近年来,国际贯通大河的流域发育历史和沉积演化越来越引起国际地学界的兴趣和关注,尤其是发源于青藏高原流经东亚地区和南亚地区最终注入大陆边缘海的几条国际性大河。作为青藏高原与大陆边缘海之间的连接通道,这些大河流域的形成与演化历史对青藏高原隆升和亚洲地形格局演化以及研究青藏高原与边缘海之间的物质流、能量流交换具有重要的研究意义。而在这些大型河流中,长江以其庞大的支流系统,复杂的地质背景,强烈的人类活动等,成为研究此区域河流演化最具代表性的河流。对长江形成与演化的研究,始于上世纪初,经过百余年的研究发展到今天,物源示踪成为研究长江形成与演化最重要的技术手段,如元素地球化学物源示踪,同位素地球化学物源示踪,碎屑单矿物物源示踪等。但是纵观前人研究成果,不同的物源示踪方法得出的结论之间存在着差异。目前普遍认为造成这种现象的原因主要是与所采用物源示踪手段存在的局限性有关,所以,采用更多的物源示踪方法对长江形成与演化的历史进行多方法的综合研究成为研究者们的共识。因此,本文的目的就是基于“源-汇”系统思想对石英ESR法在长江流域沉积物源示踪中的有效性和可靠性进行方法探索和实例应用分析研究。考虑到沉积物颗粒粒径对沉积物源示踪结果的影响作用,首先对所采集的长江流域现代表层沉积物粒度特征进行了测试分析。因此,本论文的主要内容和结论主要包括以下几个方面:第一部分,长江流域现代表层沉积物粒度组成特征研究长江流域不同河段及其主要支流的沉积物颗粒粒径主要集中在125~500μm之间,约占样品总体含量的80%;其次是<125μm的悬浮颗粒粒径,含量超过10%;>500μm的粒径组分含量最少,不到10%。长江干流沉积物有“沿程细化”的趋势,越往下游,颗粒粒径越细,分选越好,颗粒粒径越趋于均一化、集中化。第二部分,长江流域不同石英ESR信号心衰退特征研究1.石英ESR信号心光晒退结果显示:长江流域河流沉积物Al心信号在300h以后达到稳定的残留值;各Ti心ESR信号可在较短时间内(最长需要250 h)完全晒退;E’心信号强度在开始前的16 h内呈现快速增长的趋势,在32-230 h范围内达到最大值,并在400 h达到稳定的增长,大约是初始信号的2.5倍,这一现象是在国际范围内首次发现。2.河流石英E’心热活化ESR信号特征研究显示:在200℃以下,石英E’心信号强度的增长幅度很小,几乎没有变化;在200-500℃之间,随着温度的升高,信号强度表现出急速增加和快速消减;高于500℃后,信号消失。石英热活化E’心信号强度的最大值出现在300℃左右;同时,我们也观察到不同的石英样品其E’心信号的最大值会出现在不同的(如330℃)加热温度。第三部分,石英ESR法物源示踪方法探索性研究1.通过对不同形成年代基岩及其沉积物石英E’心ESR信号进行热活化,结果表明:(1)不同形成时代的石英热活化E’心信号强度不同,具有很好地可识别性;(2)河流石英热活化E’心ESR信号与源岩的形成年龄具有很好的相关性;(3)在石英热活化E’心与石英年龄的线性关系拟合中,300℃是最佳的热活化温度。在误差范围内,300℃和330℃的结果具有一致性,与前人研究结果一致;(4)河流沉积物石英热活化E’心ESR信号强度可以很好地对应于源岩石英热活化E’心ESR信号强度,具有很好的“源-汇”系统对应性。因此,石英热活化E’心是一种具有潜力的河流系统物源示踪剂。2.通过对长江流域不同岩性的小河流域内石英自然E’心信号强度的分析,结果显示:(1)不同类型基岩的石英自然E’心信号差异明显,即变质岩﹥沉积岩﹥花岗岩及其石英脉;(2)不同源岩的沉积物的石英自然E’心信号差异明显,可以很好地指示石英的源(基)岩类型;(3)从源到汇的过程中,河流系统的石英自然E’心信号会随着搬运距离的增加而增强;(4)不同岩性岩石的混合比率会影响混合后石英的自然E’心信号强度;(4)石英自然E’心信号强度是一种潜在的定量分析小河流域沉积物源的指标。第四部分,石英ESR法在长江流域沉积物源示踪中的应用探索1.通过对长江流域不同河段及其主要支流现代表层沉积物石英各ESR信号强度特征的分析,结果显示:(1)石英自然E’心信号强度、石英热活化E’心信号强度以及石英低温信号心信号强度比值在长江的不同干流河段及其主要支流之间都具有良好的空间分异特性,特别是上游地区总是处于石英ESR信号强度的低端元值区域,而中下游地区永远处于石英ESR信号强度的高端元值区域;(2)长江流域不同河段及其主要支流现代表层沉积物石英自然E’心ESR信号强度和低温信号心(Al心VS Ti心)比值可以很好的反映其流域内不同的源(基)岩类型及其组合特征。(3)长江流域不同河段及其主要支流现代表层沉积物石英热活化E’心ESR信号强度对其流域内源(基)岩的形成年代具有很好的响应。以形成年龄老的岩石为主的流域其沉积物石英热活化E’心ESR信号强度较大;而出露地层年代较新的流域其沉积物石英热活化E’心ESR信号强度较小。(4)石英热活化E’心和石英结晶度相结合的物源示踪方法是一种有效的大河流域沉积物源示踪方法;石英热活化E’心和自然E’心相结合也是一种具有潜力的大河流域沉积物源示踪方法。2.石英ESR法示踪长江流域沉积物源示踪结果显示:(1)总的来说,长江上游地区是长江干流的主要物质供给源区,而下游的鄱阳湖流域和洞庭湖流域对长江干流物质的贡献不大,这与前人的物源示踪结果相一致。(2)在上游地区中,干流攀枝花至南溪段,支流雅砻江和支流嘉陵江对干流物质的贡献较为明显;与前人研究结果相比,支流岷江对长江干流的物质贡献减小,这可能是与大渡河流域广建发电大坝从而大大减少了对岷江泥沙的供给有关。(3)在下游地区中,汉江流域比鄱阳湖流域和洞庭湖流域对长江干流的物质贡献明显,这与野外观察和前人研究也非常相似。3.位于江汉平原西部丘岗区的宜昌砾石层的物质主要来源于三峡以西的长江上游地区,是三峡贯通的直接沉积。石英Ti-Li心ESR测年结果显示宜昌砾石层堆积于0.73-1.12 Ma之间,由此可得出三峡贯通的年代应不晚于1.12 Ma。综上所述,石英ESR信号强度既可以指示源岩岩性特征又可以指代源岩形成年代的特性使其成为一种具有潜力的河流沉积物源示踪方法。石英ESR法物源示踪多信号心间的综合对比研究既提高了物源示踪的准确性,又使其成为一种简单、高效的物源示踪方法。此外,随着陆相沉积物石英ESR法测年理论和实例研究的广泛应用,也使得石英ESR法物源示踪在地质历史时期沉积物源示踪研究当中展现出了较好的应用潜力。但是,要想将该方法应用到大河流域的物源示踪研究还有待进一步的深入探索与研究,如:方法上,我们首先需要厘清石英低温信号心(Al心VS Ti心)ESR信号强度与其所对应的元素丰度之间的关系;应用上,我们应该先将该方法在小河流域的物源示踪有效性进行探索和研究,在建立起可靠成熟的理论基础之上再将其应用到大河流域系统的沉积物源示踪研究。