青海湖现代沉积物的元素分布特征

2 沉积物中元素的纵向变化
反, 呈低—高—低趋势, 其高值区段与钠、钾低值相 对应。 这证实高峰值时沉积水体趋向扩大, 水质淡
沉积物中元素的纵向变化, 反映湖泊沉积环境 化, 生物增多, CO 2 丰度高, 促进 CaCO 3 和 SrCO 3 矿 的演化历史, 可溶性盐的元素变化反映湖泊水体含 物的形成和沉淀。
看, 接近古代半干燥—干燥气候下沉积岩的含量。这 些元素在垂向上都有相同的变化趋势, 由上向下呈 现高—低—高的变化规律, 其低值位置基本一致, 这 是青海湖区域气候变化在沉积物中的反映。 表层沉 积物中显现潮湿气候元素的缓慢增加, 可能预示青 海湖区域气候由半干燥向半潮湿气候演变的开始, 如果继续下去, 青海湖水体将会停止缩小, 并且有可 能扩大。
果 为 71147% , 分 析 结 果 为 70130% ; O 的 分 别 为 积物是以碎屑的碳酸盐沉积为主, 碎屑元素是以岩
28153% 和 28177%。
屑矿物形成沉积于湖底。 从青海湖碎屑元素的含量
1 22 沉 积 学 报 15 卷
泊泥页岩中的元素分布特点基本相似, 主要为碎屑、
主要陆源碎屑元素: 有铝、铁、锰、钛和硅等, 青
生物和可溶盐沉积的三类, 稀有分散元素数量甚微, 海湖淤泥中, 这些元素的含量均低于泥岩的平均含
对沉积成岩演化影响不大。 在微咸水的青海湖沉积 量, 说明青海湖汇水区域内没有具备铁、锰、铝、钛、
类本身元素相关性很好, 而与其他类元素相关性较 硅等元素分异、迁移和富集的条件, 也就是说没有达
布变化相似。 主要是以石英和硅酸盐矿物的状态存
孔为例)
在。钛呈东高西低的带状分布, 可能与河流携带沉积
Q H —90—1 孔 位 于 青 海 湖 东 南 湾, 孔 深
物有关。
139 cm , 地层时代为全新世最晚期, 距今 3 400 年左
铁和锰都是以胶体状态迁移, 随布哈河的补给, 右。 其元素垂向变化如下。
吸附有关的微量元素; 类是分散稀有放射性元素, 甚微。 镁的富集与盐度有直接关系, 在水体盐度增
如铀、钼、钨、钍等; 类为可溶性盐的沉积元素, 如 大, 镁的含量会增加, 从青海湖沉积物表层看, 镁的
锶、钙等。
含量相对有降低趋势, 这可能预示青海湖水体有淡
青海湖现代沉积物中的元素组成和变化与古湖 化的征象。
分布是受湖水水动力条件、沉积环境等因素的影响。 淀产物, 含量大大超过泥岩的平均含量, 钙的含量达
水体中生物的繁茂、死亡、堆积和分解, 对一些元素 到 11165%～ 24105% , 锶的平均含量达 1 32115×
的聚散也起着重要的作用。
10- 6, 最高可达 2 448×10- 6。 其垂向变化与钠钾相
生物元素: 青海湖沉积物中生物元素的分布特 点与陆源碎屑元素具有相同的变化趋势, 呈现高— 低—高的规律变化。 说明生物元素不仅与有机质有 关, 而且与陆源碎屑细粒物质紧密相关, 故在元素聚 类分析上, 其相关性也较强。
硼、氯元素: 沉积物中硼氯的含量高低, 可作为 沉积水体盐度的指标。 青海湖沉积物硼含量范围为 4～ 30×10- 6向上逐渐增加。柴达木盆地盐湖沉积物 的硼平均含量为 80177×10- 6, 与青海湖相邻的茶 卡盐的平均含量为 44128×10- 6。 青海湖全新统沉 积物的水体应属微咸水—半咸水, 水体是逐渐咸化
盐矿化程度, 可用来了解成岩自生矿物的形成。生物
镁自上而 下 含 量 总 趋 向 是 下 降 的 ( 2132%～
元素的变化指示时期的有机质的发育程度。 青海湖 1153% ) , 中期降 0189%。镁与钙的变化趋势是相背
和尕海在发展过程中, 沉积环境存在着差异, 其沉积 的, 与锶的变化趋势一致, 但镁的变化幅度较小, 镁
1 湖底沉积物中元素平面分布特征
青海湖现代沉积物中的元素组成, 包括有钾、 钠、镁、铝、铁、钙、钛、钒、钴、镍、铬、锰、铜、钨、锌、 镓、铅、铋、钍、铷、锶、铀、钇、锆、铌、钼、锑、锡、钡、 硅、磷、砷、硼和氯等 34 种。
从沉积物元素的聚类分析结果, 可分为两大类 (图 1) : 一类仅包括钙和锶两种元素, 其相关性甚 高, 相关系数达 0195 以上, 这是与湖底沉积物中碳 酸盐沉积作用有关。 另一类包括其余的 30 个元素 (不含硼和氯) , 主要与陆源碎屑物质有关。其中一部 分与沉积岩和变质岩有关, 如铝、钾、铁、钛、锌、锆和 硅等 17 种元素 (图 1 的 类和 类) ; 另一部分是与 岩浆岩有关, 如铀、铋、钼、钨、钍等元素 (图 1 的 类)。
自西向东含量减少, 在河口地带出现高值。
钾和钠的变化趋势一致, 钾的平均含量 115% ,
钒、钴和镍的富集与生物关系较密切。在青海湖 接近我国泥页岩的平均含量, 主要是伊利石矿物的
从湖心含量增高, 呈环带状分布, 在布哈河的主湖流 组 成元素, 不是沉淀的卤化物。 钠的平均含量为
线的两侧深水区呈斑状富集。 影响钒、钴、镍的集散 0181% , 低于泥页岩的含量, 在垂向上呈现高—低—
的。氯的含量变化与硼一致, 其变化范围为 013%～ 017% , 其中有两个低值说明曾有过淡化, 时间约在 距今 2 000 年和 3 500 年, 可能该时湖在近 3 500 年 以来, 湖水是逐渐在咸化。
根据青海湖现代湖底沉积物中元素的垂向分布 特点的分析可归纳以下认识:
第一、青海湖近 3 500 年以来, 水体由微咸水向 半咸水发展, 但这种发展过程较为缓慢, 并时有淡化 过程, 更延缓了水体咸化的进程。区域气候属半干燥 寒冷气候, 元素受陆源影响大, 其分异、富集作用不 强, 因而陆源碎屑元素含量总体偏低。
钙、锶、镁元素: 钙、锶两种元素其垂向变化趋势 相同 (图 3) , 再次证明钙和锶是以相同的碳酸盐赋 存状态存在, SrCO 3 的含量相当微弱, 锶以类质同象 存在 CaCO 3。向上钙、锶含量都减少, 和青海湖湖湾 区的变化相似。 只是含量的绝对数量比青海湖要小 一倍, 说明尕海水体已向更咸水的过程演化。
差。说明在青海湖的沉积条件下, 形成 CaCO 3 和 到酸性化学风化作用的环境。 青海湖从全新世以来
SrCO 3是较纯净的化学沉淀, 利用能谱计算的 CaO 处于弱碱或碱性介质条件。 湖区流域内以冷干气候
含量与化学分析基本相符。 数据如下: Ca 的计算结 为主, 所以机械风化作用是主要的风化作用, 湖中沉
镁元素的变化明显不同于青海湖, 平均含量大 大超过青海湖, 自上而下含量不断增加, 与白云石数
量增加一致。说明尕海水体的碱度和盐度都较强, 使 在初期成岩阶段, 镁能较多的交代钙形成白云石, 这 种交代作用是在沉积物未压实前进行的, 由于交代 过程中镁的减少, 故在埋深以后沉积物中镁元素逐 渐减少。CH 29021 孔岩芯中、镁在 250 cm 纵向上分 布明显显示出上下两段差异, 下段钙含量较高, 镁含 量较低, 其数量均与青海湖接近, 可能当时尕海还与 青海湖相通, 是青海湖东北缘的一个湖湾。只是发展 到全新世的晚期, 由于风沙的淤塞, 偃塞了湖湾通 口, 尕海才分割为独立的小湖体, 此后, 尕海水体咸 水过程加速, 镁元素开始聚集。从 Sr Ca 值变化看, 岩芯表层的值为 5144～ 6103, 只到埋深一米, 其值 都变化不大, 超过一米后, 才大幅度增加 (图 4)。 与 青海湖对比, Sr Ca 值的变化深度不一致的, 青海湖 在80 cm 深时比值开始增大。说明青海湖埋深80 cm 与尕海埋深 1 m 水体的性质相似, 证明当时两湖是 相通的。
尕海以一砂梁与青海湖相隔, 是一个没有地表 水补给的封闭湖体, 水体的盐度和碱度都大于青海 湖, 样品取自靠近湖边的 CH 29021 孔和靠近湖心的 CH 29022 孔, 其元素的垂向变化如图 3 所示。
可溶性盐元素: 尕海湖底沉积物中钠的平均含 量为 1187% , 比青海湖的要高倍多, 而钾的平均含 量为 01999%。 从垂向变化上看, 钠、钾都有向上增 加的趋势, 从干涸的沉积物中见有盐析出, 说明钠含 量增加是由于水质含盐度的增加所致。 这与尕海水 体含盐度增加, 更加咸化是相一致的。赋存于粘土矿 物中的钠、钾含量不会高于青海湖, 因为尕海沉积物 中粘土矿物类型与青海湖相似, 而含量却低于青海 湖, 所以尕海沉积物钠、钾元素的增加主要是水质咸 化的结果。
in m odern sedim en twenku.baidu.com, Q inha i lake
收稿日期: 1996- 07- 29
3 期 马宝林等: 青海湖现代沉积物的元素分布特征 1 21
硅和钛均是环湖分布, 它们与陆源粗碎屑的分 211 青海湖沉积物元素的垂向变化 (以 Q H 29021
图 2 青海湖钻孔岩芯柱元素变化图 F ig. 2 E lem en ta l change m ap of co re co lum n in w ell Q inha i lake
3 期 马宝林等: 青海湖现代沉积物的元素分布特征 1 23
很快向干涸方向发展。 212 尕海沉积物元素垂向变化
物中元素变化也不同。
除可作为可溶盐沉积元素外, 还可是粘土矿物和方
从图 1 可见, 元素可划分为类型不同的成因组 解石中的置换元素。 青海湖中蒙脱石含量仅 1%～
合: 类主要为碎屑元素, 包括有铝、铁、钛、钾和硅; 3% , 镁与蒙脱石的垂向变化并不一致, 镁在蒙脱石
类为生物元素, 包括钒、钴、镍、磷和铬等和与粘土 中仅占 2132% , 方解石中镁也仅占 1%～ 2% , 数量
第二、由于湖体中的生物作用, 湖底 CO 2 较多, 沉积物埋藏后, 在准同生作用阶段, 能造成半还原状 态, 促使碳酸盐从饱和状态的水体中, 迅速沉淀, 形 成钙、锶的富集。
第三、从元素垂向变化的趋势可以预示湖泊未 来的发展, 由于陆源碎屑元素向最上有缓慢增加, 可 溶性盐元素呈减少的趋向, 说明青海湖区域气候有 向湿冷方向发展的征兆, 因此推测青海湖水体, 不会
15 卷 3 1997 年 9
期月 A
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沉积学报 SED IM EN TOLO G ICA
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V. 15 N. 3
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Sep. 1997
青海湖现代沉积物的元素分布特征
马宝林 王 琪
(中国科学院兰州地质研究所, 兰州 730000)
提 要 青海湖目前已进入湖泊半咸化的发育阶段, 水位下降, 湖体缩小, 湖水趋于咸化, 引起了人们的普遍关 注。我们根据湖底现代沉积物中的元素分布特征和变化规律, 利用沉积物中介质性质指标、可溶盐指标以及表征 气候干湿的元素及其组合关系指标等特点, 阐述了青海湖距今 3 500 年以来的演化规律, 说明青海湖的发展总 趋势是水质由淡向咸变化。 但最近 120 年来, 表征干旱气候元素降低, 潮湿气候元素有所增加, 有反向发展的征 兆, 可能预示青海湖区域气候从干冷向温湿转变, 故湖水不会在近期内干涸。 关键词 元素 气候 环境演化 分类号 P 343. 3, P 618 第一作者简介 马宝林 男 64 岁 研究员 沉积学
青海湖沉积物元素的平面分布特征, 就表层沉 积物中的可分常量元素和微量元素。常量元素有钠、 钾、钙、镁、铝、铁、硅等, 其它均为微量元素。
钠和钾在湖区分布的变化正好相反, 钠的含量
图 1 青海湖现代沉积物元素聚类分枝图 F ig. 1 C lu ster b ranch m ap of elem en ts
青海湖水体近来发生着巨变, 水体不断缩小, 其 发展前景引起了人们的关注。 现从青海湖现代湖底 沉积物中的元素分布特征及变化趋势, 探讨其前景 发展。 青海湖湖底沉积物样品是从现在水域底面至 以下 5 m 的浅钻岩芯所得淤泥。元素测试是用 X 射 线荧光光谱全分析测试结果。
湖中心低、边缘高, 钾相反。 说明钠与陆源碎屑有一 定的联系, 而钾与粘土有关。但可溶性钠却是在湖中 心含量高, 边缘低。可溶性钠仅占总钠量的一半。可 溶性钾占总钾量的极少量, 只在相对安静的湖湾区 形成局部高值区。
因素, 除它们的化学活性外, 还有湖底生物作用、粘 高的变化, 含量由 1114%～ 0. 53%～ 1. 02% (图 2)。
土吸附和氧化还原环境等。
青海湖虽没有达到 N aC l 自生沉淀阶段, 但水体中
磷和自生硅都与生物有关, 在较安静的南部深 含有N aC l 的成分, 干涸时易于晶出。钠在钻孔岩芯
水区湖中浮游硅藻大量繁殖, 故磷呈斑块状分布。 中部的低值与 C l- 的低谷值是一致的, 说明青海湖
总之, 元素的平面分布特征, 是与元素的离子半 近期发展过程中有一个相对淡化的历程。
径、离子电位和晶格能的大小, 及它们在表层形成化
钙和锶也是一对变化一致的元素 (图 2) , 具有
合物的性质、迁移和沉聚的状态有关的。元素呈环带 很强的相关性, 它们都是微咸水介质中的碳酸盐沉