新疆羅布泊LB剖面全新世沉積物粒度特征及環(huán)境意義

摘要：新疆羅布泊LB剖面揭示了該區(qū)全新世沉積地層。對(duì)剖面沉積物粒度的分析結(jié)果表明，羅布泊LB剖面沉積物以中細(xì)砂為主，風(fēng)塵層理明顯，沉積物來(lái)源較為單一，顆粒含量及大小反應(yīng)出全新世以來(lái)塵暴作用強(qiáng)弱波動(dòng)不定，但總體上呈緩慢加強(qiáng)的趨勢(shì)，揭示出羅布泊全新世以來(lái)環(huán)境經(jīng)歷了由冷濕向暖干過(guò)度的階段，氣候總體變得惡劣，期間偶有緩和。

關(guān)鍵詞：羅布泊 沉積物 粒度特征

1、研究區(qū)概況

羅布泊及其鄰近地區(qū)位于我國(guó)新疆塔里木盆地的最東部，巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，東接甘肅省，西臨塔里木河下游，北為庫(kù)魯塔格山脈，南至阿爾金山北麓。處于東經(jīng)88。～94。，北緯39.3。～41。范圍，海拔780米，面積約10萬(wàn)平方公里。該地區(qū)沙漠廣布，風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，自然環(huán)境異常惡劣，屬極端干旱大陸性氣候，年降水量不足20mm，蒸發(fā)量高達(dá)3000mm，年平均氣溫10.6℃，7月平均氣溫26.7℃，1月平均氣溫-9.5℃，相對(duì)濕度平均10%左右，干旱指數(shù)大于60，全年盛行東北風(fēng)，其次是西北風(fēng)，年平均風(fēng)速大于5m/s，8級(jí)大風(fēng)日大于60天。羅布泊作為中國(guó)和亞洲大陸的干旱中心， 沙漠分布和風(fēng)沙活動(dòng)中心，其變遷乃至干涸不僅反映干旱區(qū)湖泊變化的一般規(guī)律，而且記錄了干旱區(qū)環(huán)境變化的歷程。

LB剖面挖掘于2011年10月，該剖面位于新疆羅布泊湖區(qū)東北方向（40°35′29″N， 91°33′45″E）（圖1），剖面深度為275cm，自下而上每5cm取一個(gè)樣品，共采集樣品56個(gè)。區(qū)內(nèi)溝系不發(fā)育，無(wú)常年流水，基巖露頭較好。

2、實(shí)驗(yàn)方法

粒度分析采用英國(guó)馬爾文公司生產(chǎn)的MASTERSIZER-2000激光粒度分析儀，儀器的有效范圍為0.02～2000μm，分析的結(jié)果以體積百分含量表示。稱(chēng)取0.5g樣品于100ml燒杯中，加入約5mL10%的雙氧水（除去樣品中的有機(jī)質(zhì)）并加熱，再加入5mL10%的鹽酸（除去樣品中的碳酸鈣）并加熱使其充分反應(yīng)，給燒杯注滿(mǎn)蒸餾水后靜置24小時(shí)后加入10ml六偏磷酸鈉（1000ml水溶解36g），并振蕩10min，使樣品顆粒充分分散。然后按照儀器操作步驟進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算得到中值粒徑、平均粒徑、分選系數(shù)、偏態(tài)和峰態(tài)。以上實(shí)驗(yàn)在新疆師范大學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在第四紀(jì)沉積環(huán)境重建研究中，沉積物粒度特征是人們提取沉積環(huán)境信息的重要來(lái)源之一。通過(guò)對(duì)沉積物粒度的分析，可以判明沉積物的來(lái)源、沉積動(dòng)力和沉積環(huán)境，推斷其搬運(yùn)介質(zhì)和搬運(yùn)方式等，但國(guó)內(nèi)外所運(yùn)用的粒度標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一。在地質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域，一般認(rèn)為伍登—溫德華—Ф值標(biāo)準(zhǔn)比較合適。本文沉積物粒徑分組劃分就是采用的這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：粘土（<2μm）、粉砂（2～63μm）、極細(xì)砂（63～125μm）、細(xì)砂（125～250μm）、中砂（250～500μm）、粗砂（500～1000μm）。

由粒度測(cè)定的結(jié)果可以看出，整個(gè)剖面的粒度組成以細(xì)砂和中砂為主，中砂最高為40.9%，平均占28.93%，細(xì)砂的含量最高占了47.2%，平均含量為36.1%。粉砂和極細(xì)砂含量一般，平均含量都在15%左右，而粘粒和粗砂的含量都非常少，平均占0.7%和3.1%。此外，整個(gè)剖面沉積物的分選系數(shù)介于-1.96φ～-0.87φ之間，平均值為-1.30φ，分選性極好。偏態(tài)值介于-0.51～-0.05之間，屬于負(fù)偏或極負(fù)偏，但大部分粒徑屬極負(fù)偏，變化趨勢(shì)與中值粒徑、平均粒徑基本吻合，說(shuō)明主要粒度集中在細(xì)砂，屬風(fēng)成沙的范圍。

4、分析與討論

通過(guò)對(duì)沉積物粒度分布的研究可以了解沉積物所處的沉積環(huán)境和物質(zhì)來(lái)源，陳敬安[1-3]等認(rèn)為，當(dāng)氣候暖濕、湖水變深或氣候干冷入湖水量減少時(shí)，湖泊沉積物的粒度變細(xì)；反之則變粗。朱青[4]認(rèn)為，干旱區(qū)湖泊沉積粒度組成的變化，除受上述因素影響外，還與塵暴作用的強(qiáng)弱有密切的關(guān)系，強(qiáng)大的風(fēng)力將湖區(qū)周邊的砂和塵土直接帶入湖泊沉積，風(fēng)塵是羅布泊沉積的重要物源。王寧[5]的研究也表明羅布泊地區(qū)的沉積環(huán)境從中更新世以淺湖相-濱湖相為主到晚更新世發(fā)展為以風(fēng)成相堆積為主。何清[6-7]等人對(duì)庫(kù)姆塔格沙漠及塔克拉瑪干沙漠粒度分布特征的研究揭示出沉積物沉積環(huán)境的復(fù)雜性，并在不同的研究范圍表現(xiàn)出各自占主導(dǎo)地位的沉積環(huán)境。在億萬(wàn)年的時(shí)間尺度中，中國(guó)西北地區(qū)的氣候雖經(jīng)歷了無(wú)數(shù)的反復(fù)回環(huán)，但總的趨勢(shì)是熱→溫，濕→干，到晚第三紀(jì)末，暖溫帶干旱氣候基本定型，青藏高原的大面積抬升，促成季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)的建立，中國(guó)西北地區(qū)進(jìn)一步趨向干旱化。第四紀(jì)以來(lái)，青藏高原繼續(xù)隆起，在中更新世原來(lái)的冬季弱高壓加強(qiáng)并北移至塔里木盆地南緣若羌附近，到晚更新世和全新世初期，青藏高原的急劇抬升，現(xiàn)代季風(fēng)的基本形成以及冬季高壓中心的繼續(xù)北移，促成了我國(guó)西北地區(qū)更大范圍的荒漠化[8]。

從圖2可知，LB剖面的中值粒徑介于2.18φ～4.19φ之間，在深度為50cm時(shí)達(dá)到第一次峰值3.58φ，在深度為155cm時(shí)達(dá)到第二次峰值3.27φ，275cm時(shí)達(dá)到4.19φ，為全剖面的最大值。平均值為2.63φ，屬于細(xì)砂的范圍。以中細(xì)砂為主，風(fēng)塵層理明顯的沉積特征表明，LB剖面沉積物來(lái)源較為單一，顆粒含量及大小主要受塵暴強(qiáng)弱的影響。

根據(jù)羅布泊LB剖面沉積粒度分布的情況（圖3），可以將剖面由下向上分為8段，反映羅布泊地區(qū)環(huán)境的變化：

第1段（275～225cm）：這一段的沉積物粒度組成顯示出上粗下細(xì)的變化特征，以中砂和細(xì)砂為主，且都含有少量的粘粒和粗砂。上部中細(xì)砂平均含量為34.97%，粉砂占10.85%，粘粒占0.23%；下部中細(xì)砂平均含量為18.05%，粘粒占1.09%。粉砂占38.76%，為全剖面最高。結(jié)合總有機(jī)碳含量指標(biāo)，在增暖和相對(duì)偏干的環(huán)境生產(chǎn)力和腐蝕作用加強(qiáng)，在沉積物中的含量升高。這一時(shí)期總有機(jī)碳含量較高，可見(jiàn)當(dāng)時(shí)氣候已變得干燥，塵暴作用后期較前期明顯加強(qiáng)。

第2段（225～185cm）：該段較其他段的波動(dòng)較小，環(huán)境較為穩(wěn)定，塵暴作用較弱，粒度組成以中細(xì)砂為主，平均含量為34.19%，粉砂平均含量為13.17%，粘粒占0.39%。

第3段（185～145cm）：該段的粒度組成中除粗砂外其余含量波動(dòng)較為頻繁，中細(xì)砂平均含量為30.61%，粉砂平均含量為19.54%，粘粒占1.35%。可見(jiàn)該段中細(xì)砂含量低于上一段，粉砂和粘粒較上一段有明顯的升高，說(shuō)明當(dāng)時(shí)的塵暴作用較為頻繁，但不是太強(qiáng)。

第4段（145～115cm）：這一時(shí)期的中細(xì)砂平均含量為33.72%，粗砂平均含量占了3.63%，為全剖面最高。粉砂平均含量為13.05%，粘粒平均含量為0.379%。可以看出該段粗顆粒含量顯著增加，粉砂和粘粒均較上段有所減少，說(shuō)明這一時(shí)期氣候十分干燥，塵暴作用頻繁且強(qiáng)度較大。

第5段（115～85cm）：該層對(duì)應(yīng)的沉積物粒度組成上部較粗，下部偏細(xì)，上部粗粒平均含量為3.59%，中細(xì)砂為37.57%，粉砂為10.61%，粘粒為0.17%；下部粗粒平均含量為2.95%，中細(xì)砂為30.56%，粉砂為21.96%，粘粒為0.84%。下部粒度粗粒含量較上部明顯增加，粉砂和粘粒的含量降幅較大，可見(jiàn)上部和下部各粒度的含量波動(dòng)很大，說(shuō)明當(dāng)時(shí)的氣候變化較為明顯，晚期氣候變得惡劣，塵暴作用也較早期更加強(qiáng)烈。

第6段（85～50cm）：這一段剖面的粒度組成與上一段相比較有明顯的差異，中細(xì)砂平均含量為33.91%，粉砂平均含量為14.72%，粘粒平均含量為1.17%。可見(jiàn)這一時(shí)期較前一時(shí)期細(xì)砂含量有大幅增加，說(shuō)明當(dāng)時(shí)的氣候趨于暫時(shí)緩和階段，環(huán)境較之前有明顯的好轉(zhuǎn)。

第7段（50～20cm）：該段對(duì)應(yīng)的沉積物粒度組成具有上粗下細(xì)的變換特征，上部中值粒徑為2.891um，下部為2.025um；中細(xì)砂含量最高達(dá)到42.02%，粉砂平均含量為10.64%，粘粒平均含量為0.89%。說(shuō)明與前一時(shí)期相比，這一時(shí)期的環(huán)境開(kāi)始變差，較粗的沉積物粒度組成也對(duì)應(yīng)了較強(qiáng)的塵暴作用。

第8段（20～0cm）：該段對(duì)應(yīng)的沉積物屬現(xiàn)代沉積，距離時(shí)間最近。沉積物中的中細(xì)砂平均含量為34.08%，粉砂平均含量為9.78%，粘粒平均含量為0.51%。可見(jiàn)與前一時(shí)期相比，該時(shí)期塵暴作用依然強(qiáng)勢(shì)，氣候也越來(lái)越惡劣，這與羅布泊地區(qū)湖泊逐漸變干直至1962年徹底干涸是一致的。

5、結(jié)論

根據(jù)對(duì)羅布泊LB剖面沉積物粒度組成及含量的研究表明，羅布泊在全新世經(jīng)歷了持續(xù)干旱的過(guò)程，雖然偶有緩和，但干旱化的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。總體上看，各段沉積物的粒度組成均以中細(xì)砂為主，沉積物來(lái)源較為穩(wěn)定單一，塵暴作用的強(qiáng)弱受到粒度組成的直接影響，粗粒含量增加則塵暴作用加強(qiáng)，細(xì)粒含量較多則塵暴作用減弱。

本文僅是對(duì)羅布泊地區(qū)全新世以來(lái)這一小時(shí)間尺度環(huán)境演變的初步探討，而對(duì)該地區(qū)大時(shí)間尺度的環(huán)境演變及對(duì)全球氣候變化響應(yīng)的研究還有待進(jìn)一步的工作研究。

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