在三角洲沉积物中追溯人为信号:基于黄河三角洲1855年改道前后沉积物的沉积学—磁性对比研究

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》:Tracing anthropogenic signals in deltaic sediments: A comparative sediment-magnetic study of Yellow River delta deposits before and after the 1855 CE avulsion

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月21日 来源:Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 2.6

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   •本研究展示了黄河三角洲在公元 1855 年河道改道前后沉积磁学特征的变化。•通过分析沉积磁学特征以及重金属浓度趋势,我们确定了人类活动影响黄河三角洲的三个阶段。•我们对黄河三角洲沉积磁学特征的研究为受人类活动影响的沿岸沉积过程提供了新的见解。引言作为河海相互作用的关键界面,

  
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    本研究展示了黄河三角洲在公元 1855 年河道改道前后沉积磁学特征的变化。
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    通过分析沉积磁学特征以及重金属浓度趋势,我们确定了人类活动影响黄河三角洲的三个阶段。
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    我们对黄河三角洲沉积磁学特征的研究为受人类活动影响的沿岸沉积过程提供了新的见解。

引言

作为河海相互作用的关键界面,三角洲对包括径流、潮汐和波浪能量在内的水动力过程之间的强烈相互作用表现出高度敏感性。这些动态过程驱动了具有极高流动性和环境响应性的地貌系统的发展(Stanica et al., 2007; Chen, 2009; Fagherazzi et al., 2015)。尽管仅占地球陆地面积的 1%,三角洲地区却供养了全球超过 7% 的人口(Syvitski and Saito, 2007),并已成为经济发展和人口密度的全球枢纽(Overeem and Brakenridge, 2009; Kuenzer et al., 2014)。近几十年来,自然过程与人为影响的耦合导致了三角洲环境的重大变化(Syvitski and Saito, 2007; Jiang et al., 2017)。因此,解读人类活动对三角洲沉积的影响既是科学优先事项,也是环境当务之急。
自全新世中期以来,黄河大部分时间向渤海输送沉积物,但在 1128-1855 年期间,其出海口移至黄海西南部海岸(图 1)。1855 年发生重大改道后,黄河回归渤海,并一直保持这一排水路径至今。以往研究人员广泛采用各种非磁性沉积代用指标来解码由此次改道驱动的环境和物源变化,包括 Sr-Nd 同位素、碎屑锆石 U-Pb 年龄谱、稀土元素模式、重矿物组合和黏土矿物记录(Yang et al., 2003; Zhou and Jia, 2013; Wang et al., 2019a; Pang et al., 2023; Qiao et al., 2011)。元素和有机地球化学代用指标进一步提供了 1855 年后渤海周围及黄海西南部沉积变化的定量约束(Liao et al., 2015; Wu et al., 2013; Liu et al., 2021; Xue and Yang, 2023)。尽管现有研究已建立利用各种非磁性代用指标识别公元 1855 年改道边界和重建沉积动力学的坚实框架,但这些非磁性方法容易出现解释歧义。此外,鲜有针对两种不同沉积档案的比较分析:一种是公元 1128-1855 年在黄海形成的古黄河三角洲,另一种是公元 1855 年后在渤海形成的现代黄河三角洲。此外,结合环境磁学参数和重金属信号的长期综合记录仍然稀缺,这预计能反映人类活动对三角洲沉积物的影响,也是本工作的核心创新点。
当代岩石磁学技术能够对沉积系统中的磁性载体进行精确表征,为地质样品剩余磁性的成因提供了关键见解。作为一种无损且成本效益高的方法,环境磁学已被系统用于解码输运 - 沉积动力学(Thompson and Oldfield, 1986; Evans and Heller, 2003; Liu et al., 2010)和磁性矿物的成岩转化(Verosub and Roberts, 1995)。大量证据证实,沉积磁学特征记录了气候变率、环境扰动和人为影响的信号(Thouveny et al., 1994; Heller and Evans, 1995; Liu et al., 2005, Liu et al., 2012)。近几十年来,环境磁学在河口系统研究中取得了迅速进展,在沉积环境演化(Chen et al., 2013; Pan et al., 2015)、沉积物源(Wang et al., 2020a)、流域土壤侵蚀(Wang et al., 2011)、水土迁移(Wang et al., 2019b; Chen et al., 2021)、气候 - 海平面变化(Chen et al., 2015)以及人类活动指示指标的研究中发挥了重要作用。例如,在法国 Roissy-en-France、巴尔干地区和长江三角洲,研究人员利用沉积磁学性质探讨了人类活动对沉积特征的影响(Wang et al., 2011; Marmet et al., 1999; Neli et al., 2020)。然而,海岸沉积物的磁性特征更容易受到还原成岩作用的强烈影响(Liu et al., 2004)。在本研究中,我们分析了两根岩芯的磁性特征,分别来自渤海西海岸的现代黄河三角洲和黄海西海岸,以比较公元 1855 年改道前后黄河的沉积磁学性质(图 1)。我们研究的目的,是利用环境磁学方法阐明公元 1855 年前后三角洲沉积物磁性特征差异,以精确识别由于人为因素影响而可能导致的三角洲沉积物沉积特征的细微变化。

章节摘要

研究区域和地质背景

黄海是中国东部重要的边缘海,其环流系统具有显著的季节变化。冬季,西部和中部区域主要由黄海暖流(YSWC)、辽东沿岸流(LDCC)和山东沿岸流(SDCC)的联合影响驱动的盆地范围气旋环流(冷水团)主导(Park et al., 2000; Naimie et al., 2001)。夏季,东南夏季季风减弱了沿岸

材料与方法

2011 年和 2012 年,通过旋转钻进方法从渤海西海岸的第八三角洲超瓣(岩芯 YRD-1101,38°02′08.97″ N,118°36′25.88″ E,海拔 +1.840 m)和黄海西海岸的第七超瓣(岩芯 JC-1201,34°17′35.99″ N,120°16′32.40″ E,海拔 +3.017 m)采集了两根岩芯,这是中国地质调查局青岛海洋地质研究所进行的调查项目的一部分(图 1)。最上层

岩芯 JC-1201 中公元 1128–1855 年沉积物的磁学特征

在 DU 2(16.27 至 19.34 m)中,环境磁学参数表现出剧烈变化。χlf 值范围为 32.06 × 10?8 m3/kg 至 64.32 × 10?8 m3/kg,平均值为 54.78 × 10?8 m3/kg。SIRM 值范围为 2660.72 × 10?6 Am2/kg 至 4270.89 × 10?6 Am2/kg,平均值为 3667.44 × 10?6 Am2/kg。χlf 和 SIRM 一致,并随深度表现出显著变化。同样,S?100(%)值范围为 82.52% 至 89.78%,S?300(%)值范围为

两根岩芯中公元 1855 年后和公元 1128–1855 年期间三角洲沉积物中早期成岩作用对磁性矿物的影响不显著

先前的研究报告指出,海岸至陆架沉积物中的磁性矿物组合经历了深刻的沉积后早期成岩改造(例如,Liu et al., 2004; Zheng et al., 2010; Liu et al., 2010; Hu et al., 2012)。早期还原成岩作用始于亚铁磁性矿物的初始溶解,随后是高矫顽力氧化铁的破坏,并进展到硫酸盐还原的后期阶段,伴随自生系列的形成

结论

对于岩芯 YRD-1101 中公元 1855 年后的黄河三角洲沉积物和岩芯 JC-1201 中公元 1128 年至 1855 年期间的黄河三角洲沉积物,磁性矿物以亚铁磁性矿物为主,主要是磁铁矿,含有少量磁赤铁矿。两根岩芯的三角洲沉积物中沉积后早期还原成岩作用不显著。然而,公元 1855 年后沉积物中磁性矿物含量的变化明显更高

CRediT 作者贡献声明

王双:撰写 – 审阅与编辑,撰写 – 初稿,数据整理,概念构思。刘坚:监督,资金获取,形式分析,概念构思。段小勇:软件,方法学,调查。张伟杰:软件,方法学。孙军:软件,方法学。邱建东:软件,方法学,调查。丛晶怡:方法学,调查。

未引用参考文献

Liu and Deng, 2009
Liu and Li, 2022
Peng et al., 2014
Sun et al., 2014
Syvitski et al., 2022
Wang et al., 2015
Wang et al., 2020b
Wei et al., 2000
Yue et al., 2020

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本论文报告的工作。

致谢

本项目由国家自然科学基金(资助号:41706073、41330964、42007166和42576072)、中国 - 东盟海洋合作基金(亚洲合作基金:长江三角洲和红河三角洲海洋地质环境与灾害合作研究)、中国地质调查局项目(DD20191010;DD20230647;DD20240301801;DD202603303302;DD202603102403;DD20240300303)以及一般
王双|刘坚|段小勇|张伟杰|孙军|邱建东|丛晶怡
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