湖泊沉積物粒度的環(huán)境含義

王　宇

摘要:氣候特征是冰期和相對(duì)溫暖的間冰期交替發(fā)生。 湖泊沉積物以其連續(xù)性好、敏感性強(qiáng)和高分辨率的特點(diǎn),在恢復(fù)和重塑各種短時(shí)間尺度(千年、百年、十年)的氣候和環(huán)境演化序列上,具有其它自然歷史記錄無(wú)法替代性。本文主要研究沉積物粒度的環(huán)境含義,古氣候特征,塵暴,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等環(huán)境信息很好的保存在湖泊沉積物粒度上。因此,本文通過(guò)對(duì)湖泊沉積物粒度的研究進(jìn)而推斷當(dāng)時(shí)的環(huán)境特征。

關(guān)鍵詞:湖泊沉積物 ;粒度 ;氣候 ;環(huán)境

由于湖泊沉積物是記錄湖泊及其流域氣候環(huán)境信息的有效載體,并具有連續(xù)性好、分辨率高、包含信息量豐富等特點(diǎn),它記錄了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候變化、生態(tài)演化,塵暴等豐富的信息 ,這對(duì)地球環(huán)境的研究有非常重要的意義。本文試從湖泊沉積物粒度對(duì)當(dāng)時(shí)的氣候,塵暴和構(gòu)造隆升進(jìn)行分析.重建區(qū)域氣候和歷史環(huán)境,幫助認(rèn)識(shí)地球上正在發(fā)生的各種變化.為未來(lái)的全球變化提供類比模式。

1湖泊沉積物粒度所反映的氣候含義

近年研究表明,不同的湖泊沉積所反映的氣候含義是不同的,區(qū)分封閉性湖泊和非封閉性的外流湖和洼地湖沉積。以下就是對(duì)這兩種情況的研究。

1.1封閉性湖泊沉積物粒度所反映的氣候意義

由于湖泊的相對(duì)封閉的地理表現(xiàn)形式,所以湖泊沉積在所有沉積中獨(dú)具特色。它可提供時(shí)問范圍達(dá)百萬(wàn)年、時(shí)間分辨率迭年至十年的高精度環(huán)境信息,因而在過(guò)去全球變化研究中具有重要地位。

對(duì)于封閉性的湖泊,陸源碎屑物是沉積物的主要物質(zhì)來(lái)源,沉積物來(lái)源比較單一,因而湖水物理能量成為控制沉積物粒度分布的主要因素.按照理想的湖泊沉積作用模式,從湖岸至湖心,隨著水深的逐步增大,湖水物理能量(水動(dòng)力條件) 由強(qiáng)變?nèi)?沉積物顆粒逐漸變細(xì)且平行于湖岸線呈環(huán)帶狀分布,即從湖岸至湖心大致出現(xiàn)礫-砂-粉砂粘土的沉積規(guī)律.因?yàn)樵跉夂蚋珊灯?湖泊的水位下降,湖面收縮,采樣點(diǎn)離岸邊的距離較近,水動(dòng)力條件較強(qiáng),可以帶動(dòng)粗顆粒物質(zhì)到此處,而且此時(shí)的淺水強(qiáng)動(dòng)力條件使細(xì)粒物質(zhì)難以穩(wěn)定沉降,因而在該位置沉積的顆粒較粗;反之,在氣候濕潤(rùn)期,湖泊水位上升,湖面擴(kuò)張,采樣點(diǎn)離岸邊的距離較遠(yuǎn),粗顆粒物質(zhì)難以到達(dá),而且此時(shí)的深水弱動(dòng)力條件有利于細(xì)顆粒物質(zhì)沉降,因而在該位置沉積的顆粒較細(xì),沉積物粒徑減小。所以,沉積物粒徑的大小反映氣候的變化,沉積物粒徑增大反映了采樣點(diǎn)離湖岸的距離減小,湖泊水位下降,指示氣候干旱,反之,沉積物粒徑減小則反映采樣點(diǎn)離湖岸的距離增大,湖泊水位上升,指示氣候濕潤(rùn)。

1.2非封閉式的外流湖和洼地湖沉積物粒度所反映的氣候含義

一般來(lái)講,沉積物粒度的變化受水動(dòng)力條件制約,而水動(dòng)力條件往往受氣候環(huán)境變化的影響。氣候變化最直接的反映就是氣溫和降水。因而,氣溫和降水變化都會(huì)影響到入湖補(bǔ)給水動(dòng)力大小以及湖面高低,進(jìn)而影響沉積物粒度分布。

我國(guó)大部分湖泊是外流湖或洼地湖,與封閉型湖泊相比湖面波動(dòng)較小,而且湖泊沉積物的粒度或許是由其他因素而非距離湖岸遠(yuǎn)近控制的。對(duì)外流湖和河間洼地湖,其水源補(bǔ)給主要為降水和洪水,降水又分為直接降水(即降水直接從空中降落到湖盆) 和地表徑流。因此,洼地湖沉積物的物質(zhì)來(lái)源主要有以洪水為介質(zhì)動(dòng)力的河流沖積物(或洪積物) 來(lái)源和以地表徑流為介質(zhì)動(dòng)力的陸源碎屑物質(zhì)來(lái)源。以洪水為主要物質(zhì)來(lái)源的洼地湖沉積物應(yīng)具有與沖積物(或洪積物) 相似的粒度分布,一般缺乏粗顆粒沉積,主要由懸移質(zhì)構(gòu)成,而以地表徑流為主要物源的洼地湖沉積物,因地表徑流注入湖區(qū)的同時(shí)短距離搬運(yùn)大量粗顆粒物質(zhì)進(jìn)入湖泊堆積區(qū),造成湖泊的多物源供應(yīng),由躍移質(zhì)構(gòu)成。

綜上所述,控制地表徑流發(fā)育程度的湖盆流域降水量的變化將成為控制洼地湖沉積物粒度的主要因素。在這種情況下,沉積物的粗顆粒指示流域降水量大的濕潤(rùn)時(shí)期;而細(xì)顆粒則反映了降水量較少的干旱時(shí)期。前期研究也表明 ,湖泊沉積物的粒度指示了流域降水量的變化。氣候濕潤(rùn)時(shí)期,由于地表徑流的增加,陸源粗碎屑物質(zhì)進(jìn)入湖盆,造成湖泊沉積物粒徑變粗;氣候干旱時(shí)期,地表徑流貧乏,陸源粗顆粒物質(zhì)難以搬運(yùn)至湖泊,從而使沉積物粒徑減小。

2 湖泊沉積物粒度所反映的塵暴變化

2.1 沉積物粒度所反映的單成因塵暴變化

隨著20世紀(jì)塵暴事件頻繁發(fā)生,而且有愈演愈烈的趨勢(shì),這引起許多學(xué)者的強(qiáng)烈重視。塵暴是在異常氣候環(huán)境條件下干燥塵、砂被強(qiáng)風(fēng)吹揚(yáng)并通過(guò)上升氣流達(dá)到高空的混亂現(xiàn)象。塵暴事件的發(fā)生具有突發(fā)性,且主要在降水量強(qiáng)烈波動(dòng)的時(shí)段。

研究表明,湖泊沉積物粒度在揭示沙塵天氣事件方面具有很大的潛力,并且粗顆粒含量及其中值粒徑大小可以指示歷史時(shí)期風(fēng)力作用下的大氣塵埃物質(zhì)入湖狀況,即可以指示沙塵天氣發(fā)生的頻率與強(qiáng)度。

2.2湖泊沉積物所反映的多成因塵暴雙峰現(xiàn)象

沉積物的形成是多種生物,化學(xué),風(fēng)力,氣候等多種作用力下形成的,單對(duì)某一方面分析往往是不夠確切的。下面對(duì)塵暴的又一分析。

搬運(yùn)介質(zhì)的動(dòng)力大小和搬運(yùn)方式是決定沉積物粒度組成的兩個(gè)基本因子,對(duì)于同一搬運(yùn)方式而言,具有一定動(dòng)力分布的流體所搬運(yùn)的沉物質(zhì)的粒度總體實(shí)際上是單因子隨機(jī)事件的集合,并且其數(shù)字特征服從自然界的某種分布函數(shù)。這種單成因組分的頻率分布為具有不同對(duì)稱型、不同曲線形態(tài)的單峰(即單眾數(shù)) 光滑連續(xù)曲線。

沉積物粒度分布為一種非對(duì)稱分布,總體粒度由兩個(gè)分布特征和成因不同的組分組成,第一組分分布峰度較高,分選較好的粗粒組分,這里粒度組分可能代表了季風(fēng)盛行季節(jié)里僅距離,低空搬運(yùn)的粉塵物質(zhì)。粗粒的的含量可能反映了季風(fēng)粉塵的沉積通量,進(jìn)而指示了粉塵源區(qū)和沉積區(qū)的干燥度,,它表現(xiàn)出一種集中發(fā)生的降塵過(guò)程,也就是塵暴。第二個(gè)組分為一種峰度較低、分布平緩、分布粒度范圍較大的細(xì)粒組分,可能為一種搬運(yùn)距離和搬運(yùn)高度相對(duì)較大的常態(tài)粉塵物質(zhì),代表了粉塵的本底特征,它可能主要由高空風(fēng)氣流搬運(yùn),這一組分的形成為一種經(jīng)常性降塵過(guò)程,代表了大氣粉塵的本底。

3 湖泊沉積物粒度所反映的構(gòu)造活動(dòng)

在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中,通過(guò)對(duì)沉積物粒度的研究,推斷構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。粗礫,巨礫在普通沉積中很少大面積聚集。當(dāng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)活躍時(shí)期,從山體剝蝕下來(lái)的碎屑物質(zhì)被高能量的水體搬運(yùn)至盆地邊緣地帶并快速堆積下來(lái),由于沒有經(jīng)歷充分的風(fēng)化,分選就沉積下來(lái),所以沉積物的粒徑大,分選差,搬運(yùn)距離較近,在沉積層中比較突兀。在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定時(shí),碎屑物從源區(qū)到沉積區(qū)中心的半深湖泊沉積環(huán)境,由于有足夠的時(shí)間去分析,富集,相對(duì)的沉積物粒境小,分選相對(duì)好,搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)。所以沉積物的粒度特征可以反映源區(qū)抬升,剝蝕強(qiáng)度及搬運(yùn)距離的遠(yuǎn)近。

粒度所反映的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是一方面,但單對(duì)粒度的分析就主觀推斷構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的形式,是不夠具體和確切的。這還需要結(jié)合對(duì)磁化率,沉積相的研究,綜合,客觀的分析構(gòu)造的隆升問題。

4總結(jié)

隨著溫室效應(yīng)的產(chǎn)生,沙塵暴的頻繁發(fā)生,環(huán)境問題越來(lái)越深入人們心中,本文試著從湖泊沉積物粒度揭示古氣候,塵暴,構(gòu)造隆升所代表的環(huán)境含義。封閉式湖泊和外流湖洼地湖中,沉積物粒度所反映的古氣候是截然相反的。封閉式湖泊,粗粒指示溫度高的干旱天氣,細(xì)粒指示溫度相對(duì)低的濕潤(rùn)天氣;外流湖和洼地湖則相反。沉積物粒度分布的中值大小可以反映風(fēng)的強(qiáng)弱,中值粒徑越大,風(fēng)力越強(qiáng). 粗顆粒含量的高低則反映了源區(qū)的干燥度及物質(zhì)的可獲得性;粗顆粒含量越高,反映源區(qū)越干燥,可供給的物質(zhì)越多。粗粒含量高,中值粒徑大,能反映塵暴發(fā)生。山脈湖泊的構(gòu)造隆升和沉積物粒度有密切的關(guān)系,沉積物的粒徑大,分選差說(shuō)明了構(gòu)造隆升的發(fā)生,粒徑小,分選好,則說(shuō)明這段時(shí)期比較穩(wěn)定,沒有大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生。大自然中沉積物的形成有多種原因,有時(shí)是不完全符合上述情況,這就需要人類利用智慧更仔細(xì)深入地尋找答案。

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