中国南方鄱阳湖地区晚更新世Houtian沙丘的来源及其河流-风成作用：通过碎屑锆石U-Pb地质年代学研究得到验证

《Quaternary International》：Provenance and fluvial-aeolian process of the late Pleistocene Houtian sand hills in Poyang Lake area, south China: Constrained by detrital zircon U–Pb geochronology

风沙沉积物源区与输运机制研究：基于锆石U-Pb年代学与逆蒙特卡洛模拟，揭示长江中下游环鄱阳湖沙丘自末次冰期以来持续稳定源自井冈江流域（贡献率69.1%→93.3-97.0%），干流与支流协同堆积过程，并建立 MIS 4（77-57.1 ka）至 MIS 3c（57.1-29.7 ka）沉积序列时空耦合关系。

　　

杜丁丁|田书远|李志文|于静静|穆罕默德·萨利姆·穆加尔

中国东华理工大学地球与行星科学学院，南昌

摘要

了解湿润风成环境中的沉积物来源及其与河流-风的相互作用对于解读地表动态和行星边界层相互作用至关重要。在末次冰期（LGP）期间形成的众多沙丘分布在中国长江中下游地区。其中，鄱阳湖周围的沙丘是一个特别独特且发育良好的例子。然而，该地区以往的研究主要集中在古环境重建上，而关于沉积物来源和供给机制的研究仍然有限，尤其是针对鄱阳湖南部沙丘（PYSHs）的研究。在这里，我们分析了后田沙丘（HTSHs）中的风成沙与赣江和锦江冲积平原中的河流沙。共799颗碎屑锆石颗粒通过U-Pb地质年代学方法进行了测年，并通过逆蒙特卡洛建模（IMCM）对其来源进行了定量约束。我们的研究结果表明，自MIS 4以来，HTSHs风成沉积物的来源一直保持稳定，其中锦江冲积平原是主要来源，赣江冲积平原是次要来源。从地质学上看，九岭山脉是主要来源区域，而江西中部和南部的山脉则是次要来源区域。定量来源建模进一步显示，锦江冲积平原的相对贡献逐渐增加：从MIS 4时期的69.1%增加到MIS 3c时期的84.3%，再到MIS 3c之后的93.3–97.0%。相反，赣江冲积平原的贡献相应减少，从30.9%下降到15.7%，最终降至3.0–6.7%。这些时间趋势反映了河流储存和风成再搬运过程的耦合效应。在MIS 4的寒冷干旱条件下，河流流量减少导致沉积物广泛暴露。这些沉积物来自九岭山脉，并暂时储存在赣江系统中。同时，东亚冬季季风（EAWM）的加强，加上Y型地形狭窄的漏斗效应，将这些暴露的沉积物重新搬运并沉积在相邻的河阶地上。

引言

中国北部、中亚和蒙古的广阔干旱景观，包括戈壁沙漠、沙地和黄土，是全球大气尘埃的主要来源（Nie等人，2014；Zhang等人，2016, 2021, 2024, 2025；Wu等人，2024）。相比之下，长江中下游地区也分布着广泛的风成沉积物，其中鄱阳湖南部沙丘（PYSHs）是一个特别显著和典型的例子（Jia等人，2012；Zhang等人，2020；Gong等人，2023；Hu等人，2025；Li等人，2025）。PYSHs具有重要的科学和实际价值：它们是重建鄱阳湖第四纪古环境历史的关键档案，并且对于评估区域沙害风险至关重要。这一评估尤为重要，因为长江中下游地区是中国经济最活跃和人口最密集的地区之一。在这里，沙尘暴对公共健康构成重大威胁，并造成巨大的经济损失——近年来极端低水位事件的频繁发生加剧了这一挑战。2022年9月23日发生了一个明显的例子，当时星子站的水位降至历史最低点7.10米，同时出现了严重的沙尘暴。更糟糕的是，来自中国北部的沙尘暴现在频繁侵入长江中下游盆地（Han等人，2021）。这些事件的频率增加威胁到区域生态系统的完整性和公共健康，推动了关于尘埃来源和传输机制的集中研究（Yin等人，2021；Filonchyk，2022；Liang等人，2022）。这些观察结果共同表明，尘埃的来源和传输路径比以前认为的更为复杂和地理上更为广泛，突显了亚热带风成系统中的一个关键知识空白。

长江中下游地区的特点是分布广泛的沙丘，这些沙丘可以追溯到晚更新世的末次冰期（LGP）（Jia等人，2012；Zhang和Jia，2019；Zhang等人，2020；Gong等人，2023；Hu等人，2025；Li等人，2025）。这些地质特征的形成与该时期的极端气候条件密切相关。作为最近的地质时期，LGP经历了频繁的气候波动，可能导致更强烈的沙尘暴活动（Xie等人，2018；Windler等人，2021）。PYSHs与北部戈壁沙漠、北部沙漠以及蒙古和中国北部的黄土沉积物之间是否存在来源联系？一些学者认为这些风成沉积物受到远距离传输的影响（Liu等人，1985；Yang，1991）。而最近的其他学者则认为它们并非来自远距离来源（Yang等人，2008；Hao等人，2010；Jia等人，2012；Lin等人，2022；Yu等人，2024），而是来自近距来源（即长江、赣江等）（Yang，1985；Wu等人，1997；Yang等人，2003；Jia等人，2012；Bai等人，2016；Wang等人，2019，Wang等人，2019；Sun等人，2022；Gong等人，2023；Hu等人，2025；Li等人，2025）以及远近结合的来源（Zhang等人，2022；Zhang等人，2022；Yu等人，2025）。然而，传统的来源研究——依赖于粒度分析（Li等人，2025）、整体地球化学（Jia等人，2012）、轻矿物组合（Bai等人，2016）和重矿物组合分析（Zhong等人，2024）等方法——在空间区分能力上存在局限性。这种限制阻碍了对沉积物来源贡献和供给机制的准确量化，导致解释上的矛盾。

锆石（ZrSiO₄）是一种普遍存在的副矿物，以其强抗风化和化学稳定性而闻名。不同的地质体经历了不同的演化历史，导致其中含有的锆石具有独特的U-Pb年龄组成。经过风化、侵蚀和搬运进入沉积体后，通过将碎屑锆石的U-Pb年龄谱与已知来源地区的数据进行比较，可以识别锆石的来源（Zhang等人，2013；Nie等人，2014；Guo等人，2021；Lin等人，2022；Zhang等人，2022；Zhang等人，2024；Zhang等人，2025）。这种方法被广泛用于确定沉积物来源、重建古地理和追踪岩石成因，在地质学、沉积学、古地理学和构造学中发挥着关键作用。碎屑锆石常见于沙丘和黄土风成沉积物中。近年来，比较风成沉积物中的碎屑锆石U-Pb年龄谱已成为解决来源问题的日益流行的方法（Fan等人，2019；Lu等人，2019；Zhang等人，2021，Zhang等人，2021；Lin等人，2022；Zhang等人，2024；Zhang等人，2025）。利用碎屑锆石U-Pb地质年代学研究长江中下游地区的气成沉积物已经得到广泛应用，例如在镇江的下蜀黄土（Liu等人，2014；Wang等人，2018）和长江三角洲（Qian等人，2018；Wu等人，2021）的研究中。然而，传统的锆石U-Pb来源分析依赖于年龄峰值的比较，由于来源年龄谱的重叠、沉积物循环和采样偏差，存在相当大的不确定性（Sundell和Saylor，2017）。为了解决这一限制，Sundell和Saylor（2017）提出了IMCM方法。该方法已成功应用于风成沉积物，显著提高了来源分析的精度（Zhang等人，2016；Wu等人，2021；Zhang等人，2022；Wu等人，2024；Zhang等人，2024；Wang等人，2025；Zhang等人，2025）。

鄱阳湖周围分布着广泛的风成沉积物，例如丁山沙丘、沙岭沙丘、斗宝沙丘、索门山沙丘、鸡山沙丘和后田沙丘等。然而，以往的研究主要集中在鄱阳湖北部和中部的古环境重建上（Jia等人，2012；Zhang等人，2020；Gong等人，2023；Hu等人，2025；Li等人，2025），而关于南部风成沉积物的研究仍然有限，特别是在其来源方面。因此，我们通过HTSHs的碎屑锆石U-Pb地质年代学来填补这一空白，探讨：（1）主要来源的识别和量化；（2）这些晚更新世沙丘的形成机制。

研究区域

后田沙地位于长江中下游地区（图1a），具体位于江西省南部的鄱阳湖盆地内（图1b）。它地处赣江及其支流锦江的交汇处（图1b）。鄱阳湖是中国最大的淡水湖，主要由赣江、抚河、秀水河、新江河和饶河等河流补给（图1b）。其中，赣江是最大的补给河流，其径流量约为

OSL测年结果

为了建立HTSH剖面的可靠年代学，分析了六个OSL样本（Li等人，2025）。结果证实，黄色沙子和红色沙子的序列形成于末次冰期（LGP）。使用分段沉积物积累率插值（Y = 1.0314X-0.6133，R² = 0.9846），我们构建了一个定义三个主要阶段的年龄-深度模型（见图5）：

MIS4（77–57.1 ka）：对应于地层单元HT6。

MIS3（57.1–29.7 ka）：包括HT5、HT4和HT3单元，进一步细分为：

• MIS3c：

HTSHs的沉积物来源

为了研究鄱阳湖南部风成沉积物的来源区域，本研究汇编了来自鄱阳湖周边潜在来源区域的已发表的碎屑锆石U-Pb年龄数据（Nie等人，2014；Zhang等人，2016；Wang等人，2020）。这些数据涵盖了远距离和近距离来源，其中远距离来源包括西藏北部高原（Zhang等人，2016）、北部戈壁沙漠（Zhang等人，2016）和北部黄土高原（Nie等人，2014）。相比之下，

结论

本研究应用碎屑锆石U–Pb地质年代学方法来确定长江中下游HTSHs的来源，整合了沉积年龄和区域来源数据集。得出了三个关键发现。

(1)

HTSHs在整个LGP期间保持了稳定的沉积物来源，其特征是新元古代峰值（约830 Ma）和古生代峰值（约430 Ma）。锦江冲积平原是主要的沉积物供应源，赣江河流的贡献较小

CRediT作者贡献声明

杜丁丁：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。田书远：软件支持。李志文：资源获取。于静静：数据管理。穆罕默德·萨利姆·穆加尔：正式分析。

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