您好,欢迎来到五一七教育网。
搜索
您的当前位置:首页湖泊沉积物粒度分析方法在古气候环境研究中的应用

湖泊沉积物粒度分析方法在古气候环境研究中的应用

来源:五一七教育网
第34卷第3期 化工矿产地质 V_01.34 No.3 Sep.2012 2012年09月 GE0LOGY OF CHEMICAL MINERALS 湖泊沉积物粒度分析方法在 古气候环境研究中的应用 古立峰 王提要刘 永 占 玄 李小龙 硕 严 鑫 石一儒 中化地质矿山总局浙江地质勘查院,浙江杭州,310002 沉积物的粒度是衡量沉积介质能量和沉积盆地能量的一种重要代用指标,与沉积环境的关系非 常密切,在古气候古环境研究中,湖泊沉积物的粒度指标发挥着重要的作用。刘兴起等人利用全样粒度 分析方法对青海湖QH一2000钻孔的沉积物粒度特征进行了详细研究,结果表明冷干和暖湿气候条件下沉 积物的粗颗粒组分增多,介于二者之间的气候条件下,沉积物的粒径变化相对比较平缓。Xiao Jule等利 用正态函数分布拟合法,将Dali湖沉积岩心的粒度组分划分为6种,通过对各组分峰值粒径等粒度参数 的分析研究,得出各组分含量及其峰值粒径等的变化与湖泊水位关系密切。根据建立起的湖泊沉积物粒 度参数与气候环境之间的耦合关系,最后将达里湖1.2kaBP以来的水位波动划分为不同的5个阶段。 关键词粒度湖泊沉积古气候古环境 文章编号:1006—5296(2012)03—0169—06 中图分类号:X141文献标识码:A 1 概述 与极地冰心、黄土、深海沉积、树轮等诸多地 搬运方式等也会影响湖泊沉积物的粒度分布特 征。物源直接决定着湖泊沉积物的发生特征,源 于不同物源区的湖盆沉积物通常具有明显不同 的粒度分布。此外,即便是物源区相同,如果搬 运介质或搬运方式不同,形成的沉积物粒度特征 质档案相比,湖泊沉积物在记载地球环境变迁信息 方面具有连续性、敏感性和高分辨率等特点“ 。在 古环境、古气候演化序列的重建过程中,湖泊沉 积物的粒度特征凭借其相对成熟的发展理论以及 简单、快速、精确的测试方法成为当前相关研究 中一项不可或缺的指标。 也会明显不同。湖泊沉积物形成的搬运介质主要 包括水流和风,由于这两种介质具有明显不同的 物理特征,因此其形成的沉积物粒度特征往往差 异显著I 41。湖泊沉积物的搬运方式主要包括悬 浮、跳跃和滚动三种,它们因具有不同的动力特 已有的湖泊沉积学研究表明,湖泊沉积物的粒 度分布特征主要受控于湖泊水动力的变化。从湖 岸至湖心随着湖水深度的增大,湖水的平均动能 逐渐降低,湖泊沉积物会出现砾一砂一粉砂一粘 土的环带状变化规律,所以根据湖泊沉积物粒度 征,所以通过不同搬运方式形成的沉积物粒度特 征也不同。已有的相关研究表明,如果湖泊沉积 物是不同物源区碎屑物或通过不同搬运方式沉 积的混合体,那么其粒度分布特征常表现为几个 粒度组分的叠加,即多组分粒度分布¨ ,如 图1所示。 的垂向变化特征,能够定性反应出湖泊水位的变 化历史,进而具有气候干湿变化的指示意义“ 。 除湖泊水动力条件外,沉积物源、搬运介质以及 第~作者简介:古立峰(1972 ̄),男,长期从事地质矿产勘查类相关工作和研究,高级工程师 收稿日期:2012.06.16;改回日期:2012—08.23 170 化工矿产地质 2012正 百分含 毒 3 2 1 0 粒径/um 图1多组分粒度分布图示(改自文献[7]) Fig.1 Polymodal grain size distribution 沉积动力学研究表明,当搬运介质和搬运方 式一定、并且介质动力大小稳定时,形成由单因 子控制的单组分粒度分布,粒度分布曲线表现为 我们可以通过综合分析沉积物粒度指标的数值特 征来反映当时碎屑物发生沉积时的气候环境。 概括而言,在湖泊沉积记录古气候古环境的 单峰正态分布[81 o而自然界中绝大多数湖泊沉积 通常受多种动力类型和搬运方式的控制,所以其 研究中,粒度分析方法可以分为两种:一种是直 接对全样的粒度参数进行分析或简单将沉积物划 粒度分布会表现为多峰光滑曲线,即多组分分布 (图1)。为研究各组分的环境指示意义,就需对 粒度分布曲线上的的各个组分进行划分。借助特 分为粘土(<4gm)、粉砂(4 ̄64gm)、砂(> 64 ̄tm)进行分析,统称为全样粒度分析方法;另 一种为组分分离分析方法,它是针对由多个粒度 定的函数模型从数字特征上对不同成因的粒度组 分进行分离,然后对各个组分的发生特征进行分 组分叠加组成的混合型沉积物,根据粒度分布曲 线设定粒度分布函数,并用设定的分布函数对实 析,可以有效获取沉积物形成时的气候环境信息。 本文首次对前人在粒度研究中发现的一些经 典分析手段和方法进行系统综述,并就当前粒度 测粒度数据进行拟合,从而从数字特征上分离各 组分。前者简单快速,且对采自较大湖面并远离 湖岸的沉积样品而言(成因组分相对单一),其分 分析在湖泊沉积记录古气候古环境研究中的具体 应用展开重点讨论,以期为今后相关工作的开展 提供参考。 析结果精确,所以被广泛采用。后者计算较为繁 琐,但是对于更为普遍的混合型沉积物而言,其 分析结果要较前者更加可信。 2.1 全样粒度分析方法 2粒度指标在古环境、古气候重建 研究中的应用 湖泊沉积物的粒度指标作为一个相对成熟的 古环境、古气候指标,因其简单、快速的测定过 程,明确的物理指示意义以及对气候变化敏感等 特点被广泛应用于古湖沼学的研究中。湖泊沉积 中碎屑颗粒来源主要包括三种:入湖径流带入的 流域风化碎屑物;风力搬运入湖并沉积的碎屑物; 湖泊内部自生化学沉积和生物碎屑沉积。由于气 候环境的变化,沉积碎屑的粒度特征会因物源、 搬运介质和搬运方式的改变而发生变化。藉此, 在充分考虑分析对象的气候响应敏感度、粒 度分析深度等因素的情况下,本文以青海湖为例, 对全样粒度分析方法的具体应用和各指标特征值 的指示意义展开讨论。 作为中国最大的内陆型封闭咸水湖泊 (4400km2),青海湖受到东南季风、西南季风和 西风带三个气候系统的影响,且地处全球气候变 化“驱动器”和“放大器”的青藏高原东北边缘,是 非常理想的古气候古环境研究的记录档案之一, 其沉积物中的粒度指标能够较好的反映历史时期 的气候环境演变状况。在青海湖的古气候古环境 第3期 古立峰 刘永 占 玄等:湖泊沉积物粒度分析方法在古气候环境研究中的应用 171 研究中,已有多项工作对其沉积物中的粒度分布 特征进行了分析。其中尤以刘兴起等人的粒度研 究工作最为详细‘。 ,且研究中所采用的粒度分析 方法具有很强的代表性,被国内相关研究工作广 泛引用。 刘兴起等人依托精确的AMS C定年方法, 首先建立了近16ka以来的年代标尺,然后将岩心 沉积物划分为粘土(<4 m)、细粉砂(4~16 ̄m)、 中粗粉砂(16 ̄64pm)和砂(>64pm)四种组 分,并分别建立各组分百分含量及中值粒径的时 间变化序列,根据各参数与气候环境因子之间的 耦合关系,参照孢粉研究工作的成果,讨论了冰 盛期(LGM)以来沉积物的粒度分布特征对气候 环境变化状况的响应。结果显示,随着气候冷干、 暖湿的交替变化,沉积物中各种粒径的百分含量 和中值粒径都发生了明显的变化(图2)。其研究 结果可以概括为以下几点:①冷干和暖湿的气候 组合条件下,砂级粒径组分含量都表现为明显增 多,中值粒径增大。其成因机制可能是冷干气候 条件下流域植被覆盖较差,地表侵蚀DI:iN,加之 此时湖水水位较低,从而造成入湖颗粒物粗级组 分增多;暖湿气候条件下,冰融水或降水增加, 地表径流较为发育,进而也会引起入湖粗颗粒物 质增多。②介于冷干和暖湿之间的过渡性气候条 件下,不同颗粒组分的含量变化相对平缓。原因 可能是在这种气候条件下,流域植被覆盖较好, 且地表径流稳定,湖泊沉积的物质来源组成相对 稳定。但是从图2中可以明显看出,在对应新仙 女木事件(YD事件)和8.2kaBP事件的时段内, 各粒级组分尤其是粘土和粉砂粒级的百分含量变 化明显,这说明在分析时段内(16kaBP以来) YD和8.2kaBP左右的冷干事件具有突发性的特 点。③距今2ka以来各粒级百分含量和中值粒径 在变化幅度和频率上都表现出与较早时期明显不 同的特点,这可能指示了近期人类活动对湖泊沉 积物粒度组成的影响。 郭雪莲等人u¨也对青海湖做过较为详细的 粒度研究工作。尽管二者所研究的时间尺度和分 析精度存在差异,但是研究结果却对应良好。郭 雪莲等人将距今8.5ka以来的区域气候演化历史 划分为四个阶段:阶段一,8.5~5.3kaBP,气候温 暖湿润,粒径值较小,大致对应于刘兴起等人所 提出的暖湿期;阶段二,5.3~3.1kaBP,气候环境 为温凉略湿,平均粒径值较大;阶段三,3.1~2.0 kaBP,这一阶段,两位作者的解释略有出入,刘 兴起等人将这一阶段的气候类型定性为温凉偏 干,而郭雪莲等人定性为温和略湿,但是所分析 的平均粒径值都变化不大,指示了相对稳定的水 位状况;阶段四,距今2ka以来,气候类型可以 概括为冷干,总体而言,平均粒径偏大,且人类 活动的影响显现。 2.2组分分离粒度分析方法 对碎屑沉积物进行组分分离的主要目的是探 求每一组分的成因并揭示沉积发生时的水位水动 力状况和沉积环境。Harding于1949年首次提出 了利用概率值累积曲线进行组分划分的图解法, 在以后的几十年中这种方法被广泛应用于各研究 领域的粒度分布组分划分中,但是此法的一个明 显缺点就是带有很大的主观性和不确定性。当前 粒度组分划分的主要方法是借助一定的数学模型 从数字特征上对各组分进行精确分离。在湖泊沉 积研究领域,组分分离粒度分析方法应用尚不多, 但Xiao Jule等人利用这种方法取得了较好的研 究结果。本文以Xiao Jule等人利用正态分布函数 拟合法对达里湖的相关研究为例,来探讨本方法 的特点[1ll。 正态分布函数原型为: n = 蠢 X 一 式中 为组分数;x=ln( ),d为粒径gm值; C 为第i组分的百分含量;O"i为第i组分x值的方 差;ai是第i组分的x值的平均值。借助概率值 累积曲线,对拟合参数进行估计,直到拟合残差 (实测值与拟合值之差)最小为止,并最终确定 所需的正态分布函数。根据确定的拟合函数,可 以对沉积物粒度分布的各个参数进行计算。 I72 2012钲 ^ 14"■ {噬 ●一_ ..:! I— _ 一一 :●i- l-_ r..● ....L。●一。.|_..1lL6 _审。。.卜 一 !}-p,I knBP 1.. J J I...............—.L..伸...¨ 1.....JL..一¨  l1一 臣 I1 I1。 -!l 2 QH一2000粒度曲线(改自文献【9】) Fig.2 The grain—size plot of QH一2000 达里湖位于内蒙古克什克腾旗西部约90km 的贡格尔草原上,受西风带和东亚季风两个气候 系统的影响,是一个封闭的大型内陆湖泊。特殊 的地理位置和湖泊特征使得达里湖对气候环境的 变化响应极为敏感,其沉积物特征可以较好的保 存沉积时的环境信息。Xiao等人认为达里湖的沉 积物来源主要有三种:河流成因沉积、风成沉积、 湖岸侵蚀成因沉积。物质来灏和搬运方式的多样 性(悬移、跳跃、滚动)使得达里湖沉积岩心的 粒度分布表现出多峰分布,即多组分粒度分布。 况较弱,所以达里湖沉积物中应主要以C2和C3 组分为主。根据C3组分与C4组分百分含量以及 与C2和C3组分峰值粒径之间的相关关系,推断 较低的C2与C3组分峰值粒径、高的C3组分百 分含量指示湖泊水位偏高,反之亦反。 根据上述结论,原文作者将达里湖地区距今 12ka以来的水位变化划分为5个主要阶段。 11.5~9.8kaBP,水位波动幅度较大,表现为“大 起大落”的特征;9.8~7.1ka BP,湖面基本保持高 水位状态;7.1~3.65ka BP,水位较前期略低,但 利用正态分布函数拟合法,最多可将达里湖沉积 岩心的粒度组分划分为6种(C1~C6)。根据在 湖泊沉积物表层采取的51个样品的粒度分布特 征,Xiao等人认为组分C1(峰值粒径<2um)属 是表现出逐渐上升的态势;3.65~1.8ka BP,水位 继续保持上升态势,但是其波动频率和幅度明显 变大;距今1.8ka以来,湖泊水位在频繁波动的 状态下逐渐降低至极低值。 于河流搬运的中长期悬浮组分,C2(峰值粒径范 围4.2~8.1 LLm)和C3(峰值粒径范围10.9~ 60.2 m)为离岸悬浮组分,C4(峰值粒径范围 66.8~104.1um)、C5(峰值粒径范围197.1~ 470.4 m)、C6(峰值粒径范围944.4~1074.8 m) 分别代表近岸悬浮、跳跃和滚动组分。已有研究 3 结论 湖泊沉积物粒径作为一种有效的古气候、古 环境重建指标,在相关研究中其发挥的作用和意 义显著。概括而言,湖泊沉积物粒度分析方法可 以分为全样粒度分析和组分分离粒度分析两种。 全样粒度分析方法直接对沉积样品的粒度参数进 表明,在湖盆面积较小的情况下,由于水动力状 第3期 古立峰 刘永 占 玄等:湖泊沉积物粒度分析方法在古气候环境研究中的应用 173 行研究或简单将沉积物划分为粘土(<4pm)、粉 砂(4 ̄64pm)、砂(>64 ̄tm)进行分析。此法 分。具体为首先根据频率分布曲线确定沉积物组 分数,再依每个分布体的曲线形态确定分布函数 类型,最后利用分布函数对实测粒度数据拟合。 此法虽然计算较全样粒度分析方法繁琐,但是对 简便快捷,且对采自较大湖面并远离湖岸的沉积 样品,其分析结果精确;组分分离粒度分析方法 是针对多成因组分的混合型沉积物,利用粒度分 布函数从数字特征上分离沉积物的不同成因组 于自然界中更为普遍的混合型沉积物而言,其分 析结果要较前者更加可信。 参考文献 1 Yu Jnnqing,Zhang Lisa.Lake Qinghai-Paleoenvironment and Paleoclimate[M].Bering:Science Press,2008 2 Campbell Celina.Late Holocene Lake Sedimentology and Climate Change in Southern Albega,Canada[J].Quaternary Research,l998,49(1):96~101 3陈敬安,万国江,徐经意.洱海沉积物粒度记录与气候干湿变迁[J].沉积学报,2000,18(3):341~345 4 Sun Donghuai,Bloemendal J,Rea D.K,et a1.Grain'-size distribution function ofpolymodal sediments in hydraulic and aeolian environments,and numerical partitioning ofthe sedimentary components J]_Sedimentary Geology,2002, 152(3~4): 263~277 5 Ashley GM.Interpretation ofpolymodal sediments[J].The Journal ofGeology, 1978,86(4):411 421 6 Xiao Jule,Chang Zhigang,Wen Ruilin,et a1.Holocene weak monsoon intervals indicated by low lake levels at Hulun Lake in the monsoonal margin region ofnortheasten rInner Mongolia,China[J].Holocene,2009,19(6):899 ̄908. 7殷志强,秦小光,吴金水,等.湖泊沉积物粒度多组分特征及其成因机制研究[J].第四纪研究,2008,28(2): 345 353 8孙东怀,鹿化煜,DavidRea.中国黄土粒度的双峰分布及其古气候意义[J】.沉积学报,2000,18(3):327 ̄335 9刘兴起,王苏民,沈吉.青海湖QH.2000钻孔沉积物粒度组成的古气候古环境意义[J].湖泊科学,2003,15(2):l12~ 117 10郭雪莲,王琪,史基安,等.青海湖沉积物有机碳含量与同位素和粒度特征及其古气候意义[J].海洋地质与第四纪地 质,2002,22(3):99~103 1 1 Xiao Jule,Chang Zhigang,Si Bin,et a1.Partioning ofthe grain—size components ofDali Lake core sediments:evidence for lake level changes during the Holocene[J].J Paleolimnol,2009,42:249 ̄260 THE APPLICATIoN oF GRAIN SIZE oF LAKE SEDIMENTS IN RECoNSTRUCTING THE PALEoCLIMATE AND PALEoENVIRoNMENT Gu Lifeng Liu Yong Zhan Xuan Li Xiaolong Wang Shuo Yan Xin Shi Yiru Zhejiang Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau, Hangzhou,Zhejiang-310002,China l74 化工矿产地质 2012笠 Abstract The grain size of sediments is one of the most important indications in predicating the energy of deposit medium and deposit basin,which correlates well with the deposit environment.The grain size of lake sediments play an important role in the study of paleoclimate and paleoenvironment.Liu et al used whole+sample grain size analysis in the study of core QH一2000(Qinghai Lake),which show that the coarse grain obviously increases in the sediments formed in the conditions of cold—dry and warm-moist climate and the grain variation is relatively little in the sediments formed between these two climate conditions.In the use of normal distribution function fitting,Xiao et al divided the sediment core of Dali lake into six components. Through the analysis of peak grainsize of the sediments,they deemed that the parameters such as the peak grainsize correlates closely with the lake leve1.Based on the established coupling relations between the grain size and the paleoclimate and paleoenvironment,the amhors divided the lake fluctuation periods into five stages since 1 2000 years before present. Keywords:grain size,lake sediments,paleoclimate,paleoenvironment 磷资源领域循环经济论坛在贵阳举办 为在磷资源领域践行科学发展观,交流近年来磷资源领域在发展循环经济方面的经验,提高磷资源 领域整体科技水平,大力推进磷矿产业循环经济发展,合理开发宝贵的磷矿资源,由中国化学矿业协会、 贵州省国土资源厅联合举办,瓮福(集团)有限责任公司承办的磷资源领域循环经济论坛6月8日至9 曰在贵阳召开。贵州省国土资源厅、中国化学矿业协会及全国磷矿开采和加工企业近100名代表和专家 参加了论坛。贵州省国土资源厅副王赤卫、中国化学矿业协会理事长李海廷、瓮福(集团)有限责 任公司董事长何浩明在论坛上讲话,协会邀请的五位专家在论坛上做了专题讲座。 贵州省国土资源厅王赤卫副首先祝贺论坛的顺利举办,并介绍了贵州省国民经济发展及磷资源 开发利用情况、管理措施和循环经济发展情况。李海廷理事长向与会代表介绍了我国磷资源开发利用情 况,在磷资源领域发展循环经济的必要性、重要性、采取的措施以及取得的丰硕成果,同时提出了下阶 段发展循环经济的打算。何浩明董事长向代表介绍了瓮福集团发展循环经济的经验,取得的成果及下一 步的规划。中国化学矿业协会秘书长袁俊宏、中国无机盐工业协会副秘书长王佩林、中国氟硅工业协会 副秘书长梅胜放、贵州开磷(集团)有限责任公司总工程师杜绍伦、瓮福(集团)有限责任公司胡宏博 士分别做了磷资源利用及发展趋势;我国磷化工现状及发展趋势;我国氟化工发展现状及发展趋势;以 循环经济为主线,推动企业可持续发展;磷矿伴生氟碘资源回收利用技术等专题讲座。与会代表还现场 考察了瓮福(集团)有限责任公司磷化工及氟碘回收装置。 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- 517ttc.cn 版权所有 赣ICP备2024042791号-8

违法及侵权请联系:TEL:199 18 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务