内蒙古黄旗海湖泊沉积物粒度与磁组构的对比研究

内蒙古黄旗海湖泊沉积物粒度与磁组构的对比研究

湖泊沉积具有沉积速度快、成本长、信息丰富、连续性强等特点。这是研究世界环境气候变化的良好载体。Dong等1剖面沉积特征黄旗海湖泊属乌兰察布市察哈尔右翼前旗管辖,流域面积约4500km在黄旗海东南部和西北部人工挖掘了2条深度分别为115cm、105cm的剖面HQE和HQW(图1)。其中HQE剖面岩性以黄色细砂为主,另夹有少量灰色、灰褐色粘土或粉砂质粘土,指示水动力较强的浅水沉积环境。在剖面35cm、90cm、135cm深度附近测得经过碳校正后的2定向样品粒度测量在野外以1cm为间隔采集散样装入塑料袋中,用于室内粒度分析。同时,用边长为2cm的标准古地磁塑料方盒连续采集定向样品,用于进行磁各向异性研究粒度测量在中国地质大学(北京)使用英国MALVERN公司的Mastersiez2000激光粒度仪完成,仪器测量范围为0.01~1000μm。样品处理步骤如下:取约0.8g样品放入烧杯,先加入10mL10%的H3测量结果3.1粗砂粒径变化测量结果显示,HQW与HQE剖面沉积物颗粒粒径分布存在较大差异。其中离岸较远的湖心区HQW剖面以粉砂(约65%)和粘土(约20%)为主,含有少量细砂(约10%)及微量粗砂(小于5%)(图2)。离岸较近的湖滨区HQE剖面以细砂(约50%)和粉砂(约35%)为主,含有少量粘土(小于10%)及微量粗砂(小于5%)(图3)。根据不同深度各粒径颗粒的含量变化,可将剖面大致分为几段。在HQW剖面70~105cm深度段(图2),沉积颗粒以细粉砂为主,含较多粘土,另含少量粗粉砂。20~70cm深度段,粘土含量明显减少,但粗粉砂含量相对增多。0~20cm深度段,沉积颗粒以粗粉砂为主,粘土、细粉砂含量减少。另外,在20cm、40cm和65cm深度附近,细砂百分比含量突然增加,平均粒径、中值粒径等粒度参数也发生了突然变化。在HQE剖面95~115cm深度段(图3),细砂和粉砂含量都分别约占40%,且含量变化不大。60~95cm深度段,各粒径颗粒含量都发生较大波动,但仍以粉砂和细砂为主。22~60cm深度段,沉积物以细砂和粗粉砂为主,含少量粘土和细粉砂,且细砂与粗粉砂变化较大,并呈反相关。0~22cm深度段,细砂含量进一步增加,粘土与粉砂含量进一步减小。此外,在36cm、58cm、80cm和88cm深度附近,细砂百分比突然增大,与其相反,粗粉砂含量突然减小,平均粒径、中值粒径等粒度参数也发生突然变化。3.2含矿砂细砂测年水砂沉积相频率曲线形态能更细致地反映沉积物中不同粒径颗粒含量的变化。通过分析频率曲线发现,HQW剖面大致可分为4种变化(图4),HQE剖面也大致可分为相似的4种变化(图5)。二者特征如下。(1)HQW剖面第(1)种,频率曲线表现为单峰态(图4-A),波形较窄,约从1.5μm到60μm,波峰约在10μm处,表明含较多粉砂,此外,在0.7μm、70μm和300μm处有3个次峰或粗尾,表明含少量粘土、细砂和粗砂。该类型沉积物分布在1~19cm、25~35cm、43~59cm、71~73cm、77~103cm深度范围内(图2)。第(2)种,频率曲线表现为正偏态单峰(图4-B),波峰偏向粗端,且位于70μm附近,表明含细砂较多。此外,在13μm处有次峰,在0.7μm和300μm处有粗尾,表明含少量粘土和粗砂。该类型沉积物主要分布在21~22cm深度范围内(图2)。第(3)种,频率曲线表现为双峰(图4-C),且较大峰偏向于粗端,波形较宽,波峰位于6μm附近,表明含较多粉砂;较小波峰位于0.7μm处,表明含部分粘土,其含量分别约为4%和3.5%。该类型沉积物主要分布在78~80cm深度范围内(图2)。第(4)种,频率曲线表现为多峰态(图4-D),最大峰在70μm处,表明含细砂较多。此外,在0.7μm和7μm处有2次峰,表明含少量粘土和细粉砂。该类型沉积物主要分布在23cm、37~41cm、61~69cm、105cm深度范围内(图2)。(2)HQE剖面第(1)种,频率曲线表现为单峰态(图5-A),波形较窄,从25μm到200μm,波峰位于80μm处,表明含细砂较多。此外,在0.7μm、11μm和500μm处有次峰和粗尾,表明含少量粘土、细粉砂和粗砂。该类型沉积物主要分布在1~59cm、77~83cm、87~93cm、97~115cm深度范围内(图3)。第(2)种,频率曲线也表现为单峰态(图5-B),但波形分布较宽,波峰位置偏向于细端,表明含粉砂较多;此外,在0.6μm附近有粗尾,表明含有少量粘土。该类型沉积物主要分布在61~73cm、85cm深度范围内(图3)。第(3)种,频率曲线表现为双峰态(图5-C),其中较大峰波峰位于10μm附近,表明含粉砂较多,次峰波峰位于70μm附近,表明含部分细砂。此外在0.8μm附近有一粗尾,表明含少量粘土。该类型沉积物主要分布在75~76cm深度范围内(图3)。第(4)种,频率曲线表现为多峰态(图5-D),其中最大峰波峰位于70μm附近,表明含细砂较多,中峰波峰位于8μm附近,表明含部分细粉砂。在0.7μm附近有一粗尾,表明含少量粘土。该类型沉积物主要分布在95~96cm深度范围内(图3)。4讨论4.1移动沉积变形的hqe剖面在各种粒度频率曲线中,单峰态频率曲线通常指示较为单一的沉积物源、介质及水动力条件,而双峰态和多峰态频率曲线则指示了相对复杂的物源、搬运介质和动力条件变化。对于干旱—半干旱地区,其物源既可能来自于周边的地表径流,也可能是风力作用从远处搬运而至。这些多元介质会使湖泊含有粒径明显不同的沉积颗粒。其中,通过风力搬运的颗粒一般较细,其粒径通常约为10μm在HQW沉积剖面中,第(1)种频率曲线主要为单峰态(图4),表明颗粒粒径较为单一,即物源和水动力条件较为单一;频率曲线的波峰集中分布于10μm附近,该粒径与风力搬运颗粒相近根据粒度结果,可将HQW剖面划分为3个沉积段。70~105cm深度段,沉积物以细粉砂为主,含较多粘土,指示了水动力较弱的沉积环境;20~70cm深度段,粗粉砂含量相对增多,粘土含量明显减少,指示了水动力逐渐增强的沉积环境;0~20cm深度段,细粉砂、粘土含量进一步减少,粗粉砂含量逐渐增加,达到40%,指示了水动力较大的沉积环境(图2)。该结果与利用磁各向异性方法获得的结果可较好地对比(图6)。在磁各向异性方面,根据磁各向异性度(P)、水流因子(Fs)、磁面理(L)等参数在深度上的变化对于HQE剖面,其第(1)种单峰态频率曲线指示了较为简单的物源和沉积作用。与HQW剖面不同的是,其粒径主要集中于80μm(细砂粒级)附近,反映水动力较强的单一水流沉积作用。第(2)种类型频率曲线也呈单峰态,但粒径相对较小,主要集中于10~40μm范围内,另含有少量粘土,反映了流速较弱的单一流水沉积作用。第(3)、(4)种频率曲线表现为双峰态或多峰态,且波峰主要位于8μm和70μm附近,在0.7μm处有一粗尾,指示了一种水流流速较大的不稳定沉积作用。HQE剖面各粒径含量随深度变化较为复杂,但整体仍表现出细砂增加、粘土和粉砂逐渐减少的趋势,且大致可划分为4段。95~115cm深度段,细砂和粉砂含量分别约占40%,且含量变化不大,频率曲线都表现为单峰态,指示了水动力较大的稳定沉积环境;60~95cm深度段,各粒径颗粒含量都发生较大波动,但大致仍以粉砂和细砂为主,且细粉砂与粗粉砂呈明显反相关,频率曲线既有单峰态也有多峰态,指示水动力较大的不稳定沉积环境;22~60cm深度段,沉积物以细砂和粗粉砂为主,且细砂与粗粉砂呈明显反相关,频率曲线为单峰态,指示了水动力较大的稳定沉积环境;0~22cm深度段,细砂含量进一步增加,粘土与粉砂含量相应减小,频率曲线为单峰态,指示了水动力较强的稳定沉积环境(图3)。HQE剖面的粒度与磁组构4.2细砂粒径分析之前的磁各向异性研究显示,在HQW剖面10cm、20cm、40cm和65cm深度附近,磁基质颗粒度(Q)与磁化率最小轴倾角(i-K3)发生突然改变HQE剖面的磁各向异性参数并未很好地显示出异常沉积事件(图7),但其粒度分析中的细砂百分比含量和中值粒径在36cm、58cm、80cm和88cm深度附近却突然增大,HQW剖面中出现的各种异常沉积事件在深度及时间上非常近,表明也可能存在异常沉积事件。另外需要注意的是,在HQW剖面异常沉积事件在磁各向异性方面表现得较为明显,而在HQE剖面,异常沉积事件在粒度方面表现的较为明显。这可能是因为湖滨的水动力较强,异常沉积组构很难保存,但粒度却由于水流大小变化而能更好地反映异常沉积事件。在湖心,由于水流大小变化不大,因此粒度变化并不明显,但磁组构除了能反映颗粒大小变化外,还能反映沉积组构和构造的变化,因此能更好地反映异常沉积事件。这表明,在研究异常沉积事件时,在不同的沉积部位需要注意使用不同的研究方法。5湖心区hqe剖面磁各向异性(1)粒度和磁组构结果显示,内蒙古黄旗海湖心、湖滨2条剖面水动力条件相差较大,除在个别深度外,都以单一稳定水动力为主,且都具有向上逐渐增大的趋势。(2)与磁各向异性结果相对应,中值粒径、细砂含量等粒