干旱区内陆河流域中游地区全新世沉积相变与环境变化——以石羊河流域为例

中国干旱区内陆河流域中游地区分布了大量晚第四纪河、湖相交替的沉积地层,这些沉积物被广泛用于古气候和古环境重建。然而,以往的研究较多关注沉积物的理、化、生指标,而忽略了沉积相变的古环境意义,这可能使古环境重建结果产生偏差。针对这一问题,选取干旱区典型内陆河——石羊河中游地区的JDT全新世沉积剖面,进行年代学、沉积相、岩性和粒度的研究,并与该区域已有的HSH全新世剖面的地球化学和古生物指标进行对比,在分析沉积相的基础上讨论二者的环境代用指标,重建石羊河中游地区全新世的古环境。两个剖面在年代和岩性上具有很好的一致性,指示了石羊河中游地区约8500 cal yr BP-3000 cal yr BP以来的沉积过程。两剖面从底部到上部可分为六层:河流相沉积(F层)——河湖相沉积(E层)——湖相沉积(D层)——浅湖—风成沉积(C层)——风成沉积(B层)——风成沉积(A层),代表了不同沉积相及其转换过程。综合讨论沉积物岩性、沉积相和各种古环境代用指标认为:石羊河中游地区的沉积相体现了从河流相到湖相再到风成沉积物的变化过程,指示了全新世的干旱化过程。这与以往研究中认为石羊河流域全新世气候变化具有波动性的观点存在一定差异。因此,在研究沉积相变化的基础之上讨论沉积物的物理、化学和生物指标的含义,而非简单地研究这些指标的数值,是干旱区流域性气候变化对比研究的新视角。     

河西走廊花海古湖泊早、中全新世湖水盐度变化及其环境意义

通过对花海古湖泊沉积剖面8.42~0.405 m沉积物样品的矿物和化学元素测定,分析了沉积物中盐类矿物含量及化学元素K/Na比值的变化情况,结合已有的年代地层结果,重建了花海古湖泊10.47~5.5 cal ka BP湖水盐度变化. 结果表明：花海湖泊全新世湖相沉积阶段中,除个别层位以硫酸盐类矿物沉积为主外,早全新世(10.47~8.87 cal ka BP)和中全新世(8.87~5.5 cal ka BP)均以碳酸盐盐类矿物沉积为主,并且早全新世时期K/Na高于中全新世时期,揭示了早全新世时期湖水盐度高于中全新世时期. 这一结果与该湖泊沉积过程所揭示的湖泊水位变化、粒度等揭示的有效湿度变化具有一致性,表明花海湖泊早、中全新世湖水盐度的高低可以指示其湖泊水位的变化,并间接反映了有效湿度的变化. 结合花海湖泊晚全新世湖泊萎缩、气候干旱的特点,该区域早、中、晚全新世气候干湿变化变化模式可以概况为早全新世降水增强、气候呈现由干向湿的转变,中全新世有效湿度最大,晚全新世气候干旱. 这种全新世气候干湿变化模式有别于西风区,亦与季风区不完全相同,呈现出了一种季风-西风过渡带全新世气候干湿变化的模式.     

晚冰期以来河西走廊花海古湖泊演化过程及其对气候变化的响应

通过分析河西走廊花海古湖泊沉积物中的盐类矿物组成,结合年代序列,重建了花海晚冰期以来湖泊演化过程及其对气候变化的响应。结果表明：晚冰期及新仙女木时期,花海湖泊以芒硝沉积为主,属硫酸盐型湖泊,湖水的盐度较高且周期性波动频繁;全新世早期（10.47 cal ka BP以前）,湖泊以洪泛堆积和风成沉积为主,揭示了湖泊萎缩、甚至干涸;全新世早期至全新世中期（10.47～8.87 cal ka BP）盐类矿物以碳酸盐沉积为主,为碳酸盐型湖泊,湖水淡化,湖泊水位开始逐渐回升;全新世中期（8.87～5.50 cal ka BP）盐类矿物呈现一定的波动变化,其中,8.8 cal ka BP 时期盐类矿物以硫酸盐沉积为主,湖泊由碳酸盐型转化为硫酸盐型,湖水咸化,盐度升高;随后盐类矿物以碳酸盐沉积为主,湖泊由硫酸盐型转化为碳酸盐型,湖水盐度降低、湖泊扩张;全新世中晚期（5.50 cal ka BP以来）出现沉积间断,表明中晚全新世时期湖泊逐渐萎缩。在全新世期间,花海湖泊千年尺度演化过程揭示了该区域气候干湿状况受亚洲季风和西风共同控制的影响。     

猪野泽中全新世干旱事件时空范围和机制

以亚洲季风边缘区石羊河流域终端湖猪野泽为例,结合最新的沉积物年代、岩性、指标及古湖泊岸堤研究结果,从时间和空间尺度上探讨了猪野泽中全新世干旱事件时空范围和机制。从空间上对比了猪野泽中全新世地貌及沉积物岩性和指标,并配合石羊河中、上游地区的中全新世沉积剖面进行研究。在时间尺度上分析了猪野泽和石羊河流域近百个全新世测年结果,最终得出猪野泽地区在8.0~7.0 cal ka B.P.期间存在百年尺度的干旱事件,而不是以前研究提出的距今7000~5000日历年期间2000 a尺度的干旱事件,并且这次极端干旱事件影响范围主要在石羊河中、下游地区,对石羊河上游地区影响较小。根据时空尺度分析对猪野泽中全新世干旱事件机制进行讨论,结果表明这次干旱事件主要是由流域气候条件特征和水热配比改变所引起的,而不是以前研究提出的亚洲夏季风减弱导致。     

全新世青藏高原及周边典型湖泊演化模拟

湖泊在区域水循环和生态系统演化中起着重要作用。在以往的湖泊演化研究中多利用湖泊沉积物代用指标重建湖泊与气候变化过程,缺乏对湖泊水循环特征的定量研究。基于瞬态气候演变模型、特征时段流域和湖泊水量,以及能量平衡模型,对青藏高原及周边6个典型湖泊进行了水量平衡计算和湖泊演化模拟。结果表明：小柴达木湖和罗布泊全新世期间降水和蒸发的变率较小;色林错和纳木错早中全新世降水和蒸发的变率较大,主要受控于温度和净辐射变化;青海湖和猪野泽早中和中晚全新世降水和蒸发变率接近。系统分析了全新世期间青藏高原不同气候区湖泊水循环要素演化过程,有助于理解该区湖泊演化的古气候学机理。     

腾格里沙漠西北缘湖泊沉积记录的区域风沙特征

对位于腾格里沙漠西北缘的青土湖QTL01剖面进行了沉积物粒度分析,并利用粒级—标准偏差模型,提取出了对沉积环境变化敏感的粒度组分,60~550 μm粒级含量指示了区域风沙活动的强弱,而<60 μm颗粒含量指示了入湖径流量的变化。结合14C测年结果,探讨了10~2.5 Cal kaBP青土湖地区风沙活动和环境演化特征:10～7.8 Cal kaBP,<60 μm组分含量逐渐增加,指示湖区入湖径流逐渐增多,同时60～550 μm组分含量逐渐减少表明湖区风沙活动逐渐减弱,总体上表明了早全新世该区域环境逐渐转湿;7.8～7.5 Cal kaBP,60～550 μm组分含量几乎占该阶段沉积物的95％以上,表明风沙活动极为强烈,区域非常干旱;7.5～5 Cal kaBP,沉积物中<60 μm、60~550 μm的组分含量相对稳定,且<60 μm组分含量达到了10～2.5 Cal kaBP期间最高值,表明了区域风沙活动较弱,气候环境湿润稳定; 5～2.5 Cal kaBP,<60 μm组分含量逐渐降低,而60～550 μm组分逐渐升高,表明了区域风沙活动逐渐加强,入湖径流逐渐减小,指示了区域干旱化的趋势。     

蒸发和环流因素对湖泊演化的影响——河西走廊猪野泽不同位置全新世沉积物古环境意义探讨

湖泊不同位置沉积物重建的古环境变化过程往往具有差异,而这种差异可能揭示了不同的古环境信息.本文以河西走廊石羊河流域终端湖泊猪野泽为例,探讨湖泊不同位置沉积物所代表的古环境意义.位于湖盆边缘的三角城剖面可能反映了石羊河上游地区的降水及其古径流量的变化,这种变化在千年尺度上对应了北大西洋Bond事件,显示该区域通过季风环流系统与全球气候系统的联系.位于湖泊中部的QTH01、QTH02、QTL-03剖面反映了湖泊演化的信息,显示中全新世期间(约7.0-约3.5 cal ka BP)湖泊水位较高的特征,但是这种特征并不能和该流域的古径流相联系,说明该区域湖泊演化除了受千年尺度大气环流特征的影响外,湖泊表面蒸发可能也起了重要作用.该研究为中亚地区普遍存在的中全新世高湖面问题提供了研究思路.     

云南蒙自白牛厂银多金属矿区对门山矿段水文地质特征及涌水量预测

云南省蒙自市白牛厂银多金属矿区位于薄竹山拱褶北西部的北东向短轴背斜北东倾伏端,其中对门山矿段位于该矿区中北部。通过对矿区的水文地质特征分析,采用比拟法与解析法进行矿坑涌水量预测。结果表明：在预测矿井最低排水标高1 595 m条件下,根据已有采集与观测的矿区资料为依据采用的比拟法计算的旱季涌水量为7 798.47 m³/d,雨季涌水量为15 352.99 m³/d;在稳定流条件下采用潜水井的Dupuit公式计算出的旱季涌水量4354.41 m³/d,雨季涌水量8 584.91 m³/d。将计算方法和结果与矿区实际情况进行综合分析后得出,采用比拟法预测矿坑涌水量结果更可靠,可信度更高。     

孢粉浓缩物矿物成分分析及其在孢粉提取方法中的应用

孢粉浓缩物作为孢粉学研究的基础和前提,其纯度直接影响到孢粉学研究结论的准确性。干旱区湖泊沉积物孢粉浓缩物中残留的不溶矿物颗粒,对孢粉鉴定、分析和测年等造成干扰。明确不溶颗粒的矿物成分,探讨孢粉提取过程中化学反应作用机制,对完善于旱区湖泊沉积物孢粉浓缩物提取方法有重要意义。本文选取石羊河下游终端湖——猪野泽地区沙坑井(SKJ)和九驼梁(JTL)剖面湖泊沉积物及相应层位孢粉浓缩物,进行矿物成分对比研究,结果显示:全样和孢粉浓缩物的矿物成分均以石英和硅酸盐类矿物为主;孢粉浓缩物中矿物组成更为多样,硅酸盐矿物种类与全样差异较大,这可能由于石英与硅酸盐类矿物和氢氟酸反应,在溶液中产生了大量硅酸根、含氟金属络合阳离子和金属阳离子所导致。两种阳离子通过与硅酸根结合,或与原有硅酸盐矿物发生置换反应,使孢粉浓缩物中出现了全样中不存在的硅酸盐或碳酸盐矿物。孢粉浓缩物中较多的矿物种类也可能与样品总量减少有关,因为微量矿物的含量会因其他矿物的大量减少而增加,从而在浓缩物中得以表现。此外,全样矿物与氢氟酸反应后会生成硅凝胶物质,有可能会阻碍酸与样品的进一步反应,使孢粉浓缩物中存在未能完全反应的石英和少量碳酸盐类矿物。因此,干旱区湖泊沉积物孢粉提取过程中,应当慎用氢氟酸,在充分分散样品后,选择适当比重的重液浮选去除大部分石英和硅酸盐类,再使用氢氟酸多次处理,是完善干旱区湖泊沉积物孢粉浓缩物提取方法的有效途径。     

河西走廊盐池晚冰期以来沉积地层变化综合分析——来自夏季风西北缘一个关键位置的古气候证据

盐池位于祁连山北麓的河西走廊中段,是研究长时间尺度亚洲夏季风影响区北部边界变化的关键区域。现代气候学证据显示,亚洲夏季风的水汽输送限于祁连山东部地区,但是在全新世长尺度气候变化的背景下,夏季风西北边界是否会南北向移动是一个关键的科学问题。本研究对盐池古湖泊沉积物进行了孢粉浓缩物AMS14C测年,并分析了岩性、粒度、矿物及地球化学等指标。年代结果显示剖面下部湖相沉积层主要形成于晚冰期和早全新世期间,配合指标研究,该时期盐池沉积物体现了湖泊扩张的特征;剖面中部湖相沉积层主要形成于早、中全新世过渡时期,该段年代序列混乱,且普遍偏老,与之对应的指标结果显示湖泊开始退缩。湖泊退缩过程中,湖泊边缘附近水动力作用较强,导致再搬运及再沉积作用明显,从而使得年代结果较老且混乱。中全新世以来盐池古湖泊退缩明显,沉积速率较低,以泥沼相沉积为主。盐池晚冰期以来湖泊演化过程与青藏高原区和典型季风区的古气候记录具有一致性,整体表现为晚冰期及早全新世湖泊扩张,中、晚全新世期间湖泊退缩明显,这种变化模式与西风区湖泊演化存在差异,显示了千年尺度亚洲夏季风对该区域的影响,证明了夏季风北部边界摆动的事实。