汉江上游庹家湾剖面化学风化特征及其意义

通过对庹家湾黄土剖面元素的分析,揭示汉江上游地区黄土中常量元素的地球化学行为及对气候变化的响应。用X-Ray荧光光谱仪、MS-2型磁化率仪分别测量了庹家湾剖面元素含量及磁化率值,实验结果显示:庹家湾剖面的风成黄土化学成分以SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃为主,三者含量分别为355.83 g/kg、79.62 g/kg、62.64 g/kg;以Ti为参比,Na、Ca、Mg、Si、K表现为迁移淋失,Fe、Al元素相对富集,元素的活动性及其迁移序列为Na > Ca > Mg > Si > K > Al > Fe;Fe和Al元素含量曲线及CIA曲线在228~260 cm（L₁~S₁）和294~370 cm（L₁~S₂）深度处出现明显的峰值,并与磁化率曲线呈现出高度一致性,指示该层化学风化程度明显高于典型黄土,接近于古土壤（S₀）,OSL年龄在27.5~21.5 ka B.P.之间。庹家湾剖面常量元素在剖面的变化,表明在汉江上游地区晚更新世末期的气候并非是持续干燥寒冷,而是存在一定的气候波动,在27.5~21.5 ka B.P.期间风化成壤作用较为明显,气候相对温暖湿润。     

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。     

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。     

汉江上游郧县五峰段史前大洪水水文学恢复研究

通过深入的野外考察,在汉江上游郧县五峰段多个地点发现全新世古洪水事件的沉积学记录,为恢复史前特大洪水事件的洪峰水位和洪峰流量提供了物质基础。在系统获取河道水文参数的基础上,采用ArcGIS 耦合HEC-RAS模型,推算出其洪峰流量介于42 220~63 400m³/s 之间。对于河槽糙率的灵敏度检验表明,给定糙率变化±25%,模型模拟得到的洪峰流量误差在-10.6%~6.3%之间。这个误差范围远小于采用比降-面积法获得的结果。同时,采用该模型和同样的参数,依据该河段现代大洪水洪痕高程,恢复推算其洪峰流量,其结果与实测数据误差在-3.9%~1.0%之间。与其它方法相比较,这种新方法有效地提高了水文参数选取准确性,使得古洪水水文恢复计算结果更为可靠。本研究为超长尺度大洪水水文学恢复提供了新的途径,也获得了汉江上游万年尺度特大洪水的水文学数据资料,对汉江上游水利水电枢纽工程建设、水资源调度和防洪减灾具有重要的现实意义。     

汝河全新世古洪水沉积学与光释光测年研究

汝河流域曾发生过堪称世界之最的"1975·8河南驻马店特大洪水垮坝事件",其洪水规模之大,受灾面积之广,受灾及死亡人数之多,震惊世界。因此探究汝河特大洪水事件的发生规律及其气候背景具有极其重要的科学价值。通过对汝河流域开展广泛细致的野外考察,在驻马店-遂平段第一级河流阶地前沿发现多处全新世古洪水滞流沉积物剖面,记录了流域发生的气候水文事件信息。最终选取汝河诸市乡地点(ZSX)全新世黄土土壤剖面进行系统采样,结合沉积学指标研究,准确鉴别出汝河ZSX黄土古土壤剖面中所夹三组古洪水滞流沉积物(slackwater deposits,SWD),为典型河流洪水悬移质泥沙沉积物。结合地球化学特征分析,确认三组古洪水SWD的物质是汝河上游流域发生特大暴雨洪水期间,流域地表土壤侵蚀与水土流失的产物。这三组古洪水滞流沉积物记录了末次冰消期和全新世发生在汝河流域的三期古洪水事件。结合典型剖面地层对比和应用SAR法对剖面关键沉积层位进行光释光测年(optical stimulated luminescence dating,OSL),建立了准确的地层年代框架。这三期古洪水事件分别发生在12000~11200aBP、4200~4000aBP、3200~3000aBP,皆发生在全球性气候突变或者转折时期,表明在这些时段季风气候变化异常,变率增大,洪水和干旱事件皆有发生。本研究对于淮河防洪减灾、水土保持及水资源开发利用,对于揭示区域气候水文变化与全球变化的响应规律,具有十分重要的科学意义和实践价值。     

汉江上游黄土记录的MIS 3晚期气候变化特征 *

MIS 3时期是末次冰期中气候相对温湿的特殊时段,在汉江流域黄土研究中鲜有对这一时期气候变化记录的报道。对汉江上游郧西段庹家湾（TJW）剖面（厚约8m）的野外特征、磁化率、粒度和色度进行了分析,用OSL方法进行了断代。结果表明：1）马兰黄土L₁中深度228~260cm和294~370cm呈暗红棕色、粘土-粉砂质地、比较紧实坚硬的特征,其磁化率、 < 5μm粘粒含量和红度a^*值明显偏高,而>50μm粗颗粒含量、亮度L^*和黄度b^*值偏低,属于有明显成壤特征的弱古土壤（L_1-2-S1和L_1-2-S2）。2）OSL测年显示L_1-2-S1和L_1-2-S2这两层弱古土壤形成时间介于28.5~21.0ka B.P.,暗示汉江地区这一时期发生两次气候较温湿事件,且有明显冷暖波动;其中弱古土壤L_1-2-S2的形成时间（27.26±1.44ka）与MIS 3晚期阶段大致相当,说明MIS 3晚期气候较温湿变化在汉江流域亦有表现;且成壤强度变化特征指示其气候温湿程度弱于中全新世大暖期。3）TJW剖面弱古土壤L_1-2-S2记录的MIS 3晚期气候较温湿事件是该区域对全球气候变化的具体响应。对比研究发现,不同地区黄土剖面均记录了MIS 3时期气候发生增温增湿变化特征,其温湿程度均弱于全新世时期,但不同剖面记录的气候变化幅度及冷暖变化阶段存在明显差异。TJW剖面记录的MIS 3时期气候较温湿事件主要发生在其晚期阶段。

     

黄河中游北洛河宜君段全新世特大洪水及其气候背景研究

通过对黄河中游北洛河的野外考察,在宜君基岩峡谷全新世风成黄土-土壤剖面中发现三层古洪水滞流沉积物(SWD).野外观察和室内实验分析,证明它们是北洛河特大洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下的沉积物.这些古洪水滞流沉积层夹在全新世中期古土壤之内,其每一层记录了一期特大洪水事件.利用古水文学方法恢复了古洪水洪峰水位和流量,确定...     

天水樊家城黄土剖面记录的全新世环境及人地关系变化研究

对天水樊家城剖面的地层、磁化率、粒度、CaCO₃等进行分析,探讨了该地区全新世环境演变与人类活动的关系。结果表明:黄土层中磁化率、 < 5 μm黏粒含量和黏粉比值明显偏低, > 50 μm砂粒含量、CaCO₃值明显偏高,而古土壤层中磁化率、黏粒含量则达到峰值, > 50 μm砂粒含量、CaCO₃值明显偏低,其风化成壤强度呈现出马兰黄土L₁→过渡性黄土L_t→古土壤S₀逐渐升高、全新世黄土L₀降低的特征。它反映末次冰期结束后（?~8 500 a B.P.）,气候逐渐转暖转湿,但仍较干冷,动植物资源不足,难以满足人类的生存和发展的需求,研究区内人类活动的强度很弱。全新世中期（8 500~3 100 a B.P.）,气候温暖湿润,人类活动强度增大,原始定居农业得到极大发展,普遍出现以大地湾文化、仰韶文化、马家窑文化、齐家文化为代表的人类文化;其中,6 000~5 000 a B.P.气候出现干凉化趋势,但该时期人类文化依然获得了发展。全新世晚期（3 100 a B.P.以来）,东亚季风格局发生转变,气候转为较干冷,致使区域自然环境发生变化,区内逐渐兴盛游牧文化。近代以来随着人口、生产力水平等因素的影响,人类活动对环境的影响持续增强,土地利用方式以农耕为主。     

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。