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论文利用高分辨率激光粒度仪MS2000对不同地区风成沉积(黄土、沙漠沙)、水成沉积(湖泊、河流、河漫滩、海滩沙)、风水两相混合沉积、风化壳、坡积物等沉积物细粒部分的粒度分布特征进行了系统、深入研究。总结了不同水成、风成及其它类型细粒沉积物多组分粒度分布特征及其组分间差异,并讨论了其成因机制。试图通过沉积物粒度的这些特征来判别风成、水成及其它沉积物的成因类型,鉴别不同沉积物的沉积形式,为区分不同的沉积环境提供参考依据。通过大量样品的对比研究,本论文取得了以下认识:
1.沉积物粒度一般有多个组分,表现为多组分粒度特征,其受控于搬运介质的性质、动力强度和搬运方式等因素。
2.风成沉积物受大气动力强度影响,从沙漠沙到黄土其优势组分的粒径逐渐变细;水成沉积物受水动力强度影响,从河流沙到湖泊其优势组分的粒径也逐渐变细。但由于空气的粘滞系数小于水,故水里的相应组分比风里的组分要粗。
论文重点建立了各种典型沉积物粒度分布特征:
(1)黄土粉尘粒径以小于75μm的悬浮组分为主。粒度分布曲线存在细、中、粗(中值粒径范围分别为<1μm、1-10μm、10-70μm)3个组分,粗粒组分含量最高,峰形最明显,其受控于源区距离、空气动力强度等。个别样品还存在一个中值粒径为300-500μm的跳跃组分。黄土粒度蕴含了粉尘搬运过程中的大气环境信息,是粉尘搬运过程中风力、湍流和颗粒重力共同分选的结果,与风速、大气湍流强度和粉尘源区距离等有关。粗、中粒组分中值粒径近似反映了源区起尘时和沉降区降尘时近地表大气动力(湍流)强度的变化。
(2)沙漠沙粒度由一个极其明显的粗粒跳跃组分构成,中值粒径一般位于100-300μm,该组分含量最高,峰形最明显,分选性极好,多以众数粒径为轴对称呈标准对数正态分布。此外部分样品在细粒部分还存在含量极微、与黄土粉尘类似的悬浮组分。与河流沙粒度相比,同属跳跃组分,但分选性较河流沙好,该特点是鉴别风成沙漠沙与水成河流沙的标志之一。
(3)湖泊沉积物粒度最多可有6个组分(中值粒径范围分别为<1μm、1-10μm、10-70μm、70-150μm、150-400μm,>400μm),其中前4个组分属悬浮组分,其余为跳跃组分,分选性差。可分为湖滨相、过渡相和湖心相三类,这三相粒度分布特征均有明显差异,同时又存在良好过渡关系,其中第③组分是流域内风成作用强弱的判别标志。湖滨相以悬浮组分为主,有时也含有部分跳跃组分,第④组分占主导优势。过渡相中第④组分含量随着距湖心距离的靠近而减小,但第②组分含量却明显增加。湖心相以第②组分占主导优势。该组分是识别湖心相的标志之一,该组分百分含量越高,指示沉积物越靠近湖心。
(4)河流沉积物粒度分布曲线较复杂。主要由悬浮组分、跳跃组分和滚动组分构成。其中跳跃部分构成的粗粒组分含量高,而较细的悬浮组分含量虽不多,但与沙漠沙相比细粒部分(<75μm)含量明显偏多。河流沙粒度分布特征蕴含了水动力强弱信息。根据水动力强度分为水动力弱、一般、强三种类型,若水动力条件较弱以则第④组分为优势组分,若水动力条件较强,则以第⑤或第⑥组分为优势组分。
(5)其它类型沉积物根据后期改造程度差异而不同程度地保留有原始成因粒度特点,但较复杂,区别有难度,本文讨论了风成被水改造、水成被风改造、风化壳、坡积物等类型的粒度特征并判别了其成因机制。
3.沉积物粒度特征区别:
(1)组分差异:风成沉积物一般只有悬浮和跳跃组分。其中黄土粉尘以第③组分为优势组分,而沙漠沙则以第⑤组分为优势组分,因此通过优势组分范围很容易区别黄土、黄土一沙漠过渡带以及沙漠沙样品;水成沉积物一般有悬浮、跳跃和滚动组分。其中湖相沉积物以第②(湖心相)或第④(湖滨相)组分为优势组分,河流沉积物则以第⑤或第⑥组分为优势组分。
悬浮组分:风成沉积物悬浮组分最大粒径仅为75μm,沙漠沙悬浮组分含量很低或者几乎没有。而水成沉积物的悬浮组分最大粒径可达150μm。其粒径范围的变化反映了搬运介质动力强度的差异。
跳跃组分:沙漠沙跳跃组分粒径波动小且高度分选;而河流砂跳跃组分粒径变化范围较大且分选性差。
(2)黄土粉尘与湖相沉积:同属悬浮组分,但粒度分布特征差异明显。湖相悬浮组分中第②组分与第③组分之间有明显的凹谷,而与第①组分之间平缓过渡,而黄土粉尘无此特点。湖相第②组分可成为含量最高的组分,而黄土中只有第③组分才是含量最多的组分。湖相第②组分与第③组分百分含量呈现此消彼长关系。
(3)沙漠沙与河流沙:同属跳跃组分,粒度分布特征也有相当的重叠,但差异也很明显。沙漠沙第⑤组分峰窄、分选性极好,而河流沙第⑤组分波动范围较大,分选较差。跳跃组分分选性差异是沙漠沙与河流沙很显著的标志之一。
(4)湖相与河流相:湖相粒度分布最多可有6个组分,以悬浮组分为主。其中湖心相一般只有第②组分,湖滨相以第④组分为优势组分。如有跳跃组分出现,则指示强降水事件的发生,河流相沉积物主要为跳跃组分(滚动组分不考虑)。同为水成沉积物,粒度差异可能是水动力强弱造成的。
4.利用湖泊粒度第②、③、④组分关系建立了粒度的水深估算模型。
5.讨论了松辽盆地东部古环境演化历史。认为末次冰期4万年以前松辽盆地有过一次构造运动,其后黄土开始在榆树地区堆积,黄土粉尘来源于科尔沁等沙地。最近两千年以来,环境恶化,风沙加剧。