柴达木盆地西南缘山前沙丘区沉积物地球化学特征及其指示意义

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00154

摘要/Abstract

摘要：

以柴达木盆地西南缘山前沙丘区为研究区，采用地球化学元素分析方法，阐明了研究区不同类型地表沉积物的地球化学元素特征，并探讨其风化特征、物质来源及输移过程。结果表明：（1）研究区沉积物常量元素组成以SiO₂、Al₂O₃和CaO为主，三者的平均含量总和超过83%。微量元素以Cl、Ba、Sr和Zr含量较高。与上陆壳（UCC）平均化学元素组成相比，常量元素CaO轻微富集，微量元素As高度富集，Co轻微富集。（2）研究区化学蚀变指数（CIA）变化较小，为40.90~53.05，平均47.51，化学风化程度较弱，均处于风化的初期阶段。（3）特征元素比值表明，研究区沉积物具有相同的物质来源。柴达木盆地西南缘东昆仑山中的岩石经过风化剥蚀产生的碎屑物质在季节性流水作用下被搬运至山前堆积，形成广布的山前冲-洪积平原，后经风力吹蚀改造形成现在的地表景观。本研究不仅可以丰富区域风沙地貌研究内容，而且也可为区域风沙灾害的防治提供理论基础。

关键词: 物源, 地球化学特征, 沙丘, 柴达木盆地

Abstract:

This paper selected the piedmont dune area in southwest margin of Qaidam Basin as the study area， used geochemical element analysis， elucidated the characteristics of geochemical elements of different types of surface sediments in the study area， discussed the weathering characteristics， material sources and transport process. The results indicated that major elements of the sediments are predominated by SiO₂， Al₂O₃， and CaO， and the average total content was more than 83%， while the higher content of trace elements were Cl， Ba， Sr and Zr. Compared to the average content of chemical elements for the upper continental crust， the main element CaO was slightly enriched， and the trace element As was highly enriched， and Co was slightly enriched. The variation range of CIA in the study area was small， between 40.90 and 53.05， with an average of 47.51. The degree of chemical weathering was weak， and all of them were in the early stage of weathering. The ratio of characteristic elements indicated that the sediments in the study area had the same material source. The clastic materials generated from the weathering and denudation of the rocks in the East Kunlun Mountains at the southwest margin of the Qaidam Basin were transported to the piedmont and accumulated under the action of seasonal water flow， forming a widespread piedmont alluvial proluvial plain， and then formed the current surface landscape through wind erosion. This study can not only enrich the research content of regional aeolian geomorphology， but also provide theoretical basis for the prevention and control of regional aeolian sand disasters.

Key words: sand source, geochemical characteristics, sand dune, Qaidam Basin

中图分类号:

P931.3

张思悦, 李继彦, 张姚姚, 徐德华. 柴达木盆地西南缘山前沙丘区沉积物地球化学特征及其指示意义[J]. 中国沙漠, 2023, 43(1): 222-233.

Siyue Zhang, Jiyan Li, Yaoyao Zhang, Dehua Xu. Geochemical characteristics and implications of sediments in the piedmont of southwestern Qaidam Basin， China[J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(1): 222-233.

图/表 10

参考文献 43

1	朱震达，吴正，刘恕，等.中国沙漠概论［M］.北京：科学出版社，1980：8-35.
2	陈骏，安芷生，刘连文，等.最近2.5Ma以来黄土高原风尘化学组成的变化与亚洲内陆的化学风化［J］.中国科学（D辑：地球科学），2001，31（2）：136-145.
3	陈骏，季峻峰，仇纲，等.陕西洛川黄土化学风化程度的地球化学研究［J］.中国科学（D辑：地球科学），1997，27（6）：531-536.
4	赵万苍，刘连文，陈骏，等.中国沙漠元素地球化学区域特征及其对黄土物源的指示意义［J］.中国科学：地球科学，2019，49（9）：1425-1438.
5	薛红盼，曾方明.青海湖东岸全新世风成沉积的地球化学特征及其古气候意义［J］.沉积学报，2021，39（5）：1198-1207.
6	尚媛，鲁瑞洁，贾飞飞，等.青海湖湖东风成剖面化学元素特征及其环境指示意义［J］.中国沙漠，2013，33（2）：463-469.
7	Campodonico V A， Rouzaut S， Pasquini A I.Geochemistry of a Late Quaternary loess-paleosol sequence in central Argentina：implications for weathering，sedimentary recycling and provenance［J］.Geoderma，2019，351：235-249.
8	Jiang Q D， Yang X P.Sedimentological and geochemical composition of aeolian sediments in the Taklamakan Desert：implications for provenance and sediment supply mechanisms［J］.Journal of Geophysical Research：Earth Surface，2019，124（5）：1217-1237.
9	Chen B， Yang X P， Jiang Q D，et al.Geochemistry of aeolian sand in the Taklamakan Desert and Horqin Sandy Land，northern China：implications for weathering，recycling，and provenance［J］.Catena，2022，208：105769.
10	Zhang Z C， Liang A M， Zhang C X，et al.Gobi deposits play a significant role as sand sources for dunes in the Badain Jaran Desert，Northwest China［J］.Catena，2021，206：105330.
11	徐志伟，鹿化煜，赵存法，等.库姆塔格沙漠地表物质组成、来源和风化过程［J］.地理学报，2010，65（1）：53-64.
12	Liang A M， Dong Z B， Su Z Z，et al.Provenance and transport process for interdune sands in the Kumtagh Sand Sea，Northwest China［J］.Geomorphology，2020，367：107310.
13	Shu P X， Li B S， Wang H，et al.Geochemical characteristics of surface dune sand in the Mu Us Desert，Inner Mongolia，and implications for reconstructing the paleoenvironment［J］.Quaternary International，2018，479：106-116.
14	Liu Q Q， Yang X P.Geochemical composition and provenance of aeolian sands in the Ordos Desert，northern China［J］.Geomorphology，2018，318：354-374.
15	朱孟娜.科尔沁沙地沙丘砂的来源分析［D］.长沙：湖南师范大学，2017.
16	曾方明，薛红盼.青藏高原东北部晚第四纪黄土-古土壤的元素组成及其物源指示［J］.中国沙漠，2020，40（6）：105-117.
17	凌智永，王建萍，陈亮，等.柴达木盆地灌丛沙丘稀土元素地球化学特征与物源［J］.中国沙漠，2018，38（5）：963-971.
18	李继彦，赵二丹，柳文龙，等.察尔汗盐湖线形沙丘沙物质来源及输移路径［J］.中国沙漠，2018，38（5）：909-918.
19	郜学敏，屈欣，王萌，等.柴达木盆地西北部长垄状雅丹沉积物地球化学元素组成及指示意义［J］.中国沙漠，2021，41（3）：127-136.
20	Du S S， Wu Y Q， Tan L H.Geochemical evidence for the provenance of aeolian deposits in the Qaidam Basin，Tibetan Plateau［J］.Aeolian Research，2018，32：60-70.
21	王萌，郜学敏，屈欣，等.柴达木盆地西南缘山前沙丘区沙丘地貌形态特征［J］.中国沙漠，2021，41（5）：166-174.
22	陈宗颜，董治宝，汪青春，等.柴达木盆地风况及输沙势特征［J］.中国沙漠，2020，40（1）：195-203.
23	钟泽兵，周国英，杨路存，等.柴达木盆地几种荒漠灌丛植被的生物量分配格局［J］.中国沙漠，2014，34（4）：1042-1048.
24	刘冰，靳鹤龄，孙忠，等.青藏高原东北部共和盆地风成沉积地球化学特征及其揭示的气候变化［J］.地球科学进展，2012，27（7）：788-799.
25	张西营，马海州，谭红兵.青藏高原东北部黄土沉积化学风化程度及古环境［J］.海洋地质与第四纪地质，2004，24（2）：43-47.
26	曾方明.青海湖地区晚第四纪黄土的物质来源［J］.地球科学，2016，41（1）：131-138.
27	Honda M， Shimizu H.Geochemical，mineralogical and sedimentological studies on the Taklimakan Desert Sands［J］.Sedimentology，1998，45（6）：1125-1143.
28	Taylor S R， McLennan S M.The Continental Crust：It^＇s Composition and Evolution［M］.London，UK：Blackwell，1985.
29	Nesbitt H W， Young G M.Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites［J］.Nature，1982，299（5885）：715-717.
30	Bock B， Mclennan S M， Hanson G N.Geochemistry and provenance of the middle Ordovician Austin Glen member （Normanskill formation） and the Taconian orogeny in New England［J］.Sedimentology，1998，45（4）：635-655.
31	冯连君，储雪蕾，张启锐，等.化学蚀变指数（CIA）及其在新元古代碎屑岩中的应用［J］.地学前缘，2003，10（4）：539-544.
32	Nesbitt H W， Young G M.Prediction of some weathering trends of plutonic and volcanic rocks based on thermodynamic and kinetic considerations［J］.Pergamon，1984，48（7）：1523-1534.
33	李徐生，韩志勇，杨守业，等.镇江下蜀土剖面的化学风化强度与元素迁移特征［J］.地理学报，2007，62（11）：1174-1184.
34	罗万银，董治宝，钱广强，等.戈壁表层沉积物地球化学元素组成及其沉积意义［J］.中国沙漠，2014，34（6）：1441-1453.
35	Caracciolo L.Sediment generation and sediment routing systems from a quantitative provenance analysis perspective：review，application and future development［J］.Earth-Science Reviews，2020，209：103226.
36	王萌，郜学敏，屈欣，等.柴达木盆地西南缘沙丘沉积物粒度特征及其沉积环境［J］.水土保持通报，2022，42（5）：57-64.
37	操应长，王艳忠，徐涛玉，等.特征元素比值在沉积物物源分析中的应用：以东营凹陷王58井区沙四上亚段研究为例［J］.沉积学报，2007，25（2）：230-238.
38	蒋富清，李安春.冲绳海槽南部表层沉积物地球化学特征及其物源和环境指示意义［J］.沉积学报，2002，20（4）：680-686.
39	杨守业，李从先，张家强.苏北滨海平原全新世沉积物物源研究：元素地球化学与重矿物方法比较［J］.沉积学报，1999，17（3）：458-463.
40	Hao Q Z， Guo Z T， Qiao Y S，et al.Geochemical evidence for the provenance of middle Pleistocene loess deposits in southern China［J］.Quaternary Science Reviews，2010，29（23）：3317-3326.
41	Liang X L， Niu Q H， Qu J J，et al.Geochemical analysis of yardang strata in the Dunhuang Yardang National Geopark，Northwest China，and implications on its palaeoenvironment，provenance，and potential dynamics［J］.Aeolian Research，2019，40：91-104.
42	杜世松，伍永秋，黄文敏，等.风成沉积物源分析方法及其应用研究进展［J］.干旱区研究，2015，32（1）：184-191
43	钱亦兵，吴兆宁，石井武政，等.塔克拉玛干沙漠沙物质成分特征及其来源［J］.中国沙漠，1993，13（4）：36-38.

样品编号	位置	海拔/m	样品编号	位置	海拔/m
GB1	36°49′17″N、93°20′03″E	2 923.0	QD3	37°47′05″N、91°07′40″E	3 179.4
GB2	36°51′41″N、93°02′21″E	2 961.4	QD4	37°48′28″N、91°10′15″E	3 182.8
GB3	36°52′24″N、92°59′11″E	2 994.4	QD5	37°56′31″N、91°13′58″E	2 960.5
GB4	37°08′46″N、92°26′06″E	3 028.6	QD6	37°00′07″N、92°45′25″E	3 018.3
GB5	37°16′45″N、92°27′22″E	2 917.0	QD7	37°32′38″N、91°53′45″E	3 106.8
GB6	37°15′51″N、92°21′03″E	3 009.1	QD8	36°49′19″N、93°01′51″E	3 040.1
GB7	37°19′38″N、92°04′31″E	3 293.1	QD9	36°47′49″N、93°16′01″E	2 969.2
GB8	37°36′24″N、91°57′57″E	3 006.9	QD10	36°47′49″N、93°16′01″E	2 969.2
GB9	37°33′25″N、91°54′02″E	3 077.9	QD11	37°37′11″N、91°33′50″E	3 206.9
GB10	37°32′47″N、91°54′01″E	3 089.8	QD12	36°55′30″N、92°54′57″E	2 987.0
GB11	37°47′02″N、91°07′24″E	3 178.3	QD13	37°08′20″N、92°20′49″E	3 130.2
GB12	37°48′38″N、91°10′30″E	3 169.8	QD14	37°33′10″N、91°55′30″E	3 097.0
GB13	37°56′33″N、91°14′03″E	2 952.7	QD15	37°48′39″N、91°10′31″E	3 166.9
GB14	37°47′09″N、91°41′52″E	2 934.0	R1	36°49′30″N、93°20′29″E	2 914.5
GB15	37°37′11″N、91°33′46″E	3 208.8	R2	36°50′12″N、93°02′45″E	2 987.4
QJD1	37°32′38″N、91°53′45″E	3 108.5	R3	36°52′44″N、92°58′21″E	2 996.2
QJD2	36°55′30″N、92°54′57″E	2 987.0	R4	37°21′21″N、92°02′05″E	3 300.7
QJD3	37°08′20″N、92°20′49″E	3 130.2	R5	37°48′39″N、91°10′40″E	3 139.3
QJD4	37°33′10″N、91°55′30″E	3 096.9	R6	37°37′03″N、91°33′59″E	3 207.7
QD1	37°19′40″N、92°04′33″E	3 293.3	L1	36°49′05″N、93°19′55″E	2 926.5
QD2	37°33′28″N、91°53′45″E	3 074.3	L2	37°05′00″N、92°45′23″E	2 883.5

样品编号	位置	海拔/m	样品编号	位置	海拔/m
GB1	36°49′17″N、93°20′03″E	2 923.0	QD3	37°47′05″N、91°07′40″E	3 179.4
GB2	36°51′41″N、93°02′21″E	2 961.4	QD4	37°48′28″N、91°10′15″E	3 182.8
GB3	36°52′24″N、92°59′11″E	2 994.4	QD5	37°56′31″N、91°13′58″E	2 960.5
GB4	37°08′46″N、92°26′06″E	3 028.6	QD6	37°00′07″N、92°45′25″E	3 018.3
GB5	37°16′45″N、92°27′22″E	2 917.0	QD7	37°32′38″N、91°53′45″E	3 106.8
GB6	37°15′51″N、92°21′03″E	3 009.1	QD8	36°49′19″N、93°01′51″E	3 040.1
GB7	37°19′38″N、92°04′31″E	3 293.1	QD9	36°47′49″N、93°16′01″E	2 969.2
GB8	37°36′24″N、91°57′57″E	3 006.9	QD10	36°47′49″N、93°16′01″E	2 969.2
GB9	37°33′25″N、91°54′02″E	3 077.9	QD11	37°37′11″N、91°33′50″E	3 206.9
GB10	37°32′47″N、91°54′01″E	3 089.8	QD12	36°55′30″N、92°54′57″E	2 987.0
GB11	37°47′02″N、91°07′24″E	3 178.3	QD13	37°08′20″N、92°20′49″E	3 130.2
GB12	37°48′38″N、91°10′30″E	3 169.8	QD14	37°33′10″N、91°55′30″E	3 097.0
GB13	37°56′33″N、91°14′03″E	2 952.7	QD15	37°48′39″N、91°10′31″E	3 166.9
GB14	37°47′09″N、91°41′52″E	2 934.0	R1	36°49′30″N、93°20′29″E	2 914.5
GB15	37°37′11″N、91°33′46″E	3 208.8	R2	36°50′12″N、93°02′45″E	2 987.4
QJD1	37°32′38″N、91°53′45″E	3 108.5	R3	36°52′44″N、92°58′21″E	2 996.2
QJD2	36°55′30″N、92°54′57″E	2 987.0	R4	37°21′21″N、92°02′05″E	3 300.7
QJD3	37°08′20″N、92°20′49″E	3 130.2	R5	37°48′39″N、91°10′40″E	3 139.3
QJD4	37°33′10″N、91°55′30″E	3 096.9	R6	37°37′03″N、91°33′59″E	3 207.7
QD1	37°19′40″N、92°04′33″E	3 293.3	L1	36°49′05″N、93°19′55″E	2 926.5
QD2	37°33′28″N、91°53′45″E	3 074.3	L2	37°05′00″N、92°45′23″E	2 883.5

样品		SiO₂	Al₂O₃	TFe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	P₂O₅	TiO₂	MnO	CIA
GB（n=15）	平均值	63.78	9.67	2.43	6.37	1.75	2.41	2.43	0.11	0.40	0.05	47.95
GB（n=15）	变异系数	0.08	0.08	0.20	0.24	0.18	0.14	0.19	0.19	0.21	0.20	/
QJD(n=4)	平均值	67.71	10.24	2.19	5.25	1.55	2.67	2.57	0.09	0.34	0.04	47.55
QJD(n=4)	变异系数	0.07	0.10	0.30	0.37	0.36	0.14	0.16	0.29	0.38	0.31	/
QD(n=15)	平均值	70.49	10.50	1.73	4.59	1.08	2.69	2.92	0.06	0.26	0.03	45.63
QD(n=15)	变异系数	0.05	0.07	0.18	0.35	0.24	0.05	0.10	0.12	0.24	0.18	/
R(n=17)	平均值	67.41	10.28	2.48	5.46	1.54	2.50	2.50	0.10	0.38	0.05	48.72
R(n=17)	变异系数	0.07	0.06	0.27	0.29	0.31	0.13	0.15	0.32	0.32	0.27	/
L(n=2)	平均值	70.98	10.80	1.70	4.30	1.12	2.85	2.63	0.07	0.23	0.04	47.89
L(n=2)	变异系数	0.04	0.03	0.20	0.11	0.22	0.12	0.08	0.13	0.20	0.17	/
DQ	/	58.88	10.62	3.61	7.74	2.14	2.04	2.14	/	0.53	/	71.59
ZYC	/	66.93	12.60	3.56	0.80	1.43	2.73	1.73	0.08	0.65	0.03	64.09
CK	/	71.54	10.91	2.10	0.94	0.96	2.48	1.87	0.03	0.61	0.03	59.63
WL	/	70.49	14.11	2.81	0.68	1.20	3.24	1.55	0.04	0.72	0.02	66.23
GJS	/	69.55	12.34	3.59	0.91	1.42	2.58	1.86	0.06	0.70	0.04	62.70
DDL	/	55.66	11.04	4.46	10.30	2.68	2.38	1.41	0.15	0.71	0.08	60.50
TG	/	62.80	9.63	2.30	9.05	1.96	1.98	2.36	0.09	0.36	0.05	68.75
UCC	/	65.89	15.17	5.00	4.19	2.20	3.39	3.89	0.20	0.50	0.06	47.92
PAAS	/	62.80	18.90	7.22	1.30	2.20	3.70	1.20	0.16	1.00	0.11	70.38

样品		SiO₂	Al₂O₃	TFe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	P₂O₅	TiO₂	MnO	CIA
GB（n=15）	平均值	63.78	9.67	2.43	6.37	1.75	2.41	2.43	0.11	0.40	0.05	47.95
GB（n=15）	变异系数	0.08	0.08	0.20	0.24	0.18	0.14	0.19	0.19	0.21	0.20	/
QJD(n=4)	平均值	67.71	10.24	2.19	5.25	1.55	2.67	2.57	0.09	0.34	0.04	47.55
QJD(n=4)	变异系数	0.07	0.10	0.30	0.37	0.36	0.14	0.16	0.29	0.38	0.31	/
QD(n=15)	平均值	70.49	10.50	1.73	4.59	1.08	2.69	2.92	0.06	0.26	0.03	45.63
QD(n=15)	变异系数	0.05	0.07	0.18	0.35	0.24	0.05	0.10	0.12	0.24	0.18	/
R(n=17)	平均值	67.41	10.28	2.48	5.46	1.54	2.50	2.50	0.10	0.38	0.05	48.72
R(n=17)	变异系数	0.07	0.06	0.27	0.29	0.31	0.13	0.15	0.32	0.32	0.27	/
L(n=2)	平均值	70.98	10.80	1.70	4.30	1.12	2.85	2.63	0.07	0.23	0.04	47.89
L(n=2)	变异系数	0.04	0.03	0.20	0.11	0.22	0.12	0.08	0.13	0.20	0.17	/
DQ	/	58.88	10.62	3.61	7.74	2.14	2.04	2.14	/	0.53	/	71.59
ZYC	/	66.93	12.60	3.56	0.80	1.43	2.73	1.73	0.08	0.65	0.03	64.09
CK	/	71.54	10.91	2.10	0.94	0.96	2.48	1.87	0.03	0.61	0.03	59.63
WL	/	70.49	14.11	2.81	0.68	1.20	3.24	1.55	0.04	0.72	0.02	66.23
GJS	/	69.55	12.34	3.59	0.91	1.42	2.58	1.86	0.06	0.70	0.04	62.70
DDL	/	55.66	11.04	4.46	10.30	2.68	2.38	1.41	0.15	0.71	0.08	60.50
TG	/	62.80	9.63	2.30	9.05	1.96	1.98	2.36	0.09	0.36	0.05	68.75
UCC	/	65.89	15.17	5.00	4.19	2.20	3.39	3.89	0.20	0.50	0.06	47.92
PAAS	/	62.80	18.90	7.22	1.30	2.20	3.70	1.20	0.16	1.00	0.11	70.38

样品	GB(n=15)		QJD(n=4)		QD(n=15)		R(n=17)		L(n=2)
	平均值	变异系数	平均值	变异系数	平均值	变异系数	平均值	变异系数	平均值	变异系数
Cl	1 937.61	1.51	493.33	0.71	162.11	0.76	605.25	1.31	206.40	0.75
V	49.17	0.19	42.73	0.36	33.02	0.23	47.75	0.29	28.70	0.14
Cr	43.07	0.26	30.35	0.45	24.31	0.30	35.57	0.39	17.10	0.35
Co	20.97	0.20	21.18	0.14	24.03	0.14	22.46	0.11	23.35	0.10
Ni	16.34	0.27	14.53	0.35	12.04	0.24	16.19	0.24	9.20	0.18
Cu	12.43	0.24	10.48	0.43	7.86	0.15	11.95	0.25	7.20	0.14
Zn	32.77	0.24	29.80	0.40	20.80	0.18	32.32	0.31	25.80	0.22
Ga	11.41	0.08	11.98	0.10	11.91	0.11	11.90	0.09	12.30	0.02
As	6.18	0.46	5.83	0.54	3.97	0.45	5.92	0.52	3.80	0.37
Rb	91.32	0.13	100.03	0.16	101.23	0.06	93.06	0.14	107.95	0.20
Sr	271.78	0.18	277.95	0.21	323.35	0.43	251.61	0.16	288.90	0.19
Y	18.43	0.14	16.05	0.24	14.11	0.16	17.35	0.26	13.90	0.32
Zr	264.35	0.42	215.53	0.73	103.30	0.22	190.23	0.50	120.95	0.19
Nb	10.07	0.14	9.10	0.16	8.39	0.21	9.95	0.25	7.05	0.29
Ba	555.85	0.09	590.48	0.05	622.24	0.06	557.42	0.13	700.90	0.10
La	32.46	0.22	30.48	0.23	30.27	0.17	33.17	0.16	37.05	0.17
Ce	68.26	0.27	64.10	0.29	65.15	0.23	69.30	0.17	80.30	0.16
Pb	18.86	0.30	16.78	0.17	15.73	0.14	18.24	0.06	18.00	0.04