青海喇家遗址史前灾难成因的探索与辨析

在黄河上游官亭盆地的考古发掘中喇家史前灾难遗址的发现让人震惊,其灾难的成因是近年来人们争论的焦点。本文从地球科学的视角入手,在详细野外考察的基础上,利用第四纪地质地貌学、沉积学、古洪水水文学等多学科交叉的研究方法,对当前关于喇家遗址史前聚落毁灭原因的各种观点进行科学辨析,尤其是对剖面中红色粘土层与喇家遗址北部大红山脚下的岗沟源区沉积物及其上游积石峡黄河古洪水滞流沉积层的对比研究,结果显示：在距今3950年前,伴随着强烈地震发生了暴雨山洪,源自于北侧谷坡大红山地区的大规模泥流,沿着岗沟、吕家沟倾泻而下,彻底的掩埋毁灭了这个重要的古村落,造就了喇家史前灾难遗址。     

官亭盆地喇家遗址全新世中期古土壤地层考古炭方剖面

正官亭盆地喇家遗址是一处以齐家文化为主的大型史前灾难遗迹,它的发掘具有重要的科研和考古价值。官亭盆地喇家遗址全新世中期古土壤地层考古炭方剖面,可以直观看到全新世中期黑垆土类古土壤地层中夹有两层红粘土质泥流堆积层,记录了两期大型的暴雨泥流事件,为我们揭开了喇家灾难的神秘面纱。详见本期《青海喇家遗址全新世中期土壤与泥流沉积物地球化学特征》一文。     

青海喇家遗址土壤序列及史前山洪泥流灾难释光测年研究

位于青藏高原东北部边缘的青海民和官亭盆地喇家遗址,保存着全新世环境变化、人类活动、复杂地表过程演变与突发性灾难事件的记录。关于其史前群发性灾难的成因及发生年代问题,争议颇多,受到国内外学术界和媒体的广泛关注。经过多年来深入彻底的调查研究,在上喇家村南侧、喇家遗址北部区域首次发现完整连续的晚更新世晚期以来黄土—土壤地层剖面。在详尽的土壤与沉积学观察和层次关系分析的基础上,系统性采集样品,进行了光释光测年。由此在黄河第二级阶地风成黄土与黑垆土类土壤为主的区域,建立起了喇家遗址土壤沉积物地层序列与年代框架。结果表明,该剖面从12000 a BP堆积发育至今,从下至上的层序为晚更新世马兰黄土顶部（L_1-1）、全新世早期过渡性黄土（L_t）、全新世中期古土壤（S₀）、近代黄土（L₀）与现代土壤层（MS）。其中在全新世中期古土壤黑垆土层（S₀）之内,OSL年龄3960-3650 a BP期间,发现有3层红色粘土质泥流沉积层插入,记录了3次大规模山洪泥流溢出沟槽、在平坦的阶地表面扩散沉积、掩埋齐家文化聚落而成灾的事件。综合多种断代方法结果,确定这3期山洪泥流灾难性事件分别发生在3850 a BP、3800 a BP、3600 a BP左右。其中第一场山洪泥流在阶地表面大范围扩散过程当中,覆盖了喇家遗址东部区域。这就充分表明,来自于官亭盆地北部第三系红层丘陵沟壑区的暴雨山洪泥流过程,与同时期发生的若干次大地震,共同毁灭了喇家遗址齐家文化聚落的东部区域。这些研究成果,对于深入探讨官亭盆地环境变化与人地关系演变规律、准确理解喇家遗址的形成、史前人类活动、突发性灾难及其毁灭过程问题,具有重要的科学意义。     

青海官亭盆地史前灾难性地表过程及其影响研究

通过详细的野外考察,在官亭盆地喇家遗址东侧二方村遗址区域发现完整的土壤沉积物剖面。该剖面记录了全新世土壤土地资源的形成和发展演变,以及灾难性地表过程和人类活动的信息。在深入观察分析的基础上,系统采样并进行多种指标测试分析及年代测定。结果表明：其基本的土壤层序由上到下为：现代表土层(MS)—现代黄土(L₀)—全新世中期黑垆土(S₀)—全新世早期过渡性黄土(L_t)。该序列最显著的特征,是全新世中期黑垆土古土壤被厚达1.2~1.5 m的山洪泥流沉积层分隔为2段,表明在OSL年龄3940~3780 a,对应喇家遗址¹⁴C年龄3850~3600 a BP期间,官亭盆地北侧第三系红层丘陵沟壑区发生大规模暴雨山洪泥流过程。它们在古洪积扇前沿二级阶地溢出沟槽,扩散覆盖土地表面,形成了山洪泥流层组。而辛店文化早期(3600~3400 a BP)的透镜状灰烬层,则出现在该沉积层组的表面。这表明以农牧混合型土地利用为特色的早期辛店/卡约文化在该区域的形成发展,是以灾难性地表过程沉积的红色砂土和粘土地为基础的。这就与山洪泥流层组之下齐家文化(4150~3850 a BP)时期粟黍类谷物种植农业赖以形成发展的肥沃疏松的黑垆土类土壤形成对照。该研究结果揭示出该区域史前人类原始农业土地利用方式由谷物种植向农牧混合的转变,是在全球性气候恶化背景下,由灾难性地表过程造成的土壤和土地资源的退化所引起的。这对于深入了解青藏高原与黄土高原过渡带环境变化与土地利用方式发展演变的驱动因素具有重要的科学意义。     

青海喇家遗址地层划分及齐家文化废墟覆盖层成因分析

对喇家遗址进行了全面的野外考察,在其北部发现完整连续的全新世黄土-古土壤地层剖面。通过系统采样、粒度和磁化率等多种指标测试,结合OSL技术测年断代,建立了完整的土壤地层序列。深入分析土壤沉积物性质与地表过程,揭示了覆盖齐家文化废墟的沉积物的成因。研究结果表明：喇家遗址土壤沉积物地层层序自地表向下依次为：现代土壤（MS,0~1.50 ka B.P.）→全新世晚期风成黄土（L₀,1.50~3.10 ka B.P.）→全新世中期古土壤（S₀,3.10~8.50 ka B.P.）→全新世早期过渡性风成黄土（L_t,8.50~11.50 ka B.P.）→晚更新世晚期马兰黄土（L₁,>11.50 ka B.P.）。其中全新世中期黑垆土古土壤（S₀）被3组红色粘土质泥流（RC₃、RC₂和RC₁）和山洪沙土（FFD）沉积层穿插分隔为4个亚层（S_0上、S_0中上、S_0中下和S_0下）。这证明黑垆土发育过程中,在OSL年龄3.96~3.65 ka,对应于¹⁴C年龄3.85~3.60 ka B.P.出现一个山洪泥流盛行期,来自于盆地北侧沟谷的大规模暴雨山洪泥流,在大红山前古洪积扇前沿溢出沟槽、扩散覆盖了黄河第二级阶地面的土地。其中与大地震相伴随的第一期暴雨山洪泥流过程,摧毁了喇家遗址齐家文化聚落,造成居室内人群的死亡。     

黄河上游官亭盆地喇家遗址地层光释光测年研究

通过对黄河上游官亭盆地喇家遗址周围黄河第二级阶地广泛的野外考察,在官亭镇下喇家村段发现了典型的风成黄土土壤层。在地层剖面可见其齐家文化层古地面被数组地震裂隙分割。有一层团块状的、鲜艳的红色粘土质泥流层覆盖了遗址的古地面,并且填充了地震裂隙。经过详细观测和采集光释光样品,应用单片再生剂量法(SAR) 获得该剖面样品的光释光(OSL) 年龄值。在此基础上,结合大量¹⁴C年龄数据和地层对比方法,确定官亭盆地黄河第二级阶地形成在35.00 ka BP,其后风成黄土土壤剖面开始发育。同时断定全新世古土壤S₀中间所夹红色粘土泥流沉积层及其下的地震裂隙的形成年代为3.95 ka BP。结合磁化率和粒度成分等气候替代指标分析,表明在35.00~11.50 ka BP 晚更新世晚期,亦即末次冰期的晚期(MIS-2),气候寒冷干燥,沙尘暴活动旺盛,在官亭盆地第二级阶地上堆积了典型的马兰黄土层(L_1-1)。在11.50~8.50 ka BP全新世早期,沙尘暴活动堆积了具有过渡性质的黄土层(L_t),反映气候逐渐变暖。在8.50~3.10 ka BP 全新世中期大暖期,气候变得温暖湿润,降水量增多,沙尘暴活动减弱,风化成壤作用强烈,堆积形成了黑垆土类古土壤层(S_0下、S_0上)。     

丹江上游全新世早期古洪水滞流沉积物粒度特征研究

通过对丹江流域广泛的野外考察,在丹江上游竹林关峡谷段右岸发现典型的全新世古洪水滞流沉积层剖面。根据野外宏观特征及沉积环境,鉴别出该剖面夹有四层古洪水滞流沉积物,均匀致密,分选良好,各层界面自然开裂,具有波状-水平状平行层理。室内粒度成分分析表明,沉积物以粉沙为主,粘粒含量次之,细沙含量很少,沉积学分类属粉沙和粘土质粉沙。粒度自然分布频率曲线为正偏,主峰高且尖锐,分选良好。粒度概率累积分布曲线为典型的两段式,沉积物投影在CM图的Ⅶ区(SWD1和SWD3)和Ⅷ区(SWD2和SWD4)。将四层古洪水SWD与2010年洪水SWD进行对比分析,粒度组成成分、粒度参数、自然分布频率曲线都呈现相似形态。综合分析说明四层古洪水SWD是丹江洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下的沉积物,为丹江上游开展古洪水水文学研究奠定了基础,对于丹江洪水水文泥沙特性、水资源开发利用具有重要意义。     

长安少陵塬黄土含水条件与控制因素研究

 根据长安少陵塬杨湾黄土剖面含水层的调查、含水量、孔隙度测定和粒度分析,研究了黄土含水层与隔水层的分布、含水条件及其与第四纪气候变化的关系。结果表明,长安杨湾剖面黄土地层含水量变化代表了与以往研究不同的变化类型,含水量峰值出现在黄土层中,低值出现在红色古土壤层中；从上向下含水量与孔隙度呈波动变化规律；在所研究的剖面中出现的5个含水层均由黄土层构成,隔水层由红色古土壤构成。研究剖面中含水层与隔水层的水理性质主要是它们形成时的气候不同决定的。红色古土壤的隔水性是由于温湿气候条件下的粘土化作用产生的，黄土层的含水空间发育好主要是当时相对冷干的气候条件下的较弱的成壤作用造成的。含水空间发育较好的黄土层和粘化强的红色古土壤隔水层的存在是该黄土剖面中地下水富集的两个基本条件。     

青海民和喇家遗址的古地震与古溃决洪水质疑

<正>喇家遗址是一处以距今约4000年的齐家文化遗存为主的大型史前聚落遗址,位于青海省民和县官亭盆地黄河北岸二级阶地上的下喇家村(图1),高出于黄河河面30余m,距黄河水平距离约1 000m。吕家沟由北向南流至下喇家村,将遗址分为两部分,与岗沟汇合注入黄河。该遗址自1999年以来,由中国社会科学院考古研究所与青海省文物考古研究所组成的联合考古队进行了持续的考古发掘,取得了丰富的成果,尤以罕见的灾难遗迹而闻     

全球视野下崩岗侵蚀地貌及其研究进展

典型的崩岗具有“圆形露天剧场”般的沟头,发育在深厚的红色花岗岩风化壳上,通常包括集水坡面、崩壁、崩积体、沟道、洪积扇5个地貌组成部分;崩壁自上而下可分为表土层、风化红粘土层(红土层)、风化砂质红粘土层(砂土层)、风化粗碎屑层(碎屑层)。中国的崩岗与马达加斯加的lavaka属于同类地貌,两者具有地貌学上的可比性。崩岗群是劣地的表现形式之一,但与欧洲的badland有不同的侵蚀过程,也不同于意大利和巴西的两种沟谷侵蚀地貌calanchi和vocoroca。崩岗主要发育在华南和东南热带和亚热带湿润季风气候区中等偏缓的丘陵坡地上,由沟谷侵蚀发展而成,是沟谷侵蚀的高级阶段。崩岗沟道侵蚀产沙量占崩岗沟谷流域侵蚀产沙量的一半以上,其中沟道沟壁崩塌侵蚀产沙量与沟床下切侵蚀产沙量又各占崩岗沟道侵蚀产沙量的一半左右。野外人工模拟降雨试验是研究崩岗流域侵蚀、产流和产沙过程的有效手段。崩岗流域侵蚀产沙量可以通过崩岗沟谷和洪积扇地形测量加以估算。     

关中盆地杨官寨遗址古洪水事件释光测年

通过对泾河下游的野外考察, 在高陵县杨官寨仰韶文化遗址东南部发现夹有典型的古洪水滞流沉积层的全新世黄土-古土壤剖面。利用单片再生剂量法(SAR)测定了40～63μm粒径石英的光释光(OSL)年龄。从剖面获得的样品年龄数值处在2.27±0.06ka到14.26±0.58ka之间, 且与地层深度表现出良好的对应关系。通过样品OSL年龄与其埋深的关系, 结合粒度和磁化率数据地层对比, 以及文化层考古年龄, 确定了该全新世剖面的基本年代框架。研究结果表明, 在4.20～4.00ka泾河流域发生了第一期多次古洪水事件, 在3.20～2.80ka发生了第二期特大古洪水事件。这些古洪水事件与全球性气候突变事件同时发生, 是泾河流域气候水文系统对于全球变化的响应。     

镇江下蜀土剖面的化学风化强度与元素迁移特征

对镇江下蜀土剖面的化学风化强度及元素迁移特征进行了研究, 结合与黄土高原第四纪黄土、古土壤、晚第三纪红粘土以及安徽宣城风成红土等典型风成堆积剖面的对比分析, 得出如下结论: (1) 镇江下蜀土剖面经历了中等强度的化学风化, 明显强于洛川黄土以及古土壤, 显著弱于宣城风成红土, 而与西峰晚第三纪红粘土非常接近。下蜀土的化学风化过程及 其与其他风成堆积剖面风化强度的差异主要受气候条件的控制, 气候条件通过年平均温度和年降水量对化学风化的地球化学环境起重要的影响, 其中降水因素在化学风化过程中可能起着更为重要的制约作用。(2) 镇江下蜀土剖面风化过程中, 绝大部分常量元素的地球化学行为 表现为迁移淋失, 仅Fe 和Ti 轻微富集, 元素的活动性由强至弱依次为: P > Na > Ca > Mg > K > Fe²⁺ > Si > Mn > Al > Ti > Fe³⁺; 常量元素的迁移特征揭示下蜀土的化学风化已经完成初级阶段的去Ca、Na 过程, 并初步进入到去K 风化的中级阶段; 微量元素除Sr、Ga 迁移淋 失外, Th、Ba、Cu、Zn、Co、Ni、Cr、V 等均表现出富集特征, 这可能与下蜀土风化成壤过 程中的生物地球化学过程以及粘粒、有机质对微量元素的吸附作用有关。(3) 元素迁移在剖面 中的变化特征揭示, 在0.24 Ma 之前的中更新世早、中期, 该区气候较为暖湿, 兼有干湿交替的特征; 中更新世晚期气候偏干凉, 风化淋溶最弱; 至晚更新世早期则又出现一段明显暖湿的成壤时期, 形成下蜀土剖面中的S1 古土壤层。总之, 中更新世以来本区气候整体上向干凉的方向发展。     

陇东东南部黄土地形类型及其发育规律

胧东东南部除局部地区外,皆属黄土塬区。黄土以下为第三纪的红土及其衍生物,再下,于基岩之上有时看到有砂砾层存在。我们在这里发见红土的性质也非常复杂,常含有钙,并且有成层的红色钙质结核(砂姜)出现,如合水三官桥淀沟沟口东岸(图1),     

陇东东南部黄土地形类型及其发育规律

胧东东南部除局部地区外,皆属黄土塬区。黄土以下为第三纪的红土及其衍生物,再下,于基岩之上有时看到有砂砾层存在。我们在这里发见红土的性质也非常复杂,常含有钙,并且有成层的红色钙质结核(砂姜)出现,如合水三官桥淀沟沟口东岸(图1),     

山西保德黄河最高阶地形成的时代

野外调查发现山西保德地区存在六级阶地序列,其中第四级阶地在保德保存最为完好,而最老的第六级阶地为晚第三纪阶地。保德地区各级阶地上砾石的岩性都以灰岩为主,砂岩次之,表明晚第三纪阶地与黄河低阶地物源相同,应该是黄河阶地。在磨扇沟T6阶地上覆厚度超过51 m的红粘土层,磁性地层的研究表明,该红粘土的底部年代在6.5 Ma左右,这与保德冀家沟的研究结果吻合,说明保德地区黄河最高阶地形成的时代约在6.5 Ma左右。而黄河则可能是伴随着8.0 Ma左右青藏高原东北缘的强烈隆升而形成。     

“成都粘土”的成因、物源、时代及其古环境问题

"成都粘土"由Thorp和Dye于1936年命名,用以指示分布在四川盆地西部、西北部丘陵及高阶地上的含钙质结核粘土。Thorp和Dye并提出,"成都粘土"可能是遭受风化的风尘堆积。在四川盆地西北部,发育完整的第四纪粘土剖面,自上而下可分为三层:"成都粘土"、褐色粘土及网纹红土。在Thorp和Dye之后的70多年间,"成都粘土"成为土壤学家、地理学家和地质学家所共同关注的研究对象。但是,"成都粘土"的成因、物源、时代及其古环境意义,以及"成都粘土"与青藏高原黄土、黄土高原黄土的关系是一个长期争论的、有待解决的科学问题。"成都粘土"作为可能的风成堆积,针对其的研究,对认识和了解地质时期,尤其是冰期和冰消期四川盆地西部及其周边地区风向、大气环流格局及强度,以及风尘源区的植被覆盖及干旱化等古环境变化是十分有意义的。此外,"成都粘土"及其下伏的褐色粘土和网纹红土是著名的超固结性、胀缩性和裂隙性粘土,对于这一特殊土体的研究亦具有重要的理论和实践意义。为此,就有关成都粘土的研究历史进行了回顾,并对今后的研究工作提出如下建议:1.深入调查成都粘土的分布范围及其地貌分布特征;2.开展成都粘土的精细年代学研究并建立标准剖面;3.褐色粘土和网纹红土的成因及物源的深入研究;4.确认"成都粘土"、褐色粘土及网纹红土三者间的关系及可能存在的沉积间断;5.阐明"成都粘土"与川西高原黄土、黄土高原黄土之间的物源关系;6.重建"成都粘土"的风尘传输过程及机制;7.探索各层粘土的成因及后期风化改造对其超固结性、胀缩性和裂隙性发育的影响。     

南雄盆地始新统红层沉积环境分析

选取南雄盆地始新统红层——古城村剖面作为研究对象，结合磁性矿物和地球化学元素特征分析其沉积环境。古城村剖面上部和下部为红色，中部为青灰色，颜色及其深浅均随沉积层理/层次逐渐变化，说明颜色和沉积地层层理/层次为同期形成，为地层的原生色。磁学测量的饱和等温剩磁（SIRM）和剩磁矫顽力（Bcr）结果与红度（a*）呈现良好的正对应关系，热磁曲线结果表明红层样品以赤铁矿为主，漫反射光谱（DRS）佐证了原生赤铁矿的存在且是唯一可以检测到的磁性矿物。赤铁矿指示了当时的沉积环境为高温少雨。剖面中部存在青灰色地层，该层样品的热磁测量没有检测到磁性矿物信号，只检测到顺磁性矿物信号。高温处理后的DRS测量也表明其存在顺磁性的黏土矿物。通过地球化学元素分析显示其与标准石灰岩相比差异较大，而与中国典型黄土较为相似，可能说明青灰层并非石灰岩。剖面的上下层均为以原生赤铁矿为主的红层，代表高温强氧化环境。青灰层与上下红层之间为过渡渐变，地层较为连续且无不整合现象，化学元素分析也显示该层与上下红层、上地壳和黄土都具有较高的相似性，所以该层更可能是风积物在气候转为湿润条件下经成土作用形成的钙质淀积层。古城剖面反映了始新世时期干热氧化—湿润氧化还原—干热氧化的逐渐变化过程，对于准确理解南雄盆地此阶段古环境有重要意义。     

青海省五道梁地层剖面晚第三系沉积物与古土壤辨析

辨别沉积地层剖面中的古土壤层(原位沉积)具有重要的地学意义。论文拟以青海省五道梁地层剖面为例,尝试从剖面样品外部形态特征与内部性质探讨晚第三纪或更早之前沉积物与古土壤辨析方法。形态特征包括沉积物的色调、层次结构、生物扰动作用、植物根系等分析基本排除了研究地层剖面中的层段为古土壤。沉积物中较高的CaCO3含量、较低的铁游离度,均<20%,反映出沉积物源的风化程度低,都说明沉积物形成时的气候条件湿热程度不高。样品稀土元素和微量元素等地球化学特征显示,地层剖面沉积物是经过异地搬运、沉积形成的。     

大同火山活动在区域沉积中的记录和阶段性历史研究

大同火山活动的阶段性历史是一个尚未被揭示清楚的地学问题。野外实地考察及室内磁化率、化学成分、粒度和古地磁的测定结果显示：古湖滨处水平层理发育的火山碎屑层存在4个不同倾角的倾斜;古湖近岸处的湖相沉积层中含有4层火山碎屑层;古湖深处的湖相沉积层中出现4个磁化率显著正异常的层位,且这些层位粒度都较粗;古湖岸上的黄土沉积中出现3个磁化率为峰值、Rb/Sr比值为谷值的层位;古湖深处湖相沉积剖面中存在B/M和Jaramillo磁极性界限。据此进一步分析后认为：① 湖相沉积剖面中的磁化率显著正异常层位、黄土沉积中的高磁化率—低Rb/Sr比值层位可能是混入了大量火山灰物质;它们是区域火山活跃期的记录。② 系列沉积剖面特征指示区域火山活动曾经历4个活跃期,每个活跃期期间有多次密集的火山喷发。③ 4个活跃期的年代大约为早于0.90 Ma BP（第一活跃期）、~0.47 Ma BP（第二活跃期）、~0.31 Ma BP（第三活跃期）和~0.09 Ma BP（第四活跃期）;黄土沉积中还记录了区域北部有一个发生于~0.19 Ma BP的活跃期。此外,区域湖相沉积中所记录的4个火山活跃期都出现在湖退时期,平静期出现在湖侵时期。     

黑方台黄土滑坡类型与发育规律

20世纪60年代末期,为了安置刘家峡、盐锅峡库区移民,在黑方台建成了提水灌溉工程,造成地下水位上升,诱发了大量黄土滑坡.作者于2006-04～2007-09先后对黑方台黄土滑坡进行了野外调查.利用IKONOS影像对黄土滑坡进行了遥感解译,将其与研究区数字高程模型(DEM)进行叠加再现了滑坡场景.基于以上工作,首先对黑方台黄土滑坡进行了较为系统的分类,包括黄土泥流、黄土滑动、黄土-泥岩接触面滑坡、黄土-泥岩顺层滑坡和黄土-泥岩切层滑坡.黄土泥流集中发育于野狐狗北部凹地形处;黄土-泥岩滑坡受基岩倾向控制,分布于坡向150°～200°的塬边地段.农业灌溉补给地下水的增湿、软化作用是黑方台黄土滑坡的根本诱发原因.对黑方台黄土滑坡机制的研究进行了展望.