武漢東湖現(xiàn)代沉積物的磁學(xué)性質(zhì)

武漢東湖現(xiàn)代沉積物的磁學(xué)性質(zhì)

東湖位于武漢市武昌區(qū)，占地34公里2米。它是一個(gè)開(kāi)放式湖泊。通過(guò)青山港與長(zhǎng)江相連。夏季和冬季的海水水位下降，這基本上是由于長(zhǎng)江水位的下降和下降。自1957年建設(shè)武豐閘后,青山港被用作供水渠道,東湖與長(zhǎng)江完全隔絕,東湖由天然湖泊轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯た刂频膬?nèi)陸水體,其水位漲落變化與降水,蒸發(fā),地面徑流,沿湖水廠抽水,農(nóng)業(yè)用水以及沿湖排放的城市污水有關(guān)。1樣品采集和實(shí)驗(yàn)方法1.1取樣柱的宏觀特征東湖的菱角湖為與主湖郭鄭湖相連的汊湖受風(fēng)浪作用較小,周邊人類(lèi)活動(dòng)頻率也較其它湖區(qū)低,其沉積作用受自然影響要比人類(lèi)活動(dòng)影響大,因此取樣點(diǎn)定為該湖湖心略近南部。采用直徑為110mm的無(wú)磁性PVC塑管在機(jī)械重力作用下取柱狀沉積樣,采樣時(shí)水深2.61m,樣品實(shí)長(zhǎng)0.86m。據(jù)楊漢東等所測(cè)的東湖平均沉積速率為0.33cm/a推算,所取樣柱為東湖近300a來(lái)的現(xiàn)代沉積。沉積物的顏色和粒度總體上呈上深下淺、上粗下細(xì)的特征,淤泥質(zhì)主要分布在樣柱上層。據(jù)此特征,對(duì)所取樣柱大致宏觀分層如下:第一層:淤泥質(zhì)砂質(zhì)亞粘土厚度10.8cm。粒度較細(xì),質(zhì)軟,植物根系密集。在10.5cm處顏色由淺褐黃色變?yōu)榛液稚?可以劃分為兩亞層。第一亞層為淺褐黃色淤泥質(zhì)砂質(zhì)亞粘土,厚約10.5cm,淺褐黃色,質(zhì)軟,根系細(xì)小、密集。砂質(zhì)成分約占1%~2%,大小為0.1~0.4mm,以棱角、次棱角狀為主,少量為次圓或橢圓狀,以長(zhǎng)石顆粒為主。第二亞層為灰褐色淤泥質(zhì)亞粘土,厚約4.3cm,灰褐色較軟,根系發(fā)育,見(jiàn)田螺。第二層:淺灰褐色粉砂質(zhì)粘土層厚約46cm,淺灰褐色,有黑色腐殖質(zhì)發(fā)育,可見(jiàn)動(dòng)物貝殼碎片,碎片以螺蚌為主,偶見(jiàn)較完整的螺殼,植物根系變粗。第三層:粘土層厚度25.2cm,植物根系較為發(fā)育,且由下往上逐漸變粗變密,可分為兩個(gè)亞層。第一亞層為深灰色粘土層,深灰色,植物根系縱橫交錯(cuò)發(fā)育,可見(jiàn)植物根莖葉碎屑,且逐漸增多、變粗。第二亞層為灰黃色粘土層,斑塊狀,黃色,粘土質(zhì),質(zhì)地較硬,植物根痕發(fā)育。1.2湖湖現(xiàn)代沉積磁化率隨k樣品測(cè)試用直徑為2.4cm、高2.2cm的磁化率樣盒,采用雙行連續(xù)布樣方式制得70個(gè)樣品。在WSW-1型數(shù)字無(wú)定向磁力儀上測(cè)得東湖柱狀沉積樣70個(gè)樣品的磁組構(gòu)分析數(shù)據(jù),每個(gè)樣品獲得6個(gè)參數(shù)(K、P、L、F、T、H),其中K為體積磁化率(×10-4SI),P為磁化率各向異性度,L為磁線理,F為磁面理,T為磁化率橢球體形狀因子,H為深度(cm)。磁組構(gòu)特征區(qū)段內(nèi)體積磁化率K平均值為1.83×10-4SI,變化范圍(0.43~6.40)×10-4SI,整體上由大逐漸變小,明顯存在兩個(gè)K值突變點(diǎn),其相應(yīng)的深度為14.4cm和58.6cm,詳細(xì)特征見(jiàn)圖1(a)。磁化率各向異性度P平均值為1.39,變化范圍1.09~1.94,基本上分布在1.09~1.71,僅有一個(gè)達(dá)1.94,總體上呈現(xiàn)圍繞均值上下波動(dòng)的特點(diǎn),具體特征見(jiàn)圖1(b)。磁化率K值的大小主要與沉積物中磁性礦物種類(lèi)和含量有關(guān),控制因素有物源、沉積動(dòng)力和沉積后的生化作用。由原生磁性礦物引起的磁化率值越高,反映流域內(nèi)原生磁性礦物的輸入量越大,指示氣候干燥、寒冷,土壤植物發(fā)育受抑制。由次生礦物引起的磁化率越高,則指示溫濕的氣候特征。由于東湖屬內(nèi)陸淺水型湖泊,自然沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,在較小時(shí)間尺度內(nèi)生化作用因素的影響有限,且東湖周邊人類(lèi)活動(dòng)比較頻繁,尤其是近100年來(lái),隨著近現(xiàn)代工業(yè)進(jìn)程的加劇,必然會(huì)對(duì)湖泊的沉積作用造成影響。因此,東湖現(xiàn)代沉積的磁化率變化特征應(yīng)是該地區(qū)氣候及人類(lèi)活動(dòng)綜合作用的反映。K值在第一層和第二層間有一個(gè)明顯的突變,第二和第三層間則變化不大,引起K值突變的具體原因還有待于結(jié)合其它分析手段及資料進(jìn)行深入的研究探討。磁化率各向異性度P的相對(duì)大小反映了沉積物中磁性顆粒排列的有序化程度,間接指示了沉積環(huán)境的穩(wěn)定性和能量的相對(duì)高低,與沉積物搬運(yùn)距離和水動(dòng)力條件的相對(duì)大小密切相關(guān)。一般而言,在水動(dòng)力條件較大的環(huán)境中形成的沉積物,顆粒排列的有序化程度高,P值相對(duì)較大,反之P值則較小。東湖現(xiàn)代沉積物磁化率各向異性度P無(wú)明顯的變化規(guī)律,應(yīng)與取樣點(diǎn)的水深較淺、存在一定規(guī)模的風(fēng)浪有關(guān),還受東湖的封閉程度和當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)氣流方向及湖面旋流的影響。由于L,F,T均是由磁化率橢球三個(gè)主軸之間的比例關(guān)系推算出來(lái)的,它們對(duì)本次研究?jī)?nèi)容的實(shí)際意義不大,在此未做討論。K值分層及各層特征利用K值進(jìn)行分層的原則是同一區(qū)段相鄰數(shù)據(jù)差值盡可能小,不同區(qū)段中數(shù)據(jù)的差值盡可能大。分層的結(jié)果及各層K值特征如下:第一層:0~14.4cm,根據(jù)K值變化特征又可以分為兩個(gè)亞層:0~9.6cm為第一亞層,9.6~14.4cm為第二亞層。第一亞層K值曲線較緩地下降[(6.40~4.96)×10-4SI],根據(jù)沉積速率推測(cè)該亞層大致為20世紀(jì)60年代至今沉積的;第二亞層K值曲線迅速下降[(5.39~4.32)×10-4SI],大致為20世紀(jì)50~60年代所沉積。第二層:14.4~58.6cm,K值曲線基本上呈小鋸齒波形擺動(dòng),擺動(dòng)幅度較第一層小,K值(2.56~0.62)×10-4SI,在1.94×10-4SI左右分布較多。推測(cè)該層大致為19世紀(jì)初至20世紀(jì)50年代的沉積物。第三層:58.6~86cm,可分為兩個(gè)亞層:58.6~78.5cm為第一亞層,78.5~86cm為第二亞層。K值曲線在本區(qū)段基本上是平緩的曲線,已接近水平線。第一亞層變化稍大,K值(1.20~0.43)×10-4SI,主要分布在0.77×10-4SI左右,第二亞層近水平線,可推測(cè)該層為19世紀(jì)前沉積的。比較樣品宏觀分層和K值分層結(jié)果可知,二者具有較好的一致性。引起K值變化的磁性物質(zhì)類(lèi)型分析從沉積樣柱的第一層中10cm左右取1號(hào)樣品,第二層40cm左右取2號(hào)樣品,在70cm、82cm左右取第三層的兩個(gè)樣品(3號(hào)、4號(hào)樣品),選取的樣品經(jīng)清洗去泥、磁選、電磁選等一系列流程處理后各部分稱重,然后在雙目鏡下鑒定磁性礦物的種類(lèi)及含量,并進(jìn)一步驗(yàn)證K值反映的磁性強(qiáng)弱是否與樣品實(shí)際磁性礦物含量大小一致。鏡下鑒定并結(jié)合化學(xué)測(cè)試分析的結(jié)果表明,所取樣品中磁性礦物有磁鐵礦、菱鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦和磁性巖屑,其中磁鐵礦占主導(dǎo)性地位。樣品中磁性礦物的含量在不同層位上變化較大,第一層位的磁性礦物含量遠(yuǎn)高于其它層位,第1與第2號(hào)樣品間有一突變,由0.3446g變到0.0028g,第2、3、4號(hào)樣之間變化不及1、2號(hào)樣間迅速,總體呈逐漸下降趨勢(shì)(圖2)。綜上可知,磁鐵礦等磁性物質(zhì)廣泛分布于沉積物的各層位中,樣品各層磁性礦物含量曲線與磁化率K值變化曲線具有相同的變化趨勢(shì),磁鐵礦是引起東湖沉積物磁化率K值變化的主導(dǎo)性物質(zhì)。2磁組構(gòu)特征及沉積相盡管有關(guān)沉積物磁組構(gòu)的研究近年來(lái)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展,但對(duì)中小型內(nèi)陸淺水湖泊沉積物磁組構(gòu)的研究則較少涉及。通過(guò)本次研究的初步分析,筆者認(rèn)為:(1)東湖沉積物磁組構(gòu)參數(shù)的變化與沉積環(huán)境變化密切相關(guān),其變化特征應(yīng)是該地區(qū)氣候及人類(lèi)活動(dòng)綜合作用的反映,磁組構(gòu)分析是研究沉積環(huán)境的便捷有效手段。(2)在垂向序列上,沉積物體積磁化率值K的高-低變化,可以作為地層劃分對(duì)比的一個(gè)重要依據(jù)。用磁化率K值進(jìn)行地層劃分基本上與宏觀的地層劃分相吻合,證明其作為地層劃分對(duì)比的輔助手段是行之有效的。(3)東湖現(xiàn)代沉積物磁化率各向異性度P無(wú)明顯的變化規(guī)律,應(yīng)與取樣點(diǎn)的水深較淺、存在一定規(guī)模的風(fēng)浪有關(guān),還受東湖的封閉程度和當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)氣流方向及湖面旋流的影響。(4)磁鐵礦廣泛存在于所有砂性及泥