中国北方沙漠/沙地锆石形态特征及其对物源的指示

单颗粒锆石的形态、颜色等特征记录了其母岩结晶过程的温度、压力、结晶介质的化学性质等信息,鉴定不同沙漠/沙地碎屑锆石的晶体形态特征可以指示沉积物的原岩类型,进而可以帮助追溯物源.本文分析了中国北方塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地等6个沙漠/沙地36个地表样品的碎屑锆石形态特征.结果显示,同一沙漠/沙地样品锆石形态特征较为一致,而不同沙漠/沙地样品锆石形态有差异.塔克拉玛干沙漠锆石多为无色或淡紫色,包裹体较少,锆石颗粒锥面较发育,短柱状锆石含量较多,指示该沙漠物质主要来自其北缘天山山脉早中生代碱性花岗岩.巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠锆石形态特征较类似,相比较而言巴丹吉林沙漠锆石多为淡粉色,形态上锥面较发育,较少见到包裹体;而腾格里沙漠锆石颗粒细长柱较多和含包裹体颗粒较多,这两个沙漠物质可能来自其南部中央造山带的变质岩和其北缘中亚造山带早中生代碱性花岗岩.毛乌素沙地多为深色、锥面发育和短柱状颗粒锆石较常见,含包裹体颗粒较多,该沙地物质主要来自其西北孔兹岩带以及北部阴山山脉碱性花岗岩.浑善达克沙地锆石形态似毛乌素沙地,指示其物源与毛乌素沙地类似.科尔沁沙地锆石磨蚀严重,扁柱状锆石颗粒较常见,指示该沙地物质大部分来自其南缘燕山山脉的显生宙浅海沉积岩.本研究表明碎屑锆石形态特征可以指示沙漠或沙地沉积物的源区.     

黄河上游靖远-景泰段全新世古洪水水文学

对黄河上游靖远景泰段峡谷进行系统野外考察,在靖远县金坪村(JPC)发现典型的全新世古洪水滞流沉积物。通过光释光(OSL)测年和与黄河吉县段FJJ剖面进行地层对比,确定这期特大古洪水事件发生在 3 200~3 000 a B.P.,即全新世中期晚期气候恶化转折阶段,对应着我国历史上商末至西周早期。采用古洪水水文学方法恢复古洪水洪峰水位,并且采用比降-面积法计算这一期多次古洪水事件的洪峰流量为 16 110~17 740 m³/s。同时,根据野外调查获得 2012年7月31日黄河上游大洪水的洪痕高程,采用相同参数和方法恢复其洪峰流量,误差仅有 2.7%,表明在该河段对于古洪水水文恢复计算参数选取和计算结果是可靠的。     

青海官亭盆地二方村遗址全新世土壤沉积物地层序列与OSL测年研究

通过野外考察观测,结合土壤学与沉积学多种指标测试分析,在官亭盆地喇家遗址东侧的二方村遗址建立了完整的全新世土壤沉积物地层序列。选择关键层位系统采集年代学样品,应用单片再生剂量法(SAR),进行光释光(OSL)年代测定,结合文化层考古断代,建立了可靠的土壤与沉积物地层年代框架。发现在全新世大暖期温暖湿润气候条件之下,以风成堆积为主的基础上,发育形成了肥沃疏松的黑垆土类古土壤,成为史前人类种植农业开发利用的宝贵资源。但是全新世大暖期后期全球性气候恶化背景条件下,在二方村遗址OSL年龄3940～3780a BP之间,对应喇家遗址~(14)C年龄3850～3600a BP期间,官亭盆地发生多场大地震,加上全球气候恶化致使青藏高原边缘频繁发生强对流天气,造成大规模暴雨山洪泥流事件频繁发生,导致黑垆土发育的突然中断。黄河北岸第二级阶地的肥沃黑垆土类土壤被厚达1.0～4.0 m坚硬贫瘠的红色黏土覆盖。这不仅毁灭了以稷粟类谷物种植为主的喇家村齐家文化大型聚落(4150～3850a BP),也导致土壤与土地资源严重退化。由此可知,从4200a BP开始的全球性气候恶化,对青藏高原东北边缘环境敏感带造成了严重影响,灾害性地表过程造成了黄河第二级阶地土壤土地资源严重退化。这些都成为驱动官亭盆地在3600a BP时期辛店/卡约文化原始农牧混合型土地利用方式形成的重要因素。该研究结果对于深入理解青藏高原东北边缘资源环境演变、自然灾害以及人地关系演变规律等,都具有十分重要的科学价值。     

煤系地层钻探施工技术措施

本文对煤系复杂地层钻进提出了相应的技术措施,主要是钻进方法的选择、钻探设备的选择、钻孔结构、钻具选择、护壁堵漏等方面。通过这些技术措施的实施,顺利地解决了煤系复杂地层的钻进问题。     

黄河流域关中盆地史前大洪水研究——以周原漆水河谷地为例

史前大洪水是中国古代史研究不能回避的重大问题.通过野外考察研究,在关中盆地西部漆水河中游沿河谷阶地上,发现典型的全新世大洪水滞流沉积层,它们覆盖着龙山文化聚落—浒西庄遗址文化层.利用地层分析、磁化率和粒度成分测定、文化遗物鉴定、OSL和14C技术断代,证明在距今4300～4000年前,关中盆地经历了一个洪水期,发生了多次大洪水事件.在大洪水发生期间,漆水河谷沿河第二级阶地面以浒西庄遗址为代表的龙山文化早期（庙底沟二期）聚落和田地被淹没,同时,在更高阶地和黄土台原边沿地带,以赵家崖遗址为代表的龙山文化晚期（客省庄二期）聚落得到迅速发展.结合在泾河和北洛河河谷发现的史前大洪水的沉积学证据,揭示出了龙山文化晚期关中盆地普遍发生大洪水的客观事实.同时,也发现在距今3100～3000年前,即先周在周原＂岐邑＂时期,关中盆地漆水河谷和渭河河谷也曾经发生多次大洪水.这些研究成果,对于揭示区域气候水文变化对于全球变化的响应规律,阐明大洪水事件对于我国远古文化突变和社会转折的影响,具有十分重要的科学意义.     

青藏高原东部黄河切开若尔盖湖盆的沉积证据与年代研究

对青藏高原东部若尔盖盆地内外实地考察,在玛曲瓶颈段黄河二级阶地前沿陡坎,发现了含有古深湖相和古河床河漫滩相地层序列的典型沉积剖面。通过沉积物粒度特征分析和光释光(optically stimulated luminescence,OSL)测年,研究结果表明：① 剖面下部淡蓝灰色古深湖相沉积层为深水厌氧环境下形成的湖相沉积物,而覆盖其上的杂色卵石层夹淡黄橙色透镜状沙层则是古河床河漫滩相沉积物,指示了强动力流水作用过程。这2组地层的不整合接触关系,是黄河切开若尔盖湖盆导致古湖水外泄的直接证据。② 剖面古深湖相沉积层顶部和古滨浅湖相沉积层底部的OSL测年结果表明,古黄河在37 ka BP切开若尔盖湖盆,导致湖水外泄,35 ka BP湖水变浅消失,黄河沟通了若尔盖盆地水系。③ 晚更新世东昆仑大断裂强烈的新构造运动和37 ka 温暖湿润气候的综合影响使得尚处于玛曲断陷谷地草原的古黄河源溯源侵蚀加剧,由西向东在玛曲城南瓶颈段切开了若尔盖古湖盆,导致古湖水外泄,从而沟通了若尔盖湖盆的水系,使之成为黄河源。该研究结果对于深入理解青藏高原东北部河湖水系演变及黄河水系的形成具有重要的科学意义。     

汉江上游庹家湾剖面化学风化特征及其意义

通过对庹家湾黄土剖面元素的分析,揭示汉江上游地区黄土中常量元素的地球化学行为及对气候变化的响应。用X-Ray荧光光谱仪、MS-2型磁化率仪分别测量了庹家湾剖面元素含量及磁化率值,实验结果显示:庹家湾剖面的风成黄土化学成分以SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃为主,三者含量分别为355.83 g/kg、79.62 g/kg、62.64 g/kg;以Ti为参比,Na、Ca、Mg、Si、K表现为迁移淋失,Fe、Al元素相对富集,元素的活动性及其迁移序列为Na > Ca > Mg > Si > K > Al > Fe;Fe和Al元素含量曲线及CIA曲线在228~260 cm（L₁~S₁）和294~370 cm（L₁~S₂）深度处出现明显的峰值,并与磁化率曲线呈现出高度一致性,指示该层化学风化程度明显高于典型黄土,接近于古土壤（S₀）,OSL年龄在27.5~21.5 ka B.P.之间。庹家湾剖面常量元素在剖面的变化,表明在汉江上游地区晚更新世末期的气候并非是持续干燥寒冷,而是存在一定的气候波动,在27.5~21.5 ka B.P.期间风化成壤作用较为明显,气候相对温暖湿润。     

青海喇家遗址土壤序列及史前山洪泥流灾难释光测年研究

位于青藏高原东北部边缘的青海民和官亭盆地喇家遗址,保存着全新世环境变化、人类活动、复杂地表过程演变与突发性灾难事件的记录。关于其史前群发性灾难的成因及发生年代问题,争议颇多,受到国内外学术界和媒体的广泛关注。经过多年来深入彻底的调查研究,在上喇家村南侧、喇家遗址北部区域首次发现完整连续的晚更新世晚期以来黄土—土壤地层剖面。在详尽的土壤与沉积学观察和层次关系分析的基础上,系统性采集样品,进行了光释光测年。由此在黄河第二级阶地风成黄土与黑垆土类土壤为主的区域,建立起了喇家遗址土壤沉积物地层序列与年代框架。结果表明,该剖面从12000 a BP堆积发育至今,从下至上的层序为晚更新世马兰黄土顶部（L_1-1）、全新世早期过渡性黄土（L_t）、全新世中期古土壤（S₀）、近代黄土（L₀）与现代土壤层（MS）。其中在全新世中期古土壤黑垆土层（S₀）之内,OSL年龄3960-3650 a BP期间,发现有3层红色粘土质泥流沉积层插入,记录了3次大规模山洪泥流溢出沟槽、在平坦的阶地表面扩散沉积、掩埋齐家文化聚落而成灾的事件。综合多种断代方法结果,确定这3期山洪泥流灾难性事件分别发生在3850 a BP、3800 a BP、3600 a BP左右。其中第一场山洪泥流在阶地表面大范围扩散过程当中,覆盖了喇家遗址东部区域。这就充分表明,来自于官亭盆地北部第三系红层丘陵沟壑区的暴雨山洪泥流过程,与同时期发生的若干次大地震,共同毁灭了喇家遗址齐家文化聚落的东部区域。这些研究成果,对于深入探讨官亭盆地环境变化与人地关系演变规律、准确理解喇家遗址的形成、史前人类活动、突发性灾难及其毁灭过程问题,具有重要的科学意义。     

晚第四纪科尔沁沙地干湿变化的黄土记录

利用光释光（OSL）定年技术对科尔沁沙地南缘的典型黄土剖面进行了测年,结合两个剖面的磁化率、粒度、有机质含量等气候替代性指标,对沙地古气候及环境变化过程进行了分析。结果表明,晚第四纪科尔沁沙地的古气候经历了万年-千年时间尺度的多次干湿变化,特别是在146.96 ka BP前后、141.98 ka BP左右和107.06 ka BP前后发生过重大转变;相应地,沙地地表植被也经历了干冷多风条件下的干草原、荒漠草原和温暖湿润或温凉稍湿气候条件下的森林草原、疏林草原的多次变化。科尔沁沙地古气候的干湿变化可能是晚第四纪东亚冬、夏季风强弱变化的反映。     

汉江上游郧县五峰段史前大洪水水文学恢复研究

通过深入的野外考察,在汉江上游郧县五峰段多个地点发现全新世古洪水事件的沉积学记录,为恢复史前特大洪水事件的洪峰水位和洪峰流量提供了物质基础。在系统获取河道水文参数的基础上,采用ArcGIS 耦合HEC-RAS模型,推算出其洪峰流量介于42 220~63 400m³/s 之间。对于河槽糙率的灵敏度检验表明,给定糙率变化±25%,模型模拟得到的洪峰流量误差在-10.6%~6.3%之间。这个误差范围远小于采用比降-面积法获得的结果。同时,采用该模型和同样的参数,依据该河段现代大洪水洪痕高程,恢复推算其洪峰流量,其结果与实测数据误差在-3.9%~1.0%之间。与其它方法相比较,这种新方法有效地提高了水文参数选取准确性,使得古洪水水文恢复计算结果更为可靠。本研究为超长尺度大洪水水文学恢复提供了新的途径,也获得了汉江上游万年尺度特大洪水的水文学数据资料,对汉江上游水利水电枢纽工程建设、水资源调度和防洪减灾具有重要的现实意义。