2018, Vol.38
2 福建师范大学湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地, 福建 福州 350007;
3 中国科学院地球环境研究所, 黄土与第四纪地质国家重点实验室, 陕西 西安 710061;
4 兰州大学资源环境学院, 西部环境教育部重点实验室, 甘肃 兰州 730000)
准噶尔盆地位处亚洲内陆的地理中心区域，盆地内广泛分布着的新生代沉积是研究中亚地区乃至全球气候环境演变、亚洲内陆干旱化和粉尘输送路径等重要科学问题的理想载体[1~6]，对探讨青藏高原隆升和特提斯海关闭对中亚大气环流的影响也具有重要的参考意义[7]。
物源研究是认识风成沉积起源、输送和气候意义的基础，目前已有不少学者对准噶尔盆地内的风沙沉积、第四纪黄土以及第三纪风尘等沉积物的物源展开了探讨并取得了长足的进展[1, 5, 7~11]。对于盆地内古尔班通古特沙漠的风沙沉积，有学者认为主要来源于古河流沉积物[8~9]，也有学者通过矿物学研究认为古尔班通古特沙漠内沙漠砂的来源具有多源性[10]，盆地周围山地的各类碎屑物是盆地沉积的主要物源，盆地内台原高地的基岩风化剥蚀产物也做出了重要的贡献，沙丘的物源具有局域性，主要是下伏沙“就地起沙”而成，但也还存在更为广泛的物源[9~10]。对于第三纪的风尘沉积，Sun等[7]认为其主要是西风由哈萨克斯坦携带而来；叶玮等[1, 11]、史正涛和董铭[3]从矿物学、粒度、盛行风向以及大气环流等方面的特征推测，盆地南缘天山北麓的黄土主要来源于盆地中的沙漠，但是盆地中沙丘砂与黄土的矿物组合虽有联系却也存在差别[1, 11]，冰期西风北支急流还可能通过西部山口或绕过西部低山将中亚荒漠区的粉尘输送到天山北麓[5]。
由上述研究我们可以发现，虽然盆地南缘的黄土可能主要来源于盆地内的沙漠，但是沙漠砂与黄土的物质组成还存在一定差异，是否存在更为广阔的物源还有待考证；同时，沙漠砂的物源本身存在多源性和局域性，不同区域的沙漠对黄土贡献分别是多少也不甚明了，还有待于更多的证据开展更进一步的探讨。
稀土元素(REE)具有特殊的外层电子构型，各元素之间的晶体化学性质非常相似，在自然状态下密切共生，但在特定的环境下，由于原子结构存在的微小差异又使得它们在长期的地质过程中发生分馏，从而形成不同的配分模式[12~17]。由于在风化搬运和沉积成岩过程中的稳定性，稀土元素可以作为一种良好的示踪元素反映物源区的重要信息，因而在物源研究中受到越来越多的青睐[18~21]。鉴于此，本文系统采集了准噶尔盆地内不同类型的表层沉积物，通过稀土元素特征研究进一步探讨了盆地内不同沉积的物质来源与相互联系。
1 研究区概况准噶尔盆地地处中亚腹地，南以天山山脉为界，北与阿尔泰山系毗邻，西与准噶尔界山相连，东至北塔山(图 1)，盆地面积约18×104 km2，平均海拔为500 m左右，地势东北和南缘高，西南低，西侧有几处缺口，如额尔齐斯河谷、额敏河谷及阿拉山口[22]，盆地中部发育古尔班通古特沙漠，是我国的第二大沙漠。盆地属中温带气候，西风气流由缺口进入，为盆地及周围山地带来水汽，因而水文植被条件较好，沙漠区固定和半固定沙丘占优势，流动沙丘仅占3 %。降水西部多于东部，边缘多于中心，迎风坡多于背风坡，冬季有稳定积雪，冬春降水量占年总量30 % ~45 % [23]。准噶尔盆地近地面盛行风主要是西北风和北风，其次是沿阿尔泰山与天山北伸山地之间的乌伦古河谷进入盆地后在向南地形导向和蒙古高压共同作用下呈现的北北东风[4]。
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图 1 准噶尔盆地地形图及采样点位置 Fig. 1 The sampling locations and geographical environment of the Junggar Basin |
经过对准噶尔盆地实地考察，结合其地形、风向环流等特征，我们在准噶尔盆地内不同区域采集不同类型表层沉积物(黄土、沙漠砂、戈壁砂、表层土壤、河流表层沉积物等)35个，基岩样品13个(图 1)。其中1~16号为盆地南缘的样品：1~4号是天山北麓的黄土样品，5~10号为表层土壤样品，11号为沙漠砂样品，12~13号为天山基岩样品，14~16为河流表层沉积物样品；17~24号为盆地东部样品：17~20号为戈壁砂样品，21~24号为基岩样品；25~35号为盆地北部样品：25~30号为戈壁砂样品，31~32号为基岩样品，33~35号为沙漠砂样品；36~48号为盆地西部样品：36~37号为黄土样品，38~45号为戈壁砂样品，46号为沙漠砂样品，47~48号为基岩样品。此外，本次研究还选择了2个塔城地区的黄土作为对比样品(见图 1标示的a和b)。采样点布置在远离城镇村庄等受人类活动较多干扰的地区，采样深度距地表约5 cm。
所采集样品经自然风干后，用玛瑙研钵研磨至200目，将研磨后的样品准确称取0.04 g置于聚四氟乙烯罐内，加入电子级混合酸(HNO3 ︰ HF=3 ︰ 1)2 ml，置于烘箱150 ℃加热12 h，冷却后加入HClO4 0.25 ml，于电热板上蒸至近干，然后加入2 ml超纯水和1 ml HNO3，再次进入烘箱加入回溶12 h，冷却取出后定容至40 ml，待测。为保证实验方法的可靠性，同时测定国家标准物质黄土(GBW07309)和新疆灰钙土(GBW07450)进行质量控制。稀土元素含量使用美国ThermoFisher，X Series 2，ICP- MS进行测定，测试过程中以5 μg/L的铟(In)和铹(Re)作为内标对测试过程进行监控，回收率为80 % ~120 %，RSD＜5 %，整个实验过程所用水均为18.2 MΩ的超纯水。以上所有实验均在福建师范大学湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地完成。
3 结果与讨论 3.1 稀土元素的含量及其特征参数分析结果发现(表 1和表 2)，准噶尔盆地不同区域表层沉积物的稀土元素含量变化较大，变化范围为55.54~194.44 μg/g，呈现出了不同的特征。盆地南缘天山北麓的黄土样品稀土元素总量ΣREE(不包含Y)较为一致，变化于155.50~167.82 μg/g之间，表层土壤的含量变化略大一些，为136.91~180.52 μg/g，基岩和河流表层沉积物的含量较为相似，变化范围分别为95.68~114.21 μg/g和98.21~107.05 μg/g，而沙漠砂的含量则是南缘样品中含量最低的，为70.95 μg/g。盆地东部地区主要是戈壁砂和基岩的样品，二者的ΣREE含量较为相近，分别变化于113.63~161.13 μg/g和114.41~122.12 μg/g。盆地西部样品的稀土元素含量变化范围较大，黄土变化于126.27~132.12 μg/g，戈壁砂样品则变化于71.47~130.05 μg/g，基岩样品的含量为63.13~160.66 μg/g，沙漠砂为90.05 μg/g。盆地北部的戈壁砂和基岩样品的含量都较高，戈壁砂的含量介于133.60~194.44 μg/g之间，基岩样品的含量也达到了153.62~161.26 μg/g，但是该区的沙漠砂样品稀土元素的含量却与之差异较大，仅为55.54 μg/g、59.00 μg/g和76.77 μg/g(见表 1)。
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表 1 准噶尔盆地表层沉积物稀土元素含量(μg/g) Table 1 REE contents (μg/g) of surface sediments from the Junggar Basin |
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表 2 准噶尔盆地表层沉积物稀土元素含量(μg/g)及特征参数 Table 2 REE contents (μg/g) and characteristic parameters of surface sediments from the Junggar Basin |
球粒陨石标准化后，整个盆地表层的沉积物均未见较为明显的Ce异常(图 2)，大部分样品的δCe值在0.95~1.05之间，仅个别戈壁砂的样品略高或者略低，但也均变化在0.91~1.09的范围内。Eu异常在各个样品间的变化较为复杂，盆地南缘的天山两个基岩样品的δEu值(球粒陨石标准化)变化很大(见表 2和图 2)，分别为0.79和1.21，呈现为中度负异常和中度正异常，河流表层沉积物和沙漠砂样品的δEu值则变化于0.89~0.94之间，表现为轻微的亏损，但是黄土和表层土壤却呈现出了明显的中度负异常，δEu值分别在为0.66~0.69和0.64~0.75之间，黄土的δEu值较为稳定。盆地东部的基岩和戈壁砂的Eu异常都比较稳定，基岩表现为轻微的负异常，δEu值变化于0.86~0.99之间，戈壁砂则表现为中度负异常，δEu值的变化范围为0.68~0.78。准噶尔盆地北面的基岩、戈壁砂和沙漠砂之间的Eu异常值差异比较大，基岩为轻度亏损，δEu值变化范围为0.80~0.88，但是戈壁砂却呈现严重的中度亏损，δEu值在0.54~0.65之间变化，而沙漠砂又只显示为轻微的负异常，δEu值变化于0.89~0.99之间。盆地西部的基岩样品δEu值的变化也比较大，0.67~1.01，戈壁砂的δEu值也从0.67变化到0.94，但是沙漠砂和黄土样品的δEu值比较接近，沙漠砂样品的δEu值为0.83，两个黄土样品的值分别为0.74和0.79，均显示了轻微的中度亏损。
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图 2 准噶尔盆地表层沉积物稀土元素球粒陨石标准化配分模式 Fig. 2 Chondrite-normalized REE distribution patterns of surface sediments from the Junggar Basin |
一般认为稀土元素在表生环境下的迁移难以发生显著的分馏作用，因而它们的配分模式可以用于物源示踪[12, 18, 24~25]。准噶尔盆地不同区域表层沉积物的UCC标准化配分模式也呈现出不同的配分模式，盆地南缘天山北麓的黄土和表层土壤均呈现为中稀土富集，缓右上倾斜的“燕子”型特征，基岩、河流表层沉积物和沙漠砂则呈现出轻稀土亏损，中重稀土富集的“厂”字型特征，Eu富集明显，沙漠砂的稀土元素总量较小，并且中重稀土的富集不如前面两者明显(图 3a)。盆地东部的基岩和戈壁砂均表现为轻稀土亏损，中重稀土富集的“厂”字型特征，基岩的Eu富集明显(图 3b)。盆地北部的基岩、戈壁砂和沙漠砂均表现为中稀土富集的“人”字型特征，基岩和沙漠砂的Eu富集明显，但戈壁砂未见明显的Eu富集，可见相对明显的Gd富集(图 3c)。盆地西部的各类样品则总体都表现出了缓右上倾斜的“厂”字型特征(图 3d)。
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图 3 准噶尔盆地表层沉积物稀土元素UCC标准化配分模式 Fig. 3 UCC-normalized REE distribution patterns of surface sediments from the Junggar Basin |
一般而言，稀土元素总量(ΣREE)和分配模式的差异常被作为重要的示踪指标应用于各类沉积物的物源研究中[12~17, 26~30]。而研究表明，Ce在氧化条件下可呈四价状态，与其他稀土元素发生分离，因而δCe通常反映成土过程中的氧化还原环境[31~34]。准噶尔盆地不同区域的表层沉积物δCe值大部分介于0.95~1.05之间，未见较为明显的异常，指示了盆地内整体干旱的环境背景，风化成壤条件差，未发生明显的氧化还原作用，这同时也向我们暗示了区内δEu值主要反映了物源区原岩的信息[12, 15, 32]，而盆地内表层沉积物的δEu值变化较大，说明Eu异常在各个样品间有着复杂的变化，可能指示了准噶尔盆地内沉积物质来源的多源性。
总体而言，准噶尔盆地表层沉积物的稀土元素总量、配分模式和δEu值在不同区域表现出了各自不同的特征，因此，本文选择上述这3个指标，结合区域地形以及盛行风向，从盆地的东部、北部、西部和南部等4个区域，对准噶尔盆地不同类型沉积物的可能物质来源进行探讨。
盆地东部的基岩和戈壁砂的稀土元素UCC标准化配分模式相似度很高，均表现为轻稀土亏损，中重稀土富集的“厂”字型特征，提示着二者之间物源的继承性(图 3b)。但是基岩的Eu富集明显(图 3b)，球粒陨石标准化的δEu值也提示基岩相对于戈壁砂Eu的富集(δEu值的平均值分别为0.93和0.72)。二者的稀土元素总量也存在一定的差异，戈壁砂的ΣREE平均值为135.75 μg/g，略大于基岩的ΣREE值(平均为118.02 μg/g)。这些差异均提示了准噶尔东部戈壁砂与周围山地的基岩碎屑物二者之间存在物源的继承，但也存在着一些差异。钱亦兵等[10]认为准噶尔盆地内来自周围山系的各类碎屑是其沉积层形成的主要物源，同时盆地内台原高地的基岩风化剥蚀产物也有重要贡献；位于准噶尔东缘地区的北塔山及卡拉麦里山，在地质作用及风化作用下产生的各类碎屑，在河流及局地环流的作用下被携带至准噶尔东缘地区，为戈壁砂沉积物提供了部分物源。同时，强劲的西北风携带的盆地中部及北部的沉积物质，也不可避免地在此处“掺杂”部分进来[10, 23]，从而导致基岩与戈壁样品物质的略微不同。盆地西部沉积物稀土元素UCC标准化配分模式(图 3d)与该区域的相似性也提示着来自于西部地区的物质“掺杂”。研究表明，沉积物中REE的含量除了受源区岩石类型控制外，还受到粒级的分选和化学风化强度的控制，而赋存在细颗粒中的REE含量较多[18, 25, 35]。因而，基岩和戈壁砂之间的稀土元素总量的差异除了上述物源的掺杂外，表生地球化学作用和相对于基岩碎屑来讲细颗粒物质的富集，可能也是戈壁砂的ΣREE值大于基岩的原因之一。
盆地北部的基岩、戈壁砂和沙漠砂的UCC标准化配分模式均表现为中稀土富集的“人”字型特征，基岩和沙漠砂的Eu富集明显，但戈壁砂的Ga元素富集(图 3c和表 2)，可能指示了盆地北部的基岩和沙漠砂物质来源较为一致，但与戈壁砂略有差别。粒度等研究认为盆地北部沙漠的沙丘以下伏松散沉积提供的物质为主，但来自阿尔泰山冰川磨蚀、寒冻风化作用产生的基岩碎屑，通过乌伦古河和额尔齐斯河等河流也搬运了可观的碎屑物质，沉积在山前冲积-洪积平原地区[10, 23, 36]，因而来自阿尔泰山的基岩碎屑为准噶尔北部沙漠沉积物也提供了大量的物源。史正涛和董铭[3]认为来自西北的强劲盛行风吹扬了沙漠中细粒物质，使得古尔班通古特沙漠砂的组成中＜63 μm的颗粒含量在2 %以下；而Taylor和McLennan[18]则认为稀土元素更易于吸附在细颗粒物质中。因而沙漠砂中较低的ΣREE值可能是因为风的挟持造成细颗粒物质的大量损失，致使大量稀土元素“随风而逝”，在盆地南缘的天山北麓或者其他地方“安营扎寨”。戈壁砂与沙漠砂、基岩的UCC标准化配分模式的相似性(图 3c)也表明来自阿尔泰山的碎屑物质为戈壁砂提供了大量的物源，但是球粒陨石标准化的δEu值所指示的Eu中度亏损和较高的ΣREE值可能代表着还存在更为广阔的物源为它提供了均质混合的细颗粒物质。
盆地西部的各沉积物样品的稀土元素UCC标准化配分模式总体上均表现出缓右上倾斜的“厂”字型特征(图 3d)，且球粒陨石的δEu值相近(表 2)，可能指示了该地各沉积物之间物源的继承性。准噶尔西部界山以荒漠性低山为主，注入盆地的常年流水较少[37]，来自区外的沉积物“掺杂”较少，位于盆地西部的准噶尔界山出露的基岩风化剥蚀产物在河流侵蚀冲刷下堆积在山麓地带，形成冲积-洪积砾石平原，为戈壁砂提供了主要物源。但戈壁砂样品的稀土元素含量有着较大的变化范围(见表 2)，可能是由于不同地层原岩的差异，沉积在冲积-洪积砾石平原的剥蚀风化产物混合不均匀所导致的。基岩、戈壁砂、沙漠砂三者的相似性(图 3d)支持了沙漠砂的物源为“就地起沙”的观点[38]，即基岩剥蚀风化的产物为沙漠砂提供了主要的物源。而黄土与之相似的配分模式和相近的稀土元素特征参数均表明该地的黄土可能是由风力挟持戈壁砂和沙漠砂中的细颗粒物质就地堆积而成，通过阿拉山口的猛烈西风携带过来的中亚粉尘虽然也可能提供了部分物源，但是数量有限。盆地南缘黄土与之各种参数的差异性从某种意义上也表达了该地黄土物源局域性。
盆地南缘的基岩、河流表层沉积物和沙漠砂的稀土元素UCC配分模式表现得比较相似，均呈现出轻稀土亏损，中重稀土富集的“厂”字型特征，Eu富集明显(图 3a)，球粒陨石标准化的δEu平均值较为相近(平均值分别为1.00、0.91和0.89)(表 2)，但沙漠砂的ΣREE较另外两者低。这些稀土元素特征参数的相似性代表着三者之间物质来源的关联性。天山隆起过程中的地质作用、冰川磨蚀及寒冻风化作用形成的大规模粉砂粒级物质[39]，经由河流侵蚀冲刷为河流表层沉积物提供了大量的物质来源。同时侵蚀冲刷下来的物质被搬运到山前地带形成沉积[40]，为盆地南缘的沙漠砂提供了充足的物质来源，但风力的挟持带走了沙漠砂中富含稀土元素的细颗粒物质，致使沙漠砂的ΣREE值急速下降。
盆地南缘天山北麓的黄土和表层土壤的UCC标准化配分模式均呈现为中稀土富集，缓右上倾斜的“燕子”型特征(图 3a)，并且二者的稀土元素总量和Eu异常差别也很小(表 2)，这些相似性均指示了二者之间一致的物质来源。但是与基岩、河流表层沉积物和沙漠砂相比，二者的稀土元素特征参数与之有相似之处但也存在差异。它们的相同之处在于稀土元素的配分模式均呈现中重稀土富集的现象，并且数值也较为相近，它们的差异之处在于基岩和河流表层沉积物呈现出了更为明显的轻稀土亏损现象和较高的球粒陨石标准化δEu值。这些特征上的异同之处指示着天山北麓黄土和表土沉积物物质来源的多源特征。天山的各类碎屑物质经过冰川磨蚀、寒冻风化形成的粉砂粒级物质，在河流侵蚀冲刷后被携带至山前地带形成的沉积物在强劲西北风和北风的挟持之下，细粒物质被搬运到天山北麓山前地带形成黄土，因而天山基岩为该区黄土、表层土壤提供了部分物源。但是上述的差异性也表明，天山黄土和表层沉积物不仅仅只存在这单纯的物质来源。从天山北麓到准噶尔盆地的地表物质分带现象由于风力筛选呈现由黄土带到亚砂土带再到沙漠带的相变过程[3, 6]，粒度研究认为强劲的西风环流和西伯利亚-蒙古高压形成的反气旋将盆地中沙漠的细粒物质搬运到天山北麓山前地带，由于受到山体的阻挡作用，风速减慢，粉尘沉降到山麓地带形成黄土[3]，因此，来自盆地中部的沙漠粉尘也为盆地南缘天山北麓黄土及表层土壤提供了部分的物源。与此同时，准噶尔盆地的地形并不是完全封闭，西风急流还可能通过阿拉山口和西部山口或西部低山将中亚广大荒漠区的粉尘输送到此地，在天山北麓沉积[40]。为了论证是否有区外粉尘物质跟随西风环流进入盆地内在天山北麓沉积下来，我们选择了2个盆地西面塔城地区的黄土样品(a和b)进行对比研究，结果发现两个区域的黄土稀土元素UCC标准化配分模式相似度极高(图 4)，因而我们认为来自中亚的粉尘也为盆地南缘的黄土和表层土壤提供了部分物质来源，而这些粉尘来源在风力搬运过程中经过了高度的混合[41]，表现出均质化特征，从而导致黄土与表层土壤样品有着较为一致的ΣREE值。此外，盆地东部的戈壁砂与盆地南缘黄土和表层土壤的稀土元素配分模式存在一定的相似性，呈现为中稀土富集的特征，同时三者球粒陨石的δEu平均值相近(表 2)，而该地的盛行风向为北北东风，因而我们怀疑盆地东部的戈壁砂也为盆地南缘的黄土和表层土壤提供了部分物源。
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图 4 塔城和准噶尔盆地南部黄土样品的稀土元素UCC标准化对比 Fig. 4 The loess comparison of UCC-normalized REE concentrations between Tacheng and the south of Junggar Bsain |
本研究通过对准噶尔盆地内的不同区域不同类型的表层沉积物和基岩稀土元素的系统研究发现：
(1) 准噶尔盆地不同区域表层沉积物样品的稀土元素含量变化较大，变化范围为55.54~194.44 μg/g，呈现出了不同的特征。大部分样品的δCe值在0.95~1.05之间，未见明显的Ce异常，指示了盆地内整体干旱的背景环境，风化成壤条件较弱，同时也暗示了盆地内δEu值主要反映了源区原岩的信息。盆地内不同区域的表层沉积物的Eu异常的复杂变化和UCC标准化配分模式呈现出的不同特征可能指示了准噶尔盆地物质来源的多源性。
(2) 根据准噶尔盆地表层沉积物的稀土元素总量、配分模式以及δEu值在不同区域表现出的各自不同的特征，结合盆地内的区域地形和盛行风向等要素综合认为：盆地东部的戈壁砂和周围山地基岩碎屑物的稀土元素UCC标准化配分模式具有较高的相似度，提示着二者之间存在着一定的物源继承，包括北塔山及卡拉麦里山在内的周围的山系在地质作用及风化作用下产生的各类碎屑，为戈壁砂沉积物提供了主要物源。但基岩Eu(UCC标准化)的明显富集和不同的稀土元素总量，也提示着二者的物源也存在一定的差异，强劲的西北风可能也为该地带来了来自盆地北部和中部的物质来源；盆地北部的基岩和沙漠砂均表现为中稀土富集的配分模式和相似的Eu富集(UCC标准化)，可能指示了基岩和沙漠砂的物质来源较为一致，阿尔泰山在冰川磨蚀、寒冻风化作用下产生的碎屑物质是盆地北部戈壁砂和沙漠砂的主要物质来源。但戈壁砂球粒陨石标准化的δEu值表现出的Eu中度亏损和较高的ΣREE值可能代表着更为广阔的物源区域的存在；盆地西部各类沉积物之间表现出的稀土元素特征的相似性表明该地缺乏外界物质的参与，物源具有明显的局域性；盆地南缘的基岩、河流表层沉积物和沙漠砂表现出的相似的稀土元素UCC配分模式和相近的球粒陨石标准化δEu平均值表明，盆地南缘的沙漠砂和河流表层沉积物主要来源于天山碎屑物质经冰川磨蚀及寒冻风化等作用形成粉砂粒级的物质。但是该地天山北麓黄土与它们的稀土元素特征参数之间的异同之处却表明，在地形和风向的影响下，该地黄土具有复杂的物质来源，盆地中的沙漠、天山碎屑物质、盆地东部的戈壁砂，甚至于中亚广大荒漠区的粉尘都为其提供了部分物源。但是，到目前为止，不同源区对天山北麓黄土的贡献率分别是多少还不甚明了，需要更多的证据开展更进一步的探讨。
致谢: 感谢审核专家提出的建设性修改意见，感谢《第四纪研究》编辑部老师细致的编辑和指导!
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2 State Kay Laboratory for Subtropical Mountain Ecology of the Ministry of Science and Technology and Fujian Province, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, Fujian;
3 State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology, Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences, Xi'an 710061, Shaanxi;
4 Laboratory of Western China's Environmental System(Ministry of Education), College of Earth and Environmental Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu)
Abstract
The Junggar inland basin is located in Northwestern China, a geographical center of the Asian interior. The widespread Cenozoic deposits contain valuable archives about the aridification of inland Asia, the dust transportation pathways and the evolution of global climate change. They also can contribute to the debates about the effects of the uplifted Tibetan Plateau and the regression of the Tethys Ocean on the atmospheric circulation in Central Asia. The provenance of eolian sediments is fundamental for understanding its origin, transportation and climatic significance. Inspite of the progress on the provenance of the surface sediments in the Junggar Basin, the source of these sediments are still insufficiently studied and remain controversial. More detailed research with more proxies is needed. Rare Earth Elements (REE) has been widely used as trace elements in provenance studies of various sediments because of the similar chemical properties and little change during weathering, transportation and diagenesis. In this paper, through field investigation in the Junggar Basin, combined with its topography, wind direction circulation and so on, 48 samples of various surface sediments and bedrocks were collected from different regions of the Junggar Basin. Among them, 35 samples were surface sediments, including loess, desert sands, Gobi sands, surface soils, surface sediments from the rivers, and 13 bedrock samples. REE analyses have been taken out to further explore the material sources and interrelations of the different sediments in the basin. The result shows that the total concentrations of rare earth elements excluding Y (ΣREE) in the samples of different regions in the Junggar Basin are significantly different and the ΣREE values vary from 55.54 μg/g to 194.44 μg/g. δEu values and UCC-normalized REE distribution patterns of the samples from different locations, as well as REE concentrations, differ from each other. These REE characteristics may suggest that the sources of the sediments in the Junggar Basin are diverse. δCe values of the most samples from 0.95 to 1.05 and there are hardly any Ce anomalies in the samples of the basin, which reflect an overall arid climate leading to weak pedogenesis. REE characteristics, such as ΣREE, the UCC-normalized REE distribution patterns, and the δEu values, integrated with knowledge of relevant topography and wind patterns present that there is a source succession between Gobi sands in the eastern basin and the debris derived from surrounding mountains. The dust entrained by the strong northwest wind from the northern and central basin has also important contributions to the sources. REE characteristics of the Gobi sands and the desert sands in the northern basin reveal that the silt production from the Altai Mountains are their major sources, however, the moderately negative anomaly and higher ΣREE values may represent a broader source of Gobi sands in this area. The similarity of the REE characteristics among various sediments in the western basin indicates that there is regional material source with little foreign material. For the southern basin, silt production from the Tianshan Mountains by frost weathering and/or glacial grinding should be the major sources of the desert sands and surface sediments from the rivers. The loess covering on the northern slope of the Tianshan Mountains is multi-sourced due to the influence of topography and wind direction. It derives from the desert in the basin, debris from the Tianshan Mountains, and the Gobi sands in the eastern basin. The dust from Central Asia transported by westerly winds may have also made a contribution to the material sources.