论文部分内容阅读
人口分布密集区的自然灾害,尤其是洪泛灾害的研究是当今社会发展十分关注的热点问题之一。洪溃沉积的空间分布与特点蕴藏着大量历史文献未涉及的环境变化信息,如何从现代科学研究的角度,定量揭示洪泛区的洪溃规律和特点的研究工作,能够为洪溃灾害的中长期治理规划提供科学依据,在提高社会防灾治灾的能力与降低治灾防灾成本方面具有重要意义。
本课题以江汉平原长江中游三处钻孔(江陵 ZK-1钻孔、潜江 ZK-2钻孔、天门 ZK-3钻孔)样柱剖面数据为基础,运用第四纪地质学、现代沉积学的有关理论与方法,结合现场与室内模拟实验,构建了洪溃与无泥砾区沉积特征空间分布理论模式,并依据所建模式对适用钻孔的洪溃沉积特征进行了沉积旋回、剥蚀特点等方面的分析。此外,选取江陵ZK-1钻孔11种具有代表性的地球化学环境指标,推演了江汉平原相关时段的气候变化。取得的进展与认识有:
(一)沉积旋回序列理论模式建立与应用
运用第四纪地质与地层学理论方法,并辅以现场与室内模拟实验,总结钻孔各地层沉积物粒度和色调的变化规律,构建了辅助洪溃地区与无泥砾区近代沉积地层沉积旋回序列划分的理论模式,并予以应用。
(1)洪溃沉积旋回序列划分理论模式。此理论模式应用江陵ZK-1钻孔剖面数据,将沉积环境变化过程分为溃积期、进积期、峰积期、退积期和静积期五个阶段。从宏观上将沉积物粒度划分为4级,色调划分为5级。参照所建理论模式,对江陵ZK-1钻孔的10个沉积旋回进行了分析:除XH7与XH10外,其余沉积旋回在粒度与色调变化上均与理论模式相吻合,XH1、XH2、XH3旋回序列完整连续,XH4、XH5、XH6、XH8出现不同程度的沉积间断。
(2)无泥砾区沉积旋回序列划分理论模式。综合天门ZK-3钻孔地层沉积特征,构建了无泥砾区沉积旋回划分的参考理论模式。沉积环境变化阶段共划分3个阶段:进积期、峰积期、退积期。着重对沉积物色调进行了划别区分,共分为3级。借助此理论模式,将天门ZK-3钻孔24层地层划分为8个旋回过程。此钻孔各沉积阶段保存较好,连续性较强,XH1、XH3、XH5、XH6均可反映完整的沉积旋回过程,XH2、XH4与XH7出现缺失现象。
(3)通过洪溃泥砾空间分布特征现场模拟实验,根据泥砾的位移状况,将洪溃泥砾区域分为两个区:成砾区与分布区。水流经溃口处后,主流呈弧状弯曲流动。成砾区在空间形态上呈条带状,组合成波状扇形。成砾区的范围大小受坝高与水动力条件的影响,堤坝越高,水动力越强,成砾区的范围越大;反之范围越小。
(二)江汉平原地区环境变化推演
利用江陵ZK-1钻孔沉积物采集样品中Al、Mg、Na、Ca、K、V、Ni、Zn、Pb的含量值、地质背景值、衬度系数和K/Na、Ca/Mg比值11种地球化学参数的沉积变化特征,推演了沉积物形成时期内气候变化过程,并将其划分为以下五个阶段:19.9~13.85m,“干冷-暖湿-干冷”间的交替变化;13.85~11.5m,气候变化同19.9~13.85m段,但暖湿期,气温获得较大幅度的升高,降水也明显增加:11.5~5.9m段,气候变化趋势表现为“干凉-暖湿-干凉-暖湿”的交替;5.9~3.8m,“暖湿-干凉-暖湿”间的交替;3.8m~表层顶部,气候呈变冷变干趋势。
基础成果:
1、根据江陵ZK-1钻孔、天门ZK-3钻孔数据,运用地层学理论,建立了适用于洪溃区与无泥砾区的沉积特征空间分布理论模式,并运用所建立的理论模式,推测江陵ZK-1钻孔、天门ZK-3钻孔各沉积旋回的缺失状况。
2、依据沉积旋回划分标志与所建理论模式,对潜江ZK-2钻孔、天门ZK-3钻孔进行了沉积旋回的划分与分析。
3、通过模拟洪溃时期洪流对泥砾的冲击状态,查明了洪溃区域的构成、成砾水流特征、成砾区形态、成砾区范围等洪溃区泥砾空间分布特征参数。
4、利用江陵ZK-1钻孔采样沉积物中Al、Mg、Na、Ca、K、V、Ni、Zn、Pb、K/Na、Ca/Mg11种地球化学元素指标数据,通过对其的统计与处理,结合各指标随气候变化的特征,反演了江汉平原一定时期内的环境变化过程。
由于笔者知识水平、时间、收集的数据有限,论文仍存在许多不足和有待深入研究之处,主要体现在:
(1)潜江ZK-2钻孔与天门ZK-3钻孔剖面描述较江陵ZK-1钻孔略显粗略,不够细致。
(2)针对洪溃地区、干涸湖泊、无泥砾区地层沉积旋回划分理论模式构建方面的研究甚少,本文部分研究为首例,加之笔者水平有限,因此所建模式目前只可作为旋回划分的辅助依据,在某些方面可能存在争议或不妥之处。
(3)江陵ZK-1钻孔土壤样品采集略显稀疏,且缺少重要的测年数据,因此无法详尽了解全球重大气候变化事件在江汉平原地区沉积环境变化上的具体响应。