晚第四纪科尔沁沙地干湿变化的黄土记录

利用光释光（OSL）定年技术对科尔沁沙地南缘的典型黄土剖面进行了测年,结合两个剖面的磁化率、粒度、有机质含量等气候替代性指标,对沙地古气候及环境变化过程进行了分析。结果表明,晚第四纪科尔沁沙地的古气候经历了万年-千年时间尺度的多次干湿变化,特别是在146.96 ka BP前后、141.98 ka BP左右和107.06 ka BP前后发生过重大转变;相应地,沙地地表植被也经历了干冷多风条件下的干草原、荒漠草原和温暖湿润或温凉稍湿气候条件下的森林草原、疏林草原的多次变化。科尔沁沙地古气候的干湿变化可能是晚第四纪东亚冬、夏季风强弱变化的反映。     

毛乌素沙地样品扫描电镜的矿物定量分析

矿物定量分析实验用捷克 FEI 公司生产的 MLA650F 型矿物解离分析仪，采用 MLA 原样法 和 MLA 重矿法分别对毛乌素沙地西南和东南地区典型沙样的矿物组成以及含量进行分析，结果表 明：MLA650F 仪器测量结果的重复性好，精确度高，测得的矿物种类比光学显微镜更丰富，但不能 如同光学显微镜一样直接提供矿物最原始的颜色、形状、透明度、光泽、表面断口等特征。虽然扫 描电镜与光学显微镜测得的单个矿物含量和矿物分析指标存在一定差异，但矿物含量变化趋势基 本一致，均得到毛乌素沙地主要轻矿物以石英-长石为主，重矿物以角闪石-石榴子石为主的结 论。此外，扫描电镜与光学显微镜对同一样品的矿物分析指标变化趋势基本一致，其中 MLA 原样 法与光学显微镜的 Q/TF 和 ATi 指标同化学风化指标 CIA 结果一致，均表明毛乌素沙地西南地区风 化作用较东南地区强。虽然扫描电镜与光学显微镜均能反应沉积物的沉积环境，但在实际工作 中，要注意所使用的数据应建立在同一测量系统内，不同实验室或实验方法测得的实验数据在引 用时要慎重。     

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。     

民和盆地马厂塬遗址古地震与暴雨山洪泥流事件释光测年研究

通过对青海民和盆地详细的野外调查,在民和马厂塬遗址周围首次发现多处黄土地裂缝(呈现N 30°~40°W和N40°~50°E走向)。详细观察可见有一层红色粘土覆盖文化层,并且填充了这些裂隙,判定这是古地震与暴雨山洪泥流事件的沉积记录。对马厂塬遗址边墙村南剖面两个地点相同地层单元平行采样,应用单片再生剂量法(SAR)技术对红色泥流及其上下黄土夹层进行释光(OSL)测年研究,并对这些样品等效剂量(De)值进行统计分析,获得了较为可靠的OSL年代。综合OSL年代结果、全新世黄土地层关系、考古记录及研究区马家窑文化类型的放射性14C测年数据,确定这次古地震及暴雨山洪泥流事件发生在4.9 ka B.P.左右,对应于马家窑文化类型(5.3~4.8 ka B.P.)晚期。本文研究揭示了史前古地震事件与暴雨山洪泥流沉积物的OSL特征,对于马厂塬遗址环境考古和深刻认识民和盆地自然灾害的发生规律具有重要的科学意义。     

渭河流域沉积矿物组合定量分析及示踪

扫描电镜定量分析沉积物矿物组合的方法,可以快速准确得到大量详细的矿物组合、矿物颗粒大小和岩屑组成等信息。尝试利用这一方法,研究渭河流域现代河流样品的矿物组合和沉积物碎屑组分,探究其在沉积物源示踪上的应用。研究表明,渭河流域现代沉积重矿物组合主要以角闪石、帘石类矿物和石榴石为主,不同区域沉积物矿物组合通过主成分分析图表（Principal Component Analysis,PCA）可以较好地区分开。轻矿物以石英和长石为主。碎屑组分石英—长石—岩屑（QFL）三角图解显示渭河干流和流经鄂尔多斯高原的两大主要支流北洛河和泾河的沉积物碎屑组分,主要位于再旋回造山带区域;而北秦岭山前河流沉积碎屑组分则主要位于岩浆岛弧区域。这一结果符合区域地质构造背景,表明扫描电镜定量分析手段可很好地应用于沉积物碎屑组分QFL三角图解、重矿物组合物源示踪研究。     

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。     

渭河上游地区樊家城黄土-古土壤剖面Rb、Sr、Ba存留特征及意义

选择渭河上游樊家城全新世黄土-古土壤剖面为研究对象，对该剖面元素Rb、Sr、Ba含量和磁化率、粒度、CaCO₃进行了测定。结果表明：Rb、Sr、Ba含量及Rb/Sr、Ba/Sr比值与磁化率、粒度、CaCO₃含量显著相关，能够指示渭河上游地区全新世的气候变化。剖面中古土壤层的磁化率、黏粒、Rb/Sr、Ba/Sr以及元素Rb、Ba含量高于黄土层，CaCO₃、Sr含量小于黄土层，指示渭河上游地区古土壤层（S₀）形成时期主要受夏季风影响，气候温暖湿润，淋溶作用强，风化成壤作用强；而黄土层形成时期主要受冬季风影响，气候相对冷干，淋溶作用弱，风化成壤作用弱。在全新世中期，古土壤层S₀¹与S₀²之间的黄土夹层，反映了渭河上游地区在全新世大暖期的6 000~5 000 a BP期间气候显著恶化。     

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)。     

黄河永和关段全新世古洪水研究

通过对黄河中游晋陕峡谷段进行系统地考察, 在多个地点发现全新世古洪水滞流沉积物。选择永和关段YHG剖面进行了沉积学和水文学研究。根据野外宏观沉积学特征, 确定YHG 剖面含有一组五层古洪水滞流沉积层。采样分析测试表明其磁化率低、烧失量小、CaCO₃含量低, 粒度成分分类为粉沙质细沙和细沙质粉沙。它们是黄河洪水悬移质泥沙在高水位滞流情况下的沉积物, 记录了黄河晋陕峡谷段一期五次特大古洪水事件。通过地层学对比分析和OSL 测年断代, 确定这五次洪水发生在全新世中期-晚期转折阶段, 即3200-3000 aBP。这也是我国历史上商末-西周初年的气候恶化转折阶段。利用“古洪水SWD厚度与含沙量关系法”恢复古洪水洪峰水位, 采用面积-比降法计算出5 次古洪水事件洪峰流量介于28380~48590 m³/s 之间。该结果有效地延长了黄河中游洪水数据序列, 为万年尺度洪水流量-频率关系的计算提供了基础数据。这对于黄河中下游水利水电工程洪水设计和洪水资源化开发管理具有重要的现实意义, 对于揭示黄河中游水文过程对于全球变化的响应规律具有重要的科学意义。     

旬阳东段汉江全新世古洪水研究

通过对汉江上游河谷的考察, 在旬阳县东段构元－棕溪乡河段发现的典型的全新世古洪水滞流沉积剖面, 进行了古洪水沉积学和水文学研究。在野外考察的基础上, 对于采集的全新世地层剖面序列样品, 进行粒度成分和磁化率等分析测试, 从沉积角度揭示了这些沉积层是古洪水在高水位滞流环境中悬移质泥沙的沉积物。通过地层对比分析确定由其记录的古洪水事件分别发生全新世早期9000~8500 a B.P.和全新世晚期3200~2800 aB.P.。利用古水文学原理恢复其洪峰水位, 计算出古洪水洪峰流量介于45630~50220 m³/s 之间。结合现代洪水洪痕洪峰计算、洪峰流量与流域面积关系分析多种方法, 对古洪水洪峰流量计算结果进行了验证, 从而建立了更加可靠的万年尺度洪峰流量与频率关系。本文的研究成果, 对汉江上游水资源开发、防洪减灾、水土保持和深入理解汉江上游水文过程对全球变化的响应规律具有重要的科学意义。