敦煌雅丹地层易溶盐特征及其对沉积环境的指示意义

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00138

摘要/Abstract

摘要：

雅丹地层是雅丹地貌形成发育的物质基础，记录了沉积过程、环境演化、地貌格局等大量的地表过程信息，而沉积物理化分析则成为解读其关键信息的重要前提。易溶盐特征作为重要的环境代用指标对解读雅丹地层沉积演化过程具有重要指示意义。以敦煌雅丹地貌为研究对象，对其出露地层的易溶盐沉积特征、环境代用指标以及沉积环境演化等进行了深入探讨。结果表明：（1）敦煌雅丹地层沉积物优势离子以Mg²⁺-Na⁺-Ca²⁺-Cl^--SO $4 2 -$ 组合为特征，相应的离子类型主要包括Cl-Na型与SO₄-Ca-Mg；（2）主要离子与总含盐量纵向旋回变化特征显著，以硫酸盐和氯化物盐交替演化为主，二者对雅丹易溶盐沉积具有决定性控制作用；（3）环境代用指标Mg²⁺/Ca²⁺、Cl^-/SO $4 2 -$ 等在雅丹环境变化研究中具有一定的局限性，表明雅丹地层并非完全由稳定的湖泊沉积发育而来；（4）雅丹地层是不同沉积环境和动力机制下形成的多种物质交替沉积的结果，主要包括静水湖泊、湖滨、河流、风成和冲积扇远端泥坪物质，其中湖滨、河流与风成沉积物的理化性质相近，难以有效区分，有待进一步深入研究。

关键词: 雅丹地层, 沉积物, 易溶盐, 主要离子, 沉积环境

Abstract:

The yardang strata is the material manifestation of the sedimentary system before the yardang landform developed. It records a large amount of surface process information such as sedimentation processes， environmental evolution， and landform patterns. The physical and chemical analysis of sediments has become an important prerequisite for interpreting its key information. As an important environmental proxy index， the characteristics of easily soluble salts have important significance in interpreting the sedimentary evolution process of the yardang Formation. This paper takes Dunhuang yardang landforms as the research object， and conducts an in-depth discussion on the soluble salt deposition characteristic， environmental proxy indicators and sedimentary environment evolution of its exposed strata. The results indicated that：（1） The dominant ions' composition of soluble salts in yardang sediments is characterized by the combination of Mg $2 +$ -Na⁺-Ca²⁺-Cl^--SO $4 2 -$ ， and the corresponding ion types mainly include Cl-Na type and SO₄-Ca-Mg type. （2） The main ions and the total salt content in the studied profiles have significant vertical cycle variation characteristics， mainly dominated by the alternating changes of sulfate and chloride salts， both of which play a decisive role in controlling the deposition of yardang soluble salts. （3） Environmental proxies such as Mg²⁺/Ca²⁺ and Cl^-/SO $4 2 -$ have certain limitations in the differentiating of yardang environmental changes， indicating that yardang strata were not entirely developed from stable lacustrine deposition. （4） The yardang formation is the result of alternate deposition of various materials formed under different sedimentary environments and dynamic mechanisms， which mainly includes stable lacustrine， lakefront， fluvial， aeolian and alluvial fan's mud flat materials. Among them， lakefront， fluvial and aeolian sediments have similar physical and chemical properties， making it difficult to distinguish in detail and need further study.

Key words: yardang strata, sediment, soluble salt, dominant ions, sedimentary environment

中图分类号:

P931.3

梁晓磊, 程志花, 翟晓慧, 牛清河, 张益明, 李艳丽. 敦煌雅丹地层易溶盐特征及其对沉积环境的指示意义[J]. 中国沙漠, 2024, 44(2): 109-120.

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图/表 10

图1 研究区地理位置与采样点分布

Fig.1 Location of the research area and thedistribution of sampling points

图2 雅丹YA（A）与YC（B）的形态与岩性地层特征［7］

Fig.2 Morphological and lithostratigraphic characteristics［7］ of yardang YA （A） and YC （B）

表1 雅丹沉积物易溶盐主要离子含量

Table 1 Eigenvalues of dominant ions' content of soluble salts in yardang sediments

主要离子	雅丹YA				雅丹YC
主要离子	平均值 /（g·kg^-1）	最小值 /（g·kg^-1）	最大值 /（g·kg^-1）	变异系数	平均值 /（g·kg^-1）	最小值 /（g·kg^-1）	最大值 /（g·kg^-1）	变异系数
K⁺	0.025	0.001	0.110	0.97	0.041	0.001	0.111	0.76
Na⁺	1.086	0.001	8.500	1.95	1.469	0.026	5.825	1.10
Ca²⁺	0.330	0.007	1.550	1.30	1.055	0.000	3.877	1.15
Mg²⁺	0.051	0.001	0.310	1.29	1.617	0.001	10.755	1.86
Cl^-	3.728	0.000	23.151	1.27	5.112	0.382	23.666	1.11
HCO $3 -$	0.306	0.114	0.961	0.64	0.196	0.069	0.427	0.39
CO $3 2 -$	0.043	0.000	0.189	1.23	0.006	0.000	0.093	3.26
SO $4 2 -$	2.671	0.394	13.027	0.90	4.826	0.758	17.693	0.91
总含盐量	8.962	1.810	37.220	0.95	14.322	1.950	48.140	0.86

表1 雅丹沉积物易溶盐主要离子含量

Table 1 Eigenvalues of dominant ions' content of soluble salts in yardang sediments

主要离子	雅丹YA				雅丹YC
主要离子	平均值 /（g·kg^-1）	最小值 /（g·kg^-1）	最大值 /（g·kg^-1）	变异系数	平均值 /（g·kg^-1）	最小值 /（g·kg^-1）	最大值 /（g·kg^-1）	变异系数
K⁺	0.025	0.001	0.110	0.97	0.041	0.001	0.111	0.76
Na⁺	1.086	0.001	8.500	1.95	1.469	0.026	5.825	1.10
Ca²⁺	0.330	0.007	1.550	1.30	1.055	0.000	3.877	1.15
Mg²⁺	0.051	0.001	0.310	1.29	1.617	0.001	10.755	1.86
Cl^-	3.728	0.000	23.151	1.27	5.112	0.382	23.666	1.11
HCO $3 -$	0.306	0.114	0.961	0.64	0.196	0.069	0.427	0.39
CO $3 2 -$	0.043	0.000	0.189	1.23	0.006	0.000	0.093	3.26
SO $4 2 -$	2.671	0.394	13.027	0.90	4.826	0.758	17.693	0.91
总含盐量	8.962	1.810	37.220	0.95	14.322	1.950	48.140	0.86

图3 雅丹沉积物易溶盐Piper三元图

Fig.3 Piper ternary diagram of soluble salts in yadang sediments

表2 雅丹YA中易溶盐8大离子及总含盐量相关系数矩阵

Table 2 Correlation coefficients matrix among ion contents of the 8 kinds of main ions and the total of soluble salt in yardang YA

	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	HCO $3 -$	CO $3 2 -$	SO $4 2 -$	总含盐量
K⁺	1
Na⁺	0.586^**	1
Ca²⁺	0.784^**	0.570^**	1
Mg²⁺	0.682^**	0.579^**	0.878^**	1
Cl^-	0.635^**	0.618^**	0.469^**	0.394^**	1
HCO $3 -$	-0.091	-0.165	-0.014	-0.075	-0.189	1
CO $3 2 -$	-0.327^*	-0.352^*	-0.371^*	-0.332^*	-0.213	0.295	1
SO $4 2 -$	0.165	0.026	0.467^**	0.361^**	0.169	-0.143	-0.027	1
总含盐量	0.687^**	0.733^**	0.689^**	0.601^**	0.910^**	-0.191	-0.260	0.473^**	1

表2 雅丹YA中易溶盐8大离子及总含盐量相关系数矩阵

Table 2 Correlation coefficients matrix among ion contents of the 8 kinds of main ions and the total of soluble salt in yardang YA

	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	HCO $3 -$	CO $3 2 -$	SO $4 2 -$	总含盐量
K⁺	1
Na⁺	0.586^**	1
Ca²⁺	0.784^**	0.570^**	1
Mg²⁺	0.682^**	0.579^**	0.878^**	1
Cl^-	0.635^**	0.618^**	0.469^**	0.394^**	1
HCO $3 -$	-0.091	-0.165	-0.014	-0.075	-0.189	1
CO $3 2 -$	-0.327^*	-0.352^*	-0.371^*	-0.332^*	-0.213	0.295	1
SO $4 2 -$	0.165	0.026	0.467^**	0.361^**	0.169	-0.143	-0.027	1
总含盐量	0.687^**	0.733^**	0.689^**	0.601^**	0.910^**	-0.191	-0.260	0.473^**	1

图4 雅丹YA和YC中主要离子（A、B）与易溶盐指标（C、D）随剖面高度变化曲线

Fig.4 Change curves of main ions （A， B） and soluble salt proxies （C， D） in yardang YA and YC with profile height

表3 雅丹YC易溶盐8大离子及总含盐量相关系数矩阵

Table 3 Matrix of correlation coefficients among ion contents of the 8 kinds of main ions and the total of soluble salt in yardang YC

	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	HCO $3 -$	CO $3 2 -$	SO $4 2 -$	总含盐量
K⁺	1
Na⁺	0.649^**	1
Ca²⁺	0.760^**	0.718^**	1
Mg²⁺	0.620^**	0.692^**	0.796^**	1
Cl^-	0.791^**	0.689^**	0.822^**	0.793^**	1
HCO $3 -$	-0.186	-0.121	-0.291	-0.283	-0.306	1
CO $3 2 -$	-0.035	0.082	0.013	0.088	0.054	-0.032	1
SO $4 2 -$	0.144	0.227	0.050	0.350^*	0.124	-0.154	-0.158	1
总含盐量	0.732^**	0.774^**	0.788^**	0.908^**	0.874^**	-0.305	0.003	0.536^**	1

表3 雅丹YC易溶盐8大离子及总含盐量相关系数矩阵

Table 3 Matrix of correlation coefficients among ion contents of the 8 kinds of main ions and the total of soluble salt in yardang YC

	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	HCO $3 -$	CO $3 2 -$	SO $4 2 -$	总含盐量
K⁺	1
Na⁺	0.649^**	1
Ca²⁺	0.760^**	0.718^**	1
Mg²⁺	0.620^**	0.692^**	0.796^**	1
Cl^-	0.791^**	0.689^**	0.822^**	0.793^**	1
HCO $3 -$	-0.186	-0.121	-0.291	-0.283	-0.306	1
CO $3 2 -$	-0.035	0.082	0.013	0.088	0.054	-0.032	1
SO $4 2 -$	0.144	0.227	0.050	0.350^*	0.124	-0.154	-0.158	1
总含盐量	0.732^**	0.774^**	0.788^**	0.908^**	0.874^**	-0.305	0.003	0.536^**	1

图5 雅丹沉积物主要阴离子三元图及其集聚特征

Fig.5 Ternary diagram and aggregation characteristics of main anions in yardang sediments

表4 不同环境地表沉积物易溶性盐主要离子含量 (g·kg-1)

Table 4 Eigenvalues of dominant ions' content of soluble salts in sediments from various environments

样品编号	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO $4 2 -$	HCO $3 -$	CO $3 2 -$
NM1	0.012	0.660	1.035	0.038	1.455	0.739	0.706	0.000
NM2	0.022	3.925	1.602	0.240	1.091	1.277	0.613	0.000
NM3	0.024	0.543	0.156	0.027	1.818	1.046	0.178	0.000
NM4	0.005	1.135	1.037	0.053	0.727	2.832	0.183	0.000
SL1	0.133	0.985	1.060	0.199	0.592	2.448	0.397	0.000
SL2	0.047	3.350	0.107	0.013	1.091	2.448	1.800	1.590
SL3	0.033	0.595	1.337	0.024	1.455	1.507	0.854	0.000
SL4	0.046	0.108	0.011	0.033	1.818	1.968	0.114	0.000
AJ1	0.100	0.410	1.740	0.710	0.860	3.460	0.260	0.000
AJ2	0.210	0.360	1.220	0.700	1.070	3.170	0.390	0.000
AJ3	0.190	0.360	1.570	0.970	0.650	4.030	0.380	0.000
AJ4	0.180	0.630	1.710	0.680	0.680	2.690	0.390	0.000
XH1	0.152	17.925	1.030	0.106	1.455	26.736	0.374	0.000
XH2	0.185	5.575	1.000	0.087	2.182	7.344	0.130	0.000
KS1	0.024	0.125	0.041	0.031	0.859	0.662	0.201	0.000
KS2	0.018	0.051	0.009	0.011	2.195	0.970	0.236	0.000
KS3	0.012	0.043	0.005	0.015	2.910	2.813	0.249	0.000
KS4	0.010	0.014	0.123	0.005	1.241	0.355	0.244	0.000
KS5	0.006	0.186	0.253	0.010	2.577	2.179	0.366	0.000
KS6	0.010	0.084	0.056	0.021	3.722	2.928	0.186	0.000
KS7	0.006	0.550	0.222	0.012	2.910	1.296	0.233	0.000
KS8	0.009	0.633	0.007	0.007	3.531	2.736	0.160	0.000
KS9	0.008	0.040	0.096	0.005	4.294	3.120	0.328	0.000
KS10	0.020	0.027	0.024	0.008	1.091	0.528	0.275	0.000
YT1	0.208	5.350	0.199	4.688	4.001	1.258	0.191	0.000
YT2	0.140	7.158	0.872	6.315	3.951	0.682	0.305	0.000

表4 不同环境地表沉积物易溶性盐主要离子含量 (g·kg-1)

Table 4 Eigenvalues of dominant ions' content of soluble salts in sediments from various environments

样品编号	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO $4 2 -$	HCO $3 -$	CO $3 2 -$
NM1	0.012	0.660	1.035	0.038	1.455	0.739	0.706	0.000
NM2	0.022	3.925	1.602	0.240	1.091	1.277	0.613	0.000
NM3	0.024	0.543	0.156	0.027	1.818	1.046	0.178	0.000
NM4	0.005	1.135	1.037	0.053	0.727	2.832	0.183	0.000
SL1	0.133	0.985	1.060	0.199	0.592	2.448	0.397	0.000
SL2	0.047	3.350	0.107	0.013	1.091	2.448	1.800	1.590
SL3	0.033	0.595	1.337	0.024	1.455	1.507	0.854	0.000
SL4	0.046	0.108	0.011	0.033	1.818	1.968	0.114	0.000
AJ1	0.100	0.410	1.740	0.710	0.860	3.460	0.260	0.000
AJ2	0.210	0.360	1.220	0.700	1.070	3.170	0.390	0.000
AJ3	0.190	0.360	1.570	0.970	0.650	4.030	0.380	0.000
AJ4	0.180	0.630	1.710	0.680	0.680	2.690	0.390	0.000
XH1	0.152	17.925	1.030	0.106	1.455	26.736	0.374	0.000
XH2	0.185	5.575	1.000	0.087	2.182	7.344	0.130	0.000
KS1	0.024	0.125	0.041	0.031	0.859	0.662	0.201	0.000
KS2	0.018	0.051	0.009	0.011	2.195	0.970	0.236	0.000
KS3	0.012	0.043	0.005	0.015	2.910	2.813	0.249	0.000
KS4	0.010	0.014	0.123	0.005	1.241	0.355	0.244	0.000
KS5	0.006	0.186	0.253	0.010	2.577	2.179	0.366	0.000
KS6	0.010	0.084	0.056	0.021	3.722	2.928	0.186	0.000
KS7	0.006	0.550	0.222	0.012	2.910	1.296	0.233	0.000
KS8	0.009	0.633	0.007	0.007	3.531	2.736	0.160	0.000
KS9	0.008	0.040	0.096	0.005	4.294	3.120	0.328	0.000
KS10	0.020	0.027	0.024	0.008	1.091	0.528	0.275	0.000
YT1	0.208	5.350	0.199	4.688	4.001	1.258	0.191	0.000
YT2	0.140	7.158	0.872	6.315	3.951	0.682	0.305	0.000

图6 雅丹与周边典型地表沉积物主要阴离子三元图对比分析

Fig.6 Comparison of dominant anions' ternary diagram in yardang and surrounding typical surface sediments

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