中国河流沉积物研究

河流泥沙变化规律及其对环境的影响河流是地球上最宝贵的自然资产之一，对于物种生态系统和人类社会有着重要影响。

河流是淡水资源的重要来源，并为农业、工业、交通、观光和娱乐等产业提供了重要的支持。

然而，河流沉积物变化的规律对环境稳定性的影响却是不可忽视的问题。

本文旨在分析河流沉积物变化的规律及其对环境的影响。

一、河流沉积物的来源和组成河流沉积物主要源于两个方面：一是岸边和河道中的岩石、石头、草木和泥土等天然物质；二是溪流中冲刷下来的泥沙和土壤以及附近地区的农业、工业和城市废水。

河流沉积物主要由砾石、沙粒、泥板、黏土和有机物质等组成。

这些沉积物可以通过人工和自然力量的运动转移到不同的地貌区域和不同的水域环境中。

沙和泥沈积是代表性的河流沉积物，在纵向分布上互相依存，沙粒沉积在上游区域，而细小的泥沙则主要在下游区域沉积。

二、河流沉积物变化的规律河流沉积物的变化与多种因素有关，包括流量、降雨、输入量、流速、沉积作用、生态因素等。

以下内容将着重探讨这些因素的影响。

1. 流量河流的流量是影响沉积物变化的重要因素。

径流量的变化不仅仅改变了输移能力、搬运才华和侵蚀能力，同时也影响了河床的粒子分选和沉积速率等物理过程。

2. 降雨降雨量会对河流搬运力造成影响，同时也会增加河流的风险。

如果降雨量小于径流量，部分水分会通过地下水层附近的地面径流来到河流中，并且水质不会因为降雨而发生明显的变化。

3. 输入量输入量包括从河床、岸边和上游输入的沉积物和生物质量等。

沉积物的输送由利用流量、悬浮物、水速、水体深度、枯水期等条件的径流来驱动。

如果输入量变化很大，则会影响底部通量的吸附和吸附过程，使它们在环境中的固定性和可行性产生变化。

4. 流速河流的流速会影响沉积物的运动和传输。

一般来说，流速越快，泥沙的径流距离越远。

在慢流的条件下，稳定地假设岸边和底端质点的间隔相等以及它们耗费同等的时间通过实际沉积物碰撞和沉积进程，也就是说在同等温度、官能群和环境下，不同的大气沉积速率下，不同的碰撞速度和沉积速度等条件下，密度初始值相同的沉积物粒径在沉积区的垂直径向分布是相同的。

㊀I S S N０２５６Ｇ１４９２C N３７Ｇ１１１７/P海洋地质与第四纪地质MA R I N EG E O L O G Y &Q U A T E R N A R Y G E O L O G Y第３８卷第１期V o l ．３８,N o ．１D O I :１０．１６５６２/j．c n k i ．０２５６Ｇ１４９２．２０１８．０１．０１４中国东南入海河流沉积物的稀土元素地球化学特征郭玉龙１,杨守业１,２,苏妮１,印萍３,王中波３１．同济大学海洋地质国家重点实验室,上海２０００９２２．青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室,青岛２６６０６１３．中国地质调查局青岛海洋地质研究所,青岛２６６０７１摘要:系统采集了浙闽三条中小河流的代表性表层沉积物和悬浮物样品,用１N 盐酸淋滤样品,研究稀土元素(R E E )在酸溶及酸不溶相态中的组成特征.浙闽河流沉积物酸溶组分中的R E E 在总R E E 中的占比可达３２％~８２％,其中F e ＧM n 氧化物和黏土矿物吸附态是细粒沉积物酸溶组分R E E 的主要赋存形式.浙闽河流沉积物酸溶组分的R E E 组成反映其遭受化学风化的信息;酸不溶组分主要由硅酸盐造岩矿物和稳定副矿物组成,尤其是锆石对R E E 组成有重要贡献.酸不溶相R E E 组成揭示,当地流域风化物质与潮流作用带入的长江源细颗粒是浙闽河口沉积物的主要来源.R E E 在风化及水动力分选过程中会发生分异,使得沉积物全岩组成不直接继承其源岩的R E E 组成特征,运用于物源判别时候需要慎重.中国东南河流沉积物显示G d 异常,这不是人类活动引起的G d 输入所致,而只反映中国东部物质的组成特征.关键词:小河流;稀土元素;沉积物;物源示踪中图分类号:P ５９５㊀㊀㊀文献标识码:AR a r e e a r t h e l e m e n t g e o c h e m i s t r y o f t h e s e d i m e n t s f r o ms m a l l r i v e r s d r a i n i n g so u t h e a s t C h i n a G U O Y u l o n g １,Y A N GS h o u y e １,２,S U N i １,Y I NP i n g ３,WA N G Z h o n gb o ３１．S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f M a r i n eG e o l o g y ,S h a n gh a i ２０００９２,C h i n a ２．L a b o r a t o r y f o rM a r i n eG e o l o g y a n dE n v i r o m e n t ,Q i n g d a oN a t i o n a l L a b o r a t o r y f o rM a r i n e S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,Q i n g d a o ２６６０６１,C h i n a ３．Q i n g d a o I n s t i t u t e o f M a r i n eG e o l o g y ,C G S ,Q i n gd a o ２６６０７１,C h i n a A b s t r a c t :Re p r e s e n t a t i v e s u s p e n d e da n df l o o d p l a i n s e d i m e n t s a m p l e sw e r e s y s t e m a t i c a l l y co l l e c t e df r o mt h r e e s m a l l r i v e r s i n Z h e j i a n g a n dF u j i a n p r o v i n c e s ．T w oc h e m i c a l p h a s e s (l e a c h a t e sa n dr e s i d u e s )w e r es e p a r a t e db y １N H C l l e a c h i n g an dt h e l e a c h a t e s a c c o u n t f o r ３２％~８２％o f t h e t o t a l R E Ec o n c e n t r a t i o n ．T h e a b s o r p t i o no nM n ＧF e (h y d r o )o x i d e s a n d c l a y m i n e r a l s a r e t h em a i nh o s t s o f a c i d Ｇl e a c h a b l eR E E s ．T h eR E Ec o m p o s i t i o n s o f t h e l e a c h a t e s c a n p o t e n t i a l l y i n d i c a t e t h ew h o l ew e a t h e Ｇr i n g h i s t o r y o f t h e s e d i m e n t s t o s o m e e x t e n t ．S i l i c a t em i n e r a l s a n d s t a b l e h e a v y m i n e r a l s l i k e z i r c o n a r e i m po r t a n t h o s t s o f r e Ｇs i d u a lR E E s ,a n d t h e r e s i d u a l f r a c t i o n s a r er e l i a b l ef o r t h e i n d i c a t i o no f s e d i m e n t p r o v e n a n c e ．T h ew e a t h e r i n gp r o d u c t so f r i v e r b a s i n s a n dC h a n g j i a n g Ｇd e r i v e d s e d i m e n t s p u m p e db y s t r o n g ti d e i n t ot h ee s t u a r i e s a r e t h em a i ns o u r c e so f t h e s er i v e r s s e d i m e n t s ．R E Ef r a c t i o n a t i o n i s d e m o n s t r a t e dd u r i n g e x t r e m e c h e m i c a lw e a t h e r i n g a n dh y d r o d y n a m i c s o r t i n gpr o c e s s e s ,a n d t h u s i t s h o u l db ec a u t i o u s t ou s et h eb u l k R E Ec o m p o s i t i o n so f t h e s er i v e r s e d i m e n t s t oi n d i c a t et h es e d i m e n t p r o v e n a n c e ．S l i g h t p o s i t i v eG da n o m a l i e s o c c u r b o t h i nt h e l e a c h a t e s a n dr e s i d u e s ,w h i c hd on o t i n d i c a t e t h e p r e s e n c eo fa n t h r o p o g e n i c G d ,b u t r e f l e c t t h e g e o c h e m i c a l c o m po s i t i o n s o f t h em a t e r i a l s i nE a s t e r nC h i n a ．K e y w o r d s :s m a l l r i v e r s ;r a r e e a r t he l e m e n t s ;s e d i m e n t ;p r o v e n a n c e s t u d y 资助项目:国家自然科学基金 河流与海洋沉积地球化学:末次冰盛期以来东海沉积中长江源物质的源汇过程与环境意义 (４１２２５０２０);科技部 典型中小入海河流河口动力沉积地貌与环境本底数据调查 项目(２０１３F Y １１２２００);上海市优秀学科带头人计划(１４X D １４０３６００)作者简介:郭玉龙(１９８８ ),男,博士研究生,海洋科学专业,E Ｇm a i l :y l g u o ＠t o n g j i ．e d u ．c n 通讯作者:杨守业,教授,主要从事东亚河流和边缘海沉积地球化学研究,E Ｇm a i l :s y y a n g ＠t o n g ji ．e d u ．c n 收稿日期:２０１７Ｇ０５Ｇ３１;改回日期:２０１７Ｇ１２Ｇ２１．㊀周立君编辑㊀㊀沉积物稀土元素(R E E s)组成基本继承和反映了流域源岩的平均组成,因此被广泛运用于河流入海沉积物的物源判别[１Ｇ５].几十年来,我国学者已对长江㊁黄河㊁珠江等大河沉积物的R E E 组成进行了较为系统的研究,基本查明了这些河流入海物质的R E E 组成特征及主要控制因素[４,６Ｇ８].如系列研究揭示,长江下游近河口细粒沉积物的酸不溶组分中R E E 组成可以代表源区上陆壳的平均混合,而复杂海洋地质与第四纪地质㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年２月㊀的源岩类型和水动力分选引起的河流沉积物地球化学组成的时空不均一性也应引起重视[４,９].比较而言,学界对一些中小河流仅有零星的关注[１０,１１].最近一些研究表明,沉积物粒度和矿物组成㊁化学风化和成土作用以及人类活动等因素也可能对沉积物R E E组成起控制作用[６,１２Ｇ１５].过去几十年的系列研究揭示了R E E在表生过程中的分异特征.如N e s b i t t等[１６]的开创性工作表明,花岗岩风化过程中R E E是活动性元素,轻稀土(L R E E)比重稀土(H R E E)优先淋滤.风化壳R E E分布规律的研究揭示,风化过程中R E E的重新分布导致剖面内R E E的垂直分层现象,富R E E的副矿物的含量和稳定性,以及剖面的风化程度是控制剖面不同层位R E E富集程度和分布规律的主要因素[１０,１７,１８]. N e s b i t t等[１５]对亚马逊河口深海扇的研究认为,流域强烈化学风化和沉积物搬运过程中的水动力分选可导致沉积物R E E发生分异,使得L R E E在细粒级沉积物中富集.G a r z a n t i等[１２]认为水动力分选引起沉积物矿物组成发生分异,导致沉积物不同粒级组分中R E E组成发生显著差异.对福建山溪性小河流木兰溪最新研究也揭示,从流域风化剖面到河流悬浮和河漫滩沉积物的物质输运过程中,化学风化和水动力分选可导致沉积物R E E发生明显的分异[１０].为进一步验证R E E的物源示踪意义及其在表生过程中的分异特征,本文选择我国东南沿海的中小河流包括浙江的椒江㊁瓯江以及福建的木兰溪,系统采集代表性河漫滩沉积物与悬浮物样品.用１N H C l淋洗沉积物,系统总结酸溶相与酸不溶相R E E 的组成特征㊁配分模式及控制因素.１㊀地质背景我国东南的地形以平原和丘陵为主,缺少孕育大江大河的条件.河流多短小急促,以中小河流为主,长度均不超过６００k m,流域面积多在６万k m２以下.浙江㊁福建两省受东南季风和台风的影响,年平均气温为１７~２１ʎC,年平均降水达１５００~２０００mm.降水大部分形成地表径流,径流深度超过８００mm.浙闽中小河流上游一般坡度陡㊁水流急,流量年际丰枯变幅较大,洪季时洪峰持续时间短,水位常有暴涨暴落,具有明显的山溪性[１９,２０].下游则一般河道开阔,坡度较缓,潮流作用很强,具有明显的潮控特征[２１].椒江㊁瓯江和木兰溪的基本水文参数见表１.表１㊀中国东南入海河流基本参数T a b l e１㊀B a s i c p a r a m e t e r s o f t h e s t u d i e d r i v e r s 河流流域面积/１０３k m２长度/k m年均径流深/mm年均径流量/k m３年均输沙量/M t 长江[１９]１８００６３００５００９００４７０椒江[２０]６．８１９７．７１０００５．９８．４瓯江[１９]１８３９０１０５６２０．２２．７木兰溪１．７１６８９２１１０．４７注:木兰溪参数来自福建水利信息网,h t t p://w w w．f j w a t e r．g o v．c n 这些小河流的流域处于华南褶皱区,受到华里西期㊁印支期,特别是燕山期岩浆活动的强烈影响[２２].区内地层发育齐全,自元古宙到第四纪地层多有出露,尤以中生代火成岩为特色.闽东大面积分布晚侏罗世 早白垩世岩浆岩,是研究我国东南沿海中生代陆相火山岩地层的重要区域之一.浙江省的上侏罗统广泛分布巨厚火山岩系.白垩系为河湖相杂色碎屑岩和红色碎屑岩夹火山岩沉积.古近系隐伏于平原地区,以湖相碎屑岩为主,局部夹基性火山岩.新近系为基性㊁超基性火山熔岩夹河流相碎屑岩沉积.第四系为冲积㊁洪积和海陆交互相碎屑岩沉积[２３,２４].２㊀样品采集和方法椒江㊁瓯江及木兰溪河口潮差均大于４m,属于强潮型河口[１９Ｇ２１].前人对该区域河流沉积物的地球化学组成仅有零星研究,样品多采集于河口区,缺少无潮流影响的中上游样品,研究样品多为表层沉积物,对更能反映入海物质组成的悬浮物关注比较少.２０１１年４月至２０１２年１１月期间,在多次中国东南小河流野外地质考察基础上,系统采集了椒江㊁瓯江以及木兰溪等３条浙闽中小河流的悬浮物及河漫滩沉积物样品.本研究综合采集了这些中小河流上㊁中㊁下游的沉积物,特别是对这些河流潮流界之上河段进行了细致的样品采集(图１).悬浮物的采样位置为河道中心,用酸洗后的水桶采集深度为１m左右的河水.采集河漫滩沉积物时用干净的T e f l o n 小铲采集表层１~２c m的表土.所有样品均冷藏保存,之后在室内低温(４０ʎC)烘干,研磨供后续实验.悬浮物利用预先处理的０ ４５μm醋酸纤维滤膜现场过滤水样获得,过滤水样体积为２５~５０L.为便于对比,本文还收集了长江下游干流季节性悬浮物.这些悬浮物于２００８年４月至２００９年４月采集自南通狼山附近的长江主航道上,每周乘船在固定０４１㊀第３８卷第１期㊀㊀㊀㊀㊀郭玉龙,等:中国东南入海河流沉积物的稀土元素地球化学特征图１㊀中国东南入海河流沉积物采样位置示意图F i g ．１㊀T h e s t u d y a r e a s h o w i n g t h e d r a i n a g eb a s i n s ,r i v e r s y s t e m s a n d s a m p l i n gl o c a l i t i e s 位置采集,共５１个.取干样０ １５g 用于粒度分析.沉积物粒度分析前,用３０％H ２O ２与１N 盐酸去除样品中的有机质和碳酸盐.样品经超声分散后在同济大学海洋地质国家重点实验室利用美国B e c k m a nC o u l t e rL S ２３０型全自动激光粒度仪进行粒度测试,仪器的测量范围为０ ０４~２０００μm ,重复测量的相对误差小于１％.为了可靠地识别沉积物中的硅酸盐碎屑与其他组分,许多学者提出了沉积物的化学相态提取法,其中１N H C l 淋滤是较为常见的方案,在河流沉积物㊁海洋沉积物以及黄土沉积物等的研究中应用较广[４,１０,２５,２６].沉积物经１N H C l 淋滤后的酸不溶组分代表相对较稳定的硅酸盐为主的碎屑组分,可以较好地指示物源.本文采用浓度１N 的高纯盐酸对０ ５g 样品进行淋洗,得到酸溶相与酸不溶残渣相,并分别进行元素测试.酸溶的上层清液离心提取后稀释１０倍,待测.酸不溶残渣样品烘干研磨,在马弗炉中６００ʎC 下灼烧２h ,去除有机质.称取３０m g 左右样品用H N O ３ＧH F 混合酸消解,之后稀释至适当浓度,待测.在同济大学海洋地质国家重点实验室分别运用电感耦合等离子体发射光谱仪(I R I S A d v a n t a ge I C P ＧA E S )与电感耦合等离子体质谱仪(P Q ３,T h e r Ｇm oE l e m e n t a l I C P ＧM S )测试常量元素(A l ,C a ,M g ,N a ,P 及F e )与微量元素(R E E ,Z r ,S c ,C r 及T h 等)含量.国家标样(G S R Ｇ５,G S R Ｇ６,G S D Ｇ９)监测数据表明,本研究常量元素的分析误差在５％以内,微量元素的分析误差在１０％以内.在测得清液及残渣组分元素含量后,根据实验称重数据及质量平衡原理计算不同组分在沉积物全样中的占比.具体计算方法如下:清液元素含量(校正)＝清液元素含量ˑ清液重/原始样品重;残渣元素含量(校正)＝残渣元素含量ˑ消解样品重ˑ(１－L o i ％)/原始样品重.其中,L o i ％为样品的烧失率.沉积物全样元素含量为校正后的清液与残渣元素含量之和:全样元素含量＝清液元素含量(校正)＋残渣元素含量(校正)５个G S D Ｇ９标样的监测结果表明,本研究主微量元素的回收率在９５％~１０２％之间.１４１海洋地质与第四纪地质㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年２月㊀３㊀结果３．１㊀R E E 在不同相态中的分布浙闽中小河流河漫滩和悬浮物以粉砂与细粉砂为主,平均粒径分别为６ ６Φ和７ ６Φ;长江大通季节性悬浮物主要是细粉砂,平均粒径为７ ４Φ.R E E在浙闽细粒沉积物中的平均含量为８６μg /g ,在大通悬浮物中的平均含量为９７μg /g .酸淋滤实验表明,浙闽河流沉积物R E E 淋出率(酸溶组分R E E 占全样R E E 的百分比)为３２％~８２％;椒江沉积物R E E 淋出率最低,平均为４８％;瓯江沉积物R E E 淋出率平均为５４％;木兰溪沉积物R E E 淋出率最高,平均为６０％.长江南通悬浮物R E E 淋出率低于浙闽河流沉积物,平均为４６％.杨守业和王中波[４]同样使用１N H C l 淋滤长江主要支流和干流河漫滩沉积物,但酸溶相总R E E 仅占全样的７％~５３％,远低于本文分析的浙闽河流沉积物及长江南通悬浮物的数据(图２).不同稀土元素在酸溶相中的相对比例也不同.对于浙闽沉积物,轻稀土(L R E E ʒL a ＧS m )与中稀土(M R E E ʒE u ＧD y )较易淋出,平均为５５％;重稀土(H R E E :H o ＧL u )淋出率略低,平均为４１％.对于长江南通悬浮物,M R E E 较易淋出,在酸溶相中的含量平均占全样的５４％;L R E E 淋出率平均为４８％;H R E E 淋出率最低,为３９％.而长江主要支流和干流河漫滩沉积物的M R E E 较易被淋出,E u 和G d 平均在酸溶相中可占总量的３６％~３９％,L R E E 与H R E E 淋出率仅为２２％左右.值得注意的是,对于所有样品,从H o 到L u 淋出率依次降低,即H R E E 越来越富集于酸不溶相态中(图２).３．２㊀沉积物不同相态中R E E 的分异特征浙闽河流沉积物与长江南通悬浮物全样的上陆壳(U C C )[２７]标准化模式很相似,均为L R E E 与M R E E 略微富集的平坦型,均呈现微弱的E u 负异常,及明显的G d 异常.木兰溪沉积物R E E 含量明显高于椒江㊁瓯江沉积物及长江大通悬浮物,呈现弱的C e 负异常,而椒江㊁瓯江沉积物及长江大通悬浮物均呈现弱的C e 正异常(图３a).椒江与瓯江沉积物酸溶组分R E E 配分模式相似,L R E E 与MR E E 略微富集,并显示出轻微的C e正异常,表明有部分F e ＧM n 氧化物组分被淋出[６].值得注意的是,所有组分均显示较为显著的G d 正异常.长江南通悬浮物酸溶组分R E E 含量与椒江㊁瓯江沉积物相当,但L R E E 富集程度有所不及,且不显示C e 异常.木兰溪沉积物酸溶组分R E E 含量最高,L R E E 与M R E E 富集,H R E E 略微亏损.浙闽河流沉积物与长江南通悬浮物酸溶组分均显示弱的E u 负异常(图３b).浙闽河流沉积物与长江大通悬浮物酸不溶相组分R E E 含量差别不大,均表现为 W 形分配,即富集G d 与H R E E ,具有明显的G d 正异常.椒江和瓯江沉积物酸不溶组分R E E 配分模式相似,与之相比,木兰溪与长江南通悬浮物更富集L R E E 及亏损H R E E (图３c).４㊀讨论４．１㊀酸溶组分中R E E 的赋存状态沉积物１N H C l 淋滤的酸溶组分主要为碳酸盐与磷酸盐矿物㊁F e ＧM n氧化物以及有机质与部分黏图２㊀沉积物的R E E 淋出率(长江河漫滩数据来自文献[４])F i g ．２㊀R e l a t i v e p e r c e n t a g e s o f t h e l e a c h e dR E Ef r a c t i o n s i n t h eb u l kc o m po s i t i o n s o f r i v e r s e d i m e n t s ２４１㊀第３８卷第１期㊀㊀㊀㊀㊀郭玉龙,等:中国东南入海河流沉积物的稀土元素地球化学特征图３㊀中国东南入海河流沉积物不同相态R E E 的U C C 标准化配分模式F i g ．３㊀T h eU C C Ｇn o r m a l i z e dR E E p a t t e r n s i n t h eb u l ks a m pl e s (a ),l e a c h e d f r a c t i o n s (b )a n d r e s i d u a l f r a c t i o n s (c )土矿物吸附物质[４,６].其中,碳酸盐矿物R E E 含量很低,加之浙闽河流沉积物碳酸盐矿物含量也比较少,因此不是R E E 的重要载体[６,１０,２８].长江主要干㊁支流河漫滩沉积物的研究表明,酸溶相L R E E 主要以黏土矿物吸附态形式富集于细粒级组分,M R E E 主要来自磷灰石等磷酸盐矿物以及F e ＧM n 氧化物的溶解贡献[４].为揭示中国东南小河流沉积物酸溶组分R E E 的赋存状态和控制因素,我们比较了R E E 淋出率与沉积物平均粒径(M z )㊁F e ２O ３含量㊁P 含量以及化学蚀变指数(C I A )[２９]之间的相关性(图４).R E E 淋出率与沉积物平均粒径呈弱相关.整体上,粒径较细的悬浮物R E E 淋出率较高,粒径较粗的表层沉积物R E E 淋出率较低.两者相关性较差说明粒度对沉积物R E E 的淋出没有明显的控制作用,或粒度对R E E 淋出率的影响很复杂,难以用简单的线性相关解释.F e ＧM n 氧化物一般富M R E E ,也被认为是沉积物酸溶组分R E E 的重要来源.F e ＧM n 氧化物R E E 组成的另一个重要特征是明显的C e 正异常[３０].R E E 淋出率与F e ２O ３含量也呈弱相关,表明F e ＧM n 氧化物对浙闽河流沉积物酸溶组分R E E 有一定贡献,但不是其主要的赋存形式.椒江和瓯江沉积物酸溶组分R E E 显示轻微的C e 正异常,这也显示出F e ＧM n 氧化物的贡献[１０].磷灰石等磷酸盐矿物R E E 含量很高,富M R E E ,很容易被盐酸溶解,也是酸溶组分M R E E 的来源之一[６].浙闽河流沉积物R E E 淋出率和P含量呈较明显的正相关,但这并不能表明酸溶组分R E E 主要赋存在磷灰石中.由于水动力分选的影响,河流表层沉积物会比悬浮物更富磷灰石[１２].而在本研究中,浙闽河流悬浮物比表层沉积物有更高３４１海洋地质与第四纪地质㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年２月㊀的P含量,这表明磷灰石应该不是P的主要赋存形式,推测P主要以有机态㊁吸附态或结合态等形式存在.沉积物的有机质结合态R E E含量和U C C 相当[３１].根据烧失量(L O I)估算,浙闽河流沉积物平均含有机质６％左右,因此有机吸附态也不是酸溶组分R E E的主要载体.C I A由N e s b i t t和Y o u n g[２９]首次提出,用于计算长石类矿物风化成黏土矿物的程度.其计算式为:C I A＝A l２O３/(A l２O３＋C a O∗＋N a２O＋K２O)ˑ１００式中所有氧化物含量都以摩尔百分数表示, C a O∗是指硅酸盐里的C a含量,不包括碳酸盐和磷酸盐等矿物中结合的C a.C I A值越高显示硅酸盐矿物中的N a㊁K和C a从母岩中淋失越多,风化作用越强.一般认为未风化的新鲜岩石C I A为５０,完全风化产物C I A为１００,沉积物C I A值越大,表明硅酸盐岩化学风化程度越强烈,黏土矿物含量越高[３２].R E E淋出率与沉积物化学蚀变指数(C I A)呈现较好的正相关,表明黏土矿物吸附态是细粒沉积物酸溶组分R E E的重要赋存形式.浙江㊁福建受季风气候影响强烈,气候温暖湿润,风化作用很强[２８].强烈化学风化下,易风化的副矿物发生分解,R E E产生淋失,而后释放的R E E 随风化溶液迁移并被黏土矿物等吸附.这部分被黏土矿物吸附的R E E易被１N H C l淋滤,其配分模式受控于风化溶液的R E E组成[１８].对福建山溪小河流木兰溪的最新研究也揭示,沉积物酸溶组分R E E 组成可以反映流域化学风化过程[１０].受控于流域季风气候,从北到南浙闽河流流域化学风化强度依次增强[２８].木兰溪流域化学风化最强,因此酸溶组分R E E占总R E E比重也最大.瓯江㊁椒江流域化学风化强度弱于木兰溪,因此R E E淋出率也较低(图２).４．２㊀酸不溶组分中R E E的赋存状态沉积物的酸不溶组分主要由难溶硅酸盐物质及稳定重矿物组成[６,１０].浙闽河流沉积物酸不溶组分R E E含量与平均粒径不存在显著的相关性,表明酸不溶组分R E E组成基本不受粒度的控制(图５a).图４㊀椒江㊁瓯江与木兰溪沉积物R E E淋出率与平均粒径(M z)㊁F e２O３及P含量㊁化学蚀变指数(C I A)之间的相关性F i g．４㊀C o r r e l a t i o n s o f t h e l e a c h i n gp r o p o r t i o n s o fR E E(％)w i t hm e a n s i z e(M z),F e２O３,Pa n dC I A４４１㊀第３８卷第１期㊀㊀㊀㊀㊀郭玉龙,等:中国东南入海河流沉积物的稀土元素地球化学特征酸不溶组分R E E含量与沉积物C I A呈现弱负相关,表明酸不溶相R E E主要富集于沉积物的非黏土部分(图５b).元素T h一般富集于褐帘石㊁独居石以及磷灰石等矿物中,这些矿物也富含R E E[６,３３].酸不溶组分R E E含量与T h含量之间无明显相关性,表明这些矿物不是酸不溶相R E E的主要载体(图５c).元素Z r主要赋存在锆石矿物中,酸不溶相R E E含量与Z r含量呈正相关,表明锆石对浙闽河流沉积物酸不溶相R E E组成有明显的控制作用(图５d).锆石等重矿物特别富集H R E E,且作为稳定重矿物不溶解于稀盐酸,这使得沉积物酸不溶组分相对富集H R E E(图３c).H R E E从G d到L u愈来愈富集在酸不溶相中,也说明锆石等稳定重矿物是酸不溶相H R E E的重要载体(图２).虽然重矿物只占沉积物的极小部分,但由于其R E E含量很高,因此被看做是R E E的重要载体[６,１２].最近,S u等[１０]对木兰溪沉积物的研究表明,黏土矿物和M n氧化物可能是酸不溶组分L R E E的主要载体.其他研究表明,沉积物中的E u主要来自长石,M R E E主要来自磷酸盐或F eＧM n氧化物[６,１２].因此,沉积物酸不溶相中不同的稀土元素赋存形式也不同.４．３㊀酸不溶组分的物源示踪意义深海沉积物㊁长江河漫滩沉积物㊁黄土沉积物等的１N H C l淋滤实验,都表明酸不溶组分是沉积物中的难溶硅酸盐和稳定重矿物部分,因此可以代表流域风化上陆壳的平均组成,可以指示陆源物源[４,２５,２６].浙闽河流流域面积较小,源岩类型和河流流系都比较简单,将有助于进一步验证这一结论. S c㊁N b㊁T a㊁T h㊁C r与V等元素几乎全部来自碎屑物质,这些元素在风化过程中性质稳定,在自生物质中富集程度很低,因而多用于指示物源[３]. T h/C rＧT h/S c二元图可以比较可靠地指示沉积物的基性㊁酸性火成岩来源[３,２８].图６a中,玄武岩与基性岩[３４]具有较低的T h/C r及T h/S c比值,而在酸性岩里T h/C r与T h/S c比值较高.U C C及世界河流悬浮物[３５]的组成介于基性岩与酸性岩之间,为图５㊀椒江㊁瓯江与木兰溪沉积物酸不溶组分R E E含量与沉积物平均粒径(M z)㊁C I A㊁T h及Z r含量之间的相关图F i g．５㊀C o r r e l a t i o n s o fR E E i n t h e r e s i d u a l f r a c t i o n sw i t hm e a n s i z e(M z),C I A,T h,a n dZ r i n t h e r e s i d u a l f r a c t i o n s５４１海洋地质与第四纪地质㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年２月㊀这两种端元的混合.中国东部土壤[３４]投点与中国东部U C C接近,投点比U C C更接近于酸性岩,这与酸性岩在中国东部广泛出露有关[２２].长江南通悬浮物组成接近于中国东部U C C及中国东部土壤平均值.长江流域广大,流域岩石类型复杂,长江下游干流悬浮物代表了整个长江流域风化上陆壳的平均混合[９].浙闽河流沉积物物质来源变化大,椒江与瓯江沉积物大部分样品和木兰溪沉积物的部分样品投点接近于长江悬浮物,而木兰溪沉积物的另外一部分样品及瓯江沉积物的个别样品投点接近于酸性岩端元.浙闽河流流域源岩以中生代酸性火成岩为特征[２３,２４].另一方面,这些河流的河口潮汐作用很强,潮流携带大量沉积物进入河口和感潮河段,因此海区长江源物质也是浙闽河流河口沉积物的一个重要来源,T h/C rＧT h/S c二元图中浙闽河流沉积物大都投点在U C C与酸性岩端元之间.木兰溪河口处于浙闽泥质区的南缘,海区长江源物质贡献相对较小,其沉积物组成更近于酸性岩浆岩端元.玄武岩与基性岩具有较低的(L a/Y b)U C C及(L a/S m)U C C比值,而在酸性岩里(L a/Y b)U C C及(L a /S m)U C C比值较高(图６b).U C C组成近于酸性岩,中国东部U C C的组成介于基性岩与酸性岩之间.中国东部土壤与中国东部U C C有不同的组成特征,显示出L a的相对富集,可能是由于其黏土矿物含量较高所致.世界河流悬浮物比U C C有更高的(L a/Y b)U C C比值,也反映水动力分选使得悬浮物中富L R E E的黏土矿物含量较高,而富H R E E的重矿物含量较低.椒江与瓯江沉积物大部分样品和木兰溪沉积物的部分样品投点接近于长江悬浮物,而木兰溪沉积物的另外一部分样品及瓯江沉积物的个别样品具有较高的(L a/Y b)U C C及(L a/S m)U C C比值,显示为L a的相对富集.值得注意的是,这些河流沉积物残渣态R E E组成与U C C㊁中国东部U C C及各岩石端元差别都较大.和花岗岩相比,浙闽河流沉积物酸不溶组分显示L R E E的亏损及H R E E的富集,这是风化过程中的R E E淋滤迁移及沉积物输运过程中水动力分选导致R E E再分配引起的[１０],酸淋滤的实验方案也可能是导致这种区别的原因之一.４．４㊀河流沉积物的G d异常中国东南小河流沉积物R E E组成的另一个特点是U C C标准化下的G d异常(图３a,b,c),这个特征在长江㊁黄河等沉积物中也有体现[４,６],之前的研究中对沉积物的G d异常缺乏深入讨论.一般而图６㊀中国东南入海河流沉积物酸不溶组分微量元素(a)及R E E组成(b)物源判别图(U C C数据来自文献[２７],世界河流悬浮物数据来自文献[３５],酸性岩㊁中国玄武岩㊁中国基性岩以及中国东部土壤数据来自文献[３４])F i g．６㊀P r o v e n a n c e d i s c r i m i n a t i o nd i a g r a m s f o rt r a c e e l e m e n t s a n dR E E i n t h e r e s i d u a lf r a c t i o n s o f r i v e r s e d i m e n t s言,G d异常用页岩标准化计算,计算式为δG d N A S C ＝G d N A S C/(S m N A S C０ ３３ˑT b N A S C０ ６７)[１３,３６,３７].B a u和D u l s k i[３６]首先利用G d异常来追踪人类活动对水体R E E的影响,水体中 过剩G d 主要来自医疗行业核磁共振设备的造影剂.与天然水体中的G d不同,人类活动排放的G d主要由胶体或配合物形式存在,地球化学性质更加保守,在水体中的滞留时间也更长[１３].为探究中国东南入海小河流沉积物的G d异常及控制因素,我们尝试用U C C㊁北美页岩(N A S C)㊁世界河流悬浮物平均组成(WR S)㊁中国东部上陆壳(E CＧU C C)㊁长江南通悬浮物(C J N T)㊁花岗岩等成６４１㊀第３８卷第１期㊀㊀㊀㊀㊀郭玉龙,等:中国东南入海河流沉积物的稀土元素地球化学特征分标准化,计算浙闽河流沉积物不同化学相态的G d 异常(图７).U C C 标准化后,浙闽河流沉积物不同化学相态均呈现较强的G d 异常.经过N A S C ㊁WR S 及E C ＧU C C 标准化后,浙闽河流沉积物显示中等的G d 异常.长江南通悬浮物标准化后,浙闽河流沉积物不显示G d 异常.花岗岩标准化后,浙闽河流沉积物显示出G d 负异常,表现为G d 亏损.综上,浙闽河流沉积物的G d 异常可能只反映其流域源岩相对于U C C 的组成特征,而不是工业污染引起的G d 输入所致.S u 等[１０]的数据也表明,U C C 标准化下木兰溪源岩样品及流域风化剖面样品呈现G d 正异常,这也证实中国东部河流沉积物的G d 异常与人类活动无关.浙闽河流沉积物酸溶组分G d 异常强于酸不溶相G d 异常,这是因为G d 有着半满的４f 电子层,所以G d 容易进入溶液,在溶液中及络合物中的稳定性比相邻的S m ㊁E u 与T b 更强[３６].因此,天然海水㊁地下水等常具有较强的G d 异常,而风化产物则往往表现为G d 的相对亏损[３７].在表生风化和沉积物搬运过程中,虽然G d 可能更容易从基岩释放进入溶液,但次生形成的F e ＧM n 氧化物等成分可能吸附溶解态的G d,导致沉积物酸溶及全样组分相对于酸不溶组分,具有更显著的G d 富集.这也是经过花岗岩标准化后,浙闽河流沉积物显示G d 负异常的原因(图７).图７㊀不同成分标准化下椒江㊁瓯江与木兰溪沉积物的G d 异常(N A S C ,北美页岩,数据来自h t t p s ://e a r t h r e f ．o r g/G E R M R D /;WR S ,世界河流悬浮物平均值,数据来自文献[３５];E C ＧU C C ,中国东部上陆壳,数据来自文献[３４];C J N T ,长江南通悬浮物,本文花岗岩数据来自文献[１０])F i g．７㊀G a d o l i n i u ma n o m a l i e s i n r i v e r s e d i m e n t s ５㊀结论(１)浙闽河流沉积物全岩R E E 组成控制因素复杂,受沉积物矿物组成直接影响.R E E 在风化过程及水动力分选过程中会重新分配,这使得沉积物不直接继承其源岩的R E E 组成特征,而成为源区风化物质平均R E E 组成的代表.本文推荐对样品进行酸淋处理,利用酸不溶相组分的地化组成来进行物源示踪研究.(２)浙闽河流沉积物酸溶组分R E E 主要以黏土矿物㊁有机物以及吸附态的形式存在,F e ＧM n 氧化物也可能是酸溶组分R E E 的一个来源,酸不溶组分主要由硅酸盐造岩矿物和稳定副矿物组成,锆石等重矿物是酸不溶组分H R E E 的重要载体.(３)中国东南河流沉积物的G d 异常不是人类活动引起的G d 输入所致,而只反映中国东部物质相对于U C C 及N A S C 等的组成特征,以及G d 与相邻元素之间的性质差异.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]㊀B a y o n G ,T o u c a n n eS ,S k o n i e c z n y C ,e ta l ．R a r ee a r t he l e Ｇm e n t s a n d n e o d y m i u mi s o t o pe s i nw o r l d r i v e r s e d i m e n t s r e v i s i Ｇt e d [J ]．G e o c h i m i c a e tC o s m o c h i m i c aA c t a ,２０１５,１７０:１７Ｇ３８．[２]㊀S i n g hP ．M a j o r ,t r a c ea n d R E E g e o c h e m i s t r y o ft h e G a n ga R i v e rs e d i m e n t s :I n f l u e n c e o f p r o v e n a n c e a n d s e d i m e n t a r y p r o c e s s e s [J ]．C h e m i c a lG e o l o g y,２００９,２６６(３Ｇ４):２４２Ｇ２５５．[３]㊀T a yl o r SR ,M c L e n n a nSM．T h eC o n t i n e n t a l C r u s t :I t sC o m Ｇpo s i t i o na n d E v o l u t i o n ＧA n E x a m i n a t i o n o ft h e G e o c h e m i c a l R e c o r dP r e s e r v e di nS e d i m e n t a r y Ro c k s [M ]．B l a c k w e l lO x Ｇ７４１。

河流侵蚀与沉积过程的地质学研究地球上的大部分河流都是河流侵蚀与沉积的结果。

河流侵蚀与沉积过程是地球表面地质学中的重要研究领域，它涉及到地球的动力学、地形变化、岩石变质和环境演化等方面。

本文将以地质学的角度，探讨河流侵蚀与沉积过程的一些关键要素。

首先，我们需要了解河流侵蚀的机制。

河流通过水流的冲刷、磨蚀和溶蚀作用，在河床和河岸的地表材料中形成裂缝和凹坑。

当水流冲刷的能量超过地表材料的抗冲刷能力时，河流将扩大现有的凹地，形成河谷。

河谷的形成可能是由于地壳运动造成的地面抬升或下降，也可能是由于水文循环的改变，如气候变迁和降雨量的增加。

不同类型的河流如山地河流、平原河流和冰川河流等，其侵蚀机制也会有所不同。

河流的侵蚀作用不仅与水流有关，还与岩石的性质有关。

不同类型的岩石对水流的侵蚀具有不同的抵抗能力。

比如，硬质岩石如花岗岩和片麻岩往往不容易被冲刷和磨蚀，而软质岩石如粘土和砂岩则容易被侵蚀。

此外，岩石的断裂和节理也会影响河流的侵蚀过程。

断裂和节理是岩石内部的裂隙，水流会沿着这些裂隙渗透到岩石内部，从而促使侵蚀的加剧。

除了侵蚀作用，河流还通过沉积作用改变地形。

当河流流动的速度减慢时，它会将携带的泥沙和颗粒物沉积在河床上。

这些沉积物被称为河流的沉积。

沉积物的组成取决于河流流经的地形和岩石类型。

在山地河流中，泥沙和碎石居多；而在平原河流中，细颗粒的泥沙沉积更为常见。

河流沉积的形成与河流侵蚀密切相关。

当河流流经变宽的河谷时，水流速度减慢，从而导致沉积物的沉积。

此外，河流的曲流也会促使沉积的发生。

河流在流经弯曲河段时，水流受到向心力的作用，从而导致水流速度的减慢和沉积物的沉积。

这种曲流导致的沉积形成了河流的洪积平原。

河流侵蚀与沉积过程的研究对于理解地球表面地质变化和环境演化具有重要意义。

通过研究河流的侵蚀机制和沉积物的特征，我们可以推断出地质历史中的气候变迁和地壳运动。

例如，通过观察洪积平原的沉积层序和化石组合，我们可以了解古代河流的演化历史和生态环境。

潮汐河口泥沙沉积影响因素与预测研究潮汐河口是河流进入海洋或大湖的地方，它是河流和海洋或大湖之间的过渡区域。

在潮汐河口，河流带来的泥沙会沉积下来，形成河口的沉积物。

泥沙沉积对潮汐河口的生态环境和航道的稳定具有重要影响。

因此，研究潮汐河口泥沙沉积的影响因素以及进行泥沙沉积的预测具有重要意义。

潮汐河口泥沙沉积的影响因素有多个方面。

首先，潮汐河口的水动力因素是泥沙沉积的主要影响因素之一。

潮汐引起的潮汐流是潮汐河口泥沙沉积的重要力量。

潮汐流的强度和方向会影响泥沙的输运和沉积。

其次，河水径流也是影响潮汐河口泥沙沉积的重要因素之一。

河水径流的量和速度会影响潮汐河口泥沙的输入量和输运。

另外，气候条件、地质条件以及人类活动也会对潮汐河口泥沙沉积产生影响。

例如，气候变化会影响河流径流量的变化，进而影响潮汐河口泥沙的输入和输运。

地质条件包括潮汐河口的地形和底质。

地形参数，如水深、土壤类型和河岸边界的形状，会影响潮汐河口泥沙的沉积规律。

此外，人类活动，如水利工程、航道开挖和沿海城市建设，也会改变潮汐河口泥沙的输运和沉积。

针对潮汐河口泥沙沉积的研究，预测是一个重要的方面。

根据影响因素，可以通过建立数学模型来预测潮汐河口泥沙沉积的变化。

数学模型可以考虑水动力因素、径流因素以及其他影响因素，模拟泥沙输运和沉积的过程。

根据模型的结果，可以预测不同条件下的沉积量、沉积速率以及沉积位置。

这对于潮汐河口工程的规划和管理非常重要。

同时，还可以通过长期观测和数据分析，对潮汐河口泥沙沉积的变化进行趋势预测。

例如，可以通过分析历史数据和气候条件预测未来潮汐河口泥沙沉积的可能变化趋势。

这有助于对潮汐河口的生态环境和航道的变化进行合理预测和规划。

潮汐河口泥沙沉积的影响因素和预测研究对于保护生态环境和确保航道的畅通具有重要意义。

通过研究影响因素，可以了解河流和海洋之间相互作用的规律，为河口的规划和管理提供科学依据。

同时，预测潮汐河口泥沙沉积的变化有助于合理规划和管理潮汐河口的生态环境和航道。

河道底泥的环境研究简介河道底泥是河流中的沉积物，由水流携带的颗粒物质沉积在河底形成。

底泥的组成和性质对河流生态系统的健康和水质有着重大影响。

底泥中富含有机质、无机物、营养物质和微生物等成分，它们与水体中的化学物质相互作用，直接或间接影响着水体的生物、地理和化学特性。

底泥中的有机质是河道生态系统的重要组成部分，它提供了水生生物的食物来源，并影响水体的透明度、氧分压和水体营养状态。

有机质的降解和转化过程会产生大量的溶解性有机物，影响水体的色度和化学特性。

有机质还可以与底泥中的金属离子形成复合物，影响金属离子的溶解度和生物可利用性。

底泥中的无机物包括砂、粉砂、黏土等颗粒物质。

这些颗粒物质的大小和组成影响着水体的悬浮负荷和沉降速度，直接影响底栖生物的栖息环境和水体的澄清度。

底泥中的无机物还包括矿物质和不溶性盐，它们与水体中的化学物质相互作用，例如长期接触底泥的重金属离子可以通过吸附过程富集在沉积物中，进一步影响水体的污染程度。

底泥中的营养物质，特别是氮和磷，是河流富营养化的主要源头。

底泥中的有机质和微生物降解产生氨、硝酸盐和亚硝酸盐等氮源，而底泥中的矿物质和有机质降解则产生磷酸盐等磷源。

这些营养物质进入水体后，可以促进藻类和其他水生植物的生长，引起水体蓝藻暴发和水华现象，严重影响水生生物的生存。

底泥中的营养物质还可以被底栖生物吸收和利用，影响河流生态系统的元气流动和食物链的结构。

底泥中的微生物是河流生态系统中的重要组成部分，它们参与底泥有机质的分解和转化过程，促进河流养分循环和能量转化。

底泥中的微生物还参与河流中的氮和硫循环，影响底泥中有毒化学物质的生物降解和解毒过程。

底泥中的微生物群落结构和代谢功能与河流生态系统的健康和稳定密切相关。

对河道底泥的环境研究对于了解河流生态系统的结构和功能、评估水质污染和富营养化程度以及保护和恢复河流生态系统具有重要意义。

通过对底泥中有机质、无机物、营养物质和微生物等成分的测定与分析，可以揭示底泥对水体的污染源和污染物富集过程，评估河流生态系统的健康状态，并制定相应的环境保护和修复策略。

江汉平原主要河流沉积物磁学特征及其与物源区表壳岩性的响应江汉平原是我国华中地区的一个重要农业区，其主要河流包括汉江、江河、淮河等，这些河流在流经平原地区时会携带大量的沉积物，对地貌和环境产生了深远的影响。

磁学方法是研究地质物质性质的重要手段之一，对江汉平原的沉积物磁学特征进行研究，可以帮助我们更好地理解沉积物来源和地质演化过程。

首先，江汉平原主要河流沉积物的磁学特征表现出明显的季节性变化。

在不同季节的沉积物中，磁性矿物的含量和组成有所不同，这反映了不同季节水流速度和方向的变化，以及地表物质的输入和转移过程。

在沉积物磁学特征中，磁化强度是一个重要的参数，它反映了沉积物中磁性矿物含量的多少以及其大小和形态。

在江汉平原主要河流的沉积物中，磁化强度呈现出明显的垂向分布特征，随着深度的增加而逐渐降低，这表明沉积物的年代逐渐古老。

其次，江汉平原主要河流沉积物的磁学特征与物源区表壳岩性之间存在着密切的联系。

这主要表现在磁化强度和磁性矿物成分的变化上。

不同类型的表壳岩石中含有不同种类和不同含量的磁性矿物，当这些岩石受到风化和侵蚀作用后，其磁性矿物会被转移到主要河流的沉积物中。

因此，在沉积物磁学特征中，我们可以通过磁化强度和磁性矿物成分的变化来推断物源区的表壳岩性。

例如，当江河水系的沉积物中磁化强度较高，以及磁性矿物成分中含有较多的铁氧体矿物时，可能表明物源区为砂岩、页岩或花岗岩地层等。

总的来说，江汉平原主要河流沉积物的磁学特征对于我们研究该地区的地貌演化和环境变化过程具有重要意义。

通过对沉积物中磁性矿物含量和组成的研究，可以了解物质输运和转移的规律，进而推断物源区的表壳岩性。

这为我们认识平原区域的地质结构和矿产资源提供了一定的参考价值。

河流侵蚀与沉积作用关系研究河流是自然界中水文地质有机结合的典型表现，它在地质学领域中拥有着重要的地位。

在河流的形成和发展过程中，侵蚀和沉积作用起到了至关重要的作用。

本文将围绕河流侵蚀与沉积作用之间的关系展开讨论，探索其内在机制和相互影响。

河流侵蚀是指河流运动中，流水对岩石和土壤的物质磨蚀过程。

河水所具有的流速、流量大小以及携带物质的状况是决定侵蚀程度的关键因素。

流水侵蚀能力强弱的不同不仅决定着河床的形态特征，而且直接影响到河流侵蚀作用的范围和程度。

常见的河流侵蚀作用有下切作用、悬移运输等。

河流侵蚀作用在地质学中有着广泛的应用价值，可以探讨地质构造、岩石风化和水力条件等问题。

河流侵蚀作用的过程中产生了大量的碎屑物质，这些物质通过水的携带和运输，进一步形成了沉积作用。

沉积是指河流水运过程中所携带的固体物质在河流中沉淀下来的过程。

河流沉积包括了河床沉积、洪水平原沉积、三角洲沉积等。

沉积物的类型和特征是沉积作用的重要指标，通过对沉积物的研究可以揭示河流历史发展和地质环境演变等问题。

从经济角度出发，沉积物还可以提供重要的矿产资源。

河流侵蚀和沉积作用是相互联系、相互制约的。

河流侵蚀作用剥夺了河床原有的物质，而沉积作用则在某种程度上填补了河道的空间。

这种侵蚀与沉积的平衡状态在不同的水文地质条件下会呈现出差异。

当河流水势降低或者沉积物含量过高时，侵蚀作用将减弱，沉积作用则会增强。

相反，当河流水势急剧增加，流速增大时，侵蚀作用会加剧，沉积作用则会减弱。

因此，河流侵蚀与沉积作用之间的关系是动态的、相互影响的。

在地质学的研究中，对河流侵蚀与沉积作用关系的探索有助于深入了解地表地貌的形成过程与机制。

例如，在沉积学中，通过分析河流沉积物的厚度和粒度分布，可以推断出河流侵蚀过程的强度和时空演化规律。

在地质灾害研究中，通过对河流侵蚀与沉积作用的分析，可以提前预测洪水的形成与演变趋势，从而对洪涝灾害进行有效防治。

总之，河流侵蚀与沉积作用是地质学领域中重要的研究对象，相互之间存在着密切的联系与影响。

河流侵蚀与沉积作用研究河流是地球表面上最为常见的地貌现象之一，通过长期的侵蚀和沉积作用，塑造了丰富多样的地形景观。

对于河流的侵蚀和沉积作用的研究，有助于我们更好地理解地质变迁和地貌演化的过程。

一、河流的侵蚀作用河流的侵蚀作用主要通过水流的冲击力和磨蚀力来实现。

河水以强大的冲击力从河道底部向上冲击河床和河岸，同时还带来了大量的破碎岩石和沉积物，加剧了侵蚀作用。

河流侵蚀的主要结果之一是河床的下切，即河道向下侵蚀的过程。

河水不断冲击河道底部的岩石，使之破碎并随水流带走，进一步加深河床。

河床的下切现象在由高处向低处流动的河流中尤为明显。

河流的侵蚀作用不仅限于河床的下切，还包括对河岸的侵蚀。

当河水冲击河岸时，会加速河岸的崩塌和岩石的磨蚀。

长期以来，河流的侵蚀作用导致了许多河岸的落差和峭壁，形成了壮观的峡谷和峡谷瀑布等自然景观。

河流还会通过溶解作用，溶解掉边上的石灰岩等溶解性岩石，形成溶洞和喀斯特地貌。

侵蚀作用还会改变河流的流向和流域的发育。

二、河流的沉积作用河流的沉积作用是河流水流减慢和蓄水时产生的。

当河水的速度减慢时，它携带的沉积物会被抛弃在河道和河岸上。

这些沉积物包括沙子、泥土、碎石和粉砂等。

河流的沉积物具有不同的粒度，从粗糙的卵石到细小的泥土。

河流的沉积物不仅改变了河床形态，还影响了周围的地貌景观。

例如，河流的泥沙沉积可以填充湖泊或扩大河谷。

河流的沉积物也可以形成河床上的沙洲和沙嘴。

此外，在河流入海口附近，河流所携带的沉积物可能会堆积成三角洲，形成肥沃的河流平原。

河流的沉积作用还有利于生态系统的发展。

河流提供了丰富的水资源和有机物质，为许多植物和动物提供了良好的生存条件。

河流的沉积物富含养分，使得河流周围的土地变得非常肥沃。

这也是为什么河流周围的土地往往被用于农业生产的原因之一。

三、河流侵蚀与沉积作用的相互关系河流的侵蚀和沉积作用相互作用，共同塑造了河流和周围地貌的面貌。

河流的侵蚀作用导致的河床下切和河岸崩塌，为河流提供了更多的沉积物。

湖泊沉积物的矿物组成、成因、环境指示及研究进展第33卷第1期2011年3月地球科学与环境JournalofEarthSciencesandEnvironmentV olI33No.1Mar.2O11湖泊沉积物的矿物组成,成因,环境指示及研究进展金章东(中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室,陕西西安710075)摘要:湖泊沉积物是不同地质,气候,水文条件下各类碎屑,黏土,自生/生物成因矿物以及有机物质等的综合体.沉积矿物蕴含着丰富区域和全球环境演变信息,如湖水的化学组成,流域构造,气候,水文以及人类活动的相互作用等.相关信息可以赋存在矿物外部微形貌,内部微结构,化学组成,物理和化学性质,同位素组成,谱学特征,成因以及共生组合等方面.因此,湖泊科学的许多关键课题都离不开矿物学,特别是在利用湖泊沉积物进行区域及过去全球变化研究中,深入的机理研究归根到底都要涉及矿物学,如流域化学风化作用,粒度组成,生物壳体化学组成,测年材料的选择等.然而,由于湖泊沉积物中矿物的多源性,复杂性,如何有效提取和解译其中的环境信息,是一项长期困扰研究者的课题,湖泊沉积矿物学的研究往往被许多研究者所忽视,中国的相关研究也较为薄弱.笔者综述了湖泊沉积物中碎屑,黏土,自生/生物矿物的矿物组合,特征,成因在(古)环境反演中的作用及最新研究进展,提出除了继续加强对湖泊沉积物中矿物来源,成因和古环境示踪的深入研究以外,矿物相间的转变及其对湖水和孑L隙水组成的响应,一些非晶质或隐晶质及低丰度矿物相在湖泊化学和动力学中的作用也是很有潜力的研究领域,最后提出了研究中存在的一些问题,面对的挑战以及对研究前景的展望.关键词:碎屑矿物;黏土矿物;自生/生物矿物;环境载体;湖泊沉积物;陆地环境中图分类号:P571;P577文献标志码:A文章编号:1672—6561(2011)01—0034—11 Composition,OriginandEnvironmentalInterpretatiOn0f MineralsinLakeSedimentsandRecentProgressJINZhang—dong (StateKeyLaboratoryofLoessandQuaternaryGeology,InstituteofEarthEnvironment,Chi neseAcademyofSciences,Xi'an71OO75,Shaanxi,China)Abstract:Lakesedimentisanintegratedcontentofdetrital,clay,authigenic/biogenicmineral sandorganicmatterundervariousgeologic,climaticandhydrologicconditions.Themineralsbearabundantinfo rmationonregionalandglobalenvironmentalchanges,suchaslakewaterchemistry,basintectonics,climate,hydrol ogy,andhumanactivityinteraction,ere.Theinformationhostsinexternalappearance,internalmicrostruetur es,chemicalcompositions,physicalandchemicalproperties,isotopiccompositions,spectroscopy,origi n,andassemblageofminerals,etc.Therefore,manykeytopicsoflakesciencesaredependeduponmineralogy,inp articularduringthereconstructionofpastregional/globa1changesusinglakesediments.Theunderstandingon mechanismshouldinvolveinmineralogy,includingcatchmentweatheringprocesses,grainsizevariation,shell chemistry,anddatingmateria1.However,owingtovarioussourcesandcomplexityofmineralsinlakesediments,h owtowithdrawandinterpretmineral—bearingenvironmentalinformationisalongstandingtroubling,resultinginthatmineralogyo flakesedimentsisoverlookedoftenbysomeresearchers,alsoinChina.Inthispaper,theassemblag e,charactersandoriginsofdetrital,clay,authigenic/bi0genicmineralsinlakesedimentsandtheirroleinpaleoe nvironmentalreconstructionwerereviewed,thensomepotentialresearchtopicsweresuggested,suchasth etransformation amongmineralsanditsresponsetochemistryoflakeandporewaters,therolesinlakechemistr yanddynamicsofsomeamorphous,cryptocrystallineandlowabundancemineralsinlakesediments,inadditio ntothecontinuedresearchesonlakemineralsource,originandpaleoenvironmentaltracing,andfinallysomepr oblemsandchallengeswereputfurtherforwardto.收稿Et期:2010—1011基金项目:国家自然科学基金项目(40873082);国家重点基础研究发展计划项目(2010CB833404)作者简介:金章东(1971),男,浙江永康人,研究员,搏士研究生导师,从事表生地球化学和全球变化研究.E-mail:****************第1期金章东:湖泊沉积物的矿物组成,成因,环境指示及研究进展Keywords:detritalmineral;claymineral:terrestria1environment0引言由于覆盖面广,分辨率高,对区域环境响应迅速等优势,湖泊沉积物已成为科学家日益重视的陆地环境变化研究中最重要的信息载体之一¨1].湖泊沉积物是湖盆在自然与人类作用下各圈层相互作用的产物和信息库,保存了丰富的有关区域构造活动, 气候变化和人类活动的信息口].流域内不同时期风化一剥蚀方式,强度和沉积过程都直接影响着湖泊沉积物的矿物组成和各种环境代用指标的诠释.湖泊沉积物中矿物的微形貌,微结构,化学组成,物理性质,化学性质,同位素组成,谱学特征以及共生组合等蕴含着丰富区域和全球环境演变信息.因此,在利用湖泊沉积物进行区域及过去全球变化研究中,很多环境代用指标和测年所用材料的选择,指标的机理解译等都离不开矿物学.在湖泊盆地不同演化阶段,流域岩石/矿物风化,剥蚀的产物经搬运人湖后形成沉积物,其组成的差异可以用来反映受气候旋回,构造事件等控制的流域岩石/矿物经历的风化方式(物理剥蚀,化学风化)及其相对强度,沉积速率及产物(如自生碳酸盐, 生物碳酸盐)_2.].因此,通过对湖泊沉积物矿物组合研究可以获取流域环境,生物演化,风化一剥蚀速率及其对区域构造活动和不同时问尺度气候变化的响应过程的详细信息.然而,在提取和分析沉积物组成及环境代用指标解释的过程中,因为某一指标的变化可能受到多种因素制约而往往带有一定的主观倾向性或客观上的不确定性.如沉积物中碳酸盐含量及氧同位素组成的变化常常用来反映湖泊水位或盐度的变化,其实沉积物中碳酸盐可能是不同比例碎屑碳酸盐,自生碳酸盐和生物碳酸盐的混合,其氧同位素组成则可能受不同成因碳酸盐相对比例以及水量变化,蒸发量变化等多种因素的共同制约[2.因此,充分认识湖泊沉积物中各类矿物特征,组合,沉淀过程,自生/生物矿物的形成,矿物的次生变化及其与环境变化的关系等,能给湖泊化学, 湖泊动力学,沉积化学以及古气候环境定量研究提供重要的科学依据.1矿物组合特征流域内岩石类型是输入湖盆水体和沉积物中元素,同位素组成的最主要制约因素.不同岩石类型风化强度及其对水体可溶态物质组成的相对贡献是利用湖泊沉积物序列反映受气候旋回,构造事件等因素控制的流域物理剥蚀和化学风化率变化的关键,也影响着自生矿物(化学沉积)的形成.在地球表生作用过程中,高温高压下形成的岩石在暴露地表后将发生物理和化学反应,往往导致矿物的溶解,分解,并在地表环境下形成更稳定的新矿物,如黏土,碳酸盐矿物等.因此,湖泊沉积物中矿物是原生耐风化矿物和次生矿物的组合,其组合特征受流域基岩类型,构造,气候,湖泊内生物种类以及人类活动等因素的综合制约.识别沉积物矿物的物源对阐明沉积物与湖水之间的交互作用是十分关键的.湖泊沉积物中矿物来源于流域地表岩石的风化产物以及自生矿物,可以分为3种.(1)外源矿物:由地表径流,风力和冰川搬运,岸蚀作用等带人湖中的碎屑物质,其组合和分布受湖流,波浪等物理搬运机制的影响.湖泊沉积物中外源矿物主要来源于河流,岸蚀,大气沉降以及人类活动等带人湖盆的各种矿物颗粒,其矿物组合是受流域基岩,地表地质,风化作用,水文条件等因素制约的,对粒状沉积物粒径,矿物学分布的研究可以反映一定时间尺度下湖泊内搬运体系的变化过程.(2)内生矿物:湖泊水体内部发生的化学过程导致的化学沉淀或凝絮和被吸附作用形成的矿物,其内生过程包括生物滤食,碳酸盐沉淀等化学作用.淡水湖泊中内生矿物沉淀受湖泊化学状态制约.因为细菌可以改变局部的地球化学环境,所以一些内生矿物是以细菌为媒介的,如黄铁矿,水针铁矿等].(3)自生矿物:包括从湖水中直接化学沉淀的和在先前的沉积物内部发生的新生和生物成因矿物.它主要受湖泊产生力变化控制.一些沉积矿物还可以成为开采利用的矿产,如盐湖中盐类沉积,热液Fe—Cu—Zn硫化物等,目前已成为环境矿物学领域中较为活跃的研究内容之一_l"J.表1列出了湖泊沉积物中的常见矿物.从中可以发现,湖泊沉积物中的外源矿物以造岩铝硅酸盐为主,而内生矿物在含量上碳酸盐(方解石)占绝对优势.大多数淡水湖泊沉积物都由石英,长石,方解石,白云石,伊利石,蒙脱石,硫化铁和氧化铁等矿物组成;然而,在某些情况下并不能按成因将沉积物中36地球科学与环境第33卷表1湖泊沉积物中矿物类型,来源及其环境指示Tab.1Types,OriginsandEnvironmentalImplicationsofMineralsinLakeSediments 的矿物一一区分,最常见的就是上述碳酸盐矿物,往往是3种以上成因的综合.并且由于沉积后的压实成岩作用,一些内生,外源矿物将被自生相所取代,如二氧化硅,磷酸盐,硝酸盐等.组成湖泊沉积物的矿物种类虽然并不复杂,但是每一类(种)矿物却都包含着重要的地球表生环境化学信息,特别是湖泊中痕量的自生和生物成因矿物,如各类氧化物,磷酸盐,硫化物等.从本质上来说,湖泊沉积物中的外源矿物组合(包括碎屑矿物和黏土矿物)可以看作是湖泊系统主要物理因素的反映,而自生/生物矿物组合则主要反映了湖泊系统中化学和生物状态及其变化.2碎屑矿物及其影响因素在绝大多数湖泊沉积物中,石英和长石是碎屑部分的主要矿物,在水动力较弱的浅水湖泊,平原湖泊以及较小面积湖泊中其颗粒以粉砂级,砂级为主. 石英是湖泊沉积物中最普遍的矿物,但在火山岩,碳酸盐或热带的湖泊中,石英也可能完全缺失.石英矿物的表面物理形态,结晶度及分布特征可以很好地反映沉积物的物质来源,搬运状况以及湖泊内部发生的物理过程.如随着水深增加和机械能的消耗,石英在湖盆的不同位置其粒径和表面形态存在差异.石英的表面形态,磨圆度和分布特征可以反映搬运的远近和高能或低能动力,如表面呈光滑圆球可以反映颗粒经历了较长时间的搬运,如风力等. 由于搬运过程中机械分选和摩擦,湖泊中心的石英颗粒往往表面更光滑,粒径更细,而靠近湖岸的石英颗粒则粒径大且不光滑.特定地点石英颗粒粒径随时间的变化则可能反映一定时间尺度内风场的强度变化l1.长石是湖?白沉积物中与石英时时伴生的另一种常见矿物,两者的含量常呈正相关【3].与石英不同的是,长石类矿物在搬运过程中还常发生进一步的化学风化作用.由于钾长石比钠长石抗风化力强,从而导致随着远离湖岸斜长石丰度逐渐减少, 而钾碱长石含量则相对增加.在高温湿润的热带和亚热带地区的湖泊沉积物中,斜长石可以风化形成高岭石,三水铝石或蒙皂石.总的来说,两者变化反映了基岩和总体矿物的丰度.在古环境研究中,虽然科学家们往往把注意力集中于湖泊系统的自生碳酸盐,但是碎屑碳酸盐可以是一些湖泊沉积物的重要组分,特别是岩溶地区或碳酸盐岩地层为主的流域,湖泊沉积物中会存在大量外源的粉砂或黏粒级的钙质和灰泥质黏土,甚至组成大量的湖相泥灰岩.湖相碳酸盐沉积物的矿物学,地球化学研究表明,一些湖泊沉积物中的方解石和白云石主要来源于流域碳酸盐岩石的侵蚀和(或)与之有关的冰川沉积物.例如,欧洲的日内瓦湖和康斯坦斯湖,加拿大的哥伦比亚和美国中西部第l期金章东:湖泊沉积物的矿物组成,成因,环境指示及研究进展的许多钙质湖泊沉积物均与河流碎屑的供给有关.然而,将碎屑碳酸盐与自生碳酸盐区分开来是十分困难的,不同研究者做过不同的尝试.首先,碳酸盐颗粒的表面形态和镜下形状可提供直接的肉眼证据,如根据加拿大极地湖泊沉积物中白云石和石英在形态和粒度分布上的相似性,该湖泊深处的白云石被认为是碎屑成因的l】.Kennedy等则根据湖泊沉积物中碳酸盐总量,白云石和方解石的相对比例随沉积物粒级的增加而减少的变化认为,碳酸盐相分布是水动力分选作用的结果,而与湖泊内的溶解作用,沉降过程无关_】.还有一种区分的方法是,假定淡水湖泊中自云石为碎屑物,如果碎屑输入恒定,那么方解石与白云石矿物比率的变化应与方解石沉淀有关_3].另外,淡水湖中的碳酸盐沉积物通常有低的"C和O,因此根据同位素值也可以大致估计出碎屑碳酸盐的百分比].重矿物(密度大于3.0g/cm.)组合的变化也常常用来获取有关湖泊沉积物的物源和搬运机制.如利用重矿物频率和沉积物粒度分布可以勾划湖盆沉积物的来源_3].沉积物中特征矿物相的组合表明, 沉积物总体上是受基岩岩性控制的,如美国安大略湖由南向北和由东向西其角闪石与辉石的比率呈递增趋势,即是由区域性地层的差异造成的;反之,根据岩芯中重矿物的分布特征可以反演流域内地层单元的变化及水动力状况,包括对人类活动的反映,如采矿,伐木,人类居住活动等口.通过对Shagawa湖沉积物中赤铁矿和褐铁矿随深度的变化证实了Ely地区人类采矿历史及强度,而根据沉积物中电气石的分布推断出该湖泊沉积速率的变化l】.火山地区的湖泊(如玛珥湖)通常具有成分比较复杂的底部沉积物,因为它的物质来源于周围的基岩,熔岩,火山灰,浮石,火山渣,角砾岩,凝灰岩和块集岩,在沉积物中表现为泥砂状,矿物成分可以包括斜长石,石英,辉石,角闪石,火山玻璃等,并且以火山成因物质占优势的湖泊通常与硅藻的高生产力有关.虽然这种类型湖泊在地球上为数不多且成分较为复杂,但是某一火山灰层的鉴定,成分对比研究可以进行区域性地层对比.同时,火山灰也是绝好的测年材料,准确的定年可以对含有特定火山玻璃层的沉积时问进行标定.如毛绪美等利用电子探针,扫描电镜等通过对金川泥炭层中一层泥砂状沉积物的矿物学,化学成分的分析,确定该物质为玄武岩浆的火山喷发物,并对泥炭的"C年龄进行了可靠的校正E173.因此,绝大多数湖泊沉积物的非黏土碎屑矿物及其组合通常是流域范围内地质差异的反映,而由于湖泊内部物理过程的差异也常常造成湖盆不同部位具有明显差异的碎屑矿物组合.其中,最重要的因素为搬运物的分选性沉淀和湖流簸选过程,特别是湖泊浅水区.因此,依据岩芯中沉积物非黏土碎屑矿物及其组合的变化还可以推测湖盆的发展过程以及水动力变化历史.3黏土矿物及其与环境的关系黏土矿物是地球表生环境下最常见的矿物,也是湖泊沉积物中另一类重要的组成矿物.该类矿物是含水的层状硅酸盐或铝硅酸盐,研究者采用2/,m 作为黏土级组分的界线.湖泊沉积物中黏土矿物主要包括伊利石,蒙脱石,绿泥石,泥层黏土,高岭石,绿脱石以及各种混层矿物如伊利石/蒙脱石,伊利石/蛭石混层矿物等,有时还可见三水铝矿,蛭石,坡缕石等黏土矿物.湖泊沉积物中黏土矿物的形成和转化与流域及湖水的环境密切相关,因此深入研究黏土矿物沉积分异,组合及其含量变化,微细结构, 转化规律以及粒度分布等特征,可以恢复沉积历史中流域所经历的古气候,古温度,古盐度,地层的划分和对比以及物质来源,湖水物理化学条件探讨等, 有助于揭示区域环境变化及全球环境演化.根据成因不同,湖泊沉积物中黏土矿物可以分为3种:①原生黏土矿物,流域母质中的碎屑矿物经搬运而在湖盆沉积,以物理风化为主,反映源区的信息;②化学风化形成的黏土矿物,一种黏土矿物在一定的气候条件下可以转变为另一种黏土矿物,其种类受母岩,水介质,气候等因素制约;③自生黏土矿物,在湖泊沉积过程中各种元素重新结合而成,主要发生在盐湖中,其他类型湖泊中几乎不存在自生的黏土矿物引.黏土矿物的形成离不开气候环境因素.在化学风化较弱而难以消除基岩物质成分差异造成影响的气候条件下(如较高纬度地区),湖?自沉积物中黏土矿物主要反映流域物源的岩性.Gibbs发现:在亚马逊河盆地,来自高地的绿泥石和伊利石是流域内安第斯山区未完全风化的产物,并在下游仍呈悬浮状态;由于低地内基岩的高度风化,在低地支流中以高岭石和三水铝石占优势;蒙脱石在一些火山地区湖泊沉积物中大量存在,是火山玻璃脱玻作用后形成的l1.贝加尔湖沉积物在末次冰期时蒙脱石和伊利石峰高比值的变化主要是与物源变化相联系38地球科学与环境第33卷的,与气候无关口.同时,水介质的pH,Eh,盐度等因素也对黏土矿物种类,形态和晶体结构产生影响.在湿润温暖的热带一亚热带气候环境下,由于岩石受淋滤和化学风化作用较强,碱金属,碱土金属流失后形成阳离子为Si,A1的高岭石,因此高岭石是低纬度地区湖泊沉积物中主要的黏土矿物,它是弱酸性,强化学风化和淋滤作用的环境指示矿物;而在高纬度的干冷气候条件下,由于淋滤和化学风化作用较弱,碱金属,碱土金属被活化后形成阳离子为Si,A1,Fe,Mg 或K的绿泥石,伊利石,蒙脱石及伊利石/蒙脱石混层矿物.特别是绿泥石,蒙脱石,它们一般是高纬度地区(如冰川或干旱区)弱化学风化产物.伊利石则是在气温较低,弱碱性条件下由长石,云母类等铝硅酸盐矿物风化作用下形成的,随着风化程度的加强, 伊利石通过奥斯忒瓦德成熟化(Ostwaldripening)经1M,1M,2M等多型,最后可以演化为高岭石,其演化过程为:蒙脱石一无序伊/蒙混层矿物一有序伊/蒙混层矿物一1M型伊利石一1M型伊利石一2M型伊利石一高岭石l2.因此,矿物结晶度可以反映物质来源或沉积环境的变化.伊利石结晶度的变化可进一步根据伊利石微结构区分历史气候的冷干期和暖湿问冰期L2..伊利石的结晶度是其晶畴大小(Domain size),膨胀层(Swellinglayer)含量,晶体缺陷和化学组成不均一性的综合反映[2.其中膨胀层含量反映晶体结构的膨胀程度,并可用Srodon等提出的衍射峰强度比值(J)进一步判断:如果J为1表明伊利石中不含膨胀层;反之,J>1则存在膨胀层l2¨.根据伊利石是否含膨胀层及膨胀层含量进一步判断古气候的变化.通过对地中海沉积物中的伊利石结晶度研究表明,结晶度高反映干旱寒冷气候,而结晶度低则反映暖湿气候环境[】.利用蒙脱石的结晶度来反映气候环境的变化在湖泊沉积中还没有相关报道,但是在海洋沉积记录中已作了有益探讨,结果表明,结晶度良好的蒙脱石与暖湿气候相对应l_2引.高岭石的结晶度可分别用0.71nm处衍射峰高与同峰半高宽比值和0.714nm的衍射峰高与0.356nm的衍射峰高比值来表示.高岭石的结晶度高与气候相对干燥期相对应,而湿润期形成的高岭石具有较低的结晶度l2引.越来越多的研究表明,湖泊沉积物中黏土矿物种类,丰度及结晶形态是流域内基岩种类和气候变化的函数].在利于强风化的气候环境下,沉积物中一般以伊利石一绿泥石一高岭石组合为特征,随着风化的加强还可形成高结晶度的伊利石和蛭石; 而干旱环境下形成的沉积物常常含有大量的蒙脱石和伊利石/蒙脱石混层矿物,它们是基岩不完全风化的产物.因此,降水量的增加可使蛭石,高岭石的含量增大,而蒙脱石的含量相对减少,蒙脱石含量与降水量之间还存在一定的线性负相关口.与碎屑矿物分布受水力分选制约不同,深水湖泊沉积物中黏土矿物组合可以不随水深,离岸距离甚至埋藏深度的变化而变化.因此,沉积物中黏土矿物丰度及组合变化可以用来反映气候变化甚至气候事件.例如,贝加尔湖和Hovsgol湖泊沉积物中伊利石含量及其与伊利石/蒙脱石混层矿物组合不但响应了冰期一间冰期尺度的气候变化,而且还记录了BMling—Allerod和新仙女木事件l_3.Blaise对加拿大温哥华岛晚第四纪沉积物中黏土矿物研究表明, 冰期和间冰期具有完全不同的黏土矿物组合:在冰期,以富铁绿泥石,伊利石和火山岩退变的蒙脱石为组合;在间冰期则以蛭石,高岭石,埃洛石和无序混层矿物为组合特征.Jin等对内蒙古岱海沉积岩芯中碎屑组分分析也表明,小冰期期间黏土矿物组成与间冰期表现出差别:小冰期时段黏土矿物质量分数偏低(9%～12),且以伊利石,绿泥石,白云母为主;而间冰期沉积物中不但上述黏土矿物质量分数高(15～18),而且存在有滑石,高岭石及少量石膏l6j.淡水湖泊环境中黏土矿物一般认为是流域基岩在一定气候条件下化学风化的产物,主要受源区基岩的控制,因为是否存在自生作用形成的黏土矿物至今还未获得可靠的证据.虽然盐湖中存在化学风化和自生成因的黏土矿物,但是盐湖的黏土矿物仍以他生的为主.它不但具有碎屑成因的黏土矿物岩性特征,而且与流域内黏土矿物组合及化学成分基本一致,因此各地区盐湖的黏土矿物组合受流域母岩和盐湖卤水的化学成分控制.在咸水湖中,由于黏土矿物随盐度变化而表现为不同的质量堆积速率,盐度梯度是半循环湖泊系统中黏土矿物分离的重要机制.因为高岭石比伊利石和蒙脱石更迅速的凝絮作用往往造成其含量随盐度的增加而降低,而伊利石和蒙脱石的含量却恰恰相反l3.徐昶对中国一些盐湖黏土矿物研究表明,处于未成熟阶段的盐湖沉积物中黏土矿物不但质量分数较高(大于40),并且以伊利石一绿泥石一高岭石组合为特征,化学成分上继承了冷温带大陆黏土Alo.,K.O,MgO质量分数;而成熟阶段的第l期金章东:湖泊沉积物的矿物组成,成因,环境指示及研究进展盐湖沉积物则质量分数较低(小于20%),且缺少高岭石,以伊利石一绿泥石为组合,含少量蒙脱石,黏土AlO.,KO,MgO质量分数具有盐沼泽,干湖黏土化学成分特征l3.不同地区盐湖的黏土矿物组成除了受流域基岩种类制约外,湖区的干旱气候和卤水化学成分是主要的决定因素.例如,盐湖晶问卤水中Mg取代部分Fe致使早期未成湖阶段的铁绿泥石为镁铁绿泥石所代替,而富含K的卤水可使部分蒙脱石转变为伊利石.因此,根据盐湖不同沉积阶段黏土组合及化学成分的差异可以判断湖盆演化过程及湖区气候环境变化.通过对察尔汗盐湖,艾丁湖,查干诺尔湖剖面中黏土的叫(A1O.)/w(MgO)与沉积环境关系的讨论,盐湖黏土w(A1O.)/w(Mgo)的变化反映了盐湖沉积环境的咸化度及湖区气候的湿润度l_3.另外,单一黏土矿物的微细结构也可以进一步得到盐湖沉积环境方面的信息,如对伊利石结晶度,蒙脱石属性,绿泥石类型,混层矿物膨胀度等方面的研究.伊利石的结晶度与湖水中K含量密切相关,而蒙脱石属性则反映湖水pH值,盐度及晶层间吸附的标型离子的差异.4自生矿物及其环境意义湖泊沉积物中各类自生矿物一方面在许多金属和营养盐的动力学方面起着重要的控制作用,另一方面记录了特定状态下湖泊环境及化学组成.因此,自生矿物的提取和化学研究已在湖泊的化学和物理过程解释方面受到广泛关注,包括人类的文明活动对湖泊所产生的负面影响.湖泊沉积物中自生矿物主要包括硅质岩,碳酸盐,各类硫化物,氟化物, 蒸发岩等.4.1SiO:和硅酸盐湖泊沉积物中很大部分的si0.是硅酸盐溶解的SiO.通过内生过程堆积而成,主要是有机沉积作用,而湖泊直接沉淀的SiO:证据还很少.虽然许多水生生物都存在硅化结构,但是硅藻壳的有机沉积作用是湖泊沉积物中SiO最重要的内生来源.特别是在高生产力的湖泊中,硅藻可以成为快速堆积湖泊沉积的主要成分.硅藻广泛存在于非洲湖泊钻孔岩芯中,它的丰度不仅与湖水的自然地球化学有关,而且还受气温,气候等条件制约[3.硅藻通过迅速吸收SiO可以造成在某些碱性水体中硅元素。

河道底泥的环境研究简介河道底泥是河流底部的沉积物，主要由泥沙、有机物质和微生物组成。

它在河流生态系统中起着重要的作用，既是生物栖息地，也是污染物的主要储存和转化区。

在河道底泥中，有机物质和微生物通过生物降解作用可以影响水质和生物多样性，而污染物的富集和释放则会对水生生物和人类健康产生负面影响。

对河道底泥进行环境研究具有重要意义，可以为河流生态系统的保护和修复提供科学依据。

一、河道底泥的组成和特点河道底泥主要由泥沙、有机物质和微生物组成。

泥沙是底泥的主要成分，它包括细沙、粉沙和粘土颗粒，具有吸附和固定污染物的能力。

有机物质是由植物残体、动物粪便等在水中沉积下来的有机物质，它们是底泥中的重要营养物质，也是微生物的主要碳源。

微生物是河道底泥中的重要生物成分，它通过分解有机物质、降解污染物等过程参与了底泥的生物地球化学循环。

河道底泥的特点在于具有很强的吸附和固定能力，可以快速吸附水中的污染物质，起到净化水体的作用。

底泥中的有机物质和微生物对水质和生物多样性具有重要影响，它们是水体生态系统中的重要环节。

二、河道底泥的环境问题随着人类活动的不断发展，河道底泥面临着严重的环境问题。

首先是污染物的富集和释放。

废水中的有机物、重金属和化学物质等会通过沉积下来富集在底泥中，长期积累会造成底泥的富集污染。

其次是底泥的生物毒性。

河道底泥中的富集污染物会影响水生生物的生长和生态系统的稳定，导致水生生物的减少和多样性的降低。

底泥的富集污染物还可能对人类健康构成威胁，例如通过水产品的食用等途径。

为了解决河道底泥所面临的环境问题，需要开展系统的环境研究。

环境研究的方法主要包括野外调查、实验室分析和数值模拟。

野外调查是对河道底泥的实地调查和采样分析，通过采样获取不同地点和不同时间的底泥样本，对其物理性质、化学成分和微生物组成等进行分析，以了解底泥的污染状况和生物地球化学过程。

实验室分析是在实验室环境中对底泥样本进行物理化学性质、生物毒性、微生物降解等方面的分析，通过模拟底泥生物地球化学过程来评估底泥的环境功能和生态影响。

冲积河流沉积物粒径的变化特征及其影响因素分析─以祁连山北麓为例中文摘要河流沉积物搬运及其粒径变化一直是河流沉积学与地貌学研究的关键问题，近三十年以来，大量水槽实验与数值模拟对其进行了分析，促进了研究的深入。

此外，在数值模型的基础上，一些研究已经将河流沉积物粒径顺流变化的趋势作为证据，用以推导古气候与构造的变化，这为揭示环境变化的研究提供了新的方法。

但由于水力学参数在古沉积地层中难以获取，目前以现代河流为主要研究对象仍是河流沉积物搬运与粒径变化研究的基础。

位于青藏高原东北缘的祁连山北麓地带发育了一系列山前冲积河流，在气候、构造、地形与岩性等方面存在着独特优势，这为开展河流沉积物搬运与粒径变化的研究提供了良好的地理条件。

本文以祁连山北麓地带的10条在洪积扇上所发育的冲积河流为例，以水力学参数与沉积物粒径数据为主要研究对象，在对前人有关河流沉积物搬运与分选的理论做出详细阐述的基础之上，运用这些理论对10条冲积河流沉积物粒径顺流变化的特征及其影响因素进行了分析和讨论。

主要得到以下一些认识与结论：(1) 选择性沉积是祁连山北麓冲积河流沉积物粒径顺流变细的主导因素，磨损对其所起的作用比较微弱。

(2) 河流沉积物粒径顺流变细的速率与水力分选作用呈正相关关系，其变细速率随水力分选作用的增强而加大。

(3) 水流动力的差异是造成各条冲积河流水力分选作用差异的原因，当河床剪切应力与沉积物起动所需的临界剪切应力相差较小时，水力分选作用会比较强；而当河床剪切应力与沉积物起动所需的临界剪切应力相差较大时，水力分选作用会比较弱。

(4) 流域岩性对河流供应沉积物粒径的分布范围与大小存在影响，一定条件下，河流沉积物粒径顺流变细的速率随供应沉积物粒径分布范围的扩大而加大。

(5) 流域地形与气候通过对沉积物供应量与河流径流量的控制来影响河流的沉积状况；河流沉积物粒径顺流变细的速率通常随沉积速率的增高而增大。

(6) 河流沉积物粒径顺流变细的速率大体上与河流长度呈反相关关系，但这种关系只有在河长相差比较悬殊的河流之间才能稳固建立，在河长相差比较小的河流之间不明显。

沉积物源汇关系分析与古河流变迁研究引言：沉积物源汇关系分析与古河流变迁研究是研究沉积物的形成过程和地貌演化的重要途径之一。

通过分析沉积物的来源和沉积环境，可以揭示地球表层的演化历史，探索地质学、地貌学和气候学等科学问题。

一、沉积物源汇关系分析的方法沉积物源汇关系分析的方法有很多种，常见的包括沉积物特征分析、地球化学分析和同位素分析等。

其中，沉积物特征分析通过观察沉积物的颗粒组成、颜色和质地等特征，来确定沉积物的来源和沉积环境。

地球化学分析则是通过分析沉积物中的元素含量和成分，探索沉积物的起源和成因。

同位素分析则是通过测量沉积物中同位素的丰度比值，来揭示沉积物的物源和环境变化。

二、沉积物源汇关系分析的意义沉积物源汇关系分析的意义在于，可以揭示地球表层的演化过程和地貌的变迁，为地理环境的演变机制提供科学依据。

通过分析沉积物的沉积环境和物源特征，可以了解地球表层的地质历史和气候演化。

同时，沉积物源汇关系分析还可以为资源勘查和环境保护提供重要的参考依据，在矿产资源开发和生态环境保护方面具有重要的应用价值。

三、古河流变迁的研究方法古河流变迁的研究是沉积物源汇关系分析的重要内容之一。

通过分析古河流的沉积物特征和地貌形态，可以重建古河流的发育演化过程及其与环境的相互关系。

古河流变迁的研究方法包括遥感、野外地质和古地理调查等。

遥感技术可以通过获取卫星影像和航空照片等进行观测，揭示古河流的峡谷、冲淤和褶皱等特征。

野外地质和古地理调查则是通过实地观察和采样，获取古河流的地质剖面和沉积物特征，进而分析古河流的演化过程。

四、古河流变迁的研究意义古河流变迁的研究对于地质学、地貌学和环境学等学科都具有重要意义。

通过研究古河流的演化过程，可以了解地球表层的地貌变迁和地质演化。

古河流的发育与消亡、峡谷和冲淤过程等都与大地构造和气候变化密切相关，因此通过研究古河流变迁可以探索地表的演变机制和环境演化历史。

古河流的研究还可以为水文地质、水资源开发和防洪工程等提供科学依据。

近年来，随着经济的快速发展和人口的不断增长，河流对我们的生产生活和生态环境都起着非常重要的作用。

河流的侵蚀和沉积是其水文地理学中非常重要的研究方向，也是了解河流的物质循环和平衡的基础。

通过研究河流侵蚀和沉积的机制，我们可以对河流的灾害和河道改建等问题进行预测和处理。

此外，还可以为河流治理提供有力的理论支持，促进经济社会可持续发展。

因此，本次教案旨在帮助学生了解河流侵蚀和沉积的基本概念和原理，培养学生对于现实问题的解决能力和对生态环境的保护意识。

一、教学目标1.了解河流侵蚀和沉积的基本理论和机制；2.掌握景观与沉积物的形成过程;3.了解河流的演化过程和因素，懂得对于治理河流的重要性；4.培养学生创新精神和解决现实问题的能力；5.增强学生对于环境保护的意识。

二、教学内容1.什么是河流侵蚀;2.河流侵蚀的机制;3.河流侵蚀的类型;4.河流沉积的机制;5.理解河流景观与沉积物的形成过程;6.认识河流演化的过程和影响因素;7.培养学生解决实际问题的能力，并进行实际应用。

三、教学方法1.讲授法；2.案例分析法；3.互动式授课；4.实验教学法。

四、教学过程1.课前预习学生应先预习本章节的课文，先了解一些基本概念和相关机制，以帮助他们更好地接受课堂上的学习。

2.研究河流侵蚀教师将介绍河流侵蚀的概念，侵蚀的机制、类型和影响因素，通过视频模拟演示，使学生更易理解。

3.河流沉积机制将与河流沉积有关的公式表现在板书上，并通过案例研究河流沉积的机制。

4.标注河流景观和沉积物将不同的河流景观和各种沉积物标注于地图上，以帮助学生理解河流景观与沉积物的形成过程。

5.河流演化和治理通过实地考察，学习河流的演化过程和治理手段的优化。

6.讨论案例小组内讨论河流化学情况下，各种影响河流侵蚀和沉积的因素，并提出解决方案。

7.课后练习让学生写一篇小论文，分享他们的河流治理方法和观点。

五、教学评估1.学生对于河流侵蚀和沉积机制的理解程度；2.学生能否对问题进行优化处理；3.学生对于河流环境保护的态度和精神。