羅布泊雅丹地貌成因與環(huán)境因子關(guān)系分析研究

（新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊市，830054）王金龍

（新疆師范大學(xué)新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室,烏魯木齊市，830054）李艷紅

羅布泊雅丹地貌成因與環(huán)境因子關(guān)系分析研究

（新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊市，830054）王金龍

（新疆師范大學(xué)新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實驗室,烏魯木齊市，830054）李艷紅

通過對羅布泊白龍堆、紅十井、阿奇克谷地雅丹地貌的粒度、易溶性鹽、總有機碳、pH、磁化率特征進行了研究，分析了羅布泊雅丹地貌成因及其與環(huán)境因子之間的關(guān)系。結(jié)果表明：（1）除HSJ1外其它各點沉積物的粒度組成均以粉砂為主，AQK1，AQK2和HSJ1沉積物的粒度分選性較差；（2）各采樣點沉積物中陽離子主要為K+、Na+、Ca2+、Mg2+，陰離子主要為SO42-、Cl-、HCO3-；（3）各采樣點沉積物中TOC含量總體從頂部至底部呈下降趨勢，pH值的變化趨勢與TOC相反，總體呈堿性沉積環(huán)境；（4）磁化率值的變化與TOC相似，最大值出現(xiàn)在AQK1，最小值出現(xiàn)在HSJ3，磁化率分析顯示雅丹剖面沉積物的磁性變化與歷史時期羅布泊地區(qū)干濕環(huán)境交替的節(jié)律；（5）綜合指標(biāo)表明：AQK雅丹是內(nèi)營力（構(gòu)造運動）與外營力（風(fēng)、水）共同作用的結(jié)果；HSJ雅丹的形成以水化學(xué)沉積作用為主導(dǎo)；BLD雅丹的形成以風(fēng)蝕作用和水化學(xué)沉積作用為主導(dǎo)。可知水化學(xué)沉積作用是導(dǎo)致AQK、HSJ、BLD三處雅丹地貌沉積物特征及形成差異的關(guān)鍵因素。

羅布泊；雅丹地貌；地貌成因；環(huán)境因子

雅丹作為一種典型的干旱區(qū)地貌廣泛分布于世界各地。人們對雅丹地貌的研究始于20世紀初，在這短暫的一個多世紀中，有關(guān)雅丹地貌的研究有了進一步的發(fā)展[1]。目前國內(nèi)外專家學(xué)者對于雅丹的成因看法不一，可以歸納為以下三種類型：①風(fēng)的吹蝕作用為主[2]；②以流水的侵蝕作用為主[3-4]；③風(fēng)和流水交替作用,多種主導(dǎo)因素共同作用的觀點逐漸成為主流[5]。在我國，雅丹面積約20000km2，主要分布于青海柴達木盆地西北部，疏勒河中下游和新疆羅布泊周圍[6]。羅布泊雅丹地貌約3000km2，是我國第二大雅丹地貌分布區(qū)，由于它地處中國及亞洲最干旱、有“死亡之?！敝Q的熱點地區(qū)以及該地區(qū)曾經(jīng)孕育過繁盛的樓蘭文明[7]，因此它對研究干旱區(qū)的湖泊演變及環(huán)境變化有重要的指示意義。而本文則選取羅布泊白龍堆(BLD-1，2，3)、紅十井(HSJ-1，2，3)、阿奇克谷地(AQK-1，2)這三處典型雅丹地貌分布區(qū)進行重點研究，分析羅布泊地區(qū)雅丹地貌的成因并推斷羅布泊地區(qū)歷史時期以來干濕環(huán)境特征，從而揭示在化學(xué)沉積作用主導(dǎo)下的羅布泊雅丹地貌形成原因及其影響。

1 研究區(qū)概況

羅布泊位于歐亞大陸腹地、塔里木盆地的最東端，南靠阿爾金山，北鄰天山南支(庫魯克山)，東抵北山，西為塔克拉瑪干大沙漠，干涸前湖面積約5 400km2，地面海拔約780m，是塔里木盆地的匯水和集鹽中心。湖區(qū)氣候極端干旱，據(jù)若羌縣氣象站1961～1990年的記錄，多年平均降水量為24.8mm (近10年來平均為31.2mm)，年蒸發(fā)量2902mm，年均氣溫11.5℃(近10年平均為12℃)，全年大風(fēng)、沙塵暴和揚沙日平均為102.5d，其中沙塵暴15.1天，8級以上大風(fēng)18.6天[8]。白龍堆雅丹地貌處于羅布泊干涸湖盆大耳朵東北部，面積約1000km2，南北長約80km，東西寬約20km，在灰白色砂泥巖夾石膏層的基礎(chǔ)上發(fā)育而成；紅十井雅丹(40°18′N，91° 20′E)和阿奇克谷地雅丹(40°21′N，91°40′E)處于大耳朵東部呈零星分布，面積合計約100km2，主要是在灰白色泥巖和砂巖互層的基礎(chǔ)上發(fā)育而成，羅布泊地區(qū)盡管降雨量稀少，年平均降雨量16.8mm（若羌站降水資料)，但附近陣發(fā)性降雨相當(dāng)大，有時一次降雨可達50mm以上。從羅布泊地區(qū)環(huán)境演化歷史，可以勾畫出一個輪廓，即在更新世期內(nèi)羅布泊曾出現(xiàn)湖相大發(fā)展階段，但是由于后來的構(gòu)造抬升，導(dǎo)致湖泊退縮,加之西風(fēng)環(huán)流和冬季風(fēng)的主導(dǎo)影響，一直處于干旱化和荒漠化的境地[9]。羅布泊白龍堆地區(qū)屬于極端干旱的荒漠區(qū)，無地表水，盛行東北風(fēng)，且每年6級以上的大風(fēng)天氣可高達100d[10]；紅十井地區(qū)有部分水域殘存，由于地下水位很高，加之在惡劣的干旱環(huán)境下，植物難以生存。據(jù)統(tǒng)計，羅布泊地區(qū)現(xiàn)有的植物種類約占新疆維管束植物的1%、全國的0.13%，是國內(nèi)植物種類最少的地區(qū)之一。

2 研究方法

2.1 土樣采集

2012年9 月對羅布泊白龍堆雅丹剖面(BLD-1，2，3)、紅十井雅丹剖面(HSJ-1，2，3)和阿奇克谷地雅丹剖面(AQK-1，2)采集沉積物樣品；紅十井雅丹高約6m，采樣剖面分為三層由頂部至基部為(HSJ1：厚度0.5m；HJS2：厚度1.6m；HJS3：厚度3.4m)，白龍堆雅丹高約10m，采樣剖面分為三層由頂部至基部為(BLD1：厚度5～10m；BLD2：厚度1.5m；BLD3：厚度8.4m)，阿奇克谷地雅丹高約1.5m，采樣剖面分為兩層由頂部至基部為(AQK1：厚度0.7m；AQK2：厚度0.8m)，將樣品風(fēng)干去除雜物和研磨過篩后，進行室內(nèi)分析。衛(wèi)星圖像采用美國地質(zhì)勘探局（USGS）1999年10月至2001年10月的TM影像圖并通過Arcgis10.0解譯。

2.2 樣品實驗分析

實驗指標(biāo)主要依托新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源重點實驗室完成，其中粒度采用伍登—溫德華Ф值分級標(biāo)準，將樣品分為粘土（＜2μm）、粉砂（2～63μm）、極細砂（63～125μm）、細砂（125～250μm）、中砂（250～500μm）、粗砂（500～1000μm）和巨砂（大于1000μm），測定使用的儀器為MalvernInstruments Ltd公司生產(chǎn)的Master-sizer2000激光粒度儀；磁化率由MS-2型和MS-2B型雙頻探頭磁化率儀對樣品的高頻磁化率(Xhf)和低頻磁化率（Xlf）測量算出頻率磁化率；鹽分采用殘渣烘干法測定，同時依照不同鹽分含量進行稀釋并按常規(guī)農(nóng)化分析方法進行CO32-、HCO3-、CL-、Ca2+、SO42-、Mg2+等八大離子的測定，其中CO32-和HCO3-采用稀硫酸滴定法，CL-采用硝酸銀滴定法，Ca2+和Mg2+采用EDTA滴定法，SO42-采用氯化鋇滴定法，Na+、K+采用陰陽離子平衡法；總有機碳(TOC)采用水合重鉻酸鉀比色法測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 降雨量特征

圖1 羅布泊地區(qū)月均降水量

如圖1所示，羅布泊地區(qū)2009～2012年降水量范圍分別為0～2.53mm、0～5.35mm和0～2.25mm，年均降水量分別為0.73mm、0.63mm和0.61mm。年內(nèi)降水量分布不均，其中，月均降雨量最大值出現(xiàn)在2010年10月（5.35mm）。綜合來看，羅布泊地區(qū)降水量總體呈現(xiàn)下降的趨勢，年內(nèi)降雨量分配不均。年內(nèi)出現(xiàn)多次無降水的現(xiàn)象。從降水量變化趨勢來看，在相當(dāng)長的時間內(nèi)降水量還會減少，而且無降水的現(xiàn)象還可能會延續(xù)。

3.2 雅丹地貌走向分析及巖性特征

表1 羅布泊典型雅丹剖面巖性描述

羅布泊干涸湖盆大耳朵東北部白龍堆略呈東北-西南向長條形分布，寬約20km，長約80km，雅丹溝谷長軸走向為N10°-E，與主風(fēng)向一致，說明白龍堆雅丹地貌在形成過程中受到以風(fēng)為主導(dǎo)的影響。處于大耳朵東部的紅十井雅丹和阿奇克谷地雅丹零星分布，溝谷長軸走向與當(dāng)?shù)刂黠L(fēng)向不一致，而與附近山地洪水的走向一致，顯示該地雅丹地貌在形成過程中流水的作用占主導(dǎo)。最終根據(jù)不同紋層的色系與巖性特征，將研究區(qū)雅丹剖面頂部至基部，分別劃分不同段紋層（表1）；其中HSJ2出現(xiàn)灰白色膏鹽、BLD1出現(xiàn)無水芒硝層、BLD2存在鹽堿等都說明雅丹在形成過程中受到強烈的化學(xué)沉積作用。

3.3 粒度

圖2 羅布泊各雅丹地貌剖面粒度特征

羅布泊雅丹地貌各采樣點沉積物粒度組成如圖2所示，粉砂、極細砂、細砂以及一定量的中砂、粗砂同時出現(xiàn)在AQK1，AQK2和HSJ1剖面中，這與其他剖面有很大的區(qū)別，這說明前三者分選性很差，這與表1中所示相同；除HSJ1外，其他剖面粒度成分主要由粉砂組成；AQK頂部平均粒徑與中值粒徑均大于底部，剖面粉砂含量為63～70%，細砂含量為16～18%，粘土含量為5～6%，粗砂含量為0，說明AQK沉積物的大粒徑物質(zhì)很分散，揭示阿奇克谷地受構(gòu)造運動作用明顯；根據(jù)圖2可知，HSJ雅丹地貌頂部（HSJ1）平均粒徑比下部大，粉砂含量也明顯增多，這顯示紅十井雅丹地貌在形成過程水動力逐漸減??；BLD沉積物的分選性相對較好，中值粒徑相差不大（表2），含量最高的粉砂平均含量為85.3%，其次為粘土和極細砂，說明白龍堆雅丹地貌在形成過程中水環(huán)境穩(wěn)定。

表2 羅布泊各雅丹地貌剖面粒度參數(shù)

3.4 易溶性鹽

表3 羅布泊雅丹地貌鹽分組分特征

羅布泊雅丹地貌各采樣點沉積物鹽離子含量分布特征如表3所示，

由表中可以看出，陽離子主要為K+和Na+；AQK中鈉鉀離子平均含量為94.2%、63.2%；HSJ中鈉鉀離子平均含量為95.4%、97.4%、94.5%；BLD中鈉鉀離子平均含量為92.3%、88.1%、83.1%；大量鉀鈉離子聚集顯示化學(xué)沉積作用明顯。AQK和HSJ陰離子以硫酸根為主，說明沉積物中出現(xiàn)了含有鈣離子、鉀鈉離子、氯離子及硫酸根離子的礦物，如石膏（CaSO4）、鈣芒硝（Na2SO4·CaSO4）等物質(zhì)，顯示鹽湖處在硫酸鹽階段（屬于干旱氣候區(qū)湖泊化學(xué)沉積作用的第二階段），BLD陰離子以氯離子為主，說明沉積物中出現(xiàn)了以氯化鈉為主的天然鹵水，并存有石鹽（NaCl）、光鹵石（KCl·MgCl2·6H2O）、鉀鹽（KCl）等物質(zhì)，顯示鹽湖處在氯化物階段（屬于干旱氣候區(qū)湖泊化學(xué)沉積作用的第三階段），說明BLD化學(xué)沉積作用比AQK、HSJ更強烈、周期更長。沉積物溶液中高濃度的SO42-、Cl-是典型的鹽土特征。SO42-、Cl-的含量均遠高于HCO3-的含量，CO32-在幾乎所有樣點上的含量為0～微量或未監(jiān)測出，說明重碳酸鹽是該研究區(qū)沉積物類型鹽分的次要成分。AQK2與AQK1相比：氯離子含量增加而其他離子含量均減少，顯示鹽湖正向著氯化物階段演變；總鹽含量降低了85.2%，表明湖水水量有增大，鹽分稀釋，氣候溫暖濕潤，植被覆蓋度比較大，氣候類型比較穩(wěn)定，形成了一個比較適宜生物生活的生態(tài)環(huán)境。HSJ總鹽及離子的含量都相對較高，其中鉀鈉離子的變化幅度最大，增幅為185.4%，降幅為84.1%；鈣離子及重碳酸根離子的變化幅度較小，HSJ2層總鹽及陽離子出現(xiàn)峰值，代表極端干旱的氣候條件，溫度和降水有較大變化，湖泊水的消耗以蒸發(fā)為主，大量鹽類蒸發(fā)濃縮呈明顯化學(xué)沉積作用；在HSJ3層中硫酸根離子含量反常升高，顯示鈣芒硝等硫酸鹽礦物逐漸形成并沉積。BLD雅丹沉積物中陰離子以氯離子為主，從雅丹頂部至底部含量分別為4.34%、5.34%、9.69%，顯示鹽湖氯化物階段的形成。

3.5 總有機碳和pH

沉積物的總有機碳與PH具有較為明顯的氣候與環(huán)境的指示意義。對于羅布泊雅丹地貌沉積物中TOC含量的大?。▓D3），主要由湖泊周圍陸生以及水生植物決定，在冷濕環(huán)境下，周邊植被或水生植物的生產(chǎn)力和腐蝕作用減弱，在沉積物中的含量也就相對較少，在暖干環(huán)境下，生產(chǎn)力和腐蝕作用加強，所以TOC含量增加；pH的增大，則說明沉積環(huán)境中出現(xiàn)鹽類沉積且不斷增多。由圖3所示，AQK沉積物中TOC含量由頂部至底部降低，顯示環(huán)境由暖干轉(zhuǎn)為冷濕，pH值的升高，可能與附近山地洪水有關(guān)；HSJ中TOC含量由頂部至底部降低，當(dāng)環(huán)境處于冷濕期間時湖水補給量減大蒸發(fā)量減小，TOC減小，pH值減小，且HSJ沉積物pH值在7.0附近波動，顯示沉積物偏中性，表明該地區(qū)水量充沛；BLD中TOC含量總體由頂部至低部呈下降趨勢，相比冷濕環(huán)境，暖干程度更加明顯；pH值較高且穩(wěn)定在7.5～8.0范圍內(nèi)，顯示該地區(qū)沉積物偏堿性，沉積環(huán)境比較穩(wěn)定。

圖3 羅布泊雅丹地貌沉積物TOC及pH值特征

3.6 磁化率

磁化率值的波動大小其可能的主要原因有以下幾點：①沉積物母源物質(zhì)磁性較低；②沉積物中含大量石膏礦物，沖淡了樣品的可磁化程度；③氣候與環(huán)境條件相對穩(wěn)定，磁化率受到的影響較小。對于湖相沉積，磁化率的大小主要取決于沉積物中磁性礦物的含量，而磁性礦物的富集與流域面積大小有關(guān)，流域面積增加時，造成沉積物來源擴大，既有近源物質(zhì)，也有遠源物質(zhì)，使得磁性礦物相對增加，從而促使磁化率升高，冷期則亦然，因此磁化率為高值時為暖期，低值時為冷期[11]；羅布泊雅丹地貌各采樣點沉積物質(zhì)的頻率磁化率如圖4所示，AQK1沉積物的磁化率值很高，達13.3%，表明當(dāng)時為暖期，流域面積在增加，到了AQK2時磁化率值降為2.7%，磁性物質(zhì)減少說明環(huán)境趨于冷干；HSJ與BLD磁化率值較低代表了環(huán)境處于冷期，其中BLD2至BLD3磁化率升高，顯示該時段環(huán)境處于一個短暫的暖期。

圖4 羅布泊雅丹地貌沉積物磁化率特征

4 結(jié)論與討論

（1）阿奇克谷地雅丹(AQK)最初是由于受到地質(zhì)構(gòu)造運動的作用，形成了早期高低起伏的地表形態(tài)，之后又受到附近山體間歇性洪水浸蝕作用，進一步形成早期的雅丹地貌形態(tài)；當(dāng)羅布泊的湖水曼延至阿奇克谷地后，由于環(huán)境由冷濕向暖干演變，使湖水中的鹽分開始沉積并達到硫酸鹽階段，最終形成雅丹地貌形態(tài)；

（2）紅十井雅丹(HSJ)一直以來水量相對充沛，環(huán)境的冷濕、暖干交替，使化學(xué)沉積成為形成雅丹地貌的主要推動力，在雅丹地貌的形成過程中，暖干時期湖面積逐漸減小，導(dǎo)致化學(xué)沉積的水動力因素相應(yīng)減小，當(dāng)環(huán)境進入冷濕時期，附近山體洪水的浸蝕作用開始逐漸影響雅丹地貌的形態(tài)，同時湖水面積增大，雅丹進一步發(fā)展成形；當(dāng)環(huán)境再次向暖干演變，化學(xué)沉積進入硫酸鹽階段并最終形成如今的雅丹地貌形態(tài)；

（3）白龍堆雅丹(BLD)地貌區(qū)在早期水量充沛，是一片大湖面，經(jīng)過環(huán)境向暖干方向的演變，湖面逐漸萎縮，湖水中的離子開始以鹽分的形式沉積，形成雅丹地貌的雛形，此時基本以化學(xué)沉積作用為主；當(dāng)沉積作用達到氯化物階段后湖水完全干涸，露出干裂的湖盆；由于該地區(qū)常年N10°-E向的大風(fēng)，使得風(fēng)蝕作用替代化學(xué)沉積作用成為形成雅丹地貌的主導(dǎo)作用并最終形成如今的雅丹地貌形態(tài)。

（4）紅十井的雅丹顯示出雅丹地貌在形成過程中化學(xué)沉積(cd)作用占主導(dǎo)地位；白龍堆雅丹地貌在形成階段基本以化學(xué)沉積(cd)為主，其形態(tài)又與當(dāng)?shù)氐闹黠L(fēng)向基本一致，表明風(fēng)力作用(fl)在雅丹地貌發(fā)育中有一定的作用；阿奇克谷地雅丹地貌則顯示出地質(zhì)作用(gp)為雅丹地貌在該處形成提供了先決條件，表明地質(zhì)作用在雅丹地貌形成的初期有一定主導(dǎo)作用；除此之外，氣候的變化影響著環(huán)境中的各個要素，與地貌的形成顯示出明顯的響應(yīng)關(guān)系，表明氣候因子(cl)在雅丹地貌自形成初期直至完全發(fā)育成熟的全過程中起到不可替代的輔助作用。內(nèi)營力與外營力相輔相成，共同筑建了如今形態(tài)各異的雅丹地貌，所以初步確定雅丹地貌成因綜合關(guān)系函數(shù)模型：

Y=?(cd,fl,gp，cl。…)·T

式中：Y為雅丹；cd為化學(xué)沉積；fl為風(fēng)力作用；gp為地質(zhì)作用；cl為氣候；T為時間。

該相關(guān)關(guān)系函數(shù)模型全面顯示出雅丹地貌的形成過程中的各大影響因子的作用與關(guān)系，對今后全面系統(tǒng)地研究雅丹地貌有重要意義。

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