库布齐沙漠地表沉积物常量元素与粒度的关系

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00005

摘要/Abstract

摘要：

地表沉积物的风化过程引起元素在各粒级间的迁移或富集，采用粒度分级可以深度解释元素与粒度的关系。选取库布齐沙漠不同植被盖度测定粒度分布特征分级情况下的元素含量。结果表明：（1）库布齐沙漠以细砂和极细砂为主（二者占比85%以上），常量元素以SiO₂、Al₂O₃为主（二者占比80%以上且呈相反关系），其他元素含量较低；不同粒级组分元素富集情况不同。（2）表层沉积物的化学蚀变指标CPA（60.2~85.9）、CIA（28.08~53.06）值显示该区域处于未风化或弱风化状态；研究区表现为富SiO₂、CaO、Fe₂O₃、K₂O、TiO₂贫Al₂O₃、Na₂O现象；SiO₂、K₂O与粒径段呈显著正相关，Fe₂O₃、CaO、Al₂O₃、MgO、TiO₂与粒径段呈显著负相关，Na₂O不受粒度控制。（3）分级前，CaO、SiO₂、MgO、TiO₂与粒径有相关性；分级后，SiO₂、K₂O、Fe₂O₃、CaO、Al₂O₃、MgO、TiO₂均与粒径段具有一定的相关性，细化分级后确实能解读更多蕴含在元素中的信息。

关键词: 库布齐沙漠, 沉积物粒度, 地球化学元素, 粒度效应

Abstract:

The weathering process of surface sediments causes the migration or enrichment of elements in each grain level. Granularity classification can deeply explain the relationship between elements and granularity. The coverage of different vegetation in the Kubuqi Desert was selected to determine the element content of grain size distribution characteristics.The results show that：（1） The Kubuqi Desert is mainly dominated by fine sand and extremely fine sand （both account for more than 85%）， and the constant elements are mainly SiO₂ and Al₂O₃ （accounting for more than 80% and showing the opposite relationship）， while other elements have low content； the enrichment of different granular components is different. （2） CPA（60.2-85.9）， CIA（28.08-53.06） value of surface sediment shows that the area is in unweathered or weakly weathered state； the study area shows rich SiO₂， CaO， Fe₂O₃， K₂O， TiO₂ poor Al₂O₃ and Na₂O； SiO₂ and K₂O are significantly positively correlated with particle size， Fe₂O₃， CaO， Al₂O₃， MgO and TiO₂ are significantly negatively correlated with particle size， and Na₂O is not controlled by particle size. （3） Before classification， the four elements of CaO， SiO₂， MgO and TiO₂ are related with the particle size； after classification， SiO₂， K₂O， Fe₂O₃， CaO， Al₂O₃， MgO and TiO₂ all have certain correlation with the particle size segment， detailed grading can indeed interpret more information contained in the elements.

Key words: Kubuqi Desert, sediment particle sizes, geo-chemistry elements, granularity effect

中图分类号:

S153.6

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图/表 9

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样点个数	植物信息	植被盖度
7	没有植物	0
11	多为1~1.5 m的灌木，草本多。藜、猪毛菜、柠条、沙柳、油蒿、大籽蒿、扬柴、花棒、蒺藜。灌草比3∶1	0~10%
10	多为1 m以上的灌木，草本很多。猪毛菜、柠条、沙柳、油蒿、大籽蒿、扬柴、花棒、蒺藜。灌草比3∶1	10%~20%
14	多为1.5 m以上的灌木，草本很多，有几棵高大乔木。芦苇、猪毛菜、地稍瓜、沙柳、油蒿、柠条、扬柴、花棒、小叶杨、细叶鸢尾、禾草、刺苋、地肤、地锦草、牛筋草、蒺藜。乔灌草比1∶5∶2	20%~30%

样点个数	植物信息	植被盖度
7	没有植物	0
11	多为1~1.5 m的灌木，草本多。藜、猪毛菜、柠条、沙柳、油蒿、大籽蒿、扬柴、花棒、蒺藜。灌草比3∶1	0~10%
10	多为1 m以上的灌木，草本很多。猪毛菜、柠条、沙柳、油蒿、大籽蒿、扬柴、花棒、蒺藜。灌草比3∶1	10%~20%
14	多为1.5 m以上的灌木，草本很多，有几棵高大乔木。芦苇、猪毛菜、地稍瓜、沙柳、油蒿、柠条、扬柴、花棒、小叶杨、细叶鸢尾、禾草、刺苋、地肤、地锦草、牛筋草、蒺藜。乔灌草比1∶5∶2	20%~30%

采样区域		氧化物含量/%								CIA	CPA
采样区域		SiO₂	Fe₂O₃	CaO	K₂O	Al₂O₃	Na₂O	MgO	TiO₂	CIA	CPA
全域（n=42）	最大值	82.424	10.070	12.590	5.51	14.510	4.35	5.86	4.11	53.060	85.919
	最小值	47.731	3.040	3.052	2.73	0.000	0.00	0.00	0.00	28.080	60.193
	均值	76.279	5.287	5.901	4.14	8.847	2.83	2.15	1.83	39.840	73.518
	SD	5.249	1.294	1.548	0.77	2.975	1.00	1.83	0.97	8.271	7.566
	CV	6.9	24.5	26.2	19	33.6	35	85	53	21.1	10.4
植被盖度 0(n=7)	最大值	80.721	6.618	6.440	5.10	12.780	3.78	5.57	3.28	51.760	81.041
	最小值	72.182	4.556	5.481	3.43	3.600	1.59	0.00	1.47	20.390	51.064
	均值	77.722	5.326	5.926	4.47	7.192	2.99	2.17	2.31	33.780	69.007
	SD	2.875	0.643	0.330	0.60	2.968	0.73	2.08	0.60	9.135	9.249
	CV	3.7	12.1	5.6	14	41.3	24	96	26	27.0	13.4
植被盖度 0~10%（n=11）	最大值	80.844	7.603	8.716	5.37	14.000	4.18	3.26	3.29	52.650	84.485
	最小值	70.267	3.962	4.306	3.17	6.084	0.00	0.00	0.20	29.610	61.783
	均值	76.768	5.620	6.337	4.63	9.313	2.55	1.50	1.83	40.660	73.593
	SD	2.907	0.970	1.187	0.74	2.379	1.32	1.41	0.91	8.444	7.009
	CV	3.8	17.3	18.7	16	25.5	52	94	50	20.8	9.5
植被盖度 10%~20%（n=10）	最大值	80.307	8.652	6.835	5.51	11.360	4.35	5.00	4.11	51.700	83.127
	最小值	72.803	3.535	3.783	3.19	0.000	1.71	0.00	0.00	32.240	62.409
	均值	76.653	5.461	5.498	4.06	7.560	2.86	2.55	2.25	36.150	74.524
	SD	1.925	1.274	1.009	0.66	3.057	0.73	1.63	1.13	13.850	6.015
	CV	2.5	23.3	18.3	16	40.4	25	64	50	38.3	8.1
植被盖度 20%~30%（n=14）	最大值	82.424	10.07	12.59	4.70	14.510	4.24	5.86	2.51	56.150	95.023
	最小值	47.731	3.040	3.052	2.73	5.763	0.61	0.00	0.00	30.100	65.515
	均值	74.904	4.881	5.834	3.64	10.230	2.95	2.37	1.27	44.740	76.946
	SD	8.124	1.626	2.243	0.60	2.530	0.94	1.97	0.72	8.304	7.991
	CV	10.8	33.3	38.4	16	24.7	32	83	57	18.6	10.4

采样区域		氧化物含量/%								CIA	CPA
采样区域		SiO₂	Fe₂O₃	CaO	K₂O	Al₂O₃	Na₂O	MgO	TiO₂	CIA	CPA
全域（n=42）	最大值	82.424	10.070	12.590	5.51	14.510	4.35	5.86	4.11	53.060	85.919
	最小值	47.731	3.040	3.052	2.73	0.000	0.00	0.00	0.00	28.080	60.193
	均值	76.279	5.287	5.901	4.14	8.847	2.83	2.15	1.83	39.840	73.518
	SD	5.249	1.294	1.548	0.77	2.975	1.00	1.83	0.97	8.271	7.566
	CV	6.9	24.5	26.2	19	33.6	35	85	53	21.1	10.4
植被盖度 0(n=7)	最大值	80.721	6.618	6.440	5.10	12.780	3.78	5.57	3.28	51.760	81.041
	最小值	72.182	4.556	5.481	3.43	3.600	1.59	0.00	1.47	20.390	51.064
	均值	77.722	5.326	5.926	4.47	7.192	2.99	2.17	2.31	33.780	69.007
	SD	2.875	0.643	0.330	0.60	2.968	0.73	2.08	0.60	9.135	9.249
	CV	3.7	12.1	5.6	14	41.3	24	96	26	27.0	13.4
植被盖度 0~10%（n=11）	最大值	80.844	7.603	8.716	5.37	14.000	4.18	3.26	3.29	52.650	84.485
	最小值	70.267	3.962	4.306	3.17	6.084	0.00	0.00	0.20	29.610	61.783
	均值	76.768	5.620	6.337	4.63	9.313	2.55	1.50	1.83	40.660	73.593
	SD	2.907	0.970	1.187	0.74	2.379	1.32	1.41	0.91	8.444	7.009
	CV	3.8	17.3	18.7	16	25.5	52	94	50	20.8	9.5
植被盖度 10%~20%（n=10）	最大值	80.307	8.652	6.835	5.51	11.360	4.35	5.00	4.11	51.700	83.127
	最小值	72.803	3.535	3.783	3.19	0.000	1.71	0.00	0.00	32.240	62.409
	均值	76.653	5.461	5.498	4.06	7.560	2.86	2.55	2.25	36.150	74.524
	SD	1.925	1.274	1.009	0.66	3.057	0.73	1.63	1.13	13.850	6.015
	CV	2.5	23.3	18.3	16	40.4	25	64	50	38.3	8.1
植被盖度 20%~30%（n=14）	最大值	82.424	10.07	12.59	4.70	14.510	4.24	5.86	2.51	56.150	95.023
	最小值	47.731	3.040	3.052	2.73	5.763	0.61	0.00	0.00	30.100	65.515
	均值	74.904	4.881	5.834	3.64	10.230	2.95	2.37	1.27	44.740	76.946
	SD	8.124	1.626	2.243	0.60	2.530	0.94	1.97	0.72	8.304	7.991
	CV	10.8	33.3	38.4	16	24.7	32	83	57	18.6	10.4

不同区域	元素氧化物	黏粒	粉粒	极细砂	细砂	中沙	粗砂	极粗砂	粒径
植被盖度 0	SiO₂	-0.344	-0.244	0.068	0.054	-0.108	-0.351	-0.469	0.789^**
	Fe₂O₃	0.173	0.426	-0.619	0.734	-0.173	-0.117	0.033	-0.772^**
	CaO	0.649	0.829^*	-0.278	0.140	0.068	0.441	0.552	-0.695^*
	K₂O	0.385	0.433	-0.551	0.332	0.569	0.623	0.511	0.019
	Al₂O₃	-0.055	0.216	0.490	-0.552	-0.077	0.100	0.134	0.210
	Na₂O	0.276	0.567	0.007	-0.021	-0.187	0.100	0.264	-0.486
	MgO	0.216	-0.119	-0.063	-0.052	0.234	0.270	0.231	0.035
	TiO₂	-0.578	-0.279	-0.174	0.480	-0.365	-0.736	-0.786^*	-0.871^**
植被盖度 0~10%	SiO₂	0.488	0.698^*	-0.012	-0.07	0.024	0.487	0.276	0.795^**
	Fe₂O₃	-0.151	-0.059	-0.281	0.193	0.807^**	0.287	0.154	-0.625^*
	CaO	-0.536	-0.447	0.309	-0.294	0.249	-0.211	0.105	-0.662^*
	K₂O	0.244	0.592	0.003	-0.161	0.659^*	0.838^**	0.666^*	0.006
	Al₂O₃	0.152	-0.030	-0.076	0.129	-0.374	-0.305	-0.115	-0.043
	Na₂O	-0.589	-0.300	0.637^*	-0.645^*	0.172	0.142	0.486	0.037
	MgO	-0.415	-0.529	0.586	-0.485	-0.503	-0.416	-0.215	-0.520
	TiO₂	0.146	0.014	-0.600	0.543	0.563	0.109	-0.311	-0.018
植被盖度 10%~20%	SiO₂	-0.081	-0.259	-0.288	0.241	0.690^*	0.542	0.294	0.631^**
	Fe₂O₃	-0.403	-0.168	-0.048	0.116	-0.368	-0.398	-0.199	-0.498
	CaO	-0.232	-0.009	-0.135	0.186	-0.358	-0.566	-0.128	-0.523^*
	K₂O	-0.123	0.121	0.073	-0.052	-0.235	-0.281	0.222	-0.002
	Al₂O₃	0.606	0.588	0.372	-0.465	0.449	0.421	0.294	0.155
	Na₂O	0.058	0.179	0.666^*	-0.606	-0.498	-0.494	-0.631	0.025
	MgO	-0.101	-0.025	0.470	-0.449	-0.292	0.077	0.314	0.278
	TiO₂	-0.276	-0.401	-0.296	0.312	0.094	0.046	0.123	-0.562^**
植被盖度20%~30%	SiO₂	-0.829^**	-0.455	0.284	0.183	-0.265	-0.640^*	-0.894^**	0.629^*
	Fe₂O₃	0.644^*	0.319	-0.249	-0.094	0.160	0.491	0.784^**	-0.525^*
	CaO	0.287	0.847^**	-0.360	0.004	0.315	0.803^**	0.684^**	-0.708^**
	K₂O	-0.444	-0.167	-0.172	0.437	0.061	-0.187	-0.363	-0.058
	Al₂O₃	0.574^*	0.243	-0.051	-0.264	0.032	0.428	0.532	0.332
	Na₂O	-0.206	-0.668^**	0.160	0.079	0.018	-0.586^*	-0.661^*	-0.145
	MgO	0.480	0.221	0.019	-0.206	-0.146	0.209	0.449	0.062
	TiO₂	0.077	-0.058	-0.152	0.083	0.155	0.089	0.280	-0.641^*