题目：黄土洼天然坝淤地沉积物理化特征分析研究

近500 年来黄土高原土壤侵蚀是影响黄土高原地区侵蚀治理方略的重要问题，需要深入研究。明确典型小流域长时间序列的侵蚀产沙量规律，是该研究的关键之一。一些学者以现代淤积黄土为信息源，开展了土壤侵蚀机理与产沙规律的研究，但由于现代黄土坝淤积物的沉积时间序列较短，一般在百年以内，加上断代精度的限制，不能达到理想的效果。子洲县南部庞家沟流域的黄土洼是我国已知年代最久的全冲全淤型天然聚湫，形成已有440 年，是一个很好的沉积信息源，对其沉积物进行分析研究，可以揭示陕北黄土高原土壤侵蚀演变规律，为黄土高原土壤侵蚀治理提供基础数据和科学依据。本研究以国家自然科学基金为依托，采用探坑采样和实验分析方法，对黄土洼天然聚湫的沉积物的环境信息进行采集和分析，探讨了黄土洼水成沉积物的物理层理、粒度、常量元素及微量元素等理化特征，获得以下认识： 1）通过剖面的物理形态观测、粒度与元素分析，发现：坝淤地沉积物在整个剖面中呈现“粗-细-粗-细”变化，沉积旋回规律明显；淤积剖面2.2m 深以下沉积层较厚且沉积层理明显；淤积剖面1.8-2.2m 深处，可认为沉积环境相对稳定。2）通过对比分析坝淤地沉积物各粒径组分在剖面上平均百分含量大小与变化状况，发现坝淤地沉积物以粗粉砂为主；中砂和粗砂含量极少，仅在个别深度处出现。3）通过对比分析各粒径组分在剖面上的百分含量变化，初步推断出坝淤地泥沙沉积过程。侵蚀性降水产流形成初期，以极细砂、粗粉砂组分沉积为主；随着产流量增大，细砂、中砂和粗砂组分开始沉积并逐渐增多；随着产流量减小，坝淤地的沉积转为以胶粒、粘粒和粉砂组分沉积为主。4）通过淤积剖面各粒径组分的特殊沉积层与粒度参数结合分析，发现，淤积剖面在0.2-0.36m、0.38-0.6m、2.26-2.42m、2.44-3.05m、3.14-3.46m 处对应一次完整洪水沉积事件。根据大水对大砂及洪水规模确定的原则推断，在0.38-0.6m 对应着剖面形成以来的最大洪水位。3.14-3.46m 相应的洪水强度较0.2-0.36m 、0.38-0.6m、2.26-2.42m、2.44-3.05m 处相应洪水强度弱。5）通过坝淤地沉积物粒度参数分析可知，坝淤地沉积物整体分选差，分选系数在1.25-1.88Φ范围之间。从淤积剖面偏度值变化曲线来看，剖面沉积物绝大部分属于正偏，颗粒较粗。沉积剖面峰态值在0.77-1.92 范围之间，峰态较尖锐。6）通过坝淤地淤积剖面样品的粒度频率曲线及粒度概率曲线分析可知，坝淤地沉积剖面各样品粒度频率曲线分布类型相对较单一，绝大部分为单峰，极少数属双峰形态。在剖面0.70-0.74m、1.38-1.40m、3.66-3.68m、4.04-4.06m 处剖面粒度频率曲线双峰形态标志该处可能次降水量较小或历时较短，侵蚀性降水产流搬运的碎屑物质与采样点处碎屑物简单混合，未能充分分选；黄土洼天然坝淤地沉积物粒度概率曲线形态较单一，主要分为一段悬浮式、两段式和三段式三种，其中，两段悬浮跳跃式为研究剖面典型粒度概率曲线。7）通过对剖面内元素相对含量及分布规律分析可知，沉积剖面中Si 元素相对含量最大，A1、Ca 元素相对含量次之。微量元素中，Ti 元素相对含量最大。根据元素在剖面的分布特征可分为三类：I 类元素在剖面内分布规律与常量元素类似，淤积层明显。Ga、Y、V、Mn、Ti、Rb、Sr、Ba、Cu、Pb、Zn、Cs、Ni 属于该类元素；II 类元素相对含量在淤积剖面内变化幅度较小，仅在个别深度处出现明显峰值，如Zr、Cr、Hf 元素；III 类元素相对含量在剖面内变化频繁，无明显极值，该类元素包括Co 、Cs、Ce、Th、P、Nb 元素。另外，通过常量元素在剖面分布特征可知，剖面1.8-2.2m 可能形成于相对稳定的沉积环境；剖面1.4m 以上，N 元素的相对含量受人工氮肥施放的影响。8）通过元素与粒度，元素与元素之间的相关性分析可知， Si、Na 元素主要在粗粒径沉积物中富集，Al、Fe、Ca、K、Mg 元素主要在细粒径沉积物中富集。元素在剖面分布基本遵循“元素粒度控制规律”。Si 元素对大部分元素的分布具有“稀释作用”。除Zr、Hf、Cs、U 和P 元素外，元素之间的相关度较高。元素在剖面内的分布受物质来源和元素化学性质双重影响，如P 元素的“亲生物性”等。