青海省东北部青藏高原贡河盆地内由风力作用引发的低气压现象：来自沉积学研究的启示

《Journal of Asian Earth Sciences》：A wind-induced depression in Gonghe Basin, northeastern Qinghai-Tibetan Plateau: Insights from sedimentological investigations

风蚀洼地成因及物源研究：基于Gonghe盆地多指标分析，揭示风成沙与黄土同源于Gonghe组地层，排除河流阶地、冲积扇等干扰源，证实 aeolian deflation 为主要地貌形成机制。

　　

王思琪|马云强|黄东岳|李志伟|胡恒远|张佳玲|强明瑞

华南师范大学地理学院，中国广州510631

摘要

干旱和半干旱地区由风作用形成的洼地通常被视为沙尘热点，这些洼地在将沙尘释放到大气中起着重要作用，进而对大规模气候变化产生显著影响。为了解释洼地形成的机制，确定其周围地表沉积物的来源至关重要。在青藏高原东北部的贡河盆地，存在一个保存完好的洼地，其开口面积约为579.81平方公里。然而，至今该洼地的起源仍不清楚。本文对该研究区域的各种地表沉积物进行了全面调查，包括冲积扇沉积物、黄土、河岸沉积物、湖岸沉积物、流动沙丘砂以及洼地中暴露的贡河组地层。对这些样本进行了多种指标的测量，如粒径、元素组成、重矿物和磁参数。结果表明，流动沙丘砂和黄土的重矿物组合与贡河组相似，但与冲积扇沉积物有显著差异。尽管沙珠玉河的河岸沉积物的重矿物和粒径组成与流动沙丘砂相似，但这并不能证明河岸沉积物是沙丘砂的来源。相反，这可能表明在半干旱条件下，风将沙粒搬运到了河岸。地球化学和磁学指标也表明，沙丘砂和黄土主要来源于贡河组，而非冲积扇或河岸沉积物。这些结果表明，贡河组地层在风成作用下转化为了沙丘砂和黄土，且沙珠玉河上游对洼地的碎屑输入有限。此外，第二塔拉（Tala=平原，位于蒙古）的地表地貌平坦且连贯，没有任何河流侵蚀的迹象。综上所述，我们认为该洼地主要是由风蚀作用形成的，而受到侵蚀的主要是贡河组地层。

引言

释放到大气中的矿物尘埃气溶胶可以通过吸收和散射太阳辐射以及改变云的特性，对地球系统的能量平衡产生显著影响（Cheng等人，2021年；Lambert等人，2015年；Shao等人，2011年；Shi等人，2019年；Zhang等人，2003年）。此外，尘埃还为远离大陆的岛屿上的植物和开阔海域中的浮游生物提供了重要的微量元素（例如磷和铁）。例如，当尘埃沉积在北太平洋时，可以通过“铁肥效应”增强海洋初级生产力并促进碳吸收（Mahowald等人，2009年），从而对全球碳循环产生巨大影响（Albani等人，2016年；Mahowald等人，2005年；Mahowald等人，2006年；Shao等人，2011年）。表1。

风蚀是干旱和半干旱地区塑造地貌的重要地表过程，它促进了大量沙尘进入大气（Goudie，2008年；Jolivet等人，2021年；Zhang等人，2020a）。风蚀作用形成了多种风蚀地貌，包括雅丹地貌、洼地等。其中，洼地是最典型的类型，对沙尘的释放机制及其来源具有重要意义（Kapp等人，2025年；Pullen等人，2017年；Zhang等人，2025年）。洼地通常是封闭的、内流性的低地，没有外流排水系统，大量的碎屑物质在干湖床、临时河道中积累（Ginoux等人，2001年；Han等人，2014年；Prospero等人，2002年）。由于近地表风速强且植被覆盖稀疏，大量未固结的地表沉积物容易受到侵蚀，导致区域乃至全球的沙尘负荷增加（Washington和Todd，2005年；Warren等人，2007年）。因此，风蚀形成的洼地被公认为矿物尘埃的主要来源，对区域和全球沙尘循环起着关键作用，例如乍得的博德莱洼地（Bristow等人，2009年；Todd等人，2007年；Todd等人，2008年；Washington和Todd，2005年；Washington等人，2006年）、澳大利亚的艾尔湖（McTainsh和Strong，2007年）以及博茨瓦纳的马克加迪卡迪洼地（Bryant等人，2007年）。此外，地球化学证据表明，来自北非博德莱洼地的尘埃通过大气环流进行跨大陆输送，最终沉积在亚马逊盆地（Abouchami等人，2013年）。这种长距离的尘埃输送过程为亚马逊雨林生态系统提供了必要的矿物质养分和生物地球化学肥料。同样，位于中国东部戈壁沙漠的苏尼特风蚀盆地也是区域沙尘排放的主要来源（Yin等人，2023年）。作者认为，该盆地基底的风蚀产生的碎屑物质是下游风成沉积物的主要来源，促进了中国东北部沙丘地带的形成和黄土沉积，而更细小的尘埃颗粒则通过西风环流进一步输送到北太平洋。因此，研究风蚀形成的洼地不仅有助于追踪沙尘的来源和输送路径，还有助于阐明控制沙尘产生、携带、输送和沉积的基本机制。

一个开口面积约为579.81平方公里的洼地位于青藏高原东北部的贡河盆地西部（图1a）。洼地内的沙珠玉河最终流入达连海湖。在其东部，第二塔拉平原（Tala=平原，位于蒙古）广阔分布，将洼地与黄河主谷分隔开来（图1a）。根据数字高程模型（DEM），第二塔拉平原的地表地貌未受到河流侵蚀的影响。洼地的特征是残余风成沉积物、新月形沙丘的分布，反映了风蚀是主导的地貌过程。Xu等人（1982年）提出，沙丘砂来源于露出的贡河组地层（图1b），这一点通过粒径和重矿物分析得到了证实。然而，地表沉积物（包括湖泊沉积物、河岸沉积物和冲积扇）也有潜力纳入风成系统，从而为风成沉积物提供物质来源（Hao等人，2010年；Li等人，2022a；Muhs等人，2017年；Zhang等人，2022年；Liang等人，2020年；Liu和Yang，2018年；Opitz等人，2016年）。值得注意的是，使用多种指标来区分潜在来源非常重要，例如粗粒和细粒组分。例如，Li等人（2022b）利用地表沉积物不同粒径组分的地球化学特征揭示了巴丹雅兰沙漠的潜在来源。他们的发现表明，63–250微米的沙粒部分来源于祁连山脉的河流和戈壁沉积物，而细粒沉积物（<63微米）的来源较为复杂，包括祁连山脉和戈壁-阿尔泰山脉的物质。此外，重矿物具有高密度和较强的抗风化能力，保留了其源岩的特征（Garzanti等人，2022年；Pastore等人，2021年），因此可作为风成沙沉积物来源的宝贵示踪剂。此外，全面的粒径和重矿物分析阐明了近源区（如秦岭-大别山脉）和远源区（如中国西北部内陆地区）对汉江上游黄土沉积物的相对贡献（Cui等人，2025年）。此外，环境磁参数被认为是指示沙漠环境中沉积物来源的有效工具。Hallberg等人（2020年）基于磁化率特征表明，穆乌斯沙漠东西部的沉积物来源不同。东部地区的沉积物磁性质与下伏的白垩纪砂岩相似，表明当地基岩是主要来源。相比之下，西部地区的磁参数与腾格里沙漠的特征一致，表明其来源与黄河和/或青藏高原北部有关。因此，全面研究沉积物特性对于区分贡河组的贡献与其他潜在来源至关重要。此外，建立下游风成沉积物与贡河组之间的可靠来源联系对于验证洼地主要由强烈风蚀作用形成的假设是必要的。

在这项研究中，我们通过分析不同沉积物的多种指标（包括粒径、元素组成、重矿物和磁参数）来研究贡河盆地洼地的形成过程。主要目的是阐明地表沉积物、贡河组和风成沉积物之间的来源联系。这不仅提供了支持风蚀是贡河盆地西部洼地形成主要驱动力的沉积学证据，还有助于识别潜在的沙尘来源，从而加深我们对沙尘生成、释放和输送机制的理解。

研究区域

贡河盆地（北纬35°27′–36°56′，东经98°46′–101°22′）是一个断层盆地，位于青藏高原东北部，大致呈NW-SE方向延伸300公里，宽度约为50–60公里，面积为13,800平方公里（图2a）。该盆地平均海拔约为3,200米，周围被山脉环绕，南部是赫卡山和埃拉山，东部是西青山脉，北部是青海南山，这些山脉将其与青海湖分隔开来

采样

共收集了17个地表沉积物样本，包括6个从洼地内的流动沙丘中采集的沙丘砂样本（样本编号DS1–6）（图2b），以及5个从沙珠玉河上游冲积扇中采集的冲积样本（样本编号AF1–5）（图2c）。还有一个黄土样本来自贡河盆地的东南部（LD1）（图2d），还有一个湖岸沉积物样本来自耿加海湖的湖岸区域

粒径

黄土、湖岸沉积物和贡河组（河流-湖泊沉积物）的粒径组成主要由粉砂（2–63微米）组成，平均含量分别为76.87%、61.33%和74.94%，其次是砂（>63微米）和粘土（<2微米）（表S1）。流动沙丘砂的粒径特征与贡河组的风成砂相似，两者都以砂粒为主，平均比例分别为83.18%

通过多种指标推断沉积物来源

地表沉积物可以通过风成作用为风成沉积物提供物质来源。因此，我们采用多种指标进行了全面研究，以确定贡河盆地西部不同地表沉积物与风成沉积物之间的来源联系。就粒径特征而言，河岸沉积物主要由粗粉砂和细砂组成。OD2和OD4样本中的粒径分布与流动沙丘砂相似

结论

为了研究风蚀形成的洼地及其作为重要沙尘来源的作用，我们通过对各种地表沉积物和贡河组地层的粒径、元素组成、重矿物组合和磁性质进行分析，进行了全面研究。该研究明确了流动沙丘砂、黄土和贡河组之间的明确来源联系，而与沿岸的冲积扇之间没有显著联系

未引用的参考文献

Chen等人，2022年；Dasch，1969年；Garzanti等人，2018年；Garzanti等人，2013年；Li等人，2022年；Li等人，2022年；Liu和Deng，2009年；Liu等人，2012年；Liu等人，2004年；Liu等人，2004年；Liu等人，2005年；Maher等人，2009年；McLennan等人，1993年；van Westrenen等人，2001年；Vriend和Prins，2005年；Zhang等人，2020年；Zhang等人，2020年；Zhang等人，2020年。

CRediT作者贡献声明

王思琪：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，形式分析，概念化。马云强：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。黄东岳：可视化，调查，概念化。李志伟：调查，数据管理。胡恒远：调查，数据管理。张佳玲：调查，数据管理。强明瑞：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，方法学，资金获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号42071109）的支持。我们衷心感谢编辑（Cui Ying）处理本手稿的工作，以及审稿人的富有洞察力和建设性的评论，这些评论极大地提高了手稿的质量。