額濟(jì)納旗兩種地貌類型戈壁縱剖面沉積物粒度特征

發(fā)布時(shí)間：2021-05-15所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1283次

摘 要： 要：采用野外實(shí)地調(diào)查取樣與室內(nèi)粒度測(cè)試結(jié)合的方法，通過矩法計(jì)算平均粒徑、分選系數(shù)、偏度、峰態(tài)等粒度參數(shù)對(duì)額濟(jì)納旗戈壁兩種地貌類型縱剖面沉積物粒度特征進(jìn)行分析，采用獨(dú)立樣本均值t檢驗(yàn)判斷兩種地貌類型沉積物粒度組成與粒度參數(shù)有無顯著差異。結(jié)果表

　　要：采用野外實(shí)地調(diào)查取樣與室內(nèi)粒度測(cè)試結(jié)合的方法，通過矩法計(jì)算平均粒徑、分選系數(shù)、偏度、峰態(tài)等粒度參數(shù)對(duì)額濟(jì)納旗戈壁兩種地貌類型縱剖面沉積物粒度特征進(jìn)行分析，采用獨(dú)立樣本均值t檢驗(yàn)判斷兩種地貌類型沉積物粒度組成與粒度參數(shù)有無顯著差異。結(jié)果表明：(1)湖岸上層沉積物顆粒以礫石和沙子為主，其余剖面層以沙子和粉土為主，古河道0—10cm層沉積物顆粒主要以沙子為主，10—20cm層沉積物顆粒主要以礫石和沙子為主，湖岸沉積物較古河道沉積物，黏土、粉土含量顯著更高，沙子含量接近，礫石含量顯著更低;(2)湖岸沉積物沿縱剖面方向，平均粒徑變大，顆粒逐漸細(xì)化;古河道整個(gè)采樣層均為礫石與沙混合，上下層平均粒徑接近，下層較上層顆粒更粗;湖岸平均粒徑顯著大于古河道;(3)兩種地貌類型分選系數(shù)無顯著差異，分選狀況均呈分選差或分選較差;(4)兩種地貌類型沉積物偏度均以正偏、極正偏占主導(dǎo)，主要以侵蝕過程為主，顆粒粗化明顯;(5)兩種地貌類型沉積物粒度頻率曲線均以很寬平和非常寬平為主。總之，兩種地貌類型戈壁縱剖面沉積物的粒度特征整體呈平均粒徑由粗變細(xì)，分選差或較差，偏度呈正偏、極正偏分布，峰態(tài)很寬平和非常寬平的特點(diǎn)，湖岸采樣點(diǎn)平均粒徑顯著大于古河道采樣點(diǎn)，分選系數(shù)、偏度、峰態(tài)則無顯著差異，綜合反映了兩種地貌類型戈壁不同層次顆粒的沉積環(huán)境、侵蝕與堆積方式的異同，可為戈壁類型劃分提供依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：地質(zhì)學(xué);粒度特征;均值檢驗(yàn);戈壁;額濟(jì)納旗

　　戈壁是指在干旱或極端干旱區(qū)長期受物理風(fēng)化作用、風(fēng)蝕作用，廣泛分布于地勢(shì)開闊地帶，地表為粗砂或礫石所覆蓋的一類荒漠景觀[1]。額濟(jì)納旗戈壁位于中亞極端干旱區(qū)，在強(qiáng)烈的風(fēng)沙活動(dòng)作用下，戈壁地表大量的細(xì)顆粒被吹蝕、搬運(yùn)和沉積，是全球沙塵暴的主要物源區(qū)[2]，按成因額濟(jì)納旗戈壁可劃分為侵蝕型和堆積型，或劃分為洪積成因的礫質(zhì)戈壁、剝蝕殘丘型的石質(zhì)戈壁和沖積型戈壁等類型[3]，其形成時(shí)代可追溯至晚更新世或全新世[4-6]。戈壁沉積物是由外力和內(nèi)力作用于巖石圈而生成的，它受地形、氣候和構(gòu)造條件的共同作用影響[7]。粒度作為戈壁沉積物的主要特征之一，是戈壁區(qū)物源屬性、外營力環(huán)境和搬運(yùn)能力的綜合反映[7-10]。對(duì)戈壁縱剖面沉積物的粒度組成進(jìn)行分析是揭示戈壁形成過程的重要手段。常用的粒度指標(biāo)有粒度平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度、峰態(tài)等，這些粒度參數(shù)分別可反映顆粒的集中趨勢(shì)、顆粒大小的均勻程度、不對(duì)稱程度等。近20a來，粒度指標(biāo)廣泛應(yīng)用于沉積物的調(diào)查研究中，為沙漠、黃土高原以及湖泊沉積物等地質(zhì)記錄體的研究中判定動(dòng)力成因與方式的重要依據(jù)[11-16]。

　　相關(guān)期刊推薦：《水土保持研究》(雙月刊)創(chuàng)刊于1985年，及時(shí)報(bào)道本學(xué)科前沿領(lǐng)域科學(xué)理論、技術(shù)創(chuàng)新及其實(shí)踐應(yīng)用研究最新成果，積極引導(dǎo)和推動(dòng)水土保持學(xué)科和水土保持實(shí)踐的發(fā)展與繁榮。從事水保科技研究、教學(xué)與推廣的科教工作者及有關(guān)行政管理人員;國內(nèi)外環(huán)境科學(xué)、地學(xué)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利等相關(guān)學(xué)科科教人員及大專院校師生。

　　對(duì)戈壁縱剖面沉積物的粒度構(gòu)成進(jìn)行研究可以反映戈壁形成過程中的沉積環(huán)境[17]，是揭示戈壁形成過程的重要內(nèi)容。前人[8-18]采用圖解法計(jì)算粒度參數(shù)分析對(duì)比了額濟(jì)納盆地不同地貌類型戈壁表層、下層及整個(gè)縱剖面沉積物的粒度特征，本研究采用不同的粒度分析方法與粒度參數(shù)計(jì)算方法在額濟(jì)納盆地兩種典型戈壁區(qū)域進(jìn)行了研究分析。本文在額濟(jì)納旗戈壁野外實(shí)際調(diào)查的基礎(chǔ)上，以額濟(jì)納荒漠戈壁典型區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過采集東居延海湖岸區(qū)域和古河道區(qū)域典型剖面地表及剖面上不同發(fā)生層次的沉積物樣品，粒度分析方法使用激光法和篩析法，采用矩法計(jì)算粒度參數(shù)分析地表沉積物粒度組成及其粒度特征各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的變化，以期為深入探討戈壁沉積物的沉積環(huán)境與形成過程提供科學(xué)依據(jù)。

　　1研究區(qū)概況

　　額濟(jì)納旗位于內(nèi)蒙古阿拉善高原荒漠的最西端，地理坐標(biāo)為97°10′—103°7′E，39°52′—42°47′N，屬于極端干旱地區(qū)，地處中亞荒漠東南部，西、西南、北三面環(huán)山，為大陸性干燥氣候，常年干旱少雨，年降水量?jī)H38.2mm，年蒸發(fā)量約4000mm。該區(qū)氣候溫暖，年均氣溫8.2℃。全年溫度大于10℃的持續(xù)天數(shù)為170d，無霜期超過145d。年均風(fēng)速3.3m/s，最大風(fēng)速27.0m/s，年均沙塵暴日數(shù)10.7d。

　　研究區(qū)地形整體呈扇狀，地勢(shì)南高北低，中間呈低平狀，海拔高度在820～1200m。額濟(jì)納盆地構(gòu)造上屬于一個(gè)左旋拉分盆地[19]，發(fā)源于祁連山的黑河在盆地內(nèi)形成了巨大的洪積扇，向北延伸近300km，由南向北從洪積平原演變成湖積平原[20-21]。洪積扇末端形成了一系列的湖泊，主要包括居延澤、蘇泊淖爾和嘎順淖爾等。研究區(qū)西部以中低山和山間的洼地、洪積扇群為主;中部以黑河流域沖—洪積平原為主，包括山前的湖積臺(tái)地、洪積平原及沖積平原綠洲;中東部地區(qū)以湖積盆地為主;東南部以巴丹吉林沙漠的風(fēng)沙地貌為主。戈壁占額濟(jì)納旗土地面積的58.3%，為研究區(qū)主要地貌;綠洲及湖盆洼地占27.57%，低山丘陵占9.3%，沙漠占4.36%[18]。戈壁、平原和低山丘陵區(qū)土壤多為石膏性的灰棕荒漠土，河流沖積洪積平原和湖洼地區(qū)多為草甸土和草甸鹽土，巴丹吉林沙漠和額濟(jì)納河西岸主要為風(fēng)沙土。

　　2研究方法

　　2.1樣品采集

　　2.1.1采樣點(diǎn)布設(shè)2019年10月在額濟(jì)納旗戈壁，依據(jù)地表沉積物形成的方式與典型環(huán)境，主要選取以湖積物為戈壁面和以沖積物為戈壁面的兩類典型戈壁，結(jié)合野外實(shí)際調(diào)查情況確定6個(gè)采樣點(diǎn)，采集地表及縱剖面沉積物，采樣點(diǎn)1，2，3位于居延海西南側(cè)戈壁分布區(qū)，地貌類型為東居延海湖岸，地貌單元屬湖積盆地;采樣點(diǎn)4，5，6位于額濟(jì)納旗至拐子湖氣象站沿途戈壁分布區(qū)，地貌類型為古河道，地貌單元屬于沖—洪積平原(圖1)。各樣點(diǎn)的編號(hào)、地理位置、海拔、坡度、地表礫石覆蓋度見表1。

　　2.1.2樣品采集方法在采樣點(diǎn)及周邊約1km2的區(qū)域內(nèi)，地表無任何植被發(fā)育，盡可能避免人類活動(dòng)的影響。每個(gè)采樣點(diǎn)采集兩組樣品，相隔100～200m。采樣時(shí)分層采集30×30×40cm(長×寬×高)的樣品，人工開挖剖面，在剖面上，按沉積物的外貌特征與發(fā)生層次劃分取樣層次，繪制剖面圖并拍照;根據(jù)發(fā)生層次，利用地質(zhì)錘和鐵锨由上而下分層采集原狀沉積物樣品，每層將30×30cm樣方內(nèi)沉積物全部采集，裝入土樣袋中并編號(hào)帶回室內(nèi)分析，采集樣方內(nèi)出露于地表及其下1cm的沉積物作為表層樣品。其中采樣點(diǎn)1，2，3，4～1采集深度為40cm，采樣點(diǎn)4～2，5，6由于下部埋藏大量大粒徑礫石，難以采集，故只采集到20cm深度樣品。在每一采樣點(diǎn)(6個(gè)采樣點(diǎn))，采集2組樣品，總計(jì)采集12組樣品。

　　2.2樣品分析

　　2.2.1粒度組成分析方法根據(jù)美國土壤科學(xué)學(xué)會(huì)劃分標(biāo)準(zhǔn)方法(黏土粒徑d≤2μm、粉土粒徑2μm2000μm)，對(duì)野外采集的戈壁樣品進(jìn)行粒度分析，分析得到不同層間礫石、沙粒、粉土和黏土含量。粒度分析方法使用激光法和篩析法。首先使用1mm，2mm，4mm，8mm，16mm土樣篩對(duì)樣品進(jìn)行分篩，稱重得出不同粒徑顆粒占比，再在中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所粒度實(shí)驗(yàn)室使用英國MALV-ERN公司的MasterSize2000激光粒度儀對(duì)小于1mm顆粒物進(jìn)行粒度測(cè)量與分析，儀器測(cè)量的粒徑范圍為0.020～2000μm，重復(fù)測(cè)量誤差小于±2%。最終通過計(jì)算得到礫石、沙粒、粉土和黏土顆粒含量。

　　平均粒徑(Mz)表示沉積物顆粒的粗細(xì)，用于研究沉積韻律和探求物質(zhì)來源。分選系數(shù)(δ)是表示顆粒分選程度的參數(shù)，它表示顆粒在風(fēng)力、水力等動(dòng)力作用下按粒度的富集現(xiàn)象，表示固體顆粒大小的均勻程度。分選系數(shù)越小，分選性越好，分選系數(shù)越大，則分選性越差。分選系數(shù)值均大于0，可采用規(guī)定的δ標(biāo)準(zhǔn)劃分分選級(jí)別，即分選極好(δ<0.35)，分選好(0.35～0.50)，分選較好(0.50～0.71)，分選中等(0.71～1.00)，分選較差(1.00～2.00)，分選差(2.00～4.00)，分選極差(δ>4.00)[23]。偏度(Sk)表示沉積物粗細(xì)分布的對(duì)稱程度，是偏態(tài)的定量描述，沉積物的頻率曲線形態(tài)差別反映了沉積環(huán)境的不同，頻率曲線的偏度可以幫助研究者了解沉積物的成因。Sk=0，粒度呈正態(tài)分布，近于對(duì)稱;Sk>0，粒度呈正偏態(tài)分布，集中于粗端部分;Sk<0，粒度呈負(fù)偏態(tài)分布，集中于細(xì)端部分。賈建軍等人根據(jù)圖解法與矩法的對(duì)應(yīng)關(guān)系將偏態(tài)Sk分為5個(gè)等級(jí)級(jí)：極負(fù)偏態(tài)(<-1.50)，負(fù)偏態(tài)(-1.50～-0.33)，近于對(duì)稱(-0.33～0.33)，正偏態(tài)(0.33～1.50)，極正偏態(tài)(>1.50)[23]。峰態(tài)(Kg)是用來衡量粒度頻率曲線尖銳程度的，表征的是顆粒大小在中間段與兩端的分布情況，也就是定量曲線的峰凸程度，代表了不同物源混雜的混合程度。Kg等級(jí)劃分為非常寬平(>4.5)，很寬平(2.75～4.50)，寬平(1.42～2.75)，中等(1.03～1.42)，很尖窄(0.72～1.03)，非常尖窄(<0.72)[23]。表2為賈建軍等根據(jù)圖解法與矩法的對(duì)應(yīng)關(guān)系，給出的矩法粒度參數(shù)的分級(jí)表[23]。

　　2.3統(tǒng)計(jì)分析

　　方法數(shù)據(jù)經(jīng)Excel2019軟件進(jìn)行整理后，利用SPSS25.0對(duì)兩種地貌類型采樣點(diǎn)戈壁沉積物的粒度組成與粒度參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立樣本均值t檢驗(yàn)(雙側(cè)檢驗(yàn))，比較其均值，顯著性水平α值取0.05，p<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

　　3結(jié)果與討論

　　3.1東居延海湖岸采樣點(diǎn)縱剖面沉積物粒度組成及特征參數(shù)

　　3.1.1沉積物粒度組成圖2為東居延海湖岸采樣點(diǎn)1(圖2A)，2(圖2B)，3(圖2C)戈壁沉積物黏土、粉土、沙子、礫石百分比含量隨采樣深度的變化情況。可知：根據(jù)美國土壤科學(xué)學(xué)會(huì)劃分標(biāo)準(zhǔn)，在東居延海湖岸采樣點(diǎn)中(采樣點(diǎn)1，2，3)，各采樣點(diǎn)上層(0—10cm)沉積物顆粒主要以沙子(50μm～2mm)為主，其含量變化范圍為33.3%～68.3%，平均值為49.2%;其次為礫石(>2mm)和粉土(2～50μm)，其含量變化范圍分別為9.6%～32.4%和11.8%～39.7%，平均值分別為23.4%和23.3%;黏土(<2μm)含量較低，變化范圍為3.2%～4.8%，平均值為4.1%。在縱剖面上，沿垂直方向各剖面層的粒度組成與上層存在差異，主要以沙子和粉土為主，平均含量分別為41.1%和40.6%，礫石和黏土含量較低，平均含量為9.6%和8.8%。

　　在東居延海湖岸采樣點(diǎn)中，沉積相相對(duì)較細(xì)，采樣點(diǎn)1，2中存在砂、礫、石的互層，其沉積物組成以沙子為主，在縱剖面上其粒度組成逐漸變細(xì)，礫石含量下降，粉土和黏土含量上升，變化較明顯。采樣點(diǎn)1僅0—5cm層存在礫石，礫石、沙子和粉土的比重分別為20.4%，53.7%，21.3%，在其余剖面層中，主要以沙子為主，平均含量達(dá)到62.1%，粉土和黏土含量較低，但沿垂直方向從上至下有增加趨勢(shì)。采樣點(diǎn)2礫石主要存在于0—2cm層，礫石、沙子和粉土的比重分別為22.5%，33.3%，39.7%，2—40cm剖面層主要以沙子和粉土為主，基本不含礫石，沿縱剖面方向，沙子含量逐漸下降，由76.4%下降到29.8%;黏土和粉土含量上升，分別由1.9%到9.5%和由21.7%到60.6%。采樣點(diǎn)3均為僅0—10cm層存在礫石，比重為7.8%，該層主要以沙子為主，含量達(dá)67.1%，10—40cm剖面層主要以粉土為主，含量達(dá)74.9%，沿垂直方向從上至下，沙子含量逐漸下降，粉土和黏土含量上升。采樣點(diǎn)3粒度組成較細(xì)，地表基本無礫石覆蓋，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采樣點(diǎn)3位置區(qū)域地表存在結(jié)皮和侵蝕溝，可能是由于現(xiàn)代流水的沖刷作用，粒徑大的顆粒被流水帶走，形成結(jié)皮保護(hù)下層細(xì)顆粒不被風(fēng)蝕。采樣點(diǎn)1，2表層形成明顯的以石塊為主的沉積特征，這可能由于研究區(qū)常年的大風(fēng)天氣，且戈壁具有較大搬運(yùn)能力的風(fēng)沙流[32]。由于環(huán)境中風(fēng)力作用很強(qiáng)、風(fēng)沙活動(dòng)頻繁，加之戈壁具有較大搬運(yùn)能力的風(fēng)沙流，地表的細(xì)顆粒沉積物被風(fēng)搬運(yùn)離開原地表，使沉積物質(zhì)粗化，表面呈現(xiàn)大量石塊、礫石分布，下層部分細(xì)顆粒物質(zhì)在上部礫石的保護(hù)作用下，長期積累，沉積下來。

　　3.1.2沉積物粒度特征參數(shù)通過表3可看出，采樣點(diǎn)1的5—25cm、采樣點(diǎn)2的10—40cm、采樣點(diǎn)3的10—40cm剖面層平均粒徑屬于粉土(4.321.50)，其余各采樣點(diǎn)剖面層均為正偏(0.33～1.50)，這說明沉積物主要以侵蝕過程為主，顆粒粗化明顯。峰態(tài)值的變化范圍在2.67～9.00，寬平占8.3%，很寬平占50%，非常寬平占41.7%。這說明沉積物屬于單峰態(tài)分布，物源單一，較寬的峰態(tài)表明沉積物粒度在各級(jí)別的優(yōu)勢(shì)不明顯，沉積物質(zhì)可能是由不同的物源分選之后形成的混合物。下層沉積物峰態(tài)分布表現(xiàn)為很寬平或非常寬平，表明該處受風(fēng)蝕影響較小，細(xì)粒物質(zhì)沒有流失，一旦這些地段因人為因素而出露于地表，細(xì)粒物質(zhì)將很快被風(fēng)蝕作用搬運(yùn)遷移，峰態(tài)將進(jìn)一步尖窄化[13]。

　　3.2古河道采樣點(diǎn)縱剖面沉積物粒度組成及特征參數(shù)

　　3.2.1粒度組成圖3為古河道采樣點(diǎn)4(圖3A)，5(圖3B)，6(圖3C)縱剖面沉積物粒度組成隨采樣深度變化情況。可知，在古河道采樣點(diǎn)中：各采樣點(diǎn)0—10cm層沉積物顆粒主要以沙子為主，比重達(dá)67.3%;其次為礫石，比重達(dá)27.6%;粉土和黏土含量較低，分別為4.0%和1.0%。10—20cm層沉積物顆粒主要以礫石和沙子為主，比重分別為44.3%和43.4%;粉土和黏土含量較低，分別為9.7%和2.6%。

　　古河道采樣點(diǎn)粒度組成主要表現(xiàn)為上層細(xì)、下層粗的特點(diǎn)，上層細(xì)砂含量為64.4%，下層石塊含量為33.4%，屬于典型的河流沖積物二元沉積相結(jié)構(gòu)[33-34]。表層的細(xì)粒物質(zhì)較多是由于河漫灘沉積物在洪水泛濫時(shí)，懸移質(zhì)沉積物向河道兩側(cè)溢出，形成以沙子、粉土等細(xì)粒物質(zhì)為主的沉積層，在下層則形成了以礫石、粗砂為主的沉積層，因而在垂直剖面上構(gòu)成了典型的二元相沉積互層。其中采樣點(diǎn)6地表基本無礫石覆蓋，主要由于該區(qū)域地勢(shì)較低，頻繁的風(fēng)沙作用，細(xì)顆粒物質(zhì)在該處大量堆積。——論文作者：肖靖安1，2，裴亮1，2，孫莉英1，2，馬文秀3

声明:①文献来自知网、维普、万方等检索数据库，说明本文献已经发表见刊，恭喜作者.②如果您是作者且不想本平台展示文献信息,可联系学术顾问予以删除.