汉江和嘉陵江上游风成黄土物质来源及特征研究

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黄土的堆积与亚洲粉尘系统联系紧密,其来源问题一直是学者研究的重要内容之一。在秦岭以南汉江上游和嘉陵江上游地区的盆地地带,虽分布有大量较厚的黄土,但关于这些黄土的来源问题因研究有限,尚没有统一的认识,论文选择这一问题并从多角度进行了详细研究。论文在对汉江和嘉陵江上游地区进行了野外调研基础后,选择李家河剖面(LJH)和杨家山剖面(YJS)作为两个地区的代表剖面,在实验室对其粒度分布、端元、石英颗粒表面微结构以及常量元素分布进行了深度解析,并与其他地区典型的风成黄土进行了对比。通过对实验数据的详细分析和研究,论文获得了下列认识:(1)汉江上游和嘉陵江上游黄土的粒度特征具有风成堆积物的特征。汉江上游地区黄土的粉砂含量为81.17%,砂含量为6.51%,偏度为0.22,峰度为1.19。嘉陵江上游地区黄土的粉砂含量为76.67%,砂含量为15.11%,偏度为0.28,峰度为1.36。六盘山以西地区黄土的粉砂含量为84.77%,砂含量为7.98%,偏度为0.27,峰度为1.36。通过对三个地区的粒度参数、粒度组成以及粒度自然频率曲线进行详细对比,发现汉江上游黄土、嘉陵江上游黄土与六盘山以西黄土有很高的相似性,结合沉积成因公式,认为汉江上游和嘉陵江上游的黄土为风成堆积的产物。(2)汉江上游黄土—古土壤的主要元素组成基本一致,说明不同时期物源稳定,元素含量的差异主要由风化成壤作用导致。嘉陵江上游黄土古土壤的元素含量变化较汉江上游黄土略大,但主要是由于Ca元素大量淋失导致的。对比汉江上游、嘉陵江上游和六盘山以西地区黄土,三个地区元素组成是相同的,部分元素水平存在一定差异,主要是由于秦岭北侧黄土中,Ca元素大量淋失而导致其他元素含量整体上升。(3)汉江上游和嘉陵江上游黄土中的远源组分是两地黄土中的主要组成成分,且与六盘山以西地区黄土的主要物质来源相同。稳定元素比值(Fe/Al、Ti/Al、K/Al、Mn/Al)能对物源进行有效的示踪,在与六盘山以西地区、青藏高原地区、黄土高原地区黄土以及西部荒漠和中西部沙漠的稳定元素比值进行对比后,发现汉江上游、嘉陵江上游黄土和六盘山以西地区黄土各比值均处于同一水平,而与青藏高原和黄土高原黄土差别明显,以腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠、柴达木盆地为代表的西北荒漠地区是汉江上游和嘉陵江上游黄土的主要物质来源。(4)汉江上游和嘉陵江上游黄土中均存在近源物质成分,但两地黄土中近源物质的来源途径有所不同。对汉江上游和嘉陵江上游以及六盘山以西地区黄土中石英颗粒微结构的研究,发现三个地区石英颗粒均有不同程度的磨圆,并频繁出现碟形坑、小麻坑、上翻节理薄片等典型的代表风成成因的表面结构特征,印证了三个区域黄土的风成成因。在汉江上游黄土中有较多的粗颗粒,在石英颗粒(200~300 μm)表面大量出现V型坑、贝壳状断口、直(弯)撞击沟等典型的指示水成成因的微结构特征,这说明近源物质经过了一定的河流搬运过程,结合地理环境分析,论文认为汉江上游黄土的近源物质应来自附近的汉江河漫滩沉积物。而嘉陵江上游黄土的石英颗粒中,微结构特征主要呈现为风成作用特征,即碟形坑、麻面结构、上翻节理薄片,未发现显著的流水作用特征,这说明嘉陵江上游黄土的近源组分多来源于附近地面的松散物质。
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