现代长江沉积物地球化学组成的不均一性与物源示踪

长江沉积物从源到汇过程研究的关键是揭示长江沉积物的组成特征,准确识别其时空组成变化规律,这也是东部边缘海海陆相互作用研究和长江水系构造演化研究的关键.本文研究一些常用的元素地球化学参数在现代长江水系的河漫滩和悬浮沉积物中组成的时空变化特点.在稀土元素(REE)组成上,下游近河口段干流悬浮沉积物在季节性时间尺度上比较稳定,可以代表现代长江入海沉积物的平均组成,而长江主要支流和干流间REE组成变化较大,化学相态分析可以更好地揭示特定物源区的REE组成特征以及由矿物分异引起的REE参数变化.相比REE而言,悬浮物中Al/Ti与Zr/Rb比值更能敏感地指示不同物源区的源岩组成信息,且减弱水动力分选引起的粒级和矿物分异影响.长江入河口的干流悬浮物作为整个流域风化剥蚀细颗粒物质的平均混合,具有更好的源区平均组成的示踪特性;但在不同季节也存在不同的主导性源区,主要受控于流域内季风降雨区的迁移.在河流沉积物源汇过程重建中,要特别关注流域物质风化和输运的自然过程可能引起的这些地球化学参数变化.     

南黄海北部晚更新世以来常量元素记录的化学风化作用

以南黄海北部高沉积速率柱状样DLC70-3孔作为研究对象,对沉积物的黏土矿物和常量元素地球化学组成进行了综合分析。结果显示,DLC70-3孔沉积物中黏土矿物组合以伊利石为主,其次为蒙皂石,绿泥石和高岭石含量较低;绝大部分样品中伊利石与蒙皂石含量的比值<6,表明沉积物主要来源于黄河物质的输送。研究认为DLC70-3孔沉积物的化学风化指标CIA值受到海平面变化和源区气候变化共同控制,其中源区的气候变化为主要控制因素,而海平面变化造成的机械沉积分异作用主要影响27.80~38.00 m（MIS 4）层位沉积物的CIA值。CIA值显示在MIS 5和MIS 3期大陆化学风化作用较强,与内陆黄土高原地区夏季风和化学风化指标的变化趋势一致,尤其是在MIS 3早期（40~60 ka）记录的化学风化作用非常强,反映了黄河流域地区出现强夏季风降雨过程。     

硅酸盐化学风化强度评估的沉积物指标与方法研究进展*

风化作用是源-汇沉积体系中的重要环节,气候、构造、地形、植被和岩性在不同程度上控制着地表硅酸盐化学风化,量化硅酸盐化学风化强度有助于开展全球性的实例研究对比。本研究归纳总结了基于碎屑沉积物的化学风化强度指标,包括岩石学和矿物学指标、元素地球化学指标和非传统稳定同位素指标,并指出了指标在应用中存在的问题。这些指标中:砂质沉积物骨架颗粒组成、粉砂级碎屑的矿物组成和矿物表面结构特征从矿物组成和结构上直观地反映了化学风化强度,运用不多但值得关注;黏土矿物组合和主微量元素指标如CIA、Rb/Sr、α^AlE等在实例研究中运用广泛,同时也显现出易受物源和水动力分选影响等弊端;新近开发的利用锂、硼、钾、镁、硅等同位素示踪化学风化强度的方法具有广阔的应用前景,同位素的分馏机理有待完善。源-汇体系中的其他过程如物源供给、水动力分选、成岩作用、再旋回作用、成土作用、物理淋滤和生物利用等会影响化学风化指标的使用效果,通过多指标的综合运用和相互验证,可以有效提升化学风化强度评估的准确性。     

干旱绿洲区运积物发育土壤的地球化学特征—以新疆焉耆盆地为例

土壤的矿物及其地球化学特征是指示其风化特征的重要依据.为理解干旱绿洲区土壤发育特征,本文选取新疆焉耆盆地两个土壤剖面对其粒度、矿物、元素地球化学特征进行分析,结果表明:两剖面沉积物的粒度主要以黏粒、粉粒为主,矿物主要为石英、长石和黏土矿物,石英/长石多数小于1,长石以斜长石类为主,化学风化作用极弱.两剖面的化学蚀变指数...     

金沙江河流悬浮物与沉积物的矿物学特征及其表生地球化学意义

为研究金沙江流域表生风化特征,系统采集了金沙江和岷江流域32件河流悬浮物和河床砂样品,对其进行了矿物组成分析。结果表明,不同江段河流悬浮物、沉积物的矿物组成大致相同,以石英、方解石、斜长石和粘土矿物为主,局部有白云石、钾长石和角闪石等;粘土矿物主要有伊利石、绿泥石、高岭石和蒙脱石。河床沉积物中非粘土矿物碎屑(岩屑)含量明显高于悬浮物。伊利石为铁镁质,Kubler指数在轻微变质范围内,主要来源于三叠系碎屑岩和砂板岩。金沙江、岷江的河流悬浮物矿物组成与流域内出露的碎屑岩、砂板岩、火成岩、碳酸盐岩等的分布有较好的对应关系。河流悬浮物和沉积物的矿物组成及伊利石结晶指数特征表明流域内以物理风化为主。     

红河盆地的化学风化作用:主要和微量元素地球化学记录

河流沉积物的元素含量有助于反映其流域的自然风化过程。红河是世界上重要的河流之一,但其沉积物的地球化学研究却几乎没有。本文通过开展红河盆地干流和主要支流40个样品的主要和微量元素地球化学分析,发现红河流域硅酸盐岩的化学风化作用为中等强度,与长江及亚马逊河的风化强度相近,而高于黄河,低于珠江;且化学风化作用受该区域的气候和构造作用控制。     

松辽盆地东缘嫩江组一二段黏土矿物和主量元素地球化学特征及其古气候意义

松辽盆地嫩江组一二段是一套暗色泥岩沉积,也是重要的烃源岩层位,对其开展古气候-古环境研究有益于理解晚白垩世陆地古气候特征和陆相有机质形成与保存过程。通过对松辽盆地东缘岳王城剖面嫩江组一二段开展矿物学和主量元素地球化学分析,探讨其古气候意义。结果表明,全岩矿物主要含有石英、斜长石、钾长石等,黏土矿物主要为蒙脱石(平均84%),其次为伊利石(平均15%),几乎不含高岭石和绿泥石。黏土矿物呈现片层状且边缘参差不齐的显微形貌,蒙脱石结晶度较差,表明主要由陆源物质风化形成。根据黏土矿物主量元素计算的化学风化指数为71~73,其元素组成相比上地壳和花岗闪长岩的平均组成富铝,指示中等强度化学风化作用。结合已有古气候替代性指标和黏土矿物及其化学成分的新数据,研究认为松辽盆地东缘嫩江组一二段沉积时期物源区主要为温带-亚热带半湿润气候。     

南极纳尔逊冰缘沉积物元素地球化学特征及其化学风化作用研究

本文对西南极地区纳尔逊冰盖边缘N1沉积序列化学元素组成特征和风化作用地球化学过程进行了研究。结果表明:N1沉积序列中元素的组成与该地区玄武质火山岩的化学组成具有密切的关系,该序列沉积物是自然环境下风化的产物,因此本文分析样品元素的平均含量可以作为该地区冰缘沉积物的背景值;冰缘沉积物所记录的源区化学风化作用强度显得非常微弱,处于脱Ca、Mg、Na早期风化阶段,碎屑矿物的风化过程多处在蒙脱石阶段;沉积序列中元素的活动强度及其比值变化,反映了局部的风化作用强度不同和气候环境的变化。上述研究结果有助于进一步研究南极冰缘环境的演变     

青藏高原典型地区沉积物地球化学特征与矿物组成的粒度效应

地表松散沉积物中不同粒级的颗粒蕴含着不同的信息,这种差异与其物质来源、搬运和沉积过程中的分选作用以及沉积后的风化作用等有关。因此,可根据沉积物中不同粒级颗粒地球化学特征与矿物组成的差异,进行沉积物物源追踪或沉积环境重建。选择青藏高原在气候和地貌方面具有典型意义的柴达木盆地、错那湖、雅鲁藏布江流域作为研究区,分别采集了这几个地区的沙丘沙、黄土、湖积物、冲积物、洪积物、残坡积物等地表松散沉积物样品,用干筛法将沉积物样品分为两个部分,粗颗粒部分粒径范围为≥75~500 μm,细颗粒部分粒径<75 μm。对上述粗、细颗粒分别进行稀土与微量元素、Sr-Nd同位素、轻矿物组成的实验室分析测试,并对沉积物中粗、细颗粒的测试结果采用古典多维尺度方法进行相似性分析。结果表明：青藏高原松散沉积物中粗、细颗粒在轻矿物组成、微量和稀土元素含量、稀土特征、元素参数等方面存在差异;细颗粒部分蕴含了更多的环境信息,富含容易受化学风化影响的黏土矿物以及硬度较小、容易被磨蚀的方解石等矿物。在物源示踪中不同气候区的沉积物细颗粒不宜进行直接比较,应根据样品的粒度分布情况优先选择合适的粗颗粒组分进行物源示踪。     

长江水中悬浮物含量与矿物和化学组成及其地质环境意义

在2003～2007年间,在长江干流的25个水文站及主要支流的13个水文站系统采样,对悬浮物的含量及其矿物与化学组成系统地进行了测定。根据这些数据,对长江悬浮物的矿物和化学组成的时空变化及其地质与环境意义进行了系统研究。 本次所采样品中悬浮物含量平均值为256.5mg/L,在世界各大河中居于中等水平。悬浮物含量呈现大幅度的时空变化,与水流速度、径流量及泥沙供给情况的变化相对应,受河床坡度、降雨量、风化强度、侵蚀情况及人工活动等多种因素的影响。近年来,长江悬浮物含量逐渐下降,与上游的退耕还林和水库建设密切相关。特别是三峡水库工程引起泥沙在库区大量沉积,显著降低河水的悬浮物含量,导致其下游河段堤岸冲刷加剧,洞庭湖、鄱阳湖和长江口的沉积减少。这种变化带来的环境效应巨大,需要慎重评估和应对。 长江水中悬浮物主要由粘土矿物、碎屑硅酸盐矿物和碎屑碳硅酸盐矿物组成,并含有少量重矿物、氢氧化物和有机物。与黄河悬浮物矿物组成的对比研究表明长江流域的化学风化作用明显强于黄河流域,而物理侵蚀作用明显弱于黄河流域。由上游到下游,长江悬浮物中粘土和碎屑硅酸盐矿物逐渐增高,而碎屑碳硅酸盐逐步降低,与中下游地区气候变得湿热,化学风化变强的情况相对应。 与上地壳岩石平均值相比,长江悬浮物的SiO2、CaO、K2O 、Na2O含量较低,而TFe2O3含量较高,反映硅酸盐矿物化学风化过程中部分硅、钾、钠、钙的流失和铁的富集。与全球河流悬浮物和黄河悬浮物相比,长江悬浮物的SiO2、Na2O含量较低,反映长江流域的化学风化作用较强。与长江水系沉积物相比,长江悬浮物的SiO2、Na2O含量较低,而Al2O3、K2O 、MgO、TFe2O3较高,反映悬浮物比较富含粒度较小的粘土与铁质成分。从上游往下游,长江悬浮物中CaO、MgO含量逐渐降低,SiO2 含量逐步升高,与粘土矿物含量增高和碳酸盐含量降低的趋势相对应。 长江悬浮物中Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd含量均高于上地壳岩石的平均含量,可能由这些元素在风化过程优先为粘土所吸附所引起。在攀枝花、宜宾、九江、大通、南京等站悬浮物中发现的铜、铅、锌的高含量,可能均与相关地段采矿活动有关。2005年7月在富顺和长沙发现Cd的高异常值引人注目。悬浮物中Cu、Pb、Zn、Cd的含量较长江水系沉积物的平均含量高出数倍、乃至数十倍,可能反映近年来流域采矿活动加剧,其对流域环境的长远影响值得关注。 长江悬浮物的稀土总量与全球页岩的平均值相比略显偏高。长江悬浮物的REE分布形式于上地壳基本一致,表明长江流域出露的岩石的化学组成与上地壳岩石平均组成没有明显差别,而且岩石风化过程中稀土元素未出现明显分馏。     

钱塘江下切河谷SE2孔全新世沉积物黏土矿物特征及其意义*

通过X射线衍射系统分析了杭州湾地区SE2孔全新世沉积物的黏土矿物组成,结果显示研究层段黏土矿物主要由伊利石、绿泥石、高岭石和蒙脱石组成;伊利石结晶度较好,化学风化指数普遍大于0.5,表明以化学风化为主,且风化趋势自下而上呈递减趋势。通过对比中国东南部主要河流沉积物的黏土矿物组成,认为钱塘江下切河谷全新世沉积物的黏土矿物组成具有较好的物源指示意义: 全新世 Ⅰ 段(即古河口湾和河漫滩)沉积物主要来自钱塘江上游,特征黏土矿物为高岭石,河口外物质贡献不大;Ⅱ 段(即现代河口湾和近岸浅海)沉积物包含较多蒙脱石,表明不仅包括钱塘江上游物质,河口外长江物质也开始进入钱塘江河口。黏土矿物中,高岭石对气候有较好的指示作用:中全新世高岭石含量达到最高值,反映气候最为湿热,化学风化程度最高;晚全新世含量逐渐降低,反映气候逐渐回冷,化学风化强度降低。     

钱塘江下切河谷SE2孔全新世沉积物黏土矿物特征及其意义*

通过X射线衍射系统分析了杭州湾地区SE2孔全新世沉积物的黏土矿物组成,结果显示研究层段黏土矿物主要由伊利石、绿泥石、高岭石和蒙脱石组成;伊利石结晶度较好,化学风化指数普遍大于0.5,表明以化学风化为主,且风化趋势自下而上呈递减趋势。通过对比中国东南部主要河流沉积物的黏土矿物组成,认为钱塘江下切河谷全新世沉积物的黏土矿物组成具有较好的物源指示意义: 全新世 Ⅰ 段(即古河口湾和河漫滩)沉积物主要来自钱塘江上游,特征黏土矿物为高岭石,河口外物质贡献不大;Ⅱ 段(即现代河口湾和近岸浅海)沉积物包含较多蒙脱石,表明不仅包括钱塘江上游物质,河口外长江物质也开始进入钱塘江河口。黏土矿物中,高岭石对气候有较好的指示作用:中全新世高岭石含量达到最高值,反映气候最为湿热,化学风化程度最高;晚全新世含量逐渐降低,反映气候逐渐回冷,化学风化强度降低。     

湘江入湖河段沉积物主元素组成对重金属污染的指示

本次工作利用X射线荧光(XRF)和电感耦合等离子质谱(ICP-MS)分析技术,对湘江人湖河段沉积物进行主元素和重金属元素分析.结果表明,湘江入湖沉积物中主元素含量变化相对稳定,沉积物具有明显亏CaO、Na2O,而富MnO、A12O3的化学组成特征.其化学组成和风化蚀变特征(蚀变指数CIA值大于78)指示流域上游花岗岩为沉积物提供了主要的物源.主元素揭示的沉积物矿物组成主要包括A12O3表征的细粒黏土矿物类和SiO2、Na2O表征的粗粒碎屑矿物类两部分.沉积物中重金属元素含量变化大,重金属综合富集指数EI值自湾河WH (EI=4.7、14.2)向湘阴XY (6.6、5.6)再向屈原农场QN沉积柱(18.4)趋于增大,重金属污染程度自上游向下游趋于增强.重金属污染程度主要与以A12O3为代表的Ⅰ类元素呈正相关关系.预示重金属污染主要与黏土矿物、铁锰氧化物、有机质、及磷灰石等副矿物相关.其中Bi、Pb、Mn、T1等重金属污染更趋于在黏土矿物、锰氧化物、有机质等矿物相中增强,Cd污染可能主要与铁锰氧化物、有机质等有关,U污染则主要与铁氧化物矿物有关,而Cu、Sb污染主要与有机质关系密切.不同的矿物相可能引起不同种类的重金属污染.     

喜马拉雅山中段柯西河跨境流域河流沉积物的矿物和元素特征

本文测定了柯西河流域中尼跨境河段23个河床表层沉积物样品的矿物组分及微量元素含量。结果表明,上、下游沉积物中长石/石英比分别为0.55和0.37,碳酸盐矿物分别以方解石(12%)和白云石(3%)为主,反映上游化学风化强度小于下游;上下游微量元素Zr、Hf、Cs、Li的分布差异与源岩及河流分选作用有关;与其他发源于青藏高原的河流相比,科西河沉积物中∑REE含量总体较高,主要受源区重矿物影响,其中上游∑REE低于下游,与河流分选造成的重矿物分布有关;LREE明显富集及δEu负异常(0.3～0.59)指示沉积物为长英质物源,结合微量元素图解和富集因子分析表明沉积物主要来源于花岗片麻岩,受人为影响较小。     

物源—河流过程—化学风化对松花江水系沉积物重矿物组成的影响

松花江水系作为我国七大水系之一,对其沉积物组成的深入探究对揭示源区控制因素和沉积物的搬运—沉积过程具有重要意义。重矿物蕴含着源岩母岩的重要信息,是解开由源到汇过程和物源示踪的重要工具。为了评估物源、河流过程和化学风化对重矿物组成的影响,我们从松花江水系干流和支流的边滩以及阶地共取32个样品,进行分粒级(<63μm、63~125μm和125~250μm)的重矿物分析。结果表明,松花江水系源区母岩信息在嫩江各支流(诺敏河最为典型)的重矿物组成中得到很好的反映,但在嫩江干流中没有得到反映,这表明物源对重矿物组成的控制受到河流过程的影响。松花江水系的重矿物组成以角闪石、绿帘石、钛铁矿和榍石为主。河流沉积物的重矿物组成主要富集在63~125μm组分,同一河流的不同河段的重矿物组成存在显著差异(巴兰河尤为典型),表明了河流搬运—沉积过程对重矿物组成起到重要控制。哈尔滨松花江T2阶地沉积物(弱风化)的重矿物组成基本保留了现代河流砂特征,讷谟尔河T1阶地沉积物(中等风化)的重矿物受到一定程度的改造,而受到严重化学风化影响的通河松花江T3阶地的重矿物组成已遭受严重破坏,不稳定矿物(角闪石和辉石)以及蕴含的母岩信息已完全消失,表明了重矿物组成明显受到沉积物化学风化程度的影响。由于源—汇过程中重矿物的混合和由此导致的稀释作用,使得沉积物携带的物源信息经过长距离搬运之后逐渐变得模糊。因此,我们认为,在进行河流重矿物源—汇过程研究中,宽粒度分析窗口和足够多的样品数量需要考虑以充分获取源区完整的重矿物组成信息。同时,在利用河流阶地重矿物组成进行源—汇联系和古水系演化研究时,需要首先评估阶地沉积物的化学风化程度。     

黔中小流域水体悬浮物与沉积物微量元素地球化学特征及物源指示

系统探讨了黔中小流域水体悬浮物和沉积物中微量及稀土元素地球化学特征。结果表明,元素含量在河流与湖泊、悬浮物与沉积物之间均存在明显差异。稀土元素北美页岩标准化分布模式大致为轻稀土相对富集的平坦模式,δEu为0.82～1.25,δCe为0.79～1.25,整体变化不大,均表现为弱异常。麦翁河稀土总量与分布模式均发生异常,主要受上游盘龙煤矿影响。悬浮物的∑REE与pH呈反相关关系,而沉积物的∑REE却与pH表现出正相关关系,表明悬浮物与沉积物中稀土元素行为的控制因素不同。元素相关分析、因子分析及微量元素图解均表明悬浮物与沉积物中的元素具有同源性,主要来源于流域岩石化学风化和土壤物理侵蚀的产物,而某些金属元素Zn、Co、Cu、Cr、Ni则来源于周边工矿企业、农业生产等人为排放。本研究丰富和发展了喀斯特地区水体元素地球化学,揭示了小流域化学风化与物理侵蚀过程中的元素特征和物质输送状况,并为该流域的生态环境现状、治理及管理提供了科学依据和基础资料。     

碎屑石榴石地球化学物源分析与解释:粒度的影响

单矿物地球化学分析是沉积物源分析研究的重要手段,运用广泛。沉积物中碎屑矿物的粒度组成,即水动力分选作用,是否影响到基于这种方法的物源解释,目前尚不清楚且受到的关注不多。通过研究柴达木盆地北缘地区第三系沉积物中的680颗碎屑石榴石(0.068~0.557 mm)的主量元素地球化学组成数据,解释了不同粒度的碎屑石榴石物源。结果显示,0.063~ 0.125 mm的碎屑石榴石的地球化学结果中Fe^2+与Mn^2+含量更高,表明其母岩的变质结晶程度较弱,故物源解释结果更可能为中—低级角闪岩相变沉积岩,而其他粒径的碎屑石榴石Ca^2+与Mg^2+含量更高,这说明其物源区的温压条件较前者高,因而物源解释结果为低级变质相,中酸性火成岩,榴辉岩等宽泛结果。这种碎屑石榴石粒度差异导致的地球化学组成的不同,说明碎屑石榴石的颗粒大小在一定程度上会影响物源解释结果。因此,在进行单矿物地球化学物源研究时,选取特定粒径(0.063~ 0.125 mm或0.125~ 0.25 mm)组成的碎屑矿物进行分析,可以消除水动力分选作用的影响,有助于获得更为准确的物源解释结果。     

河西走廊及其毗邻地区地表物沉积元素特征

笔者分析了河西走廊及其毗邻地区的戈壁(石漠)、河流平原(石羊河与黑河流域)、沙漠(腾格里和巴丹吉林)以及祁连山北麓等地表沉积物的元素组成,并对研究区不同地表类型沉积物和洛川黄土的元素组成进行对比。结果表明:研究区不同地表类型松散堆积物之间地球化学特征具有较好的一致性,可能来自于祁连山的高山作用过程,即从祁连山至沉积尾闾的物质搬运导致研究区物源趋于一致;洛川黄土和研究区微量元素以及特征元素配分模式吻合较为良好,暗示了黄土高原的粉尘物质源区可能主要为河西走廊及其毗邻地区的戈壁、河流平原以及沙漠;细粒物质在祁连山向河西走廊的搬运过程中,物质经过一定程度的风力和水力分选,造成粗颗粒物质富集。因此,戈壁、河流平原和沙漠地表细粒物质风化指数较祁连山坡麓沉积物偏低。其中,腾格里和巴丹吉林沙漠又经受风力作用,中值粒径最大、风化指数最低。     

四川雅安地区古冲积扇主量元素特征及其意义

第四系是与人类生活关系密切的地层,山区地带的第四系主要由河流沉积物组成,这些沉积物的表面风化程度具有重要的环境意义。四川省雅安市地区发育了中更新统砾石层构成的古冲积扇名邛冲积扇和丹思冲积扇,现今废弃于岷江与青衣江之间,遭受了不同程度的侵蚀风化。对两个冲积扇不同位置采集样品,尝试利用主量元素分析冲积扇的风化程度。经过实验发现,主量元素分析可以很好地应用于第四系的测试,砾石间填充的基质砂能够合理反映沉积物经历的风化过程。实验结果表明,沉积物主量元素中长石矿物元素Ca、Na大量流失,而稳定矿物元素Si、Ti等偏高,说明冲积扇经历了长期的风化淋溶作用。A-CN-K图解体现出冲积扇经历了早期的斜长石风化,已经进入以钾长石和伊利石风化为标志的中期阶段。Pettijohn图解表明名邛冲积扇样品含有更多的石英砂岩,沉积物的成熟度较高。这些指标说明名邛冲积扇相比丹思冲积扇经历了更强的风化作用。结合冲积扇的年龄发现,风化速度随年龄的增长呈现减速的特征,体现了风化作用的阶段性.     

长江流域沉积物黏土矿物组合特征及物源指示意义

通过X射线衍射方法系统分析了长江流域(干流和主要支流)表层沉积物(及部分表土)的黏土矿物,结果显示:长江流域黏土矿物主要由伊利石、绿泥石、高岭石和蒙脱石组成,伊利石含量最高,蒙脱石含量最低;长江干流上、中、下游黏土矿物含量基本一致,支流表现出明显区别,与流域不同的源岩类型和风化强度相对应.长江干流伊利石结晶度和化学指数...