1、河西走廊地區地表沉積物地球化學示蹤王立強*基金項目：國家自然科學基金項目（批注號：40721061，40671192）、教育部“新世紀優秀人才支持計劃”與“111計劃”資助作者簡介：王立強(1984)，男，碩士研究生，地球化學勘查專業。Email: wanglqiang08,廣東省第五地質大隊 肇慶 526000中文摘要本文對河西走廊地區的巴丹吉林沙漠與騰格里沙漠、戈壁灘、黑河與石羊河河流平原以及祁連山坡麓4種類型的地表沉積單元進行地表采樣，并對其全樣和38 m細顆粒組分的粒度組成和元素含量等指標進行測量與分析，得出結論：全樣存在粒度和常量元素的端元分布，沙漠和祁連山為差異性最大的端元，而河流

2、平原與戈壁灘分布在兩個端元之間；但四者全樣、細顆粒組分以及黃土的微量元素分配特征以及FD端元分布曲線表明四者并無太大區別；同時粉塵在源區經歷了一定程度的混合作用，而能夠搬運至下風向的細顆粒成分在源區經歷了脫Ca、Na等的初等化學風化，并且該區的山前洪積扇、河流堆積、沙漠與下風向粉塵堆積存在著密切的物質聯系，高山作用過程起著主導作用。關鍵詞：粉塵源區，地表沉積，元素含量，粒度組成AbstractIn this study, we have sampled four types of surface deposits in the Hexi Corridor and its adjacent re

3、gions, including Badain Jaran Desert and Tengger Desert, the Gobi deserts, the flood plains of Shiyanghe River and Heihe River, and the deposits at the piedmont of Qilian Mountains (including loessic deposits). Based on the results of particle size and element compositions of the bulk samples and &l

4、t; 38m fraction.The grain sizes, and major elemental compositions magnetic susceptibilities of the bulk samples in the regions exhibits an evident end-member pattern, i.e. the deposits at the piedmont of Qilian Mountains and the sandy desert. The deposits of river plains and gobi desert fall into th

5、e range of the end-members. However, there is no distict difference in the trace elemental compositions of the different deposits. Meanwhile, the strong winds in desert regions blow light minerals leeward, resulting in the lowest magnetic susceptibility in the bulk desert samples and the highest val

6、ues in the fine-grained component of desert sand.In the background of global cooling, the loose debris of the study area has undergone intensive deflation due to strengthened surface wind regimes, the aeolian landforms appear widely, and the loess dposits accumulate continously. There exits a close

7、linkage between the surface deposits on the Hexi Corridor and aeolian deposits in the downwind regions.Key words: Asian dust source areas; surface deposits; elemental compositions; grain size; 1前言全球對流層大氣氣溶膠（又名大氣粉塵，釋放通量約3500 Tg a-1）是指主要來源于沙漠及其周邊戈壁灘地區的礦物氣溶膠1。近年來大量學者對大氣粉塵的來源、特征、變化規律及其與大氣環流和氣候變化的關系等科學問題

8、做了大量而細致的工作并取得了長足的進展2-5。自上世紀60年代以來，學者們對亞洲粉塵下風向沉積記錄進行了全面的、多學科的研究，主要工作有中國黃土堆積6-7、北太平洋深海風成堆積4-5,8及格陵蘭冰芯不溶顆粒物9等。其中又以中國黃土的物源問題一直是研究的重點對象，盧演濤與劉秀銘10-11通過對現代塵暴的時空分布、氣候背景的分析認為形成黃土的粉塵主要來自西部和北部的荒漠地區。張小曳7通過對亞洲粉塵關鍵區域（中國沙漠、黃土高原、青藏高原和東部降塵區）大氣粉塵元素的濃度-粒度分布、沉降通量等分析，認為中國北部沙漠（如巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠）及其鄰區（河西戈壁）是亞洲粉塵和黃土高原黃土堆積的主要源區。

9、孫繼敏等12也認為黃土高原風成黃土的主要源區是蒙古國南部以及與之相鄰的包括巴丹吉林、騰格里、烏蘭布和、庫布其和毛烏素等在內的戈壁、沙漠地區，而且阿爾泰山、杭愛山與祁連山等山脈的高山作用過程是粉塵產生的主要原因。Derbyshire13的工作則表明祁連山北部巨大的山麓沖積扇是黃土高原西部黃土物質的主要源區。楊景春14認為中亞地區沙漠和戈壁地區是黃土高原的物源區。岳樂平等15認為干涸的湖床和河床可以作為沙塵的主要物源區。Chen等16采集了中國境內主要沙漠樣品，提取其中75m細顆粒進行同位素分析，認為黃土高原的粉塵主要來源于巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠以及柴達木沙漠。Maher等17通過磁化率以及元素

10、地球化學指標認為中國黃土的源區更為廣泛，而不是具體的某個區域。由此可見，科學認識黃土堆積的來源仍需要開展大量的工作。但早期的研究僅限于較少源區樣品與黃土堆積理化參數的比較，而對于粉塵的起源及其在源區內部的分異、混合等地表過程探討較少。河西走廊及其毗鄰地區（屬于中國西北干旱半干旱區）主要由大面積的沙漠（騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠）、石漠（戈壁）和河流堆積物（主要河流是黑河和石羊河）組成，由于屬于典型大陸性氣候（溫度年較差、日較差均很大，物理風化作用強烈），大量分布的干涸的河湖相沉積、戈壁灘及沙漠等地表沉積單元成為亞洲沙塵主要的物源區18-22，并歷來受大量學者所親睞，且地球化學、粒度、磁化率及大氣

11、觀測在該區的環境氣候演化得到大量研究。因此，測量河西走廊及其毗鄰地區不同地表單元和下風向的黃土高原地區（本文以洛川黃土為典型黃土沉積區）的粒度、元素地球化學等指標，對于指示亞洲粉塵源區以及研究粉塵源區的環境氣候變化所影響的地表沉積過程有著極其重要的意義。本文通過采集河西走廊地區不同地表沉積單元（祁連山山麓、戈壁灘、黑河與石羊河河流堆積物、騰格里與巴丹吉林沙漠）地表細顆粒物質并分析其粒度和地球化學等參數，探討河西走廊地區粉塵物質的來源及其在源區內的分異、混合等過程，探討該區不同沉積單元之間物質聯系和粉塵在源區內部不同類型地表沉積之間的聯系，以及可能受到的動力作用和化學作用。同時選用洛川黃土作為中

12、國黃土高原典型黃土沉積，探討研究區與下風向沉積區的中國黃土物質是否有物質供給關系，以及供給的貢獻量大小等問題，以期進一步理解粉塵的產生過程以及粉塵源區的釋放機制，并探討粉塵在源區的釋放與沉積過程。2 研 究 區 概 況研究區位于甘肅省和內蒙古自治區境內，南起祁連山北麓，北至居延海；東起民勤縣，西至酒泉市（38º-42º N；90º-104º E）。受地理位置、大氣環流與地形等因素的影響，該區域為典型的大陸性荒漠氣候，沉積類型主要為沙漠（騰格里和巴丹吉林）、戈壁（主體為沖洪積扇）、河流平原（石羊河和黑河）以及祁連山坡麓沉積等。3 樣品采集與實驗方法3.1

13、樣品采集沙漠樣品采自巴丹吉林和騰格里沙漠南緣地帶，戈壁樣品采集于河西走廊地區沙漠周邊的戈壁，河流平原樣品主要采集于石羊河和黑河附近的河流平原，祁連山的樣品在鶯落峽（石羊河上游樣品）附近采集，各類樣品共計130個。樣品采集時，刮去采樣點的表層沉積物（約1 cm），然后進行樣品采集并用自封袋封存。所有樣品采集點均遠離農田、公路等，以盡可能減少人類活動的影響。圖1河西走廊及其毗鄰地區自然地理概況與采樣點分布Fig. 1 physical geography and locations of the sampling sites in the Hexi Corridor and its adjacen

14、t areas3.2 實驗手段3.2.1 粒度自然風干所有樣品后，每個樣品取0.3-0.5 g（沙漠樣品加入量多，祁連山等含細顆粒物質多者加入樣品量較少）放入燒杯中。加入10 ml濃度為30%的雙氧水（H2O2）煮沸約30 min（除有機質），然后加入10 ml體積濃度為10%稀鹽酸（HCl，去除次生碳酸鹽）。加入蒸餾水至滿，靜置24 h后用虹吸法抽去上層水。加入10 ml濃度為0.05 mol L-1的六磷偏酸鈉（NaPO3）6），用超聲波振蕩器振蕩78 min以供測量。測量儀器為Malvern公司生產的Mastersizer 2000激光粒度分析儀，該儀器的檢測范圍0.022000

15、81;m，重復誤差小于3%。所有樣品的分析測均在蘭州大學西部環境教育部重點實驗室進行。3.2.2 元素本文共挑選了不同沉積單元的58個全樣及其中的39個38 m細顆粒組分品（過400目干篩可分離得到38 m組分）進行元素分析。全樣中騰格里沙漠、戈壁以及祁連山坡麓樣各12個，石羊河和黑河平原地區樣品各6個，巴丹吉林沙漠樣品10個；38 m細顆粒樣品中騰格里沙漠、巴丹吉林，黑河平原，石羊河平原各5個，祁連山10個，戈壁灘9個。元素分析在蘭州大學西部環境教育部重點實驗室完成。測試結果經標樣控制和對照實驗，得出相對標準偏差為：P、Mn小于5%，其余常量元素小于2%。4 結 果4.1 粒度組成粒度因其具

16、有測定簡單快速、物理意義明確等特點，被廣泛應用于各種沉積環境研究中23,24。在環境變化研究中，沉積物粒度組成是獲取沉積過程中所指示環境信息的重要手段之一25,26。Folk和Bagnold23,27認為當搬運介質和搬運方式穩定不變時，所搬運沉積物的粒度概率累積曲線呈單一因子控制的單組分分布，多組分、多模態的粒度分布特征更為常見體現了多因子控制條件。張小曳等28認為不同粒徑的粉塵組分可以反映塵暴強度及風力大小。沉積物粒徑累計曲線特征及其粒度參數（平均粒徑、中值粒徑、分選系數與偏度等）是反映搬運介質動力大小等特征的直接標志，在源區示蹤方面指示意義明確29。平均粒徑越大，物源區越近；偏度能夠表示沉

17、積物中各粒度組分的比例；峰度反映了沉積物某一粒徑的集中程度，以上參數共同反映了沉積物受外力的分選程度，即沉積物粒度指標具有良好的沉積環境指示意義30-31。圖2 各細粒物質中值粒徑偏度與中值粒徑分選系數散點圖4類地表樣品沉積粒度參數特征為：1）作為搬運第一步的祁連山物質，由于受水和風力作用均較弱，中值粒徑介于20-50 m，分選系數在1.5-2.5之間（分選差），偏度為5-12，屬于極正偏；2）以黑河和石羊河河漫灘為代表的受水動力作用較強的樣品，中值粒徑分布范圍較寬，主要是因水動力變化較大，故分選系數變化較大，偏度均大于0，屬于正偏態，與沙漠和戈壁差異較大；3）黑河和石羊河沖積平原進一步風化吹

18、蝕的戈壁灘，中值粒徑一般100-200 m，分選系數0.75-1.5之間（分選較差至中等），偏度-0.1至-0.3，負偏-正偏均存在；4）受風力吹蝕，分選極好的巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠，由于細物質被強勁的地面風吹蝕，其中值粒徑大多在150-200 m之間，偏度小于0，粗粒物質更多。從地表物質搬運與沉積記錄來看，物質從祁連山搬運至沙漠主要有兩個途徑：1）祁連山北麓-石羊河-戈壁灘-騰格里沙漠；2）祁連山-黑河-戈壁灘-巴丹吉林沙漠，兩個途徑在空間上方向不同，但都是從高往低搬運。在物質搬運過程中，物質的分選得到提高（分選系數逐漸降低），偏度下降，中值粒徑逐步增大。粒度參數特征顯示了祁連山的高山作用

19、將物質從祁連山搬運至尾閭沙漠的規律性變化。大量研究認為河西走廊的沙漠、戈壁灘、河漫灘及祁連山都可以作為中國和北半球的粉塵源區7,10,13,25，然而位于源區內部不同的地表單元，在空間分布和對大氣粉塵的貢獻上可能存在一定的差異性，粒度分析結果初步揭示了粉塵源區不同地表沉積單元之間的空間聯系。如圖2a、b中箭頭所示方向，基本上可以認為是祁連山物質搬運到沙漠的趨勢和途徑，物質從高到低的搬運，雖然沿途各自所受的氣候環境有所差異，但總體上粒度參數變化趨勢明顯，在河漫灘-戈壁-沙漠的搬運途徑上，細粒物質含量越來越低（偏度越來越負偏），中值粒徑越來越大，分選性越來越好（分選系數越來越低）。綜上所述，可以得

20、出河西走廊碎屑物質在沙漠、戈壁灘、河漫灘以及祁連山之間存在一定的空間聯系，如戈壁灘（戈壁灘土壤樣）、石羊河和黑河河漫灘沉積粒度參數極為相似（圖2），表明它們可能具有同源性。4.2 元素元素地球化學是研究地表物質遷移、搬運和沉積等過程最為有效的手段之一，而粉塵特征元素組成通常在釋放、傳輸和沉降過程中保持不變，能夠可靠地顯示粉塵源區的差異28,32 -34。研究中國粉塵源區內地表物質地球化學沉積記錄對中國西北及下風向粉塵沉積、來源及粉塵環境效應的認識有著重要的意義。本文采集了河西走廊及其毗鄰地區主要沙漠（騰格里和巴丹吉林沙漠）、戈壁、河流平原（黑河和石羊河）及祁連山北麓等地表樣品，分析其全樣以及&

21、lt;38 m細顆粒常量及微量元素的組成特征，分析討論研究區各種地貌類型的地表物質元素地球化學的區域變化信息。（注：為剔除碳酸鹽、有機質等揮發份對元素相對含量的影響，在此對常量元素的百分含量作了校正，校正值=測定值÷（1-CO3）×100%，本文粗顆粒和細顆粒常量元素均同此處理校正，其中CO3為X射線熒光光譜儀給出的揮發性組分百分比。）4.2.1 全樣常量元素Ti、P、Mn、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Ka和Na等10種常量元素（以氧化物形式表示）含量分布（最大值、最小值和平均值）如圖4-5所示。研究區地表碎屑物質Ti、Fe、Mn、P、Mg、Ca和Al元素含量依次從祁連山

22、河流平原（石羊河和黑河）戈壁（主體為河流沖積扇）沙漠（騰格里和巴丹吉林沙漠）表現為降低趨勢，Si呈增加的趨勢，Ka、Na兩種元素在研究區不同地表類型之間變化不大。為了減小粒度效應對元素含量的影響，本文將所有待分析元素的質量分數與Al2O3的質量分數的比值，以UCC作為參考標準，得到UCC標準化比值（EF（UCC）=X/Al（樣品）/X/Al（地殼），具體解釋見參考文獻28，以下所有EF（UCC）標準化均采取此種計算方法。圖3 全樣元素EF（UCC）標準化曲線（備注:本文UCC數據來源于文獻32，洛川黃土數據來源于文獻35，以下均同此說明）如圖3所示，研究區內的祁連山坡麓樣品和沙漠砂（騰格里和巴

23、丹吉林）表現為常量元素UCC標準化曲線變化的兩個端元，河流平原（石羊河和黑河）和戈壁樣品變化在這兩個端元之間，由于沙漠和祁連山的粒度效應剛好為兩個端元，可能表明研究區地表碎屑物質在水動力作用下自祁連山輸送至沙漠終閭地區導致的元素分異。Si在研究區所有碎屑沉積物中均表現富集，其中以沙漠樣品含量最高。K的含量在研究區不同地表類型樣品及洛川黃土中都相對接近，淋失與富集過程相對較弱。Na在不同地表單元中變化極大，且與洛川黃土差異明顯，暗示了其極強的遷移性。對于Ca而言，在研究區不同地表類型和洛川黃土之間差異較大，可能與降雨量差異有關。幾乎所有常量元素在不同沉積單元中差異均較大，且在祁連山坡麓和沙漠砂兩

24、個端元之間變化。值得注意的是，除了Na2O與CaO這兩種極易遷移的元素外，洛川黃土的常量元素EF（UCC）曲線總體上比研究區其他沉積更接近1，暗示了黃土可能是不同源區或單一源區不同地表沉積物的混合產物。研究區不同地表沉積類型微量元素含量的變化相對較小，尤其是As、Ba、Bi、Cu、La、Nb、Rb、Y和Sr等元素分布基本一致。受水文條件和蒸發作用影響，Cl和S含量差別較大。不同地表沉積類型的As、Co、Cu、Y平均含量較UCC均高出10-30倍以上，而Bi、Sr、Nb含量遠低于UCC（0.3-0.5），表明研究區不同地表類型碎屑盡管沉積環境不同，但可能由于物質來源一致而具有相似的微量元素配分模

25、式特征。洛川黃土的微量元素UCC標準化曲線與研究區微量元素配分模式一致性較好，特別是稀土元素（La、Nb、Y）與過渡族元素（Co、Ni、V），表明河西走廊及其毗鄰地區可能是黃土物質的主要源區。4.2.3 <38 m細顆粒組分常量元素如圖4所示，與全樣常量元素在不同地表單元中差異性較大的特征相比，<38 m細顆粒組分的主量元素在4種類型沉積物之間變化較小，盡管也存在一定的差異性。SiO2平均值在62-65%之間，含量在60-70%之間波動；相比較而言SiO2、Al2O3和TiO2在所有的沉積單元的變化幅度也較小，分別在12-14%和0.4-0.5%之間波動，可見這3種元素是最穩定的。

26、Na2O和K2O在4種沉積單元平均含量均在2-2.5%之間，Na2O的波動范圍稍微大點。如圖4所示，對比全樣常量元素的分布，除SiO2的含量降低、Na2O和K2O保持不變外，其他元素含量均增大，表明除了SiO2以外的大多數元素含量都存在隨粒度變細而增加的趨勢。研究區全樣與細顆粒組分CaO含量高出UCC含量2-3倍，體現了西北粉塵源區細粒物質富Ca而相對貧Si的區域特點，與Zhang的研究工作吻合36。對比圖5-3和圖4，全樣和細粒組分K2O含量的變化均較小，表明4種地表細顆粒物質沉積過程中鉀長石都沒有受到風化。由于扣除了粒度效應，粉塵源區的常量元素EF（UCC）標準化曲線極為接近，在一定程度上

27、指示了粒度對于元素含量的富集效應。由于粒度差異，4種沉積單元全樣樣品的微量元素含量并不一致，而細顆粒組分在粉塵源區的不同地表單元及下風向洛川黃土微量元素之間的差別僅僅見于Cl、S和Sr這幾種易遷移元素，不同地表單元的元素EF（UCC）標準化曲線差異性較全樣要小得多。圖4 研究區域細顆粒常量元素的EF（UCC）標準化曲線比較圖3和4全樣與細顆粒組分的元素含量分布圖，可以發現粒度對大多數元素的富集（對于SiO2作用相反）具有一定作用，多數元素隨著粒度減小，含量都會有所升高。對于圖5中細顆粒組分不同地表單元的元素含量的差異性明顯減小，極可能由以下兩種原因造成：1）高山地區風化作用使得祁連山的坡麓物質

28、（祁連山基巖風化物）被冰川、流水以及風力作用等搬運、改造，從而堆積在河西走廊沙漠、戈壁以及河流平原，同一物質來源的樣品在扣除粒度效應之后彼此的元素地球化學特征應當極為相似；2）近地表風力對這些物質的改造作用可能使得細顆粒物質在粉塵源區內部存在一定的混合過程。祁連山至河西地區地勢從高至低，祁連山北麓發育有巨大的沖積扇13，研究區地表碎屑物質主要受水動力作用從祁連山輸送至沙漠終閭地區，并經風動力分選、改造。盡管研究區4類沉積單元全樣元素地球化學特征與洛川黃土存在一定差異，但是對于可被搬運至中國黃土高原的38 m細顆粒成分而言，常量元素地球化學特征（Fe、Ti、K等）與諸多微量元素（如Ba、Bi、C

29、o、Ni、Pb等）的配分模式及含量幾乎沒有差異，即研究區的4種沉積單元的細顆粒成分完全可以作為中國黃土的重要粉塵釋放源之一。同時，洛川黃土的EF（UCC）元素比值（常量和微量）最接近1（研究區地表物質或多或少偏離1，如Fe、Mg、Ti等元素），暗示了粉塵搬運至中國黃土可能是幾個粉塵源區或者粉塵源區不同地表單元混合作用而成，并非僅僅由研究區或研究區某一沉積單元的單一來源提供物質，但研究區對下風向的中國黃土物質供給是顯而易見的。5 討 論5.1 研究區域風化特征Suchet37認為在地表化學風化過程中，大氣中的CO2能夠被轉化為溶解態的HCO3-，隨徑流進入海洋而固定，即風化作用是大氣CO2消耗的

30、重要途徑（約0.7×109/a）。粉塵在源區的化學風化過程對于全球的碳循環具有重要意義，河西走廊及其毗鄰地區地域遼闊，研究該粉塵源區的地表化學風化過程對全球CO2的研究有舉足輕重的作用，本節對河西走廊及其毗鄰地區不同地表沉積單元的化學風化作用進行分析探討。化學風化過程表現為原生礦物發生化學分解和新礦物的生成，與此伴生的是化學元素發生分異，同時不同元素的遷移強度也是風化強度的一個標志和參考，在母巖風化到沉積物沉積的形成過程中，不同元素會重新遷移分布，一般呈現Ca、Mg、Na、K的明顯減少，A1、Fe的少量流失，Si的相對增加38-39。前人研究40認為化學風化指數（CIA）及一些氧化物

31、之比（如K2O/Na2O、K2O/CaO*和K2O/Al2O3）可以反映硅酸鹽礦物（主要是長石礦物）的風化程度，由于其扣除了。根據質量平衡原理、長石淋溶實驗和礦物穩定性，Nesbitt等41提出了熱力學計算公式ACNK三角模型，該模型作為計算化學風化系數和大陸化學風化趨勢預測極為常見和有效。（其中A = Al2O3；CN = CaO* + Na2O；K = K2O。4種常量元素均為氧化物分子摩爾數，具體計算見文獻40）圖5研究區不同沉積物的A-CN-K圖解（圖中箭頭指示UCC陸源頁巖的化學風化趨勢）如圖5所示，全樣樣品中河西走廊及其毗鄰地區不同地表類型樣品大多數分布于UCC陸源頁巖的化學風化趨

32、勢線上，基本平行于ACN連線。這一特征表明：研究區沙漠、戈壁、河流平原以及祁連山坡麓的沉積物來源一致，暗示了河西走廊地區的地表物質可能來源于祁連山基巖風化的產物。騰格里與巴丹吉林沙漠樣品點位于斜長石和鉀長石連線以下（長石未風化上界，CIA=50）；祁連山坡麓樣品點絕大多數位于斜長石和鉀長石連線（圖5中虛線）以上；戈壁和河流平原樣品點大多數位于斜長石-鉀長石連線附近。據圖5可以發現，細顆粒組分中沙漠的化學風化強度比全樣高，其他三種沉積物細顆粒的CIA值相對比于全樣的增加幅度遠不如沙漠，但4種沉積物中細顆粒組分的CIA值基本上都位于50-65之間的初等化學范疇。4種細顆粒和全樣成分及洛川黃土（中國

33、黃土代表）的ACNK風化趨勢平行于A-CN軸，且細顆粒較全樣更平行于UCC陸源頁巖趨勢線，暗示了研究區細顆粒物質對于下風向黃土粉塵貢獻具有重要潛在意義。綜合全樣和細顆粒元素地球化學分析，研究區的祁連山高山作用提供了4種地表沉積單元同一風化母巖物質，且河西走廊及其毗鄰地區可以作為中國黃土高原的潛在物質源區。4種沉積物細顆粒組分的化學風化強度均處于初等化學風化范疇，<38 m的細顆粒（能夠被吹蝕的粒徑組分）在粉塵源區經過了一定程度的化學風化，雖然沙漠的化學風化強度最弱，但是其細顆粒成分仍然處于初等化學風化作用范圍內，吻合了陳駿在洛川黃土剖面進行的酸不溶相試驗結論：黃土粉塵在源區已經經歷了去C

34、a、Na階段的化學風化42-43。無論是粗顆粒還是細顆粒的化學風化趨勢基本平行于ACN連線，證明研究區地表物質來源一致，極有可能均來自于祁連山（青藏高原）的高山作用，且細顆粒物質是由于粗顆粒的物理化學風化而來。5.2 粉塵示蹤指標的選取5.2.1 元素地球化學分析在沉積物形成的過程中，其組成會發生分餾作用（動力分選作用），導致造成元素在不同粒級中的分配規律不一致。在表生地球化學環境研究中，不同研究者對同一比值的指示意義理解并非一致，甚至大相徑庭，所以地球化學研究中常選擇兩個或兩組地球化學性質相近，在地球化學過程中相對比例較穩定，并對外源輸入敏感的元素（稱為“元素對”）計算比值。該計算方法在示蹤

35、研究中得到大量運用，并取得了豐碩成果10,35,。在此我們選取Si、Al以及Ti等3種難遷移的元素作為分母對粉塵在源區的沉積過程進行探討分析。圖6 研究區域全樣常量元素散點圖研究區地表碎屑物質Ti、Fe、Mn、P、Mg、Ca和Al元素（均以氧化物表示）含量依次從祁連山河流平原（石羊河和黑河）戈壁（主體為河流沖積扇）沙漠（騰格里和巴丹吉林沙漠）表現為降低趨勢，而SiO2呈增加趨勢。考慮到上述4種沉積環境地表樣品的中值粒徑分別為70、145、155、210 m，表明研究區地表碎屑物質主要由水動力自祁連山輸送至沙漠終閭地區，反映了干旱盆地碎屑物質產生的高山過程及碎屑物質在水動力變化下產生的分異。搬運

36、過程中，由于石英礦物穩定，加之沙漠地區細粒物質被風蝕，導致粗顆粒的沙漠砂中SiO2顯著富集，而其他元素則明顯受到SiO2的稀釋作用（圖6-a、c）。Na、K受粒度分選作用的影響不明顯，其含量變化不大。常量元素含量隨顆粒大小的分異與騰格里沙漠南緣風成沉積和洛川黃土等的研究結果基本一致32,33。圖7 研究區域<38 m細顆粒常量元素散點圖從祁連山至沙漠的常量元素分布暗示了粒度效應對于控制元素的含量分布具有極其重要的貢獻，大多數元素（除了SiO2）都呈現隨粒度降低而富集的特征。圖7中4個比值與黃土和UCC差別較大，可能原因是：a粉塵所在源區的風化程度遠不如黃土，至少鉀長石在黃土（中國黃土高原

37、的降雨量遠大于研究區）的風化極為普遍，而在研究區基本上未受任何風化；b黃土更有可能是中國西北幾個源區的混合所致，而非僅僅由河西走廊及其毗鄰地區這一單獨的粉塵源區所提供。5.3 源區粉塵釋放的可能機制探討判別函數FD的計算如下44: FD =|Cix-Cim|/Cim，式中: Cix為洛川黃土某元素與Al元素之比；Cim為端元（在本文分析中沙漠和祁連山的地球化學、粒度以及磁化率均可認為此二者為兩個端元）中元素i與Al元素之比。FD值越接近于0，表明洛川黃土中元素的組成越接近于端元，反之則表明洛川黃土的元素組成越偏離端元。由此判別函數可知，沙漠和祁連山作為兩個研究區地表沉積（粒度、元素）的端元，在

38、排除某些極易遷移（Sr、Ca、Na等）或測量準確性較差（Tl、S、Cl等）的元素之后，大多數FD值小于0.2，即洛川黃土和研究區的沙漠與祁連山親緣性比較好，研究區作為下風向黃土堆積區的粉塵提供者具有重要的潛在意義。圖8研究區沙漠和祁連山端元FD判別函數圖（注：此處所有元素均為與Al元素重量之比）研究區4種地表單元的細顆粒物質作為粉塵源區受到了近地面風場的充分混合作用（在祁連山北坡可見風成黃土）。研究區內的阿拉善沙漠（騰格里和巴丹吉林沙漠）、河西走廊的河流平原、阿拉善戈壁灘、祁連山坡麓物質四者的地球化學特征彼此差異性不大，在一定程度上體現了粉塵在源區的混合作用。研究區與洛川典型黃土全樣和細顆粒組

39、分的EF（UCC）分配圖以及研究區端元判別函數圖（圖8）均進一步表明，河西走廊及毗鄰地區是黃土堆積的主要源區之一，且研究區沙漠、戈壁和河流平原等沉積單元的碎屑物質均來自于祁連山基巖的風化剝蝕。研究區4種細顆粒組分如此之相似，表明沙漠物質是由沉積盆地中干涸的河流、湖泊沉積演變而來是完全有可能的，也就是石羊河與黑河等河流的搬運作用將祁連山的碎屑物質帶至河西走廊及其毗鄰地區的沉積盆地，而騰格里和巴丹吉林沙漠是河西走廊沉積盆地的尾閭。圖9 粉塵釋放及其下風向沉積過程示意圖（引自文獻45）研究區風和水介質的動力對研究區地表沉積物粒度具有顯著的分選效應，表現為河流將母巖風化物質從高海拔的祁連山搬運至沉積尾

40、閭的沙漠，而后風力對沉積盆地內物質進行風蝕分選，其粒度參數也表現為中值粒徑從小到大、分選越來越好的變化，全樣中易遷移常量元素隨之呈有規律的端元分布。比較研究區的4種不同地表沉積單元與洛川黃土的元素分配以及A-CN-K圖，河西走廊及其毗鄰地區可被認為是中國粉塵和黃土物質的重要潛在源區，并且黃土粉塵物質在被風力搬運之前可能已進入沉積體系（騰格里和巴丹吉林沙漠作為沉積尾閭區），從源區到堆積區，黃土可能是通過多次搬運實現的，但是粉塵可能在源區已經經受了較充分的混合過程。所以粉塵更有可能是源區內不同類型物源粉塵的混合體，而粉塵的懸移、躍移、蠕移等多種搬運方式是混合作用的主要方式45，單獨的去討論研究區內

41、騰格里和巴丹吉林沙漠、河流平原、戈壁灘以及祁連山北麓巨大的沖積扇單一的沉積類型，而不以上述4種沉積單元作為一個整體去考慮粉塵在源區所經歷的混合作用以及粉塵的母質來源可能是不妥當的。6 結 論 本文對河西地區各種沉積物的全樣和38 m細顆粒組分的粒度組成、元素含量等進行分析，得出以下結論：1）由于高山作用過程導致4種地表沉積物中粒度、常量元素以及磁化率端元分布模式，沙漠和祁連山為端元，而河流平原與戈壁灘分布在端元之間。細顆粒和全樣的微量元素除了某些極易遷移的元素外差異性并不大。河西走廊發育著祁連山北部巨大的山麓沖積扇（祁連山至河西地區地勢從高至低），預示了研究區地表碎屑物質主要由水動力從祁連山輸

42、送至沙漠終閭地區，所以祁連山坡麓和沙漠的全樣的常量元素含量分布于兩個端元，而戈壁和河流平原分布在兩個端元之間；同時研究區各種地表類型樣品的微量元素和特征元素曲線圖彼此極為接近。2）洛川黃土以及研究區全樣和細顆粒組分的微量元素分配特征以及FD端元分布曲線表明，研究區是中國黃土主要的潛在粉塵源區，但并非唯一源區。粉塵在源區已經經歷了一定程度的混合作用。雖然一部分沙漠樣品的全樣處于未化學風化階段，但搬運至下風向的細顆粒成分在源區經歷了脫Ca、Na等的初等化學作用。3）在流水作用下，祁連山風化產生的碎屑物質在在山前形成沖洪積扇，在河湖周邊形成沖積平原（石羊河與黑河河流堆積物）。山前洪積扇、河流堆積、河

43、流終閭沙漠沉積以及下風向粉塵堆積物有著密切的物質聯系，祁連山的高山作用過程在物質遷移中發揮了重要的作用。參 考 文 獻1 Andreae, M.O. Climate effects of changing atmospheric aerosol levelsR. World Survey of Climatology, Future Climates of the World. 1995:34-392.2 趙鳳生,石廣玉.氣溶膠氣候效應的一維模式分析J.大氣科學.1994,18(增刊):902-909.3 Martin, J.H., Fitzwater, S.E. Iron deficienc

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