全新世湖泊沉积物矿物

doi ：10．7522/j．issn．1000-0240．2015．0010

Zhang Chengqi ，Li Yu ，Zhou Xuehua ，et al ．A sedimentological interpretation of the inverse correlation between saline mineral and detritals mineral in the Late Quaternary lake sediments ［J ］．Journal of Glaciology and Geocryology ，2015，37（1）：95－108．［张成琦，李育，周雪花，等．晚第四

纪湖泊沉积物盐类与碎屑矿物反相关关系的沉积学解释［

J ］．冰川冻土，2015，37（1）：95－108．］晚第四纪湖泊沉积物盐类与碎屑矿物

反相关关系的沉积学解释

收稿日期：2014-08-17；修订日期：2014-12-27基金项目：国家自然科学基金项目（41371009）；兰州大学

“中央高校基本科研业务费专项资金”项目（LZUJBK-2013-127）资助作者简介：张成琦（1990－），男，

2012年毕业于兰州大学，现为兰州大学在读博士研究生，主要从事古湖泊演化与古气候研究．E-mail ：zhangchq08@lzu．edu．cn

*通讯作者：李育，E-mail ：liyu@lzu．edu．cn．

张成琦，李育*

，周雪花，王岳（兰州大学资源环境学院/干旱区水循环与水资源研究中心，甘肃兰州730000）

摘要：湖泊沉积物中矿物组合是古气候环境研究的敏感性指标之一，充分认识湖泊沉积物中各类矿

物组合类型、沉积过程，对正确解释矿物学指标有重要意义．我国晚第四纪湖泊沉积记录中，盐类矿物与碎屑矿物含量普遍存在反相关关系，影响了矿物组合作为气候指标的解释和应用．从地球科学的角度正确理解这种关系，可以为湖泊动力学以及古气候环境定量研究提供重要的科学依据．选择甘肃民勤盆地石羊河下游终端湖猪野泽不同位置5个全新世剖面，在明确湖泊沉积物来源、搬运方式和沉积动力机制的基础上，研究了以碳酸盐矿物为主的盐类矿物含量与粒度指标之间的关系．结果表明：猪野泽各剖面砂层富含的中砂、细砂沉积物主要是来自于巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠的风成砂；水动力作用主导了湖相沉积层200μm 以下沉积物的沉积，风力作用对20 70μm 粉砂组分沉积也有所贡献．同时，猪野泽湖相沉积层中高含量的碳酸盐主要来自于流水搬运，湖相沉积层位200μm 以下的粉砂和极细砂是碳酸盐的主要富集区．综上所述，干旱区湖泊沉积物中盐类矿物含量与其沉积过程密切相关，盐类矿物在全球变化研究中的应用要建立在充分研究其沉积动力机制的基础上．关键词：湖泊沉积物；盐类矿物；反相关关系；沉积过程中图分类号：P642．14

文献标志码：A

文章编号：1000-

0240（2015）01-0095-140引言

湖泊沉积物中矿物组合是古气候环境研究的敏

感性指标之一，蕴含着丰富的区域和过去全球变化信息

［1］

．不同矿物组合类型对流域环境、生物演

化、风化剥蚀速率及区域构造活动和不同时间尺度气候变化的响应

［2－7］

，被广泛应用于古环境研究

中．湖泊沉积物所含矿物包括盐类矿物和碎屑矿物，盐类矿物是碱金属、碱土金属的卤化物，硫酸盐、碳酸盐、重碳酸盐及少量硼酸盐、硝酸盐等矿物的总称，能够揭示湖区的降水、湖水的盐度和温度等环境特征

［8－10］

．例如，碳酸盐类矿物是古环境

重建研究的重要指标，Ｒhodes 等［11］

将沉积物中碳酸盐含量与部分矿物及有机地化指标相结合，重建

了Lake Manas 晚更新世以来环境演变情况；Wei 等

［12］

的研究证明了碳酸盐中氧同位素对夏季风的

指示意义；陈敬安等［13－14］

通过对洱海、程海湖泊

沉积物的精细采样研究，认为温度及其引起的相关变化控制了沉积物碳酸盐含量，湖泊内生碳酸钙沉淀因子可视为气候冷暖变化的良好代用指标．我国盐湖资源与生态环境备受关注

［15］

，研究其他盐类

矿物，如钾盐、硫酸盐、硝酸盐等，对完善我国盐湖成盐理论体系，合理开发利用和保护盐湖资源与

环境具有明显的理论意义和应用价值．郑大中等

［16］

通过研究钾盐矿床的物质来源，发现富钾热

液是找寻钾盐矿床的重要指示；郑喜玉［17］

全面总

结了乌尊布拉克湖特色盐类硝酸钾盐的形成环境、物质成分和沉积特征，其对硝酸钾盐的形成演化机

第37卷第1期2015年2月

冰川冻土

JOUＲNAL OF GLACIOLOGY AND GEOCＲYOLOGY

Vol．37，No．1Feb．，2015

理的探讨，扩展了我国盐湖研究的新领域；孙青等［18］研究了9个硫酸盐型盐湖表层（0 10cm）沉积物中的长链烯酮，发现咸水湖和盐湖中长链烯酮不饱和度与湖泊水体温度相关性较好，可能会成为湖泊沉积物重建古温度的重要替代指标．而石英、长石等硅酸盐矿物及大多数黏土矿物，化学稳定性较好，不易风化，是碎屑矿物的主要成分，可以反映源区岩石类型、风化剥蚀强度以及冰川、风力作用的方式和强度等［19－25］，在古气候研究中应用广泛．其中，黏土矿物的形成与转化受气候条件控制，可揭示全球性环境演变特征和演变规律［26－30］．Mueller等［31］通过研究湖泊沉积物所含黏土矿物，重建了Guatemala北部Lake Pete'n Itza距今85000 200a的湖面水位波动和古气候变化．充分认识湖泊沉积物中各类矿物组合类型、沉积过程，对正确解释矿物学指标显得至关重要．我国拥有大量晚第四纪湖泊沉积记录，盐类矿物与碎屑矿物在这些记录中广泛存在．众多湖泊沉积矿物组合研究结果，如西北干旱区的巴里坤湖［32］、博斯腾湖［33］、艾丁湖［34］、呼伦湖［35］、岱海［36］、猪野泽［37］、吉兰泰盐湖和查哈诺尔湖盆［38－39］，以及部分青藏高原高寒区湖泊记录，如松西错［40］、茶卡盐湖［41］等，均显示在碎屑矿物含量增加的层位，盐类矿物，尤其是碳酸盐矿物均呈明显低值，能看出盐类矿物与碎屑矿物存在的反相关关系．如何从地球科学的角度正确理解这种关系，关系到湖泊沉积物中矿物组成作为气候指标的解释和应用．

猪野泽是我国西北干旱区古环境研究的热点地区，自20世纪60年代以来，已有很多研究在该区域开展［37，42－46］．本研究小组之前在本地区的研究中，也发现了盐类矿物与碎屑矿物的反相关关系，认为不同水动力条件下沉积过程的差异可能是造成这种现象的原因，但并未进行定量分析和讨论．因此，本文选择猪野泽QTH01、QTH02、XQ、SKJ和JTL等5个全新世剖面，进行XＲD矿物组成分析，研究猪野泽盐类矿物与碎屑矿物含量变化，同时进行粒度数据分析，明确不同水动力条件下盐类矿物与碎屑矿物的沉积模式．在此基础上，对比盐类矿物含量变化与粒度参数间的关系，尝试从沉积学的角度解释盐类矿物与碎屑矿物反相关关系，为湖泊动力学以及古气候环境定量研究提供重要的科学依据．

1研究区概况

石羊河流域是河西干旱荒漠区三大内陆流域之一，位于河西走廊东部，地理位置介于100ʎ57' 104ʎ57'E、37ʎ02' 39ʎ17'N之间，处于我国西北内陆干旱区与东部季风区的交汇过渡地带［47］，现代气候受到亚洲季风与西风带气流的共同影响［48－49］．石羊河发源于海拔5000m以上的祁连山，全长300余公里，流域面积41．6ˑ103km2．地势南高北低，自西南向东北倾斜［50］，地层发育比较完整，从古生界到新生界均有出露．地层区划属祁连山河西走廊六盘山分区，可大致分为三个地形区：南部为祁连山地，主要为石羊河流域上游海拔1700m以上的地区，包括海拔2500 4000m以上的祁连山山区，以及海拔1700 2400m的祁连山北坡山前地带、低山丘陵、黄土丘陵山间盆地；中部为武威盆地，海拔在1350 2100m之间，除盆地边缘为中低山外，其余大部为洪积平原、戈壁沙漠和冲积湖积平原等地貌景观；下游为民勤盆地，海拔在1200 1400m之间，处于巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠交汇地带，区内有冲积平原、湖沼平原和低山丘陵、沙漠等地形［51］．

猪野泽是石羊河下游终端湖（图1），位于祁连山山前构造断陷盆地———民勤盆地，属夏季风尾闾与西风带的交界区，对环境变化非常敏感［52］．民勤盆地存在大量第四纪松散沉积物，最厚可达300 400m，地层中风成、湖相和冲积相沉积物相互交错［53－54］．猪野泽湖盆在历史时期曾形成统一大湖，但由于气候变化和石羊河中游农业的发展［37］，退缩成许多干小湖盆［42－43］．目前，除在猪野泽湖盆东北部的白碱湖尚有少量积水外，其余湖盆全部干涸［55］．

2剖面、材料及方法

本文选择猪野泽QTH01、QTH02、XQ、SKJ和JTL等5个全新世剖面，进行粒度和XＲD矿物组成研究．各剖面基本信息见表1，猪野泽湖盆位置、地形及各剖面所处位置见图1，5个剖面沉积物岩性变化情况见图2．

表2显示了本研究中5个剖面的全样有机质、孢粉浓缩物和软体动物壳体的AMS14C和常规14C 年代结果［46，56－57］．QTH01剖面的全样有机质、全样无机质和软体动物壳体的年代具有较好的一致性；QTH02剖面的年代来自于3个软体动物壳体和3个孢粉浓缩物；XQ剖面孢粉浓缩物与全样有机质的年代趋势类似，但年代结果倒置现象严重，情况较为复杂；SKJ剖面14C年代来源于2个全样

69冰川冻土37卷