Source-to-Sink Sediment Dynamics in Humid and Arid Environments from the Modern Minjiang River, South China and Thar Desert, Pakistan

This PhD thesis presents a comprehensive investigation into sediment dynamics in the segmented Minjiang River and the western Thar Desert, utilizing an integrated provenance approach. The Minjiang River is bounded by the tectonically active Songpan Ganzi and the central to southern Longmenshan fault system. A detailed provenance budget analysis, incorporating geological domains and distinct petrographic and heavy-mineral fingerprints, reveals the intricate contributions of various rock units to sediment supply. In the Minjiang River, the results identify quartzo-feldspathic sands within Triassic granites, featuring subequal K-feldspar and plagioclase content. The Triassic strata exhibit varied quartzo-lithic sand compositions. The study reveals a rich suite of minerals in recycled sands, including tourmaline, apatite, amphibole, and zircon. Silurian units display polymodal zircon distributions. Zircon age spectra suggest Tonian source terranes, emphasizing the importance of the Neoproterozoic basement in sediment dynamics. The Thar Desert is a major sediment depocenter in southwestern Asia and borders the Indus drainage system to its east. Bulk petrography and heavy mineral data from eolian sand in Cholistan (NE Pakistan) show close similarity with that of Himalayan tributaries, whereas eolian sand in Sindh (S Pakistan) contains heavy-mineral suites close to those of Indus sand largely supplied by erosion of the Karakorum and Kohistan. U-Pb detrital-zircon ages is not showing a sharp difference between dune sands in Sindh and Cholistan, except for revealing somewhat greater supply from the Himalaya in Cholistan and from the Karakorum, Kohistan and Nanga Parbat in Sindh. Bulk sediment isotope data indicates a stronger influence from mafic source rocks in Sindh as compared to the Cholistan. The Indus delta and lower reaches appear to be the greatest supplier, but with significant influence from Himalaya-derived tributaries in Cholistan but less influence from that source in Sindh. This implies that NE-directed monsoon winds are controlling the supply of sediment to the desert. Detrital rutile data indicate that most of the sources are from pelitic metamorphic rocks exposed in the Greater Himalaya and Karakorum. The Thar Desert sediments are slightly less weathered than the sediments in the modern river, with the Sindh Desert more weathered than Cholistan. Both Cholistan and Sindh sands suggest that sediment supply to the desert was greater in the early Holocene when the monsoon was stronger. The southwesterly summer monsoon turned out to be the most effective agent of eolian transport and recycling of Indus delta sediments entrained towards the Thar Desert.

Questa tesi di dottorato presenta un'indagine completa sulla dinamica dei sedimenti nel bacino idrografico del fiume Minjiang (Cina) e nel deserto del Thar occidentale (Pakistan). Il fiume Minjiang è delimitato dalle unità geologiche del dominio Songpan Ganzi, (tettonicamente attivo) e dal sistema di faglie del Longmenshan. L’analisi dettagliata di provenienza del bilancio sedimentario, che include le caratteristiche petrografiche e mineralogiche dei sedimenti appartenenti alle diverse unità geologiche, ha permesso di tracciare i diversi contributi che le varie unità rocciose forniscono al budget sedimentario totale. Le sabbie del fiume Minjiang sono caratterizzate da quarzo e feldspati (con un contenuto all’incirca uguale di K-feldspato e plagioclasio) provenienti dai graniti triassici. Le rocce sedimentarie del Triassico invece forniscono sabbie ricche in quarzo e frammenti di rocce associati con un bassa concentrazione di minerali pesanti (tormalina, apatite, anfibolo e zircone). Le unità del periodo Siluriano mostrano invece una chiara distribuzione polimodale di zirconi e i risultati delle analisi sulla loro età suggeriscono una provenienza da rocce del periodo Toniano, sottolineando l'importanza del basamento neoproterozoico nella dinamica dei sedimenti. Il deserto del Thar (regione del Cholistan e del Sindh) è un importante bacino sedimentario situato nell'Asia sudoccidentale e confinante a est con il sistema di drenaggio del fiume Indo. La composizione principale e i minerali pesanti presenti nelle sabbie eoliche della zona del Cholistan (Pakistan nord-occidentale) mostrano una similarità con la composizione dei sedimenti provenienti dagli affluenti dell’Himalaya, mentre la sabbia eolica della regione del Sindh (Pakistan meridionale) contiene una suite di minerali pesanti simile a quella della sabbia dell’Indo che è in gran parte fornita dall’erosione del Karakorum e del Kohistan. L'età U-Pb degli zirconi detritici non mostra una netta differenza tra le sabbie delle dune nel Sindh e quelle nel Cholistan. L’analisi di similarità mostra però una provenienza leggermente maggiore dall'Himalaya per le sabbie del Cholistan e invece dal Karakorum, Kohistan e Nanga Parbat per le sabbie del Sindh. I dati sugli isotopi dei sedimenti indicano poi un apporto Maggiore da parte delle rocce mafiche per i sedimenti del Sindh rispetto a quelli del Cholistan. Il fiume Indo invece, nei sui tratti finali, incluso il suo delta, sembra essere tra i maggiori fornitori di sedimento, ma con una differenza tra la regione del Cholistan e quella del Sindh. Un contributo comunque significativo da parte degli affluenti provenienti dall'Himalaya per quanto riguarda il Cholistan e invece una minore influenza degli affluenti provenienti dall'Himalaya per quanto riguarda il Sindh. Questo potrebbe essere legato al fatto che i venti monsonici diretti a NE controllano l’apporto di sedimenti al deserto. I dati sul rutilo detritico indicano che la maggior parte delle sorgenti dei sediment sono all’interno delle rocce metamorfiche scistose affioranti nell’unità del Greater Himalaya e nel Karakorum. I sedimenti del deserto del Thar sono leggermente meno alterati rispetto ai sedimenti del fiume, con il deserto della zona del Sindh più esposto alle intemperie di quello della regione del Cholistan. Sia i risultati dell’analisi di provenienza delle sabbie del Cholistan che quelle del Sindh suggeriscono che l'apporto di sedimenti al deserto era maggiore all'inizio dell'Olocene, quando il monsone era più forte. Il monsone estivo di sud-ovest si è poi rivelato l'agente più efficace del trasporto eolico e del riciclaggio dei sedimenti del delta dell'Indo verso il deserto del Thar.