伊朗中部塔巴斯沙漠（Erg of Tabas）中新月形沙丘砂的地球化学和矿物学变化：对沉积物来源的启示

《CATENA》：Geochemical and mineralogical variations in barchan dune sands in the Erg of Tabas, Central Iran: implications for sediment provenance

风成沙丘化学分异机制及矿物分选规律研究——以伊朗Tabas erg为例，通过XRF、SEM、XPL显微镜及主成分分析（PCA）与判别式分析（LDA）发现，沙丘Crest处富集石英和钛铁矿，Lee侧贫化重矿物并富集长石，Stoss侧介于两者之间， geochemical ratios（Ce/Ni、Cr/V、Th/Sc）显示混合花岗岩-玄武岩源区，证实风成分选主导矿物分布，化学风化起次要作用。

　　本研究探讨了伊朗中部塔巴斯地区的塔巴斯沙丘（Tabas barchan sands）中主要和微量元素的地球化学过程，特别关注风力分选和化学风化对元素分布的影响。通过X射线荧光（XRF）分析，研究发现SiO?、Fe?O?、TiO?和Al?O?在沙丘的迎风面（Stoss side）、顶部（Crest）和背风面（Lee side）呈现出系统性的变化。与以往的研究不同，本研究在分析前去除了碳酸盐氧化物的参考数据，以避免因样品预处理而引起的误解。这些变化反映了风力作用下不同区域的矿物分选和化学风化过程，对理解风成沉积物的形成机制具有重要意义。

在背风面，SiO?的富集主要归因于石英的次生生长以及细粒矿物的去除。相反，顶部的SiO?含量较低，表明重矿物（如磁铁矿、钛铁矿）在此区域富集，这是由于重力与风力共同作用下的分选效应。Fe?O?和TiO?在顶部的增加，暗示了铁-钛氧化物的集中，而它们在背风面的减少则主要源于颗粒表面的化学变化和重矿物的选择性去除，而非强烈的沉积后化学风化。Al?O?的变化则更多地反映了分选和成岩作用的影响，这些过程在风成沉积物的演化中起着关键作用。

通过扫描电子显微镜（SEM）的观察，研究发现背风面的颗粒更粗且表面有较多的蚀刻痕迹，表明这里经历了轻微的表面风化作用。相比之下，迎风面的颗粒更光滑，这可能与颗粒在风力搬运过程中的摩擦和碰撞减少有关。XPL显微镜分析进一步揭示了不同区域重矿物的分布情况：顶部的重矿物含量较高，约为30%；迎风面的重矿物含量适中，而背风面的重矿物含量最低，仅为约10%。这种分布模式清晰地反映了风力作用下矿物的分选过程，重矿物由于密度较大，更倾向于在风力作用的顶部堆积。

为了更深入地理解这些地球化学差异，研究采用了主成分分析（PCA）和线性判别分析（LDA）等多元统计方法。这些方法达到了94%的分类准确率，证实了风力分选与有限的表面风化共同作用的控制机制。结果表明，不同区域的沉积物不仅在矿物组成上存在差异，其地球化学特征也反映了风力搬运过程中的物理和化学分选效应。通过这些分析，研究构建了一个适用于类似环境的风成沉积物地球化学模型，为全球干旱和半干旱地区的风成过程研究提供了新的视角。

风成沉积物的地球化学特征通常受到多种因素的综合影响，包括源岩性质、风化程度、风力分选和沉积过程中的物理化学变化。源岩作为沉积物的主要来源，决定了其元素组成的基本特征。然而，风力搬运和沉积过程中的分选作用可能会显著改变这些元素的相对含量。例如，某些元素可能由于其化学稳定性而富集，而另一些元素则可能由于风化作用而被部分去除。因此，理解这些地球化学变化的机制对于揭示风成沉积物的来源和演化过程至关重要。

在塔巴斯沙丘的研究中，研究人员特别关注了不同区域的矿物分选模式。研究发现，迎风面的矿物组成主要由细粒石英和其他轻矿物构成，而顶部则富集了重矿物，如磁铁矿和钛铁矿。这种分选模式与风力作用下的密度分选密切相关。风力搬运过程中，不同矿物由于其密度、形状和大小的差异，会在沙丘的不同部位发生不同的堆积。例如，重矿物由于密度较高，更倾向于在风力较强的顶部堆积，而轻矿物则更容易被风力搬运到背风面。这种现象在许多风成沉积物中都有体现，但本研究提供了更具体的证据，表明这种分选不仅受到风力作用的影响，还可能受到重力和颗粒结构等因素的共同作用。

此外，研究还发现，背风面的矿物组成可能受到一定的表面风化作用影响。虽然这种风化作用相对较弱，但它仍然对矿物的表面形态和化学组成产生了一定的影响。例如，背风面的颗粒表面出现了更多的蚀刻痕迹，这可能是由于风力搬运过程中颗粒与空气、水和生物活动的相互作用所致。相比之下，迎风面的颗粒表面较为光滑，这可能与颗粒在风力作用下的摩擦和碰撞减少有关。这些表面特征的变化进一步支持了风力分选在矿物分布中的主导作用。

研究还利用了化学指数（CIA）等地球化学指标，来评估不同区域的化学风化程度。CIA值的差异表明，不同区域的化学风化作用可能有所不同。例如，背风面的CIA值可能略高于迎风面，这可能反映了该区域经历了更多的化学风化作用。然而，这种风化作用可能主要局限于颗粒表面，而非深入到沉积物内部。因此，尽管背风面的CIA值较高，但其矿物组成的变化仍主要归因于风力分选和物理搬运过程，而非强烈的沉积后化学风化。

研究结果还表明，塔巴斯沙丘的矿物组成与全球其他风成沉积物存在一定的相似性，但其独特的地理和气候条件使得这些沉积物具有特定的地球化学特征。例如，塔巴斯地区的风力作用较强，导致沙丘顶部和背风面的矿物分选模式更为明显。同时，该地区的气候条件也可能影响矿物的风化程度，进而改变沉积物的化学组成。因此，本研究不仅为理解塔巴斯地区的风成沉积物提供了重要的数据支持，也为全球类似环境的风成过程研究提供了参考。

通过XRF、SEM和XPL等技术手段，研究人员能够更精确地分析不同区域的矿物组成和地球化学特征。这些技术的应用使得研究能够区分不同矿物的分布模式，并揭示其背后的物理和化学过程。例如，XRF分析能够提供元素的总体分布情况，而SEM和XPL则能够观察矿物的微观特征，从而更全面地理解风力分选对沉积物的影响。此外，多元统计方法的应用不仅提高了分析的准确性，还为研究提供了更系统的分类依据，使得不同区域的沉积物特征能够被更清晰地识别和解释。

研究还强调了风成沉积物在地质和环境研究中的重要性。风成沉积物不仅是风力作用的直接产物，还可能携带大量来自源区的矿物和元素信息。这些信息对于重建古气候、古环境以及风力搬运路径具有重要意义。例如，通过分析风成沉积物的矿物组成，研究人员可以推断出源区的岩石类型和风化程度，从而进一步了解风力搬运过程的特征。此外，风成沉积物的地球化学特征还可以用于评估不同区域的风力作用强度和沉积环境的演变。

本研究的结果表明，风力分选和化学风化共同作用于风成沉积物的形成和演化过程。在塔巴斯沙丘中，风力分选对矿物分布的影响尤为显著，而化学风化的作用则相对有限。这种模式在其他风成沉积物中也可能存在，但其具体表现可能因地区而异。因此，进一步的研究需要结合不同地区的地质和气候条件，以更全面地理解风成沉积物的地球化学特征及其形成机制。

总体而言，本研究通过多学科的方法，深入探讨了风成沉积物的地球化学特征及其形成机制。研究结果不仅揭示了塔巴斯沙丘中矿物分选和化学风化的作用，还为全球风成沉积物的研究提供了新的视角。这些发现对于理解风力作用在地质过程中的影响，以及风成沉积物在环境和气候研究中的应用具有重要意义。同时，研究也强调了进一步开展微观尺度研究的必要性，以更精确地识别风成沉积物的形成机制和控制因素。