巴丹吉林沙漠車日格勒鈣華測年及其地質(zhì)意義

曹樂 劉敏

摘 要：巴丹吉林沙漠內(nèi)分布有100多個湖泊，許多湖泊中心、湖岸分布鈣華，其形成機理與古氣候意義引起了諸多學(xué)者的關(guān)注。為研究沙漠鈣華的成因及其反映的沙漠古氣候演化規(guī)律，本文通過鉆取車日格勒湖泊北岸鈣華巖芯，對樣品進行沉積形貌與測年分析，探究了鈣華沉積的地質(zhì)歷史時期及其沉積規(guī)律。結(jié)果表明，不同的干濕氣候條件下形成的鈣華顏色、碳酸鈣含量不同，深色、高碳酸鈣的鈣華沉積于干旱期，反之沉積于濕潤期；鈣華主要沉積于中晚全新世，生長模式為自下向上與后期充填；鈣華沉積平均速率為0.664mm/a，干旱期沉積速率大于濕潤期。研究結(jié)果增加了對沙漠湖泊鈣華基礎(chǔ)形貌特征的了解，對其沉積時代進行了確定，為沙漠區(qū)水化學(xué)特征演化、古氣候重建等研究工作提供了重要基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：鈣華；鈾系測年；車日格勒；巴丹吉林沙漠

鈣華，作為一種常見的碳酸鈣沉淀物，多由巖溶泉、河、湖水沉積形成，受到地形地貌、水動力條件、氣候變化、環(huán)境變化、生物等因素影響，能夠記錄高分辨率的氣候和環(huán)境變化，常見于溫暖濕潤的碳酸鹽巖地區(qū)，干冷地區(qū)少有發(fā)育。前期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，巴丹吉林沙漠中分布眾多湖泊，在諸多湖泊中心或湖岸邊、泉口周圍發(fā)育大量鈣華，呈塊狀、板狀。

目前相關(guān)研究還較少，陳建生[ 1-3 ]于諾爾圖、音德爾圖、伊和吉格德湖泊發(fā)現(xiàn)鈣華分布，對鈣華取樣并進行X射線衍射（XRD）測試，顯示鈣華主要成分為文石，并認(rèn)為其為典型湖泊相碳酸鈣沉積。鈣華14C年齡在8543±172aBP，陳建生分析認(rèn)為CO2來源于地殼深部，祁連山冰雪融水沿深大斷裂導(dǎo)水進入巴丹吉林沙漠，地下水在地表成湖時水中碳酸鈣沉積形成鈣華。楊小平[ 4-6 ]于沙漠區(qū)敦德吉林湖泊南岸發(fā)現(xiàn)鈣華，U系法測得頂層鈣華年齡為11.5±0.5 ka，并根據(jù)鈣華樣品較低的234U/238U比率認(rèn)為鈣華由淺層水形成，與世界上鹽湖形成的鈣華塔相似。通過對沙漠地區(qū)鈣華沉積形貌特征及年齡信息的研究，能夠揭示沙漠地區(qū)地下水補徑排條件及其遷移轉(zhuǎn)化過程，恢復(fù)歷史時期地下水環(huán)境及古氣候變化，具有重要科學(xué)意義。

1 研究區(qū)概況

巴丹吉林沙漠面積約5.2萬km2[ 7 ]，位于阿拉善高原西部，雅布賴山、雅布賴鹽場西北，北大山、合黎山以北，宗乃山以東，溫圖高勒以南，古居延澤、額濟納旗東南（圖1a、b）。沙漠區(qū)地勢東南高、西北低，東南部分布有眾多高沙山、沙丘，相對高差區(qū)為200～300m，在眾多沙山之間散布著100多個湖泊，湖泊多為咸水湖，礦化度1～400g/L，少數(shù)淡水湖小于1g/L[ 8 ]。沙漠區(qū)屬大陸性氣候，全年最高氣溫可達70～80℃，降水量較少，蒸發(fā)量大。取樣湖泊為車日格勒（圖1c），面積分別為1.11km2，南北長約1.31km，東西寬0.9～1.05km。

2 樣品采集與分析

鈣華樣品采自巴丹吉林沙漠車日格勒湖泊北岸，地表樣品為散布塊體，直接取樣，剖面樣品采用美國紹爾單人背包鉆鉆取巖芯，利用自封袋密封保存并帶回實驗室測試分析。鈣華礦物成分在甘肅省地礦局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試完成；選擇鈾系不平衡法進行測年，測試在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所鈾系年代學(xué)實驗室，采用NeptunePlus型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（MC-ICP-MS）進行。

3 結(jié)果與討論

3.1 鈣華剖面沉積特征

圖2柱狀圖表現(xiàn)了鈣華的沉積樣貌變化，根據(jù)鈣華沉積顏色、孔洞、膠結(jié)程度等特征可以將其分為A、B、C、D、E五種類型。鉆孔深3.8m，鈣華巖芯樣貌以A、B、C為主，D主要作為A、B、C類型中間夾層出現(xiàn)，邊界線明顯；E位于鉆孔底部。5種沉積樣貌特征列于表1，具體特征為：A呈現(xiàn)灰白色，膠結(jié)程度相對較高，密實，無空隙、孔洞，局部顏色呈深灰色，放大鏡下可見石英、長石顆粒，反映了較強的水動力與風(fēng)沙動力條件，加HCl可明顯冒泡；B呈白色，堅硬，氣泡狀孔洞較多，蜂窩狀構(gòu)造，純質(zhì)均勻，加酸劇烈冒泡；C呈乳白色，膠結(jié)程度較高，中間有較多孔洞，局部造成鉆孔巖芯中空間斷，純質(zhì)均勻，堅硬，加酸劇烈冒泡；D呈淺黃色，有孔洞，礦物結(jié)晶呈鮞粒狀、放射狀，純質(zhì)均勻，堅硬，加酸劇烈冒泡；E呈深灰色，膠結(jié)程度差，巖芯松散破碎，含少量泥質(zhì)，放大鏡下可見石英、長石礦物顆粒，反映了較強的水動力與風(fēng)沙動力條件，加HCl可輕微冒泡。

鈣華巖芯5種不同的沉積樣貌，反映了在鈣華沉積過程中氣候環(huán)境條件的差異。E深度最深，是鈣華沉積的起始時期，與A相似，CaCO3含量相對較低，且明顯可見石英、長石顆粒，放映了沉積時期較強的水動力與空氣動力環(huán)境，在鈣華沉積時混入了較多的沙漠風(fēng)積砂顆粒；B較多的氣泡狀孔洞，形成薄層的皮殼狀CaCO3，說明鈣華沉積過程中脫氣作用發(fā)揮的主導(dǎo)作用，氣體消失后留下孔洞；C、D質(zhì)地為較純的CaCO3，表1中礦物含量也顯示C、D的CaO含量最高，均超過54.5%，反映了較穩(wěn)定的沉積環(huán)境，根據(jù)沉積樣貌，特別是中空段，反映了該部分CaCO3可能是后期填充沉積而成。

3.2 鈣華測年

車日格勒北岸鉆孔鈣華年齡結(jié)果在0.59～4.22ka.BP范圍內(nèi)，主要分布在中晚全新世，最老年齡為280cm深的4.216ka BP，最年輕為60cm深處的0.594ka BP，前人所得年齡在8000～10000年，可能是由于“死碳效應(yīng)”[ 9 ]存在，導(dǎo)致14C測年偏老。鈣華年齡并非隨取樣深度的增加而變大，表現(xiàn)出更多的無序性，并非表現(xiàn)出“深度越大，年齡越老”的特征，在60cm、335cm深處的樣品表現(xiàn)出偏年輕的特點，分別低于其上、下鈣華樣品的年齡，說明這部分亂序的鈣華可能是后期充填而成的。

圖2中年代-深度圖顯示鈣華巖芯的沉積速率并非勻速，由4000多年前至今，沉積速率越來越快，說明鈣華的沉積速度隨著氣候、環(huán)境等條件的變化而有所不同。若以巖芯280cm深所測得的最老年齡距今4216a計算，鉆孔鈣華沉積的平均速率為0.664mm/a，小于黃龍鈣華1～4.86mm/a[ 10 ]的平均沉積速率。若將巖芯分成4段：280～230cm；230～185cm；185～110cm；110～5cm，分別計算各階段的平均沉積速率為0.263mm/a、0.578mm/a、4.688mm/a、5.497mm/a，沉積速率逐漸加快，近2000a來達到最大值。

4 結(jié)論

1）根據(jù)鈣華沉積形態(tài)（顏色、孔洞、膠結(jié)程度等）可將其分為5類，鈣華是否沉積不能代表氣候環(huán)境的濕潤與干燥，其沉積的形態(tài)、成分變化才能用于反映氣候干濕冷暖。

2）巴丹吉林沙漠車日格勒湖泊鈣華主要沉積于中晚全新世；沉積生長模式并非由下向上不斷加積，年齡的無序性反映了后期年輕鈣華的充填沉積。

3）鉆孔內(nèi)鈣華沉積平均速率為0.664mm/a，最大可達5.497mm/a。說明鈣華并非只在濕潤期沉積，干旱期也在不斷沉積，沉積速度甚至更快。

參考文獻：

[1] Chen J S， Li L， Wang J Y， et al. Groundwater maintains dune landscape[J].Nature，2004，432（7016）：459-460.

[2] 陳建生，汪集旸，趙霞，等.巴丹吉林沙漠湖泊鈣華與根狀結(jié)核的發(fā)現(xiàn)對研究湖泊水補給的意義：高分辨記錄與同位素技術(shù)在環(huán)境變化研究中的應(yīng)用全國學(xué)術(shù)討論會[C].中國桂林.2004.

[3] Chen J， Zhao X， Sheng X， et al. Formation mechanisms of megadunes and lakes in the Badain Jaran Desert， Inner Mongolia[J]. Chinese Science Bulletin，2006，51（24）：3026-3034.

[4] 楊小平.巴丹吉林沙漠地區(qū)鈣質(zhì)膠結(jié)層的發(fā)現(xiàn)及其古氣候意義[J].第四紀(jì)研究，2000（3）：295.

[5] Yang X，Williams M A J.The ion chemistry of lakes and late Holocene desiccation in the Badain Jaran Desert， Inner Mongolia， China[J].Catena，2003，51（1）：45-60.

[6] Yang X， Ma N， Dong J， et al. Recharge to the inter-dune lakes and Holocene climatic changes in the Badain Jaran Desert， western China[J].Quaternary Research，2010，73（1）：10-19.

[7] 朱金峰，王乃昂，陳紅寶，等.基于遙感的巴丹吉林沙漠范圍與面積分析[J].地理科學(xué)進展，2010，29（9）：1087-1094.

[8] 陳立，王乃昂，王浩，等.巴丹吉林沙漠湖泊與地下水化學(xué)參數(shù)初步研究[J].中國沙漠，2012，32（2）：531-538.

[9] 胡欣欣，黃成敏.鈣華成因及其在古環(huán)境與古氣候重建中的應(yīng)用[J].世界科技研究與發(fā)展，2008，30（3）：331-335.

[10] 胥良，姜澤凡.基于鈣均衡估算黃龍鈣華沉積速率的探討[J].中國巖溶，2007，26（2）：132-136.

作者簡介：

曹樂（1990-），男，漢族，山東泰安人，碩士，研究方向：水文地質(zhì)、水資源。