长江中碎屑锆石和金红石信号的人为干扰：对源区重建的影响

《Global and Planetary Change》：Anthropogenic filtering of detrital zircon and rutile signals in the Yangtze River: Implications for provenance reconstruction

本研究利用碎屑锆石和黑云母U-Pb年代学及粒度分析，揭示三峡等大坝显著改变长江沉积物输运路径，导致下游年轻矿物（Cenozoic）比例急剧下降，证实大坝选择性截留粗粒年轻矿物，系统偏移源区信号，强调需在人类改造流域研究中进行校正。

　　在当今全球范围内，河流系统作为自然地理环境的重要组成部分，其沉积物的来源、搬运路径及沉积特征对于理解区域地质演化、构造活动以及环境变化具有重要意义。随着人类活动的加剧，尤其是大型水利工程的建设，河流沉积物的自然过程正在经历显著的改变。这些变化不仅影响河流本身的形态与功能，还对沉积物来源分析的结果产生深远影响。因此，探讨人类活动如何影响河流沉积物的来源信号，是当前地质学与环境科学领域的重要课题。

本研究通过综合分析新的 rutile 粒度（等效球形直径，ESD）和铀-铅（U-Pb）年龄数据，结合已发表的扬子江流域锆石数据，揭示了大型水坝对沉积物搬运路径的改变及其对来源信号的系统性偏倚。研究发现，扬子江流域的沉积物来源信号呈现出明显的年龄与粒度分布差异。在上游区域，古生代至中生代的锆石和 rutile 主要集中在细粒度（ESD <63 μm）部分，而在下游区域，新生代的沉积物则主要分布在粗粒度（ESD >63 μm，峰值在 125–250 μm）部分。这种粒度与年龄的分布差异表明，河流系统中的沉积物搬运过程并非完全随机，而是受到多种自然和人为因素的共同作用。

扬子江作为亚洲最大的河流系统，其流域面积广阔，地形复杂，具备研究人类活动对沉积物来源信号影响的理想条件。该河流从青藏高原的高海拔地区发源，流经多个地质构造单元，最终注入东海。在过去的几十年里，扬子江流域的大型水坝建设，如三峡大坝（TGD），显著改变了河流的沉积物搬运模式。研究数据显示，自1950年代以来，扬子江流域的水坝建设使得河流的输沙量减少了超过70%。这一变化不仅影响了河流的自然水文循环，还对沉积物的来源分析产生了重大影响。

在自然条件下，河流沉积物的来源信号通常由多种因素决定，包括源区的地质历史、地貌特征以及河流的搬运能力。然而，当水坝等人工结构被引入后，这些自然过程被显著干扰。水坝的存在改变了河流的流速、流量和沉积物搬运路径，使得部分沉积物在坝体附近沉积，而另一部分则被拦截在水库中。这种拦截效应导致下游沉积物的来源信号发生变化，特别是在粒度和年龄分布方面。研究发现，新生代的沉积物在下游区域的出现比例显著下降，这可能是因为这些颗粒在搬运过程中更容易被水坝拦截，从而减少了其在下游沉积物中的占比。

此外，水坝的建设还对河流的沉积物粒度分布产生了影响。例如，三峡大坝的建设使得下游区域的沉积物粒度逐渐变细，而上游区域的沉积物粒度则相对粗大。这种变化可能是由于水坝拦截了大量粗粒度沉积物，使得这些颗粒无法继续向下游搬运，从而改变了整个河流系统的沉积物组成。与此同时，细粒度沉积物则更容易通过水坝，继续向下游输送，形成了新的沉积物分布模式。

在扬子江流域，研究团队通过对多个采样点的沉积物进行分析，发现不同粒度的沉积物在不同河段的来源信号存在显著差异。上游的细粒度沉积物主要来源于青藏高原的古生代和中生代地质单元，而下游的粗粒度沉积物则主要来源于新生代的地质单元。这种差异可能与河流的搬运能力和源区的地质特征有关。例如，上游区域的陡峭地形和快速流速使得细粒度沉积物更容易被搬运至下游，而下游区域的缓坡和较低流速则导致粗粒度沉积物的沉积。

研究还发现，水坝的存在对沉积物的来源信号产生了系统性的偏倚。例如，三峡大坝的建设导致下游区域的新生代沉积物比例大幅下降，而上游区域的沉积物则主要由细粒度的古生代和中生代颗粒组成。这种偏倚可能是由于水坝拦截了部分新生代沉积物，使得这些颗粒无法继续向下游搬运，从而改变了整个河流系统的沉积物来源信号。此外，水坝还可能通过改变河流的流速和流量，影响沉积物的搬运路径和沉积模式，进而改变沉积物的来源信号。

在分析过程中，研究团队采用了多种方法，包括 rutile 粒度分析和 U-Pb 年龄测定，以及锆石的 U-Pb 年龄测定。这些方法的结合使得研究能够更全面地理解沉积物的来源和搬运过程。例如，rutile 的粒度和年龄数据可以与锆石的数据进行对比，揭示不同粒度沉积物的来源信号差异。此外，通过分析不同河段的沉积物组成，研究团队还能够识别出水坝对沉积物搬运的直接影响。

研究结果表明，大型水坝对河流沉积物的来源信号产生了显著影响。这种影响不仅体现在沉积物的粒度分布上，还体现在年龄分布上。例如，新生代的沉积物在下游区域的出现比例显著下降，而古生代和中生代的沉积物则相对增多。这种变化可能是由于水坝拦截了部分新生代沉积物，使得这些颗粒无法继续向下游搬运，从而改变了整个河流系统的沉积物来源信号。此外，水坝还可能通过改变河流的流速和流量，影响沉积物的搬运路径和沉积模式，进而改变沉积物的来源信号。

在实际应用中，这些发现对于理解河流系统的沉积物来源信号具有重要意义。传统的沉积物来源分析方法可能无法准确反映人类活动对沉积物搬运的影响，因此需要引入新的分析框架和方法。例如，结合 rutile 粒度和年龄数据，可以更准确地识别出不同粒度沉积物的来源信号，从而避免因水坝拦截而导致的系统性偏倚。此外，研究还强调了在现代沉积物来源分析中，必须考虑人类活动的影响，以确保研究结果的准确性和可靠性。

扬子江流域的研究为全球范围内类似河流系统的沉积物来源分析提供了重要的参考。随着全球范围内水坝建设的不断推进，许多河流系统的沉积物来源信号正在经历类似的改变。因此，理解这些变化对于评估人类活动对自然环境的影响具有重要意义。此外，研究还揭示了水坝对河流沉积物的拦截效应，为未来水利工程的规划和管理提供了科学依据。

总的来说，本研究通过综合分析 rutile 和锆石的粒度与年龄数据，揭示了大型水坝对河流沉积物来源信号的系统性影响。研究结果表明，水坝的存在改变了沉积物的粒度分布和年龄分布，导致下游区域的沉积物来源信号向更古老的、细粒度的沉积物倾斜。这种变化不仅影响了沉积物来源分析的结果，还对理解河流系统的地质演化和环境变化具有重要意义。因此，在进行现代沉积物来源分析时，必须充分考虑人类活动的影响，以确保研究结果的准确性和可靠性。