近二千年以来腾冲青海湖磁化率变化特征

李亚红

(云南师范大学，云南 昆明 650500)

湖泊沉积物映射了特定的沉积环境，反映了环境状况的演变，因此沉积物中的磁性矿物对环境变化具有指示意义。磁化率是反映沉积环境重要的指标之一，已在湖泊环境研究中得到广泛应用。自20世纪70年代Thompson和Oldfield创立环境磁学［1］以来，磁化率作为一个重要的环境指标，已经得到广泛应用。在常用磁性测量参数中，湖泊磁化率具有快速、经济和无破坏性等特点，所解决的环境地质问题是其它常规物理、化学方法无法达到的［2］。因此磁化率是研究湖泊沉积环境的重要方法之一。大量研究表明湖泊沉积中磁性矿物的主要来源是流域中的碎屑，环境的变化会导致湖泊沉积物磁性的改变，湖泊沉积物的磁性变化指示了环境变化。

腾冲青海是全国湖沼调查中被发现的一个自然酸性湖泊，也是我国迄今为止已作调查研究的唯一已知的自然酸性湖泊［3］，是世界仅有的三个酸性水湖之一。基于其酸性湖泊特征，本文从青海湖湖泊沉积物中提取磁化率，分析其所表现出的环境条件，结合资料，研究近两千年以来腾冲青海湖磁化率变化特征。

1.腾冲青海湖自然地理概况

青海湖位于云南省腾冲县打苴乡双海村 (25°08′06″－25°07′44″N，98°34′11″－98°34 ′26″E)，海拔 1950m，湖泊面积0.15km2。该区地处云南省的西南部，全年受西南季风影响，气候属亚热带高原湿润季风气候，多年平均气温为14.9℃，多年平均降水量1425mm。气候特征表现为温暖湿润，冬无严寒，夏无酷暑，干湿季分明，降水多集中在夏季。

青海湖地区位于由于受到亚欧板块和印度洋板块的碰撞和挤压影响，区内地质活跃，湖盆位于更新世板壁坡安山岩流间，湖盆外形呈南北向椭圆形，为火山口湖类型［4，5］。它是在火山口洼地上形成湖盆，酸性地下水补给形成的典型酸性湖泊。

2.样品采集与分析

2.1 样品采集

采用水上平台和活塞取样设备，在青海湖水深5.5米，北纬 25°7′56.4″和东经 98°34′19.7″处，采取柱状湖相沉积岩芯513cm。为保证岩芯具有较高的分辨率和良好的连续性，同时还钻取2个平行岩芯以保证其准确性。以1cm为间隔切割岩芯，密封保存后带回并进行测试。

2.2 分析方法

样品送至北京大学实验室进行测年，并对腾冲青海湖沉积物年代的线性回归校正，得到其深度与年代的对应关系:

表1 腾冲青海湖深度与年代对应表

测试样品175个，样品在实验室以低于40℃烘干，在不损坏自然颗粒结构前提下粉碎并装入无磁塑料盒中，压实后称重。使用英国Bartington公司生产的MS2型便携式双频磁化率仪进行测试。该仪器产生的交变磁场强度约为80A/m。在远离干扰磁场的情况下对低频 (0.47kHz)和高频 (4.7kHz)磁化率各测试三次，取其平均值，并计算频率磁化率和频率磁化率的百分比。

其中，频率磁化率 (χfd)是指样品在低频 (0.47kHz)磁场和高频 (4.7kHz)磁场中形成的低频磁化率 (χlf)与高频磁化率 (χhf)的相对差值。

3.湖泊沉积物磁化率变化特征

3.1 磁化率参数变化特征

实验结果表明，腾冲青海湖沉积物磁化率较低，低频磁化率和高频磁化率从175－0cm深度是同步上升的趋势。该沉积物样的低频磁化率介于0－2.101×10－8m3/kg，平均值为1.1×10－8m3/kg。高频磁化率介于 0－2.056×10－8m3/kg，平均值为1.057×10－8m3/kg。频率磁化率介于最大值 (164cm处)为0.137，平均值为0.020。

腾冲青海湖沉积物磁化率在整个剖面中总体偏低，与它的酸性火山湖性质有一定关系。沉积物中的铁磁性矿物影响着磁化率的高低，Forstner和Angino认为，水体偏酸时，沉积物中Fe和其它重金属元素的氧化还原反应在沉积物表面进行，Fe和其它重金属离子被还原为低价态而易溶于水并增强其迁移能力［6，7］。根据王云飞等［8］对腾冲青海湖湖泊环境的研究，也表明酸性湖泊性质对沉积物铁磁性矿物的影响。因此，由酸性地下水补给形成的青海湖，沉积物中大量的铁磁性矿物颗粒会与酸性水作用并流失，致使青海湖沉积物磁化率明显偏低。

3.2 磁化率曲线的变化特征

通过综合低频磁化率、高频磁化率以及频率磁化率变化曲线，可将腾冲青海湖沉积物磁化率变化曲线划分三个阶段:

阶段一:175－124cm

低频磁化率和高频磁化率都处于低值段，两者都低于0.8×10－8m3/kg，且以同步平稳趋势上升。频率磁化率值较大，均值为0.033，且波动最为剧烈，呈现大幅度的高低震荡，其中在164cm处，频率磁化率达到最大值0.137。

阶段二:124－75cm

低频磁化率和高频磁化率总趋势都是上升的，值略比阶段一高，多数值介于0.6－1.2×10－8m3/kg/kg之间。在109－124cm深度中，低频磁化率和高频磁化率的震荡幅度较大，低值出现数次0×10－8m3/kg/kg。频率磁化率在此阶段表现为震荡较小，均值为0.010，其间出现三个峰值，分别为106cm、98cm、87cm，其中最大峰值位于87cm，频率磁化率值为0.062。

阶段三:75－0cm

低频磁化率和高频磁化率值总体都偏高，低频磁化率介于1.127－2.101×10－8m3/kg之间，高频磁化率1.111－2.056×10－8m3/kg，曲线起伏较大。频率磁化率值峰谷交替、激烈震荡，其值介于0－0.0643。

图1 腾冲青海湖磁化率变化曲线

3.3 磁化率变化特征与区域环境变化

当气候干旱时，此时湖泊水位较低，沉积物较粗，主要为细砂，磁化率值也低。而当气候湿润时，此时湖泊水位较高，沉积物相对较细，主要为粉砂质泥或泥质粉砂，相应磁化率值就会升高。

由磁化率变化曲线可以看出:近两千年以来，青海湖气候呈现由湿润向干旱的变化趋势，具体可划分三个阶段。

阶段一:175－124cm(2.70－1.23kacalBP)

此时青海湖气候湿润，降水丰沛，湖泊水位较高，地表径流流水的机械搬运作用较强，沉积物较多且颗粒物较细，导致了频率磁化率值较高。此段的TOC也呈现出高值状态，都说明了青海湖在此阶段气候湿润。

阶段二:124－75cm(1.23－kacalBP)

气候较为湿润，并有向干旱过渡的趋势。气候逐渐由湿润、湖泊水位高和较细的沉积物颗粒转变为气候干旱、湖泊水位低和沉积物颗粒较粗。

阶段三:75－0cm(现代沉积)

由于上世纪80年代将青海湖湖水排尽，从而影响了顶部的湖泊沉积物磁化率，因此结合AMS14C测年认为此沉积均为现代沉积，其记录了近代剧烈的人类活动。

4.总结

(1)沉积物中大量的铁磁性矿物颗粒会与酸性水作用并流失，致使青海湖沉积物磁化率明显偏低，其变化范围低频磁化率介于0－2.101×10－8m3/kg，高频磁化率介于0－2.056×10－8m3/kg，频率磁化率介于0－0.137。

(2)从两千年至今，腾冲青海湖沉积物磁化率是一个波动下降的趋势，其波动是主要由于自然环境的变化引起的。磁化率值高指示了干燥的气候特征，同时呈现出较低的湖面;磁化率值低指示了湿润的气候特征，同时呈现出较高的湖面。因此，腾冲青海湖大致经历了从湿润向干燥过渡的趋势。

［1］Thompson R，Oldfield F.Environmental Magnetism ［M］.London:George Allen＆Unwin，1986.1－83.

［2］Oldfield F.Environmental magnetism－A personal perspective［J］.Quaternary Science Reviews，1991，10:73 －85.

［3］王苏民，窦鸿身主编.中国湖泊志 ［M］.北京:科学出版社，1998，192－194.

［4］佟伟，章铭陶.腾冲地热 ［M］.北京:科学出版社.1989.

［5］大沢信二，由佐悠纪，王云飞.中国云南省腾冲火山区にぢけゐ热水系の地球化学モデル ［J］.温泉科学，1995，45(1):13－25.

［6］Forstner U，Wittman G TW. Metal Pollution in the Aquatic Environment. West Germany: Springer，1988. 170 － 172.

［7］Angino E E，Magmuson LM，WaughTC. Mincralogy of suspended sediment and concentration of FeMnNi ZnCu and Pb inwater and Fe Mn and Pb in suspended load of selected kansas stream.Water Ｒes Ｒes，1974，10: 1187 － 1191.

［8］王云飞，朱育新，潘红玺，等.云南腾冲青海——酸性湖泊的环境［J］.湖泊科学，2002，14(2):117－124.