干旱沙漠地区沉积物粒度组分分离及其环境指示意义

论文摘要

在干旱的沙漠地区,风成沉积物作为其主要组成物质,对陆气相互作用的各个环节响应十分敏感。对风成沉积物的物质组成、传输过程和沉积环境的探讨和分析,可以明确沙漠物质来源及其传输过程和沙漠环境演化过程。其中沉积物粒度常用的气候环境代用指标被广泛应用于全球或区域环境变化研究中,然而因为沉积物来源与动力组分的复杂性,粒度往往具有多解性,然而传统粒度参数并不能分离得到可靠的气候环境信息。随着统计学的发展,利用数学方法可以实现将混合态沉积物分离成单个动力组分,从而实现沉积物粒度组分分离,进一步可以获得单个动力组分所反映的沉积环境信息。选择合适的粒度组分分离方法,对干旱沙漠地区风成沉积物进行粒度组分分离并明确其环境指示意义,尚需进一步研究。本论文通过系统采集阿拉善沙漠表层风积砂样品252个、巴丹吉林沙漠腹地地下水补给型湖泊表层沉积物样品107个,测试和分析了上述样品的粒度组成特征,并利用不同粒度组分分离模型对其进行粒度组分分离。通过各端元组分粒度组成及其含量变化,探讨了该区域风成沉积物的粒度组分及其空间分布特征、分离不同动力组分并明确其环境指示意义。最后,在先前研究基础上,将不同粒度组分分离模型应用到花海湖相剖面中,对比分析了不同模型分离结果的适用性。主要认识如下:（1）Weibull函数可以拟合网格化采样的腾格里和乌兰布和沙漠表层风积砂粒度原始数据的90%以上。腾格里沙漠和乌兰布和沙漠都拟合得到三个端元组分（WT1-WT3,WL1-WL3）,结合各个端元的粒度组成特征与空间变化,在腾格里沙漠,WT1含量受到盛行风向上湖泊沉积物质的传输的影响,WT2含量受到分布在沙丘间的粗粒物质的影响,WT3含量受到被沙丘阻挡的粗粒物质的影响并且其空间变化指示了物源的方向;在乌兰布和沙漠,WL1含量受到盛行风向上细粒物质的传输的影响,WL2含量受到被风携带的黄河粗粒物质的影响,WL3含量受到盛行风向上传输来的被沙丘阻挡的粗粒物质的影响。（2）对于巴丹吉林沙漠腹地没有地表径流补给的湖泊,湖泊中的沉积物仅靠风力输送至湖泊中。湖泊沉积物中的中值粒径和平均粒径从湖岸到湖心深水区的变化受波浪分选的影响呈现明显的减小。然而,最低的中值粒径和平均粒径的样品在并没有位于湖泊中心处,这与具有地表径流补给的湖泊不同。端元模型分离的两个端元可以用来拟合90%以上的原始湖泊沉积物的粒度组成。其中,EM1被解释为风力携带进入湖泊中的那部分沉积物,EM2被解释为在风力输送进入湖泊后又受到湖浪扰动的发生再沉积的那部分沉积物。EM2的众数粒径变化与湖泊面积有关。EM2的含量变化可以用来指示低时间分辨率下的湖泊水位波动。（3）选用对数正态分布拟合函数（lognormal）和NMF端元分离模型,对花海湖相沉积剖面粒度数据进行粒度组分分离。两种粒度组分分离方法在端元个数为3时,都拟合了90%以上的原始粒度数据。但端元数为3时,NMF方法的拟合系数（95.6%）高于LOG拟合方法的拟合系数（94.2%）,表明NMF方法对数据的拟合相对于LOG方法更接近于原始数据。两种方法分离得到的端元与现代表层沉积物粒度样品进行对比分析,结果表明NMF和LOG方法都可以将花海剖面湖相沉积物分离出具有地理学意义的端元组分,但NMF方法下分离得到的端元更符合原始沉积物粒度信息。将NMF方法和LOG方法分离得到的端元含量变化与其他指标对比,结果表明EM1含量变化与碎屑矿物含量变化随着剖面的范围内基本保持一致,也说明EM1含量的增加同样的指示了入湖径流量的增加。EM2的含量变化与指示花海地区有效湿度变化的TOC含量变化趋势一致,表明EM2的含量变化可以重建干旱区湖泊面积的变化。NMF方法相较于LOG方法更适用于干旱区沉积物古环境重建的研究中。上述结果表明:Weibull函数可以应用到干旱沙漠地区表层风积砂粒度研究中,并可以分离得到具有地理学意义的端元组分;对于位于沙漠腹地的没有地表径流补给的地下水补给型湖泊,粒度这一气候环境代用指标可以用来指示低分辨率的湖泊水位变化;相比于对数正态拟合函数,NMF端元分离方法更加适用于干旱沙漠地区湖相沉积物的粒度组分分离。这些认识不仅可以为区域和全球环境变化的内在联系提供了具有明确环境指示意义的代用指标,还可以为地球表层圈层相互作用的过程和机制这一热点问题提供了新的证据。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 董诗培

导师: 李卓仑

关键词: 风积砂,湖泊沉积物,粒度,环境变化,干旱区,阿拉善沙漠

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地质学

单位: 兰州大学

基金: 国家自然科学基金面上项目(41771211),国家自然科学基金青年项目(41301217),国家自然科学基金重点项目(41530745)

分类号: P512.2;P532

总页数: 67

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