罗布泊盐湖环境沉积物磁性特征变化及其机理研究

Environmental magnetism is a frequently-used method in study of lake deposits. The salt lake sediment is widely distributed in the arid and semiarid area, which is a reliable environment and climate change record, however its magnetic properties is not fully understand. This study focuses on Lop Nur, which is a representative salt lake in the world. In combination with magnetic methods, particle size analysis, diffuse reflectance spectroscopy (DRS), geochemical analysis, saline minerals analysis, SEM and XRD, the magnetic properties of sediment in Lop Nur, such as the type, combination, concentration and grain size of the magnetic minerals, will be thoroughly analyzed to illustrate the relationship between magnetic properties variation, sedimentary structure and saline minerals deposition. The purpose is to find out the formation mechanisms and the distribution of detrital magnetic minerals in the sediments of Lop Nur, as well as the authigenic magnetic minerals. The occurrence forms and controlling mechanism of magnetic materials in the saline minerals will be discussed. This study provides possibility to clarify the influence of saline minerals, detrital materials inputs, sedimentary dynamics and early diagenesis on the magnetic properties in salt lake sediments of Lop Nur. The outcomes can provides new insights into iron biogeochemical cycle in salt lake sedimentary, ands contribute to the theory of environmental magnetism.

环境磁学是湖泊沉积研究的重要手段，干旱区广泛分布的盐湖沉积是环境演变研究的重要载体，但对其磁性特征的认识较少。本项目拟以罗布泊典型盐湖沉积为对象，集成环境磁学方法，全面表征罗布泊盐湖环境中沉积物的磁性特征及变化，并结合沉积学方法，阐述磁性变化序列与其碎屑沉积序列、盐类矿物序列的关系，明确罗布泊自生磁性矿物与外源碎屑磁性矿物的生成模式与分布特征，揭示盐类矿物中磁性物质的赋存与变异机制，综合评估盐类矿物、外源碎屑物质输入、沉积动力、早期成岩作用等因素对磁性特征的影响，阐明盐湖环境中磁学特征的变化机制及其对环境变化的响应模式。本研究是对盐湖环境沉积物磁性特征的系统研究，有助于弥补盐湖沉积研究领域的不足，为盐湖环境演变研究提供技术和理论支持。

根据项目计划，对罗布泊地进行了地质、地貌、环境、人类遗迹等方面的综合科学考察，并对盐湖湖心沉积序列、罗布泊西岸地区的河湖相沉积、风成沙堆积物、植物残留等进行系统采样。室内进行了环境磁学、粒度、分粒级提取、有机质、色度、扫描电镜和能谱分析、X射线衍射分析等测试。结果显示罗布泊西岸地区沉积物磁性特征被多畴颗粒亚铁磁性矿物主导，而罗布泊盐湖沉积序列中鉴定到了铁氧化物（磁铁矿、赤铁矿）和铁硫化物（胶黄铁矿和黄铁矿）。铁氧化物主要来自于物源区（塔里木盆地）的碎屑输入，其主导层磁性特征与罗布泊物源区沉积物一致，未受到次生改造的显著影响，其变化主要受到沉积动力控制的粒度组成影响。有机质驱动的早期成岩作用是罗布泊沉积物磁性特征变化的最重要因素，表现为其生成保存的单畴颗粒亚铁磁性胶黄铁矿主导的层位具有显著较高的χ、SIRM、S-300mT、χARM、χARM/χ和SIRM/χ，而顺磁性黄铁矿主导的层位具有很低的χ、SIRM、S-300mT。多指标分析和野外观察结果显示罗布泊沉积物中铁硫化物生成于相对稳定、还原程度较强的深水环境，即丰水期阶段。结合年代分析结果，发现罗布泊沉积物在8150-7000，5300-4900，3600-3100，2750-2550 和 1820-1680 Cal. yr BP期间生成保存了胶黄铁矿，显示这些沉积阶段罗布泊处于高湖面阶段，塔里木盆地气候相对湿润。这五个阶段对应全新世冷事件5~1，推测是因为冷事件期间强度增加并且南移的西风急流为塔里木盆地带来更多降水，流域湿度和有机质增加，促使了胶黄铁矿的生成保存。同时罗布泊沉积序列显示中亚地区全新世气候在4000 cal. yr BP左右发生了一次气候转折，4000 cal. yr BP之前的气候 “干燥而稳定”，之后 “相对湿润而波动剧烈”，该气候演变模式有别于前人重建的中亚全新世气候变化模式。我们认为中亚全新世气候受控于ENSO和NAO的变化。本项目阐明了盐湖沉积物磁性特征变化与沉积环境变化的关系及其气候环境意义，为利用盐湖沉积进行古气候研究提供了有效代用指标，可以发挥磁学方法的优势，进行更加精细的盐湖古环境演变研究。