湖泊沉積與環(huán)境演化

前言

湖泊是廣泛分布的自然現象，它具有較清楚的邊界，構成相對獨立的自然環(huán)境體系，是自然地理研究的專門對象。但從湖泊的研究歷史上看，早期對湖泊感興趣的是生物學家，所以從開始就賦予湖泊學較深厚的生物學內涵，這種影響一直維持至今。同時，湖泊作為海洋研究的天然實驗室，較多地開展了沉積學和水動力學的研究，并在三角洲、濁流、年紋層等沉積學理論以及湖泊分層與動力學理論方面作出了重要貢獻。所以，在湖泊研究的早期階段就呈現出多學科并舉的勢態(tài)，雖然各自聚焦的目標不同，但是卻暗示了湖泊環(huán)境系統(tǒng)的復雜性，具有“小宇宙”的特點。作為沉積學的重要分支，湖泊沉積研究在全球范圍內引起高度的重視且進展快速，這與20世紀七八十年代石油工業(yè)的蓬勃發(fā)展密不可分，尤其是我國陸相生油理論的提出，極大地推動了我國湖泊沉積研究的全面開展。歸納起來，可以分為油源巖和儲層研究兩個方面，前者的研究闡明了陸相生油層的物質組成，以及油氣生成的過程、階段與機理，深化了陸相生油的理論，同時也帶動了油氣有機地球化學學科的飛速發(fā)展，成立了專門的研究機構和國家重點實驗室，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀科學家；后者的研究主要從盆地分析的角度，研究不同構造、氣候背景條件下砂體的幾何與沉積模式，依據生、儲、蓋的時空組合規(guī)律指導油氣的勘探，同時研究不同微相砂體的孔滲結構，結合地下油水運動的規(guī)律，進行生產井網的布設與調整，提高最終采收率。該方面的研究為油田的高產穩(wěn)產作出了重要貢獻，同時全面推動了相序沉積學、層序地層學等理論的發(fā)展，并帶動了一批相關學科的興起，為我國沉積學的深入發(fā)展奠定了扎實的基礎。20世紀80年代后期，全球變化成為眾多科學家的關注熱點，湖泊沉積作為大陸氣候環(huán)境變化的重要信息載體，再度興起研究的熱潮。湖泊的空間分布并不具有地帶性，但是湖盆形成在區(qū)域上常常具有同步性和事件性，一旦積水成湖，其發(fā)育演化的過程就深受區(qū)域氣候和環(huán)境的影響，帶有明顯的區(qū)域特色。因此，湖泊沉積在研究全球變化與區(qū)域響應方面具有不可替代的優(yōu)勢。從極地到低緯的湖泊紛紛被作為研究對象，重建它們環(huán)境演化的序列，并通過氣候或環(huán)境事件作為橋梁；與極地冰芯、深海的記錄進行比較研究，探討不同區(qū)域之間氣候變化的動力學聯系與可能機理。與此同時，在我國也分別選擇青藏高原、西北干旱區(qū)和東部濕潤區(qū)的湖泊進行研究，其中季風過渡區(qū)的湖泊是關注的重點，通過湖泊記錄的分析對比，結合黃土、冰芯等的記錄，力圖探討不同時間尺度（106～102年）東亞季風變化的階段與規(guī)律及其與青藏高原隆升生長的關系，揭示區(qū)域響應的差異，進而分析氣候波動的周期，以及與高低緯驅動的關系。在大量湖泊研究的基礎上，世界各大區(qū)先后建立了湖泊環(huán)境變化的數據庫，作為基礎資料開展大區(qū)域之間的環(huán)境對比，并對古氣候模擬結果進行檢驗。

內容概要

湖泊是流域物質的最終儲存庫，其沉積物忠實地記錄了湖區(qū)各種氣候和環(huán)境變化的信息。本書系統(tǒng)地介紹了湖泊沉積研究的基礎知識、基本理論和研究方法。第一篇分章論述了湖泊沉積物的類型、湖泊沉積作用的動力學特征、湖泊沉積的主要環(huán)境參數以及湖泊沉積年代學研究方法。在此基礎上，第二篇重點闡述了利用湖泊沉積開展古氣候環(huán)境研究的方法，包括物理指標在環(huán)境重建中的應用、地球化學指標在環(huán)境重建中的應用、生物指標在環(huán)境重建中的應用以及湖泊環(huán)境演化的古氣候模擬。全書通過對不同區(qū)域、不同時間尺度湖泊環(huán)境演化的研究，深入探討了環(huán)境演變的成因機制，揭示了環(huán)境演變的自然和人為驅動因素。    本書可供從事第四紀地質學、沉積學、地理學和環(huán)境科學等有關專業(yè)的研究人員，以及高等院校有關專業(yè)的研究生參考。

書籍目錄

前言    第一篇  湖泊沉積第1章  湖泊形成、演化與主要沉積類型  1.1  湖泊的形成及其成因類型    1.1.1  基于盆地地質地理的成因分類    1.1.2  基于湖泊營養(yǎng)水平的分類    1.1.3  基于湖水分層的分類  1.2  湖泊的演化及其主要原因    1.2.1  湖泊演化與地質構造    1.2.2  湖泊演化與氣候因素    1.2.3  湖泊演化與河流影響    1.2.4  湖泊演化與海面變化    1.2.5  湖泊演化與人類活動  1.3  湖泊主要沉積類型    1.3.1  湖泊碎屑沉積    1.3.2  湖泊化學沉積    1.3.3  湖泊生物沉積  參考文獻第2章  湖泊沉積作用及其動力學特征  2.1  湖泊水動力特征    2.1.1  湖浪    2.1.2  湖流  2.2  湖泊機械沉積作用    2.2.1  有關流體力學的幾個基本概念    2.2.2  牽引流的機械搬運和沉積作用    2.2.3  重力流的機械搬運與沉積作用    2.2.4  冰的搬運和沉積作用    2.2.5  搬運和沉積過程的碎屑物質變化  2.3  湖泊化學的沉積作用    2.3.1  溶解物質的化學搬運和沉積作用    2.3.2  湖泊化學沉積作用  2.4  沉積分異作用    2.4.1  機械沉積分異作用    2.4.2  化學沉積分異作用  2.5  湖泊沉積的生物作用    2.5.1  生物的搬運和沉積作用    2.5.2  生物擾動作用  2.6  沉積后作用    2.6.1  沉積后變化的階段劃分和特點    2.6.2  沉積后變化的影響因素    2.6.3  沉積后作用的方式  2.7  湖泊沉積作用空間分異的動力學特征    2.7.1  河口區(qū)    2.7.2  開闊湖區(qū)  2.8  小結  參考文獻第3章  湖泊沉積的主要環(huán)境參數  3.1  湖泊沉積的物理參數    3.1.1  含水量    3.1.2  體積密度    3.1.3  燒失量    3.1.4  粒度    3.1.5  磁參數  3.2  湖泊沉積的化學參數    3.2.1  沉積物元素的組成    3.2.2  湖泊沉積的礦物特征    3.2.3  沉積物中有機碳化合物  3.3  湖泊沉積的生物參數    3.3.1  底棲藻類    3.3.2  大型植物    3.3.3  底棲無脊椎動物    3.3.4  細菌  3.4  湖泊沉積的構造參數    3.4.1  物理成因的沉積構造    3.4.2  化學成因構造    3.4.3  生物成因構造    3.4.4  湖泊沉積中的年紋層構造  參考文獻第4章  湖泊沉積年代學研究與主要方法  4.1  14C年代學    4.1.1  14C測年的基本原理    4.1.2  14C測年的基本方法    4.1.3  湖泊沉積物中14C測年材料及分離提取技術    4.1.4  14C年代誤差    4.1.5  14c年代校正  4.2  210Pb和137Cs    4.2.1  來自大氣中的210Pb    4.2.2  來自江河的210Pb    4.2.3  來自集水流域的顆粒性210Pb    4.2.4  210Pb年代的一般計算方法    4.2.5  應用范圍及問題    4.2.6  人工放射性核素137Cs    4.2.7  137Cs的大氣環(huán)流及時標意義    4.2.8  210Pb和137Cs年代判定的可靠性以及存在的問題  4.3  古地磁  4.4  其他方法    4.4.1  熱釋光／光釋光    4.4.2  電子自旋共振    4.4.3  氨基酸外消旋法    4.4.4  鈾系不平衡法    4.4.5  紋層定年法    4.4.6  火山灰年代學    4.4.7  事件性定年方法  參考文獻    第二篇  環(huán)境演化第5  章物理指標在環(huán)境重建中的應用  5.1  湖岸階地    5.1.1  基本概念    5.1.2  利用湖岸階地研究湖面波動與氣候變化  5.2  粒度    5.2.1  粒度與區(qū)域降水    5.2.2  粒度與湖泊水位波動    5.2.3  粒度與風成活動    5.2.4  粒度與冰川進退  5.3  環(huán)境磁學    5.3.1  湖泊沉積物內外源礦物的磁性特征    5.3.2  樣品的采集及測量    5.3.3  環(huán)境磁學在古湖泊研究中的應用  5.4  色度    5.4.1  基本概念    5.4.2  沉積物色度在環(huán)境重建中的應用  參考文獻第6章  地球化學指標在環(huán)境重建中的作用  6.1  元素地球化學    6.1.1  元素地球化學與湖泊流域的氣候和風化作用    6.1.2  元素地球化學與湖泊環(huán)境變化    6.1.3  元素地球化學與人類活動  6.2  穩(wěn)定同位素地球化學在湖泊沉積研究中的應用    6.2.1  穩(wěn)定同位素地球化學的基本原理    6.2.2  氧同位素    6.2.3  碳同位素    6.2.4  氧、碳同位素在湖泊沉積研究中的應用    6.2.5  氮同位素    6.2.6  鍶同位素  6.3  有機地球化學    6.3.1  有機碳    6.3.2  生物標志化合物    6.3.3  色素  參考文獻第7章  生物指標在環(huán)境重建中的應用  7.1  化石生物指標研究的基本原理和方法  7.2  孢粉    7.2.1  概述    7.2.2  孢粉分析方法    7.2.3  孢粉分析原理    7.2.4  湖泊沉積孢粉在古環(huán)境研究中的應用  7.3  炭屑    7.3.1  概述    7.3.2  炭屑的特征    7.3.3  炭屑的傳播與沉積    7.3.4  炭屑的研究方法    7.3.5  炭屑記錄的解釋  7.4  氣孔器    7.4.1  概述    7.4.2  實驗室處理與鑒定    7.4.3  氣孔器在重建古植被中的運用    7.4.4  我國氣孔器研究的展望  7.5  硅藻    7.5.1  概述    7.5.2  硅藻樣品采集和實驗室分析    7.5.3  硅藻轉換函數    7.5.4  硅藻在古氣候環(huán)境重建中的應用  7.6  植物大化石    7.6.1  概述    7.6.2  研究方法    7.6.3  植物化石在環(huán)境重建中的作用  7.7  搖蚊幼蟲亞化石    7.7.1  概述    7.7.2  實驗分析與數據表達    7.7.3  搖蚊在環(huán)境重建中的應用  7.8  枝角類    7.8.1  概述    7.8.2  實驗室分析    7.8.3  數據表達    7.8.4  枝角類在環(huán)境重建中的應用  7.9  介形類    7.9.1  概述    7.9.2  介形類分析與鑒定    7.9.3  介形類在環(huán)境重建中的應用  7.10  其他生物化石    7.10.1  非孢粉型遺跡    7.10.2  金藻    7.10.3  甲螨    7.10.4  淡水軟體動物  參考文獻第8章  古氣候模擬與湖泊環(huán)境演化  8.1  古氣候模擬的基本原理    8.1.1  大氣環(huán)流模式    8.1.2  海洋環(huán)流模式    8.1.3  陸面模式    8.1.4  冰雪模式    8.1.5  氣候系統(tǒng)耦合模式和嵌套模式  8.2  特征時期的古氣候模擬    8.2.1  第四紀氣候模擬    8.2.2  歷史氣候模擬  參考文獻第9章  湖泊環(huán)境演化及其成因機制  9.1  湖泊環(huán)境的綜合判識    9.1.1  湖泊環(huán)境綜合判識的科學內涵    9.1.2  代用指標分類  9.2  湖泊環(huán)境對氣候變化響應的區(qū)域特色    9.2.1  干旱地區(qū)    9.2.2  季風濕潤區(qū)    9.2.3  干旱—濕潤過渡區(qū)    9.2.4  高寒地區(qū)  9.3  不同時間尺度湖泊環(huán)境變化與可能的成因機制    9.3.1  百萬年時間尺度    9.3.2  萬年時間尺度    9.3.3  千年時間尺度    9.3.4  百年時間尺度  參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：如上所述，湖泊在其生命周期內總體上呈現充填的長期趨勢。但是，湖泊的演化過程是復雜多樣的，驅動因素也很多，湖泊演化的不同階段與過程的特征、變化的速率是區(qū)域地質構造、氣候、生物活動的具體表征。因為湖泊是陸地水圈的重要組成部分，與大氣圈、巖石圈、生物圈有著密切的聯系，各圈層相互作用的自然過程無不引起湖？白的變化。湖泊現存的形態(tài)不僅取決于原始盆地的形態(tài)，也取決于后來的構造運動和均衡運動，同時還與充填物質的堆積作用有關。對湖泊物理狀況變化的影響因素可歸納為以下四種：①氣候變化對盆地范圍的影響；②水位變化對盆地范圍的影響；③自然的侵蝕一堆積趨勢對盆地范圍的擴張或收縮變淺的影響；④地區(qū)性的變化對局部盆地影響，例如，三角洲的遷移、沙嘴和沙壩的形成以及因流域變化造成入湖水流的變化等。此外，歷史時期的人類活動方式與強度對湖泊的演變起到了不可低估的作用，并具有加速其演化的趨勢。由于湖泊分布地域廣闊，不同自然地理區(qū)域、不同類型湖泊的演變過程各具特點，湖泊演化及其原因也復雜多樣。故本節(jié)以我國湖泊為例，分析湖泊的演化及其主要原因。1.2.1湖泊演化與地質構造地質構造是湖盆形成的基礎，控制了湖泊空間分布和區(qū)域宏觀特征。大型的可供積水的湖盆，或多或少均與地質構造活動和地質構造背景有關。湖盆形態(tài)和湖水深淺總是和地質構造活動的性質與強度分不開，即使是平原區(qū)的河成湖和堆積洼地中發(fā)育的淺水湖，它們的前身或者是地質構造的下沉區(qū)，或者是沿薄弱帶形成的古河道。因此，區(qū)域大構造的差異，使得湖泊或湖群的特點截然相異。

編輯推薦

《湖泊沉積與環(huán)境演化》由科學出版社出版。

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