全新世是与人类关系最为直接且紧密的地质时代，其时的气候变化在冰芯^［1］、湖泊沉积^［2］、黄土^［3］、孢粉^［4］、石笋^［5］、深海沉积^［6］、泥炭^［7］等不同沉积载体中都有很好的记录。地处中国东部季风边缘的鄂尔多斯高原毛乌素沙地东南缘萨拉乌苏河流域，位于沙漠-黄土的过渡带，蕴藏着丰富的气候环境演变信息^［8-12］。其中的全新世气候变化的探讨主要集中在米浪沟湾剖面和滴哨沟湾剖面。张宇红等^［8］、罗开利等^［9］、李后信等^［10］等分别通过对米浪沟湾剖面风成砂与河湖相和古土壤粒度特征、CaCO₃含量、主元素含量的分析，将全新世划分为7个与沉积旋回对应的气候旋回。舒培仙等^［11］、王丰年等^［12］通过分析滴哨沟湾剖面DGS1段的粒度和CaCO₃数据，将全新世气候分为4个阶段——全新世早期好转期（11 020—10 290 a B.P.）、全新世鼎盛期（10 290—6 590 a B.P.）、暖冷过渡期（6 590—3 760 a B.P.）和冷干气候不稳定期（3 760—0 a B.P.）。从涉及萨拉乌苏河流域全新世文献来看，尽管不少学者通过不同沉积序列揭示了该地全新世气候环境变迁，但对于其气候变化的看法还不甚一致，且对该流域其他地点剖面尤其是流域中上游段研究展开尚少。因此，本文结合AMS-¹⁴C年代测定结果，分析该流域中上游干沟子剖面的地球化学特征及其可能的沉积物来源与沉积环境变化，将有助于补充和丰富该流域全新世气候变化的信息。

萨拉乌苏河（37°10′—37°59′N，108°10′—108°58′E）位于鄂尔多斯高原毛乌素沙地东南缘（图1），横跨黄土高原与鄂尔多斯高原东南部洼地，海拔1 800—1 100 m。年平均气温6.0—8.5 ℃，最冷月（1月）平均气温-9.5—-12 ℃，最热月（7月）平均气温22—24 ℃。萨拉乌苏河流域属于半干旱区，多年平均降水量由东南部440 mm向西逐渐递减至250 mm，受东亚夏季风影响，降水集中在夏季（7—9月）且常以暴雨形式出现，夏季降水量占全年降水量的60%—70%^［13］。全年蒸发量较大，为1 800—2 500 mm^［14］。

干沟子地层剖面（37°42′N、108°28′E，海拔约1 310 m）位于萨拉乌苏河左岸一干涸的切沟边（图2）。该剖面顶部为耕作层，厚80 cm，因受人工干扰，故本文不作讨论。这里所涉及的干沟子剖面是一套厚250 cm的湖泊沉积，自上而下大致可分为2个亚层：①0—66 cm，灰白色砂质粉砂，可见大量钙质结核，较为紧实；②66—250 cm，灰白色-青灰色粉砂质砂，有铁锈斑点，底部可见明显的冻融褶皱；该段下伏为灰黄色的风成砂。

对本论文所选取的干沟子剖面的3个层位样品的总有机碳进行加速器AMS-¹⁴C年代测定，均在美国BETA实验室完成。所获得的年代数据采用Calib8.1程序中的IntCal 20数据集进行校正，误差设置为±2σ。

自上而下以2 cm间距采样，共采集样品125个，但因运输样品期间遗失深度128—150 cm处样品，本文最终讨论其他113个样品的地球化学元素测试结果，空缺深度128—150 cm数据用虚线示意。地球化学元素测试所用仪器为荷兰帕纳科（PANalytical）偏振能量色散X-荧光光谱仪（型号Epslion 5）。首先将低温烘干（<40 ℃）的样品过16目筛去除杂物后风干，然后用国产的ZHM-1A型振动磨样机研磨90 s，过200目（<74 μm）筛，接着取6.0 g分磨样品以硼酸镶边垫底，在30T压力下保压时间30 s，最后压制为直径约3.2 cm的圆饼状待测样片。然后将其置于仪器中测定。测试的常量元素Si、Ca、Al、Mg、Fe、K、Na、Ti等8种，结果以氧化物形式表示（%）；微量元素为Sr、P、Zr、Cl、Rb、V、Zn、Co、Cu、Pb、Nb、Br等共12种，单位以百万分之一（ppm）表示。实验中校正曲线使用27个国家土壤成份分析标准物质（GSS2—GSS28）、6个水系沉积物标准物质（GSD2a、GSD7a、GSD9—GSD12）和6个岩石标准物质（GSR1—GSR6）。实验过程中加入水系沉积物标准物质GSS17标准样品进行控制。实验误差±5%—10%。

干沟子剖面深度0、50、226 cm处的年龄分别为2 260±30、3 880±30、9 740±30 a B.P.，其校正日历年分别为2 200±200、4 300±100、11 200±100 Cal. a B.P.。可见，本文研究涉及的干沟子剖面湖泊沉积时代为11 200—2 200 Cal. a B.P.，即该地在早全新世到中全新世以湖泊为主（表1）。

干沟子剖面常量元素氧化物SiO₂、CaO、Al₂O₃ 、MgO、TFe（全铁）、K₂O、Na₂O、TiO₂分析结果列于表2并绘制于图3。

各常量化学元素氧化物含量不等甚至差别较大，SiO₂、CaO含量变动范围大。SiO₂的含量最高，平均值60.84%，范围30.54%—53.52%；CaO含量次之，平均9.8%，范围0.72%—29.93%；Al₂O₃、MgO、TFe、K₂O、Na₂O、TiO₂的含量依次减少。整个剖面SiO₂标准偏差最大（19.21），TiO₂（0.04）标准偏差较小。CaO、MgO的变异系数明显高于其他元素，分别为1.03、0.87，这表明这两者含量的变化对其他元素含量的影响较大。

从剖面垂直方向上来看，大部分常量元素氧化物以深度110 cm为界，0—110 cm和110—250 cm含量呈现出明显差异（图3）。SiO₂在深度250—110 cm含量较高，平均值77.90%，范围68.58%—89.57 %；在0—110 cm平均值降为44.06%，范围30.54%—53.56%。CaO、MgO在深度250—110 cm含量极低，平均值分别为0.83%、0.67%，分布范围分别为0.72%—1.05%、0.14%—1.23%；而它们在0—110 cm显著增高，平均值分别为18.67%、3.62%，分布范围分别为0.87%—27.93%、0.46%—6.23%。Al₂O₃、K₂O含量在250—110 cm为相对高值段，而110—0 cm为相对低值段；CaO则呈现相反的变化趋势。TFe、Na₂O、TiO₂含量于深度250—110 cm和110—0 cm上都在一定范围内波动，这两段没有表现出明显差别。

干沟子剖面微量元素Sr、P、Zr、Cl、Rb、V、Zn、Co、Cu、Pb、Nb、Br分析结果列于表3并绘制于图4。

各微量元素含量差别较大，Sr、Cl等元素表现出较大的变动范围。按平均值来说，Sr的含量最高，平均值达528.36 ppm，P、Zr、Cl、Rb、V、Zn的平均值分别为297.30、142.25、59.37、43.61 ppm和23.70 ppm，Co、Cu、Pb、Nb、Br等的平均值均小于13 ppm。整个剖面中Sr标准偏差最大（447.93），其他元素也均在1以上。Sr、Cl、Br的变异系数较大，均大于0.8。表明这三者含量的变化对其他元素含量的影响较大。

从剖面垂向来看，大部分微量元素含量以深度110 cm的位置为界分为明显不同的两段（图4）。Sr、Cl、Br含量在深度250—110 cm含量甚低，平均值分别为141.29、89.07、1.24 ppm，分布范围分别为136—152、0—205、1.2—1.4 ppm；而它们在深度110—0 cm特别是60—25 cm呈现异常增加，平均值分别为908.52、190.25、3.18 ppm，分布范围分别为140—1 371、0—1 129、0.9—9.9 ppm。Zr、Rb、Co、Pb、Nb含量在250—110 cm呈现相对峰值，在110—0 cm呈现相对谷值。Cu、Zn、P、V含量在垂直方向上呈现在一定范围内波动，它们的含量没有在深度250—110 cm和110—0 cm上呈现出明显的差别高值和低值段。

使用SPSS 20.0软件对8种常量元素氧化物和12种微量元素的含量进行主成分分析。根据主成分分析结果得到了3个主要因子F1、F2、F3，代表了全部信息的86.72%，可以很好地代替20种变量来进行环境解译。其中，F1累积解释的方差达到49.60%，F2累积解释的方差为30.29%，F3累积解释的方差为6.82%。根据成分矩阵中各元素与主成分之间的系数关系，选取相关系数绝对值大于0.5的元素，得出F1、F2、F3所包含的化学元素信息如表4。F1因子包含了SiO₂、Al₂O₃、K₂O、TiO₂、Rb、Co、Zr、Nb、Pb等9个正相关的元素以及CaO、MgO、Sr等3个负相关的元素；F2因子包含了TFe、Na₂O、Cu、Zn、V、P 等6个正相关的元素；F3因子包含了Cl、Br等2个正相关的元素。

一般来说，在表生地球环境下，SiO₂、Al₂O₃、TFe、TiO₂、Pb、Rb、Nb、Zr、Co等元素被认为是在表生地球化学条件下相对稳定的元素^［16］，气候越干冷，其相对富集程度越低；反之，气候越暖湿，相对富集程度越高。CaO、MgO、K₂O、Na₂O、Sr、P、V、Cu和 Zn等属活动性高-中等的元素^［17］，其风化过程中首先遭受淋溶、迁移，气候越暖湿，其淋失越多；气候越干冷，其淋失越少而相对富集。根据主成分分析结果，F1因子是干沟子剖面地球化学元素主要的贡献来源，其中除CaO、MgO、Sr等3个元素为负载荷组分外，其余9个都为正载荷组分。如前所述，SiO₂含量所占比重最大，其含量的增加可能会稀释相应的CaO、MgO、Sr含量。但如图3、4，CaO、MgO、Sr含量在深度250—110 cm很低，在深度110 cm以上反而异常增加。这种现象难以仅以SiO₂含量在一定范围内波动导致的“稀释”效应来解释，必然反映具有其他因素在起着极其重要的作用；而沉积物物质来源和沉积环境的改变则往往是不可忽视的。

通过野外考察得知，沿着萨拉乌苏河流域在全新世分布着若干个“古湖泊”，干沟子剖面就在其中一个古湖范围内。从代表全新世古湖的湖泊沉积在空间上的变化来看，其往南、北延伸数千米后逐渐消失，取而代之全新世堆积为黑垆土或风成砂，目前该古湖所在南、北均为高5—20 m的风成流动沙丘；而该湖泊沉积在沿东西延伸可达数千米至数十千米，直至到海拔明显升高的偏东的黄土区或偏西的红色砂岩出露区为界。由此可知，此时的干沟子所在湖泊是处于一种相对低洼且封闭的湖盆环境下，其物源可能受偏东区域黄土高原黄土或周围毛乌素沙地的沙丘影响。对于这种低洼的地势条件，通常活动性高-中等的CaO、MgO、K₂O、Na₂O、Sr、P、V、Cu、Zn等元素和相对稳定元素SiO₂、Al₂O₃、TFe、TiO₂、Pb、Rb、Nb、Zr、Co等都应呈现为相对富集现象^［10］。但在干沟子剖面深度250—110 cm的湖泊沉积中，CaO、MgO、Sr含量很低，并没有明显富集，这说明此时干沟子剖面受富含CaCO₃的黄土的物源影响很小，而主要受本身较低CaO、MgO、Sr含量的物源控制。显然，因风成沙丘的基本矿物成分为石英和长石，富含SiO₂；含有的方解石或白云石较少^［18］，因此贫CaO、MgO、Sr等。这种结果同样体现在干沟子剖面上游的贺家沟剖面相同时期湖相沉积中^［19］。这正说明干沟子剖面250—110 cm湖泊沉积的物源主要为周边的风成砂。该层段的平均粒径多数变化于80—140 μm的砂粒级（图3、4），与粉砂（50—5 μm）为主的黄土^［3］具有明显不同，而与以砂粒级为主的风成砂^［8-11］颇为一致。这也佐证该段湖泊沉积的物质来源应主要为先前堆积于该古湖周边的古砂丘砂。

干沟子剖面CaO、MgO、Sr在深度110—0 cm呈现异常增加，特别是CaO含量最高达到29.93%。根据毛乌素沙地现代地表风成沙和地层中古风成砂的CaO和碳酸钙含量测试分析，该流域古、今风成砂的CaO和碳酸钙含量都较低，往往都小于0.50%。然而，来自黄土高原的黄土物质则含有较高含量CaO和富含CaCO₃^［3］。从这个角度不难理解，干沟子剖面深度110—0 cm的沉积物来源应该与富含CaCO₃的东南部的黄土高原的黄土密切相关。 若与深度250—110 cm一样处于相对封闭的湖盆环境，其CaO、MgO、Sr受该古湖盆东、西两段的黄土的影响不大，应该不会呈现如此异常的增加。那么，其富含CaO的物质来源就只能来自于该湖盆南部的黄土高原北部白于山一带的黄土。前已叙及，野外考察可知，干沟子剖面的南部先被高5—20 m的沙丘所阻隔，逐渐再往南才进入黄土高原。在这种情形下，来自白于山的黄土物质是不可能进入封闭的干沟子所在的湖盆的。然而，干沟子剖面深度110—0 cm显然接受了来自其南部白于山的黄土物质，这意味着此时的沉积环境已经发生明显改变。根据目前干沟子剖面附近就是现萨拉乌苏河的上游河段，其自黄土高原北部海拔1 800—1 600 m的白于山由南向北流入海拔1 350—1 300 m的地势较低区。加之，野外考察发现干沟子剖面南部一号坝至白于山一带，全新世地层表现为下半部为湖泊沉积，上半部土壤突变为黑垆土。根据该河段贺家沟剖面全新世湖相与黑垆土的界限大致为8.9 ka B.P.^［19］，可初步推测该河段在8.9 ka B.P.之后湖泊消失。而干沟子剖面所代表的12.0—6.7 Cal.ka B.P.湖泊的存在，表明贺家沟8.9 ka B.P.之后的湖泊消失不可能是气候变干旱导致的。 那么，要导致湖泊的消失，就只能是某种原因导致湖水外泄而没办法保持。显然，目前流经贺家沟剖面的萨拉乌苏河的下切是极为合理的解释。而正是这一河段的产生和过程，使得黄土高原北部白于山富含CaO和CaCO₃的黄土物质随着河流径流汇入相对低洼的干沟子一带。该层段的平均粒径多数变化于30—60 μm的粉砂-极细砂粒级（图3、4），显示仍受砂粒级为主的风成砂^［8-11］的影响；但与粉砂（50—5 μm ）为主的黄土^［3］更为接近，这也佐证黄土物质在该段湖泊沉积的物质来源中起着主导作用。也就是说，起源于白于山的一条由南向北的河流，由于其下切侵蚀作用，最终在8.9 ka B.P.之后使得山前低洼处的湖泊消失，现在的萨拉乌苏上游河段得以形成；该河流之后继续北进且下切，推测大致在6.7 Cal.ka B.P. （110 cm） 切穿流经的沙丘而最终汇入当时的干沟子一带。如此形成了北、东、西三面相对封闭，并消失于北部沙丘的尾闾湖。对于地处半湿润-半干旱背景下的半封闭湖泊而言，其强烈的蒸发必然使得那些易溶元素不断累积，也就能理解干沟子剖面深度在110—0 cm处，不仅CaO、MgO、Sr等含量呈现异常高值，而且往往指示海洋性或内陆盐湖的指示标志^［20-21］的Cl、Br含量也呈现显著峰值。

本文基于对萨拉乌苏河流域干沟子剖面地球化学元素特征的分析，结合野外考察，探究其反映的物源及全新世以来的沉积环境。

干沟子剖面常量元素氧化物中，以SiO₂含量最高，次为CaO和Al₂O₃，其余元素MgO、TFe、K₂O、Na₂O、TiO₂的含量较低；微量元素以Sr的含量最高，次为P，Zr、Cl、Rb、V、Zn，Co、Cu、Pb、Nb、Br等的含量较低。在剖面垂向上，CaO、MgO、Sr、Cl、Br以110 cm为界，含量发生剧烈变化，在250—110 cm为明显低值段，而110—0 cm为显著高值段，其余元素多与它们呈现相反的变化趋势或表现为一定范围内的波动。结合剖面垂向和主成分分析结果可知干沟子剖面地球化学元素含量主要受CaO、MgO、Sr等活泼性元素的影响。

结合野外考察和粒度分析结果，从干沟子剖面地球化学元素特征可以推测：12.0—6.7 Cal.ka B.P. 剖面所在古湖为相对封闭环境，其物源主要受周围毛乌素沙地沙丘来源影响；6.7—2.2 Cal.ka B.P. 由于来自黄土高原北部白于山的萨拉乌苏河的下切并最终汇入相对低洼的干沟子一带，使得该剖面所在古湖转为南部一条河流汇入，且北、东、西三面相对封闭，并消失于北部沙丘的尾闾湖。因此，干沟子剖面深度在250—110 cm和110—0 cm在地球化学元素特征上的差异主要体现的是沉积物物源的改变导致的。