【摘要】 以位于松嫩平原西部连环湖的子湖泊小尚泡湖底沉积物为研究对象，对小尚泡沉积物粒度分形特征展开研究.研究结果显示：小尚泡的粒度指标具有分形特征，分形维数在 2.365～2.529 之间变动.小尚泡沉积物粒度分维值与中值粒径、峰态指标为负相关关系，而与分选系数为正相关关系.
【关键词】 小尚泡；沉积物；分形特征
0引言
自从数学家Mandelbrot（1967）提出分形理论以来[1]，该理论被应用到各个领域.在对沉积物分形特征的研究中发现，沉积物的分维指标与其他粒度指标之间存在一定的联系[2-3].连环湖位于松嫩平原西部，为农牧过渡带，属于生态脆弱带，对环境变化敏感，湖区周围出现沙化[4].迄今为止没有进行过该湖泊沉积物分形特征的研究，因此该研究选择连环湖西部的小尚泡为研究对象，通过对小尚泡粒度指标分形特征以及与其他指标间相互关系的研究，探索小尚泡沉积物粒度的分形特征及分维指标的可能的环境指示意义.
1材料和方法
1.1研究区概况
连环湖位于松嫩沉降盆地中心最洼处，是由构造断陷形成的[5].地理位置处于北纬46°30′～46°50′，东经123°59′～124°15′.由小尚泡、阿木塔泡、他拉红泡、火烧黑泡、西葫芦泡等18个湖泊联合组成（如图1所示），以河沟相连形似连环而得名.该湖总面积为556.08 km2，湖水平均水深有2.14 m，最大水深为4.6 m.湖水依赖湖面降水和地表径流补给，主要入湖河流为乌裕尔河和双阳河，并通过二道桥引水渠、乌台北桥引水渠和“八一”幸福运河引嫩江水入连环湖，无出流.湖区属温带大陆性半湿润气候.小尚泡位于连环湖的中西部.
图1 小尚泡泡采样点位置图
1.2样品采集和实验分析
于2010年8月赴连环湖，利用重力采样器在小尚泡的湖心位置采集了22.5 cm的柱状沉积岩心，所采沉积物原状保存，上层未受扰动.为沉积岩芯，按0.5 cm间隔连续取样.取沉积物样品少量（0.3g左右）放入100 mL的烧杯中，加入20 mL的蒸馏水和10%的过氧化氢10 mL，待充分反应直至过量的过氧化氢分解完毕，再加入10 mL浓度为10%的盐酸，待反应停止后，加入蒸馏水100 mL，静置一夜，抽去蒸馏水，洗去过量的盐酸，使样品呈中性.在样品中加入20 mL蒸馏水和10 mL浓度为0.05 mol/L的六偏磷酸钠，将烧杯放入超声波清洗仪内超声振荡15 min.将振荡后的样品用英国Malvern公司生产的Mastersizer2000型激光粒度仪进行测试，重复测量误差小于±5%.
样品210Pb、226Ra 及137Cs 活度分析采用美国EG&G Ortec 公司生产的高纯锗井型探测器（Ortec HPGeGWL）与由Ortec919型谱控制器和IBM微机构成的16k道多道分析器所组成的γ谱分析系统.137Cs 和226Ra 标准样品由中国原子能研究院提供；210Pb由英国利物浦大学做比对进行校准.测试误差<10%，岩心底部的年代为1941年..
2 结果与分析
2.1小尚泡沉积物粒度分形特征
目前计算碎形物质分维值常用的方法是幂指数法，该文运用此法计算小尚泡沉积物的分维值 [6].计算结果表明，小尚泡分维值所对应的的相关系数R变化于0.967～0.994，平均值为0.985，可见，小尚泡沉积物粒度指标具有分形特征.小尚泡粒度指标分维值的变化范围为2.365～2.529，均值为2.443，在已有的对艾比湖、罗布泊的研究中发现，两湖沉积物分维值的变化于2.03～2.61，平均值为2.34[7]，小尚泡分维值的大小与之相类似.
2.2小尚泡沉积物粒度分维值与其他粒度指标关系分析
该文根据Folk和Ward 提出的公式计算小尚泡沉积物的分选系数、偏度和峰度[8].小尚泡分选系数的变化范围为1.404～2.695，均值为2.083，其中44.444%的样点属于分选较差类型，55.556%的样点属于分选很差类型.小尚泡偏度的变化范围为0.142～0.637，均值为0.499，其中20%的点位属于正偏，80%的点位属于极正偏.小尚泡峰态的变化范围为0.825～2.479，均值为1.676，其中宽峰、中等峰、窄峰、很窄峰所占的比例分别为11.111%、22.222%、6.667%和60%.小尚泡中值粒径指标的变化范围为29.17～261.165μm，均值为176.587μm.
图2 小尚泡沉积物粒度指标变化曲线
图2为小尚泡沉积物中值粒径指标、分维值、分选系数、偏度和峰度随深度变化曲线.由图可见，小尚泡分维值与中值粒径曲线的变化趋势相反，而分维值和分选系数曲线的变化特征较一致.峰态指标的整体演化特征与分维值相反.偏度在22.5～21.25 cm、7.25～0 cm阶段的演化趋势与中值粒径指标较一致，而在21.25～7.25 cm阶段的演化特征与分维值、分选系数相一致.为了更好的分析偏度与分维指标的关系，分别对22.5～21.25 cm、7.25～0 cm阶段以及21.25～7.25 cm阶段分维值和偏度指标的关系进行相关分析，结果见图3、图4.在22.5～21.25 cm、7.25～0 cm阶段小尚泡粒度分维值和偏度指标在0.05水平上负相关，相关系数为0.527.在21.25～7.25 cm阶段小尚泡粒度分维值和偏度在0.01水平上正相关，相关系数为0.8.可见小尚泡沉积物偏度指标与分维值之间并不是单一的正相关或者负相关关系，而是在不同的阶段存在着明显的差异.
图322.5～21.25 cm、7.25～0 cm偏主与分维度关系图图421.25～7.5 cm偏度与分维度关系图 为了分析小尚泡粒度分维值与中值粒径、分选系数和峰态之间的相互关系，本研究采用SPSS软件对其进行相关分析.表1为小尚泡沉积物粒度分维值与中值粒径、分选系数和峰态的相关分析结果，由表可见，分维值与中值粒径、峰态在0.01水平上负相关，而分维值与分选系数在0.01水平上正相关，在柏春广等[9]对湖泊、黄土沉积物分形特征的研究中发现，分维值与分选系数为正相关关系，即分选系数越大（分选越差），分维值越高，而分选系数越小（分选越好），则分维值较低.在史兴民等[10]对渭河咸阳段近代洪水沉积物粒度分形特征研究中发现，沉积物粒度分维值与峰度呈现明显的正相关关系，小尚泡与已有的研究结果相一致.
表 1 小尚泡沉积物粒度分维值与中值粒径、
分选系数、峰态的相关系数分维值中值粒径-0.812**分选系数0.961**峰态-0.880****表示0.01水平显著相关，*表示0.05水平显著相关3结论
小尚泡沉积物粒度指标具有分形特征.小尚泡粒度指标分维值的变化范围为2.365～2.529，均值为2.443，小尚泡沉积物粒度分维值与分选系数为正相关关系，即分选系数越大，分维值越高，而分选系数越小，则分维值较低.小尚泡沉积物粒度分维值与中值粒径指标、峰态为负相关关系.小尚泡沉积物偏度指标与分维值之间并不是单一的正相关或者负相关关系，而是在不同的阶段存在着明显的差异.
参考文献
[1]Mandelbrot B B.How long is the coast of Britain？ Statistical self-similarity and fractional dimension[J].Science，1967，156（3775）：636-638.
[2] 陈小红，段争虎，何洪泽.荒漠-绿洲边缘区生态过渡带的土壤颗粒分形特征[J].土壤，2009，41（1）：97-101.
[3]曾宪勤，刘和平，路炳军，等.北京山区土壤粒径分布分形维数特征[J].山地学报，2008，26（1）：65-70.
[4]白淑英，张树文，张养贞.松嫩平原土地利用/覆被变化的动态过程分析—以大庆市杜尔伯特蒙古族自治县为例[J].资源科学，2007，29（4）：164-169.
[5]王苏民，窦鸿身.中国湖泊志[M].北京：科学出版社，1998. 504-506.
[6]柏春广，穆桂金，王建.艾比湖湖相沉积物粒度的分维特征与环境意义[J].干旱区地理，2002，25（4）：336-341.
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[8] Folk R L，Ward W C.Brazos River bar： a study in the significance of grain size parameters [J].Journal of Sedimentary Petrology，1957，27：3-26.
[9]柏春广，王建.一种新的粒度指标—沉积物粒度分维值及其环境意义[J].沉积学报，2003， 21（2）：234-239.
[10]史兴民，韩艳.渭河咸阳段近代洪水沉积物粒度分形特征研究[J].水土保持通报，2011，31（2）：22-26.
Fractal Characteristics of Grain Sizes in Sediments from Xiaoshangpao Lake in Lianhuan Lake
Xiao Haifeng， Liu Shaojun， Xu Haifeng
（Harbin Normal University）
Abstract：The sediments from Xiaoshangpao lake of Lianhuan lake in Songnen Plain West is studied. The fractal characteristics of grain sizes in sediments of Xiaoshangpao lake are analysed. The results show that the grain sizes of Xiaoshangpao lake have fractal characteristics. The fractal dimension of sediments range from 2.365 to 2.529. The fractal dimensions of the sediments in Xiaoshangpao Lake display a negative correlation with the median grains and kurtosis. The fractal dimensions of the sediments in Xiaoshangpao Lake display a positive correlation with the sorting coefficients.
Keywords： Xiaoshangpao Lake； Sediment； Fractal characteristic
（责任编辑：季春阳）
