幾種常用古氣候代用指標(biāo)在鹽湖古環(huán)境研究中的應(yīng)用

苗 青 侯獻(xiàn)華* 楊振京

（1、河北地質(zhì)大學(xué),河北 石家莊050031 2、中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所自然資源部鹽湖資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100375 3、中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所,河北 石家莊050061）

在全球變化過(guò)程中,古氣候古環(huán)境的變化可通過(guò)不同的載體記錄下來(lái),如：黃土、深海沉積物、湖泊、冰芯、石筍等。通過(guò)有效手段提取這些古氣候代用指標(biāo)中蘊(yùn)含的信息,可以幫助我們恢復(fù)某一地區(qū)的古氣候古環(huán)境演化過(guò)程。

湖泊沉積物的沉積過(guò)程必定受各種物理、化學(xué)、生物等自然要素的影響,記錄了可靠的環(huán)境變化信息。在各類湖泊中,鹽湖的形成與演化受特殊地質(zhì)條件的影響,具有獨(dú)特的封閉性、成鹽過(guò)程的多期性和長(zhǎng)期性、咸- 淡韻律性等特點(diǎn)[1],成為了第四紀(jì)古氣候、古環(huán)境的重要研究對(duì)象。近年來(lái),學(xué)者們利用湖泊沉積物不同的古氣候代用指標(biāo),取得了不少研究成果,目前最常用的指標(biāo)有元素地球化學(xué)、碳氧同位素、孢粉、介形蟲殼體、磁化率等。

1 元素地球化學(xué)指標(biāo)及其應(yīng)用

1.1 元素地球化學(xué)指標(biāo)的指代意義

湖泊沉積物中的化學(xué)元素及不同元素之間的比值對(duì)區(qū)域構(gòu)造變動(dòng)及氣候環(huán)境變化敏感,在一定程度上記錄了區(qū)域氣候變化和環(huán)境演化的信息。

沉積物中水遷移系數(shù)較大的元素,其含量受古氣候制約,因此K、Na、Ca、Mg、Sr、Ba 等元素的含量變化能較好地反映古氣候的干濕變化[2]。一般情況下,湖水中的Mg/Ca 比值隨鹽度的上升而升高[3]。Sr/Ba 和Sr/Ca 高值都指示了較高的古鹽度[4]。Mn 含量高一般指示干旱,反之指示潮濕；Fe 容易氧化形成Fe （OH）3膠體,因此沉積物中Fe/Mn 比值高對(duì)應(yīng)溫濕氣候,比值則低為干熱氣候[4]。

1.2 元素地球化學(xué)指標(biāo)在鹽湖古環(huán)境研究中的應(yīng)用

魏海成[5]等對(duì)察爾汗ISL1A 孔巖芯元素進(jìn)行了主成分分析,結(jié)果表明：入湖徑流量的變化對(duì)Si、Al、Fe、P、K、Ti、Mn、Rb 等元素含量變化產(chǎn)生了主要影響,Ca,Sr 元素含量則與湖區(qū)蒸降比的變化相關(guān)。張文翔[6]根據(jù)貝殼堤剖面元素及其相關(guān)參數(shù)變化特征,重建了察爾汗古湖43.5～22.4cal.kaBP 期間由淡水- 半咸水- 咸水- 鹽湖的演化過(guò)程。

2 同位素地球化學(xué)指標(biāo)及其應(yīng)用

2.1 同位素地球化學(xué)指標(biāo)的指代意義

目前在鹽湖沉積方面,主要應(yīng)用穩(wěn)定碳、氧同位素來(lái)分析鑒別古鹽度、古水溫等環(huán)境信息。

碳酸鹽δ13C 在分析時(shí)通常與總有機(jī)碳（TOC）、碳氮比（C/N）等地球化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行綜合對(duì)比分析,得到的古環(huán)境變化信息更可靠。一般情況下,δ13C 和TOC 值高,指示暖濕氣候,湖泊初始生產(chǎn)力較高；反之則與寒冷氣候相對(duì)應(yīng),有效濕度降低[7]。

通常情況下,湖泊自生碳酸鹽δ18O 高值指示干旱- 半干旱氣候,蒸發(fā)旺盛,淡水注入少,湖泊水體鹽度較高；δ18O 低值指示濕潤(rùn)氣候,湖水淡化,鹽度較低。δ18O 與δ13C 的相關(guān)性還可用來(lái)指示古湖泊水系的封閉性[8]。

2.2 同位素地球化學(xué)指標(biāo)在鹽湖古環(huán)境研究中的應(yīng)用

侯獻(xiàn)華[9]等選取大浪灘鹽湖沉積中心的梁ZK-02 鉆孔為研究對(duì)象,對(duì)該孔140ka BP 以來(lái)的湖相地層沉積序列進(jìn)行了碳氧同位素分析,其結(jié)果與深海氧同位素階段有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。王春連[10]等對(duì)江陵凹陷兩組湖相碳酸鹽巖的分析結(jié)果顯示：沙市組碳酸鹽巖樣品的δ13C 和δ18O 值之間具有良好的正相關(guān)性,表明其發(fā)育在相對(duì)封閉的咸水湖泊體系中；而新溝嘴組δ13C 和δ18O 之間相關(guān)性差,指示水體滯留時(shí)間較短的開(kāi)放型湖泊系統(tǒng)。

3 微體古生物化石指標(biāo)及其應(yīng)用

3.1 微體古生物化石指標(biāo)的指代意義

鹽湖研究中常用介形類殼體和植物孢粉來(lái)反演古環(huán)境。介形類的生長(zhǎng)及種屬組合分布受湖泊水體溫度、鹽度和營(yíng)養(yǎng)狀況等的影響,在古環(huán)境分析中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用[11]。孢粉指植物孢子與花粉,具有體積小、數(shù)量大、耐酸堿、易保存以及對(duì)氣候變化反應(yīng)敏感等特點(diǎn)。

通過(guò)特定的實(shí)驗(yàn)處理方法提取孢粉物質(zhì),然后鏡下觀察判別沉積物中的孢粉類型（圖1）,可半定量至定量恢復(fù)古環(huán)境。孫湘君[12]等指出使用蒿屬（Artemisia）/ 藜科（Chenopodiaceae）（即：A/C）值來(lái)指示干燥程度。

3.2 微體古生物化石指標(biāo)在鹽湖古環(huán)境研究中的應(yīng)用

孫非非[13]等統(tǒng)計(jì)了柴達(dá)木盆地地區(qū)15 個(gè)鉆孔巖芯的孢粉種屬鑒定數(shù)據(jù),對(duì)其中的蒿、藜含量和A/C 比值進(jìn)行分析,表明柴達(dá)木盆地上新世晚期以來(lái)氣候一直向干旱方向發(fā)展,但干濕波動(dòng)較大,尤其從中更新世以來(lái)更為明顯。

圖1 鹽湖沉積物中常見(jiàn)的幾種植物孢粉圖鑒

4 磁化率指標(biāo)及其應(yīng)用

4.1 磁化率指標(biāo)的指代意義

沉積物中磁性礦物的磁性特征形成于特定環(huán)境,已有研究表明：冷干氣候沉積物磁化率增加；暖濕的氣候條件下,磁化率減小[14]。

4.2 磁化率指標(biāo)在鹽湖古環(huán)境研究中的應(yīng)用

張俊輝[15]等通過(guò)對(duì)柴達(dá)木盆地察爾汗鹽湖CH0310 鉆孔沉積物磁性特征、TOC 等的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明：磁化率和TOC 的相關(guān)性受不同沉積層的影響表現(xiàn)出較明顯的正負(fù)差異,認(rèn)為對(duì)高原干旱區(qū)湖泊來(lái)說(shuō),使用磁化率指標(biāo)時(shí)需要輔以其他代用指標(biāo)來(lái)更好地解釋研究區(qū)古環(huán)境變化。

5 結(jié)論

5.1 鹽湖研究常用古氣候代用指標(biāo)所反映的氣候要素

上述鹽湖沉積物中的幾種古氣候代用指標(biāo),分別從溫度、鹽度和降水三個(gè)方面有效提取了鹽湖演化過(guò)程中的氣候變化信息（表1）。每個(gè)指標(biāo)都有著對(duì)沉積環(huán)境不同的響應(yīng)方式,因此在實(shí)際使用過(guò)程中,各個(gè)指標(biāo)之間應(yīng)該相互補(bǔ)充,相互印證,以期獲得更為準(zhǔn)確的古氣候變化信息。

表1 鹽湖沉積物中古氣候代用指標(biāo)所反映的氣候要素統(tǒng)計(jì)表

5.2 未來(lái)研究展望

隨著鹽湖研究的不斷深入,學(xué)者們應(yīng)用各種代用指標(biāo),在重建鹽湖古環(huán)境方面積累了不少成果,隨著實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法的改進(jìn)以及實(shí)驗(yàn)儀器精準(zhǔn)度的提高,高精度恢復(fù)重建研究區(qū)古環(huán)境已成為研究人員的共同追求。但單一的古環(huán)境代用指標(biāo)往往不能較為真實(shí)地反演古環(huán)境,這時(shí)就需要多指標(biāo)的結(jié)合,例如：δ13C值通常與總有機(jī)碳（TOC）、碳氮比（C/N）等地球化學(xué)指標(biāo)綜合使用,可得到可靠的古氣候環(huán)境變化信息；碳、氧同位素指標(biāo)綜合對(duì)比分析,指示意義更強(qiáng)；介形蟲殼體也通常要與元素地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)等指標(biāo)結(jié)合來(lái)進(jìn)行古環(huán)境的解釋；磁化率指標(biāo)通常與粒度、元素地球化學(xué)等指標(biāo)進(jìn)行綜合對(duì)比分析。

但大部分環(huán)境代用指標(biāo)都局限于定性恢復(fù)古氣候古環(huán)境,難以做到定量重建,未來(lái)還需要不斷增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的準(zhǔn)確性,包括野外踏勘取樣,室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析處理等,最大程度地減少人工誤差,在此基礎(chǔ)上,依據(jù)研究區(qū)本身的地質(zhì)背景、沉積狀況等信息選擇合適的、多樣化的古環(huán)境代用指標(biāo)進(jìn)行綜合分析,以期達(dá)到“將今論古,以古類今”的研究目的。