末次冰期东海嵊山岛黄土粒度端元分析及其环境意义

【目的】东海岛屿晚更新世风尘黄土堆积是我国黄土在东部长三角及外延海域重要的拓展,深化这一区域风尘黄土沉积的物源特征和后期演化问题研究,对于认识晚更新世区域古环境变化尤为重要。【方法】在OSL测年和磁化率测试基础上,基于东海岛屿典型风尘黄土剖面(嵊山岛黄土)的粒度分析,开展了粒度组成的端元分析,探讨了其蕴含的古环境信息。【结果与结论】嵊山岛黄土沉积可提取出3个粒度端元(EM1~EM3),进一步分析发现EM1可能代表通过高空西风气流传输的远源黏粒组分,EM2可能代表以浮尘形式远距离悬浮搬运并随风力减弱而沉降堆积的细粉砂组分,EM3可能代表冬季风驱动下的近地表短距离搬运堆积的粗粉砂组分。粒度端元分析结果表明,高空西风输送的黏粒端元组分和远距离悬浮运移的浮尘端元组分可能是沉积剖面主要粉尘来源;综合年代学结果、百分频率磁化率和颗粒中值粒径等参数分析,认为东海嵊山岛黄土沉积过程在MIS3阶段先后经历暖湿—冷干—暖湿的旋回波动;并且,所记录的MIS3阶段气候波动以及MIS2阶段末次冰盛期和冰消期的古环境变化同深海氧同位素和古海平面变化趋势相对应,说明东海陆架区域该时期环境演变与全球性气候波动相协同。

杭嘉湖平原ZK3钻孔沉积物粒度端元分析及其气候-海平面响应

杭嘉湖平原位于海陆交互的长江三角洲地区,极易受到海平面升降和极端气候事件的影响,对全球环境变化十分敏感。应用非参数化粒度端元分析模型提取杭嘉湖平原ZK3岩芯沉积物的端元组分,分析其物质来源;并结合植物藻类和磁化率指标全面揭示各端元组分对区域全新世气候-海平面变化响应。结果表明:(1)EM1(16.4 μm)主要为洪泛沉积物,EM2(35.3 μm)主要为湖相沉积物,EM3(58.9 μm)则为海相沉积物;(2)杭嘉湖平原8000 a BP以来的气候-海平面变化大致可分为四个阶段:约8000—6200 a BP,受东亚夏季风影响,气候温暖湿润,海平面上升并趋于稳定,区域内同时受到海洋和陆源输入影响,发育海陆过渡相沉积;约6200—4800 a BP,气候趋于干凉化,陆地面积扩大,沉积环境转变为河流为主的洪泛沉积;至4800—3100 a BP,气候回暖,海平面略有回升,发育为湖相沉积;3100—140 a BP,气候趋冷干化,海平面下降,广泛发育为泛滥平原沉积环境。

基于参数法的西汉帝陵封土土壤粒度端元分析

利用土壤粒度分布特征和端元模型法,对西汉帝陵封土土壤粒度数据进行了分析。研究结果表明,帝陵封土土壤粒度频率图和累积图与典型黄土的基本相似,且各土壤粒度参数都在典型黄土对应的参数值范围内。在土壤粒度数据中分离出四个端元组分,分别为EM1(0.88μm)、EM2(3.96μm)、EM3(8.50μm)和EM4(22.43μm)。其中,EM1为成壤组分;EM2和EM3对应西风气流作用下高空长距离悬浮粉尘堆积,但EM2和EM3百分比呈极显著负相关关系,表明二者沉积方式不同;EM4则对应冬季风作用下近地面短距离悬移粉尘堆积。EM4百分占比最高,表明近地层冬季风是粉尘搬运的主要机制。西汉康陵封土在2000多年来,有不到5%的风成粉粒受到了风化成土作用,但可能由于地表径流的侵蚀作用而低估了成土作用。本研究进一步证实了帝陵封土是由地质历史时期形成的风成黄土夯筑而成。

广西三娘湾准残留沉积——来自端元分析和稀土元素地球化学的证据

残留沉积能够记录海进海退的关键信息,也是恢复古地理的有力证据。在2019年10月的海洋地质调查中,在三娘湾海域>10 m水深区域识别出一套含砾的沉积物。在粒度分析和地球化学测试的基础上,利用端元分析模型和稀土元素判别图解分析其形成原因及物质来源。结果表明,三娘湾沉积物的信息可以由4个端元(EM)来表示,EM1代表了钦州湾往复潮流的特征,EM2为大风江河口高能的冲刷环境,EM3代表了残留沉积与波浪的混合作用,EM4代表了残留沉积的原始河流沉积。稀土元素特征表明,残留沉积具有低稀土总量、高ΣLREE/ΣHREE的特点。经过上地壳稀土元素标准化后,显示出明显的δCe正异常和δEu负异常,表现出砂页岩、砂岩来源的特征,与钦州湾东北部的近岸沉积具有相似的特征。综合分析表明,三娘湾准残留沉积是北部湾地区最后一次大规模海进的残留产物,受到海流和潮流的后期改造,这为北部湾地区古海岸线识别和演化研究,提供了关键信息。

粒度端元分析在环境演变中的应用——以克里雅河尾闾KYN22剖面为例

基于AnalySize软件包中的参数化(Gen.Weilbull分布函数)EMA、非参数化EMA以及基于遗传算法提出的BasEMMA 3种粒度端元法对塔里木盆地内部克里雅河尾闾圆沙三角洲古河道剖面(KYN22)沉积物粒度分布进行端元分离及解释。结果表明,参数化EMA端元分析法结果更适合该剖面;克里雅河尾闾圆沙三角洲古河道剖面沉积物粒度组分可分为3个端元,EM1代表在河流水量较少、河流流速很慢或者发生静水沉积的组分;EM2代表在河流水量和流速相对于EM1较大的环境下沉积的组分;EM3代表风沙环境沉积的组分。说明克里雅河尾闾KYN22剖面底部为风沙环境,其他部分为河流沉积与风沙堆积共存且以河流沉积为主的环境。

东海内陆架沉积气候信息的端元分析模型反演

应用沉积物粒度端元分析模型对在东海内陆架泥质区取得的30号柱样的高分辨率粒度数据序列进行了反演,分离出3个端元,根据端元的频率分布特征和已有研究结果,认为3个端元可能为现代陆源细颗粒物质(EM1)、现代陆源粗颗粒物质(EM2)和风暴带来的残留沉积区再悬浮物质(EM3),并对本区域的水动力环境进行了分析,认为分离出的端元EM1和EM2的比值EM2/(EM1+EM2)序列可以反映东海沿岸流强度的历史变化,进而反映东亚冬季风强度和中国温度波动的历史。该序列与观测到的近百年来东亚冬季风强度记录、竺可桢的中国温度波动曲线以及葛全胜的中国东部冬半年温度变化序列有很好的对应关系。得出的气候指标序列在竺可桢给出的公元600—1100年高温期间的780—920年出现了一个极小值区,为许多作者推测的公元780—920年出现一个短暂的冷期提供了佐证;另外该序列近百年来变化幅度明显,反映了人类活动的影响。

“灰成分端元分析法”及其在聚煤环境分析中的应用

“灰成分端元分析法”是以SiO2 -Al2 O3 、CaO -MgO及Fe2 O3 -SO3 分别作为三角图端元进行聚煤环境分析的一种新方法。其原理是 :灰成分与煤中矿物质种类与含量具有成因上的相关关系 - -据SiO -Al2 O3 端元特征 ,可以判断介质的总体运动方向 ;由CaO -MgO端元特征 ,可以判断泥炭沼泽受海水影响的程度 ;由Fe2 O3 -SO3 端元特征 ,可以判断聚煤环境的氧化还原条件。该方法用于研究河东煤田 10 # 煤的聚煤环境 ,收到了良好效果 ,证明其不失为传统聚煤环境分析方法的一个有益补充。

南流江河口水下三角洲表层沉积物端元分析及其沉积动力环境意义

沉积物粒度分布特征可揭示沉积动力环境。基于广西南流江河口水下三角洲的粒度分析数据,采用Folk分类法进行分类,应用端元分析对其粒度数据进行分解,探讨了南流江河口水下三角洲的物源和现代沉积动力环境。结果表明,研究区表层沉积物可划分为9类,其中含砾沉积物5类,不含砾沉积物4类,沉积物类型与河口环境动力特征相吻合。端元分析结果显示,研究区有5个不同类型的端元,分别代表着5种类型的沉积物动力环境:端元1反映了风浪和潮流对表层沉积物的动力作用;端元2指示了外海涌浪对表层沉积物的作用过程;端元3代表了南流江冲淡水引起的表层沉积物的输运;端元4代表了大陆架残留沉积物;端元5为干扰端元,可能是由于工程建设等人类活动所引起的。利用端元分析探讨复杂环境(如小型山溪性河口)下的沉积动力环境时,一方面需要综合考虑研究区域的物源与环境动力特征;另一方面可以结合参数拟合、粒径趋势分析等研究手段。

端元分析在长江武汉段古洪水识别中的应用

端元建模分析能够从具有复杂粒度分布特征的沉积物中提取出代表不同沉积动力过程的端元,进而对区域古洪水期进行揭示。以具有代表性的长江堤后湖泊ZK145钻孔晚第四纪沉积物为例,采用特征向量旋转算法对该钻孔粒度资料进行了端元建模分析。结果显示,可分离出4个具有明确地质意义的端元:EM1代表河流冲积砂;EM2代表经流水作用的细砂;EM3、EM4代表静水湖泊沉积。利用钻孔中粗粒端元组分(EM1、EM2)的含量结合磁化率指标,在湖相沉积阶段(22.9~3 m)识别出了9期特大古洪水。端元分析为长江堤后湖泊的古洪水研究提供了一种新的思路和方法,同时为古洪水的反演创造了条件。

渤海湾西岸CZ01钻孔沉积物粒度端元分析及其气候—海平面变化响应

沧州地区位于海陆交互的渤海湾西岸,易受到海平面变化和极端气候事件的影响,对于全球气候变化的响应十分敏感。应用非参数化端元分析模型将沧州地区CZ01钻孔中更新世晚期以来的沉积物粒度划分出6个端元并分析其物源,结合已有地质记录,揭示不同时间尺度下各端元对气候—海平面变化的响应。结果表明:(1)EM1(5.01μm)主要为远源的风尘输入,EM2(13.18μm)和EM3(39.81μm)为古黄河所携带的沉积物,EM4(69.18μm)和EM5(138.04μm)为海相沉积物,EM6(275.42μm)可能指示古洪水等极端气候事件。(2)深海氧同位素(MIS)Ⅰ阶段,气候温暖湿润,EM4+5含量指示渤海海平面整体呈波动上升的趋势并逐渐接近现代海平面。该阶段内由于11.5 ka BP左右的新仙女木事件以及5.1 ka BP左右冷干事件的发生,渤海海平面在稳定上升状态后出现停滞或小幅下降的现象;而在9.5 ka BP、7.5 ka BP、5.8 ka BP和1.7 ka BP左右,东亚夏季风增强导致降水增加,渤海海平面升高。(3)MISⅥ阶段北半球气候冷干,150~132 ka BP左右因喜马拉雅运动减弱造成的区域沉降中心转移致使渤海海面升高。MISⅤ阶段气候波动剧烈:在间冰期暖期(5a、5c和5e)气候暖湿,渤海海平面上升;而MIS5b和5d时期渤海海面高度较低。MISⅣ阶段较MIS5a末期海平面突然下降后趋于稳定,期间出现若干次小规模海侵事件,可能与东亚夏季风频繁变化有关。MISⅢ阶段至末次冰盛期海平面大幅度下降且存在周期性升降变化,并在46 ka BP左右出现大规模海侵事件。MISⅡ阶段较MISⅢ阶段海平面出现小幅度下降,为低海平面时期;伴随15 ka BP左右冰盛期的结束,东亚夏季风增强,海平面开始上升。渤海海平面180 ka BP以来的变化记录与北半球乃至全球范围内的地质记录存在一致性,与太阳辐射波动引起的冰川消融及东亚夏季风变化密切相关。

淮河上游桐柏县卢庄SWD粒度端元分析

通过沿着淮河上游详细的野外调查,在桐柏县卢庄村附近淮河北岸发现了全新世黄土-古土壤剖面夹有古洪水滞流沉积层.对剖面进行详细观察和分层采样,在实验室内进行粒度分析.对所获得的分析数据,应用端元分析模型分离出4个端元,以识别沉积动力环境,鉴别特大洪水事件的沉积学记录.不同的地层单元具有不同的端元组合特征,各个端元皆能够很好地指示沉积动力环境和物源特征.其中端元1可能指示了沉积物在沉积后受到次生风化作用强度特征;端元2可能指示了生物成壤过程和农业耕作活动等对沉积物的后期影响;端元3可能代表了沉积过程中受到风成动力作用的特征;端元4比较明确地指示了特定物源条件下流水动力环境.将端元分析与野外沉积学宏观特征相结合,在此全新世地层剖面鉴别出6次特大古洪水事件.通过沉积物粒度端元分析,表明该模型在鉴别沉积动力环境和物源特征方面具有很好的作用,对于从河谷黄土古土壤剖面鉴别古洪水滞流沉积物具有很好的效果.

基于粒度端元分析的甘肃天水全新世古泥流沉积事件研究

应用端元模型分析法对天水赵家崖(ZJY)全新世黄土-古土壤剖面粒度数据进行反演,分离出4个端元组分.结果表明,由于古泥流是在流水作用下对黄土物质搬运沉积的产物, ZJY剖面野外观察发现及室内>0.1 mm颗粒筛选判定的3期7次泥流事件均表现为上层端元1相对富集,而下层端元4富集的现象,反映了泥流沉积物的正粒序特征.通过与淮河上游卢庄村古洪水SWD粒度端元分析对比发现, ZJY剖面古泥流端元组成更为复杂,且分选更差,反映出古泥流与古洪水SWD搬运沉积动力的差异,进一步证明ZJY剖面野外观察发现的3期共计7次泥流事件的真实存在.

宣城向阳剖面网纹红土粒度端元分析及指示意义

对宣城向阳剖面的109个网纹红土样本做粒度分析和地球化学元素分析,并对粒度数据采用合适的端元分解方法,将各端元与地球化学指标在深度上进行了对比。结果认为:端元法可以把代表此区域3种不同动力的沉积端元(EM)分离出来,并可以定量地分析各自所占比重及各个阶段每种动力各自的沉积变化。EM1明显指示着对原有沉积物的成壤改造作用;EM2可能代表着东亚冬季风作用下经远距离悬浮搬运并在湿润的宣城地区沉积而受到化学风化影响的组分;EM3则比较明显地代表着受东亚夏季风作用下的化学风化及近源搬运作用。各端元在深度上的变化过程一定程度上揭示了区域气候背景的变化信息,为更进一步的气候变化研究及网纹红土中网纹成因研究提供了一种新的思路。

汉江上游罗家滩剖面晚更新世以来沉积物粒度端元分析

通过对汉江上游旬阳段开展野外考察,在罗家滩(LJT)发现夹有古洪水滞流沉积层(slackwater deposits,SWD)的风成黄土-古土壤剖面。对采集的沉积学样品进行粒度分析,利用Gen.Weibull函数分布的参数化端元模型反演得出4个端元,结合吸湿水等环境替代指标分析,探讨了各个端元所指示的不同沉积动力环境和物质来源。结果表明:在黄土层和土壤层中,EM1代表的主要是沉积物沉积后在亚洲夏季风影响下,经历强烈风化成壤作用形成的次生黏土矿物组分;EM2代表高空西风和东亚冬季风翻越秦岭而搬运的远源细粉砂组分;EM3代表山谷风从河谷中分布的河流沉积物和坡积碎屑物中以低空短距离形式搬运而来的粉尘物质,并且受到后期气候变化控制下的淋溶作用影响;EM4则代表山谷风从近源的河流沉积物和坡积碎屑物中搬运而来的粗颗粒物质。在古洪水SWD层中,EM1、EM2和EM3主要来源于汉江上游暴雨洪水侵蚀搬运的河谷两岸分布的表层沉积物;而EM4则明确代表河流特大/大洪水环境下搬运沉积的粗颗粒悬移质泥沙。该成果能够为区域环境变化研究提供指导和借鉴。

长江武汉段天兴洲低滩沉积物粒度端元对河流-风成沙丘沉积环境的指示意义

河床沙波向风成沙丘演变的过程具有特殊的沉积动力机制。笔者等以68份长江武汉段天兴洲洲头低滩沉积物的粒度分布数据为例,利用端元分析方法从每个粒度分布中分离提取4个粒度端元组分(EM1、EM2、EM3和EM4),探讨了河流—风成沙丘不同沉积环境中粒度端元的异同。研究结果表明:EM1和EM3组分在粒度分布中占比与沉积物粒度中值分别呈较好的线性正相关和负相关;河流沉积物主要由EM1、EM2和EM3组成的跳跃方式搬运,对应滚动次总体的EM4组分占比5%~10%,少悬浮搬运;风成沙纹沉积物主要包括两段跳跃次总体,以EM2组分为主、EM1和EM3组分为辅,少EM4组分;沙丘背风面沉积物主要靠颗粒流顺坡滑塌,以EM2组分为主、EM1和EM3组分为辅,含占比约为5%的EM4组分;未被风成沙纹覆盖的沙丘波谷沉积物记录了河流和小型滞水洼地的沉积特征,代表滚动次总体的EM4组分占比7%~15%,悬浮次总体占比可达20%。本文提取的沉积物粒度端元为弱风环境中河道内局部小型河流—风成沙丘的沉积环境和演化过程研究提供了参考。

青海湖湖东地区近32 ka BP以来风沙沉积的粒度端元特征及环境意义

青海湖湖东地区出露典型的风成沉积,对气候变化响应敏感,为古气候环境的重建提供了良好研究窗口。本文选取湖东地区厚度10 m的风成砂-砂质古土壤剖面为对象,运用端元分析模型对沉积物粒度数据进行分析,提取对气候变化反映敏感的粒级组分,进一步结合粒度组分、磁化率指标,阐释各端元指示的环境意义以及近32 ka BP以来青海湖湖东地区的环境演化过程。结果表明,大水塘剖面粒度组成以砂粒物质为主,粉砂次之,黏粒最少。剖面的沉积物粒度组分可分解为3个端元:EM1是受冬季风影响的敏感粒径,指示冬季风的强弱变化;EM2指示的是区域环境受风沙作用的强弱,与EM1指示相反,但共同反映冬季风的强弱;EM3指示受区域性低空风系的影响,以尘暴的形式搬运沉积。青海湖湖东地区的环境演化过程可划分为4个阶段:(1)末次冰期间冰阶阶段(32~23.2 ka BP),气候整体较湿润,风沙活动较弱;(2)末次冰期冰盛期阶段(23.2~15.8 ka BP),气候冷偏干,风沙活动增强;(3)末次冰期冰消期阶段(15.8~9.5 ka BP),气候仍以冷偏干为主,冷暖波动,但存在小幅度升温;(4)全新世阶段(9.5 ka BP以来),早期转暖、中期最暖、晚期转凉,气候波动显著。

连云港近岸海域沉积物粒度端元模型分析

为了研究连云港近岸海域沉积物粒度中所蕴涵的沉积信息,利用端元分析模型对连云港近岸海域108个沉积物样品粒度数据进行了反演。结果表明,连云港近岸海域沉积物分布区存在着3个具有一定动力意义的粒级组,代表了不同能量环境下形成的沉积物,并初步探讨了沉积物来源及其演变,这些结果对进一步研究连云港近岸海域沉积环境具有重要意义。

夏季台湾海峡的悬浮颗粒通道：现场粒度端元分析的证据

应用端元分析模型对2010年夏季在台湾海峡海域由现场激光粒度分析仪(LISST)获得的悬浮颗粒现场粒度数据进行了反演,分离出与河口羽流、细粒沉积区、粗粒沉积区颗粒物动力学过程关联的3个悬浮颗粒现场粒度端元类型.应用夏季西南季风盛期各端元含量空间分布结构的分析,可分辨出珠江河口羽流携带的悬浮颗粒穿越台湾海峡进入台湾西部近岸海域的输运路径,观测到河口悬浮颗粒跨陆架输运载体由上层水体到跃层水体的沿程调整,证明了台湾海峡中部细粒沉积区的上层水体为夏季台湾西部沿岸来源悬浮颗粒横跨海峡的输运通道,而中下层水体则为夏季台湾海峡南部粗粒沉积区悬浮颗粒通过台湾海峡进入东海陆架的主要通道.

赣中玉华山泥炭地沉积来源的粒度端元法分析与2000 aBP以来气候环境重建

利用江西玉华山沼泽泥炭地YSH-2钻孔的沉积物进行AMS14C测年,建立年代框架,结合该孔粒度参数、粒级组分、粒级-标准偏差、端元分析法分析,探寻响应气候变化的粒级组分,重建2000 aBP以来气候环境。结果表明,玉华山泥炭地沉积物粒度组成以细粉砂(4~16μm)为主,中粗粉砂(16~64μm)次之;运用端元分析法得出3个端元,其中端元组分EM1代表水动力搬运来的较细组分,指示气候的干湿状况,EM2是反映土壤的成壤改造作用的组分,EM3是突发性的气候变化带来的组分。通过偏差法得出的敏感组分10.473~16.535μm,结合上述3个端元的变化规律,得出近2000 a的干湿变化:(1)0—300 AD阶段,降水逐渐增多,气候由干转湿;(2)300—500 AD气候由湿润转入干旱,但整体较干;(3)500—650 AD气候波动与突发性洪涝灾害都较少,是稳定且持续的湿润期;(4)650—900 AD,气候波动较大,变化频繁,总体偏干;(5)900—1400 AD是较为湿润的时期,其中有100年的频繁波动期;(6)1400—1800 AD为小冰期,此区域的气候变化分为湿-干-湿的3个阶段。