乌梁素海湖泊沉积物粒度特征及其环境指示意义_马龙

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讨论
本文采用粒级标准偏差算法提取沉积物中的环
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沉
积
学
报
第 31 卷
图2 Fig． 2
乌梁素海沉积物粒度垂向分布特征
The vertical distribution of different grain size in Wuliangsu Lake
［19 ， 20 ］
境敏感粒度组分对粒度分析结果进行讨论
径 值。16 、 50 和 84 分别代表累积曲线上百分含 50% 以及 84% 三处的粒径 值 量为 5% 、 ， 值转 换为 μm 单位表示， 粒度分析结果见图 2 。 湖泊沉积 物中黏土（ ＜ 4 μm ） 的平均含量为 28． 7% ， 在 6 ～ 15 cm 黏土含量最大， 平均含量达 37． 8% ； 细粉砂 （ 4 ～ 16 μm） 的平均含量为 34． 4% ， 在 5 ～ 15 cm 为一较低 阶段， 平均为 29． 3% ； 中粉砂 （ 16 ～ 32 μm ） 的平均含 量为 17． 3% ， 粗 粉 砂 （ 32 ～ 64 μm ） 的 平 均 含 量 为 14． 1% ； 砂 （ ＞ 64 μm ） 组 分 含 量 整 体 较 低， 平均 5． 5% ， 在 35 ～ 40 cm 以及 20 cm 之上存在两个含量 较大的阶段， 含量平均分别为 7． 4% 和 6． 9% 。 从变 化趋势图看， 乌梁素海湖泊沉积物中不同粒级含量较 为复杂。20 cm 之下， 黏土质 （ ＜ 4 μm ） 含量变幅很 小， 与细粉砂含量一致， 且与平均粒径呈反向变化； 20 cm 之上， 黏土含量急剧增加， 且与细粉砂以及粉砂等 组分含量相反（ 图 2 ） 。
The information of sediment samples in Wuliangsu
黄河底泥 40． 9106 长济渠分支河道边表层 41． 0380 总排干岸边表层 41． 01068 湖泊沉积物
定补给速率（ CＲS ） 模式计算得到研究剖面的年代序 ［12 ］ 列， 见文献 。取沉积物样品 0． 3 g 左右， 经过氧化
湖泊沉积物是陆地环境变化的天然档案库 ， 保存 了丰富的环境演化以及人类活动等信息 ， 成为研究过
［1 ， 2 ］ 。 沉积物粒度作为重建 去环境变化的良好载体 古 环 境 的 重 要 指 标， 广泛应用于古环境研究之
协调区域可持续发展提供基础 为合理利用湖泊资源， 资料。
1
研究区概况
中
［3 ～ 5 ］
［10 ］
陆性气候， 年均气温 6． 7℃ ， 年降水量为 224 mm， 全 ［15 ］ 年蒸发量为2 456 mm 。 乌梁素海作为河套灌区水 利工程的重要组成部分， 直接纳入后套黄河灌区农业 ［11 ］ 灌溉退水 。 根据文献记载 ， 公 元 1850 年 左 右 ， 今
①中国科学院西部之光人才培养计划项目（ XBBS201106 ） 、 国家基础研究项目（ 2011CB403301 ） 国家自然基金（ 41101190 ） 以及中国博士后科学基 金（ 20110491752 ） 和王宽城博士后工作奖励基金联合资助 0720 ； 收修改稿日期： 20121020 收稿日期： 2012-
［12 ］
。
2
样品分析与结果
粒度能够反映搬运介质能量的高低和沉积环境 ［16 ， 17 ］ ， 的变化 本文根据传统沉积学岩性分类方法将 细粉砂（ 4 ～ 16 μm ） 、 中粉砂 （ 16 粒度分黏土（ 4 μm） 、 ～ 32 μm） 、 粗粉砂（ 32 ～ 64 μm） 和砂（ ＞ 64 μm） 等五 ［18 ］ 类 。平均粒径表示粒度分布的集中趋势， 按福克 和沃德的定义表达式 M Z = 16 + 50 + 84 计算平均粒 3
［18 ］
2008 年 8 月在乌梁素海北部用活塞采样器平行 采集 WLS01 （ 深 42 cm ） 和 WLS02 （ 深 56 cm ） 等 2 个 W2 、 W3 和 W4 等 4 湖泊沉积物岩芯， 同时采集 W1 、 个不同类型流域沉积物样品进行粒径 － 频率曲线对 比， 采样站位见图 1 和表 1 。 WLS01 和 WLS02 等沉 积岩芯均在野外现场以 1 cm 间隔分层， 并装入塑料 袋中密封 保 存， 分 别 用 于 同 位 素 测 年 和 粒 度 分 析。 210 Pb的放射性比活度采用 γ 分析方法， 分析仪器为美 国 OＲTEC 公司生产的 由 高 纯 锗 井 型 探 测 器 （ Ortec HPGe GWL） 与 Ortec 919 型谱控制器和计算机构成 通过恒 的 16 K 多道分析器所组成的 γ 谱 分 析 系 统 。
表2 Table 2
不同粒级含量 ＜ 4 μm
The correlation analysis of different size group
＜ 4 μm 1 4 ～ 16 μm 16 ～ 32 μm 32 ～ 64 μm ＞ 64 μm
4 ～ 16 μm 0． 794 ＊＊ 1 16 ～ 32 μm － 0． 530 ＊＊ － 0． 409* 1 32 ～ 64 μm － 0． 873 ＊＊－ 0． 965 ＊＊0． 528 ＊＊ 1 ＞ 64 μm － 0． 539 ＊＊－ 0． 614 ＊＊ － 0． 354* 0． 501 ＊＊
第4 期
马
龙等： 乌梁素海湖泊沉积物粒度特征及其环境指示意义
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图1 Fig． 1
乌梁素海区域位置及古河迹湖 、 古河道位置图
The location map of Wuliangsu Lake，former fluvial lake and ancient Yellow Ｒiver course
吉力力． 阿不都外力
乌百度文库木齐 830011 ； 南京 210008 ； 北京 100049 ）
1
（ 1． 中国科学院新疆生态与地理研究所 荒漠与绿洲生态国家重点实验室 2． 中国科学院南京地理与湖泊研究所 湖泊与环境国家重点实验室 3． 陕西省地矿局区域地质矿产研究院
陕西咸阳 712000 ； 4． 中国科学院大学
乌拉河至乌加河一段长约 15 km 的河道因泥沙淤塞 而断流， 在乌拉山西部， 留有两处积水洼地， 即为现今 ， 乌梁素海湖区中较深的“大巴尔洞 ” 和“海壕 ” 形成 2 ［11 ］ 总面积只有 2 km 的河迹湖 。
加入六偏磷酸钠超声振荡， 将振 氢以及盐酸处理后， 荡后的样品用英国 Malvern Mastersizer 2000 型激光 粒度仪上进行粒度测试
。其
Table 3
不同粒级含量 ＜ 4 μm
表3
20 ～ 56 cm 层位相关性分析 in the layers 20 ～ 56 cm
原理是通过研究激光粒度仪给出的每一粒级所对应 含量的标准差变化而获得粒度组分的个数和分布范 围。粒级—标准偏差变化曲线主要反映了不同样品 的粒度含量在各粒径范围内的差异性 ， 高的标准偏差 值反映了不同样品的粒度含量在某一粒径范围内差 异较大， 低的标准偏差则反映了粒度含量在某一粒径 范围内差异较小。 图中较高标准偏差值所对应的粒 级即对沉积环境敏感的粒度众数 ， 据此可以反映出一 系列样品中粒度变化存在显著差异的粒度组分的个 ［8 ］ ＜ 数和分布范围 。但通过相关分析， 在 1 ～ 20 cm， 4 μm 的粒径组分和其它粒级含量反相关 （ 表 2 ） ； 而 ＜ 4 μm 和 4 ～ 16 μm 具有一致的变化 在 20 cm 之下， 趋势（ 表 3 ） ， 上下两段粒径组分之间的关系差异， 反 映了不同粒径组分受地质作用在 20 cm 左右发生了 重要变化。与此对应， 沉积物元素含量也发生了明显 ［12 ］ 的变化 。因此本文将岩芯分为 0 ～ 20 cm 和 20 ～ 56 cm 两段分别进行粒级 － 标准偏差的计算分析。
摘
要
结合放射性同位素测年， 在对乌梁素海湖泊沉积物粒度的分析基础上， 结合黄河以及河套地区相关文献资
探讨乌梁素海在自然和人类活动共同作用下的演变过程 。乌梁素海沉积物中黏土（ ＜ 4 μm ） 平均含量 28． 7% 、 细 料， 粉砂（ 4 ～ 16 μm） 平均含量 34． 4% 、 中粉砂（ 16 ～ 32 μm） 平均含量 17． 3% 、 粗粉砂（ 32 ～ 64 μm） 组分平均含量14． 1% 、 砂质组分（ ＞ 64 μm） 含量整体较低， 平均含量为 5． 5% 。沉积物不同粒级范围颗粒含量的相关性分析表明， 在 1965 年 左右（ 岩芯深度 20 cm） 乌梁素海沉积物组分特征发生了明显变化 。基于此， 结合前期对湖泊沉积物中元素含量特征 的分析， 利用粒径 － 标准偏差方法， 通过对比黄河泥沙以及流域沉积物的粒度特征， 研究了约 1965 年前后两个时段的 沉积物来源。尽管乌梁素海湖泊沉积物主要来源于黄河携带的泥沙以及河套平原灌溉退水携带的大量流域表土侵 ＜ 19． 95 μm 的粒 蚀物质， 但同一物源组分在 1965 年前后这两个不同的演化阶段具有不同的粒级特征 。1965 年之前， 级组分反映了河套平原灌溉退水携带的流域表层侵蚀物质组分特征， 而 19． 95 ～ 181． 97 μm 的粗颗粒组分反映了黄河 径流携带的泥沙， 后者决定了乌梁素海沉积物的粒级特征 。1965 年以来， 这两种不同来源组分的粒级变细， 灌溉退水 并与总排干入乌梁素海的水量变化 、 围 携带的流域表土侵蚀物质（ ＜ 5． 71 μm 组分） 控制了湖泊沉积物的粒度特征， 湖建堤以及扬水站的修建等人类活动强度密切相关 。 总体来看， 上世纪六十年代以来， 乌梁素海湖泊沉积物的粒度 组成受人类施加的影响已经超越了自然作用的影响 。 关键词 乌梁素海 马龙 P512． 32 沉积物 粒度 环境变化 博士 干旱区湖泊资源与环境 Email： malong@ ms． xjb． ac． cn A 第一作者简介 中图分类号 男 1982 年出生 文献标志码
2 ［12 ］ 2． 48 g / L， 湖泊面积 370 km 左右 。该区属温带大
因子分析法
等对沉积物的物质来源进行分析。 河 套平原地区开发历史悠久， 早在秦汉时期就开始开渠 引水， 发展农业， 人类活动已经深刻影响到区域环境 ［11 ］ 。 的变化 前期已对乌梁素海湖泊沉积物元素含量 研究了沉积物中元素的变化规律， 探讨 进行了分析， ［12 ］ 了沉积物中元素变化的影响因素 ， 本文基于对黄 河上游河套平原的乌梁素海湖泊沉积物粒度特征分 析， 通过粒径 － 标准偏差对粒度组分的物质来源进行 分析， 并结合历史文献研究资料， 探讨河套地区乌梁 素海在自然和人类活动共同作用下的演变过程 ， 以期
。目前主要通过对粒度组分 Weibull 分布的函
［6 ］
数拟合法
、 端元模型法
［7 ］
、 粒径标准偏差法
［8 ， 9 ］
和
E108° 43' ～ 乌 梁 素 海 （ N40° 47' ～ 41° 03' ， 108°57' ） 地处巴 彦 淖 尔 市 乌 拉 特 前 旗 东 北 约 9 km （ 图 1） ， 位于河套盆地后套平原最东端， 是地球上同 一纬度最大的自然湿地， 同时是亚洲湿地公约组织名 录中的大型湿地生物多样性保护区 ， 乌梁素海湿地生 态系 统 对 维 护 周 边 地 区 生 态 平 衡 具 有 重 要 的 作 ［13 ， 14 ］ 。2008 年测定 pH 值平均 9． 04 ， 用 矿化度平均
表1 Table 1 乌梁素海采样点信息 lake watershed
样品点 W1 W2 W3 W4 WLS01 ， WLS02 经度 E 108． 7096 108． 7722 108． 7467 108． 7599 108． 8696 纬度 N 40． 8934 40． 6081 样品点属性 引黄河水渠道底泥
第 31 卷 第 4 期 2013 年 8 月
沉积学报 ACTA SEDIMENTOLOGICA SINICA
Vol． 31 No. 4 Aug． 2013
0550 （ 2013 ） 04064607 文章编号： 1000-
乌梁素海湖泊沉积物粒度特征及其环境指示意义
马 龙
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吴敬禄
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温军会
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刘
文
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