河西走廊不同类型表层样品的粒度研究.doc

河西走廊不同类型地表物质的粒度研究 王立强1，1 1兰州大学西部环境教育部重点实验室，兰州 (730000) E-mail：摘 要：；；； 前言 粉尘的来源、特征、变化规律与大气环流和气候变化密切相关，既是全球和区域气候变化的产物, 也对全球和区域气候变化产生重大影响，是全球海-陆-气耦合演化研究的关键。中国西北地区覆盖着众多沙漠、戈壁和河流冲积平原，不仅是我国主要的沙尘暴源区,而且也是世界上最大的大气粉尘源区之一[1—3]。孙继敏[4]等认为包括巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠等在内的戈壁、沙漠地区是黄土高原的主要物质来源区；而Derbyshire [5]等的工作表明祁连山北部巨大的山麓冲积扇是黄土高原西部黄土的主要源区；张小曳[6]对亚洲粉尘关键区域(中国沙漠、黄土高原、青藏高原和中国历史降尘区)大气气溶胶中多种元素所做的浓度一粒度分布、沉降速率和通量分析，以及元素示踪系统的进一步解析，认为中国北部沙漠（主要为巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠）及其邻区（主要为河西戈壁滩）是亚洲粉尘和黄土高原黄土主要源区之一。这些研究结果都凸显了中国西北地区的河西走廊以及祁连山半干旱干旱区域一直是中国粉尘研究的热点区域，但同时这些区域作为粉尘源区同时又是争议区域。 粒度是利用沉积物进行古环境重建的代用指标之一 ,因其具有测定简单、快速、 物理意义明确、 对气候变化敏感等特点，近年来被广泛应用于各种沉积环境研究当中[7-15]。通过测定沉积物粒度来获取环境信息已经成为环境变化研究的常用手段之一[ 18-24 ]。沉积物粒度研究发现 ,当搬运介质和搬运方式一定、 并且介质动力大小稳定时 ,它所搬运的沉积物粒度总体是一个单因子控制的单组分分布[16 ]。但自然界大多沉积物均受一种或几种不同的搬运方式、 动力类型控制 ,因而产生了多组分、 多模态粒度分布特征 ,在频率曲线上表现为多峰光滑曲线[11]。一般而言，平均粒径越大，离物源区越近。偏度是表示沉积物中各种粒度的比例，峰度是表示某种沉积物的集中程度，它们共同反映了沉积物的分选程度。因而，沉积物粒度具有良好的环境指示意义[8 ]。如，张小曳[ 26 ]认为尘暴或中-强程度的粉尘输送与直径大于20μm组分有关 , 2～20 μm粒子是通常状况下粉尘输入的结果，而小于 1 μm组分则代表的是本底粉尘气溶胶加上再作用过程所产生的细粒子; 孙东怀等[ 16-18 ]则认为黄土粗粒组分 ( 20μm)主要是低空季风环流产生的粉尘沉积，细粒组分 ( 2μm)代表主要由高空西风环流控制的背景粉尘。沉积物平均粒径是反映其搬运介质动力大小和特征的直接标志, 可以用来指示源区。 已有的研究表明,不同的地表覆盖类型具有不同的释放通量、风蚀程度[30-32 ]，分别研究河西走廊戈壁滩，巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠，石羊河和黑河河漫滩以及祁连山各个粉尘源区不同地表覆盖类型的的粒度分布特征, 对现代和第四纪粉尘的源区研究具有重要意义，可以加强对西北、华北、远东和太平洋地区粉尘堆积、来源以及环境效应的认识，可以为河西走廊等干旱区粉尘释放历史积累一定的基础资料，同时获取这些粉尘的粒度参数指标的区域变化信息, 对理解中国和全球大气矿物粉尘源区可以积累基础资料，为进一步研究粉尘源区的示踪、对环境的影响等工作奠定基础。 1 研究区域 研究区域主要是南北向为祁连山北麓至居延海（38°- 42°N），东西向大概从酒泉市到民勤县（90°- 104°E）（采样范围具体如图1所示），研究主要在甘肃和内蒙古省境内。受地理位置、大气环流和地形影响，该区域为典型的大陆性荒漠气候特征，地貌主要为沙漠，戈壁滩，河漫滩以及一部分祁连山山区地貌。地质构造上属阿拉善地块（除祁连山），地貌形态缓和，主要为剥蚀低山残丘与山间凹地相间组成，第四纪沉积物普遍覆盖于地表，形成广泛分布的戈壁滩和腾格里与巴丹吉林沙漠。腾格里沙漠面积42,700平方公里(第四大沙漠) 海拔1200～1400左右年降水量有220。主要由砾石和较粗沙粒组成据1955－1980年气象资料，研究区多年平均降水量179 mm，年内分配不均，降水集中在6－8月(占全年降水量的57.3%)，12－2月降水量占全年的7.4%。年均温2.9℃，1月平均气温-10.6℃，7月平均气温14.9℃，年较差25.5℃。研究区年平均风速为3.1米/秒，年平均大风日数31.6天，大风日集中在月，占全年总大风日数的51.3%。年平均沙尘暴日数为36天。对进行了系统采样，采样 图1 河西戈壁、沙漠沙、祁连山、河流细粒沉积物粒度采样点分布图 Fig 1 Location of fine-grain sediments sampling sites 表1 采样点描述 Table 1 Description of sampling sit