近二千年以來騰沖青海湖磁化率變化特征

李亞紅

(云南師范大學，云南 昆明 650500)

湖泊沉積物映射了特定的沉積環境，反映了環境狀況的演變，因此沉積物中的磁性礦物對環境變化具有指示意義。磁化率是反映沉積環境重要的指標之一，已在湖泊環境研究中得到廣泛應用。自20世紀70年代Thompson和Oldfield創立環境磁學［1］以來，磁化率作為一個重要的環境指標，已經得到廣泛應用。在常用磁性測量參數中，湖泊磁化率具有快速、經濟和無破壞性等特點，所解決的環境地質問題是其它常規物理、化學方法無法達到的［2］。因此磁化率是研究湖泊沉積環境的重要方法之一。大量研究表明湖泊沉積中磁性礦物的主要來源是流域中的碎屑，環境的變化會導致湖泊沉積物磁性的改變，湖泊沉積物的磁性變化指示了環境變化。

騰沖青海是全國湖沼調查中被發現的一個自然酸性湖泊，也是我國迄今為止已作調查研究的唯一已知的自然酸性湖泊［3］，是世界僅有的三個酸性水湖之一。基于其酸性湖泊特征，本文從青海湖湖泊沉積物中提取磁化率，分析其所表現出的環境條件，結合資料，研究近兩千年以來騰沖青海湖磁化率變化特征。

1.騰沖青海湖自然地理概況

青海湖位于云南省騰沖縣打苴鄉雙海村 (25°08′06″－25°07′44″N，98°34′11″－98°34 ′26″E)，海拔 1950m，湖泊面積0.15km2。該區地處云南省的西南部，全年受西南季風影響，氣候屬亞熱帶高原濕潤季風氣候，多年平均氣溫為14.9℃，多年平均降水量1425mm。氣候特征表現為溫暖濕潤，冬無嚴寒，夏無酷暑，干濕季分明，降水多集中在夏季。

青海湖地區位于由于受到亞歐板塊和印度洋板塊的碰撞和擠壓影響，區內地質活躍，湖盆位于更新世板壁坡安山巖流間，湖盆外形呈南北向橢圓形，為火山口湖類型［4，5］。它是在火山口洼地上形成湖盆，酸性地下水補給形成的典型酸性湖泊。

2.樣品采集與分析

2.1 樣品采集

采用水上平臺和活塞取樣設備，在青海湖水深5.5米，北緯 25°7′56.4″和東經 98°34′19.7″處，采取柱狀湖相沉積巖芯513cm。為保證巖芯具有較高的分辨率和良好的連續性，同時還鉆取2個平行巖芯以保證其準確性。以1cm為間隔切割巖芯，密封保存后帶回并進行測試。

2.2 分析方法

樣品送至北京大學實驗室進行測年，并對騰沖青海湖沉積物年代的線性回歸校正，得到其深度與年代的對應關系:

表1 騰沖青海湖深度與年代對應表

測試樣品175個，樣品在實驗室以低于40℃烘干，在不損壞自然顆粒結構前提下粉碎并裝入無磁塑料盒中，壓實后稱重。使用英國Bartington公司生產的MS2型便攜式雙頻磁化率儀進行測試。該儀器產生的交變磁場強度約為80A/m。在遠離干擾磁場的情況下對低頻 (0.47kHz)和高頻 (4.7kHz)磁化率各測試三次，取其平均值，并計算頻率磁化率和頻率磁化率的百分比。

其中，頻率磁化率 (χfd)是指樣品在低頻 (0.47kHz)磁場和高頻 (4.7kHz)磁場中形成的低頻磁化率 (χlf)與高頻磁化率 (χhf)的相對差值。

3.湖泊沉積物磁化率變化特征

3.1 磁化率參數變化特征

實驗結果表明，騰沖青海湖沉積物磁化率較低，低頻磁化率和高頻磁化率從175－0cm深度是同步上升的趨勢。該沉積物樣的低頻磁化率介于0－2.101×10－8m3/kg，平均值為1.1×10－8m3/kg。高頻磁化率介于 0－2.056×10－8m3/kg，平均值為1.057×10－8m3/kg。頻率磁化率介于最大值 (164cm處)為0.137，平均值為0.020。

騰沖青海湖沉積物磁化率在整個剖面中總體偏低，與它的酸性火山湖性質有一定關系。沉積物中的鐵磁性礦物影響著磁化率的高低，Forstner和Angino認為，水體偏酸時，沉積物中Fe和其它重金屬元素的氧化還原反應在沉積物表面進行，Fe和其它重金屬離子被還原為低價態而易溶于水并增強其遷移能力［6，7］。根據王云飛等［8］對騰沖青海湖湖泊環境的研究，也表明酸性湖泊性質對沉積物鐵磁性礦物的影響。因此，由酸性地下水補給形成的青海湖，沉積物中大量的鐵磁性礦物顆粒會與酸性水作用并流失，致使青海湖沉積物磁化率明顯偏低。

3.2 磁化率曲線的變化特征

通過綜合低頻磁化率、高頻磁化率以及頻率磁化率變化曲線，可將騰沖青海湖沉積物磁化率變化曲線劃分三個階段:

階段一:175－124cm

低頻磁化率和高頻磁化率都處于低值段，兩者都低于0.8×10－8m3/kg，且以同步平穩趨勢上升。頻率磁化率值較大，均值為0.033，且波動最為劇烈，呈現大幅度的高低震蕩，其中在164cm處，頻率磁化率達到最大值0.137。

階段二:124－75cm

低頻磁化率和高頻磁化率總趨勢都是上升的，值略比階段一高，多數值介于0.6－1.2×10－8m3/kg/kg之間。在109－124cm深度中，低頻磁化率和高頻磁化率的震蕩幅度較大，低值出現數次0×10－8m3/kg/kg。頻率磁化率在此階段表現為震蕩較小，均值為0.010，其間出現三個峰值，分別為106cm、98cm、87cm，其中最大峰值位于87cm，頻率磁化率值為0.062。

階段三:75－0cm

低頻磁化率和高頻磁化率值總體都偏高，低頻磁化率介于1.127－2.101×10－8m3/kg之間，高頻磁化率1.111－2.056×10－8m3/kg，曲線起伏較大。頻率磁化率值峰谷交替、激烈震蕩，其值介于0－0.0643。

圖1 騰沖青海湖磁化率變化曲線

3.3 磁化率變化特征與區域環境變化

當氣候干旱時，此時湖泊水位較低，沉積物較粗，主要為細砂，磁化率值也低。而當氣候濕潤時，此時湖泊水位較高，沉積物相對較細，主要為粉砂質泥或泥質粉砂，相應磁化率值就會升高。

由磁化率變化曲線可以看出:近兩千年以來，青海湖氣候呈現由濕潤向干旱的變化趨勢，具體可劃分三個階段。

階段一:175－124cm(2.70－1.23kacalBP)

此時青海湖氣候濕潤，降水豐沛，湖泊水位較高，地表徑流流水的機械搬運作用較強，沉積物較多且顆粒物較細，導致了頻率磁化率值較高。此段的TOC也呈現出高值狀態，都說明了青海湖在此階段氣候濕潤。

階段二:124－75cm(1.23－kacalBP)

氣候較為濕潤，并有向干旱過渡的趨勢。氣候逐漸由濕潤、湖泊水位高和較細的沉積物顆粒轉變為氣候干旱、湖泊水位低和沉積物顆粒較粗。

階段三:75－0cm(現代沉積)

由于上世紀80年代將青海湖湖水排盡，從而影響了頂部的湖泊沉積物磁化率，因此結合AMS14C測年認為此沉積均為現代沉積，其記錄了近代劇烈的人類活動。

4.總結

(1)沉積物中大量的鐵磁性礦物顆粒會與酸性水作用并流失，致使青海湖沉積物磁化率明顯偏低，其變化范圍低頻磁化率介于0－2.101×10－8m3/kg，高頻磁化率介于0－2.056×10－8m3/kg，頻率磁化率介于0－0.137。

(2)從兩千年至今，騰沖青海湖沉積物磁化率是一個波動下降的趨勢，其波動是主要由于自然環境的變化引起的。磁化率值高指示了干燥的氣候特征，同時呈現出較低的湖面;磁化率值低指示了濕潤的氣候特征，同時呈現出較高的湖面。因此，騰沖青海湖大致經歷了從濕潤向干燥過渡的趨勢。

［1］Thompson R，Oldfield F.Environmental Magnetism ［M］.London:George Allen＆Unwin，1986.1－83.

［2］Oldfield F.Environmental magnetism－A personal perspective［J］.Quaternary Science Reviews，1991，10:73 －85.

［3］王蘇民，竇鴻身主編.中國湖泊志 ［M］.北京:科學出版社，1998，192－194.

［4］佟偉，章銘陶.騰沖地熱 ［M］.北京:科學出版社.1989.

［5］大沢信二，由佐悠紀，王云飛.中國云南省騰沖火山區にぢけゐ熱水系の地球化學モデル ［J］.溫泉科學，1995，45(1):13－25.

［6］Forstner U，Wittman G TW. Metal Pollution in the Aquatic Environment. West Germany: Springer，1988. 170 － 172.

［7］Angino E E，Magmuson LM，WaughTC. Mincralogy of suspended sediment and concentration of FeMnNi ZnCu and Pb inwater and Fe Mn and Pb in suspended load of selected kansas stream.Water Ｒes Ｒes，1974，10: 1187 － 1191.

［8］王云飛，朱育新，潘紅璽，等.云南騰沖青海——酸性湖泊的環境［J］.湖泊科學，2002，14(2):117－124.