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探究黄河沉积物矿物学特征分析及前景

2020-03-11 380 上传者：管理员

摘要：本文主要依据已公开发表的资料，对黄河沉积物重矿物、轻矿物与黏土矿物等特征进行详细梳理，从重矿物特征、轻矿物特征、黏土矿物特征三个方面总结分析目前黄河沉积物矿物学特征的研究情状与进展。这一研究对于黄河入海泥沙的扩散迁移规律的认识和判断具有实际意义，对深入研究我国东部冲积平原以及边缘海陆架沉积具有积极影响。

关键词：
沉积物
轻矿物
重矿物
黄河
黏土矿物
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屑矿物长期以来被广泛地应用于沉积物物源研究，其含量、分布和组合特征在指示沉积物来源及其运移方向、搬运营力和沉积过程等方面均具有重要意义［1－4］。黄河是世界上著名的多沙河流，历史上黄河多年平均年入海泥沙量达11亿t，居世界第二位［5］。黄河每年输入的巨量泥沙是我国东部边缘海陆源碎屑沉积物的主要来源，对陆架海区的物质通量、陆架泥质沉积体的形成以及海洋生态环境等有着重要的影响，因而，黄河沉积物物源特征一直是地球科学界广泛关注的焦点问题之一［6－7］。对黄河沉积物矿物学特征的研究始于20世纪80年代［8－10］，至今已经取得了长足的进展，积累了大量研究资料。本文主要依据已公开发表的资料，对黄河沉积物重矿物、轻矿物与黏土矿物等特征进行详细梳理，总结了近40年来黄河沉积物矿物学特征的研究现状与进展。研究黄河沉积物矿物学特征，对于进一步有效判识黄河入海泥沙的扩散迁移规律及其对我国东部冲积平原以及边缘海陆架沉积的影响等均具有重要意义。

1、重矿物特征

目前已有不少学者对黄河沉积物的重矿物特征进行了探索，研究区域主要集中在黄河河口三角洲、干流（河漫滩、悬沙或河床底沙）及其支流等地区（表1）。由于黄河90％以上的沉积物来自中游的黄土高原，主要物源区比较单一，因此黄河沉积物的矿物组成特征在很大程度上继承了黄土重矿物少特别是稳定重矿物少而云母多的特点［6，12］。已有研究也表明，现代黄河碎屑沉积物普遍富含云母类矿物［6－9，11］。方解石是黄河沉积物的特征矿物［6］，片状矿物和方解石的含量一般比长江沉积物高［9］。此外，对黄河水系河漫滩沉积物的碎屑矿物组成的研究表明，黄河主要支流和干流沉积物中碎屑矿物组合基本相似，重矿物主要组合为不透明矿物石榴子石绿帘石碳酸盐矿物和蚀变矿物；但是不同支流和干流不同河段的矿物含量不同，具有一定的区域分异规律［1］。黄河干流沉积物的重矿物特征沿程存在一定的变化，中游重矿物含量稍高于上、下游，但这并非反映了物源的变化，而是不同河段季节性水动力变化和碎屑矿物的重力分选作用的结果［1］。由于沉积动力条件的不同，黄河河口三角洲地区不同沉积环境的碎屑重矿物组成也存在一定差异［7］。

表1黄河沉积物重矿物特征

综合来看，不同研究者对于物源相对比较单一的黄河沉积物重矿物特征的研究认识并不完全一致（表1）。究其原因，可能有以下3个方面的因素：

1）采样位置。不同研究者采样位置差别较大，如黄河的河口三角洲、干流（河漫滩、悬沙或河床底沙）及其部分支流等地区，这直接影响了取样地貌沉积部位的代表性。由于不同地貌沉积区沉积环境差异较大，碎屑沉积物所处的水动力环境变化差别明显，重矿物的水动力分异作用强弱显著不同，进而影响重矿物的分布、组合与富集程度。

2）样品数量。不同研究者选取样品数量相差很大，几个、几十个甚至几百个不等，研究样品数量越多，则样品代表性相对越好。

3）分析粒级。重矿物鉴定采用的碎屑粒度0。063～0。125mm和0。063～0。250mm均有报道，分析粒径的不同会导致矿物种类和矿物含量的变化，影响结果对比。因此，采样位置、样品数量和分析粒级选取的差异等因素均可能会影响到分析结果，进而影响不同研究结果的对比综合。

2、轻矿物特征

轻矿物的含量、分布和组合特征对于认识沉积物的来源、成因及其运移方向与沉积过程，同样具有重要的指示作用。已有研究表明（表2），黄河沉积物中的轻矿物以石英、长石为主［1，6，11］，主要干、支流的轻矿物组成类似，石英的含量很高且变化不大，质量分数基本都在50％以上，长石和岩屑的含量都很低，长石的质量分数变化较大（0。5％～16％），多小于5％，石英与长石的质量比均大于3［1］。此外，受物源和不同河段水动力条件控制，黄河不同干流河段沉积物的轻矿物成熟度指数比较复杂，上游和下游平原河流成熟度指数高，而中游成熟度指数低［1］。采样位置、分析粒级选取等因素可能会对不同轻矿物研究结果的比较产生一定影响。相比于黄河沉积物重矿物特征的研究，轻矿物所受到的重视程度非常低，对黄河干流和主要支流的轻矿物特征系统研究相当薄弱，因而目前尚不能够全面认识黄河干、支流沉积物的轻矿物特征。

3、黏土矿物特征

黏土矿物是碎屑沉积物的重要组分，其特征主要为源区母岩岩性和形成时的风化环境特征所控制［13］。作为一种重要的沉积组分，其组合与含量变化、特征等的研究，对于识别沉积物中物质的来源和搬运路径，反映源区的岩石和气候特征等，具有重要的意义［10，13］。研究表明（表3），黄河沉积物中的黏土矿物主要为伊利石、蒙皂石、绿泥石和高岭石，其中：伊利石是黄河沉积物中的优势黏土矿物，质量分数约为62％；其次为蒙皂石，约15％；绿泥石和高岭石的质量分数最小，一般在10％左右；沉积物中高岭石与绿泥石的质量比约为4，蒙皂石与高岭石的质量比为1～2。由于黄土高原气候相对比较干旱寒冷，化学风化较弱，这种碱性、弱化学风化的环境有利于土壤中方解石和蒙皂石的形成和保存，却不利于高岭石的形成，导致黄河型黏土富蒙皂石少高岭石［10］。此外，范德江等的研究也表明，相比于长江沉积物（伊利石的质量分数约70％，蒙皂石的质量分数约5％～7％，伊利石与蒙皂石的质量比＞8），受流域内地质背景、气候条件和生物面貌等因素的制约，黄河沉积物以伊利石含量低（质量分数约60％）、蒙皂石含量高（质量分数约15％）、伊利石与蒙皂石的质量比＜6为特征［14］。综合来看，虽然不同研究者的采样位置和分析样品数目有一定的差别，但对黄河沉积物黏土矿物特征的研究结果基本一致，这主要是由于黄河物源的碎屑物主要来自中游的黄土高原，它在很大程度上继承了黄土的特征。不过，目前的研究地区主要集中在黄河下游河道或河口三角洲地区，对黄河上中游、干流和主要支流的黏土矿物特征方面的研究还有待进一步加强。

4、结论与展望

近些年，新的技术手段（如碎屑锆石UPb年龄、SrNd同位素等）得到迅速发展，为沉积物物源分析提供了新的途径，但矿物分析依旧是物源研究的重要手段，有其不可替代的作用。由于黄河90％以上的沉积物来自中游的黄土高原，主要物源区比较单一，因此黄河沉积物的矿物组成特征基本继承了黄土的特点。在对黄河物源的碎屑物进行矿物学分析时，分析样品的采样位置、样品数量、分析粒级选取的差异等因素均会直接影响到研究结果，进而影响不同研究结果的比较。总体而言，对黄河沉积物的矿物学研究依然比较薄弱，相比世界其他大河来说仍不够深入，尤其是对黄河干、支流矿物学特征的深入研究还鲜有开展，因此，不能够全面系统地认识黄河干、支流的矿物学特征与沉积物矿物组成的时空变化特征，也缺乏对其沉积物长期连续的季节性变化特征分析。此外，黄河的形成时代问题一直是困扰学术界的关键科学问题之一，各领域学者围绕该问题从地貌学、地质学等不同角度开展了大量深入研究，取得了许多重要的研究成果，但仍存在不少争议。黄河沉积物主要来自黄土高原，很大程度上继承了黄土的特征，可以尝试在沉积较连续、沉积序列保存较完整的地区寻找环境演化研究的理想钻孔材料，采取从源到汇物质追踪的思路，通过运用矿物学、同位素地球化学等多种物源分析方法，从物源示踪的视角来分析黄河沉积物的现代和历史过程，探讨黄河流域演化历史。例如，杨守业等尝试运用元素地球化学方法在现代黄河三角洲地区追踪了黄河物质的影响深度与程度，对黄河贯通时间进行了探索［15］。尽管目前还鲜有从物源示踪的视角研究黄河的演化历史与东西贯通的时限问题，但可望今后取得重要进展。

参考文献：

[1]王中波,杨守业,李日辉,等.黄河水系沉积物碎屑矿物组成及沉积动力环境约束[J].海洋地质与第四纪地质,2010,30(4):73.

[2]王昆山,石学法,刘升发,等.泰国湾西部表层沉积物重矿物分布特征:对物质来源和沉积环境的指示[J].第四纪研究,2014,34(3):623.

[3]高文华.南黄海内陆架沉积物扩散过程的示踪方法[D].南京:南京大学,2015.

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[5]林晓彤,李巍然,时振波.黄河物源碎屑沉积物的重矿物特征[J].海洋地质与第四纪地质,2003,23(3):17.

[6]陈丽蓉,栾作峰,郑铁民,等.渤海沉积物中的矿物组合及其分布特征的研究[J].海洋与湖沼,1980,11(1):46.

[7]陈丽蓉.渤海､黄海､东海沉积物中矿物组合的研究[J].海洋科学,1989(2):1.

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基金项目:国家自然科学基金资助项目(41701101,41672345,41871073),江苏师范大学博士科研启动基金(17XLR003),江苏高校优势学

科建设工程资助项目,江苏省研究生科研创新计划项目(KYCX18-2117)