第四纪研究  2020, Vol.40 Issue (1): 49-68
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滨岸地带是湖泊水体与陆地的过渡区，既是重要的生态线和风景线，也是对沉积过程最为敏感的地区，还是沉积矿产赋存的重要场所，因此成为地理、地质、水文和生态学研究的热点地区[1~9]。本区广泛发育的三角洲、滨浅湖滩坝、风成沙丘等是作为的油气储层的有利砂体，因此滨岸沉积体系一直是油气储层沉积学研究的热点[10~24]。但是，已有的研究比较关注沉积环境和沉积体系沿区域水流方向从陆地向湖区、从浅水区向深水区的变化，对沉积环境和沉积体系垂直区域流向沿湖岸线的横向展布研究较少，影响了所建湖泊沉积模式的完整性，影响了对储集砂体横向展布预测的精确性。随着盆地内油气等矿产勘探的深入，不仅需要研究单个沉积体系的平面形态和展布，而且需要研究同期发育的其他沉积体系之间的相互关系，需要定量研究各沉积体系的横向排列和垂向叠置方式，现有的沉积模式和沉积学经验难以满足这一要求。
乌伦古湖是发育在准噶尔盆地北部吉木乃-乌伦古湖坳陷的一个大型现代湖泊，滨岸地区发育多种沉积环境和沉积体系。既有低山丘陵，也有现代河流三角洲、辫状河三角洲和扇三角洲，还发育有沙丘、砂质湖滩、砾质湖滩和基岩湖岸，局部发育湿地沼泽。丰富多彩的沉积环境和沉积体系类型为开展现代沉积研究提供了良好的场所。本文利用遥感图像分析，结合实地踏勘，对乌伦古湖滨岸现代沉积特征进行分类描述，为建立湖泊滨岸地区沉积环境和沉积体系模式提供对比实例，对研究干旱地区浅水湖盆沉积体系展布提供借鉴，本项工作对乌伦古湖的湖泊环境和生态保护研究也具有一定参考价值。
1 地质地理背景准噶尔盆地北缘发育有乌伦古坳陷、和什托洛盖坳陷、布尔津坳陷、福海坳陷和吉木乃-乌伦古湖山间坳陷等次级构造单元(图 1a)。乌伦古湖又名福海，位于吉木乃-乌伦古湖坳陷东部，福海坳陷西部，地理坐标位于46°59′~47°25′N和87°00′~87°35′E之间。湖泊地处阿尔泰山前平原，是乌伦古河的尾闾湖[25]，属内陆微咸水湖泊。乌伦古河是流入乌伦古湖的主要河流，河流从阿尔泰山东段南麓发源，汇集青格里河(大青河)、基什克奈青格里河(小青河)、查干郭勒河、强罕沟以及由蒙古国入境的布尔根河五大支流，各支流由北向南流入二台水文站以上合流，流出山口折向西北汇入乌伦古湖。河流全长573km，落差2183m，平均坡降3.8 ‰，流域总面积37882km2。乌伦古河历年最大年径流量为22.68×108m3 (1969年)，最小年径流量为6.363×108m3 (1974年)，最大与最小值比值为3.56。年内径流量多集中在夏季，汛期(5~8月份)融雪、降雨形成地表径流占年径流量的76.9 %，非汛期中4月、9月、10月降水径流占年径流量的15.9 %，11月至次年3月份属地下径流，占年径流量的7.1 % [26]。
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图 1 乌伦古湖的构造位置与湖泊形态特征 (a)乌伦古湖的构造位置；(b)乌伦古湖的湖泊形态 Fig. 1 structural location and morphological characteristics of Ulungur Lake. (a)Structural location of Ulungur Lake; (b)Morphological characteristics of Ulungur Lake |
乌伦古湖一分为二，北部称布伦托海(也称噶勒尔扎巴什淖尔，大海子)，南部为吉力湖(也称巴噶淖尔，小海子)，大小海子相距7km，其间由库伊尔尕河相沟通(图 1b)。湖泊面积受构造、气候和人类影响变化很大，2010年测量湖泊总面积为927km2，最大水深12.8m，平均水深8.0m。布伦托海湖面高程为478.6m，长41.8km，最大宽度18.4km，湖面积753km2；吉力湖湖面高程482.8m，长16.8km，最大宽度16.5km，湖面积174km2[27~28]。乌伦古湖地处欧亚大陆腹地，属温带大陆性干旱气候，湖区年均降水量120.8mm，年蒸发量1124.3mm[29]。湖区盛行西北风，最大风速18.0~22.0m/s，每年大风日数为20~50天，大风在4~6月最多，每次持续2h以上，最大持续时间达到25.9 h[30]。湖区年平均气温3.4℃，每年有6个月日平均最低温度在0℃以下，12月份到次年2月份3个月的日均最低温度达到-20℃以下，12月至翌年3月为封冻期，最大冰厚0.7m[31]。前人对乌伦古湖的地理地貌、土地利用、湿地保护、水位变化、水生生物、第四纪古气候和古环境变迁等做了大量的系统研究工作[25, 27~28, 31~44]，但未见有关于乌伦古湖现代沉积体系调查的报道。
2 滨岸沉积环境与沉积体系类型及其特征受野外工作时间和条件限制，研究重点地区为318国道(G3014)以北环布伦托海区域以及吉力湖北部乌伦古河现代三角洲地区。主要方法是沿湖岸进行现场观察、拍照，在典型部位开挖探槽观察沉积物粒度、沉积构造和浅层层序特征，室内结合卫星图像判读，刻画湖泊周缘沉积环境和沉积体系的展布范围，对各类滨岸沉积环境和沉积体系的特征进行初步总结。研究结果表明，乌伦古湖滨岸沉积环境可以划分为基岩型湖岸、砾质湖岸、砂质湖岸、泥质湖岸等四大类，包括9种沉积体系(表 1)。基岩湖岸位于布伦托海的北部、西岸和东北角地区；砾质湖岸发育在布伦托海的西北部和西部；砂质湖岸占据布伦托海的东部和吉力湖北部；泥质湖岸出现在布伦托海的西部、西北和北部部分地区(表 1和图 2)。
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表 1 乌伦古湖周缘(以布伦托海为主)沉积环境与沉积体系分布统计表 Table 1 Sedimentary environment and the depositional system distribution around Lake Ulungur(mainly of Buluntuohai area) |
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图 2 乌伦古湖及其周缘地区卫星遥感图像(a)以及湖岸沉积体系的分布(b) 图b中棕色位置代表基岩老山，编号分别代表：①山前型基岩型湖岸；②侵蚀型基岩型湖岸；③砾质冲积扇-扇三角洲型湖岸；④砾质辫状河三角洲型湖岸；⑤砾质滩坝型湖岸；⑥三角洲型湖岸；⑦沙丘型湖岸；⑧砂质滩坝型湖岸；⑨泥质沼泽型湖岸 Fig. 2 Remote sensing image (a) of Ulungur Lake shows its costal environment and depositional system in general (b). In figure (b), the brown area represents the piedmont bedrock. ①Piedmont bedrock lakeshore; ②Eroded bedrock lakeshore; ③Gravelly fan-fan delta lakeshore; ④Gravelly braided river deltaic lakeshore; ⑤Gravelly beach bar lakeshore; ⑥Sandy deltaic shorelines; ⑦Aeolian dune lakeshore; ⑧Sandy beach-bar lakeshore; ⑨Muddy marsh lakeshore |
山前基岩湖岸分布在布伦托海的北部，占据湖岸线长度约15.7m(表 1)。此处湖水紧邻由古老基岩构成的高陡山地(图 3a)，邻水地带或为陡崖(图 3b)，或发育小型塌积扇和倒石锥，塌积扇半径1km左右(图 3c)。部分地区发育狭窄的湖滩，宽度10~30m(图 3d)。山前基岩型湖岸沉积体系的特点是临湖地形较陡，沉积物供给有限，缺乏较稳定的碎屑供给水道，局部发育湖泊沿岸流带来的砂质沉积体，但难以形成较大规模的砂体(图 4)。
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图 3 山前型基岩湖岸的沉积环境特征 (a)布伦托海西北部山前基岩与湖泊的分布；(b)邻水地带发育陡崖；(c)小型塌积扇和倒石锥；(d)狭窄的近岸湖滩 Fig. 3 Sedimentary environment of piedmont bedrock lakeshore. (a)General view of piedmont bedrock and lakes in the northwest of the Buluntuohai; (b)Steep cliffs beside the lake; (c)Small collapse fans and talus beside the cliffs; (d)Narrow coastal lake beach |
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图 4 山前型基岩湖岸的地貌和沉积体系特征 Fig. 4 Geomorphology and depositional system of piedmont bedrock lakeshore environment |
侵蚀型基岩湖岸是由于湖泊水位下降导致基岩出露，基岩长期遭受波浪侵蚀形成的弧形陡崖状湖岸。布伦托海西部发育的侵蚀型基岩湖岸占据湖岸线长度约8.6km，在陡崖下发育砾质湖滩，湖滩宽20~40m(图 5a)。湖滩沉积砾石直径5~20cm，个别破碎块体巨大，以棱角状-次棱角状变质岩砾石为主，长轴平行于湖岸线排列，砾石间充填粗砂和细砾质颗粒(图 5b)。在布伦托海东北角地区，灰黄色第三系地层直接与湖水接触(图 5c)，形成侵蚀型基岩湖岸。此类环境主要发育在布伦托海西岸和东北角地区(图 6)，其特点是基岩陆上部分被第四纪沉积物覆盖(图 5d)，邻水区域基岩出露，遭受湖浪侵蚀，形成湖滩。
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图 5 侵蚀型基岩湖岸 (a)乌伦古湖西部基岩遭受侵蚀形成弧形陡崖；(b)基岩碎块和砾质浅滩；(c)湖岸出露灰黄色第三系地层；(d)第四纪沉积物覆盖在基岩上 Fig. 5 Eroded bedrock lakeshore environment. (a)The bedrock in the west of Ulungur Lake was eroded to form arc cliffs; (b)Breccia bedrock and the gravel shoals along the beach; (c)Grey-yellow Tertiary strata cropped along the beach; (d)Quaternary sediments covered the bedrock |
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图 6 布伦托海西部侵蚀型基岩湖岸(黑色线条所示)发育位置图 Fig. 6 Location of eroded bedrock Lakeshore environment(presented by black line)at the west of Buluntuohai |
砾质冲积扇-扇三角洲型湖岸主要发育在布伦托海西北部(图 7a和图 8)，表现为一系列冲积扇-扇三角洲体系沿湖岸并排展布。各扇皆有明显的顶点，显示不同的物源区，各扇体的中下部和下扇相互拼合难以区分，在山前形成裙边状展布的粗粒沉积体系，类似于辫状平原(图 7b和图 8)。部分冲积扇直接入湖形成扇三角洲(图 7c)，部分终止于轴向水道体系(图 7d)。砾质冲积扇-扇三角洲沉积体系顺流向长度5~15km，分布在布伦托海西北部25.8km狭长区域(图 8)。
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图 7 砾质冲积扇-扇三角洲型湖岸 (a)布伦托海西北部的砾质冲积扇-扇三角洲沉积体系；(b)砾质冲积扇-扇三角洲沉积体系沿湖岸分布，每个扇体发育各自的顶点；(c)冲积扇直接入湖形成扇三角洲；(d)冲积扇在陆上终止于轴向水道体系 Fig. 7 Gravelly fan-fan delta lakeshore environment. (a)Gravelly fan-fan delta system along the northwest beach of Buluntuohai; (b)Gravelly fan-fan deltaic systems distributed parallel along the lake beach, every fan has its own apex; (c)Alluvial fans directly into the lake to form fan deltas along the beach; (d)Alluvial fans terminated in to the axial fluvial system |
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图 8 布伦托海西北部发育的砾质扇-扇三角洲沉积环境与沉积体系 Fig. 8 Gravelly fan-fan delta system along the beach of northwestern Buluntuohai |
砾质辫状河三角洲型湖岸主要发育在布伦托海西部，占据湖岸线总计17.12km，其中含砾质滩坝的辫状河三角洲岸线为8.46km，不含砾质滩坝的辫状河三角洲岸线为8.66km。从卫星照片上明显可见多条辫状河道带延伸到湖泊边缘(图 9a)。乌伦古湖西侧没有常年性河流，所有河道只在夏天暴雨季节才偶有洪水通过(图 9b)。由于缺乏持续的沉积物供给，砾质辫状河三角洲前缘通常被改造成砾质湖滩或滩坝(图 6和图 9b、9c、9d)。部分河道在湖泊边缘形成小型喙状三角洲朵体(9c)，一些河道呈辫状分汊进入湖泊后消失。本区砾质辫状河三角洲缺乏明显的三角洲前缘沉积体系(图 9d)，这可能是干旱地区砾质辫状河三角洲独有的特征(图 6)。
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图 9 砾质辫状河三角洲型湖岸 (a)砾质辫状河三角洲型湖岸的河网形态；(b)砾质辫状河三角洲型湖岸的河道特征；(c)砾质辫状河三角洲型湖岸发育的朵体；(d)无明显三角洲朵体的砾质辫状河三角洲型湖岸沉积特征 Fig. 9 Gravelly braided river deltaic lakeshore environment. (a)Coast morphology of the gravelly braided river deltaic environment; (b)Channels on the gravelly braided river delta system; (c)Deltaic lobe in front of the braided river delta; (d)Braided river deltaic lakeshore without deltaic lobe deposits |
砾质滩坝发育在没有明显河道通过的地区(图 10a)。沉积物一般为中砾和粗砾，砾径最大超过20cm，一般10cm左右(图 10b)，砾石分选好，磨圆度高，但球度不高，具有明显的叠瓦状排列特征，砾石之间充填砂质沉积(图 10c)，由于经受湖浪长时间的淘洗，泥质含量较少。砾质湖滩的砾石长轴平行于湖岸并向湖倾斜，可见芦苇残体被沿岸流和波浪搬运到湖滩，长轴平行于湖岸线分布(图 10d)。大多数砾质滩坝是由扇三角洲和辫状河三角洲前缘沉积物被波浪改造形成的。夏季在乌伦古湖西部可以观察到湖滩高度1~2m左右。此类环境主要分布在乌伦古湖的西岸，占据湖岸线8.46km左右(图 11)。
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图 10 砾质滩坝型湖岸 (a)发育在砾质滩坝型湖岸上的季节性的河道；(b)砾质滩坝型湖岸沉积物一般为中砾和粗砾；(c)砾石呈叠瓦状排列；(d)受湖浪长时间的淘洗，泥质含量较少 Fig. 10 Gravelly beach bar lakeshore environment. (a)Ephemeral channel on the shore of gravelly beach-bar; (b)Gravelly beach-bar sediments are generally pebbles and cobbles; (c)Imbricated gravels; (d)The beach bar sediments has less mud due to lake waves swashing |
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图 11 砾质滩坝及其所在地区的湖岸沉积特征 (a)辫状河三角洲前缘发育的砾质滩坝；(b)辫状河三角洲前缘发育的砾质滩坝素描图；(c)和(d)辫状河三角洲的地形剖面和坡度剖面AB坡度0.70°；剖面CD坡度0.74° Fig. 11 Gravelly beach bars and their depositional characteristics along the lakeshore. (a)Gravel beach bars developed in the front of braided river delta; (b)Sketch of (a); (c)and (d) Profiles presented the surface slope of braided river delta. Slope of section AB=0.70°; CD=0.74° |
砂质湖岸主要分布在布伦托海东岸和吉力湖北部，沉积体系的主体是乌伦古河在不同时期形成三角洲，废弃的三角洲前缘和平原地区遭受湖泊波浪和风等沉积营力改造形成砂质湖滩、风成沙丘等沉积体系，现代乌伦古河从吉力湖北部入湖形成三角洲。
2.3.1 三角洲型湖岸沉积体系现代乌伦古河三角洲位于吉力湖北部，河流进入三角洲平原之后分汊形成多条曲流水道汇入吉力湖，形成砂质曲流河三角洲(图 12a)。三角洲平原地区分流河道深度最深1m，一般20~50cm或者更浅，宽度3~20m左右，向下游河道变宽(图 12b)。分流河道间被稀疏草地占据(图 12c)，前缘地带树林较茂盛，发育湿地沼泽。三角洲平原沉积物以含砾粗砂到细砂为主(图 12d)，河道间为细砂质溢岸沉积。河道间、河道边缘和河道浅水区遍布鸟类足迹和粪便(图 12e和12f)。卫星图片显示大量废弃分流河道遗迹(图 12a)，分流河道不断裁弯取直，频繁改道，互相截切，形成复杂的三角洲平原分支河流体系(图 13)。活动三角洲占据吉力湖岸线10.8km。
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图 12 三角洲型湖岸 (a)乌伦古河现代曲流河三角洲；(b)三角洲平原地区分流河道；(c)草地覆盖的河道间地区；(d)以含砾粗砂和细砂为主的沉积物；(e)鸟类足迹；(f)鸟类粪便 Fig. 12 Delta type shorelines. (a)Meandering river delta developed along the lakeshore; (b)Distributary channel in delta plain area; (c)Grassland-covered inter-channel area; (d)Sediment with gravel coarse sand and fine sand; (e)Bird footprint; (f)Bird feces |
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图 13 现代乌伦古河三角洲平原的分流河道分布特征素描图 Fig. 13 Sketch of modern distributary channels in the Ulungur River delta plain |
沙丘广泛分布在布伦托海东部的三角洲平原上，占据湖岸线33.8km，尤以布伦托海东岸中部地区最为发育。沙丘总体呈近东西向延伸，高3~5m。部分近岸沙丘直接延伸进入湖泊之中(图 14a)，在沙丘间形成湖湾。远岸沙丘间发育暂时性湖泊(14b)，这些沙丘间湖泊与广湖分隔，蒸发作用致其盐度不断升高，沿湖周缘发育白色蒸发盐条带(图 14c)，由于封闭水体缺氧，浅层砂质沉积物呈黑色(图 14d)。沙丘型湖岸是寒旱区湖泊典型的岸线特征(图 15)。
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图 14 沙丘型湖岸 (a)延伸进入湖泊中的沙丘；(b)湖湾；(c)湖岸线周边白色盐条带；(d)富有机质的浅层黑色砂质沉积物 Fig. 14 Aeolian dune lakeshore environment. (a)Dunes extending into lake; (b)Lake bays; (c)White salt deposits along the margin the temporary inter-dune lake; (d)Dark color sands contained organic material in the temporary inter-dune lake |
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图 15 布伦托海东岸发育的风成沙丘 Fig. 15 Aeolian dunes on the east bank of Buluntuohai |
砂质滩坝发育在布伦托海东岸南部地区(图 16a)，占据湖岸线18.6km。砂质滩坝发育地区以前为乌伦古河三角洲平原的范围，此处地形平坦，受西风影响，波浪在湖东岸形成宽阔的滨湖沙滩和沙坝，部分滨湖滩坝的背后发育零星或成片的沙丘群，沙丘高度最高2m左右(图 16b和16e)。湖泊滩坝呈带状沿湖岸展布(图 16f)，宽度30~100m(图 16e)，滩面坡度较小，沉积物以含砾砂质沉积为主(图 16c、16d和16h)，冲洗带形成低角度和平坦床面，植物茎秆和砾石在滩面上形成障碍痕(图 16d和16g)，春季湖冰消融之后，在滩坝上形成大量冰划痕等冰融构造[45](图 16i和16j)。布伦托海的砂质滩坝是废弃三角洲沉积物经改造形成的(图 17)。
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图 16 砂质滩坝型湖岸 (a)砂质湖泊滩坝发育位置；(b)受风浪影响的滩坝，图片左中部见沙丘；(c)波浪淘洗在滩坝上形成砾石滩；(d)砾石在滩面上形成的障碍痕；(e)滩坝间发育的流水波痕；(f)呈带状展布的滩坝；(g)植物茎秆在滩面上形成的障碍痕；(h)滩坝沉积物以含砾砂岩和细砂岩为主，分选好；(i)冰划痕；(j)湖岸线附近的冰以及冰积物 Fig. 16 Sandy beach-bar lakeshore environment. (a)Location of sandy beach; (b)Lake beach affected by wind waves and dunes in the middle left of the picture; (c)Pebbly bank on beach bar formed by swashing; (d)Obstacle marks formed by gravels on the beach; (e)Ripples formed between beach bars; (f)Beach and bars along the shore of the lake; (g)Obstacle marks formed by plant stems on the beach; (h)Beach bar sediments are mainly of well sorted pebbly sands and fine sands; (i)Ice slide structure on the beach; (j)Ice and ice accumulated deposits near the shoreline of the lake |
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图 17 布伦托海的砂质滩坝体系及其与古乌伦古河三角洲的关系 Fig. 17 Sandy beach-bar system along the eastern bank of Buluntuohai and its relationship with the ancient Ulungur River delta depositional system |
泥质沼泽型湖岸在乌伦古湖沿岸分布有限，主要发育在吉力湖西部，布伦托海的南部、西北角和北部等水流不畅的部位(图 18a和18b)，占据湖岸总长度29.22km。沼泽地带植物繁茂，芦苇成片(图 18c)，由于水动力微弱，泥质沉积物在此沉淀(图 18d)，芦苇等水生植物腐败后形成的残体也在此区堆积(图 18e)。泥沼地区临近湖岸，可见粗大砾石颗粒与黑色砂泥质沉积物共生(图 18f)。黑色的沼泽型湖岸沉积物表明黑色和细粒沉积不一定都是深湖区的产物(图 19)。
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图 18 泥质沼泽型湖岸 (a)泥质沼泽型湖岸发育位置；(b)泥质沼泽型湖岸；(c)泥质沼泽型湖岸植物繁茂，芦苇成片；(d)黑色泥质沉积物；(e)芦苇等水生植物残体；(f)砾石颗粒与黑色砂泥质沉积物 Fig. 18 Muddy marsh lakeshore environment. (a)Location of muddy marsh lakeshore environment; (b)Muddy marsh lakeshore; (c)Vegetation flourishing muddy marsh lakeshore, with large area reed; (d)Dark muddy sediment; (e)Remnants of aquatic plants such as reeds; (f)Gravels within black sandy mud sediments |
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图 19 泥质沼泽型湖岸的环境特征 (a)乌伦古湖南部泥质沼泽型湖岸发育位置；(b)乌伦古湖南部泥质沼泽型湖岸沉积特征；(c)乌伦古湖西北部泥质沼泽型湖岸发育位置；(d)乌伦古湖西北部泥质沼泽型湖岸沉积特征 Fig. 19 Characteristics of muddy marsh Lakeshore environmental. (a)Location of muddy marsh lakeshore in south of Ulungur Lake; (b)Sedimentary character of muddy marsh lakeshore in southern Ulungur Lake; (c)Location of muddy marsh lakeshore in northwestern Ulungur Lake; (d)Sedimentary character of muddy marsh lakeshore in northwestern Ulungur Lake |
布伦托海北部边界受NE-SW向展布的卡森库梅尔断裂和那林卡拉南断裂的控制[46](图 20)，断层北盘抬升形成低山丘陵，断层南部为乌伦古湖水域，由此形成山前基岩型湖岸(图 4)。湖泊北部东段山体较低较小，难以形成大型河流，仅发育有少量规模较小的塌积扇和坡积体(图 3c)，湖泊沿岸流携带的砂质沉积物在湖滨堆积形成砂质滩坝。布伦托海西北部山体相对较高，发育暂时性河道，形成砾质冲积扇-扇三角洲群(图 8)。比较布伦托海北部的沉积体系的东西差异发现，源汇地区的相对高差、山地的纵深程度，地形坡度等影响下的河流类型、沉积物供给程度对沉积体系形成和分布具有明显的控制作用。
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图 20 新疆福海盆地及其周缘构造纲要图 ①额尔齐斯断裂(Ertysh fault)；②那林卡拉南断裂(Nalin Karanan fault)；③卡森库梅尔断裂(Carson Kummer fault)；④萨吾尔断裂(Sawur fault)；⑤杰尔库都克断裂(Geerkuduke fault)；⑥阿尔曼特大断裂(Almant fault)；⑦喀拉奥依-黄花沟断裂(Karaoi-Huanghuagou fault)；⑧沙尔布尔提断裂(Shaerboti fault)；⑨白砾山断裂(Bailuanshan fault) Fig. 20 Structure outline of the Fuhai Basin and its surrounding areas |
乌伦古湖西侧没有明显的边界断层发育，近东西向展布的萨吾尔断裂、沙尔布尔提断裂和白砾山断裂造成了NEE-SWW向的低山丘陵，为湖泊西部近岸沉积体系的形成提供了较开阔的空间(图 20)，在低山丘陵之间发育了与构造走向基本平行、呈NEE向展布的辫状河三角洲沉积体系(图 6和11)。基岩局部延伸到湖岸附近形成侵蚀型基岩湖岸(图 5和6)。布伦托海西部的辫状河三角洲沉积体系由于顺断层走向延伸，因而规模较大，从其顶点到湖岸线距离达到20km以上。但是由于汇水盆地面积较小，又地处干旱地区，沉积物供给不足，常年性河流不发育，沉积物主要依靠降雨形成的阵发性洪水搬运，河床砾石运移较慢，虽然沉积物以中砾和粗砾为主，但由于时间长久，磨圆度相对较高。季节性洪水携带的泥质沉积物较丰富，在卫星图像上表现为白色和土黄色的条带(图 9a和9b)。由于缺乏连续的沉积物供给，废弃的辫状河三角洲朵体和扇三角洲朵体常常被湖浪改造形成砾质滩坝(图 9c、9d和图 11a)。
乌伦古河在早期注入准噶尔盆地[47]，第四纪晚期才从山区流出折向西北注入福海形成广阔的三角洲平原，现代布伦托海东部为广阔的三角洲冲积平原分布区，沿湖岸发育不同的砂质湖岸沉积体系(图 12~19)，从北向南平行排列的额尔齐斯断裂、杰尔库都克断裂、阿尔曼特大断裂和喀拉奥依-黄花沟等北西-南东向断裂控制了这段狭长的冲积平原的形态和范围(图 20)。乌伦古河刚流出山口附近，河床沉积物以砾石为主，向湖方向沉积物逐渐变细，在岸线附近以砂质沉积为主，夹有零星砾石颗粒。乌伦古河现代三角洲和古三角洲平原发育高弯曲流河道，沉积物皆以砂质为主，为沙丘的形成提供了充分的物质基础(图 13和15)。比较布伦托海东部和西部沉积体系的差异，表明河流流域面积越大、流程越长、流量越大，携带的沉积物总量越大，沉积物的粒度组分越复杂，沉积分异越完善，越容易形成较大的以砂质曲流河为主的沉积体系，相反流域面积小、流程短、流量小，携带的沉积物总量小，沉积物的粒度组分简单，沉积分异弱的河流，更容易形成砾质辫状河为主的沉积体系。
卫星图像显示乌伦古湖湖平面可能发生过3次较大的下降(图 21)，但目前尚不能确定湖平面下降的时间以及沉积物的分布范围。根据卫星图像显示的植被和水体分布可以将现代乌伦古河三角洲的发育过程分为4个阶段，其中第4阶段可以分为3个时期(图 21)。乌伦古湖地区盛行西北风，风力强，持续时间长，湖东岸地形平缓，强风引起的波浪在此形成滩坝沉积体系(图 17)。由于所在地区年均气温较低，冰冻时间长，冬季漫长形成巨厚的冰层，在春夏季融冰季节在滨浅湖地区形成冰划痕。
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图 21 根据卫星照片素描图推测的乌伦古湖湖岸线的演变和乌伦古河三角洲的发育过程 罗马数字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ代表推测的古湖岸线位置；1、2、3以及4-1、4-2和4-3代表乌伦古河三角洲的发展阶段 Fig. 21 Remote sensing and the interpretation about the shoreline migration of Ulungur Lake and the deltaic system evolution of the Ulungur River. Rome numbers Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ and Ⅳ indicate the estimated ancient lake shoreline position(time unknown); 1, 2, 3, 4-1, 4-2 and 4-3 show the estimated development stages of the Ulungur River delta |
沙丘分布在乌伦古湖东岸的中部地区(图 14和15)，这里湖面最为开阔，风力强劲，湖风吹程较长。强风区形成高大的沙丘进入湖泊，形成沙丘型湖岸。弱风区形成的沙丘规模较小，抵抗湖泊改造能力较弱，多保存在滩坝体系的背后。布伦托海南部和北部湖湾地区，由于风力较弱没有风成沙丘发育，其西北和北部以砾质沉积物为主难以形成风成沙丘，表明沉积物粒度和风动力的强弱可能是控制沙丘形成与分布的主要原因。
受断裂控制，乌伦古湖的外形类似三角形。北部地区受山体屏蔽遭受风的影响较小，东部和西部地区地势开阔，地面较平坦，受风的影响较大，形成砾质和砂质滩坝(图 11和17)。东北、西北和东南3个顶点处于湖泊沿岸流汇合转折处，风力和湖流较弱，沉积物颗粒较细，有利于植物发育，多形成沼泽(图 18和19)。布伦托海的南部、北部、东北和西北各三角形顶点的湖湾地区水流不畅，利于汇集细粒泥质和有机质，以芦苇为主的水生植物在此发育形成湿地沼泽，因此湖泊不同部位的水流通畅程度是影响沼泽形成和分布的重要因素。
4 研究意义与启示 4.1 湖泊滨岸沉积环境与沉积体系的多样性乌伦古湖滨岸沉积体系的多样性对研究古代湖泊滨岸沉积体系具有重要的启发。以前的研究主要关注三角洲和滨岸滩坝体系的分布[48~50]，对沼泽型、沙丘型滨岸沉积体系的存在关注不够。对砂质湖岸沉积体系关注较多[51~52]，对基岩型、砾质湖岸和泥质湖岸沉积体系研究较少，对各种滨岸沉积体系之间的交叉过渡关系研究不够。开展湖泊滨岸沉积环境和沉积体系调查对完善陆相湖盆沉积体系模式，对发现新的储层类型，对重建湖泊古地理环境具有重要的意义。
4.2 区域构造格局对湖泊沉积环境和沉积体系展布的控制作用区域构造格局对湖泊沉积体系的展布起控制作用。断层的延伸方向，断距的大小和上下盘的位置等决定了湖泊边界的地形地貌特征，决定了湖岸线的几何形态，决定了湖泊蓄水盆地的形态和水体的深度[53~56]。平行构造线走向容易形成规模较大的沉积体系，垂直于构造线走向形成的沉积体系规模较小。乌伦古湖西部和北部都发育砾质沉积体系，但北部塌积扇和冲积扇-扇三角洲体系垂直于断层走向，总体较短，而西部冲积扇-扇三角洲和辫状河三角洲体系顺断层走向展布，沉积体系规模较大。离湖岸较近的老山边缘容易发育基岩型湖岸和短流程冲积扇-扇三角洲型湖岸，老山远离湖泊水体容易形成辫状三角洲、砾质滩坝和侵蚀型基岩湖岸沉积体系。地形平缓的冲积平原地区有利于形成曲流河三角洲、滩坝和沙丘。
4.3 气候对沉积体系发育的影响区域性气候控制了河流流域和水文特征，控制了河流携带的沉积物粒度和沉积物总量，同时影响湖水的物理化学特征，影响湖泊水体和沉积物的循环和交换[57~63]。寒旱地区湖泊周缘入湖河流较少，河流具有季节性和暂时性特点，洪水泥石流、塌积扇等重力沉积体系比较发育。湖泊封冻是寒旱区湖泊区别于温暖地区湖泊的重要特征，冰冻减少了冬季湖水的循环和流动，但冰筏可以将近岸沉积物携带到湖中心沉积下来，将湖泊周缘的植被成捆携带到其他地区重新堆积，冰块在漂移过程不断破坏滨浅湖区的湖底沉积物的沉积结构和沉积构造，增加了滨浅湖地区沉积结构的复杂性。
4.4 地形和地貌对沉积环境和沉积体系发育的影响在相同的气候背景下，流域盆地的面积、源汇地区的高差和河流的流程、流量决定了沉积物的供给总量、沉积物粒度和沉积体系的特征[64~66]。山体越高，流域面积越大，流域水系越发达，则主河道的河流流程越长，其流量越大，所搬运的沉积物体积越大，沉积分异越彻底，末端沉积物颗粒较细，容易形成曲流河体系。山体越低，流域面积越小，流域水系不发育，河流流程短，则搬运的沉积物较粗，分选较差。由于乌伦古河流域较大，流程较长，在乌伦古湖东部形成广阔的三角洲平原。湖泊西部发育的暂时性河流流程短，只能形成砾质辫状河体系。湖泊北部地区冲积扇上的河流流程只有数公里，所搬运的沉积物更加粗糙且缺乏分选性。
4.5 湖盆和湖岸线形态对沉积环境和沉积体系展布的影响湖盆和湖岸线形态影响湖泊沿岸流发育和水体的循环，也影响湖泊风动力场的方向和强度[67~71]。乌伦古湖平面上呈三角形，在三角形的顶点湖泊沿岸流最弱，风力最弱，因而容易形成泥质沉积物堆积，发育滨湖沼泽湿地，而在沿岸流和波浪较强的地区难以形成沼泽景观。乌伦古湖北部受山体的遮挡，风力较弱，波浪不强，难以形成滩坝砂体，湖东岸和西岸比较开阔，波浪淘洗形成了砾质和砂质滩坝，本区盛行的西北风也为两侧滩坝体系的形成提供了条件。尤其在湖东岸，这里地势平坦，湖面最为开阔，风对湖岸的改造最为强烈，除了滩坝之外，还发育了大量的风成沙丘。
4.6 沉积物粒度组分对沉积环境和沉积体系形成的影响沉积体系是沉积物和沉积营力共同作用的结果[68]。乌伦古湖的东岸和西岸都受到风的作用，但沙丘体系仅发育在湖泊东岸，主要原因是东岸有大量的细粒沉积物供给，而在湖泊西岸以砾质沉积物为主，难以发育风成沙丘。沼泽湿地景观的形成也与泥质沉积物的大量堆积有关。砂质和砾质滩坝的差异是由于沿岸三角洲提供的沉积物粒度不同造成的，东岸沉积物细，形成砂质滩坝；西部沉积物粗，形成砾质滩坝。
5 结论根据对乌伦古湖滨岸地区的现场观察，通过实地踏勘、拍照、在典型部位开挖探槽、利用卫星图解译等方法，对乌伦古湖滨岸沉积环境和沉积体系的特征进行初步研究，主要获得以下认识：
(1) 乌伦古湖滨岸沉积环境可以划分为基岩型湖岸、砾质湖岸、砂质湖岸、泥质湖岸等4种类型，发育山前基岩型湖滩、侵蚀基岩型湖滩、砾质冲积扇-扇三角洲、砾质辫状河三角洲、砾质滩坝、砂质滩坝、砂质三角洲、风成沙丘和泥质沼泽等9种沉积体系。基岩湖岸位于布伦托海的北部、西岸和东北角地区；砾质湖岸发育在布伦托海的西北部和西部；砂质湖岸占据布伦托海的东部和吉力湖北部；泥质湖岸出现在布伦托海的西部、西北和北部部分地区。
(2) 山前基岩湖岸占湖岸线长度约15.7m，主要发育小型塌积扇、倒石锥和狭窄的湖滩。侵蚀型基岩湖岸湖滩宽20~40m，湖滩沉积砾石直径5~20cm。砾质冲积扇-扇三角洲型湖岸分布在布伦托海西北部25.8km狭长区域，形成的辫状平原顺流向长度5~15km。砾质辫状河三角洲型湖岸占据湖岸线17.12km。砾质滩坝占湖岸线8.46km左右，沉积物一般为中砾和粗砾，泥质含量低。现代乌伦古河三角洲占吉力湖岸线10.8km，分流河道不断裁弯取直，频繁改道，互相截切，形成复杂的三角洲平原分支河流体系。沙丘近岸沙丘直接延伸进入湖泊之中，远岸沙丘间发育暂时性湖泊。砂质滩坝沿湖呈带状展布，宽度30~100m。泥质沼泽型湖岸总长29.22km，植物繁茂，泥质和有机质含量高。
(3) 乌伦古湖滨岸沉积体系的分布和演化受盆地构造格局和构造活动影响明显。布伦托海北部边界受NE-SW向展布的卡森库梅尔断裂和那林卡拉南断裂的控制，断层北盘抬升形成低山丘陵，断层南部为乌伦古湖水域，由此形成山前基岩型湖岸。乌伦古湖西侧近东西向展布的萨吾尔断裂、沙尔布尔提断裂和白砾山断裂造成了NEE-SWW向的低山丘陵，在低山丘陵之间发育了与构造走向基本平行、呈NEE向展布的辫状河三角洲沉积体系。额尔齐斯断裂、杰尔库都克断裂、阿尔曼特大断裂和喀拉奥依-黄花沟等北西-南东向断裂控制乌伦古河三角洲平原的形态和范围。
(4) 根据卫星照片推测乌伦古湖水位可能发生过3次较大的下降，但目前尚不能确定湖平面下降的时间以及沉积物的分布范围。同样通过卫星影像分析，显示现代乌伦古河三角洲的可能经过了4个发育阶段，其中第4阶段可以分为3个时期。乌伦古湖北部地区受山体屏蔽遭受风的影响较小，东部和西部地区地势开阔，地面较平坦，受风的影响较大，形成砾质和砂质滩坝。东北、西北和东南3个顶点处于湖泊沿岸流汇合转折处，风力和湖流较弱，沉积物颗粒较细，有利于植物发育，多形成沼泽。
(5) 区域构造格局对湖泊沉积体系的展布起控制作用，断层的延伸方向、断距的大小和上下盘的位置等决定了湖泊边界的地形地貌特征，平行构造线走向容易形成规模较大的沉积体系，垂直于构造线走向形成的沉积体系规模较小。气候控制了河流流域和水文特征，控制了河流携带的沉积物粒度和沉积物总量，影响湖水的物理化学特征，影响湖泊水体和沉积物的循环和交换。寒旱地区湖泊周缘入湖河流较少，河流具有季节性和暂时性特点，洪水泥石流、塌积扇等重力沉积体系比较发育，封冻是寒旱区湖泊的重要特征。流域盆地的面积、源汇地区的高差和河流的流程、流量决定了沉积物的供给总量、沉积物粒度和沉积体系的特征。湖盆和湖岸线形态影响湖泊沿岸流发育和水体的循环，也影响湖泊风动力场的方向和强度。
乌伦古湖滨岸沉积体系的多样性对研究古代湖泊滨岸沉积体系具有重要的启发，开展湖泊滨岸沉积环境和沉积体系调查对完善陆相湖盆沉积体系模式，对发现新的储层类型，对重建湖泊古地理环境具有重要的意义。
致谢: 感谢匿名审稿专家和编辑部老师们对本文的完善所给予的指导和建议。
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,
Guo Xuguang2
,
Liu Shuai1,
Zhang Xianghui1,
Wang Xulong2,
Pan Jin2,
Hu Wei1,
Zhang Baojin1,
Huang Ruoxin1,
Hu Qiuhong1,
Huang Peng1
Abstract
Modern present deposits investigation has been done on the coast of Ulungur Lake in the area of around Buluntuohai and the northern Jili Sublake by field sedimentological observation (including photographing and trenching) and satellite sensing interpretation. Four types of sedimentary environments including (1) bedrock shoreline, (2) pebbly shoreline, (3) sandy shoreline and (4) muddy shoreline have been found on the coast of Ulungur Lake with nine kinds of depositional systems as (1) piedmont bedrock shoreline system, (2) eroded bedrock shoreline and beach system, (3) gravelly alluvial fan-fan deltaic system, (4) gravelly braided river deltaic system, (5) gravelly beach bar system, (6) sandy beach bar system, (7) sandy delta system, (8) aeolian dune system and (9) muddy swamp system developed in these environments.Piedmont bedrock shoreline system distributed at northern Buluntuohai with mainly of small colluvial fans and talus. The eroded bedrock shoreline and beach system located in the west bank and northeast corner of Buluntuohai with a beach of 20~40 meters wide. The gravelly alluvial fan-fan deltaic system formed a braided plain ranging about 25.8 km along the northwest bank of Buluntuohai with the fan radius in 5~15 km. The gravelly braided river deltaic system situated at the west of Buluntuohai with gravelly beach bar system developed in front of the deltas, sediments of these systems are pebble and cobble with fewer mud contents. The present Ulungur River delta system developed at the north of Jili Sublake. The aeolian dunes system spreaded widely on the former delta plain areas at the east bank of Buluntuohai. Sandy beach bar system distributed at the south of the east bank of Buluntuohai with a zone as wide as about 30~100 m. Muddy swamp system occupies 29.22 km shoreline of the lake with heavy vegetation and weak current, muddy and organic plenty sediments deposited in these areas. Three stages of lake level fall and the four stages of delta migration may be estimated by remote sensing interpretation, but there no geochronological evidence can be used in present.Basin structure controls the topographical and geomorphic features of the lake. Larger sedimentary systems are likely to be parallel to the structural strikes while the shorter system may developed to the dip direction. In dry and cold areas, rivers are usually seasonal and temporary river, fewer channels can flow into the lake, thus the flooding induced debris flow and colluvial fan depositional systems are very developed. Freezing is an important feature of lakes in cold areas. Elevation difference between source and sink areas, as well as the river discharge determined the sediment supply and the characteristics of a depositional system. The lake boundary configuration controls the longshore current and the wind field of the lake.The diversity of the shoreline depositional system of Ulungur Lake is of great significance to the study of the ancient lake shoreline depositional system. The modern present investigation for the coastal sedimentary environment and shoreline depositional system of Ulungur Lake is not only great helpful for building the sedimentary depositional models of the terrigenous lake basin, paleogeographic environment reconstruction and oil and gas reservoir prediction in the terrigenous depositional system.
表 1(Table 1)