库姆塔格沙漠沉积物特征与沉积环境研究

摘要

库姆塔格沙漠是我国第六大沙漠，因气候极端干旱，自然条件极其严酷，直到本世纪初才开展了专门的科学考察和研究，是我国最后一个也是最晚进行科学考察和研究的沙漠。截至目前，对该沙漠沉积物特征的研究仍不系统，尤其是对沙漠的形成发育和古气候过程方面的研究还相对薄弱。前期的考察发现，库姆塔格沙漠广泛分布天然露头地层剖面，沉积类型多样，且地层中古风成砂分布较多，是研究干旱区沙漠形成演化的理想场地。
　　本论文基于野外考察与观测，较为系统采集了库姆塔格沙漠地表沉积物样135个和沙漠南部梭梭沟上游段典型露头地层ZH剖面沉积物样257个，通过沉积物粒度、地球化学和矿物组成特征与环境的分析，阐明库姆塔格沙漠地表沉积物的粒度、地球化学元素组成与分布特征;经物源分析，进一步探明了库姆塔格沙漠风成砂的物源;结合地层剖面的沉积构造特征，建立了沉积物粒度和地球化学不同气候代用指标的古气候记录序列，揭示了库姆塔格沙漠一定历史时期形成发育的古环境和古气候过程。论文得出以下主要结论:
　　(1)库姆塔格沙漠地表风成砂的粒径分布范围较大介于-1～10φ，但主要集中分布在1～3φ，总体上以细砂为主，其次是中砂和极细砂，平均粒径2.25φ(0.21 mm)，风选相对较差（平均σ=0.65）;粒径自西南向东北方向有所粗化，是长期经主风向东北风或偏北风蚀积分选的结果;经物源环境分析，地表风成砂物源沉积环境有风成、冲洪积和河湖相沉积，属近距离搬运。
　　(2)库姆塔格沙漠地表沉积物化学组成以Si和Al为主，Si含量除东部外呈不同程度的富集特征;Ca仅在东南和南部区域上有一定程度富集，其它主量元素Al、Fe、Mg、K、Na均呈亏损特征;主量元素含量在空间分布上有一定的差异，Si和K与纬度呈显著正相关关系，Fe、Ca、Mg则与纬度呈显著负相关关系，其空间上的差异性是物源沉积环境不同所致。微量元素中W、Sn、U、Bi、Br、Th、Co、As、Pb、Ni、Ga、Cu、Y、Sr、Hf、Rb、Zr呈富集特征，其中W、Sn、U、Bi、Br和Th富集程度较高。经SiO2/Al2O3比值分析，地表沉积物的成分成熟度由南到北增高。
　　(3)基于沉积学、地球化学和矿物组成的物源证据分析，进一步证实库姆塔格沙漠属“就地起沙”，物源主要来自阿尔金山的岩石风化碎屑物。经物源示踪特征值Sr/Ba判别，地表沉积物物源在南北上并不相同，中南部主要来自下伏冲洪沉积物，经历了由冲洪积粘土质细砂或粉砂→砂质粉砂→粉砂质细砂→细砂→风成细砂的蚀积和分选过程;沙漠北部（40°12′11″N以北）主要来自罗布泊东侧阿奇克谷地至玉门关一带河湖相沉积物。沙漠北部区域地势较低且以风蚀为主，将不断接受的来自阿尔金山的冲洪积物和风力从北侧邻近区域搬来的河湖相沉积物再经风力作用又源源不断地向南搬运到沙漠南部。
　　(4)结合梭梭沟ZH剖面OSL地层年代学分析和比对全球气候变迁，认为ZH剖面是第四纪末期以来的地层沉积，对冰后期以来的古气候有很好的响应记录，且对末次亚冰期的结束、新仙女木事件和全新世大暖期均有响应记录;层位3845 cm是末次亚冰期的终止线，标志着末次亚间冰期的开始，气候由冷增暖。依据粒度和地球化学气候代用指标在ZH剖面中的变化特征将库姆塔格沙漠自第四纪末冰后期以来的古气候过程划分为六个阶段:由冷湿→冷干→温干→温湿→暖湿→温干直至现代的干旱气候过程。
　　(5)依据库姆塔格沙漠下伏第四纪地层剖面沉积相构造及风成砂在剖面中的分布特征分析，沙漠演变的模式存在空间上的差异性，南部边缘山麓地带风成砂主要是覆盖在洪积砾石或冲洪积砂之上，中南部沙漠主体以风成砂与冲洪积砂、粉砂互层叠覆为特征，北部则以风成砂与河湖相砂和粘土互层叠覆为特征，沙漠形成发育首先从西南部开始，之后不断发展扩大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题依据与研究意义

1．2 国内外研究现状与发展趋势

1．2．1 沉积物特征与环境指示意义研究

1．2．2 沙漠第四纪研究

1．3 论文拟解决的科学问题与研究思路

1．3．1 拟解决的关键科学问题

1．3．2 研究总体思路

1．4 本研究的特色与创新

第二章 研究区概况与研究方法

2．1 研究区自然地理环境与地质概况

2．2 样品采集

2．2．1 地表沉积物

2．2．2 剖面地层沉积物

2．3 典型剖面描述

2．4 研究方法

2．4．1 沉积物粒度分析

2．4．2 沉积物元素地球化学分析

2．4．3 矿物组成分析

2．4．4 地层年代学分析

2．5 数据处理分析

第三章 库姆塔格沙漠沉积物粒度特征与环境

3．1 地表沉积物粒度分布特征与环境分析

3．1．1 粒度组成与分布特征

3．1．2 粒度参数与分布特征

3．1．3 粒度所反映的沉积环境

3．2 ZH剖面粒度分布特征与环境分析

3．2．1 剖面粒度组成

3．2．2 剖面粒度参数特征

3．2．3 剖面粒度记录的古环境分析

3．3 小结

第四章 库姆塔格沙漠沉积物地球化学特征与环境

4．1 地表沉积物化学元素组成、分布特征与环境

4．1．1 化学元素组成

4．1．2 主量元素分布特征与环境分析

4．1．3 微量元素分布特征与环境分析

4．2 ZH剖面地球化学特征与环境分析

4．2．1 化学元素组成与主成分分析

4．2．2 不同沉积物元素组成特征与环境指示意义

4．2．3 化学元素垂直分布与气候变化

4．3 小结

第五章 库姆塔格沙漠物源与沉积环境

5．1 物源分析

5．1．1 沉积学证据

5．1．2 地球化学证据

5．1．3 矿物学证据

5．2 ZH剖面沉积环境与古气候过程分析

5．2．1 气候代用指标的选取

5．2．2 气候代用指标记录的古环境与古气候过程

5．3 剖面沉积相特征与沙漠的形成发育

5．4 小结

第六章 讨论和结论

6．1 讨论

6．2 主要结论

6．3 研究展望

参考文献

附录

在读期间的学术研究

致谢