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地处构造隆升区的内陆冰川流域,以显著的海拔和气候梯度、冰川作用下快速的侵蚀速率为特征,为研究晚新生代以来地表侵蚀风化过程以及冰川高侵蚀环境下的化学风化速率的控制机制提供了非常良好的条件。铀(U)同位素作为一种新的地球化学示踪手段,被逐渐用于研究陆地和海洋沉积物的侵蚀和搬运过程。然而,这一同位素能否有效指示不同环境中各类沉积物的搬运还需更多流域数据的支持。 本文选取位于帕米尔高原东北部具有显著海拔梯度和气候差异的盖孜河冰川流域作为研究对象,通过对流域内河流沉积物的矿物组成、元素、颗粒形态、细颗粒的U同位素活度比[(234U/238U)AR]的测试分析,获得该流域内碎屑物质的矿物学和地球化学组成空间变化,探索U同位素指示内陆高海拔冰川流域沉积物搬运的可行性。开展帕米尔高原冰川流域河流沉积碎屑物质的搬运过程研究,对于深入理解冰川流域的侵蚀速率及其与构造和气候的关系有着十分重要的意义。 结果表明,盖孜河冰川流域内河流沉积物的矿物组成以石英和长石(占51%~77%)为主,表明流域内较弱的化学风化作用,是帕米尔高原干旱少雨、气候寒冷的结果。同时,河流沉积物中黑云母、绿泥石等易风化矿物含量比同流域的喀拉库里表层沉积物中的少;这个差别表明,虽然流域内的化学风化作用较弱,物理风化作用主导,但河流沉积物比喀拉库里表层沉积物经历了更为明显的化学风化和分选作用。 流域内河流沉积物的常量元素与微量元素在支流、干流上都表现出了一定的差异。SiO2的含量在50.9%~71.1%之间,上游SiO2的含量相对于中下游较高,与CaO含量呈现出良好的负相关关系,但整体变化范围不大。上游支流康西瓦河沉积物的Rb/Sr比值在0.78~0.96,到下游降低为0.35,与Na/K比值呈现良好的负相关关系,显示了上游山区相对于下游较弱的化学风化强度。上下游沉积物的Zr、Ti元素含量差异明显,可能主要受分选作用或支流不同物源的控制。 上游山区支流康西瓦河和木吉河沉积物的(234U/238U)AR范围分别是0.990~1.017和0.988~1.009,盖孜河中下游段河流沉积物的(234U/238U)AR则为0.913~0.997。从上游山区至中下游段显示了一个明显的下降趋势,指示了沉积物搬运过程中(234U/238U)AR的确发生了系统的变化。上游山区较为一致的、接近于1.00的(234U/238U)AR组成,反映了冰川作用下沉积物经历的快速侵蚀和搬运过程。与其他高侵蚀流域略有不同,盖孜河流域小支流和冲积平原河流碎屑物较低的(234U/238U)AR值反映新鲜物质与老的碎屑物混合并搬运了较长的时间,是降雨量极少的内陆流域低搬运能力的结果。 U同位素为示踪地表沉积物搬运过程与指示环境意义提供了新的手段和视角。盖孜河流域沉积物(234U/238U)AR空间变化表明,利用沉积物U同位素组成反映冰川气候条件下的河流搬运沉积过程基本可行。然而,盖孜河流域碎屑颗粒表面积和分形维数计算得到的反冲损失参数太低,未能利用U同位素破碎年龄模型获得合理的沉积物搬运时间,因此该模型如何用到冰川流域尚需更多的研究工作。