吳　漢　常鳳琴　張虎才　李華勇　蒙紅衛(wèi)　段立曾 劉東升　李　楠　朱夢姝

(云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院/高原湖泊生態(tài)與全球變化重點實驗室/高原地理過程與環(huán)境云南省重點實驗室　昆明　650500)

?

瀘沽湖表層沉積物粒度空間分布特征及其影響因素

吳漢常鳳琴張虎才李華勇蒙紅衛(wèi)段立曾 劉東升李楠朱夢姝

(云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院/高原湖泊生態(tài)與全球變化重點實驗室/高原地理過程與環(huán)境云南省重點實驗室昆明650500)

選擇位于青藏高原和云貴高原過渡區(qū)的瀘沽湖作為研究對象，對南部主湖區(qū)70個表層沉積物樣品進行了粒度分析，結(jié)合湖泊周圍自然地理要素，探討了粒度各組分在空間上的分布特征及其影響因素。結(jié)果表明：瀘沽湖南部主湖區(qū)表層沉積物沉積類型以黏土質(zhì)粉砂為主，少數(shù)樣品為砂質(zhì)粉砂、砂，礫石主要分布在研究區(qū)南部和北部湖濱帶，其中粉砂是該研究區(qū)的優(yōu)勢粒級。另外，南部主湖區(qū)表層沉積物粒度各組分分布具有明顯的空間差異性，其中研究區(qū)東南側(cè)及西南側(cè)由于受入湖河流(山跨河、三家村河)的影響，導(dǎo)致黏土組分呈舌狀分別向北、向東北方向延伸，但東南側(cè)由于受湖水外流形成的定向湖流頂托作用，對研究區(qū)物源的貢獻較弱；研究區(qū)西北部砂組分由于受到懸移作用和定向湖流影響，由西北向東南方向凸出；由于受反時針環(huán)流作用的影響，大量細(xì)粒物質(zhì)由研究區(qū)北部和西南側(cè)懸移至研究區(qū)南部并沉積下來，使得此處有大量細(xì)物質(zhì)沉積。同時指出，瀘沽湖南湖表層沉積物粒度空間分布的差異性特征受控于湖泊沉積動力過程及沉積物對環(huán)境變化響應(yīng)敏感程度的差異，研究湖泊表層沉積物粒度組成不僅對于認(rèn)識湖泊水動力及物質(zhì)輸入狀況有很大的促進作用，對合理選擇鉆孔巖芯位置、開展湖泊沉積古氣候環(huán)境變化研究具有一定的參考意義。

瀘沽湖表層沉積物粒度空間分布

0　引言

湖泊作為陸地上相對獨立的自然綜合體，是巖石圈、水圈、生物圈和大氣圈相互作用的連接點，記錄了區(qū)域內(nèi)環(huán)境變化的綜合信息[1-2]。和其他各種自然載體(冰芯、石筍、黃土、深海沉積物、樹輪)相比，湖泊沉積物具有沉積物信息量大、沉積連續(xù)、沉積速率大、分辨率高、地理覆蓋面廣等特點，使其成為古氣候、古環(huán)境研究的理想材料，吸引了眾多學(xué)者的目光[1]。其中，湖泊表層沉積物作為研究現(xiàn)代湖泊的載體，是物理、化學(xué)、生物、水文及地質(zhì)構(gòu)造等諸多要素在沉積物形成過程中的綜合體現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于各種湖泊生態(tài)環(huán)境評價、污染事件調(diào)查等領(lǐng)域，是研究現(xiàn)代沉積學(xué)的重要手段[2]。粒度作為利用沉積物重建古環(huán)境的代用指標(biāo)之一，因其測試簡單、費用少、干擾因素少等特點，被廣泛應(yīng)用于各種沉積環(huán)境研究中[3-6]。其中沉積物粒度分布特征被廣泛應(yīng)用于搬運介質(zhì)、搬運方式以及沉積環(huán)境等方面的研究，并取得了很大進展[7]，受到湖泊研究者的廣泛而持續(xù)的關(guān)注[4-5]。

云貴高原地處東亞季風(fēng)與印度季風(fēng)的交匯地帶，是對全球變化響應(yīng)和反饋最敏感的地區(qū)之一[8]，也是眾多研究者重點關(guān)注的地區(qū)之一。自20世紀(jì)90年代以來，針對該地區(qū)湖泊的古氣候研究開展了很多工作，如早期的陳敬安[9-10]、周靜[11]、張振克[8,12]、沈吉等[13]陸續(xù)開展了洱海全新世以來的古氣候研究；吳艷宏等[14]開展了滇池13kaB.P.以來氣候演化的研究；陳敬安等[15]通過化學(xué)指標(biāo)對程海進行了研究，重建近代以來氣候演化序列；劉占紅等[16]開展了納帕海古環(huán)境演化的研究；張虎才等[17-18]對云南主要湖泊進行了大范圍的考察和鉆孔巖芯提取。近年來，研究者們對滇中和滇西北地區(qū)，如星云湖[19-21]、杞麓湖[22]、天才湖等[23-24]湖泊進行了古生態(tài)和古湖泊學(xué)意義研究，瀘沽湖的研究也主要集中在古氣候方面[25-26]，并在此基礎(chǔ)上對不同時間尺度的環(huán)境演變進行了恢復(fù)和重建。然而到目前為止，針對該區(qū)域的研究主要集中在古氣候和古環(huán)境等方面的重建，對其表層沉積物的研究相對較少。在以往的研究中，以沉積物粒度為古環(huán)境代用指標(biāo)，均著眼于全樣品粒度各組分含量的變化，而對于整個湖泊現(xiàn)代沉積物中粒度組分與沉積環(huán)境的探討不多。此外，由于粒度指標(biāo)在環(huán)境解釋方面具有多解性，往往需要結(jié)合其他代用指標(biāo)或者氣象資料進行分析才能確定粒度指標(biāo)與環(huán)境指向之間的差異[27]，因此對湖泊表層沉積物的粒度組分研究有助于了解粒度相關(guān)指標(biāo)空間分布的控制因素，從而進一步認(rèn)識粒度相關(guān)指標(biāo)所揭示的氣候環(huán)境意義。

本文選擇瀘沽湖南湖作為研究對象，通過對其表層沉積物粒度進行測試，分析沉積物粒度的空間分布特征及變化趨勢，結(jié)合自然地理環(huán)境，探討影響其空間分布特征的控制因素，并在此基礎(chǔ)上，可以較為準(zhǔn)確地選擇與確定鉆孔巖芯提取位置，進而運用沉積物粒度指標(biāo)重建該地區(qū)古氣候與古環(huán)境的演化歷史。

1　研究區(qū)概況

瀘沽湖位于四川和云南交界處(27°41′ ～ 27°45′N，100°45′ ～ 100°50′E)，是云貴高原第二深淡水湖(圖1)，呈北西—東南走向，為構(gòu)造作用形成的斷陷湖盆。瀘沽湖從形態(tài)上可分為北部和南部兩部分湖區(qū)，湖中分布有6個大小不一的石質(zhì)小島。湖面海拔約2 692.2m(2005年實測數(shù)據(jù))，相應(yīng)湖水面積57.7km2、流域面積216km2。湖泊平均水深38.4m、最大水深105.3m。湖水主要由湖面降水和地表徑流補給，入湖主要河流有南岸的三家村河、落水村河、山跨河等，其中山跨河為瀘沽湖流域較長的河流，出湖河流主要為海門河。瀘沽湖是一個永不凍結(jié)的湖泊，其湖水溫度為10.0C～21.4C。湖區(qū)屬于亞熱帶高原季風(fēng)氣候，年平均溫度12.9C，1月份均溫為5.4C，7月份均溫為18.9C；年降水量介于730～850mm，89%的降水主要集中在6—10月，每年11月份至翌年4月份，由于受西風(fēng)帶南移的影響，該區(qū)干暖少雨；5—10月，受來自印度洋的西南季風(fēng)影響，降水充沛，形成明顯的干濕兩季[28-29]。湖區(qū)周圍森林覆蓋率較高，以落葉闊葉次生林和落葉闊葉、落葉針葉次生混交林為主，水生植物廣泛分布[30]。草海位于瀘沽湖南部水域的東部地區(qū)，面積約為8.7km2，是瀘沽湖外出水流必經(jīng)之地[30]。此外，瀘沽湖是一個典型的半封閉式深水貧營養(yǎng)湖泊，人類干擾作用較小，水質(zhì)為國家地面水Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，由于其沉積連續(xù)，沉積速率穩(wěn)定且有機質(zhì)豐富，是開展現(xiàn)代環(huán)境變化研究的天然實驗場地[26,31]。

2　材料與方法

2013年11月采用奧地利產(chǎn)水上平臺活塞取芯設(shè)備在瀘沽湖南部(以下簡稱瀘沽湖南湖)中心位置采集長鉆巖芯LGH-1工作過程中，利用重力鉆在南湖不同部位采集表層(現(xiàn)代)沉積物樣品70個，采樣點水深介于2.7～49.8m，基本覆蓋南湖各個區(qū)域，樣品采集厚度約為1～2cm，并在現(xiàn)場描述，分別裝入聚乙烯樣品袋，運回實驗室低溫(4C左右)保存，以備分析所用。此外，本課題組于2014年9月對瀘沽湖進行了大規(guī)?？疾?，調(diào)查了瀘沽湖湖區(qū)及其周圍自然環(huán)境狀況。本文對所采沉積物樣品進行粒度分析，實驗步驟如下：

圖1　瀘沽湖流域、水深及采樣點分布Fig.1　The catchment, water depth and the distribution of sampling points in Lugu Lake

在實驗室稱取烘干的樣品約0.25g放入50mL的燒杯中(對于含有粗粒的樣品首先過篩，選取粒徑小于2mm的樣品進行分析)，加入10mL濃度為10%的HCl溶液，然后在加熱板上進行加熱，使其充分反應(yīng)，除去樣品中碳酸鹽類；當(dāng)氣泡完全排完后，放置冷卻，然后加入10mL濃度為10%的H2O2，在加熱板適當(dāng)加熱，使其充分反應(yīng)，除去有機質(zhì)；當(dāng)氣泡排完后，靜置24小時，然后小心抽去上部清液，加入5mL濃度為10%的(NaP03)6進行分散，搖勻后置于微波震蕩儀上進行震蕩供測定。本分析采用英國Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer2000型激光粒度儀進行測定，該儀器測量范圍為2～1 000μm。 在實際分析中每個樣品重復(fù)3次，取其平均值，保證重復(fù)測量相對誤差小于(1%)，對于誤差較大或測量過程中出現(xiàn)異常的樣品進行重測。以上實驗均在云南師范大學(xué)高原湖泊生態(tài)與全球變化重點實驗室完成。

本文采用謝帕德三角圖分類法對沉積物進行命名，并采用矩法對樣品的粒度參數(shù)(平均粒徑(Mz)、分選系數(shù)(S0)、偏態(tài)(SkΦ)和峰態(tài)(Kg))進行計算。將計算的結(jié)果用ARCGISMAP10.1軟件進行克里格插值，得到各種粒度參數(shù)空間分布圖。

3　結(jié)果

3.1表層沉積物粒度組成及類型

瀘沽湖南湖表層沉積物粒級按照Udden-Wentworth標(biāo)準(zhǔn)劃分為黏土(<4μm)、粉砂(4～64μm)和砂(>64μm)3種組分來反映表層沉積物粒度組成的變化。粒度各組分百分含量在研究區(qū)的空間分布等值線如圖2所示。其中黏土組分的百分含量介于7.47%～41.32%，平均值為27.28%。黏土組分含量的空間分布總的趨勢具有明顯的似同心圓狀空間分布特點(圖2a)，即黏土高值區(qū)主要分布在靠近中心湖盆的深水區(qū)，低值區(qū)分布在靠近湖岸的淺水區(qū)。前人研究表明[25-26,32]，瀘沽湖湖泊沉積速率的空間分布具有深水區(qū)高、淺水區(qū)低等特點，即使從年沉積通量的角度分析，黏土含量的仍然具有上述的空間分布特點。然而在本研究區(qū)域的低值區(qū)范圍內(nèi)，如研究區(qū)南部靠近湖岸的地方，也存在高值區(qū)(其高值區(qū)呈舌狀向東南方向延伸)。通過對瀘沽湖南湖表層沉積物黏土含量與對應(yīng)的深度進行了相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)黏土含量與水深呈顯著正相關(guān)(r=0.65，p<0.01)，這表明湖泊沉積物粒度是隨著深度增加而變細(xì)，符合湖泊沉積的一般規(guī)律。

粉砂組分的百分含量分布如圖2b所示，其變化范圍為50.07%～77.39%，平均值為66.50%，為本研究區(qū)域的優(yōu)勢粒級。除湖區(qū)東部外，絕大部分區(qū)域的粉砂組分含量都大于62%，且湖區(qū)東北部粉砂組分呈現(xiàn)出由東北向西南方快速變化的趨勢。相對而言，研究區(qū)的西南部粉砂組分變化較為緩和。

圖2　瀘沽湖南湖表層沉積物中黏土(a)、粉砂(b)、砂百分含量(c)分布及碎屑沉積類型(d)分布Fig.2　The percentage content of clay (a), silt (b), sand (c) in the surface sediments and detrital sediment (d) in Lugu Lake

砂組分的百分含量波動于0.11%～41.71%，平均值為6.21%(圖2c)。砂含量在研究區(qū)的空間分布總趨勢與黏土的含量分布趨勢相反，即靠近深水區(qū)，砂含量較低，淺水區(qū)砂含量較高，尤其靠近草海的區(qū)域；研究區(qū)域低值區(qū)主要靠近東部湖心的深水區(qū)，但在南部的淺水區(qū)域也存在低值區(qū)。通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，在靠近草海的湖區(qū)，沉積物砂組分含量與黏土、深度分別呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r分別為-0.772(p<0.01)和-0.636(p<0.01)，這表明在該區(qū)域隨著湖泊深度增加，湖泊表層沉積物粗顆粒在減少，細(xì)顆粒物質(zhì)在增加。

以上分析表明，瀘沽湖南湖表層沉積物70個樣品(除湖濱粗樣)主要以粉砂和黏土為主，其中粉砂為研究湖區(qū)的優(yōu)勢粒級，砂含量較低，含大量礫石的沉積物主要分布在研究區(qū)北部和南部湖濱帶(圖2d)。根據(jù)沉積物的命名規(guī)則[33]，該研究區(qū)域表層沉積物樣品主要類型為黏土質(zhì)粉砂，少數(shù)幾個樣品為砂質(zhì)粉砂、砂(圖3)。

圖3　瀘沽湖南湖表層沉積物謝帕德三角分類示意圖Fig.3　Classification of surface sediments by Shepard Triangle classification method in Lugu Lake

3.2沉積物粒度參數(shù)變化特征

沉積物粒度參數(shù)主要反映沉積物形成時物質(zhì)來源、輸送介質(zhì)和沉積環(huán)境等信息。在湖泊沉積物研究中，常用的粒度參數(shù)有平均粒徑(Mz)、分選系數(shù)(S0)、偏態(tài)(SkΦ)和峰態(tài)(Kg)[34]。其中平均粒徑是衡量沉積物顆粒平均大小的一種指標(biāo)，可以敏感地反映出沉積物沉積時水動力的大??；分選系數(shù)是用來表示沉積物分選性好壞的參數(shù)，同時也反映了沉積顆粒的差異性；偏態(tài)常用來測量頻率曲線的不對稱程度，與分選性有密切關(guān)系。分選很好的單峰沉積物，頻率曲線是對稱的，而當(dāng)有另一組或粗或細(xì)的顆粒少量加入時，分選較差，頻率曲線變?yōu)椴粚ΨQ，或為正偏或為負(fù)偏；峰態(tài)是用來測量頻率曲線兩尾端與曲線中央部分分選的比率，反映了顆粒粒徑分布的集中程度[34]。

從圖4a中可以看出，研究區(qū)沉積物平均粒徑介于2.66～47.80μm之間，平均值為4.42μm，變幅較大。分析發(fā)現(xiàn)，平均粒徑變化具有明顯的規(guī)律性，其空間分布總趨勢和黏土變化具有一致性，即粗粒沉積物主要分布于靠近湖岸水動力比較強的區(qū)域，而細(xì)顆粒物質(zhì)分布在深水區(qū)。其中，湖區(qū)東部顆粒呈現(xiàn)出由東向西迅速變細(xì)的趨勢，通過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)與湖區(qū)底部的地形和水草的分布有關(guān)，而湖盆中心以西顆粒變化不大。

沉積物分選系數(shù)介于0.43～5.63，平均值為3.34。根據(jù)分選系數(shù)等級表，該區(qū)域的分選性包括分選良好、分選中等良好、分選中等、分選差、分選很差幾種，根據(jù)分選系數(shù)繪制的等值線圖如4b所示。依據(jù)數(shù)據(jù)分析可以得出，該研究區(qū)湖泊現(xiàn)代沉積粒度分選性呈現(xiàn)兩種分布模式，即研究區(qū)的西部分選性較差，而東部分選性則較好。然而，在分選性較好的區(qū)域中也包括分選性較差的部位，如靠近東南部河流入湖處。

沉積物偏態(tài)介于-1.91～2.1，平均值為-0.40。從表層沉積物偏態(tài)等值線分布圖(圖4c)可以看出，該湖區(qū)表層沉積物偏態(tài)具有明顯的空間分布特點，形成在靠近湖盆中心偏態(tài)偏負(fù)，與越靠近湖盆中心顆粒越細(xì)相關(guān)，指示處于靜水低能量環(huán)境下，水動力條件最弱；而靠近湖岸區(qū)域，偏態(tài)偏正，顆粒較粗，揭示靠近湖岸的高能環(huán)境下，水動力較強。

沉積物峰度值介于0.12～39.9之間，平均為8.34。從峰態(tài)等值線分布特征(圖4d)可以看出，該研究區(qū)域表層沉積物峰態(tài)和分選系數(shù)分布具有較強的相關(guān)性。通過對表層沉積物分選系數(shù)與對應(yīng)的峰度進行了相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)分選系數(shù)與峰度具有顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.889，p<0.01)。

為了進一步分析研究區(qū)隨著湖水深度的增加水動力變化的趨勢，本文選擇了受島嶼分布、河流注入影響較小的部分樣點(其位置見圖1)，繪制L1、L2剖面線，分別探討各粒度參數(shù)的變化特征(圖5)。從圖可以看出，沿L1剖面線由東向西(樣品編號28→27→26→25→24→23)至湖盆中心，沉積物粒度頻率分布曲線由雙峰、顆粒較粗，變?yōu)榧?xì)粒物質(zhì)逐漸增加，頻率曲線過渡為單峰，指示東部位于湖濱地帶的沉積物分選性較差，物源復(fù)雜；隨著水深的增加，水動力減弱，物質(zhì)搬運能力降低，沉積物以細(xì)粒為主，趨向沉積終極成分，分選性增加。沿L2剖面(樣品編號50→51→52→53→54)，沉積物頻率分布曲線變化劇烈，由多峰過渡到單峰，然后再由單峰過渡到多峰，沉積物細(xì)粒組分先逐漸增加，再逐漸減??；平均粒徑由大逐漸變?。环诌x性先好后差，最后再變差，偏態(tài)先由正逐漸向負(fù)值轉(zhuǎn)變。這說明北部靠近基巖山體，大量碎屑崩塌滾落至湖濱帶，再加上波浪的沖刷，物源復(fù)雜，水動力較強，而靠近湖心低能環(huán)境下，由于湖泊水動力較弱，粗顆粒很難搬運至此，而東南區(qū)域，隨著湖水深度逐漸變小，水動力變強，受自然和人類活動影響，物質(zhì)來源較為廣泛，頻率曲線呈現(xiàn)出多峰的變化趨勢。

圖4　瀘沽湖表層沉積物平均粒徑(a)、分選系數(shù)(b)、偏態(tài)(c)和峰態(tài)(d)空間分布圖Fig.4　The spatial distribution of mean sizes (a), sorting coefficient (b), skewness (c) and kurtosis (d) in the surface sediments of Lugu Lake

圖5　瀘沽湖南湖表層沉積物粒度參數(shù)的空間變化(剖面L1和剖面L2)Fig.5　The spatial variation of grin size parameters in the surface sediments of Lugu Lake (profile L1 and L2)

4　討論

湖泊表層沉積物粒度各組分的的空間分布特征、遷移和富集規(guī)律主要受沉積物源和沉積環(huán)境兩方面因素制約[35]，并且在不同的自然地理背景下，其主要控制因素的表現(xiàn)形式、強度等也存在很大差異。沉積物的物源往往是造成湖泊表層沉積物中粗顆粒含量在空間分布總體上存在近岸高、遠(yuǎn)岸低的主要控制因素，而沉積環(huán)境的水動力特征也是影響物質(zhì)顆粒在該研究區(qū)分布的重要因素，它與其他環(huán)境要素，如水草分布、島嶼位置等因素的綜合作用最終決定了不同區(qū)域的沉積物類型。瀘沽湖作為一個半封閉湖泊，其物源主要來源于湖盆四周風(fēng)化產(chǎn)物，由于物源面積較小，季節(jié)性的溝谷匯水和區(qū)間坡面漫流是物質(zhì)攜帶的一種主要形式。當(dāng)然，大氣中搬運的塵粒也是湖泊沉積物的主要來源之一。云南地處低緯高原氣候，干濕季分布明顯，風(fēng)力很容易搬運細(xì)顆粒作長距離運移，但考慮到粉塵堆積速率較低，本研究不考慮風(fēng)塵作用。另外，通過對瀘沽湖水深資料和變化趨勢的分析、多次在瀘沽湖流域考察及與當(dāng)?shù)刈∶窠涣?，我們認(rèn)為，瀘沽湖北湖區(qū)雖然面積較大，但是在湖中心土司島附近有限范圍內(nèi)水深從70m左右急速變?yōu)?05m以上(2005年實測數(shù)據(jù))，這不符合正常的湖泊沉積過程和水下地形變化特征(可能存在構(gòu)造活動作用)；不僅如此，在北湖分布多個小島，湖岸變化大導(dǎo)致水深變化劇烈，水下通道發(fā)育形成暗河補水入湖，也發(fā)現(xiàn)存在水下古湖岸，這些均有可能影響湖泊正常的沉積過程和沉積物的分布，造成分析數(shù)據(jù)解譯的困難和多解性。我們認(rèn)為在北湖區(qū)開展研究工作必須考慮這些情況，謹(jǐn)慎解譯分析所得數(shù)據(jù)。 對于南湖區(qū)而言，雖然在其東北部存在高水位期出水口，但由于整體水深較北湖區(qū)淺，湖底平緩，受北湖區(qū)深水沉積作用的影響較小，沉積過程穩(wěn)定，是開展湖泊沉積過程及環(huán)境演變記錄研究的理想?yún)^(qū)。

前已述及，瀘沽湖南湖粒度總體變化趨勢具有以下特點：靠近中心湖盆的深水區(qū)細(xì)顆粒含量較高，而靠近湖岸淺水區(qū)，粗顆粒較多。而在水深超過40m的湖區(qū)，由于受入湖河流動力作用影響較弱，系靜水低能環(huán)境，懸移作用加強，廣泛分布黏土質(zhì)粉砂。在研究區(qū)的東部，黏土和砂含量具有明顯的東西向分布，其中黏土含量由東向西緩慢增加，而砂的含量卻沿上述方向逐漸降低。上述粒度分布特征基本符合沉積學(xué)規(guī)律，與前人研究結(jié)果相吻合[36-37]。一般而言，在湖泊表層沉積物理想的沉積模式中，從湖岸到湖心，隨著水深逐步增大，水動力條件由強變?nèi)?，湖泊沉積物呈環(huán)狀分布，即從湖岸至湖心依次出現(xiàn)礫、砂、粉砂及黏土帶，沉積物粒徑由粗變細(xì)[36]。但由于自然界中搬運方式多且復(fù)雜，需要綜合研究影響沉積過程的不同因素[37]，如河流注入、湖浪運移方式、島嶼分布以及湖水外流產(chǎn)生定向水流等因素。

從圖2a、圖2c以及圖4a可以看出，在研究區(qū)的東南部和西南部，各有一個分支向湖盆中心延伸，其中東南部分支的黏土組分和平均粒徑由東南向北方向延伸，西南部的黏土組分和平均粒徑由西南向東北方向延伸，而砂含量卻沿上述方向遞減。從分布趨勢來看，這兩支細(xì)粒沉積主要來自東南和西南方向，這種分布與南部湖區(qū)的河流注入是密切相關(guān)的。由于注入研究區(qū)東南部的山跨河相對于其他河流匯流面積較大，而西南部則為三家村河，河流較短，但縱比降大，因此這兩條河流相對于其他較小河流而言對湖泊的物質(zhì)輸入影響較大。沿著入湖水流方向及主流兩側(cè)，隨著河流作用的減弱，沉積物粒度依次變細(xì)，黏土和粉砂含量增加，砂含量降低。值得注意的是，雖然山跨河流域面積較大，流量也較大，但河流縱比降小，勢能較弱，在入湖之前大量粗顆粒優(yōu)先沉積，致使入湖粗顆粒較少，因此對粒度分布影響程度并沒有三家村河大。此外，定向湖流的頂托作用也不可忽視。瀘沽湖湖水依賴地表徑流和湖面降水補給主要發(fā)生在夏季，夏季湖面大幅度抬升，大量湖水流向出水口，形成了明顯的由西向東的定向水流。而此時山跨河大量的河水受到出湖定向水流的頂托作用，河水向東流動，將大量的泥沙輸入到草海，而對河口區(qū)以西、以北物源補給較弱。從圖4b也可以看出，在河流入湖處，由于受沿岸侵蝕和河流作用雙重影響，沉積物分選性較差。

研究區(qū)西北部，黏土和粉砂含量變化不大，而砂含量卻由西北向東南方向呈舌狀延伸，可以看出砂組分主要來源于北部湖濱帶風(fēng)化侵蝕產(chǎn)物。由圖1等深線可以看出，該區(qū)域水深都大于40m，深度較大，基本處于靜水低能量的環(huán)境下，不能用湖浪來揭示粗粒物質(zhì)的來源，因此需要考慮到懸移作用以及南北湖湖水運移產(chǎn)生定向水流的影響。北岸分布著比較明顯的礫石帶，再加上北坡較陡，大量的碎屑崩塌散落至湖濱帶，由于受波浪沖刷的作用，形成大量的砂組分，在坡面匯流的作用下，以懸移方式向東南方向輸送。此外，受到由西向東定向水流的作用，也將部分懸移攜帶的泥沙沉積于此，形成砂組分的舌狀沉積。

在研究區(qū)的南部分布有大面積的細(xì)粒物質(zhì)沉積區(qū)，此處黏土含量較高，砂組分含量較少，平均粒徑偏細(xì)，很難用沉積動力學(xué)解釋。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因應(yīng)該與該研究區(qū)湖流帶動泥沙運移的軌跡有關(guān)。瀘沽湖以風(fēng)生流為主，其中南部主湖區(qū)以反時針環(huán)流為主[30]。湖流在運移的過程中，將水深在30m以上的湖泊底泥擾動，沿著湖流運行的軌跡運動，在湖流作用較弱的區(qū)域沉積下來。研究區(qū)南部水深大多超過30m，流速基本接近零，同時處在高山的背影區(qū)，風(fēng)力較小，湖流很難擾動底部泥沙。湖濱帶生長著大量水草也進一步阻擋了沿岸物質(zhì)向此處輸送。因此該區(qū)域細(xì)粒沉積物不可能是由于近源作用形成的，而是來源于研究區(qū)的北側(cè)及西南側(cè)，北側(cè)的細(xì)顆粒在湖流的作用下懸移至研究區(qū)南部并沉積下來，而西南側(cè)由于是河流沖積物堆積區(qū)，水深小于30m，湖流流速較大，湖流可以直接將底部細(xì)顆粒攜帶至研究區(qū)南部并沉積下來。

5　結(jié)論

通過對瀘沽湖南湖70個表層沉積物樣品的粒度組分特征、沉積物類型和粒度參數(shù)變化的分析，探討了沉積物粒度的空間分布特征，及其與沉積環(huán)境之間的關(guān)系，得出如下結(jié)論：

(1) 研究區(qū)表層沉積物樣品沉積類型主要是黏土質(zhì)粉砂，少數(shù)樣品為砂質(zhì)粉砂、砂，礫石主要分布在研究區(qū)南部和北部湖濱帶，其中粉砂是該研究區(qū)的優(yōu)勢粒級。

(2) 物質(zhì)來源和水動力條件是控制研究區(qū)表層沉積物各粒度組分分布的主要因素。研究區(qū)東南側(cè)及西南側(cè)由于受入湖河流(山跨河、三家村河)的影響，黏土組分分別呈舌狀向不同方向延伸，但東南側(cè)河流的搬運作用由于受到定向湖流頂托影響，對研究區(qū)物源貢獻不大；研究區(qū)西北部砂組分由于受到懸移作用以及由西向東定向水流影響，由西北向東南延伸；研究區(qū)南部大面積細(xì)粒沉積與該湖區(qū)常年盛行的反時針湖流有關(guān)。

(3) 湖泊沉積動力過程及沉積物對環(huán)境變化響應(yīng)敏感程度的差異決定了瀘沽湖南部主湖區(qū)表層沉積物粒度空間分布特征。研究湖泊表層沉積物粒度組成對認(rèn)識湖泊水動力及物質(zhì)輸入狀況具有重要的意義，同時也對合理選擇采樣點及開展古氣候研究具有一定參考意義。

References)

1曹建廷，王蘇民，沈吉. 湖泊沉積多學(xué)科研究的古氣候環(huán)境意義[J]. 河海大學(xué)學(xué)報，2000，28(增刊Ⅰ)：90-94. [CaoJianting,WangSuming,ShenJi.Significanceofmultidisciplinaryresearchonlakesedimentsforrecoveryofpaleoenvironment[J].JournalofHohaiUniversity, 2000, 28(Suppl.Ⅰ): 90-94. ]

2萬國江. 環(huán)境質(zhì)量的地球化學(xué)原理[M]. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1988. [WanGuojiang.TheGeochemicalPrincipleforEnvironmentalQuality[M].Beijing:ChinaEnvironmentalSciencePress, 1988. ]

3鹿化煜，安芷生. 黃土高原黃土粒度組成的古氣候意義[J]. 中國科學(xué)(D輯)：地球科學(xué)，1998，28(3)：278-283. [LuHuayu,AnZhisheng.Paleoclimaticsignificanceofgrainsizeofloess-palaeosoldepositinChineseLoessPlateau[J].ScienceChina(Seri.D):EarthSciences, 1998, 28(3): 278-283. ]

4強明瑞，陳發(fā)虎，周愛鋒，等. 蘇干湖沉積物粒度組成記錄塵暴事件的初步研究[J]. 第四紀(jì)研究，2006，26(6)：915-922. [QiangMingrui,ChenFahu,ZhouAifeng,etal.PreliminarystudyonduststormeventsdocumentedbygrainsizecomponentofSuganLakesediments,NorthQaidamBasin[J].QuaternarySciences, 2006, 26(6): 915-922. ]

5BagnoldRA.ThePhysicsofBlownSandandDesertDunes[M].London:MethuenPress, 1941: 265.

6雷國良，張虎才，張文翔，等.Mastersize2000型激光粒度儀分析數(shù)據(jù)可靠性檢驗及意義—以洛川剖面S4層古土壤為例[J]. 沉積學(xué)報，2006，24(4)：531-539. [LeiGuoliang,ZhangHucai,ZhangWenxiang,etal.Thereliabilityandsignificanceofthegrain-sizeobtainedbyMastersize2000Laseranalyzer:AcasestudyonthetypicalS4fromLuochuansection[J].ActaSedimentologicaSinica, 2006, 24(4): 531-539. ]

7柏春廣，王建. 一種新的粒度指標(biāo)：沉積物粒度分維值及其環(huán)境意義[J]. 沉積學(xué)報，2003，21(2)：234-240. [BaiChunguang,WangJian.Anewgrain-sizeindex:grain-sizefractaldimensionofsedimentanditsenvironmentalsignificance[J].ActaSedimentologicaSinica, 2003, 21(2): 234-240. ]

8張振克，吳瑞金，王蘇民，等. 近8kaB.P.來云南洱海地區(qū)氣候演化的有機碳穩(wěn)定同位素記錄[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，1998，18(3)：23-28. [ZhangZhenke,WuRuijin,WangSumin,etal.ClimateevolutionrecordedbyorganiccarbonstableisotoperatiosinErhaiLakeinthepast8kayears[J].MarineGeology&QuaternaryGeology, 1998, 18(3): 23-28. ]

9陳敬安，萬國江，康德貴，等. 洱海近代氣候變化的沉積物粒度與同位素記錄[J]. 自然科學(xué)進展，2000，10(3)：253-259. [ChenJing’an,WanGuojiang,KangDegui,etal.RecentclimatechangesrecordedbysedimentgrainsizesandisotopesinErhaiLake[J].ProgressinNaturalScience, 2000, 10(3): 253-259. ]

10陳敬安，萬國江，陳振樓，等. 洱海沉積物化學(xué)元素與古氣候演化[J]. 地球化學(xué)，1999，28(6)：562-570. [ChenJing’an,WanGuojiang,ChenZhenlou,etal.ChemicalelementsinsedimentsofLakeErhaiandpalaeoclimateevolution[J].Geochimica, 1999, 28(6): 562-570. ]

11周靜，王蘇民，呂靜. 洱海地區(qū)一萬多年以來氣候環(huán)境演化的湖泊沉積記錄[J]. 湖泊科學(xué)，2003，15(2)：104-111. [ZhouJing,WangSumin,LvJing.ClimaticandenvironmentalchangesfromthesedimentrecordofErhaiLakeoverthepast10000years[J].JournalofLakeSciences, 2003, 15(2): 104-111. ]

12張振克，吳瑞金，王蘇民，等. 全新世大暖期云南洱海環(huán)境演化的湖泊沉積記錄[J]. 海洋與湖沼，2000，31(2)：210-214. [ZhangZhenke,WuRuijin,WangSumin,etal.EnvironmentalevolutionrecordedbylakesedimentsfromErhaiLake,YunnanprovinceinHolocenemegathermal[J].OceanologiaetLimnologiaSinica, 2000, 31(2): 210-214. ]

13沈吉，楊麗原，羊向東，等. 全新世以來云南洱海流域氣候變化與人類活動的湖泊沉積記錄[J]. 中國科學(xué)(D輯)：地球科學(xué)，2004，34(2)：130-138. [ShenJi,YangLiyuan,YangXiangdong,etal.LakesedimentrecordsonclimatechangeandhumanactivitiessincetheHoloceneinErhaicatchment,Yunnanprovince,China[J].ScienceChina(Seri.D):EarthSciences, 2004, 34(2): 130-138. ]

14吳艷宏，吳瑞金，薛濱，等. 13kaB.P.以來滇池地區(qū)古環(huán)境演化[J]. 湖泊科學(xué)，1998，10(2)：5-9. [WuYanhong,WuRuijin,XueBin,etal.PaleoenvironmentalevolutioninDianchiLakeareasince13kaB.P.[J].JournalofLakeSciences, 1998, 10(2): 5-9. ]

15陳敬安，萬國江，黃榮貴. 程海近代氣候變化的化學(xué)記錄[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2000，20(1)：39-42. [ChenJing’an,WanGuojiang,HuangRonggui.RecentclimaticchangesandthechemicalrecordsinChenghaiLake[J].MarineGeology&QuaternaryGeology, 2000, 20(1): 39-42. ]

16劉占紅，謝曼平，方念喬，等. 云南中甸納帕海16000年以來硅藻植物群的演化及其古環(huán)境意義[J]. 地質(zhì)科技情報，2004，23(3)：35-39，46. [LiuZhanhong,XieManping,FangNianqiao,etal.AssemblageofdiatomsinNapaLake,Zhongdian,Yunnanprovinceandtheirenvironmentalsignificanceupto16000aB.P.[J].GeologicalScienceandTechnologyInformation, 2004, 23(3): 35-39, 46. ]

17史正濤，明慶忠，張虎才. 云南高原典型湖泊演化及環(huán)境變化初步考察[J]. 地質(zhì)力學(xué)學(xué)報，2004，10(4)：344-350，365. [ShiZhengtao,MingQingzhong,ZhangHucai.InvestigationoftheevolutionandenvironmentchangeoftypicallakesinYunnan[J].JournalofGeomechanics, 2004, 10(4): 344-350, 365. ]

18史正濤，明慶忠，張虎才. 云南高原典型湖泊現(xiàn)代過程及環(huán)境演變研究進展[J]. 云南地理環(huán)境研究，2005，17(1)：24-26，63. [ShiZhengtao,MingQingzhong,ZhangHucai.AstudyreviewonthemodernprocessesandenvironmentalevolutionofthetypicallakesinYunnan[J].YunnanGeographicEnvironmentResearch, 2005, 17(1): 24-26, 63. ]

19WhitmoreTJ,BrennerM,SongXL.EnvironmentalImplicationsoftheLateQuaternaryDiatomHistoryfromXingyunHu,Yunnanprovince,China[J].MemoirsoftheCaliforniaAcademyofScience, 1994, 17: 525-538.

20ZhangWenxiang,MingQingzhong,ShiZhengtao,etal.LakesedimentrecordsonclimatechangeandhumanactivitiesintheXingyunlakecatchment,SWChina[J].PLoSOne, 2014, 9(7):e102167.

21ChenXuemei,ChenFahu,ZhouAifeng,etal.Vegetationhistory,climaticchangesandIndiansummermonsoonevolutionduringtheLastGlaciation(36,400-13,400calyrBP)documentedbysedimentsfromXingyunLake,Yunnan,China[J].Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology, 2014, 410: 179-189.

22HodellDA,BrennerM,KanfoushSL,etal.PaleoclimateofSouthwesternChinaforthePast50,000yrinferredfromlakesedimentrecords[J].QuaternaryResearch, 1999, 52(3): 369-380.

23韓艷，肖霞云，羊向東，等. 全新世以來滇西北地區(qū)天才湖粒度特征及古降水[J]. 第四紀(jì)研究，2011，31(6)：999-1010. [HanYan,XiaoXiayun,YangXiangdong,etal.Thegrain-sizecharacteristicsofTiancaiLakeinnorthwesternofYunnanprovinceandpaleo-precipitationhistoryduringtheHolocene[J].QuaternarySciences, 2011, 31(6): 999-1010. ]

24XiaoXiayun,HaberleSG,YangXiangdong,etal.NewevidenceondeglacialclimaticvariabilityfromanalpinelacustrinerecordinnorthwesternYunnanprovince,southwesternChina[J].Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology, 2014, 406: 9-21.

25鄭茜，張虎才，明慶忠，等. 瀘沽湖記錄的西南季風(fēng)區(qū)15000aB.P.以來植被與氣候變化[J]. 第四紀(jì)研究，2014，34(6)：1314-1326. [ZhengQian,ZhangHucai,MingQingzhong,etal.Vegetationalandenvironmentalchangessince15kaB.P.recordedbyLakeLuguinthesouthwestmonsoondomainregion[J].QuaternarySciences, 2014, 34(6): 1314-1326. ]

26陳傳紅，汪敬忠，朱遲，等. 近200a來瀘沽湖沉積物色素記錄與區(qū)域氣候變化的關(guān)系[J]. 湖泊科學(xué)，2012，24(5)：780-788. [ChenChuanhong,WangJingzhong,ZhuChi,etal.RelationshipbetweenthesedimentpigmentrecordsofLakeLuguandtheregionalclimatechangeoverthelast200a[J].JournalofLakeSciences, 2012, 24(5): 780-788. ]

27鞠建廷，朱立平，馮金良，等. 粒度揭示的青藏高原湖泊水動力現(xiàn)代過程：以藏南普莫雍錯為例[J]. 科學(xué)通報，2012，57(19)：1775-1784. [JuJianting,ZhuLiping,FengJinliang,etal.HydrodynamicprocessofTibetanPlateaulakerevealedbygrainsize:AcasestudyofPumayumCo[J].ChineseScienceBulletin, 2012, 57(19): 1775-1784.]

28周聰，金華，蔣曄，等. 四川省瀘沽湖植被類型多樣性及其保護對策[J]. 四川林業(yè)科技，2010，31(1)：81-84. [ZhouCong,JinHua,JiangYe,etal.ThediversityofvegetationformsabouttheLuguLakeandtheirprotectionstrategy[J].JournalofSichuanForestryScienceandTechnology, 2010, 31(1): 81-84. ]

29曾熙雯，王寶榮，楊樹華. 瀘沽湖流域的陸生植被特征[J]. 云南大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，34(4)：476-485. [ZengXiwen,WangBaorong,YangShuhua.TheterrestrialvegetationcharacteristicsinLuguLakewatershed[J].JournalofYunnanUniversity:NaturalSciencesEdition, 2012, 34(4): 476-485. ]

30王蘇民，竇鴻身. 中國湖泊志[M]. 北京：科學(xué)出版社，1998. [WangSumin,DouHongshen.MemoirsofLakesinChina[M].Beijing:SciencePress, 1998. ]

31陳毅風(fēng)，萬國江. 瀘沽湖沉積物α纖維素的提取及其穩(wěn)定碳同位素研究初探[J]. 地質(zhì)地球化學(xué)，1999，27(4)：72-76. [ChenYifeng,WanGuojiang.Extractionofα-cellulosefromLuguLakesedimentanditsstablecarbonisotope[J].Geology-Geochemistry, 1999, 27(4): 72-76. ]

32徐經(jīng)意，萬國江，王長生，等. 云南省瀘沽湖、洱?，F(xiàn)代沉積物中210Pb，137Cs的垂直分布及其計年[J]. 湖泊科學(xué)，1999，11(2)：110-116. [XuJingyi,WanGuojiang,WangChangsheng,etal.Verticaldistributionof210Pband137CsandtheirdatinginrecentsedimentsofLuguLakeandErhaiLake,Yunnanprovince[J].JournalofLakeSciences, 1999, 11(2): 110-116. ]

33FolkRL,AndrewsPB,LewisDW.DetritalsedimentaryrockclassificationandnomenclatureforuseinNewZealand[J].NewZealandJournalofGeologyandGeophysics, 1970, 13(4): 937-968.

34FolkRL.Areviewofgrain-sizeparameters[J].Sedimentology, 1966, 6(2): 73-97.

35古立峰，劉永，占玄，等. 湖泊沉積物粒度分析方法在古氣候環(huán)境研究中的應(yīng)用[J]. 化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2012，34(3)：169-174. [GuLifeng,LiuYong,ZhanXuan,etal.Theapplicationofgrainsizeoflakesedimentsinreconstructingthepaleoclimateandpaleoenvironment[J].GeologyofChemicalMinerals, 2012, 34(3): 169-174. ]

36孫千里，周杰，肖舉樂. 岱海沉積物粒度特征及其古環(huán)境意義[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2001，21(1)：93-95. [SunQianli,ZhouJie,XiaoJule.Grain-sizecharacteristicsofLakeDaihaisedimentsanditspaleaoenvironmentsignificance[J].MarineGeology&QuaternaryGeology, 2001, 21(1): 93-95. ]

37SunDonghuai,BloemendalJ,ReaDK,etal.Grain-sizedistributionfunctionofpolymodalsedimentsinhydraulicandaeolianenvironments,andnumericalpartitioningofthesedimentarycomponents[J].SedimentaryGeology, 2002, 152(3/4): 263-277.

Grain-sizeDistributionPatternsoftheSurfaceSedimentsandTheirInfluentialFactorsinLakeLugu

WUHanCHANGFengQinZHANGHuCaiLIHuaYongMENGHongWeiDUANLiZengLIUDongShengLINanZHUMengShu

(KeyLaboratoryofPlateauLakeEcology&GlobalChange,YunnanProvincialKeyLaboratoryofGeographicalProcessandEnvironmentalChangeonthePlateau,CollegeofTourismandGeographyScience,YunnanNormalUniversity,Kunming650500,China)

LuguLakeisoneofthetypicalplateau-typelakesinthetransitionalzonebetweenTibetPlateauandYunnan-GuizhouPlateau.Withrelativelyweakhumanimpacts,lakeLuguisoneofthemostsuitablelakesforpalaoenvironmentalstudy.Basedonthegrain-sizeanalysisresultson70surface(modern)sedimentsamplesinsouthmainlake,combinedwiththeinvestigation/observationresultsonthesurroundingnaturalconditions,wehaveanalyzedthespatialdistributionfeaturesofthedifferentparticlecompositionsandtheirinfluentialfactorscontrollingthespatialdistributionofgrainsizesintheLake.Theresultsshowthatthegrain-sizeofthesamplescanbeclassifiedintothreetypes,includingclayeysilt,sandsiltandsand.Meanwhile,thegrainsizecomponentsinthestudiedareahavesomeobviousspatialdistributionpatterns,forexample,thegrainsizeintheeastsideofthestudyareacontrolledbytherivers(ShankuaRiverandSanjiacunRiver)showaobvioustongue-shapemainlycomposedofclay,andwitheastwardandnorthwestwarddistributions,respectively.Wholeinthesouthpartofthestudyarea,theparticledistributionpatternisinfluencedbylakecurrent.Inthenorthwest,thegrain-sizeisdominatedbysandbecauseofsuspensioneffect.Thelakecurrentcarriesalotofsedimentsfromthenorthandsouthwestofthestudyareatothesouthofthelakeanddepositthere.Generallyspeaking,thedifferencesbetweenthegrainsizedistributionpatternsaremainlyattributedtothelakedynamicprocessesandthedifferentrespondofthesedimentstotheclimatechanges.Thestudyonlakesurfacesedimentsnotonlypromotestheunderstandingofthelakedynamicsandthestatusofmaterialinput,butalsoimportanttoselectsuitablesitestotakecoresforthepaleoclimate-paleoenvironmentalreconstruction.

LuguLake;surfacesediments;particlesizes;distributioninspace

1000-0550(2016)04-0679-09

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.04.008

2015-07-27； 收修改稿日期： 2015-12-23

國家自然科學(xué)基金(41361008)；云南省高端人才引進項目(2010CI111)；湖泊沉積與環(huán)境變化云南省創(chuàng)新團隊項目(2010CI)[Foundation:NationalNaturalScienceFoundationofChina,No.41361008;YunnanProvincialGovernmentSeniorTalentProgram,No.2010CI111;InnovationTeamProjectontheLakeEcologyandEnvironmentalChangeofYunnan,No. 2011CI]

吳漢男1987年出生碩士湖泊沉積與環(huán)境演化E-mail:hanwuynsf@163.com

常鳳琴女副教授E-mail:fqchang@niglas.ac.cn

P736.21A