现代河流沉积物碎屑及矿物组分研究新进展

现代河流沉积物忠实地记录了流域盆地内的母岩、风化、搬运和沉积过程中的化学、物理过程以及人类活动的改造作用,是探索和验证源- 汇系统等理论的重要媒介。本文以全球现代河流砂组分数据库为基础,总结了碎屑组分、重矿物组分在不同大陆的分布特征,探讨了其在物源识别、源区贡献率计算、沉积物产生及搬运过程中气候- 构造等影响因素的评估、对源- 汇系统的研究启示等方面的应用。今后建议加强基于大数据的沉积物组分对气候- 构造- 人类活动的响应、沉积物产生及通量、高时间分辨率的沉积物组分变异性、不同物源定量化方法的差异等方面的研究。     

南极布兰斯菲尔德海峡表层沉积物中元素的地球化学相关性与影响因素初探

通过对南极布兰斯菲尔德海峡26个站位表层沉积物的地球化学组成的因子分析和相关分析,探讨了影响表层沉积物地球化学特征的主要因素。揭示了控制沉积物特征的地球化学作用。结果表明,岛（陆）架－－岛坡区表层沉积物地球化学特征较复杂,受到多种因素的影响,最主要的是受沉积区离岸远近和水深大小等因素控制的钙质生物、硅质生物和陆源碎屑的沉积作用,其次为中酸性火山碎屑沉积作用与基性火山碎屑的沉积作用;海槽－－陆坡区有层沉积物地球化学特征主要由硅质碎屑沉积和粘土质陆源、火山碎屑在时空旧的交替沉积所控制,宇宙源沉积、自生沉积、碱性火山碎屑沉积、热液作用等的影响较小。     

200 ka以来澳大利亚西北岸外沉积物源区风化的Mg同位素记录及其对澳洲古季风的响应

本文通过对IODP 363航次于澳大利亚西北岸外陆架上钻取的U1483站岩芯进行沉积物粒度、镁同位素以及主量元素成分等分析,重建200 ka以来帝汶海西南部沉积物输入演化及其指示的源区风化和侵蚀历史,探讨海洋沉积物中细粒硅质碎屑组分镁同位素的古环境指示意义。U1483站陆源碎屑组分主要由黏土质粉砂组成,其δ²⁶Mg变化范围超过0.25‰。通过计算化学蚀变指数(chemical index of alteration, CIA)和两种物理侵蚀指标(包括陆源物质堆积速率和Ti/Ca比值),结果显示200 ka以来δ²⁶Mg指标与CIA具有非常一致的曲线形态。本文推测陆源碎屑组分的Mg同位素组成主要反映物源区大陆硅酸盐风化强度的变化,而受矿物学分选、岩性和早期成岩作用的影响较小。结合区域古气候记录,我们发现本研究中的风化和侵蚀记录与同一个站位已发表的澳洲夏季风降水和表层海水温度变化具有较好的耦合关系,而与赤道太平洋海平面变化的相关程度较低,反映了轨道时间尺度上沉积物所记录的物源区风化和侵蚀演化主要受控于澳洲古季风系统,表现为气候驱动型风化模式。本研...     

冲绳海槽北部现代沉积物地球化学研究

本文对冲绳海槽北部现代海底表层沉积物的沉积物地球化学特征进行了系统的分析，探讨了分别代表陆源，火山源和生物源沉积物的地球化学指标。结果表明，ＳｉＯ２主要富集于东海外陆架与陆架坡折带，基本上反映了陆源碎屑沉积或东海陆架外缘的残留砂沉积；Ａｌ２Ｏ３和Ｎａ２Ｏ的含量分布与玻屑砂或火山玻璃的含量有关；ＣａＯ或ＣａＣＯ３代表了生物沉积组份的多寡。     

异重流沉积动力学过程及沉积特征

异重流(hyperpycnal flows)是指在汇水盆地水深足够条件下,由于携带大量沉积物颗粒,导致流体密度大于稳定环境水体的密度,流体受浮力影响小,沿盆地底部流动的高密度流体,在海水环境中形成异重流的临界沉积物密度为36~43 kg/m~3(体积浓度1.3%~1.7%)。异重流主要受洪水触发形成;从河口到汇水盆地经过回流区、深度有限流区、潜入区的演化,最终形成异重流;主要经历"早期沉积—侵蚀过路—晚期沉积"的沉降过程,在沉积近端以侵蚀充填沉积为主,远端以持续沉积为主;异重流的形成及其沉积主要受地形、气候、物源的控制,地形高差大、半干旱气候条件、丰富的细粒悬浮沉积物供给有利于异重流形成。异重流沉积特征及沉积序列受"源—汇"系统的控制,以流水成因交错层理、层内突变接触面或侵蚀接触面、碳质碎屑和植物碎片为区别于其他深水重力流沉积的典型沉积构造;沉积序列由沉积近端到沉积远端可能依次发育厚层序列、逆正粒序序列、薄层细粒序列。异重流研究具有十分重要的意义,能够丰富和完善深水重力流理论、探究古气候变化和古洪水作用规律、合理解释深水重力流沉积和砂体分布特征、指导深水常规和非常规油气的勘探。     

六盘山朝那湫湖泊沉积物Rb/Sr比值及其古气候意义

湖泊沉积物Rb/Sr比值通常被视为流域化学风化强度的代用指标, 然而不同湖泊沉积物Rb/Sr比值的古气候意义有时也存在一定差异。本研究以六盘山朝那湫湖泊73cm长度(1743~2012A.D.的沉积序列)岩芯沉积物Rb/Sr比值为分析对象, 结合同一岩芯其他主要元素以及古气候代用指标(TOC、C/N比值、δ¹³C_org等)指示的环境变化信息, 对朝那湫湖泊沉积物Rb/Sr比值在十年/数十年尺度上的古气候意义进行综合判别。研究结果显示: 朝那湫湖泊沉积物中的Rb、Sr元素主要以残渣态赋存, Rb/Sr比值与其他陆源组分元素有较好的相关性, Rb/Sr比值变化主要受控于陆源碎屑物质输入。Rb/Sr比值与同一岩芯TOC、C/N比值、δ¹³C_org等降水代用指标以及邻近区域树轮等古气候记录的对比结果表明: 在十年/数十年尺度上, 气候偏干期, 陆源碎屑物质输入较多, 沉积物Rb/Sr比值减小; 气候偏湿期, 陆源碎屑物质输入较少, 沉积物Rb/Sr比值增大。这主要是由朝那湫流域降水特点和植被覆盖共同决定的, 同时也暗示朝那湫流域物理风化和化学风化强度可能呈反向变化。因此, 在将Rb/Sr比值作为流域化学风化强度的代用指标之前, 有必要对湖泊沉积物的Rb、Sr元素的赋存形态进行辨别, 并结合湖泊自身沉积环境以及其他古气候指标进行综合分析, 方可获得更加全面准确的流域物理侵蚀搬运或化学风化信息。

     

南海东部次海盆U1431站位中中新世以来的沉积物来源特征

南海东部次海盆的沉积记录蕴含着区域内中中新世以来沉积物的风化过程和演化历史信息.本文分析了国际大洋发现计划IODP 349航次南海东部次海盆U1431站位沉积物的主、微量元素和Sr-Nd同位素特征.研究显示,样品中化学风化蚀变指数为49～74,表明源区的化学风化强度为低到中等强度.沉积物在风化过程中以斜长石风化为主.含有火山碎屑的岩性单元Ⅵ和Ⅶ及55X-2层位受到含Fe、Mg矿物组分的物质来源输入影响,其余沉积物主要来自长英质源区.Sr和Nd同位素特征显示不同风化程度的沉积物源区具有明显差异.通过与周围潜在源区进行对比,推断12.8 Ma至今,U1431站位的物源主要来自珠江流域,印支半岛、吕宋和巴拉望提供了少量物质.其中12.5～7.4 Ma,沉积物源区受到周围岩浆活动形成的基性物质输入的影响,但仍以珠江源区为主. 6.5 Ma以后,台湾岛隆升剥蚀的陆源物质进入中央海盆.因此,台湾岛成为源区之一.     

陆相流域盆地沉积通量模拟及古地貌意义——以西藏尼玛地区为例

青藏高原新生代的地貌演变一直是国际地球科学研究的前沿领域和热点问题。目前对于高原中部新生代地貌演变及其动力学机制的认识仍旧存在较大的争议,并且通过不同研究手段得到的结论也存在较大不同。流域盆地内的沉积物不仅记录了其沉积场所的大地构造背景、古气候和古环境特征等重要信息,同时也记录了源区的剥露历史,以及整个流域盆地的时空展布、地貌演变、风化强度和沉积通量变化等重要的地表过程。高原中部至少在早中新世就已形成的内流水系为进一步认识高原地貌演化提供了可能。基于源—汇系统质量平衡原则,以高原中部新生代尼玛盆地及其物源区构成的陆相盆地源—汇系统为研究对象,以沉积通量数值模拟（BQART-MCS）为研究方法,尝试重建高原中部新生代晚期的地貌格局。模拟结果表明:只有在年均气温为2 ℃~10 ℃、最大地势为1~3 km、干旱—半干旱的地貌条件下,源区产生的碎屑物质总量才可以与汇区沉积物总量达到平衡。本项研究是深时沉积通量数值模拟方法（BQART-MCS）在青藏高原的首次尝试,为在陆相盆山源—汇系统开展沉积物定量研究提供了新的思路。     

地貌演化、源-汇过程与盆地分析

地球表面的地貌演化和源-汇系统的研究是当前地球科学领域颇为关注的重要课题。围绕这些课题的研究促进了多学科的广泛交叉和合作,对沉积盆地的深入研究和发展趋势产生了深刻的影响。盆地整体地貌的演化是盆地地球动力学背景演化的直接响应。盆地内的隆-坳格局、古隆起-古斜坡地貌、同沉积构造活动形成的构造古地貌等,是盆地古地貌研究的重要内容。从陆到洋的源-汇系统由物源区、冲积-滨海平原、浅海陆架、大陆斜坡及深海等多个区域性的地貌带所组成。物源的性质与母岩组成、构造及气候作用密切相关,揭示塑造山地地貌和产生物源的构造作用和气候变量是一项长期探索的课题。陆架斜坡至深海区是从陆到洋的源-汇系统的最终沉积区,其研究长期受到高度关注。大型内陆湖盆存在的源-汇系统,包括物源区、冲积平原、滨-浅湖、最后为深湖的多级地貌单元。构造活动的内陆碎屑湖盆中以近且多方向物源、构造差异活动明显、汇水盆地小、沉积物类型对气候变化响应敏感等为特征。依据物源区、沟谷(水道)及沉积体系类型划分的源-汇体系类型的研究,包括盆内古隆起形成的局部的源-汇过程,对盆地的沉积充填过程和沉积分布具有重要意义。基于高分辨率三维地震数据的地震地貌或地震沉积学分析,为地下沉积体系的沉积地貌和沉积过程的研究提供了最重要的手段。     

南海西北与西南次海盆沉积通量及其控制因素

作为西太平洋陆源沉积"源-汇"过程的重要场所,南海海盆半封闭的构造环境使得其与开放大洋的物质交换十分有限,沉积物保存基本完整,可以建立起南海沉积过程与区域重大构造事件、气候变化、海平面变化等之间的系统联系.选取南海西南与西北两个次海盆为对比研究区,基于穿越海盆的高分辨率多道地震测线和国际大洋发现计划(Internati...     

燕山地区中元古界高于庄组和杨庄组地球化学特征及环境意义

在燕山地区中元古界高于庄组与杨庄组地层野外露头沉积特征研究的基础上,结合区域地质背景,根据26件碳酸盐岩样品的常量元素和微量元素相关关系、组分含量及某些元素的比值对特征,探讨了研究区元素的沉积地球化学特征与古环境意义。研究表明,（1）碳酸盐岩中Sr与CaO呈明显正相关;Al2O3、K2O与TiO2之间呈明显的正相关;SiO2与CaO、MgO呈负相关;Na2O与MgO呈弱正相关;MnO仅与FeO有弱正相关关系。（2）Sr主要赋存于方解石晶格中,Sr和1000×Sr/Ca值随沉积水体的加深而增大,可作为判断古水深的标志。（3）据Sr/Ba、镁铝比值（m=100×MgO/Al2O3）、MgO/CaO值及Ti等元素特征分析,高于庄组与杨庄组的沉积环境有较大差异,高于庄组为潮湿气候下陆源碎屑供应匮乏的远岸陆表海沉积,以高于庄组三段沉积时水体最深;而杨庄组为干热气候下的近岸陆表海沉积,有较多的陆源碎屑物质供应。总之,元素地球化学特征反映的沉积环境与宏观岩性特征所得出的结论是一致的,这表明地球化学特征与沉积环境关系密切,地球化学特征可作为沉积相分析的重要标志。     

东营凹陷南缓坡浅水三角洲沉积特征与源-汇过程

源-汇系统研究是当今地质学研究热点.东营凹陷南缓坡沙二段沉积时期是构造稳定的斜坡带,与其物源区广饶凸起构成完整的源-汇系统.基于岩心、测井、分析化验及三维地震资料,精细刻画研究区古地貌形态及沉积物搬运通道,明确沙二段浅水辫状河三角洲沉积特征;通过地震属性与钻井岩性标定,明确沉积体系分布及时空演化关系,探讨沉积主控因素及源-汇体系配置关系.结果表明,物源区自西向东发育i~iii三个汇水单元,及V₁~V₄四个古沟谷,碎屑沉积物通过古沟谷搬运输送,向滨-浅湖沉积环境的缓坡（0.52°~1.29°）沉积区供源,形成平面上河道频繁分叉改道、垂向上多个正韵律叠置、岩性以分选中等、磨圆较好的含砾砂岩为主的浅水辫状河三角洲沉积.自沙二下亚段沉积期到沙二上亚段沉积期,沉积体向前推进,规模增大,沉积体系垂向演化主要受控于古气候变化导致的湖平面升降.平面上,Ⅰ~Ⅲ沉积区内朵叶体形态及规模受控于源区汇水单元面积、垂向高差及通道形态与规模,朵叶体面积与垂向高差及汇水单元面积呈正相关.      

云南洱海现代湖盆源-汇系统划分、特征及差异

现代湖盆源-汇系统分析,可为古代源-汇系统研究提供参考依据.将云南洱海现代湖盆源-汇系统划分为西（S2S-W）、东（S2S-E）、北岸（S2S-N）3个独立的源-汇系统,S2S-E物源区母岩主要为碳酸盐岩,沉积体数量少、规模小（ < 10 km2）;S2S-W物源区母岩主要为变质岩及少量花岗岩、碳酸盐岩,沉积体数量多、规模大（> 40 km2）,相互叠置、连片分布;S2S-N为轴向物源型源-汇系统,母岩主要为碎屑岩,沉积物供应充足,形成大型沉积体.研究表明,同一盆地（洼陷）内可存在多个源-汇系统,由于母岩类型、构造活动、古地貌等因素的影响,可造成不同源-汇系统的流域面积、沉积区面积及沉积响应存在差异,在古代源-汇系统研究中需重视不同源-汇系统之间的差异性研究.      

哈尔滨地区罗家窝棚组地层的沉积学、矿物学及地球化学特征:对沉积环境的指示

罗家窝棚组是哈尔滨地区的第四纪下限地层,其岩性是紫红色砂砾石,被认为是冰碛物堆积。早期的区测资料对其进行了岩性描述,对于其它地层属性,特别是地球化学属性的认识尚未涉及。为此,本文选择黑龙江五常拉林镇罗家窝棚村层型剖面作为研究对象,首次对其沉积学、矿物学、元素地球化学展开综合研究,以揭示其沉积过程和沉积环境。结果表明,这套砾石分选和磨圆较差,风化程度很高,无定向性排列,砾石成分以陆源碎屑岩(砂岩和粉砂岩,44.2%)和花岗岩(37.4%)为主,其次为凝灰岩(11.2%),石英质、闪长岩、流纹岩和玄武岩等少量出现。重矿物组成以赤/褐铁矿占绝对优势(87.5%),其次是白钛石(5.0%),其它重矿物含量较少。元素地球化学揭示,罗家窝棚组中的细颗粒碎屑以及泥质基质经历了很强的化学风化过程,是初次循环的结果。砾石岩性和地球化学组成共同揭示了这些碎屑主要来源于长英质母岩,但中性和铁镁质母岩也有少量贡献。综合沉积学、矿物学和地球化学地层属性,本文认为罗家窝棚组地层是在炎热气候条件下的洪积物堆积,而非寒冷气候条件下的冰碛物。这项研究对于哈尔滨地区第四纪地层的划分和早更新世构造—地貌—气候—水系演化等地质事件的重建具有重要意义。     

Pliocene sedimentation in a shallow, cool-water, estuarine gulf, Murray Basin, South Australia

The Pliocene Norwest Bend Formation is a well‐preserved succession of terrestrial and shallow‐marine deposits in the Murray Basin, South Australia. Sediments in this unit consist of two discrete terrigenous clastic‐rich, decametre‐scale sequences, or informal members, which record episodes of marine incursion during the Early and Late Pliocene respectively. The base of each sequence is a transgressive lag and/or strandline deposit that is transitional upwards into a highstand, subtidal, terrigenous clastic and cool‐water carbonate sediment accumulation. The top of each sequence is incised by fluvial channels that are filled by river deposits which formed as relative sea‐level fell and terrestrial environments prograded basinward. Sedimentological data suggest that gross stratigraphic architecture was primarily determined by glacioeustasy. Differences in sedimentary style between these two sequences, however, reflect a major climatic change that took place in southern Australia during the mid‐Pliocene. The lower quartzose sand member is formed of siliciclastic sediment derived from prolonged, deep, subaerial weathering and contains a bivalve‐dominated, cool‐temperate, open‐marine mollusc assemblage. These sediments accumulated under an equitable, relatively warm, humid climate. The Murray Basin during this time, because of high fluvial discharge, was a salt‐wedge estuary with typical estuarine circulation. In contrast, the upper, oyster‐rich member is typified by large monospecific oyster buildups that grew in restricted coastal environments. Strandline deposits contain a warm‐temperate skeletal assemblage. Contemporaneous aeolian sediments accumulated under warm, semi‐arid climatic conditions. Well‐developed ferricrete, silcrete and calcrete horizons reflect cyclic conditions of rainwater infiltration and evaporation in the seasonally dry climate that typifies southern Australia today. Highly seasonal rainfall produced an estuary that fluctuated annually from being well to partially mixed. These Pliocene sediments support the notion that mollusc‐rich facies are the signature of cool‐water carbonate accumulations in inboard neritic environments. Unlike bryozoans that dominate the outer parts of Cenozoic cool‐water carbonate shelves, molluscs evolved to exploit an array of coastal ecosystems with wide salinity variations and variable sedimentation rates.     

Climatic control of fluvial-lacustrine cyclicity in the Cretaceous Cordilleran Foreland Basin, western United States

Tectono-stratigraphic models of foredeep sedimentation have generally presumed a direct link between changing rates of tectonism and concomitant sedimentological response as manifested by change in thickness, composition or depositional environment of sediment accumulating in adjacent basins. Lacustrine limestone units within the early Cretaceous fluvial/lacustrine Gannett Group of western Wyoming exhibit systematic variation in several geochemical proxies of relative rates of precipitation and evaporation, indicating that lakewater chemistry was controlled by variation in regional climate. Change in proportion of allochthonous terrigenous clastic vs. autochthonous carbonate deposition, as well as carbonate Mg/Ca ratio and stable isotopic composition, occurs at two scales. Metre-scale alternation of micritic limestone and argillaceous marl is accompanied by mineralogical and isotopic variation within individual beds, indicating preferential carbonate accumulation during intervals of decreased regional meteoric precipitation relative to lake-surface evaporation. Limestone deposition began during intervals of maximum aridity, and decreased as increased meteoric precipitation-driven flux of terrigenous clastic sediment overwhelmed sites of carbonate accumulation. Similar upsection variation in limestone mineralogy and isotopic composition at a scale of tens of metres reflects the multiple processes of long-term increase in meteoric precipitation and lakewater freshening prior to influx of terrigenous sediment, across-basin fluvial-deltaic progradation, and renewed accumulation of riverine terrigenous units. Such trends suggest that formation-scale alternation between fluvial clastic and lacustrine carbonate deposition was controlled by climate change.     

青岛青山湾-垭口变沉积岩岩石地球化学特征及其物质来源

青岛青山湾—垭口出露一套浅变质的海相陆缘碎屑沉积岩,上覆岩浆锆石的LA-ICP-MS U-Pb年龄为(118.9±3.3)Ma,成熟度较低,与中新生代造山带砂岩类似。稀土元素球粒陨石化标准配分曲线均为轻稀土明显富集的右倾型,表明,研究区碎屑岩具有相同的物源区和构造背景,与活动陆缘的稀土元素配分曲线非常接近。Ce具弱的负异常,指示碎屑岩为大陆边缘海相成因,(La/Ce)N(PAAS)表明陆缘碎屑物质对该区碎屑岩有明显的贡献。主微量元素构造环境判别图解表明,研究区碎屑岩具有活动陆缘和大陆岛弧的特征,经历了相对简单的沉积演化过程;结合稀土元素配分曲线的特征,该区碎屑岩更可能是活动大陆边缘沉积形成。主微量元素分析揭示研究区碎屑岩物源富长英质岩石,镁铁质岩石作为物源也参与到成岩过程中。     

柴达木西部南翼山构造地表混积岩岩石学特征及沉积环境讨论

南翼山构造地表狮子沟组发育混积岩,作为一种特殊类型的沉积岩,其研究具有一定的实际意义和科学价值。本文在野外观察和镜下鉴定的基础上,对南翼山混积岩样品进行了X衍射、主微量元素及碳氧同位素测试,分析了混积岩的岩石学特征,考虑到其成分和成因的复杂性,通过数据分析排除了多种干扰因素,最后利用有效指标综合判断了其沉积环境。结果显示：南翼山构造地表混积岩中陆源碎屑平均含量为58.7%,碳酸盐矿物含量为31.0%,属于碳酸盐质陆源碎屑岩,主要为钙质泥岩,其中碎屑矿物以细粉砂级石英为主,碳酸盐矿物主要为泥晶方解石,黏土矿物组合为伊利石和有序伊蒙混层,且三者呈均匀混合的特征。数据分析表明Ca、Na、Mn、Sr、Ba等元素主要来源于自生矿物,稀土元素及碳氧同位素组成未受成岩作用影响,可以作为判断沉积时水体盐度和氧化还原条件的指标。根据Sr/Cu比值和K2 O/Al 2O3比值,结合黏土矿物组合及伊利石结晶度和化学指数,判断地表混积岩沉积时为寒冷干旱的气候条件;Sr/Ba比值和Z值表明古水体介质为咸水环境;U/Th比值、自生U含量和Ce轻微负异常等指标综合判定其形成于弱氧化环境。以上研究表明,南翼山构造地表混积岩主要为陆源碎屑和碳酸盐矿物均匀混合的钙质泥岩,形成于寒冷干旱气候条件下的弱氧化咸水湖泊环境中。     

燕山地区京西坳陷青白口地区新元古界沉积相演化

在充分调研前人研究成果的基础上,对京西坳陷青白口地区青白口系进行了野外实测、岩石薄片鉴定等研究,结合其岩性特征及沉积结构,细致划分了青白口系沉积相,建立了符合其沉积演化的沉积相模式。青白口系自下而上包括下马岭组、龙山组及景儿峪组,下马岭组为陆源碎屑浅海沉积体系,主要为较深水的陆棚相沉积,并且发育了砂质碎屑流;龙山组为陆源碎屑滨岸沉积体系,发育了大套的临滨及前滨砂体,主要受控于波浪和沿岸流的改造;景儿峪组为典型的碎屑岩碳酸盐岩混积潮坪,由于古纬度相对变化,沉积环境相对干旱局限且低能,下部和上部主要为紫红色泥岩沉积,中部发育大套厚层的碳酸盐岩。由龙山组陆源输入的碎屑物质沉积为主过渡到景儿峪组的内生清水碳酸盐岩沉积为主的环境,代表其构造条件和古地理环境逐渐趋于稳定。     

海南岛排浦珊瑚礁区的现代沉积体系及其演化过程

海南岛排浦礁区由珊瑚岸礁和堤礁及其间水域组成。因堤礁的障壁作用和丰富的陆源物质供应,研究区内形成清水和浑水两类沉积环境,产出清水碳酸盐和浑水碳酸盐两列沉积体系,并形成礁源沉积、陆源沉积和混合沉积三类沉积物。文中详细论述了各类沉积的特征,讨论了沉积体系的演化过程:全新世早期是单一的陆源碎屑沉积体系,全新世中期海侵,气温转暖,形成早期排浦岸礁与大铲堤礁的雏型,全新世晚期堤礁进入成熟阶段,其障壁作用加强,最终形成清水与浑水两种沉积环境和两列沉积体系。