田慶春 楊太保 張述鑫 石培宏 張俊輝 范 喆
(蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實驗室 蘭州 73000)
青藏高原腹地湖泊沉積物磁化率及其環(huán)境意義①
田慶春 楊太保 張述鑫 石培宏 張俊輝 范 喆
(蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實驗室 蘭州 73000)
通過青藏高原腹地可可西里邊緣地區(qū)BDQ0608鉆孔巖芯分析,表明其巖性主要為淺綠色湖相沉積物,其中夾雜部分較薄的氧化色層段。熱退磁表明:BDQ0608鉆孔中磁性礦物主要有磁鐵礦、磁赤鐵礦、針鐵礦和膠黃鐵礦,赤鐵礦表現(xiàn)不太明顯,其組分含量直接控制磁化率值的大小;并且對樣品進(jìn)行了磁化率、粒度、總有機(jī)碳及色度的測定。磁化率的大小與黏土含量呈正相關(guān),可能是由于沉積物后期形成的膠黃鐵礦及砂性沉積物中磁性礦物被破壞的緣故。并且將磁化率值與總有機(jī)碳及色度a*值對比,發(fā)現(xiàn)它們都呈正相關(guān),但內(nèi)部出現(xiàn)不同的波動形式,說明磁化率值的高低變化并不是與其它指標(biāo)有完全一一對應(yīng)的關(guān)系,而受沉積時期的環(huán)境條件所影響。因此,我們認(rèn)為磁化率作為環(huán)境代用指標(biāo)能很好的反映環(huán)境的變化,但在恢復(fù)古環(huán)境古氣候的過程中要慎重使用,并且要結(jié)合其它高精度的環(huán)境指標(biāo)使用,以提高對過去環(huán)境恢復(fù)的精度。
磁化率 湖泊沉積 可可西里地區(qū)
近幾十年來,地磁學(xué)在地球科學(xué)和環(huán)境科學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用,形成一個獨(dú)立的新的研究領(lǐng)域,即環(huán)境地磁學(xué),它的潛在作用,已引起越來越多的注意和重視。在中國黃土沉積記錄的研究中,磁化率是一個被廣泛用來反映夏季風(fēng)強(qiáng)度變化的氣候代用指標(biāo),反映了受東南季風(fēng)控制的成壤強(qiáng)度和降水量的變化。由于湖泊特有的區(qū)域性,對湖泊沉積物磁化率的環(huán)境磁學(xué)機(jī)制的認(rèn)識還比較困難。目前在不同地質(zhì)巖性、不同氣候類型帶的幾十個湖泊的數(shù)百孔沉積物巖芯的研究中成功地得到了應(yīng)用。雖然國內(nèi)學(xué)者對太湖、呼倫湖、滇池等湖泊沉積物的磁性特征及其反映的區(qū)域古氣候古環(huán)境變遷進(jìn)行了較深入的研究[1~4],但其結(jié)果存在著很大的差異,甚至得出相反的結(jié)論。因此利用湖泊沉積物磁化率來解釋氣候和環(huán)境變化時,對湖泊沉積物磁化率特點(diǎn)及其影響因素的理解是必不可少的。筆者選取青??煽晌骼镒鳛檠芯繀^(qū),通過對古湖泊沉積鉆孔BDQ0608磁化率的研究,結(jié)合粒度、TOC、色度等環(huán)境指標(biāo),探討了湖泊沉積物磁化率的環(huán)境意義,并初步分析了該區(qū)湖泊沉積物磁化率變化的影響因素。
青??煽晌骼锏貐^(qū)處于青藏高原腹地,其南北邊緣分屬于唐古拉山脈和昆侖山脈,東至青藏公路沿線,西抵省界,中部廣大地區(qū)為可可西里山等山地及其相間的寬谷盆地??煽晌骼锏貐^(qū)面積約達(dá)8.2 X 105km2,平均海拔4 800~5 000 m,大氣含養(yǎng)量約為170 g/m3(僅為海平面含氧量的60%左右),年均氣溫-4°C,年大風(fēng)日數(shù)大于100 d??煽晌骼锏貐^(qū)水系補(bǔ)給來源主要依靠冰雪融水,其次為泉水。在降水量較大的年份,也可能造成季節(jié)性洪水泛濫。
課題組于2006年8月在可可西里東部邊緣區(qū)古湖泊體上(35°13'05″N,93°55'52.2″E)取得一沉積巖芯,編號為BDQ0608,巖芯長106 m,取芯率在90%以上。該鉆孔距青藏公路約30 km,緊靠昆侖山埡口盆地(圖1)。巖芯在野外用塑料布進(jìn)行密封,然后運(yùn)回實驗室按2 cm間距分樣,以備進(jìn)行實驗分析。巖芯深度均為校正到鉆孔的地層深度,巖性主要為淺綠色湖相沉積,其中夾雜部分較薄的氧化色層段。沉積巖芯的顏色變化主要為:淺綠色(灰綠色、青綠色)沉積-黃色(褐色、鐵銹色、黑色和灰色)-淺綠色(灰綠色、青綠色)沉積,即淺色沉積與深色沉積交替出現(xiàn),各段沉積深度均不相同,淺色沉積層厚度明顯大于深色沉積層厚度。
圖1 BDQ0608鉆孔位置示意圖Fig.1 Location of Core BDQ0608
樣品干燥后按10 cm間距進(jìn)行磁化率、粒度、總有機(jī)碳和色度的測定,并以10~20 cm間距進(jìn)行古地磁測試。
磁化率 測試樣品1 003個,樣品在室溫條件下自然風(fēng)干,在不損壞自然顆粒結(jié)構(gòu)前提下?lián)v碎磨細(xì),裝入2 cm X2 cm X2 cm見方的無磁塑料盒中,壓實后稱重。使用英國Bartington公司生產(chǎn)的MS2型便攜式雙頻磁化率儀進(jìn)行測試。該儀器產(chǎn)生的交變磁場強(qiáng)度約為80 A/m。在遠(yuǎn)離干擾磁場的情況下對低頻(0.47 kHz)和高頻(4.7 kHz)磁化率各測試三次,取其平均值。
粒度 粒度分析利用英國Malvern Instruments公司生產(chǎn)的Mastersizer2000激光粒度儀完成。首先對樣品進(jìn)行前期處理,利用10%的過氧化氫去除樣品中的有機(jī)質(zhì),10%的鹽酸去除無機(jī)碳(主要是鈣質(zhì)膠結(jié)物),然后進(jìn)行分散、測定.astersizer2000激光粒度儀測量粒徑范圍為0.02~2 000μm,可以保證獲得完整的粒度分布曲線。
總有機(jī)碳 總有機(jī)碳(TOC)的測試采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法分析[5]。
色度 樣品在常溫下自然風(fēng)干、研磨(保持樣品顆粒在固結(jié)成團(tuán)前的原始大小)。取經(jīng)過預(yù)處理的樣品2~3 g放于白色參照板上,壓實、壓平后,隨機(jī)選取三個區(qū)域用X-Rite948型分光光度計進(jìn)行測量,測試參數(shù)為CIE D65標(biāo)準(zhǔn)光源(色溫為6 500 K),觀察視野為10°,孔徑為8 mm。儀器自動求出三次測量的L*,a*和b*的平均值。
古地磁 古地磁實驗主要的實驗儀器為2G超導(dǎo)磁力儀(2G-755R Magnetometer)和熱退磁儀(MMTD60)。測試前先將樣品在零磁空間靜置15 d,根據(jù)樣品的磁性狀況,經(jīng)過10~13步的熱退磁進(jìn)行逐步退磁,共測試樣品453個。
經(jīng)實驗分析,BDQ0608鉆孔樣品的質(zhì)量磁化率的量值較低(圖2),在n X10-8~10n X10-8m3kg-1之間。當(dāng)質(zhì)量磁化率(χ)小于20 X10-8m3kg-1時,頻率磁化率主要反映的是測試誤差,這種情況下給出的頻率磁化率通常是不可信的[6]。因此,下面僅討論低頻質(zhì)量磁化率(簡稱磁化率χ)。
通過對整個巖芯磁化率值分析發(fā)現(xiàn),磁化率峰值多出現(xiàn)在沉積顏色較深多為黃色、淺褐色、紅褐色等氧化色的層段。并且磁化率高值一般與高a*值相對應(yīng)(在色度中予以討論)。從圖2中可以看出,磁化率值的波動曲線和<4μm粒級組分的百分含量之間有很好的對應(yīng)關(guān)系,尤其是經(jīng)過Log以10為底的函數(shù)轉(zhuǎn)換后對應(yīng)關(guān)系更加明顯,只是在波動幅度上有一定的差異。鉆孔巖芯的總有機(jī)碳含量都比較低,只有在幾個層位出現(xiàn)峰值。最高值為66.98 g.kg-1,最低值為0.79 g.kg-1,平均值為6.67 g.kg-1。從整個巖芯色度曲線來看,色度a*值峰谷變化比較小,在-2.11到13.01之間變化,平均值為0.52,總體在一個較低的水平上變化。且?guī)r芯中高a*值大都對應(yīng)于顏色發(fā)紅(鐵銹色、褐色和黃色)的沉積物。
圖2 BDQ0608鉆孔各環(huán)境指標(biāo)隨深度的變化Fig.2 Comparisons of all environmental proxies from Core BDQ0608
圖3 代表性樣品的熱退磁曲線Fig.3 Thermal demagnetization curves of the typical samples
表1 環(huán)境代用指標(biāo)的相關(guān)性分析Table1 Correlation analyses on environmental proxies from Core BDQ0608
熱退磁分析可知,磁鐵礦解阻主要在兩個溫度段略高于300°C和580°C左右。大部分泥質(zhì)樣品在略高于300°C附近解阻(圖3d、e、f),砂質(zhì)樣品大都在580°C附近解阻(圖3a、b、c),圖2中標(biāo)出所選代表性的退磁樣品的位置。
為了解影響磁化率與其它環(huán)境指標(biāo)之間的關(guān)系,對磁化率(χ)、<4μm粒級組分、4~63μm粒級組分、>63μm粒級組分、總有機(jī)碳(TOC)、色度(SCR a*)進(jìn)行相關(guān)分析(表1)。相關(guān)分析結(jié)果表明:磁化率同<4μm粒級組分、總有機(jī)碳和色度a*值呈正相關(guān)關(guān)系,與后兩個相關(guān)性較好。同時<4μm粒級組分與總有機(jī)碳和色度a*值均呈正相關(guān)關(guān)系。下面將它們之間的關(guān)系進(jìn)行簡單討論。
鐵磁性礦物含量和種類是控制沉積物磁化率高低的主要因素。因此,我們在研究磁化率的過程中有必要對沉積物所含的磁性礦物做出鑒定.DQ0608鉆孔位置緊靠昆侖山埡口盆地,位于埡口的東側(cè)。葛道凱等研究表明埡口盆地物源于北北東方向的三疊系變質(zhì)巖系。據(jù)此可推測本湖泊沉積物與埡口盆地的沉積物相同或相近。宋春暉[6,7]等人認(rèn)為埡口盆地沉積物攜帶特征剩磁的礦物可能主要有磁赤鐵礦、磁鐵礦和赤鐵礦。而本鉆孔是否含有這些磁性礦物還有待進(jìn)一步鑒定。比如,可以用磁性礦物隨溫度或者磁場強(qiáng)度的變化性質(zhì)來推斷沉積物所賦存的磁性礦物種類及其顆粒的大小[8,9]。胡守云等人認(rèn)為逐步熱退磁方法則有助于識別磁性礦物的種類[10]。由熱退磁分析可知(圖3),樣品磁性礦物的解阻主要在兩個溫度段略高于300°C和580°C附近。由此我們可以認(rèn)為一種磁性礦物的貢獻(xiàn)者,顯然是磁鐵礦,它在580°C附近解阻,主要集中在砂質(zhì)樣品。在退磁過程中另外一種表現(xiàn)明顯的磁性礦物可能是鐵磁性硫化物鐵礦(膠黃鐵礦、或磁黃鐵礦)。該成分在略高于300°C的溫度中解阻[11],這部分樣品主要為泥質(zhì)樣品.nowballhe和Thompson認(rèn)為,在富含有機(jī)質(zhì)及硫酸鹽的還原條件下,膠黃鐵礦通過原地自生作用所形成,載有次生化學(xué)剩磁,且滯后于沉積物的沉積時間[12]。從圖2中我們可以看出本巖芯中有一定含量的總有機(jī)碳,這就為鐵磁性硫化鐵的生成提供了條件。并且磁化率與總有機(jī)碳呈正相關(guān)變化,引起它們呈正相關(guān)變化的最有可能就是在富含有機(jī)質(zhì)的還原環(huán)境中生成的鐵磁性的硫化鐵。在300°C解阻的磁性礦物還有磁赤鐵礦,根據(jù)其物源的分析認(rèn)為該磁性礦物存在于沉積物中。但磁赤鐵礦與有機(jī)質(zhì)沒有直接的關(guān)系,由此說明引起磁化率與總有機(jī)碳同步變化的最有可能就是鐵磁性的硫化鐵。另外,樣品在加熱到100℃時,剩磁顯著減小,指示達(dá)到了針鐵礦的居里點(diǎn)(120℃);巖芯部分層位出現(xiàn)氧化的鐵銹色,說明磁性礦物中可能含有赤鐵礦,可能因其含量較少而在退磁過程中表現(xiàn)不太明顯。赤鐵礦可能來自流域的碎屑,也有可能是在后期的氧化環(huán)境中生成的。巖芯部分層位出現(xiàn)氧化的鐵銹色是由赤鐵礦染色的緣故。而且由于赤鐵礦的存在還引起了色度a*值高低的變化(在色度中予以討論)。
綜上所述,我們認(rèn)為BDQ0608鉆孔沉積物磁性礦物主要有磁鐵礦、磁赤鐵礦、針鐵礦、鐵磁性硫化物鐵礦和赤鐵礦。磁鐵礦和磁赤鐵礦廣泛存在于所有砂質(zhì)及泥質(zhì)樣品中,認(rèn)為來源于流域的碎屑礦物,它是整個巖芯磁化率的主要貢獻(xiàn)者。而赤鐵礦和針鐵礦是在后期氧化和氧化還原條件下生成的低磁性礦物,對磁化率貢獻(xiàn)較小[13]。在泥質(zhì)樣品中另外還存在著占主導(dǎo)磁性地位的鐵磁性硫化鐵,它導(dǎo)致了泥質(zhì)樣品的磁化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于砂質(zhì)樣品的磁化率。砂質(zhì)沉積物一般都屬于濱岸帶和靠近濱岸帶的水體較小的環(huán)境,水和空氣介質(zhì)的反復(fù)改造和分選,促使磁鐵礦和磁赤鐵礦被機(jī)械破碎和化學(xué)分解。因此,本鉆孔中砂質(zhì)樣品中磁化率低的原因可能是由于磁鐵礦和磁赤鐵礦在搬運(yùn)和分選過程中被分解和破壞。
磁化率與沉積物粒度參數(shù)的關(guān)系非常密切,通過對泥河灣研究發(fā)現(xiàn),磁化率值與較粗物質(zhì)呈正相關(guān)關(guān)系[14]。青海湖的磁化率研究表明由集水盆地侵蝕所得的碎屑物質(zhì)比細(xì)粒更加富含磁性礦物[15]。崔建新等[16[17]指出對湖泊沉積物來說,磁化率與頻率磁化率的意義不在于其絕對量值的大小,而主要在于其相對變化(幅度、周期、頻率等)所反映的古氣候、古環(huán)境信息。磁化率高值對應(yīng)細(xì)粒沉積物(粉砂質(zhì)泥、泥質(zhì)粉砂),這與呼倫湖研究一致,當(dāng)氣候干旱時,沉積物較粗,主要為細(xì)砂,此時湖泊水位較低,磁化率值亦低;而當(dāng)氣候濕潤時,沉積物相對較細(xì),主要為粉砂質(zhì)泥,或泥質(zhì)粉砂,此時湖泊水位較高,相應(yīng)磁化率值亦升高[18~20]。王心源等[21]對安徽巢湖的研究也發(fā)現(xiàn)低頻磁化率值與黏土含量呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)r=0.782,而與粉砂組分百分比含量成負(fù)相關(guān)(r=0.785)。俞立中等[3,22]曾對云南滇池鉆孔(草2孔)據(jù)推測,砂質(zhì)樣品磁性低,是由于受近岸帶水和空氣介質(zhì)的反復(fù)分解和破壞,磁性礦物被機(jī)械破碎和化學(xué)分解,或分選出去;而形成于開闊湖的泥質(zhì)沉積物,處于較穩(wěn)定環(huán)境,磁性礦物易于保存。由以上分析認(rèn)為,BDQ0608鉆孔沉積物磁化率與粒度呈反相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)較小(表1),說明磁化率不僅受沉積過程中水動力大小的影響,而在沉積后受后期的沉積環(huán)境(溫度、水分等)影響較大。粗顆粒磁化率較小,可能是由于其所含磁性礦物被機(jī)械破碎和化學(xué)分解,或分選出去,從而使沉積物粗顆粒磁化率為低值。而黏土沉積物磁化率含量較高,一方面由于黏土沉積為氣候濕潤湖泊水體較大,磁性礦物受到較小的破壞保存較好,另一方面還有可能由于湖泊水體較大形成相對還原的環(huán)境有利于鐵磁性硫化物鐵礦生成的緣故。
青藏高原現(xiàn)代遙感影像與氣候數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明,整個高原近20年植被凈初級生產(chǎn)力(NPP)變化趨勢與年均溫的變化趨勢比較一致,其相關(guān)性達(dá)到顯著性水平[23]。因此,高海拔湖泊沉積中有機(jī)碳含量的變化更能敏感地反映水體和環(huán)境的冷暖變化[24~26]。黃麒等[27]通過對察爾汗鹽湖近750 ka氣候演化研究表明,沉積剖面有機(jī)碳高值段對應(yīng)暖期,低值段對應(yīng)冷期。青藏高原RH孔的研究也得出相同的結(jié)論[28]。當(dāng)氣候溫暖濕潤時,陸生植物和水生生物較繁盛,導(dǎo)致總有機(jī)碳含量增大;當(dāng)氣候寒冷時陸生植物減少,湖泊原始生產(chǎn)力降低,使總有機(jī)碳含量下降。而且TOC與色度a*值呈正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)性較好(表1),表明在高有機(jī)質(zhì)段溫度可能較高。前人研究結(jié)果顯示,大量的有機(jī)質(zhì)混入,可以使因物源碎屑中帶來的磁性礦物的相對含量降低,從而使磁化率降低[29]。通過對整個巖芯總有機(jī)碳含量的分析來看(圖2),我們認(rèn)為本巖芯中總有機(jī)碳對磁化率的沖淡作用較小或者不存在沖淡作用。只是在某些層位沉積了較高的總有機(jī)碳可能會對磁化率有一定的稀釋作用,分別出現(xiàn)在28.5~30 m、82~86 m和94~ 96 m。從圖2中我們可以看出,磁化率與總有機(jī)碳含量呈正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為r=0.477,n=972)。磁化率升高可能是由于溫度大幅升高時,湖泊水體增加,湖面增高,湖泊中大量的微生物活動,高湖面使湖泊還原面積擴(kuò)大,有利于自生的鐵細(xì)菌產(chǎn)生具有較強(qiáng)磁性的莓球狀黃鐵礦[31]。胡守云等[10]認(rèn)為,磁鐵礦系來自湖泊流域的碎屑礦物,次生的鐵磁性硫化鐵是在相對還原、富有機(jī)質(zhì)環(huán)境中自生生成。熱退磁分析中我們也認(rèn)為鐵磁性礦物中有鐵磁性硫化鐵的存在。
因此我們認(rèn)為總有機(jī)碳含量高值段磁化率值也較高,其原因可能因為在高有機(jī)質(zhì)段有利于鐵磁性硫化物鐵礦生成的緣故。還有可能高的總有機(jī)碳一般都對應(yīng)氣候溫暖濕潤的高湖面,使磁性礦物易于保存,使它不至被分解和破壞。但從圖2中可以看出,它們的波動幅度又有一定的差異,說明它們在沉積過程中還受到其它不同因素的影響。進(jìn)一步表明湖泊沉積物磁化率作為氣候代用指標(biāo)的復(fù)雜性。在應(yīng)用過程中不能簡單的套用已有的結(jié)論,要充分考慮區(qū)域氣候的特征及湖泊的沉積環(huán)境。
20世紀(jì)90年代后,在ODP對大西洋的海洋沉積物研究中,逐漸引入了CIE/L*a*b*表色系,用于研究千年尺度的氣候環(huán)境變化[31,32],在CIE表色系中, L*表示亮度,受控于沉積物的碳酸鹽和有機(jī)質(zhì)含量變化;a*為紅-綠彩度,主要受控于碳酸鎂含量及二價與三價鐵礦物的組成;b*為黃-藍(lán)彩度,主要受控于不同價態(tài)的鐵的氫氧化物的含量[31].cheffer等[33]人發(fā)現(xiàn)只需1.7%的赤鐵礦就可使土壤變成紅色。通過對整個巖芯研究發(fā)現(xiàn),整個巖芯中色度a*值都比較低,最大值為13.01。平均值為0.52。并且高a*值大都對應(yīng)于顏色發(fā)紅(鐵銹色、褐色和黃色)的層位,由磁性礦物的物源分析可知磁性礦物中可能含有赤鐵礦,也有部分可能是后期的氧化環(huán)境中生成的。但從色度的值來看不論赤鐵礦是后期氧化生成的還是通過各種應(yīng)力從流域帶來的其含量都比較低致使在熱退磁過程中該成分表現(xiàn)不明顯。李才林等[34]也認(rèn)為彩度(a*和b*)代表了當(dāng)時環(huán)境下的氧化-還原程度,鐵的氧化物可能為其顏色的主要貢獻(xiàn)者。巖芯的顏色發(fā)紅(鐵銹色、褐色和黃色)可能由于赤鐵礦的染色的緣故。由此我們認(rèn)為本巖芯磁性礦物中含有赤鐵礦,色度a*值主要受赤鐵礦含量的控制,高a*值指示相對較強(qiáng)氧化環(huán)境,溫度較高。色度a*值與磁化率呈很好的正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)r=0.644,n=972)(表1),赤鐵礦含量的多少可以對磁化率值高低的變化起到一定的貢獻(xiàn),但它主要是控制沉積物紅度(色度a*值)的變化,而色度a*值與磁化率曲線的變化呈良好的正相關(guān)關(guān)系,說明它們的變化受相同的環(huán)境因素控制
本文對青藏高原腹地可可西里地區(qū)BDQ0608鉆孔進(jìn)行了磁化率的測量,同時分析了粒度、總有機(jī)碳和色度。并且對樣品進(jìn)行了熱退磁分析。得出如下幾點(diǎn)結(jié)論:
(1)通過熱退磁及巖性分析表明,影響磁化率高低的磁性礦物主要有磁鐵礦、磁赤鐵礦、針鐵礦和鐵磁性硫化物,赤鐵礦表現(xiàn)不太明顯。它們的含量多少直接影響磁化率的高低變化。
(2)沉積物磁化率與沉積物黏土的含量呈正相關(guān)關(guān)系。磁性礦物在粉砂-黏土質(zhì)沉積物中較為富集。其形成原因主要是與湖泊保存條件有關(guān)。
(3)磁化率的大小與總有機(jī)碳含量呈正相關(guān)關(guān)系,可能主要受溫度和濕度的控制,一方面高的總有機(jī)碳一般都對應(yīng)氣候溫暖濕潤的高湖面,使磁性礦物易于保存,使它不至被分解和破壞。,另一方面又由于高有機(jī)碳的湖泊可以有利于鐵磁性硫化物的生成。
(4)沉積物色度a*值與磁化率呈明顯的正相關(guān)關(guān)系,色度a*值主要受赤鐵礦含量控制,其高低主要反映當(dāng)時氧化作用的強(qiáng)弱。
文章只是簡單從環(huán)境代用指標(biāo)與磁化率之間的關(guān)系進(jìn)行了簡單的分析,至于它們對磁化率影響的貢獻(xiàn)究竟有多大,還有待磁性礦物含量多少的測定和結(jié)合其它物理、化學(xué)、生物等多種指標(biāo)的輔助研究。
致謝 鄂崇毅參加野外打鉆工作,在成文過程中課題組的其他同學(xué)提出寶貴的意見,在此深表謝意。
References)
1 俞立中,許羽,許世遠(yuǎn),等。太湖沉積物的磁性特征及其環(huán)境意義[J]。湖泊科學(xué),1995,7(2):141-150[Yu Lizhong,Xu Yu,Xu Shiyuan,et al.Paleoenvironmental implication ofmagnetic measurements on sediment cores from Taihu lake,east China[J].ournal of Lake Sciences,1995,7(2):141-150]
2 胡守云,吉磊,王蘇民,等。呼倫湖地區(qū)扎賚諾爾晚第四紀(jì)湖泊沉積物的磁化率變化及其影響因素[J]。湖泊科學(xué),1995,7(1):33-40[Hu Shouyun,Ji Lei,Wang Sumin,et al.Change and influence factors ofmagnetic susceptibility of the late Quaternary lacustrine sediments in Jula nur,Hulun lake area[J].ournal of Lake Sciences, 1995,7(1):33-40]
3 Yu Lizhong,Oldfield F,Wu Yushu,et al.Paleoenvironmental implication ofmagnetic measurements on sediment core from Kunming Basin,Southwest China[J].ournal of Paleolimnology,1990,3:95-111
4 朱立平,陳玲,陳平中,等。環(huán)境磁學(xué)反映的藏南沉錯地區(qū)13000年來冷暖變化[J]。第四紀(jì)研究,2001,(6):520-527[Zhu Liping, Chen Ling,Chen Pingzhong,et al.Cold/warm fluctuations of the last 1300 years reflected by environmental magnetism in the Chencuo, southern Tibet[J].uaternary Sciences,2001,21(6):520-527]
5 王蘇民,李建仁。湖泊沉積-研究歷史氣候的有效手段[J]??茖W(xué)通報,1991,36:54-56[Wang Sumin,Li Jianren.Lacustrine sediments-an effective way to research the historical climatic variation[J].hinese Science Bulletin,1991,36(1):54-56]
6 宋春暉,高東林,方小敏。青藏高原昆侖山埡口盆地晚新生代高精度磁性地層及其意義[J]。科學(xué)通報,2005,50(19):2145-2154 [Song Chunhui,Gao Donglin,Fang Xiaomin.Late Cenozoic high-resolution magnetic stratigraphy and its significance in Kunlun pass basin of Tibetan plateau[J].hinese Science Bulletin,2005,50(19): 2145-2154]
7 張振,宋春暉,張平。青藏高原昆侖山埡口盆地晚上新世以來沉積物磁化率與氣候變化[J]。江蘇地質(zhì),2007,31(3):192-199[Zhang Zhen,Song Chunhui,Zhang Ping,etal.Magnetic susceptibility of lacustrine sediments and climatic change in Kunlun pass basin of Tibetan plateau since late Pliocene[J].iangsu Geology,2007,31(3):192-199]
8 Laj C,Kissel C,Mazaud A,et al.North Atlantic paleointensity stack since 75ka(NAPIS-75)and the duration of the Laschamp event[J].hilosophical Transactions Royal Society London A,Mathematical, Physical and Engineering Sciences358,2000,358:1009-1025
9 Deng C L,Zhu R X,Verosub K L,etal.Paleoclimatic significance of the temperature-dependent susceptibility of Holocene loess along a north-south transect in the Chinese loess plateau[J].eophysic Research Letter,2000,27(22):3715-3718
10 胡守云,鄧成龍,Appel E,等。湖泊沉積物磁學(xué)性質(zhì)的環(huán)境意義[J]??茖W(xué)通報,2001,46(17):1491-1494[Hu Shouyun,Deng Chenglong,Appel E,et al.Environmentalmagnetic studies of lacustrine sediments[J].hinese Science Bulletin,2001,46(17):1491-1494]
11 Andrew PR.Magnetic properties of sedimentary greigite(Fe3S4)[J].arth Planet Science Letters。,1995,134:227-236
12 Snowball I,Thompson R.A stable chemical remanence in Holocene sediments[J].eophysical Research。1990,95:4471-4479
13 楊勝利,方小敏,李吉均,等。表土顏色和氣候定性至半定量關(guān)系研究[J]。中國科學(xué):D輯,2001,31(增刊):175-181[Yang Shengli, Fang Xiaomin,Li Jijun,etal.Transformation functions of soil color and climate[J].cience in China:series D,2001,31(S1):175-181]
14 楊曉強(qiáng),李華梅。泥河灣盆地典型剖面沉積物磁化率特征及其意義[J]。海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),1999,19(1):75-84[Yang Xiaoqiang,Li Huamei.The magnetic susceptibility characteristics of the typical sections of the Nihewan basin and its implication[J].arine Geology&Quaternary Geology,1999,19(1):75-84]
15 余俊清,Kelts K。末次冰消期晚期青藏高原東北部氣候變化[J]。第四紀(jì)研究,2002,22(5):413-423[Yu Junqing,Kelts K.Climatic change in the northeast Tibetan plateau during the late glacial/Holocene transition[J].uaternary Sciences,2002,22(5):413-423]
16 崔建新,周尚哲,韓海濤,等。河北任丘剖面河湖相沉積及全新世水文氣候事件[J]。海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2005,25(4):107-113 [Cui Jianxin,Zhou Shangzhe,Han Haitao,et al.Fluvial-lacustrine sediments and Holocene climatic and hydrologic events in the Renqiu section,Hebeiprovince[J].arine Geology&Quaternary Geology, 2005,25(4):107-113]
17 吳瑞金。湖泊沉積物的磁化率、頻率磁化率及其古氣候意義[J]。湖泊科學(xué),1993:5(2):128-135[Wu Ruijin.Magnetic susceptibility and frequency dependent susceptibility of lacustrine sediments and their paleoclimate implication[J].ournal of Lake Sciences,1993,5 (2):128-135]
18王蘇民,吉磊,羊向東,等。呼倫湖——古湖泊學(xué)研究[M]。合肥:中國科技大學(xué)出版社,1995[Wang Sumin,Ji Lei,Yang Xiangdong,et al.The Research about Ancient Lake:The Case of Hulun Lake[M].efei:University of Science and Technology of China Press,1995]
19 Wang Sumin,The record of Younger Dryas event in the lake sediment from Jalai Nur,Inner Mongolia[J].hinese Science Bulletin,1994, 39(10):831-835
20 胡守云,王蘇民,Appel E,等。呼倫湖湖泊沉積物磁化率變化的環(huán)境磁性制[J]。中國科學(xué):D輯,1998,28(4):334-339[Hu Shouyun,Wang Sumin,Appel E,et al.Environmentalmagnetism in magnetic susceptibility of Hulun lake sediments[J].cience in China:Series D,1998,28(4):334-339]
21 王心源,吳力,張廣勝,等。安徽巢湖全新世湖泊沉積物磁化率與粒度組合的變化特征及其環(huán)境意義[J]。地理科學(xué),2008,28(4): 548-553[Wang Xinyuan,Wu Li,Zhang Guangsheng,et al.Characteristics and environmental significance ofmagnetic susceptibility and grain size of lacustrine sediments since Holocene in Chaohu lake,Anhui province[J].cientia Geographica Sinica,2008,28(4):548-553]
22 張樹夫,肖家儀,俞立忠,等。湖泊沉積物礦物磁性礦物測量在古環(huán)境研究中的應(yīng)用[J]。地理科學(xué),1993,5(2):28-193[Zhang Shufu,Xiao Jiayi,Yu Lizhong,etal.Mineralmagneticmeasurement of lacustrine sediments and its environmental implication[J].cientia Geographica Sinica,1993,5(2):128-193]
23 周才平,歐陽華,王勤學(xué),等。青藏高原主要生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力的估算[J]。地理學(xué)報,2004,59(1):74-79[Zhou Caiping,Ou Yanghua,Wang Qinxue,etal.Estimation of net primary productivity in Tibetan plateau[J].cta Geographica Sinica,2004,59(1):74-79]
24 沈吉,張恩樓,夏威嵐。青海湖近千年來氣候環(huán)境變化的湖泊沉積記錄[J]。第四紀(jì)研究,2001,21(6):508-513[Shen Ji,Zhang Enlou,XiaWeilan.Records from lakes sedimentsof the QinghaiLake tomirror climatic and environmental changes of the past about 1000 years[J].uaternary Sciences,2001,21(6):508-513]
25 李世杰,王小天,夏威嵐,等。青藏高原茍魯錯湖泊沉積記錄的小冰期氣候變化[J]。第四紀(jì)研究,2004,24(5):578-584[Li Shijie,Wang Xiaotian,Xia Weilan,et al.The Little Ice Age climate fluctuations derived from lake sediments of Goulucuo,Qinghai2Xizang Plateau[J].uaternary Sciences,2004,24(5):578-584
26 吳敬祿,劉建軍,王蘇民。近1500年來新疆艾比湖同位素記錄的氣候環(huán)境演化特征[J]。第四紀(jì)研究,2004,24(5):585-590[Wu Jinglu,Liu Jianjun,Wang Sumin.Climatic change record from stable isotopes in Lake Aibi,Xinjiang during the past 1500 years[J].uaternary Sciences,2004,24(5):585-590]
27 黃麒,孟昭強(qiáng),劉海玲,等。柴達(dá)木盆地查爾汗鹽湖區(qū)古氣候波動模式的初步研究[J]。中國科學(xué):B輯,1990,(6):652-663[Huang Qi,Meng Zhaoqiang,Liu Hailing,et al.The preliminary study of ancient climate fluctuation patterns of Qarhan salt lake,Qaidam Basin [J].cience in China:Series B,1990,(6):652-663]
28 張平中,王先彬,陳踐發(fā),等。青藏高原RH孔沉積有機(jī)質(zhì)δ13C和氫指數(shù)記錄[J]。中國科學(xué)(B輯),1995,6:450-463[Zhang Pingzhong,Wang Xianbin,Chen Jianfa,etal.The records aboutorganic matter,13C and Hydrogen index in the RH core of Tibetan plateau [J].cience in China(Series B),1995,(6):450-463]
29 John Hilton.A simplemodel for the interpretation ofmagnetic records in lacustrine and ocean sediments[J].uaternary Research,1987, 27:160-166
30 曹潔,張家武,張成君,等。青藏高原北緣哈拉湖近800年來湖泊沉積及其環(huán)境意義[J]。第四紀(jì)研究,2007,27(1):100-107[Cao Jie,Zhang Jiawu,Zhang Chengjun,et al.Environmental changes during the past800 years recorded in lacustrine sediments from Hala lake in the northern Tibetan plateau[J].uaternary Sciences,2007, 27(1):100-107]
31 Seiya Nagao,Satoru Nakashima.The factors controlling vertical color variations of north Atlantic Maderia abyssal plain sediments[J].a-rine Geology,1992,109(1-2):83-94
32 Jan PHelmke,Michael Schulz,Henning A Bauch.Sediment-color record from the Northeast Atlantic reveals patterns ofmillennial-scale climate variability during the past 500000 years[J].uaternary Research,2002,57:49-57
33 Scheffer f,Welte E,Zur Ftage der Eisinoxidhydrate im Boden[J].hm Erde,1958,19:51-64
34 李才林。江淮平原末次冰消期以來環(huán)境變化的鉆孔記錄[D]。南京師范大學(xué),2007[Li Cailin.The core records about environmental change in Jianghuai plain since last deglaciation[D].anjing Normal University,2007]
M agnetic Susceptibility and Its Environmental Significance of Lake Sediments in Tibet Plateau
TIAN Qing-chun YANG Tai-bao ZHANG Shu-xin SHIPei-hong ZHANG Jun-hui FAN Zhe
(College of Resources and Environment,Key Laboratory ofWest China's Environmental Systems,M inistry of Education,Lanzhou University,Lanzhou 730000)
A 106 m long sediment core named BDQ0608 was drilled from the Hohxil area in hinterland of the Tibet Plateau,and the lithology ismostly reseda lake sedimentswith partof a thin oxide color layer.The thermal demagnetization indicates thatmagnetic mineral in BDQ0608 core mainly includesmagnetite,maghemite,goethite,melnikovite,and trace hematite.Magnetic susceptibility was directly related to the composition ofmagnetic mineral.Magnetite,which abounds in sandy and argillaceous samples,was considered to derive from the detritalminerals in the basin and be amajor contributor to magnetic susceptibility of the whole core.The hematite and goethite generated under post-oxidation and oxidation-reduction conditions are both low-magnetic minerals,so they have relatively little contributions to themagnetic susceptibility.Furthermore,it should be specially pointed out that ferromagnetic iron sulfide which dominatesmagnetism of sediments in the argillaceous sedimentswould inducemuch highermagnetic susceptibility than the others.In addition,magnetic susceptibility,grain size,TOC and color reflectancewere analyzed at10 cm intervals.The positive correlation between magnetic susceptibility and clay content is attributed to the destruction of themucus pyrite formed late andmagneticminerals from sand sediments.Meanwhile,comparingmagnetic susceptibility with TOC and color reflectance a*separately,the results indicated that there are both positive correlation between them,which may bemainly affected by temperature and humidity.On the one hand,high TOC content implied that the climate during this period waswarm and humid corresponding to high lake water level,which could avoid destroyingmagneticminerals in the sediments.On the other hand,itwas beneficial to the generation of ferromagnetic sulfide in the lakeswith high TOC content.The amount of hematite could have a certain contribution to the change of magnetic susceptibility,but itmainly dominated red degrees value(color reflectance a*values)of sediments.So,low color reflectance values of the sediments show less hematite content,but itmay also be the reason for the poor performance of the thermal demagnetization process of hematite.The good positive correlation between color reflectance a*values and the changes in magnetic susceptibility curve showed that the varieties of them were subjected to the same environmental factors.Nevertheless,the fluctuation ofmagnetic susceptibility is not in line with other proxies, and influenced by ambient environment condition during the period of sediment formation.Although as an environmental proxymagnetic susceptibility can reflect environmental changes well,wemust combine with other high accurate environmental proxies to improve the accuracy of paleoenvironmental reconstruction.
magnetic susceptibility;lake deposit;Hohxil area
田慶春 男 1982年出生 博士研究生 湖泊沉積與環(huán)境演變 E-mail:tianqch06@lzu.cn
P932
A
1000-0550(2011)01-0143-08
①國家自然科學(xué)基金項目(批準(zhǔn)號:40871057)資助。
2009-10-05;收修改稿日期:2010-01-15