罗布泊雅丹地貌成因与环境因子关系分析研究

（新疆师范大学地理科学与旅游学院，乌鲁木齐市，830054）王金龙

（新疆师范大学新疆干旱区湖泊环境与资源实验室,乌鲁木齐市，830054）李艳红

罗布泊雅丹地貌成因与环境因子关系分析研究

（新疆师范大学地理科学与旅游学院，乌鲁木齐市，830054）王金龙

（新疆师范大学新疆干旱区湖泊环境与资源实验室,乌鲁木齐市，830054）李艳红

通过对罗布泊白龙堆、红十井、阿奇克谷地雅丹地貌的粒度、易溶性盐、总有机碳、pH、磁化率特征进行了研究，分析了罗布泊雅丹地貌成因及其与环境因子之间的关系。结果表明：（1）除HSJ1外其它各点沉积物的粒度组成均以粉砂为主，AQK1，AQK2和HSJ1沉积物的粒度分选性较差；（2）各采样点沉积物中阳离子主要为K+、Na+、Ca2+、Mg2+，阴离子主要为SO42-、Cl-、HCO3-；（3）各采样点沉积物中TOC含量总体从顶部至底部呈下降趋势，pH值的变化趋势与TOC相反，总体呈碱性沉积环境；（4）磁化率值的变化与TOC相似，最大值出现在AQK1，最小值出现在HSJ3，磁化率分析显示雅丹剖面沉积物的磁性变化与历史时期罗布泊地区干湿环境交替的节律；（5）综合指标表明：AQK雅丹是内营力（构造运动）与外营力（风、水）共同作用的结果；HSJ雅丹的形成以水化学沉积作用为主导；BLD雅丹的形成以风蚀作用和水化学沉积作用为主导。可知水化学沉积作用是导致AQK、HSJ、BLD三处雅丹地貌沉积物特征及形成差异的关键因素。

罗布泊；雅丹地貌；地貌成因；环境因子

雅丹作为一种典型的干旱区地貌广泛分布于世界各地。人们对雅丹地貌的研究始于20世纪初，在这短暂的一个多世纪中，有关雅丹地貌的研究有了进一步的发展[1]。目前国内外专家学者对于雅丹的成因看法不一，可以归纳为以下三种类型：①风的吹蚀作用为主[2]；②以流水的侵蚀作用为主[3-4]；③风和流水交替作用,多种主导因素共同作用的观点逐渐成为主流[5]。在我国，雅丹面积约20000km2，主要分布于青海柴达木盆地西北部，疏勒河中下游和新疆罗布泊周围[6]。罗布泊雅丹地貌约3000km2，是我国第二大雅丹地貌分布区，由于它地处中国及亚洲最干旱、有“死亡之海”之称的热点地区以及该地区曾经孕育过繁盛的楼兰文明[7]，因此它对研究干旱区的湖泊演变及环境变化有重要的指示意义。而本文则选取罗布泊白龙堆(BLD-1，2，3)、红十井(HSJ-1，2，3)、阿奇克谷地(AQK-1，2)这三处典型雅丹地貌分布区进行重点研究，分析罗布泊地区雅丹地貌的成因并推断罗布泊地区历史时期以来干湿环境特征，从而揭示在化学沉积作用主导下的罗布泊雅丹地貌形成原因及其影响。

1 研究区概况

罗布泊位于欧亚大陆腹地、塔里木盆地的最东端，南靠阿尔金山，北邻天山南支(库鲁克山)，东抵北山，西为塔克拉玛干大沙漠，干涸前湖面积约5 400km2，地面海拔约780m，是塔里木盆地的汇水和集盐中心。湖区气候极端干旱，据若羌县气象站1961～1990年的记录，多年平均降水量为24.8mm (近10年来平均为31.2mm)，年蒸发量2902mm，年均气温11.5℃(近10年平均为12℃)，全年大风、沙尘暴和扬沙日平均为102.5d，其中沙尘暴15.1天，8级以上大风18.6天[8]。白龙堆雅丹地貌处于罗布泊干涸湖盆大耳朵东北部，面积约1000km2，南北长约80km，东西宽约20km，在灰白色砂泥岩夹石膏层的基础上发育而成；红十井雅丹(40°18′N，91° 20′E)和阿奇克谷地雅丹(40°21′N，91°40′E)处于大耳朵东部呈零星分布，面积合计约100km2，主要是在灰白色泥岩和砂岩互层的基础上发育而成，罗布泊地区尽管降雨量稀少，年平均降雨量16.8mm（若羌站降水资料)，但附近阵发性降雨相当大，有时一次降雨可达50mm以上。从罗布泊地区环境演化历史，可以勾画出一个轮廓，即在更新世期内罗布泊曾出现湖相大发展阶段，但是由于后来的构造抬升，导致湖泊退缩,加之西风环流和冬季风的主导影响，一直处于干旱化和荒漠化的境地[9]。罗布泊白龙堆地区属于极端干旱的荒漠区，无地表水，盛行东北风，且每年6级以上的大风天气可高达100d[10]；红十井地区有部分水域残存，由于地下水位很高，加之在恶劣的干旱环境下，植物难以生存。据统计，罗布泊地区现有的植物种类约占新疆维管束植物的1%、全国的0.13%，是国内植物种类最少的地区之一。

2 研究方法

2.1 土样采集

2012年9 月对罗布泊白龙堆雅丹剖面(BLD-1，2，3)、红十井雅丹剖面(HSJ-1，2，3)和阿奇克谷地雅丹剖面(AQK-1，2)采集沉积物样品；红十井雅丹高约6m，采样剖面分为三层由顶部至基部为(HSJ1：厚度0.5m；HJS2：厚度1.6m；HJS3：厚度3.4m)，白龙堆雅丹高约10m，采样剖面分为三层由顶部至基部为(BLD1：厚度5～10m；BLD2：厚度1.5m；BLD3：厚度8.4m)，阿奇克谷地雅丹高约1.5m，采样剖面分为两层由顶部至基部为(AQK1：厚度0.7m；AQK2：厚度0.8m)，将样品风干去除杂物和研磨过筛后，进行室内分析。卫星图像采用美国地质勘探局（USGS）1999年10月至2001年10月的TM影像图并通过Arcgis10.0解译。

2.2 样品实验分析

实验指标主要依托新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室完成，其中粒度采用伍登—温德华Ф值分级标准，将样品分为粘土（＜2μm）、粉砂（2～63μm）、极细砂（63～125μm）、细砂（125～250μm）、中砂（250～500μm）、粗砂（500～1000μm）和巨砂（大于1000μm），测定使用的仪器为MalvernInstruments Ltd公司生产的Master-sizer2000激光粒度仪；磁化率由MS-2型和MS-2B型双频探头磁化率仪对样品的高频磁化率(Xhf)和低频磁化率（Xlf）测量算出频率磁化率；盐分采用残渣烘干法测定，同时依照不同盐分含量进行稀释并按常规农化分析方法进行CO32-、HCO3-、CL-、Ca2+、SO42-、Mg2+等八大离子的测定，其中CO32-和HCO3-采用稀硫酸滴定法，CL-采用硝酸银滴定法，Ca2+和Mg2+采用EDTA滴定法，SO42-采用氯化钡滴定法，Na+、K+采用阴阳离子平衡法；总有机碳(TOC)采用水合重铬酸钾比色法测定。

3 结果与分析

3.1 降雨量特征

图1 罗布泊地区月均降水量

如图1所示，罗布泊地区2009～2012年降水量范围分别为0～2.53mm、0～5.35mm和0～2.25mm，年均降水量分别为0.73mm、0.63mm和0.61mm。年内降水量分布不均，其中，月均降雨量最大值出现在2010年10月（5.35mm）。综合来看，罗布泊地区降水量总体呈现下降的趋势，年内降雨量分配不均。年内出现多次无降水的现象。从降水量变化趋势来看，在相当长的时间内降水量还会减少，而且无降水的现象还可能会延续。

3.2 雅丹地貌走向分析及岩性特征

表1 罗布泊典型雅丹剖面岩性描述

罗布泊干涸湖盆大耳朵东北部白龙堆略呈东北-西南向长条形分布，宽约20km，长约80km，雅丹沟谷长轴走向为N10°-E，与主风向一致，说明白龙堆雅丹地貌在形成过程中受到以风为主导的影响。处于大耳朵东部的红十井雅丹和阿奇克谷地雅丹零星分布，沟谷长轴走向与当地主风向不一致，而与附近山地洪水的走向一致，显示该地雅丹地貌在形成过程中流水的作用占主导。最终根据不同纹层的色系与岩性特征，将研究区雅丹剖面顶部至基部，分别划分不同段纹层（表1）；其中HSJ2出现灰白色膏盐、BLD1出现无水芒硝层、BLD2存在盐碱等都说明雅丹在形成过程中受到强烈的化学沉积作用。

3.3 粒度

图2 罗布泊各雅丹地貌剖面粒度特征

罗布泊雅丹地貌各采样点沉积物粒度组成如图2所示，粉砂、极细砂、细砂以及一定量的中砂、粗砂同时出现在AQK1，AQK2和HSJ1剖面中，这与其他剖面有很大的区别，这说明前三者分选性很差，这与表1中所示相同；除HSJ1外，其他剖面粒度成分主要由粉砂组成；AQK顶部平均粒径与中值粒径均大于底部，剖面粉砂含量为63～70%，细砂含量为16～18%，粘土含量为5～6%，粗砂含量为0，说明AQK沉积物的大粒径物质很分散，揭示阿奇克谷地受构造运动作用明显；根据图2可知，HSJ雅丹地貌顶部（HSJ1）平均粒径比下部大，粉砂含量也明显增多，这显示红十井雅丹地貌在形成过程水动力逐渐减小；BLD沉积物的分选性相对较好，中值粒径相差不大（表2），含量最高的粉砂平均含量为85.3%，其次为粘土和极细砂，说明白龙堆雅丹地貌在形成过程中水环境稳定。

表2 罗布泊各雅丹地貌剖面粒度参数

3.4 易溶性盐

表3 罗布泊雅丹地貌盐分组分特征

罗布泊雅丹地貌各采样点沉积物盐离子含量分布特征如表3所示，

由表中可以看出，阳离子主要为K+和Na+；AQK中钠钾离子平均含量为94.2%、63.2%；HSJ中钠钾离子平均含量为95.4%、97.4%、94.5%；BLD中钠钾离子平均含量为92.3%、88.1%、83.1%；大量钾钠离子聚集显示化学沉积作用明显。AQK和HSJ阴离子以硫酸根为主，说明沉积物中出现了含有钙离子、钾钠离子、氯离子及硫酸根离子的矿物，如石膏（CaSO4）、钙芒硝（Na2SO4·CaSO4）等物质，显示盐湖处在硫酸盐阶段（属于干旱气候区湖泊化学沉积作用的第二阶段），BLD阴离子以氯离子为主，说明沉积物中出现了以氯化钠为主的天然卤水，并存有石盐（NaCl）、光卤石（KCl·MgCl2·6H2O）、钾盐（KCl）等物质，显示盐湖处在氯化物阶段（属于干旱气候区湖泊化学沉积作用的第三阶段），说明BLD化学沉积作用比AQK、HSJ更强烈、周期更长。沉积物溶液中高浓度的SO42-、Cl-是典型的盐土特征。SO42-、Cl-的含量均远高于HCO3-的含量，CO32-在几乎所有样点上的含量为0～微量或未监测出，说明重碳酸盐是该研究区沉积物类型盐分的次要成分。AQK2与AQK1相比：氯离子含量增加而其他离子含量均减少，显示盐湖正向着氯化物阶段演变；总盐含量降低了85.2%，表明湖水水量有增大，盐分稀释，气候温暖湿润，植被覆盖度比较大，气候类型比较稳定，形成了一个比较适宜生物生活的生态环境。HSJ总盐及离子的含量都相对较高，其中钾钠离子的变化幅度最大，增幅为185.4%，降幅为84.1%；钙离子及重碳酸根离子的变化幅度较小，HSJ2层总盐及阳离子出现峰值，代表极端干旱的气候条件，温度和降水有较大变化，湖泊水的消耗以蒸发为主，大量盐类蒸发浓缩呈明显化学沉积作用；在HSJ3层中硫酸根离子含量反常升高，显示钙芒硝等硫酸盐矿物逐渐形成并沉积。BLD雅丹沉积物中阴离子以氯离子为主，从雅丹顶部至底部含量分别为4.34%、5.34%、9.69%，显示盐湖氯化物阶段的形成。

3.5 总有机碳和pH

沉积物的总有机碳与PH具有较为明显的气候与环境的指示意义。对于罗布泊雅丹地貌沉积物中TOC含量的大小（图3），主要由湖泊周围陆生以及水生植物决定，在冷湿环境下，周边植被或水生植物的生产力和腐蚀作用减弱，在沉积物中的含量也就相对较少，在暖干环境下，生产力和腐蚀作用加强，所以TOC含量增加；pH的增大，则说明沉积环境中出现盐类沉积且不断增多。由图3所示，AQK沉积物中TOC含量由顶部至底部降低，显示环境由暖干转为冷湿，pH值的升高，可能与附近山地洪水有关；HSJ中TOC含量由顶部至底部降低，当环境处于冷湿期间时湖水补给量减大蒸发量减小，TOC减小，pH值减小，且HSJ沉积物pH值在7.0附近波动，显示沉积物偏中性，表明该地区水量充沛；BLD中TOC含量总体由顶部至低部呈下降趋势，相比冷湿环境，暖干程度更加明显；pH值较高且稳定在7.5～8.0范围内，显示该地区沉积物偏碱性，沉积环境比较稳定。

图3 罗布泊雅丹地貌沉积物TOC及pH值特征

3.6 磁化率

磁化率值的波动大小其可能的主要原因有以下几点：①沉积物母源物质磁性较低；②沉积物中含大量石膏矿物，冲淡了样品的可磁化程度；③气候与环境条件相对稳定，磁化率受到的影响较小。对于湖相沉积，磁化率的大小主要取决于沉积物中磁性矿物的含量，而磁性矿物的富集与流域面积大小有关，流域面积增加时，造成沉积物来源扩大，既有近源物质，也有远源物质，使得磁性矿物相对增加，从而促使磁化率升高，冷期则亦然，因此磁化率为高值时为暖期，低值时为冷期[11]；罗布泊雅丹地貌各采样点沉积物质的频率磁化率如图4所示，AQK1沉积物的磁化率值很高，达13.3%，表明当时为暖期，流域面积在增加，到了AQK2时磁化率值降为2.7%，磁性物质减少说明环境趋于冷干；HSJ与BLD磁化率值较低代表了环境处于冷期，其中BLD2至BLD3磁化率升高，显示该时段环境处于一个短暂的暖期。

图4 罗布泊雅丹地貌沉积物磁化率特征

4 结论与讨论

（1）阿奇克谷地雅丹(AQK)最初是由于受到地质构造运动的作用，形成了早期高低起伏的地表形态，之后又受到附近山体间歇性洪水浸蚀作用，进一步形成早期的雅丹地貌形态；当罗布泊的湖水曼延至阿奇克谷地后，由于环境由冷湿向暖干演变，使湖水中的盐分开始沉积并达到硫酸盐阶段，最终形成雅丹地貌形态；

（2）红十井雅丹(HSJ)一直以来水量相对充沛，环境的冷湿、暖干交替，使化学沉积成为形成雅丹地貌的主要推动力，在雅丹地貌的形成过程中，暖干时期湖面积逐渐减小，导致化学沉积的水动力因素相应减小，当环境进入冷湿时期，附近山体洪水的浸蚀作用开始逐渐影响雅丹地貌的形态，同时湖水面积增大，雅丹进一步发展成形；当环境再次向暖干演变，化学沉积进入硫酸盐阶段并最终形成如今的雅丹地貌形态；

（3）白龙堆雅丹(BLD)地貌区在早期水量充沛，是一片大湖面，经过环境向暖干方向的演变，湖面逐渐萎缩，湖水中的离子开始以盐分的形式沉积，形成雅丹地貌的雏形，此时基本以化学沉积作用为主；当沉积作用达到氯化物阶段后湖水完全干涸，露出干裂的湖盆；由于该地区常年N10°-E向的大风，使得风蚀作用替代化学沉积作用成为形成雅丹地貌的主导作用并最终形成如今的雅丹地貌形态。

（4）红十井的雅丹显示出雅丹地貌在形成过程中化学沉积(cd)作用占主导地位；白龙堆雅丹地貌在形成阶段基本以化学沉积(cd)为主，其形态又与当地的主风向基本一致，表明风力作用(fl)在雅丹地貌发育中有一定的作用；阿奇克谷地雅丹地貌则显示出地质作用(gp)为雅丹地貌在该处形成提供了先决条件，表明地质作用在雅丹地貌形成的初期有一定主导作用；除此之外，气候的变化影响着环境中的各个要素，与地貌的形成显示出明显的响应关系，表明气候因子(cl)在雅丹地貌自形成初期直至完全发育成熟的全过程中起到不可替代的辅助作用。内营力与外营力相辅相成，共同筑建了如今形态各异的雅丹地貌，所以初步确定雅丹地貌成因综合关系函数模型：

Y=ƒ(cd,fl,gp，cl。…)·T

式中：Y为雅丹；cd为化学沉积；fl为风力作用；gp为地质作用；cl为气候；T为时间。

该相关关系函数模型全面显示出雅丹地貌的形成过程中的各大影响因子的作用与关系，对今后全面系统地研究雅丹地貌有重要意义。

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1008-0899（2016）12-0029-05