遼南地區(qū)金州西團(tuán)瓢湖沼相沉積物粒度化學(xué)特征及環(huán)境意義

張威，成然，馬瑞豐，麻浩男，葛潤澤，孫波，趙賀

遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，大連 116029

遼南地區(qū)作為海陸交互地帶，受來自陸地和海洋的雙重氣候變化影響。該地區(qū)的湖泊沉積物序列連續(xù)，是研究歷史時(shí)期氣候變化的理想載體。20世紀(jì)70年代，中國科學(xué)院貴陽地球化學(xué)研究所對(duì)遼南地區(qū)普蘭店湖相沉積進(jìn)行研究，通過孢粉分析與14C測年討論了全新世以來的氣候變化，早全新世（10.0～8.0 kaBP）氣候總體溫和干燥；中全新世（8.0～2.5 kaBP）前期氣候溫暖濕潤，后期溫暖較干燥；晚全新世（2.5 kaBP至今）氣溫偏涼，前期濕潤，后期干燥[1]。20世紀(jì)90年代，李雪銘對(duì)遼南大蓮泡湖相沉積進(jìn)行研究，通過孢粉與粒度分析恢復(fù)了區(qū)內(nèi)全新世以來的氣候演化，所得到的結(jié)論與中國科學(xué)院貴陽地化所基本一致[2]。雖然不同的學(xué)者對(duì)研究區(qū)全新世的氣候變化特征進(jìn)行了初步研究，但是時(shí)間尺度比較短。對(duì)于晚更新世以來的氣候環(huán)境變化研究成果較少，且絕大多數(shù)根據(jù)陸架黃土，采用一些比較傳統(tǒng)的環(huán)境替代性指標(biāo)對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行研究[3-4]，分辨率并不高，尤其是對(duì)粒度與化學(xué)數(shù)據(jù)的處理方面，分析方法和手段比較單一。因此，本文在詳細(xì)野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)遼南地區(qū)保存完整的西團(tuán)瓢湖相沉積剖面進(jìn)行高分辨率采樣，采用端元模型對(duì)湖相沉積物的粒度變化特征進(jìn)行深入分析，并結(jié)合粒度參數(shù)以及地球化學(xué)元素CIA、燒失量、電導(dǎo)率等指標(biāo)，探討研究區(qū)晚更新世末期以來的環(huán)境演化特征。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼東半島南部，地貌表現(xiàn)為中央高、東西兩側(cè)低（圖1）。區(qū)內(nèi)由泡子崖向斜、付家村-七頂山背斜和西團(tuán)瓢向斜組成一個(gè)北西向復(fù)向斜構(gòu)造。研究區(qū)出露地層有震旦系灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、石英巖，古生界寒武系云母砂巖、頁巖、灰?guī)r，奧陶系硅質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。本區(qū)屬于暖溫帶亞濕潤氣候區(qū)，西臨渤海，受海洋性氣候影響大，年平均氣溫10.1 ℃，年降水量 660 mm[5]。西團(tuán)瓢剖面位于遼寧省大連市金州區(qū)西團(tuán)瓢村，處于由大西山、七頂山及大東山圍成的盆地中（圖2）。盆地東側(cè)為三十里堡河，該河從東南流向西北，穿盆而過，注入渤海灣。盆地南部剝蝕發(fā)育了多條溝谷，出山口后均匯入湖盆[2]。剖面距離渤海約10.36 km，距離黃海約36.29 km。大蓮泡位于西團(tuán)瓢西南部2 km處，同處于山間湖盆中，發(fā)育了約3 m厚的松散沉積物。下層（1.65～3 m），為黃棕色亞黏土層，以坡面溝谷沖積為主，大蓮泡湖沼處于初始階段，孢粉數(shù)量較少，且多為耐寒冷干旱的花粉，說明當(dāng)時(shí)氣候惡劣，植被稀疏，雨水沖刷坡面攜帶碎屑物進(jìn)入湖盆；中層（0.85～1.65 m），為黑褐色黏土層，富含有機(jī)質(zhì)，早期坡面溝谷沖積作用減少，以湖泊沉積為主，環(huán)境穩(wěn)定，沉積了大量細(xì)顆粒物質(zhì)，有大量闊葉樹種及水生植物的花粉，推斷此階段處于全新世溫暖濕潤期，但有一段出現(xiàn)大量鹽生蒿屬的孢粉，與海水侵入湖盆有關(guān)；上層（地表至0.85 m處）為黃棕色粉砂層，下段為草炭層，14C年代測定為667±100a，以河流作用為主，草本植物花粉增加，水生植物減少，標(biāo)志氣候又逐漸惡劣，湖盆變淺，最終干涸消失[2]。

2 資料和方法

2.1 剖面特征

西團(tuán)瓢剖面（39°14′54.32″N、121°43′39.61″E）位于遼寧省大連市金州區(qū)西團(tuán)瓢村（圖3）。剖面厚354 cm，根據(jù)巖性特征將剖面劃為8個(gè)地層單元，剖面巖性特征描述如下：

（1）0～24 cm，現(xiàn)代生草層，富含植物根系；

（2）24～74 cm，粉—中砂層，由深棕色過渡至淺棕色，夾有灰白色黏土條帶，較疏松；

（3）74～136 cm，泥炭層，由棕黑色過度到黑色，緊實(shí)，富含植物殘?bào)w；

圖1 研究區(qū)和采樣點(diǎn)位置圖Fig.1 Sampling site location in study area

圖2 研究區(qū)地形圖Fig.2 Topographic map of study area

圖3 西團(tuán)瓢剖面照片和巖性柱狀圖Fig.3 Photographs and lithologic histogram of the Xi Tuanpiao profile

（4）136～176 cm，粉—中砂層，深灰色，夾淺灰色黏土條帶，較緊實(shí)；

（5）176～222 cm，粉—細(xì)砂層，淺灰色，212 cm以上可見螺殼；

（6）222～232 cm，中砂層，灰白色，有黃色銹斑，較疏松；

（7）232～276 cm，粉—中砂層，棕灰色，夾雜黃色銹斑及黏土條，偶有白色鈣結(jié)核，較緊實(shí)；

（8）276～354 cm，粉砂—黏土層，棕黃色，有黃色銹斑，夾有灰色黏土條；下部為灰色大石塊。

在剖面每個(gè)層位進(jìn)行樣品采集，每隔2 cm采集一個(gè)樣品，共采集樣品177個(gè)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

粒度測試使用LS13320激光衍射粒度儀，粒級(jí)以Krumbein粒度（φ）表示，轉(zhuǎn)換公式為 φ=?log2d，其中d為粒級(jí)（mm）。

化學(xué)元素測試使用日本理學(xué)公司生產(chǎn)的ZSX PrinmusⅡ型X射線熒光光譜儀。測試了樣品中元素所對(duì)應(yīng)的氧化物的含量。

燒失量測量：先將樣品在110 ℃下烘干1 h以去除水分，再用精度為0.000 1 g的電子秤稱取1 g樣品，使用550 ℃馬沸爐燃燒4 h，冷卻后稱重。

黏土混濁水電導(dǎo)率測量：先將樣品在110 ℃下烘干 48 h，再將樣品研磨至 31 目以下，稱取 10 g 放入燒杯中，加入 120 mL 蒸餾水。攪拌 3 min，靜置 1 h后開始測量。儀器為DDS-320型電導(dǎo)率儀。以上實(shí)驗(yàn)均在遼寧師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心完成。

14C年代樣品為96 cm深處的植物殘?bào)w和186 cm深處的螺殼，利用加速器質(zhì)譜儀測定，在美國Beta實(shí)驗(yàn)室完成。測定的年代分別為 1 170±30 cal.aBP、11 510±40 cal.aBP。0～96 cm 的沉積速率為 8.20 mm/a，96～186 cm 的沉積速率為 0.87 mm/a。底部 354 cm處的年代推測為30 808 cal.aBP。其他各層位年代如圖3所示。

2.3 分析方法

2.3.1 粒度特征

沉積物粒度特征通過粒度組成特征、頻率曲線特征、粒度統(tǒng)計(jì)參數(shù)特征來表達(dá)，其中統(tǒng)計(jì)參數(shù)包括平均粒徑、中值粒徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏態(tài)和峰態(tài)，以上參數(shù)計(jì)算采用圖解法[6]，對(duì)各參數(shù)的分級(jí)以及定性描述術(shù)語參照盧連戰(zhàn)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[7]。

2.3.2 端元分析

沉積物是由多種沉積動(dòng)力因素共同作用的結(jié)果，因此將不同沉積動(dòng)力過程分解出來可以更有效地反演物質(zhì)來源及沉積過程。端元分析模型主要用于對(duì)沉積物粒度數(shù)據(jù)進(jìn)行組分分離[8]，在識(shí)別和分析沉積物各動(dòng)力組分中得到廣泛應(yīng)用[9-10]。Weltje結(jié)合前人的研究，歸納出了端元分析模型，并提出了動(dòng)力組分（Dynamic Population）這一概念。端元分析模型的目的就在于從沉積物的粒度數(shù)據(jù)中提取出與動(dòng)力組分相對(duì)應(yīng)的端元（End Member，簡稱EM）。

湖泊沉積物一般由多個(gè)不同時(shí)期的動(dòng)力組分混合而成，根據(jù)端元分析模型，粒度數(shù)據(jù)集X可以用多個(gè)端元成分的數(shù)據(jù)集B的線性組合來表示：

其中，X（m*n）為沉積物樣品粒度的矩陣，M（m*k）為端元含量的混合矩陣，B（k*n）為端元粒度的矩陣（m：樣品總數(shù)，n：粒級(jí)總數(shù)，k：端元總數(shù)）

由于沉積物搬運(yùn)過程的特殊性以及在采集樣品和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)可能出現(xiàn)的誤差，一般很難得到符合公式（1）的完美混合矩陣，因此矩陣由兩部分組成，即完美混合矩陣X’和誤差矩陣E[11]：

本文采用Peterson改進(jìn)后的端元分析模型[12]，在Matlab軟件中運(yùn)行端元計(jì)算程序，導(dǎo)入粒級(jí)數(shù)據(jù)，并假定端元數(shù)在1～10之間。端元數(shù)越大，粒級(jí)復(fù)相關(guān)系數(shù)R2越接近于1，R2在0.8以上表示端元數(shù)基本滿足擬合的要求。為了便于分離出沉積物的動(dòng)力組分，端元分析盡量以端元數(shù)為少的原則進(jìn)行，因此本文最終選擇3個(gè)端元對(duì)該組粒度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（圖4）。

3 結(jié)果分析

3.1 粒度組成特征

按照吳正的粒度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[13]，將沉積物粒徑分為 6 個(gè)等級(jí)：黏土：0～4 μm，粉砂：4～63 μm，極細(xì)砂：63～125 μm，細(xì)砂：125～250 μm，中砂：250～500 μm，粗砂：＞500 μm。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)西團(tuán)瓢湖沼相沉積物粒度組成特征進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5所示。

從粒度組成圖中可以看出，整個(gè)剖面粗砂含量最少，平均值僅為4.4%，極細(xì)砂含量次之，粉砂含量最高，平均值達(dá)到43.4%。不同層位沉積物的粒級(jí)組成存在一定差異。0～24 cm的現(xiàn)代生草層以中砂和細(xì)砂含量為主，平均含量分別為34.98%和28.24%；24～74 cm沉積物以中砂和粉砂為主，平均含量分別為29.97%和25.48%，該層沉積物粒度組分隨深度變化的幅度較大。與上一層相比，74～136 cm的泥炭層的粉砂和黏土明顯增加，粉砂含量由25.48%增加到53.77%，黏土含量由5.51%增加到14.26%。136～176 cm的沉積物以粉砂和中砂為主，平均含量分別為46.56%和15.33%。黏土與粗砂含量比泥炭層偏低。176～222 cm沉積物以粉砂和極細(xì)砂為主，平均含量分別為59.54%和15.75%，其中粉砂的平均含量為整個(gè)剖面的最大值。222～232 cm的沉積物以中砂和細(xì)砂為主，平均含量分別為35.30%和24.70%，黏土含量僅為0.50%，是整個(gè)剖面的最低值。232～276 cm的沉積物與上一層位相比顆粒較細(xì)，以粉砂和中砂為主，平均含量分別為34.42%和18.30%。276～354 cm的沉積物以粉砂和黏土為主，平均含量分別為46.73%和23.00%，其中黏土組分的平均含量比其他層位的黏土含量都高，粗砂含量極少，僅為0.61%。

圖4 端元線性相關(guān)（a）和角度離差（b）Fig.4 Linear correlation of end members （a） and angular dispersion （b）

圖5 西團(tuán)瓢剖面粒度姐成Fig.5 The composition of the grain size of the Xi Tuanpiao profile

3.2 頻率曲線特征

頻率曲線的橫坐標(biāo)一般用沉積物的粒徑區(qū)間來表示，而縱坐標(biāo)用不同粒徑區(qū)間的體積百分比表示。頻率曲線呈現(xiàn)的粒度特征可以直接反映當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境。峰值個(gè)數(shù)越多，代表著沉積環(huán)境越復(fù)雜，曲線只有一個(gè)峰意味著沉積環(huán)境比較穩(wěn)定，水動(dòng)力條件單一。曲線出現(xiàn)兩個(gè)及以上峰表示沉積環(huán)境不穩(wěn)定。沉積時(shí)期的水動(dòng)力條件會(huì)關(guān)系到峰值分布的區(qū)間，如果峰值處于較粗的粒度區(qū)間，則表示水動(dòng)力條件較強(qiáng)，如果峰值處于較細(xì)的粒度區(qū)間，則表示水動(dòng)力條件較弱。

如圖6所示，剖面沉積物的粒度頻率分布曲線整體以單峰和雙峰為主，峰值主要出現(xiàn)在2Ф附近，另有一部分雙峰曲線的峰值出現(xiàn)在2Ф、5Ф和7Ф附近，可見沉積環(huán)境不穩(wěn)定。由圖5所示，0～24、24～74、222～232、232～276 cm 的沉積物粒度頻率分布曲線以單峰為主，且峰值出現(xiàn)在2Ф附近，說明在這些階段湖泊沉積環(huán)境穩(wěn)定，且水動(dòng)力較強(qiáng)，其中24～74和232～276 cm的頻率曲線出現(xiàn)弱峰，說明在這兩個(gè)階段沉積環(huán)境出現(xiàn)一定波動(dòng)。176～222 cm的頻率曲線呈現(xiàn)單雙峰交雜的情況，峰值主要集中在5Ф附近，還有部分雙峰峰值集中在2Ф和7Ф附近，說明此時(shí)期沉積環(huán)境不穩(wěn)定，且水動(dòng)力較弱，呈現(xiàn)低能。74～136、136～176和276～354 cm的頻率曲線以雙峰為主，且交錯(cuò)繁復(fù)，峰值大致出現(xiàn)在2Ф和5～7Ф附近，說明這兩個(gè)階段沉積環(huán)境復(fù)雜，水動(dòng)力強(qiáng)弱交替。

圖6 西團(tuán)瓢剖面粒度頻率分布曲線Fig.6 Drain-size distribution of the Xi Tuanpiao profile

3.3 粒度統(tǒng)計(jì)參數(shù)特征

沉積物粒度特征除了通過頻率分布曲線表達(dá)，還可用平均粒徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏態(tài)和峰態(tài)等參數(shù)進(jìn)行分析。不同參數(shù)表示的沉積意義各不相同，同時(shí)各參數(shù)之間相互關(guān)聯(lián)，因此通過對(duì)粒度參數(shù)進(jìn)行分析可以更好地推斷沉積環(huán)境。

如圖7所示，金州西團(tuán)瓢剖面的平均粒徑為0.70～7.30Ф，且波動(dòng)明顯?，F(xiàn)代生草層（0～24 cm）平均粒徑最大，平均值為2.53Ф；中砂層（222～232 cm）次之，平均值為 2.81Ф；粉—中砂層（24～74 cm）居于其后，平均值為3.14Ф；之后平均粒徑由大到小的層位依次是粉—中砂層（232～276 cm）、粉—中砂層（136～176 cm）、粉—細(xì)砂層（176～222 cm）、泥炭層（74～136 cm），平均粒徑的平均值分別為：4.32、4.43、4.86、4.99Ф。粉砂—黏土層（276～354 cm）最小，平均值為 5.88Ф。

剖面沉積物粒度的分選系數(shù)范圍為1.15～3.11，數(shù)值越大，代表分選效果越差。根據(jù)圖解法對(duì)分選系數(shù)等級(jí)的定性描述可知，該剖面整體處于分選較差到分選差的程度，但是不同層位的分選程度不同，可進(jìn)行剖面內(nèi)部比較。現(xiàn)代生草層（0～24 cm）的分選系數(shù)平均值為1.89，與其他層位相比，分選效果最好；粉—細(xì)砂層（176～222 cm）次之，分選系數(shù)平均值為 1.95，；中砂層（222～232 cm）居于其后，分選系數(shù)平均值為2.01；之后分選效果由好變差的層位依次是粉—中砂層（24～74 cm）、粉—中砂層（136～176 cm）、粉砂—黏土層（276～354 cm）、泥炭層（74～136 cm），分選系數(shù)依次是 2.05、2.46、2.48、2.54；粉—中砂層（232～276 cm）分選效果最差，分選系數(shù)平均值為2.79。

剖面整體偏態(tài)值為-0.29～0.74，平均值為0.13，剖面整體表現(xiàn)為正偏態(tài)，沉積物顆粒較粗，分選較差，沉積時(shí)期水動(dòng)力較強(qiáng)且不穩(wěn)定；不同層位偏態(tài)值不同，可進(jìn)行內(nèi)部比較。中砂層（222～232 cm）偏態(tài)值最大，現(xiàn)代生草層（0～24 cm）次之，粉—中砂層（24～74 cm）位于其后，平均值分別為 0.49、0.48、0.39，這3個(gè)層位的偏態(tài)特征都定性描述為極正偏。粉—中砂層（232～276 cm）、粉—細(xì)砂層（176～222 cm）的偏態(tài)值的平均值分別為 0.26、0.1，這兩個(gè)層位的偏態(tài)特征描述為正偏。泥炭層（74～136 cm）、粉—中砂層（136～176 cm）、粉砂—黏土層（276～354 cm）的偏態(tài)值平均值分別為-0.07、0.09、-0.08，這3個(gè)層位的偏態(tài)特征描述為近對(duì)稱。

整個(gè)剖面的峰態(tài)值為0.63～2.15，平均值為1.06，西團(tuán)瓢剖面的峰態(tài)多表現(xiàn)為中等寬度，說明沉積物粒徑較為集中，沉積時(shí)期的水動(dòng)力條件總體表現(xiàn)為中能。粉—中砂層（136～176 cm）峰態(tài)值最小，其平均值為0.82，定性描述為平坦；泥炭層（74～136 cm）、粉砂—黏土層（276～354 cm）、粉—細(xì)砂層（176～222 cm）峰 態(tài)值的平 均值分別 為 0.91、0.99、1.1，這3個(gè)層位的峰態(tài)特征為中等寬度；粉—中砂層（24～74 cm）峰態(tài)值的平均值為 1.23，峰態(tài)特征描述為尖銳；中砂層（222～232 cm）、現(xiàn)代生草層（0～24 cm）、粉—中砂層（232～276 cm）峰態(tài)值的平均值分別為1.65、1.74、1.85，峰態(tài)特征描述為很尖銳。

圖7 西團(tuán)瓢剖面粒度特征曲線對(duì)比Fig.7 Comparison diagram of profile particle size characteristic curve of the Xi Tuanpiao profile

3.4 端元分析結(jié)果

通過端元分析分離出的3個(gè)端元的粒級(jí)頻率分布曲線圖可以看出，各端元呈現(xiàn)的不同粒級(jí)的頻率分布曲線均為單峰。根據(jù)各自的曲線形態(tài)特征，結(jié)合各深度地層中各端元組分的含量（圖8）以及其他氣候指標(biāo)綜合判斷各端元所代表的沉積動(dòng)力特征。從端元1到端元3主體粒級(jí)粒徑由小變大，其中端元1的平均粒徑為 7.49 μm，眾數(shù)為 9 μm左右，屬于粉砂，分選性最差，峰態(tài)最平坦，可能代表風(fēng)成沉積和流水?dāng)y帶的入湖細(xì)顆粒；端元2的平均粒徑為 38.02 μm，眾數(shù)為 40 μm 左右，屬于粉砂，分選水平最好，接近正態(tài)分布，與端元1相比峰態(tài)略尖銳，可能代表弱水流沉積；端元3的平均粒徑最大，為195.23 μm，眾數(shù)為 300 μm 左右，屬于中砂，分選水平居中，峰度值最大（表1），可能屬于沖洪積相沉積，水動(dòng)力較強(qiáng)。從端元組分的含量上可以看出，端元1與端元2、3大致呈相反的趨勢，隨著地層的加深，端元1的含量呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢，端元2與端元3組分含量隨著地層的加深都呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢。由圖9可以看出，端元1與化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）較為對(duì)應(yīng)?；瘜W(xué)蝕變指數(shù)（CIA）是利用常量元素判斷化學(xué)風(fēng)化程度的指標(biāo)，可以有效指示長石風(fēng)化成黏土礦物的程度，CIA值越大意味著風(fēng)化程度越強(qiáng)，CIA值在50～65之間表示干冷的氣候條件導(dǎo)致的低等化學(xué)風(fēng)化程度；CIA值在65～85之間表示暖濕的氣候條件導(dǎo)致的中等化學(xué)風(fēng)化程度。金州西團(tuán)瓢剖面沉積物CIA值的平均值為63.31，屬于中等偏低的化學(xué)風(fēng)化程度[14-16]。

圖8 西團(tuán)瓢剖面各端元頻率分布曲線Fig.8 Frequency distribution curves of each end member in the Xi Tuanpiao profile

表1 西團(tuán)瓢剖面各端元粒度參數(shù)特征Table 1 The end member parameters characteristic of The Xi Tuanpiao profile

燒失量表示在高溫條件下，樣品損失的部分占總質(zhì)量的百分比。燒失量值越大表示樣品中有機(jī)質(zhì)含量越高。湖泊沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量可以有效地指示湖區(qū)氣候環(huán)境特征，濕潤的環(huán)境是有機(jī)質(zhì)富集的重要條件，高溫和寒冷都有助于有機(jī)質(zhì)的積累[17]。金州西團(tuán)瓢剖面有機(jī)質(zhì)含量的平均值為13.61%，剖面內(nèi)部各層位之間又存在差別，可進(jìn)一步對(duì)比。

端元1是細(xì)顆粒組分，在現(xiàn)代生草層（0～24 cm）及向泥炭過渡的地層（24～74 cm）中含量較少，在泥炭層（74～136 cm）含量較多，在含有螺殼的湖泊沉積層（136～222 cm）中逐漸減少至最低。但隨著地層的加深（222～354 cm），在 3.08～1.68 kaBP 端元1的含量逐漸增加至最高，此階段氣溫低，降水少，風(fēng)力強(qiáng)勁，由東亞季風(fēng)帶來的西北內(nèi)陸地區(qū)的細(xì)顆粒組分較多。同時(shí)少量大氣降水形成動(dòng)力較弱的坡面徑流，攜帶山區(qū)細(xì)顆粒進(jìn)入湖泊，因此端元1可能指示風(fēng)成沉積及坡面流水?dāng)y帶的細(xì)顆粒沉積，由于不同礦物抗風(fēng)化能力的差異性，使得沉積物總體上粒徑變小，差異性變大，分選性變大；端元2可能指示弱水流沉積，沉積物粒徑較粗，分選較好。弱水流沉積指代由坡面徑流與溝谷水流攜帶流入湖泊的偏粗顆粒沉積物。隨著地層的加深（0～232 cm），端元 2 含量逐漸增加，在 186～232 cm（1.68～1.15 kaBP）富集。此階段為氣候由干冷向暖濕的過渡時(shí)期，降水量逐漸增大，西團(tuán)瓢剖面屬于山前平原，位于七頂山東南部，歷史時(shí)期由于坡面流水作用，接收來自山區(qū)的偏粗顆粒沉積物；端元3可能指示水動(dòng)力較強(qiáng)的沖洪積相沉積，分選較差。

3.5 剖面沉積環(huán)境

遼南大蓮泡與西團(tuán)瓢同處于由大西山、七頂山、大東山組成的山間小盆地，三十里堡河居于盆地東側(cè)，由東南向西北穿盆而過，注入渤海灣。通過孢粉分析發(fā)現(xiàn)，大蓮泡1.10～1.70 m的湖沼相沉積物中的淡水水生植物孢粉被鹽生蒿屬植物孢粉代替，但該段沉積物中還存在淡水螺殼，說明此層沉積物形成時(shí)可能受到海水的影響，但是沒有大規(guī)模海水入侵。從區(qū)域地理環(huán)境看，研究區(qū)三面環(huán)山，有入海河流流經(jīng)此地，在全新世高海面時(shí)期，海水漲潮時(shí)可能溯古河道東進(jìn)影響研究區(qū)淡水湖體的環(huán)境[2]。全新世以來，遼東半島的海陸分布有過明顯的變遷，在約 10 000～5 000 aBP 前是海侵時(shí)期，北黃海海岸線向陸地延伸 5～15 km，5 000 aBP以來是海退時(shí)期，海岸線呈波浪式地向海洋方向移動(dòng)[1、18]。

黏土混濁水電導(dǎo)率值（以下簡稱EC）與溶液中的硫酸根離子及硫酸鹽的含量成正比[19]，沉積環(huán)境從海相過渡到陸相，沉積物中硫化物的含量會(huì)逐漸減少。日本學(xué)者將黏土混濁水電導(dǎo)率與硅藻組合進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)出陸相沉積物的EC值小于0.6 mS/cm，海陸過渡相沉積物的EC值為0.6～1.5 mS/cm，海相沉積物的EC值大于1.5 mS/cm[20]。在海岸帶沉積物形成初期，水體中的硫酸根離子由細(xì)菌活動(dòng)被還原成硫化氫，并與鐵結(jié)合形成黃鐵礦。海岸線退縮，黃鐵礦依然被作為穩(wěn)定的物質(zhì)保存在沉積物中[21-23]。近年來，多位學(xué)者通過黏土混濁水電導(dǎo)率劃分遼東半島的大洋河平原、八岔溝平原、大清河平原以及下遼河平原的海陸相沉積[24-28]。金州西團(tuán)瓢沉積物測得的電導(dǎo)率值最大為0.451 mS/cm，遠(yuǎn)小于0.6 mS/cm（見圖9）。結(jié)合前人的研究，在西團(tuán)瓢剖面沉積時(shí)期，海水曾由三十里堡河上溯，但影響范圍與持續(xù)時(shí)間都不甚長遠(yuǎn)，因此該剖面為可能短暫受海水影響的淡水湖沉積物。

圖9 西團(tuán)飄剖面粒度端元組分、化學(xué)蝕變指數(shù)、燒失量及電導(dǎo)率的垂向變化特征Fig.9 The change of each end member content,CIA,loss on nlgnition and electric conductivity in depth of the Xi Tuanpiao profile

4 討論

4.1 沉積物粒度與化學(xué)指標(biāo)縱向變化及其環(huán)境意義

0～24 cm（0.29 kaBP 至今），顆粒物相對(duì)較粗，以中砂和細(xì)砂含量為主，平均含量分別為34.98%和28.24%；粗砂的平均含量為9.28%。平均粒徑范圍為2.13～2.91Ф，平均值為2.53Ф。分選系數(shù)為1.13～2.49，平均值為1.89，在整個(gè)剖面中屬于分選較好的一層。偏態(tài)值為0.38～0.57，平均值約為0.48，為極正偏，說明沉積物以粗粒級(jí)為主。峰態(tài)值的平均值為1.74，很尖銳。粒度頻率分布曲線以單峰為主，而且峰值出現(xiàn)在2Ф附近?？偟膩碚f，此階段沉積環(huán)境穩(wěn)定。CIA指數(shù)為64.32%，指示中等偏低的化學(xué)風(fēng)化程度。燒失量為14.27%，高于剖面整體的平均值，由于地表生長著大片蘆葦，根系很深，使得該層有機(jī)質(zhì)含量偏高。此階段氣候偏涼偏干。

24～74 cm（0.29～0.90 kaBP）沉積物以中砂和粉砂為主，平均含量分別為29.97%和25.48%，該層沉積物粒度組分隨深度變化的幅度較大。平均粒徑為1.85～4.42Ф，平均值為3.14Ф。分選系數(shù)為1.15～2.70，平均值為2.05，分選效果屬于中等水平。偏態(tài)值為-0.02～0.60，平均值約為0.39，極正偏。表面沉積物大多為粗顆粒，分選水平較差。峰態(tài)值為0.70～2.15，平均值為1.23，尖銳。粒度頻率分布曲線以單峰為主，且峰值出現(xiàn)在2Ф附近，但部分樣品出現(xiàn)弱峰，說明此階段沉積環(huán)境不穩(wěn)定。CIA指數(shù)為66.43%，表示中等水平的化學(xué)風(fēng)化程度；燒失量為12.53%，略低于剖面整體平均值，說明該時(shí)期氣溫偏涼，降水偏少。

與上一層相比，74～136 cm（0.90～5.77 kaBP）的泥炭層的粉砂和黏土明顯增加，粉砂含量由25.48%增加到53.77%，黏土含量由5.51%增加到14.26%。分選系數(shù)為1.80～3.11，平均值為2.54，分選水平較差。峰態(tài)值的平均值為0.91，中等寬度（正態(tài)）。頻率曲線以雙峰為主，且交錯(cuò)繁復(fù)，峰值大致出現(xiàn)在2Ф和5～7Ф附近，總體來看，這個(gè)階段沉積環(huán)境復(fù)雜，水動(dòng)力強(qiáng)弱交替。CIA指數(shù)為71.67%，表示中等偏高的化學(xué)風(fēng)化程度；燒失量為17.37%，該層是泥炭層，由植物腐化形成，說明沉積時(shí)期的氣候溫暖濕潤，適宜于植物的生長。

136～176 cm（5.77～10.36 kaBP）的沉積物大多為粉砂和中砂，平均含量分別為46.56%和15.33%。黏土與粗砂含量比泥炭層偏低。平均粒徑范圍為3.27～5.03Ф，平均值為4.43Ф。分選系數(shù)為1.97～2.76，平均值為2.46，分選水平較差。峰態(tài)值為0.70～1.27，平均值為0.82，峰態(tài)平坦。與上層相似，頻率曲線以雙峰為主，且交錯(cuò)繁復(fù)，峰值大致出現(xiàn)在2Ф和5～7Ф附近，說明此階段沉積環(huán)境復(fù)雜，水動(dòng)力強(qiáng)弱交替。CIA指數(shù)最大為72.26%，表示中等偏高的化學(xué)風(fēng)化程度，燒失量為5.74%，說明此階段氣候溫暖但降水量偏低。

176～222 cm（10.36～15.64 kaBP）沉積物多為粉砂和極細(xì)砂，平均含量分別為59.54%和15.75%，其中粉砂的平均含量為整個(gè)剖面的最大值。平均粒徑為3.99～5.69Ф，平均值為4.86Ф。分選系數(shù)為1.56～2.56，平均值為1.95。分選效果要比上兩層好。偏態(tài)值為-0.14～0.29，平均值約為0.10，為正偏，分選程度略差。峰態(tài)值為0.77～1.31，平均值為1.10，峰態(tài)為中等（正態(tài)）。頻率曲線呈現(xiàn)單雙峰交雜的情況，峰值主要集中在5Ф附近，還有部分雙峰峰值集中在2和7Ф附近?？偟膩砜?，此時(shí)期沉積環(huán)境不穩(wěn)定。CIA指數(shù)最小為37.37%，屬于低等化學(xué)風(fēng)化程度；燒失量為21.60%，這是因?yàn)樵搶映练e了大量螺殼，導(dǎo)致該層有機(jī)質(zhì)含量高。由此說明此階段氣候寒冷干旱。

222～232 cm（15.64～16.79 kaBP）的沉積物多為中砂和細(xì)砂，平均含量分別為35.30%和24.70%，黏土含量僅為0.50%，是整個(gè)剖面的最低值。平均粒徑為2.12～4.32Ф。分選系數(shù)平均值為2.01。偏態(tài)值為0.31～0.58，平均值約為0.49，極正偏，說明沉積物以粗顆粒為主，分選水平較差。峰態(tài)值為0.83～2.02，平均值為1.65，峰態(tài)很尖銳。沉積物粒度頻率分布曲線以單峰為主，且峰值出現(xiàn)在2Ф附近。綜上所述，該階段湖泊沉積環(huán)境穩(wěn)定。CIA指數(shù)的平均值為68.85%，指示中等化學(xué)風(fēng)化水平；燒失量為2.22%，該層有機(jī)質(zhì)含量為整個(gè)剖面的最低值。說明此階段氣候條件不適宜動(dòng)植物的生長，呈現(xiàn)寒冷干旱的狀態(tài)。

232～276 cm（16.79～21.85 kaBP）的沉積物與上一層位相比顆粒較細(xì)，以粉砂和中砂為主，平均含量分別為34.42%和18.30%。平均粒徑為0.72～5.72Ф，平均值為4.32Ф。分選系數(shù)為1.84～3.06，平均值為2.79，此階段分選系數(shù)跨度大，且平均值比其他層位都大，分選效果差。偏態(tài)值為-0.12～0.74，平均值為0.26，正偏，與上層相比，沉積物顆?？傮w偏細(xì)，分選水平較差。峰態(tài)值為0.69～1.96，平均值為1.85，峰態(tài)很尖銳。沉積物粒度頻率分布曲線以單峰為主，但少量樣品出現(xiàn)弱峰，說明在這個(gè)階段沉積環(huán)境不穩(wěn)定，出現(xiàn)波動(dòng)。CIA指數(shù)為65.95%，表示中等化學(xué)風(fēng)化程度；燒失量為12.87%，低于剖面整體平均值，說明此階段氣候條件不適宜動(dòng)植物的生長，呈現(xiàn)寒冷干旱的狀態(tài)。

276～354 cm（21.85～30.81 kaBP）的沉積物仍以細(xì)顆粒（粉砂和黏土）組分為主，平均含量分別為46.73%和23.00%，其中黏土組分的平均含量比其他層位都高，粗砂含量極少，僅為0.61%。平均粒徑為4.60～7.30Ф，平均值為5.88Ф。分選系數(shù)為1.75～3.03，平均值為2.48。偏態(tài)值為-0.27～0.22，平均值約為-0.08，近對(duì)稱，與上層相比，分選水平較好。峰態(tài)值的平均值為0.99，峰態(tài)中等（正態(tài)）。頻率曲線以雙峰為主，且交錯(cuò)繁復(fù)，峰值大致出現(xiàn)在2和5～7Ф附近。綜上說明此階段沉積環(huán)境復(fù)雜，水動(dòng)力強(qiáng)弱交替。CIA指數(shù)64.68%，指示中等偏低的化學(xué)風(fēng)化水平；燒失量為12.31%，數(shù)值偏低，表示氣候條件不適于生物生存，呈現(xiàn)寒冷干旱的狀態(tài)。

4.2 三個(gè)端元所指示的環(huán)境意義

端元1組分在地層中的變化趨勢與CIA指數(shù)的變化趨勢相近，說明端元1的組分特征可能代表了東亞季風(fēng)的動(dòng)力強(qiáng)度，由季風(fēng)帶來的溫濕變化導(dǎo)致沉積物風(fēng)化程度的變化，使得礦物顆粒總體變小。此外，少量大氣降水形成動(dòng)力較弱的坡面徑流，攜帶山區(qū)細(xì)顆粒進(jìn)入湖泊。276～354 cm沉積層端元1含量最大，平均值為63.00%，CIA指數(shù)的平均值為64.68%，說明這個(gè)階段氣候較干旱。

端元2組分在各地層中所占的比重偏少，整體平均值為29.99%。該組分的平均粒徑較端元1偏大，為38.02 μm，眾數(shù)值也在此附近，分選效果最好，端元頻率分布曲線接近正態(tài)分布。176～222 cm沉積層中端元2組分含量最大，平均值為64.09%，CIA值最小，平均值為37.37%。該層沉積物顆粒較細(xì)，以粉砂為主，并有螺殼出現(xiàn)。結(jié)合上文分析可知，該層水動(dòng)力較弱，呈現(xiàn)低能。由此說明，端元2可能指示弱水流沉積，以此組分為主導(dǎo)的沉積時(shí)期氣候偏寒冷干燥，化學(xué)風(fēng)化能力弱。

端元3組分的平均粒徑最大，為195.23 μm，在24～76 cm 和 232～276 cm 沉積層中含量較多，平均值分別為66.43%和49.36%，這兩層的CIA平均值分別為67.19%和65.95%，說明氣候偏溫暖濕潤，降水量豐富。由上文分析可知，這兩層沉積物顆粒以中砂為主，沉積時(shí)期水動(dòng)力較強(qiáng)。由此說明，端元3可能指示沖洪積物，以此組分為主導(dǎo)的沉積時(shí)期氣候溫暖濕潤，化學(xué)風(fēng)化能力較強(qiáng)。

4.3 剖面年代序列

西團(tuán)瓢剖面中存在典型的泥炭層和完整的螺殼，有機(jī)質(zhì)含量很高，因此采用14C測年。測年材料分別選取96 cm深處的植物殘?bào)w與186 cm深處的螺殼，測得年齡分別為 1 170±30、11 510±40 cal.aBP，利用線性內(nèi)插、外推的方法計(jì)算出各層位年代。分別為 292、901、5 765、10 360、15 644、16 792、21 847、30 808 cal.aBP。0～96 cm 的沉積速率為 8.20 mm/a，96～354 cm 的沉積速率為 0.87 mm/a。雖然頂部（24～74 cm）與底部（232 cm 以下）的巖性較為一致，但是其沉積過程不同。頂部沉積物的組分以端元3為主，沖洪積過程水動(dòng)力大，攜帶物質(zhì)多，單位時(shí)間內(nèi)沉積層厚，因此沉積速率大。底部沉積物的組分以端元1為主，風(fēng)成沉積過程動(dòng)力小，攜帶物質(zhì)少且顆粒細(xì)小，單位時(shí)間內(nèi)沉積層薄，沉積速率小。

4.4 區(qū)域?qū)Ρ?/h3>

遼東半島位于東部季風(fēng)氣候區(qū)，前人對(duì)中國東北地區(qū)晚更新世以來古氣候研究多以泥炭孢粉研究為主，并結(jié)合TOC、TN、干密度、含水量及干燥度等指標(biāo)獲得了晚更新世以來的氣候演化信息。吉林二龍灣瑪珥湖記錄的氣候演化過程自晚更新世以來可分為8個(gè)階段[29]，遼寧省南部普蘭店剖面記錄的氣候自全新世以來劃分了3個(gè)階段[1]，遼寧省南部大蓮泡剖面記錄了全新世以來該區(qū)的沉積環(huán)境演變以及氣候演化過程[2]。本文將西團(tuán)瓢剖面記錄的氣候演化過程劃分了5個(gè)階段，現(xiàn)將3個(gè)剖面記錄的氣候演化過程作以下對(duì)比，如圖10。

15.64 ～30.81 kaBP，西團(tuán)瓢剖面沉積層以細(xì)顆粒為主，CIA指數(shù)多指示中等的化學(xué)風(fēng)化水平，燒失量整體偏低，表示有機(jī)質(zhì)含量較少，說明此階段氣溫低，降水量少，沉積動(dòng)力較弱，氣候條件整體呈現(xiàn)寒冷和干旱的狀態(tài)，但是，在16.79～15.64 kaBP，沉積物顆粒變粗，說明經(jīng)歷了短暫的降水激增的過程。二龍灣植被以冷杉、云杉等針葉林和草本植物為主，沉積物顆粒細(xì)，TOC、TN含量下降，含水量低、干密度大，氣候寒冷干旱，不利于植物生長；在植被稀疏的狀態(tài)下，少量的雨水沖刷坡面攜帶較細(xì)的碎屑物進(jìn)入湖盆，同時(shí)伴有東亞季風(fēng)帶來的西北內(nèi)陸地區(qū)的細(xì)顆粒組分，這一時(shí)期湖盆內(nèi)的沉積物整體偏細(xì)。

圖10 西團(tuán)瓢與二龍灣[29]、普蘭店[1]、大蓮泡[2] 環(huán)境指標(biāo)變化曲線對(duì)比圖Fig.10 Comparision of environmental index change curves of Xi tuanpiao,Er longwan[29]，Pu landian[1] and Da lianpao[2]

10.36 ～15.64 kaBP，西團(tuán)瓢沉積層以細(xì)顆粒為主，CIA指數(shù)指示低等化學(xué)風(fēng)化程度，燒失量為21.60%，這是因?yàn)樵搶映练e了大量螺殼，導(dǎo)致該層有機(jī)質(zhì)含量高。由此說明此階段氣候寒冷干燥。二龍灣在16.1～11.2 kaBP植被仍以針葉林和草本植物為主，氣候寒冷干旱。這一時(shí)期出現(xiàn)淡水螺殼且沉積物顆粒偏細(xì)，說明坡面徑流作用減少，湖泊處于相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境。

5.77 ～10.36 kaBP，西團(tuán)瓢的沉積物以細(xì)顆粒為主，CIA指數(shù)表示中等偏高的化學(xué)風(fēng)化程度，燒失量低于剖面平均水平。說明此階段氣候溫暖但降水量偏少。普蘭店剖面在10.0～8.0 kaBP榆和樺等闊葉樹種發(fā)展起來，植被為針闊混交林，年均溫度較低，濕潤度稍差，氣候總體溫和干燥。與西團(tuán)瓢剖面較為一致。同一時(shí)期大蓮泡剖面的沉積物也為灰色粉砂層，從孢粉分析看，植物孢粉種類少，且多為耐寒耐旱的植物花粉。據(jù)此可推測湖盆當(dāng)時(shí)依然受末次冰期的影響，溫度較低，集中性的降水沖刷山體，形成溝谷泥石流攜帶碎屑物進(jìn)入湖盆。此階段海岸線向內(nèi)陸延伸，海水上溯三十里堡河影響湖盆水質(zhì)，致使植物種類減少，多生長鹽生蒿屬。

0.90 ～5.77 kaBP，西團(tuán)瓢沉積物以細(xì)顆粒為主，CIA指數(shù)指示中等偏高的化學(xué)風(fēng)化程度；燒失量為剖面各層位的最高值，該層是泥炭層，由植物腐化形成，說明沉積時(shí)期的氣候溫暖濕潤，適宜于植物的生長。二龍灣的植被類型以落葉闊葉林為主，TOC、TOC/TN處于高值，含水量上升，氣候整體表現(xiàn)為溫暖濕潤。此時(shí)，湖盆內(nèi)水草豐美，植被繁茂，水體平靜，坡面沖刷逐漸消失，沉積物主要由河流攜帶進(jìn)入湖盆內(nèi)，粗顆粒物質(zhì)來源減少，湖內(nèi)沉積了大量細(xì)粒物質(zhì)。

0.90 kaBP至今，西團(tuán)瓢沉積物顆粒相對(duì)較粗，CIA指數(shù)表示中等偏低的化學(xué)風(fēng)化程度，燒失量略低于剖面整體平均值，而且目前湖泊處于干涸的狀態(tài)。說明該時(shí)期氣溫偏涼，降水偏少。二龍灣在1.7 kaBP至今，區(qū)內(nèi)再次出現(xiàn)針葉林，草本植物增加，孢粉濃度下降，氣候向涼、干的方向發(fā)展。普蘭店在晚全新世時(shí)期生長針闊混交林，0.7 kaBP至今，氣候呈溫涼偏干的狀態(tài)。此階段，早期大蓮泡剖面中水生植物孢粉減少，草本植物孢粉增加，說明水體逐漸減少，湖盆處于萎縮的狀態(tài)。晚期，草本植物與水生植物孢粉都幾近消失，植被稀疏，坡面沖刷作用又得到加強(qiáng)，沖洪積物比重增多。后期加上人類活動(dòng)的影響，湖體逐漸萎縮干涸。

5 結(jié)論

（1）15.64～30.81 kaBP，222～354 cm 沉積層以細(xì)顆粒為主，CIA指數(shù)多指示中等的化學(xué)風(fēng)化水平，燒失量整體偏低，表示有機(jī)質(zhì)含量較少，說明此階段氣溫低，降水量少，沉積動(dòng)力較小，氣候條件整體呈現(xiàn)寒冷和較干旱的狀態(tài)。

（2）10.36～15.64 kaBP，176～222 cm 沉積層以細(xì)顆粒為主，CIA指數(shù)指示低等化學(xué)風(fēng)化程度；燒失量為21.60%，這是因?yàn)樵搶映练e了大量螺殼，導(dǎo)致該層有機(jī)質(zhì)含量高。由此說明此階段氣候寒冷干燥。

（3）5.77～10.36 kaBP，136～176 cm 的沉積物大多為粉砂和中砂，CIA指數(shù)表示中等偏高的化學(xué)風(fēng)化程度，燒失量低于剖面平均水平。說明此階段氣候溫暖但降水量偏少。

（4）0.90～5.77 kaBP，74～136 cm 沉積物以細(xì)顆粒為主，CIA指數(shù)指示中等偏高的化學(xué)風(fēng)化程度；燒失量為剖面各層位的最高值，該層是泥炭層，由植物腐化形成，說明沉積時(shí)期的氣候溫暖濕潤，適宜于植物的生長。

（5）0.90 kaBP 至今，西團(tuán)瓢沉積物顆粒相對(duì)較粗，CIA指數(shù)表示中等偏低的化學(xué)風(fēng)化程度，燒失量略低于剖面整體平均值，而且目前湖泊處于干涸的狀態(tài)。說明該時(shí)期氣溫偏涼，降水偏少。

端元分析模型根據(jù)粒度數(shù)據(jù)能夠有效地提取出沉積物動(dòng)力組分對(duì)應(yīng)的端元。本文將西團(tuán)瓢剖面沉積物粒度組分分為3個(gè)端元：端元1可能指示風(fēng)成沉積及坡面流水?dāng)y帶的細(xì)顆粒沉積，端元2可能代表動(dòng)力較低的弱水流沉積物，端元3則可能代表動(dòng)力較強(qiáng)的沖洪積物。由此可見，沉積物質(zhì)在沉積過程中往往是多種動(dòng)力因素綜合的結(jié)果，通過對(duì)沉積物中多動(dòng)力組分的分離，可以有效地判斷各組分所代表的沉積動(dòng)力的變化特征。