鲁北现代洪水沉积物XRF元素扫描特征及其指示意义

2018年8月山东北部弥河流域受台风暴雨影响发生洪涝灾害,通过对洪水淹没区考察,选择弥河及其支流丹河下游新鲜洪水沉积保存完好的地点,获取两根沉积物浅钻MH1、DH2(长度分别为21.5、21 cm,下段为现代土壤),对沉积岩芯进行X射线荧光光谱(XRF)元素连续扫描,结合粒度指标和其他研究成果,探讨现代洪水沉积物元素特征及其在古洪水事件识别中的指示意义。结果显示,Al、Ti、Si、Ca、Fe等元素具有相似的波动特征,相互之间正相关关系显著,信号强度在细粒洪水沉积层出现峰值;Rb元素信号强度与粒度相关性弱,在钻孔中的变化较为稳定,仅在沉积界面处有所降低,可能与岩芯裂隙造成的实验偏差有关;Sr、Zr两种元素显著正相关,且信号强度在洪水沉积层较低。Zr/Rb和Rb/Sr分析结果表明,两者均受控于粒度特征,风化淋溶作用对其影响有待进一步研究,其中Zr/Rb与粒度呈现较强的正相关性,Rb/Sr则与粒度负相关关系显著,且在其他区域洪水地层研究中具有一致结论。Zr/Rb峰值和Rb/Sr谷值对应黏土质洪水沉积,Zr/Rb谷值和Rb/Sr峰值对应粒度粗组分高值的粉砂质洪水沉积,可在古洪水沉积识别中作为参照指标。本研究结果将为利用XRF技术识别古洪水沉积提供有力参考。

1953-2010年黄土洼天然淤地坝内洪水沉积物粒度旋回特征

利用137 Cs断代技术进行沉积物的测年,结合1953年以来的降雨资料,对黄土洼天然聚湫坝淤地的水成沉积物粒度旋回特征进行了分析。结果表明,坝淤地4m沉积物是在近百年内形成的,物源比较单一,主要为洪水沉积物;降雨是影响沉积物粒度的主要因素;淤地坝内洪水沉积物粒度以粗粉砂为主,中砂含量很少,没有粗砂;沉积物剖面具有良好的沉积层理,剖面粒度旋回至少记录了42次较大的洪水事件,不同期次洪水沉积物之间粒度变化明显,反映了该区近百年内年流域侵蚀和降水量的变化。

渭河咸阳段近代洪水沉积物粒度特征分析

粒度是沉积物中各种粗细颗粒的机械组成,可以用于洪水沉积环境和物质运动方式的判定。通过对渭河咸阳段河漫滩沉积状况野外调查和53个样品的粒度资料分析,研究了渭河咸阳段的洪水沉积物粒度特征,分析了粒度组成、粒度参数和粒度频率曲线等粒度特征资料,探讨了渭河咸阳段洪水变化和沉积环境。研究结果表明,渭河咸阳段河漫滩北堡子剖面近30 a来洪水沉积厚度为2.16 m,主要粒度组成中砂粒级的含量最高,颗粒较粗,分选较差。根据粒度特征资料分析,渭河咸阳段河漫滩沉积物发育较好,变化明显,能够较清楚地指示渭河近30 a来发生的约13次洪水的变化。

渭河咸阳段近代洪水沉积物粒度分形特征研究

对渭河咸阳段高漫滩沉积物的粒度分形进行了研究。首先确定沉积物粒度分布具有分形特征的无标度区,然后计算出分维数。在无标度区范围内相关系数R2均大于0.95,沉积物粒度平均分维值为2.12,说明沉积物粒度分布具有很好的分形特征。将分维值作为一种新的沉积物粒度分析参数,与其传统粒度参数如平均粒径、标准偏差(σ)、偏度(SK)、峰度(KG)进行比较,利用SPSS软件分析Pearson相关系数,得出粒度分维值与其平均粒径的相关系数为0.807,与其标准偏差的相关系数为0.707,与其峰度的相关系数为0.675,与其偏度的相关系数为0.112。分析结果表明,沉积物粒度分维值与其平均粒径、标准偏差、峰度呈现明显的正相关关系,与其偏度呈现出并不明显的正相关关系。

河流古洪水沉积物的判别方法研究

古洪水沉积物的判别在不同流域缺乏统一的判定方法。在总结已有判别方法的基础上,提出一套较为完整的判别方法,即对样品进行野外特征分析、年代分析、重矿物分析、粒度分析,再利用福克公式进行判定,综合比较后确定古洪水沉积,并将其应用于某山区型河流古洪水沉积物判别中。结果表明,古洪水沉积物样品与现代洪水沉积物在重矿物组成上基本一致,但组成的含量比现代沉积物低;粒度分析中的中值粒径、分选系数和偏态系数均较为接近,粒组含量与现代洪水沉积相比较大,古洪水沉积物满足福克公式中河滩沉积物的判别标准。该方法能较好地运用于实际河流中,可为进一步完善古洪水沉积物判别体系提供借鉴。

姚江流域现代特大洪水沉积物粒度及磁性参数特征

2013年10月受"菲特"台风的影响,浙江余姚境内的姚江流域发生了特大洪水。通过系统采集不同河段高、低河漫滩及泛滥平原的沉积物样品,开展粒度分析和磁性测量,探讨了该地区特大洪水事件在沉积物粒度及磁性参数方面的表征特征。研究表明,沉积物粒度组成以粉沙为主(平均58.72%),黏土次之(23.27%),沙最少(18.01%),主体成分为黏土-沙质粉沙;从低河漫滩、高河漫滩到泛滥平原,沉积物粒度具有变细趋势,但差别不大;频率曲线表现为较宽的单峰,略显正偏;概率累积曲线较为平缓且均为两段式。入城段与城区干流段沉积物中磁性参数χ、SIRM呈现高度的相关性,表明磁性矿物主要由亚铁磁性矿物组成,较高的χ_(ARM)表明沉积物中含有较多的稳定单畴亚铁磁性矿物。区域横向对比结果表明,余姚洪水沉积物在粒度结构上可与同时期形成的嘉兴地区的洪水沉积物作比较,也与良渚古城附近、杭州平原广泛发育的"黄粉土"相近,而与杭州湾高潮滩沉积物明显不同。

鲁北丹河现代洪水沉积物地球化学特征及古洪水识别意义

2018年8月,山东北部丹河流域受双台风影响,发生特大洪灾,考察洪水淹没区,于弥河支流丹河西侧河漫滩上,取得现代洪水沉积物短钻DH1(长21 cm,含土壤层),对岩芯进行X射线荧光光谱扫描,并结合粒度指标进行相关统计分析.结果显示:(1)钻孔Fe元素平均信号强度最高,洪水沉积层元素信号强度与土壤层存在显著区别,既受沉积相控制,又受粒度影响强烈;(2)DH1岩芯元素分为5类,第1类元素为Mg、Fe、Ti、Al、Si,洪水沉积层信号强度总体低于土壤层;第2类为Sr和Zr元素;第3类为Zn元素;第4类为Ca元素,洪水黏土沉积层出现信号强度峰值;第5类是Rb元素;(3)洪水沉积层元素信号强度与中值粒径存在显著相关关系;(4)ρ(Zr)/ρ(Rb)比和ρ(Rb)/ρ(Sr)比在洪水黏土沉积层分别出现谷值和峰值,土壤层和洪水粉砂层数值则接近,因而单独依靠其比值变化特征识别洪水沉积层存在局限性,需结合其他指标综合研判.

黄河上游靖远金坪段全新世古洪水沉积物特征

通过对黄河上游靖远-景泰峡谷段进行系统地全新世古洪水沉积学和水文学考察,确定金坪村剖面含有一组14层古洪水滞流沉积层。同时在该河段多处发现2012年大洪水洪痕和滞流沉积物的尖灭点。对两种沉积物进行采样和分析测试,结果表明古洪水滞流沉积物粒度成分分类为粘土质粉沙和细沙质粉沙。其粒度分布集中,分选性良好,与现代大洪水滞流沉积物完全相同,明显不同于晚更新世马兰黄土和全新世中期古土壤。这些特征表面他们是黄河上游古洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下缓慢沉积的产物,记录了黄河上游靖远-景泰峡谷段一期14次特大古洪水事件。该剖面全新世古洪水滞流沉积物的磁化率很低、烧失量小、Ca CO3含量低,与现代洪水滞流沉积物对应指标相似。说明这组古洪水滞流沉积物在沉积之后很快被坡积石渣土覆盖保存,没有受到地表风化成壤作用的影响。并且经过OSL测年,本期特大古洪水事件发生在3 200—3 000 a B.P.,这些研究结果对于揭示黄河上游特大洪水沉积物性质和泥沙来源、开展黄河流域全新世古洪水水文学研究,揭示黄河上游洪水水文泥沙过程对于全球变化的响应规律具有重要的意义。

汉江上游晏家棚段古洪水沉积物粒度空间分布特征

对汉江上游流域进行了深入的地层学及地貌学调查,在郧县河段河流一级阶地上覆黄土-古土壤沉积剖面中发现了典型的古洪水沉积层。对其进行了系统采样和粒度分析,结果表明,古洪水沉积层的粒度在空间上有明显的变化。水平方向上,相同层位的粒度自然分布曲线、概率累积曲线和平均粒径基本相同;垂直方向上,从上向下粒度自然分布曲线、概率累积曲线和平均粒径明显不同,粒径逐渐变细。水平方向上的粒度特征说明,古洪水同层位的样品可以相互替代;垂直方向上的变化与前人在泾河以及渭河流域等地研究发现的古洪水沉积层呈从下向上逐渐变细的沉积模式不同,说明古洪水沉积层的沉积模式并非只有一种,而是存在多种沉积模式,这种变化可能与洪水过程有关。

洪水沉积物对长江中游洪泛区土壤钾素营养的影响

本文对比研究了长江中游几类洪泛区 (江心洲、洲滩和圩垸等 )的洪水沉积物和剖面土壤的钾素营养状况。结果表明 ,相对于洪泛区耕层 (表层 )或剖面土壤的钾素状况 ,洪水沉积物的覆盖能丰富表土的钾素营养 ,显著增加表土的速效钾和缓效钾含量 ,且速效钾的增幅大于缓效钾 ,而对全钾无明显影响。沉积物对土壤钾素状况的影响与其颗粒组成、有机质含量、CEC和土地利用方式等因素有关。沉积物和土壤的钾素状况与粘粒含量 (<0 0 1mm)呈显著正相关 ,与砂粒部分呈负相关 ;有机质和CEC对土壤钾素的有效性有一定影响 ;

渭河流域全新世古洪水滞流沉积物地球化学特征

对渭河流域野外实地详细调查,在渭河中游发现了具有典型古洪水滞流沉积物(SWD)的全新世黄土-古土壤沉积剖面。根据地层学对比和OSL测年,确定渭河流域在3200-2800aB.P.发生了特大古洪水事件。对沉积物地球化学特征分析表明,SWD为典型的古洪水滞流沉积物,各化学元素和氧化物的变异系数大,元素数据分布较为分散;Fe2O3、Al2O3、Ba、Cr、Cu、V、Rb含量高于S0和L0,SiO2、Zr含量低于S0和L0;化学元素粒度效应表明,SWD粒径小、粘粒强,是在滞流环境的水动力条件下沉积而成;通过气候指标Rb/Sr和Ba/Sr分析,认为古洪水滞流沉积物(SWD)记录的3200-2800aB.P.的特大古洪水事件,是在全新世大暖期结束之际,因夏季风减弱、气候系统不稳定、降水变率较大所导致的。

长江宜都段全新世古洪水滞流沉积物研究

对长江中游地区进行详细的野外调查,在长江宜都段剖面发现3层古洪水滞流沉积物(SWD)。综合全新世地层关系对比、文化遗物和光释光(OSL)技术测年结果,确定这三期古洪水事件分别发生在950～850aB.P.,750～650aB.P.,550～350aB.P.。结合野外宏观特征和粒度成分以及地球化学元素的测定分析,结果表明:现代土壤、近代黄土和古土壤的沉积物性质是粘土质粉沙,而古洪水SWD是沙质粉沙。古洪水SWD的峰值集中,分选性好,中值粒径和平均粒径偏粗且沙级颗粒含量偏大。古洪水SWD的Fe2O3、MnO、Rb/Sr和残积指数明显偏低,这与其粘粒含量少有关;而Na2O、CaO、Sr含量和残积指数偏高,这与其很少受到风化成壤影响,且沙粒含量高有关。

黄河兰州段2018年汛期沉积物的磁学特征研究:对古洪水重建的启示

现代洪水沉积物的沉积学特征研究是开展古洪水重建的一项基础工作.2018年黄河汛期洪水沉积物在兰州体育公园形成了一道天然堤.对该天然堤剖面的岩石磁学研究显示:沉积物中的磁性矿物既有磁铁矿,又有赤铁矿/针铁矿.磁化率、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁、S-ratio和L-ratio等参数在剖面上没有明显变化,指示2018年洪水沉积物源区、磁性矿物的种类和含量变化不显著.剖面下部(66~110 cm)沉积物的磁化率各向异性(AMS)椭球最大轴偏角集中分布(K 1-Dec=22.8°±10.3°),上部(0~64 cm)沉积物的磁化率最大轴偏角在上半平面内随机分布;下部沉积物的磁性矿物粒度指标(X_(ARM)/X和X_(ARM)/SIRM)和天然剩磁(NRM)强度低于上部;指示洪水沉积物的下部和上部分别形成于2018年黄河二号和三号洪水期间.由于二号洪水流量及水位陡升陡降、持续时间短,三号洪水水位升降相对缓慢、持续时间长;造成了两次洪水沉积物的AMS特征、X_(ARM)/X、X_(ARM)/SIRM以及NRM强度差异.本研究揭示洪水沉积物的磁学参数能够灵敏地响应不同水动力条件和持续时间的洪水期次,从而具有高分辨率区分洪水事件的潜力.

黄河流域古洪水研究进展

分析黄河流域古洪水研究近20年研究成果,从古洪水事件识别、古洪水水位恢复、古洪水发生年代、环境考古等方面回顾了古洪水研究新进展。指出黄河流域古洪水研究中存在的主要问题,提出主要趋势:各个学科之间交叉合作,使用多种方法重建古洪水事件,运用"3S"技术建立黄河流域古洪水计算的水力学模型,开展室内模拟试验的定量观测,古洪水沉积物测年方法的适宜性选择,加强区域间古洪水事件的相互对比。

汉江旬阳至白河段万年尺度洪水流量恢复比较研究

对汉江上游旬阳至白河段基岩峡谷进行了详细的野外调查,在全新世黄土地层中发现了古洪水滞流沉积层。综合野外宏观特征和粒度分析,并与现代洪水滞流沉积物的对比,判定是典型的古洪水滞流沉积物。通过全新世地层关系对比和光释光(OSL)测年表明,古洪水事件发生年代距今为1800~1700 a(A.D.200-300)。汉江上游旬阳至白河段万年尺度流量恢复比较发现,由古洪水SWD厚度与含沙量关系法恢复的洪水水位和流量更为合理。这些成果为汉江上游水资源开发与重大水利工程的安全校核提供了重要的科学依据。

淮河上游卢庄段全新世古洪水水文恢复研究

通过沿淮河上游野外考察,在毛集河口卢庄找到了一典型全新世古洪水滞流沉积物剖面,进行了系统采样和沉积学粒度分析及水文学恢复的研究工作。粒度分析表明,古洪水滞流沉积物(SWD)与上下层黄土—古土壤区别明显,粒度参数Q型聚类层次分明,其粒级组分以砂质为主,而黄土古土壤粒度以粗粉砂为主,SWD其粒度分形维数明显偏低,各沉积单元粒级组分端元特征明显,通过粒度特征能够很好地鉴别古洪水滞流沉积物层。水文学研究结果表明,自8 500 a以来,在淮和上游至少发生了6次特大洪水,根据各层SWD的厚度和产状关系推求出了其最大可能的洪峰水位,高于水平位10.03～14.36 m之间,据滞流回水环境状态下淮河河道相应的洪峰水位,采用恒定均匀流比降—面积法求得各期洪峰流量介于7 062.18～16 040.94 m^3·s^(-1)之间。研究结果对古洪水滞流沉积物鉴别和古洪水洪峰水位的恢复提供新的思路和方法,同时有效地延长了淮河上游洪水数据序列,可为淮河上游卢庄段全新世时间尺度上洪水流量—频率关系的建立提供参考数据。这对于淮河上游水利水电工程洪水设计和洪水资源化开发管理具有重要的现实意义。

黄河上游洮河流域全新世古洪水水文学研究

通过对黄河上游洮河流域详细的野外考察,在临洮段下堡村(XBC)发现保存有全新世古洪水滞流沉积物的地层剖面并对该剖面进行系统采样,综合野外观测和室内理化数据分析确定为古洪水滞流沉积物。结合全新世地层对比、文化遗物分析和释光测年,确定这期古洪水事件发生在300~480 a BP左右,相当于我国"明清小冰期"气候转折阶段。利用Arc GIS耦合HEC-RAS模型,在获取河道水文参数条件下,恢复其洪峰流量介于4 865~6 700 m3·s-1。保持水文参数不变,对河道糙率系数进行灵敏度测试,给定糙率±25%的变幅,结果误差在-9.12%~6.57%之间。依据2012年洪痕高程,采用HEC-RAS模型恢复其洪峰流量,与实测结果相比较误差仅为-2.9%,说明利用该模型得出的结果是比较可靠的。该研究成果有效延长了黄河上游洪水数据序列,这对于该流域内防洪减灾、水利工程建设和水资源开发利用等具有重要的参考价值。

汉江上游黄坪村段古洪水滞流沉积物研究及意义

古洪水滞流沉积物是古洪水事件的直接产物,蕴含古洪水的重要信息。以汉江上游郧县黄坪村剖面为研究对象,对其粒度、磁化率、烧失量及碳酸钙等进行了分析。结果表明:古洪水滞流沉积物的粒度具有粉砂含量】砂级颗粒】黏粒含量的特征;磁化率值在78×10-8~81.2×10-8m3kg-1之间;烧失量值较低为23.9~27.7 g kg-1,碳酸钙为2.72%~3.20%。其宏观特征和上述参数与黄土和古土壤有明显的区别。沉积物的粒度组成特征及粒度参数、磁化率、烧失量、碳酸钙等对于鉴别古洪水滞流沉积层有重要的参考价值。

长江三峡库区中坝遗址地层古洪水沉积判别研究

利用'将今论古'法则对中坝遗址疑似古洪水层和该遗址现代洪水沉积物的AMS14C测年、粒度、重砂矿物成分形态、锆石微形态、Rb/Sr、磁化率、TOC等地球化学指标相似性比较研究发现, 该遗址除上部存在1981年现代洪水沉积物外, 还具有清代、宋代中期、战国早期(400～350BC)、西周时期(920～900BC)、夏代(2070～1600BC)和新石器时代(3000～2300BC)6期古洪水沉积物. 其判定证据主要是古代洪水层和1981年现代洪水层都具有以下相似性特征: (1) 概率累积曲线主要为3段或4段式; (2) 悬移质组分粒度分布范围多在3～10Φ; (3) 沉积物分选性较好, 且以悬移质为主(>50%). (4) 组成的重砂矿物种类和数量及形态基本相同. (5) 扫描电子显微镜观察发现, 它们在锆石形态上多为半浑圆状, 有些已由四方双锥形被磨至近浑圆状, 表明均具有被流水长途搬运后留下的磨圆特征. (6) Rb/Sr值(0.55～0.66)均高于文化层的0.03～0.26. (7) 磁化率值(133.73～433.05)均远低于各文化层的959.25～ 2442.44. (8) TOC含量(0.14%～0.33%)都远远低于文化层的1.13%～2.95%含量. 研究表明, 用上述'将今论古'比较手段来确定遗址古洪水层的真实属性是完全可行的.

宝鸡固川盆地全新世黄土-土壤剖面元素地球化学特征

通过考察，在渭河上游固川盆地发现了含有典型古洪水滞流沉积层的全新世黄土-古土壤剖面．根据地层学对比和光释光（OSL）测年，确定渭河上游流域在3200～3000aB．P．发生了特大古洪水事件．通过测定该剖面中的元素含量，获得了一系列的地球化学参数指标，结果显示：地层剖面中古洪水滞流沉积层与其下部的古土壤层和黄土层具有显著的差异，这说明古洪水沉积层与黄土层的物质来源不同；黄土是沙尘暴的直接沉积物，古洪水滞流沉积层则是地表土壤和风化层被流水搬运和沉积过程中发生了二次分选，且其未经过明显的风化成壤改造，因而它又与古土壤的理化性质有明显的区别．全新世气候变化规律的综合分析显示，在万年尺度内的特大洪水一般发生在气候突变转折时期．由于气候波动变化，降水变率增大，特大洪水事件的发生比较频繁．