巴丹吉林沙漠車日格勒鈣華測年及其地質意義

曹樂 劉敏

摘 要：巴丹吉林沙漠內分布有100多個湖泊，許多湖泊中心、湖岸分布鈣華，其形成機理與古氣候意義引起了諸多學者的關注。為研究沙漠鈣華的成因及其反映的沙漠古氣候演化規律，本文通過鉆取車日格勒湖泊北岸鈣華巖芯，對樣品進行沉積形貌與測年分析，探究了鈣華沉積的地質歷史時期及其沉積規律。結果表明，不同的干濕氣候條件下形成的鈣華顏色、碳酸鈣含量不同，深色、高碳酸鈣的鈣華沉積于干旱期，反之沉積于濕潤期；鈣華主要沉積于中晚全新世，生長模式為自下向上與后期充填；鈣華沉積平均速率為0.664mm/a，干旱期沉積速率大于濕潤期。研究結果增加了對沙漠湖泊鈣華基礎形貌特征的了解，對其沉積時代進行了確定，為沙漠區水化學特征演化、古氣候重建等研究工作提供了重要基礎。

關鍵詞：鈣華；鈾系測年；車日格勒；巴丹吉林沙漠

鈣華，作為一種常見的碳酸鈣沉淀物，多由巖溶泉、河、湖水沉積形成，受到地形地貌、水動力條件、氣候變化、環境變化、生物等因素影響，能夠記錄高分辨率的氣候和環境變化，常見于溫暖濕潤的碳酸鹽巖地區，干冷地區少有發育。前期調查發現，巴丹吉林沙漠中分布眾多湖泊，在諸多湖泊中心或湖岸邊、泉口周圍發育大量鈣華，呈塊狀、板狀。

目前相關研究還較少，陳建生[ 1-3 ]于諾爾圖、音德爾圖、伊和吉格德湖泊發現鈣華分布，對鈣華取樣并進行X射線衍射（XRD）測試，顯示鈣華主要成分為文石，并認為其為典型湖泊相碳酸鈣沉積。鈣華14C年齡在8543±172aBP，陳建生分析認為CO2來源于地殼深部，祁連山冰雪融水沿深大斷裂導水進入巴丹吉林沙漠，地下水在地表成湖時水中碳酸鈣沉積形成鈣華。楊小平[ 4-6 ]于沙漠區敦德吉林湖泊南岸發現鈣華，U系法測得頂層鈣華年齡為11.5±0.5 ka，并根據鈣華樣品較低的234U/238U比率認為鈣華由淺層水形成，與世界上鹽湖形成的鈣華塔相似。通過對沙漠地區鈣華沉積形貌特征及年齡信息的研究，能夠揭示沙漠地區地下水補徑排條件及其遷移轉化過程，恢復歷史時期地下水環境及古氣候變化，具有重要科學意義。

1 研究區概況

巴丹吉林沙漠面積約5.2萬km2[ 7 ]，位于阿拉善高原西部，雅布賴山、雅布賴鹽場西北，北大山、合黎山以北，宗乃山以東，溫圖高勒以南，古居延澤、額濟納旗東南（圖1a、b）。沙漠區地勢東南高、西北低，東南部分布有眾多高沙山、沙丘，相對高差區為200～300m，在眾多沙山之間散布著100多個湖泊，湖泊多為咸水湖，礦化度1～400g/L，少數淡水湖小于1g/L[ 8 ]。沙漠區屬大陸性氣候，全年最高氣溫可達70～80℃，降水量較少，蒸發量大。取樣湖泊為車日格勒（圖1c），面積分別為1.11km2，南北長約1.31km，東西寬0.9～1.05km。

2 樣品采集與分析

鈣華樣品采自巴丹吉林沙漠車日格勒湖泊北岸，地表樣品為散布塊體，直接取樣，剖面樣品采用美國紹爾單人背包鉆鉆取巖芯，利用自封袋密封保存并帶回實驗室測試分析。鈣華礦物成分在甘肅省地礦局水文地質工程地質勘察院地質礦產實驗室測試完成；選擇鈾系不平衡法進行測年，測試在中國科學院地質與地球物理研究所鈾系年代學實驗室，采用NeptunePlus型多接收電感耦合等離子體質譜儀（MC-ICP-MS）進行。

3 結果與討論

3.1 鈣華剖面沉積特征

圖2柱狀圖表現了鈣華的沉積樣貌變化，根據鈣華沉積顏色、孔洞、膠結程度等特征可以將其分為A、B、C、D、E五種類型。鉆孔深3.8m，鈣華巖芯樣貌以A、B、C為主，D主要作為A、B、C類型中間夾層出現，邊界線明顯；E位于鉆孔底部。5種沉積樣貌特征列于表1，具體特征為：A呈現灰白色，膠結程度相對較高，密實，無空隙、孔洞，局部顏色呈深灰色，放大鏡下可見石英、長石顆粒，反映了較強的水動力與風沙動力條件，加HCl可明顯冒泡；B呈白色，堅硬，氣泡狀孔洞較多，蜂窩狀構造，純質均勻，加酸劇烈冒泡；C呈乳白色，膠結程度較高，中間有較多孔洞，局部造成鉆孔巖芯中空間斷，純質均勻，堅硬，加酸劇烈冒泡；D呈淺黃色，有孔洞，礦物結晶呈鮞粒狀、放射狀，純質均勻，堅硬，加酸劇烈冒泡；E呈深灰色，膠結程度差，巖芯松散破碎，含少量泥質，放大鏡下可見石英、長石礦物顆粒，反映了較強的水動力與風沙動力條件，加HCl可輕微冒泡。

鈣華巖芯5種不同的沉積樣貌，反映了在鈣華沉積過程中氣候環境條件的差異。E深度最深，是鈣華沉積的起始時期，與A相似，CaCO3含量相對較低，且明顯可見石英、長石顆粒，放映了沉積時期較強的水動力與空氣動力環境，在鈣華沉積時混入了較多的沙漠風積砂顆粒；B較多的氣泡狀孔洞，形成薄層的皮殼狀CaCO3，說明鈣華沉積過程中脫氣作用發揮的主導作用，氣體消失后留下孔洞；C、D質地為較純的CaCO3，表1中礦物含量也顯示C、D的CaO含量最高，均超過54.5%，反映了較穩定的沉積環境，根據沉積樣貌，特別是中空段，反映了該部分CaCO3可能是后期填充沉積而成。

3.2 鈣華測年

車日格勒北岸鉆孔鈣華年齡結果在0.59～4.22ka.BP范圍內，主要分布在中晚全新世，最老年齡為280cm深的4.216ka BP，最年輕為60cm深處的0.594ka BP，前人所得年齡在8000～10000年，可能是由于“死碳效應”[ 9 ]存在，導致14C測年偏老。鈣華年齡并非隨取樣深度的增加而變大，表現出更多的無序性，并非表現出“深度越大，年齡越老”的特征，在60cm、335cm深處的樣品表現出偏年輕的特點，分別低于其上、下鈣華樣品的年齡，說明這部分亂序的鈣華可能是后期充填而成的。

圖2中年代-深度圖顯示鈣華巖芯的沉積速率并非勻速，由4000多年前至今，沉積速率越來越快，說明鈣華的沉積速度隨著氣候、環境等條件的變化而有所不同。若以巖芯280cm深所測得的最老年齡距今4216a計算，鉆孔鈣華沉積的平均速率為0.664mm/a，小于黃龍鈣華1～4.86mm/a[ 10 ]的平均沉積速率。若將巖芯分成4段：280～230cm；230～185cm；185～110cm；110～5cm，分別計算各階段的平均沉積速率為0.263mm/a、0.578mm/a、4.688mm/a、5.497mm/a，沉積速率逐漸加快，近2000a來達到最大值。

4 結論

1）根據鈣華沉積形態（顏色、孔洞、膠結程度等）可將其分為5類，鈣華是否沉積不能代表氣候環境的濕潤與干燥，其沉積的形態、成分變化才能用于反映氣候干濕冷暖。

2）巴丹吉林沙漠車日格勒湖泊鈣華主要沉積于中晚全新世；沉積生長模式并非由下向上不斷加積，年齡的無序性反映了后期年輕鈣華的充填沉積。

3）鉆孔內鈣華沉積平均速率為0.664mm/a，最大可達5.497mm/a。說明鈣華并非只在濕潤期沉積，干旱期也在不斷沉積，沉積速度甚至更快。

參考文獻：

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作者簡介：

曹樂（1990-），男，漢族，山東泰安人，碩士，研究方向：水文地質、水資源。