内蒙古东乌珠穆沁旗地区湖泊沉积物粒度特征及古气候意义.pdf
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1、2023年第4 2 卷第4 期4 2 2 4 3 0 页云南地质CN53-1041/PISSN1004-1885内蒙古东乌珠穆沁旗地区湖泊沉积物粒度特征及古气候意义杨宇,王书宇,李灿清,李炼鹏,廖志凯(云南省核工业二九地质大队,云南昆明6 50 0 3 2)摘要:本文通过沉积物粒度分析,14 C测年,光释光测年等手段,讨论内东乌珠穆沁旗地区晚更新世以来古环境和气候变迁。结果表明:该区近15ka以来经历4 个阶段,约15ka.BP5ka.BP为晚更新世至中全新世温暖湿润气候环境,气候有变干的趋势;5ka.BP约50 0 a.BP沉积缺失,反映干旱寒冷气候,从暖湿向干冷变化较快;约50 0 a.B
2、P100a.BP气候由寒冷干旱向温暖湿润变化,中间有多次交替波动;距今近10 0 年干旱到半干旱气候。内蒙古东北地区约15ka.BP以来气候环境变化具有一致性且与全球环境变化基本同步,仅在空间和时间上表现出单一复杂的差异特征。关键词:粒度特征;湖泊沉积物;古气候;晚更新世;东乌珠穆沁旗;内蒙古中图分类号:P583;P53 2文献标识码:A文章编号:10 0 4-18 8 5(2 0 2 3)4-4 2 2-9内陆湖泊是一个地区古气候、古环境变迁的综合信息载体,它能够相对完整的记录在地质历史时期该区域环境,气候,植被等演化过程。湖泊沉积物粒度、磁化率、TOC等指标都能反映古气候和古环境,其中沉积
3、物粒度特征是重要的代用指标。2 0 世纪6 0 7 0 年代,许多研究已广泛运用陆源沉积物碎屑颗粒粒度作为判别沉积环境和水动力条件的重要指标,可以为沉积物搬运介质的性质、能量和搬运方式确定等提供重要的环境分析依据。本文试图通过粒度分析反演内蒙古东北部东乌珠穆沁旗地区晚更新世以来古环境和气候变迁。1区域背景研究区位于内蒙古自治区东北部大兴安岭西麓锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗。区内水系发育极差,多为季节性流水,皆为内陆河流。由于地势较为平坦,蛇曲广泛发育,河流两侧及下游形成大片沼泽和湖泊。构造位置属中亚造山带东段乌苏雅里台活动大陆边缘,广泛出露第四系湖积物(Q4)、冲洪积层(Q 4*),新近系(N)砖红
4、色泥岩。北部出露侏罗系布拉根哈达组(J.b)粉红色流纹岩、珍珠岩、晶屑凝灰岩;侏罗系道特诺尔组(Jd)深灰色气孔状玄武岩、紫苏玄武安山岩;侏罗系查干诺尔组(Jc)黄灰色安山质含角砾岩屑晶屑凝灰岩、暗紫灰色流纹质英安斑岩;二叠系宝力格组(P,b)暗灰色斑点板岩、火山硬砂岩、暗灰色英安质凝灰熔岩。该区第四系湖积物为本次工作主要研究对象。2研究剖面概况剖面PM40位于道特尔镇东部约2 0 km绍荣音诺尔湖岸北部,图1。剖面总厚度5m,从上至下分16层,连续采集粒度分析样品16 5个,其中1至4 层前3 0 个样品间距5cm,以下13 0 个样品间距3 cm。测年样品4 个。介质为湖泊沉积物,为全新世
5、约15ka至今。收稿日期:2 0 2 3-7-4基金项目:中国地质调查局“内蒙古1:5万冬贵敖包等4 幅区域地质矿产调查”(项目编码:12 12 0 113 0 56 2 0 0)作者简介:杨宇(19 9 2),男,云南洱源县人,地质工程师,从事地质矿产勘查与综合研究工作。第4 期杨宇等,内蒙古东乌珠穆沁旗地区湖泊沉积物粒度特征及古气候意义J动42311815JbFN2JQPM40Jb4540NQfQ11815Q23N4J.65J.d6J7Pb810图1研究区地质简图(据乌拉盖幅1:2 0 万区域地质图修改)Fig 1.Geological Sketch of The Research Are
6、a(Modified Based on The 1:200000 Regional Geological Map of Ulagai)1-湖积物;2-冲积、洪积砂砾层;3-灰白色砂砾层;4-砖红色泥岩;5-布拉根哈达组:流纹岩、珍珠岩、晶屑凝灰岩;6-道特诺尔组:玄武岩、紫苏玄武安山岩;7-查干诺尔组:含角砾岩屑晶屑凝灰岩、流纹质英安斑岩;8-宝力格组:板岩、火山硬砂岩、英安质凝灰熔岩;9-实测地质界线及侵入接触界线;10-实测不整合地质界线;11-地层产状;12-水体;13-研究剖面位置剖面野外描述:第1层0 cm65cm,深棕灰色粉细砂土,具较弱土壤团粒,含少量灰白色斑点,斑点多 1cm,
7、无层理。第2 层6 5cm74cm,黄灰色细砂,松散。第3 层7 4 cm114cm,浅棕黄色中细砂,含大量植物根系。第4 层114 cm134cm,浅棕灰色粉细砂,底部有一层厚约3 cm中粗砂,松散。第5层13 4 cm149cm,棕灰色粉、细砂,底部有条带状黄灰色中粗砂,松散。第6 层14 9 cm169cm,棕灰色粉、细砂,底部夹两层各厚1cm2cm中细砂,松散。第7 层16 9 cm177cm,棕灰色粉细砂,底部厚1cm3cm,黄灰色中细砂,松散。第8 层17 7 cm194cm,松散棕黄色中粗砂。第9 层19 4 cm227cm,黄灰色松散中粗砂与灰黑色粉细砂互层,层厚2 cm3cm
8、,共6 个旋回。第10 层2 2 7 cm236cm,棕灰色粉细砂,顶部含灰黑色粉细砂。第11层2 3 6 cm251cm,浅黄灰色中粗砂,顶部含深灰色粘土层。第12层2 51cm260cm,深棕灰色中细砂,含少量植物根系发育的平行层理。第13 层2 6 0 cm293cm,深棕灰色粉细砂土。第14 层2 9 3 cm313cm,下部棕灰色粘土粉砂,上部厚度6 cm灰黑色粉砂质粘土。第15层3 13 cm428cm,灰黑色粘土质粉砂,呈游泥状。第16 层4 2 8 cm498cm,棕灰色粘土,含大量双壳类残骸,局部含黑色碎屑。3米粒度测试及数据处理3.1米粒度测试方法样品前处理的目的是将采集的
9、原始样品分散成单颗粒沉积物,尽可能的还原成沉积物沉积时期的颗粒大小,同时将风化作用所产生的次生沉积物去除。前处理过程如下:(1)取1g左右样品放人烧杯中,加入10 mol浓度双氧水(H,0,),摇均并加热,使其充分反映,直至无细小气泡产生,途中根据反应程度适当加人双氧水,其目的是去除样品中有机质及其胶结物;(2)在烧杯中加入10 mol浓度10%稀盐酸(HCI),直不产生气泡为止;(3)在烧杯中注满蒸馏水稀释盐酸和双氧水,静止6 至8 小时;(4)加人10 ml浓度0.0 5mol/L六偏磷酸钠作为分散剂,并用超声波清洗机震荡10 分钟后将全部样品倒人激光粒度仪测量池。/501112PM401
10、3424所有样品前处理和测量由西北大学大陆动力学重点实验室及中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室完成,仪器为英国MALVERN公司MS-2000型激光粒度分析仪,测量范围0.02m2000m。重复性优于0.5%,准确性优于1%。测试16 5个样品。3.2数据处理通过实验测试,得到每个测试样品的每一粒级所占的百分含量。粒级标准采用尤登-温德华(U d d e n a n d W e n t w o r t h)分类标准分类(表1),分为砂,粉砂及粘土三部分。(sand)粉砂(silt)粘土(clay)粒度参数计算采用Folk andWard图解法(19 57)。计算得到基本的粒度
11、参数。包括平均粒径,分选系数,中值粒径,偏度,峰态。根据FolkandWard方法及其修订,分级如表2。分选等级(oc)分选极好:4.0 04光释光与14 C测年光释光测年由中国地质大学(武汉)资源学院光释光实验室和北京中国原子能科学研究院测试完成,测试两件样品,结果如表3。取14 C样品2 件,由美国BETAAMS放射性碳测年实验室测试完成。结果见表4。采样深度样品号(m)40-30.9440-112.44云南地质表1粒级分类标准Tab 1.Grain-Size Classification Criteria粒级名称粒径范围(mm)极粗砂21砂粗砂中砂细砂极细砂粗粉砂中粉砂细粉砂极细粉砂表2
12、 粒度参数分级Tab 2.Classification of Grain-Size Parameters偏度(SKc)极负偏:-1.0 0 -0.3 0负偏:-0.3 0 -0.10近对称:-0.10 0.10正偏:0.10 0.30极正偏:0.30 1.00表3 光释光测年结果Tab 3.Optical Stimulated Luminescence Dating ResultsU(g:g-1)0.86 0.081.02 0.0942卷10.50.5 0.250.25 0.125 0.125 0.06250.0625 0.031 0.031 0.01560.0156 0.00780.0078
13、 0.00390.0039Th含水率等效剂K(%)(g:g-1)3.13 0.173.840.19峰度(Kc)很宽:3.0 0年剂量(%)量(Gy)2.37 0.073.992.35 0.075.45OSL年龄(Gy/ka)(ka)0.41 0.062.83 0.071.40 0.172.82 0.070.15 0.020.500.06第4 期样品号采样深度(m)PM40-16-14.78PM40-15-13.425沉积物粒度组成剖面PM40在粒径从上到下总体变细,上部主要为砂与粉砂,下部粉砂与粘土逐渐增多,但中间有波动,各组分含量随深度变化曲线如图2。从下至上可以将该剖面分为三段,I段为2
14、9 0 cm500cm,I 段从7 0 cm到2 9 0 cm,段为0 cm到7 0 cm。I 段主要为粉砂和粘土,砂百分含量相对段和明显降低,趋势明显,部分降至10%以下,同时,粘土和粉砂含量显著升高;段和段主要为砂和粉砂为主,粘土含量较低,大多在2 0%以下。野外观测及力度测试结果显示,整个剖面并未出现突变,说明沉积环境是渐变的。0.15ka.BP0.5ka.BP7510ka,BP13710ka.BP-剖面上,各组分含量波动都相对较大,但是整体变化趋势明显。I段具有波动性,但波动性较段和段明显较小,尤其是粘土含量;段波动较大,尤其是砂和粉砂含量,但波动范围基本一致,其中砂含量占6 0%7
15、0%。段除去个别异常值波动相对较小,呈现出相对稳定趋势,砂,粉砂,粘土波动范围分别4 7.9%6 2.9%,2 4.5%3 9.7%,10.6%17.8%。6米粒度频率曲线及粒度参数分析6.1米粒度频率曲线与沉积作用分析粒度频率曲线是以粒度大小为横坐标,百分含量为纵坐标,按各粒级百分含量绘出相应的点后,连接各粒级百分含量即成一波状起伏的圆滑频率曲线。它可以很好地反映出沉积物粒度分布的特点、分选好坏,粒度分布的对称度(偏度)、曲线的尖度(峰态)等。图3 为剖面PM40中几种典型的粒度分布频率曲线图。沉积物粒度频率曲线的峰形变化能够反映沉积形式的变化,因此常作为判断沉积动力作用形式的一个重要方法
16、15。当沉积物的沉积是由多种介质搬运时,多成因组分的存在导致频率曲线为多峰分布的连续光滑曲线,而单一成因的沉积物组分频率分布曲线多为单峰光滑曲线。根据频率曲线上的峰数可以确定不同成因的组分数,众数峰值的高低反映某种沉积成因的组分对该样品整体贡献率的大小。对于湖杨宇等,内蒙古东乌珠穆沁旗地区湖泊沉积物粒度特征及古气候意义表4 14 C测试结果Tab 4.C Analytical ResultsAMS-14C(a)11720+/-50 BP6550+/-30 BP剖面砂百分含量(6 2.5um)050100一150-200-ajudap250300350-400450500020406080100
17、图2 各组分含量随深度的变化曲线图Fig2.Graphs of Each Component Content with Depth425常规年龄(a)日历年龄(Cal.a.BP)11720+/-50 BP13710 134306570+/-30 BP7560 7540粉砂百分含量(3.9 6 2.5um)粘土百分含量(3.9 um)0段5050100100150150-(uo)undap(wo)udap200200250250300一300-350-350400-400.-450-450.-T500MwM段1段50020406080100020406080100426泊来说,尤其是这种内陆封闭
18、的湖泊,其沉积作用形式主要有三种:(1)流水作用,(2)风力作用,(3)流水与风力的混合作用。从剖面PM40的粒度频率分布曲线来看,上部和下部以单峰为主,单一作用方式为主导,中部几乎均为明显的多峰曲线,表明受流水与风力的混合作用。综合分析所有频率分布图可以发现,段代表性图像为图中A、B两种形态,均为正偏(粗偏)单峰态,成分以细砂和极细砂占主导,峰形两端粘土和粗砂含量较低,成分均匀,分选相对一致。根据野外观察,结构松散,底部还有草本植物根系,所以此段应为风成沉积物。在段代表性图像为图中C、D、E三种形态,均呈现复杂的双峰或者多峰,以双峰为主导,众数粒径主要集中在细砂和中砂,说明此段并不是单一沉积
19、作用,是受风力和流水的混合作用形成。I段代表性图像为图中F、G 两种形态,含量变化幅度相对较小,曲线为单峰或近似于单峰,特别是下部接近于正态分布,结合野外观察,此段为深水稳定沉积,受外来其他沉积作用的因素较小。0-50-云南地质一A10证一B42卷003000B100-108E二4.81503.52.60.8200+D250-一E300一C1002000D6.61101003000E10350一2400-8一F45010020003000G10G50010010001000图3 典型的粒度分布频率曲线图Fig 3.TypicalFrequency Curve of Sediment Grain
20、-Size6.2粒度参数分析PM40剖面粒度参数变化曲线见图4。图中显示了平均粒径、中值粒径、分选系数、偏度和峰态五项参数随深度变化的曲线特征。粒度测试结果显示,整个剖面平均粒度变化在0.0 0 5mm0.229mm,其上部和中部粒度较大,下部较小。分选系数范围1.3 7 3.11,均属于分选较差和分选差,其中大部分为分选差。偏度变化在-0.18 0.6 5,从负偏到极正偏,其中大部分偏度为正偏态。峰度变化范围0.6 4 2.21,从很宽到很窄均有分布。第4期杨宇等,内蒙古东乌珠穆沁旗地区湖泊沉积物粒度特征及古气候意义427050-100-150-深2 0 0-250300-350-40045
21、050050100,150,200250平均值(um)平均粒径表示一个样品的平均粒径大小,代表沉积物粒度分布在某一部分的集中趋势,能够反映物质来源和环境变化(搬运介质平均动能变化)。沉积物较粗组分集中在水动力较强的区域,沉积物较细组分集中在水动力较弱的区域。I段较段和段差异明显,平均粒径显著变小,总平均值0.0 2 1mm,由上至下粒度逐渐变小,上半段2 9 0 cm425cm粒径平均值0.0 2 2 mm,以中粉砂和细粉砂为主,下半段425cm500cm粒径平均值仅为0.0 0 9 mm,砂的百分含量明显减少,主要以粉砂和粘土为主;段沉积物粒度相对较大,整段平均值0.11mm,大多属于细砂和
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