沙地可划分出两个大区（嫩江水系和松花江水系）和七个小区,嫩江水系沉积物的Nd同位素组成显著高于松花江水系,而Sr同位素组成明显偏低。松嫩沙地8个剖面纵向上的同位素特征显示,Sr?Nd同位素组成存在“时间效应”,即随时间发生了明显变化,表明了源区地球化学组成的不稳定性。分粒级组成表明,粒度对87Sr/86Sr比值的影响很小,但对Nd同位素组成有明显影响,且存在Nd同位素比值富集在粗颗粒组分中的趋势,这与以往的研究结果不同。无论是地质历史时期还是现在,嫩江水系沉积物（大庆、杜蒙、齐齐哈尔、泰来、白城）对哈尔滨粉尘的贡献都很小。哈尔滨黄土与现代尘暴粉尘有不同的物源,哈尔滨黄土是春季尘暴天气作用的产物,有一个混合源,松花江水系沉积物（扶余、德惠、榆树等地）是哈尔滨黄土的主要粉尘源区,内蒙古中东部的沙地也为哈尔滨黄土贡献了部分的细颗粒粉尘。     

哈尔滨尘暴天气沉降物的物质组成及其对物源的限制

本文对哈尔滨尘暴事件（2011年5月11日）的干沉降和湿沉降粉尘进行了粒度、REE和Sr-Nd同位素组成分析。同时,为了限制尘暴粉尘的源区,还对东北沙地（科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地）进行了表土采样。结果显示,干沉降粉尘呈双峰态粒度分布,众数值分别为3.6 μm和28 μm,而湿沉降呈单峰态粒度分布,众数值为6 μm。哈尔滨尘暴事件粉尘的粒度分布模式可与黄土高原黄土、红黏土及世界上其他地区的长距离搬运粉尘相对比。这些尘暴粉尘来自遥远的源区。干沉降和湿沉降粉尘表现出相同的REE模式和Sr-Nd同位素组成,它们来自科尔沁沙地和浑善达克沙地。现代尘暴事件的干沉降与湿沉降粉尘相同的物质来源暗示了黄土高原黄土的细颗粒和粗颗粒组分有相同的风尘源区。     

长江沉积物稀土元素的粒度效应研究

依据Stokes定律,将小于63μm的长江沉积物分成小于2、2～4、4～8、8～16、16～32、32～63μm6个粒级,采用ICP-MS法分别测试了分粒级沉积物的REE含量,结果显示:长江沉积物REE的丰度遵循元素的"粒度控制律",即随粒度变细,∑REE含量依次增高;北美页岩标准化分布曲线均呈右倾的近"W"型,轻、重稀土分馏明显,相对富集LREE,明显的Ce负异常和弱Eu亏损。对长江沉积物不同粒级样品进行X射线衍射分析和体视镜下观测,结果表明:长江沉积物随粒度增大石英和长石含量逐步增加,碳酸盐和重矿物在各个粒级中含量甚微并且随粒级变化不大;长江沉积物REE随粒度变细逐渐增加的特征主要受控于沉积物随粒度变化而变化的矿物成分,黏土粒级及细粉砂中较高的∑REE主要是黏土矿物吸附作用的结果,粗粉砂中较低的∑REE主要为长石和石英的稀释作用结果,而碳酸盐和重矿物因其较低的含量对稀土元素含量影响较小。     

不同粒级黄土-古土壤中碳酸盐碳氧稳定同位素组成及其古环境意义

从黄土高原中部洛川和环县两个剖面选取若干黄土和古土壤样品，分为三种粒级（＞45μm、2－45μm、＜2μm），挑出＞45μm粒级中的根状结核与蜗牛壳化石碎片，分别测定δ^13C和δ^18O值。结果显示，两个剖面不同粒级组分的δ^13C和δ^18O值表现出相似的分布规律。洛川剖面的根状结核和蜗牛壳与分粒级样品中的＜2μm粒级中碳酸盐的δ^13C和δ^18O值最为接近，处于相同的区域内；而＞45μm粒级中的δ^13C和δ^18O值与其他样品有明显的差别。因此，可以认为黄土－古土壤中＜2μm粒级中所含的碳酸盐可代表成镶碳酸盐，其蕴涵的地球化学信息可用以重建成壤时的古气候和古环境条件。     

黄土中的碳酸盐矿物特征与化学风化

从中国黄土沉积中提取古环境演化信息已取得重大进展,然而,如何有效区分黄土中原生和次生碳酸盐,进而用于追踪粉尘的来源和揭示风化成壤的强度,仍有很大困难。为了辨别黄土中不同成因的碳酸盐矿物,本文从黄土高原西部靖远和古浪剖面中选取2个典型古土壤和黄土样品(S_0和L_1),分为5个粒级(4μm,4~8μm,8~16μm,16~32μm和32~63μm),进行了热重分析(TGA)和X射线衍射测试(XRD)。结果表明:1)黄土中的碳酸盐主要由方解石和白云石组成,原生方解石和白云石在黄土中的含量比古土壤中含量高,并偏富集于粗颗粒组分;2)次生方解石在古土壤中的含量比黄土中高,并显著富集于细颗粒组分。在黄土和古土壤全样和分粒级样品中,TGA和XRD方法分别测出的Carb-B/Carb-A和(方解石+白云石)/方解石比值变化一致,有望成为反映黄土风化成壤强度的新代用指标。     

长江与黄河沉积物稀土元素随粒度变化对比研究

依据Stoke定律将长江小于63 μm的沉积物分成4个粒级.将黄河小于63 μm的沉积物分成6个粒级.采用ICP-MS法分别测试了分粒级沉积物的REE含量,结果显示：相同粒级中长江沉积物的∑REE均高于黄河沉积物.长江沉积物REE的丰度遵循元素的“粒度控制律”,即随粒度变细∑REE含量依次增高;黄河沉积物∑REE呈“高-低-高”的不对称马鞍型分布;北美页岩标准化分布曲线均呈右倾状,轻重稀土分馏明显,相对富集LREE,具弱Ce亏损,明显的Eu正异常.长江与黄河沉积物REE组成特征差异与两条河流流域的风化作用及沉积物的矿物组成密切相关,黄河∑REE的马鞍型分布是细粒级中黏土矿物吸附及粗粒级中相对高含量的重矿物富集作用的结果,而长江沉积物随粒级增大∑REE的衰减趋势主要是随粒级增大逐步增加的石英和长石含量的稀释作用所造成.     

内蒙古黄旗海全新世湖泊沉积物中Rb 、Sr分布及其环境意义

内蒙古黄旗海 H3剖面中发育黄旗海全新世高湖面时形成的湖相粉砂质沉积。对全样、77~20μ m 粒级、小于20 μm粒级沉积物的 Rb、Sr含量,以及小于20 μ m 粒级样品中碳酸盐矿物种类及含量的测试结果 表明,全新世早、中期形成的湖泊沉积物中,自生富锶文石是Sr在沉积物中含量较高的主要原因。各粒级沉积 物中Rb 、Sr含量与沉积物粒度组成的关系表明：Sr 倾向富集于黏粒 （ ＜4 μ m）中,可能与湖泊自生碳酸盐以泥 晶为主有关,而 Rb倾向富集于 4～28 μ m 颗粒粒级中,可能与其硅酸盐矿物碎化过程的特点有关;Sr 与 Rb存 在粒度效应,且二者粒度效应明显不同。Rb／Sr 与湖泊、流域的诸多过程及沉积物粒度效应有关,在不同湖泊演 化阶段,其具体的环境含义不同,这是湖泊沉积与风化壳的不同之处。     

末次冰消期以来内蒙古东部气候变化——基于风成砂-古土壤序列的地球化学记录

通过对内蒙古东部现代东亚季风界线两侧的浑善达克沙地和呼伦贝尔沙地风成砂-古土壤剖面的光释光、~(14)C年代和沉积物主、微量元素地球化学的分析,重建内蒙古东部末次冰消期以来气候变迁过程。浑善达克沙地的浩来呼热剖面(hsh1-09)显示了末次冰消期以来3次暖湿气候期,分别对应末次冰消期、全新世大暖期、中世纪暖期。呼伦贝尔沙地的嵯岗剖面(CG-09)表现了全新世大暖期和中世纪暖期两次的暖湿气候期。这一过程是对东亚夏季风的响应,大致反映了内蒙古东部末次冰消期以来的东亚夏季风两次不同程度增强及大暖期结束的南退过程。通过对比前人研究结果,全新世中期东亚夏季风较强,在内蒙古东部大约距今4 ka开始减弱、南退;中世纪暖期夏季风强度较弱,持续时间短。     

2010—2018年中国北方沙质荒漠化变化分析

荒漠化目前已成为威胁全球生态环境的主要问题。我国北方地区风蚀作用强烈,是土地沙质荒漠化问题最为突出的地区。以沙漠、沙地分布较广的北方6省(区)为研究区,利用遥感技术获取2010—2018年研究区沙质荒漠化演化特征,并将气象、地质等因素进行综合分析,探讨毛乌素沙地、科尔沁沙地沙质荒漠化变化原因。遥感解译结果表明: 2018年北方地区沙质荒漠化土地共35.08万km²,其中重度沙质荒漠化面积11.92万km²,中度沙质荒漠化13.54万km²,轻度沙质荒漠化9.62万km²,主要分布于内蒙古自治区和新疆维吾尔自治区; 2010—2018年,北方地区沙质荒漠化土地面积减少0.73万km²,其中,新疆维吾尔自治区沙质荒漠化面积减少0.48万km²,内蒙古自治区减少0.19万km²,同时有2.78万km²沙质荒漠化土地程度减轻。以毛乌素沙地和科尔沁沙地为典型研究区,对比两沙地生态地质条件差异,总结了沙质荒漠化好转、加重的原因。研究认为,毛乌素沙地应降低人类活动干扰的影响,以自然恢复为主; 科尔沁沙地应加强地下水资源管理,优化植被结构,进一步推进退耕还林、退耕还草工作。研究成果为我国北方沙质荒漠化地区生态保护修复提供了科学参考。     

中国北方风沙沉积物气候代用指标对比研究

在浑善达克沙地和巴丹吉林沙漠各选择近NS走向的大断面采集表层样品,用筛析法对样品进行粒度分析,用Eijkelkamp碳酸钙测定仪测定其碳酸钙含量。两地沙质沉积物的粒度参数对比结果显示,巴丹吉林沙漠沙总体上比浑善达克沙地沙粗,分选性比浑善达克沙地沙好,同时在粒度分布频率曲线上表现出明显的双峰,这应与其地处冬夏季风交替地带、冬季风和夏季风搬运营力上的差别有关。巴丹吉林沙漠和浑善达克沙地沙质沉积物粒度参数上的差别反映了两地不同的风动力条件和下垫面性质。浑善达克沙地的沙粒较细在一定程度上也与该地区较湿润条件下的成土作用有关。气候差异应是导致两地沙质沉积物粒度参数区别的主导因素。碳酸钙测量结果说明,浑善达克沙地的碳酸钙含量明显低于巴丹吉林沙漠。巴丹吉林沙漠沙的碳酸钙含量从北往南呈增加趋势,与该地区年降水量的南北方向变化相一致。从对这两个地区沙质沉积物的碳酸钙含量对比中可以看出,即使在干旱背景下,当多年平均降雨量达到一定临界值时,地表碳酸钙含量将达到一最大值,随后则呈降低趋势     

科尔沁东部沙地土壤可风蚀性研究

使用筛析法和SA—CP3粒度分析仪对科尔沁东部沙的耕地、沙岗地和裸地7个表土样品进行分析测试。结果表明：①研究区表土粒度组成以细砂和中砂为主（50%-70％），土壤可风蚀性较高；②不同土地利用类型中，耕地土壤可风蚀性程度大于沙岗地和裸地；③同一流域不同位置的土壤可风蚀性程度，西辽河东岸大于西岸；④对大气的粉尘贡献率，耕地远大于沙岗地和裸地。     

科尔沁沙地榆树生长与水文气象因子的关系及气候重建

利用科尔沁沙地通辽市扎鲁特旗鲁北镇附近榆树树木年轮资料,建立了长度为97 a的榆树标准年表,通过标准年表和鲁北地区水文气象资料相关,分析了榆树生长与水文气象因子的关系.结果表明:年轮指数与7月份降水量、年降水量、8月和9月蒸发量之和的相关系数最大,由此,通过标准年表重建了该地区1906-1951年46 a的7月份降水量、年降水量、8月和9月蒸发量之和序列,经验证,重建序列具有较好的可靠性.对比发现,树木年轮指数均值随年降水量均值的增大而增大,沙尘暴发生日数总数随降水量均值的增大而减少,间接说明沙尘暴的发生对榆树的生长可能造成负面影响.     

基于遥感技术的中国北方沙质荒漠化防治建议

根据中国北方地区人类活动对地表组成物质的扰动特征,将中国北方沙质荒漠化土地治理区划分为绿洲周缘农业型沙质荒漠化、农牧交错带农牧型沙质荒漠化、草原牧业型沙质荒漠化三种类型;利用1975年M SS卫星图像数据和2000年ETM卫星图像数据为信息源,在M APG IS软件支持下,采用人机交互方法对沙质荒漠化土地类型进行信息提取,编制研究区1975年和2000年沙质荒漠化土地类型分布图,在根据沙质荒漠化土地类型的变化幅度确定沙质荒漠化土地变化类型的基础上,通过1975年和2000年沙质荒漠化土地类型分布图的叠加分析,查明了中国北方近25年来沙质荒漠化土地的时空演化规律,结合中国北方不同沙质荒漠化土地治理区的自然条件和人类活动特征,提出了中国北方沙质荒漠化土地治理建议。     

基于地学规律的科尔沁沙地土地整治与生态修复规划方法

内蒙古科尔沁沙地历史上曾是科尔沁大草原,现在是农牧交错区,该区的土地利用关系到生态安全、国家粮食安全和农民生计。该区域“坨甸相间”地貌特点造成不同地形部位土壤含水量存在差异,降水量年际变化大。通过卫星影像数据解译出土地利用/覆被类型图与土壤图进行叠加,获得了显性沙地和隐性沙地数量与分布信息。首先保留耕地以外的其他地类,再利用卫星影像数据反映不同降水年型耕地的归一化植被指数(NDVI),将偏欠水年NDVI低于平均值的耕地退耕还草,消除这些耕地的冬春沙化风险,以进行土地利用布局调整。这种直接利用遥感数据获取土地利用/覆被类型和耕地的NDVI进行土地利用空间布局调整的方法,十分简单实用。本文还根据地貌和沙地降水入渗快的特点,提出了与高标准农田建设模式不同但与区域地理环境相吻合的农田整治模式,即利用自然沙丘作为区域风沙防护工程,土地开发不做大平整,不修建灌溉系统,发展雨养农业。以上根据区域地理环境条件进行土地利用布局和确定农田开发建设模式,可将农业生产与荒漠化防治和谐结合在一起,实现土地可持续利用。     

基于遥感技术的中国北方沙漠及沙质荒漠化土地区划研究

根据影响沙漠、沙质荒漠化土地的地质地貌、植被、气候和人类活动等特征,通过确定地域分异、发生学、多级序列等区划原则,建立了以地质地貌类型组合、气候为沙漠、沙质荒漠化土地区(Ⅰ级区)划分和以沙质荒漠化土地类型空间分布特征为沙漠、沙质荒漠化土地亚区(Ⅱ级区)划分的指标体系。采用遥感方法,将中国北方沙漠、沙质荒漠化土地划分为贺兰山以西干旱沙漠、沙质荒漠化区;贺兰山-大兴安岭干旱、半干旱沙漠、沙质荒漠化区和大兴安岭以东半干旱、半湿润沙质荒漠化区等3个区和17个亚区。并对沙漠、沙质荒漠化土地区进行了现状分析。     

毛乌素沙地全新世地层粒度组成特征及古气候意义

分析结果显示,毛乌素沙地粒度自西北至东南逐渐变细、磁化率值逐渐变大。这一规律不仅表现在地表,而且在不同地点同一层位也有明显反映。说明了毛乌素沙地的形成过程与东亚季风联系密切。就所选剖面分析来看,本区在更新世晚期及全新世早期气候比较寒冷干燥,东亚冬季风影响较明显,此时为堆积成沙期,自北至南堆积的砂粒渐细,砂层渐薄;全新世中期气候温暖湿润,东亚夏季风影响显著,此时为较明显的成壤期,表现在自北至南普遍可见发育较好的黑垆土层,且南部的成壤作用比北部好,土壤的厚度也大;全新世晚期至今,气候向干冷的方向转化,但变化幅度远小于末次冰期     

西藏南羌塘扎仁地区晚侏罗世索瓦早期岩相古地理特征

通过沉积相分析,本文将南羌塘扎仁地区晚侏罗世索瓦早期划为碳酸盐台地和河口砂坝两种沉积环境,对深化研究区该期岩相古地理研究有意义。