青海湖滩坝分布规律及其古气候意义

青海湖滩坝分布规律及其古气候意义陈启林;黎瑞;金振奎;彭飚;朱小二;袁坤;王菁【摘要】青海湖是我国最大的内陆湖盆,对气候变化十分敏感,而滩坝是青海湖滨浅湖带最为发育的沉积类型之一,其滩坝分布规律对晚更新世以来的古气候演化具有重要指示意义.在对青海湖一郎剑剖面进行实地考察的基础之上,对滩坝的分布规律及沉积特征进行精细解剖.通过分析总结前人相关测年数据,并与青海湖滩坝分布规律进行对比,发现青海湖湖平面升降对滩坝分布有明显的控制作用,建立了18 ka以来青海湖滩坝的演化过程,并将近18 ka以来青海湖湖平面升降史分为4个阶段:(1)更新世末温湿期,湖平面在海拔3 197～3 202 m附近波动;(2)全新世冷干期,湖平面近乎干涸;(3)全新世大暖期,湖平面处于全新世以来的最高值,约为3 212 m;(4)全新世凉湿期,湖平面回落到3 200 m附近,并在近2.5 ka湖平面加速下降.在晚更新世和晚全新世时,湖平面在海拔3 202 m附近波动时间较长,在该海拔范围内,形成了规模较大的复合滩坝;在早全新世,青海湖平面最低,多发育风成黄土和潟湖沉积;在中全新世,湖平面最高,形成了距离现今湖平面最远的数列单体滩坝.【期刊名称】《现代地质》【年(卷),期】2019(033)001【总页数】11页(P187-197)【关键词】青海湖;湖平面;滩坝;古气候【作者】陈启林;黎瑞;金振奎;彭飚;朱小二;袁坤;王菁【作者单位】中国石油勘探开发研究院西北分院,甘肃兰州730020;中国石油大学(北京)地球科学学院,北京102249;中国石油大学(北京)地球科学学院,北京102249;中国石油大学(北京)地球科学学院,北京102249;中国石油大学(北京)地球科学学院,北京102249;中国石油大学(北京)地球科学学院,北京102249;中国石油勘探开发研究院西北分院,甘肃兰州730020【正文语种】中文【中图分类】P512.32;P5320 引言湖泊是在一定地质、地理背景下形成的一个相对独立的自然综合体，是大气圈、生物圈和岩石圈相互作用的连接点之一[1-2]。

湖泊沉积由于其环境相对稳定、指标多样和沉积序列连续等特点，能很好地记录气候环境的变化[3]。

而滩坝作为滨浅湖沉积中的一种重要的沉积体，其形成和分布受到湖平面升降的控制[4]，因此也反映了湖泊环境的变迁，对研究区域气候演化有着十分重要的指示意义。

青海湖是我国最大的内陆湖盆，自晚更新世以来，构造活动明显变弱，气候变化成为湖盆发生扩张和退缩的主要原因[5]。

在青海湖南岸，地形平缓，周围物源供给充足，发育大量滩坝，是研究滩坝分布规律及其古气候意义的理想地点。

笔者重建了青海湖近18 ka以来的湖平面升降曲线，然后对青海湖一郎剑数列平行湖岸线滩坝沉积进行精细解剖，总结青海湖滩坝的分布规律，为恢复青海湖区晚更新世以来的古气候演化提供了证据。

1 研究区概况青海湖位于青藏高原东北部，地理位置介于东经99°36′～100°47′、北纬36°32′～37°15′之间，是我国最大的内陆咸水湖[6](图1)。

湖区由大通山、日月山、青海南山所环绕，构成西北—东南向延伸、西北高东南低的封闭式内陆断陷盆地[7]。

青海湖的长轴方向(近东—西向)约为106 km，横轴方向(近南—北向)约为63km，湖面海拔为3 194 m，面积约4 282 km2，环湖周长约360 km。

湖面东西长、南北窄，呈近椭圆形，长轴北西西向约315°。

湖水平均深度21 m，最大水深32 m，蓄水量达10×1010 m3左右。

本次研究的滩坝剖面位于青海湖南岸一郎剑，剖面总长约2.1 km，走向约6°。

剖面内发育多列平行湖岸线滩坝以及坝间潟湖和湿地沉积。

由于该区域物源供给充足，地形坡度平缓，因此该区域湖平面升降对滩坝分布起主控作用，滩坝的分布也对湖平面升降历史有良好的响应。

2 一郎剑滩坝分布规律及沉积特征一郎剑滩坝位于青海湖南岸(100°22′5″E、36°39′58″N附近)，总共发育了16列平行湖岸线滩坝(图2)。

滩坝分布主要集中在高于现今湖平面8 m和12 m附近，其间发育分布广泛的泥质沉积。

滩坝平均宽度30 m，最宽可达120 m，平均长度25 km，最长40 km。

一郎剑1至4号滩坝主要发育在海拔3 210 m附近，这4个滩坝复合程度较低，呈分列排布。

其中2号滩坝主要发育砾质沉积和砂质沉积(图3)：在滩坝核部，以砾质沉积为主，粒径主要分布在5～20 mm范围内，分选较好，磨圆呈次圆；向陆一侧逐渐过渡为砂质沉积，粒径约为0.5 mm，分选磨圆好，发育低角度冲洗交错层理，倾角约为5°；向湖一侧逐渐过渡为含砾砂质沉积，砾石直径3～10 cm不等，漂浮在砂质沉积中，分选差，磨圆呈次圆状。

滩坝发育明显的向湖方向纹层，其中倾角在滩坝核部砾质沉积处倾角最大，倾角约为23°，向两翼倾角减小至接近水平。

图1 青海湖地理概况Fig.1 Geographic setting of the Qinghai Lake图2 研究区剖面位置(a)及一郎剑剖面(b)(1～16为滩坝编号)Fig.2 Location ofthe study area (a) and the Yilangjian cross section (b)图3 一郎剑剖面1至3号滩坝Fig.3 No.1 to 3 beach bars of the Yilangjiancross section(a)2号滩坝整体照片；(b)2号滩坝核部砾质沉积；(c)2号滩坝含砾砂质沉积图4 4号和5号滩坝之间的湿原沉积Fig.4 Swamp location between No.4 and 5 beach bars图5 一郎剑剖面7至14号滩坝Fig.5 No.7 to 14 beach bars of the Yilangjian cross section在4号和5号滩坝之间，沉积了一套分布范围广、沉积厚度大的泥质沉积(图4(a))。

这套泥质沉积分布在一郎剑海拔3 209～3 210 m范围内，上覆有水深不超20cm的浅积水，为典型的湿原沉积环境[8]。

泥质颜色呈灰色，植物根系十分发育(图4(b))，并且通过探槽发现，此处泥质沉积是多期潟湖和湿原沉积的产物。

5至14号滩坝距离间隔相对较近，坝与坝之间相互叠合在海拔3 196～3 209 m范围内，复合坝体沿平行湖岸方向延伸距离远。

通过密集的探槽显示，复合滩坝的核部均为砾质沉积，两侧依次向细砾或砂质沉积过渡。

其中7至14号滩坝横向延伸远，可追踪性强(图5)。

7号滩坝海拔最高，约为3 209 m，向青海湖方向滩坝海拔依次降低。

图6 5号、6号坝间的上部砂质，下部泥质沉积Fig.6 Upper sandy sediments and lower muddy sediments between No.5 and 6 beach bars在5号坝和6号坝间，深坑显示其上为约20 cm厚的粗砂沉积，其下为深灰色泥质沉积(图6)。

上部粗砂直径在0.6～0.8 mm之间，分选好，磨圆呈次圆状。

下部泥质沉积中发现植物根系，与上覆砂质沉积呈突变接触。

反映了5号坝和6号坝之间曾沉积了一套湿原沉积泥岩，其后由于湖平面波动在其上又覆盖了一层砂质沉积。

一郎剑15号和16号滩坝为正在形成的滩坝(图7)，海拔界于3 194～3 195 m之间，二者均为砾质滩坝，坝体核部为中砾沉积，粒度均在15 mm左右，向两侧粒度逐渐减小至细砾沉积，分选好。

滩坝规模相对较小，其中15号滩坝宽约12 m，高约0.8 m；15号滩坝与14号滩坝间潟湖宽约12 m，16号坝宽约16 m，高约0.8 m，15号和16号滩坝间潟湖宽约9 m，水深最深处不超过30 cm。

3 重建近18 ka以来青海湖平面升降曲线图7 正在形成的15、16号滩坝及现今湖平面Fig.7 Still-developing No. 15 and 16 beach bars and current lake level滩坝作为一种重要的滨浅湖沉积体，其沉积分布记录了古湖平面位置等信息[9-11]，结合滩坝测年数据，可以恢复青海湖湖平面升降史。

近年来，关于青海湖湖平面升降情况，前人进行了大量的研究，其研究手段也愈发丰富[12-23]。

Madsen等通过对青海湖周围砂质沉积以及风成黄土等沉积物进行光释光定年，重建了部分古湖岸线升降历史[13-14,16-18]；由于青海湖滩坝横向稳定性强，其测年数据在一郎剑滩坝中也有借鉴意义。

张彭熹等对青海湖孔心中介形虫进行稳定同位素以及微量元素分析，推测出近12 ka年以来青海湖的水位升降[12,21]；袁宝印等通过对青海湖古湖岸线、地貌特征、新构造格局以及少量碳同位素定年等资料，将青海湖的发育历史划分为三个阶段，即中更新世湖泊最盛期、晚更新世湖泊稳定期以及全新世湖泊收缩期[20]。

陈克造等通过地震和浅钻井资料分析，认为全新世最高湖平面以来的最高时期出现在7.4～6 ka之间，且最高湖平面高于现今约13 m[15, 22]。

余俊清等通过对青海湖孔心进行分析，结合14C定年数据，认为在全新世早期湖平面近乎干涸[23]。

Liu等对青海湖水生植物和表层沉积物的有机碳同位素组成和湖周边的陆生植物和表土等进行研究，并结合钻井的碳同位素，认为在全新世早期湖平面处于一个较低的位置[19]。

由于研究手段和研究目标的不同，不同学者对不同时间段内青海湖湖平面升降进行了分析解释，但对青海湖近18 ka以来连续的湖平面升降变化缺乏认识。

笔者此次分析前人研究的优缺点，综合前人已发表的测年数据以及其他相关证据，对青海湖近18 ka以来的湖平面升降曲线进行重建。

在差异升降幅度小的情况下，古湖岸线沉积物可以指示古湖平面位置。

如果已知古湖岸线沉积物的形成年代以及它们的三维坐标，就可以被用来恢复古湖平面位置等。

但由于绝大多数古湖岸线沉积中缺乏有机质，因此直接通过放射性碳同位素定年是很困难的[18]。

Liu等将湖岸地形线和OSL测年相结合[14, 16]，根据光释光测年采样点(图1)的海拔高度和OSL测年时间，对古湖平面升降进行恢复，如表1所示。

余俊清等对青海湖Q14B孔心(图1(b))分析发现，在孔心中发现了保存完好的水生植物川蔓藻(Ruppia maritima)种子，因为该植物只适合在浅水环境下生存，且水深一般不会超过1.5 m，因此推断在这一时期，青海湖在该处为浅水沉积[23]。

结合14C定年数据，就可以得到当时的青海湖湖平面大体位置等。

Liu等通过类似的方法对青海湖1F孔心(图1(b))进行研究，结合An等对该井密集的14C定年数据，得到了取样点的14C定年数据如表2所示[19, 24]。