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。     

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)。     

汉江上游尚家河段全新世古洪水事件光释光测年研究

汉江上游是南水北调中线工程重要的水源区。通过对汉江上游河谷的详细调查,在郧县尚家河段全新世黄土-古土壤剖面上部发现一层典型古洪水滞流沉积物,对其进行了年代学和沉积学的研究。对于系统采集的样品,进行粒度分析测定,证明其为典型的古洪水滞流沉积物（SWD）,记录了古洪水事件发生的气候水文信息。采用古洪水水文学方法恢复推算出这次特大古洪水事件的洪峰流量为63 720 m3/s,其规模大于实测最大洪水。应用光释光测年（OSL）技术中的单片再生剂量法（SAR）,测得样品的年龄在940±140~3 190±100 a之间,确定古洪水SWD是汉江上游发生在1 000~900 a B.P.期间的特大洪水事件的沉积物。这期古洪水事件的发生年代对应于我国北宋/辽时期的气候恶化阶段,由于东亚夏季风环流异常变化,降水变率大,气候处于不稳定期,出现旱涝灾害频繁发生的现象。研究结果对于深入揭示河流水文系统对于全球变化的响应规律提供了新的证据。     

汉江上游全新世特大古洪水事件光释光测年研究

古洪水事件对中国古代文明的演变进程产生过重大影响,古洪水水文学研究是全球变化研究的前沿课题.通过野外深入考察,在汉江上游河谷阶地上,发现典型的全新世剖面中赋存古洪水滞流沉积层,记录了古洪水事件的气候水文信息.选择三个剖面系统采样,应用SAR法的Post-IR OSL技术对样品进行测年研究,获得了14个OSL年龄数据.结合样品的粒度成分和磁化率等气候替代指标测定分析,获得了全新世洪水事件与气候变化关系的记录.证明在距今9.5~8.5 ka和3.2~2.8 ka前,汉江上游经历了2个特大洪水期.该流域黄土—古土壤剖面记录了全新世早期气温回升增湿的气候,由于大气波动失稳,出现了9~8 ka前的全球降温事件;中期土壤成壤强烈,记录了温暖湿润的气候;晚期形成的现代黄土和表土层,记录了相对干旱的气候.由此揭示了在全新世早期气候波动失稳和中期向晚期过渡的气候转折时期,气候变化剧烈,降水变率增大,是导致特大古洪水事件频发的主要原因,这也是该区域气候水文事件对全球气候变化响应规律的具体表现.     

汉江上游郧县庹家湾剖面光释光测年及意义

在野外考察基础上选择湖北郧县庹家湾剖面为研究对象。在对磁化率和粒度进行分析的同时,用单片再生剂量法进行了光释光测年（OSL）地层断代。OSL测年数据显示：剖面样品年龄处在55.11~13.57 ka BP,且与地层深度呈现出良好的对应关系,此剖面为黄土风化堆积形成。黏粒含量、黏粒/粉砂值以及磁化率值等气候替代性指标数值在马兰黄土层228~260 cm和294~370 cm深度明显高于典型马兰黄土（L₁）,具有明显的成壤特征,通过OSL测年数据判断时间为27.26~21.59 ka BP,说明在晚更新世时期气候并非持续稳定的寒冷干旱,而是具有一定的波动,在此期间气候相对温暖湿润,而且此次气候事件在黄土高原地区其他沉积记录中也有良好记录。     

黄河上游洮河流域全新世古洪水水文学研究

通过对黄河上游洮河流域详细的野外考察,在临洮段下堡村（XBC）发现保存有全新世古洪水滞流沉积物的地层剖面并对该剖面进行系统采样,综合野外观测和室内理化数据分析确定为古洪水滞流沉积物。结合全新世地层对比、文化遗物分析和释光测年,确定这期古洪水事件发生在300~480 a BP左右,相当于我国"明清小冰期"气候转折阶段。利用ArcGIS耦合HEC-RAS模型,在获取河道水文参数条件下,恢复其洪峰流量介于4 865~6 700 m³·s^-1。保持水文参数不变,对河道糙率系数进行灵敏度测试,给定糙率±25%的变幅,结果误差在-9.12%~6.57%之间。依据2012年洪痕高程,采用HEC-RAS模型恢复其洪峰流量,与实测结果相比较误差仅为-2.9%,说明利用该模型得出的结果是比较可靠的。该研究成果有效延长了黄河上游洪水数据序列,这对于该流域内防洪减灾、水利工程建设和水资源开发利用等具有重要的参考价值。     

黄河中游吉县段全新世古洪水滞流沉积物光释光测年研究

通过对黄河中游河口镇-龙门段峡谷进行详细的野外考察,在多个地点发现了含有古洪水滞流沉积物的全新世地层剖面。对山西省临汾市吉县段冯家集剖面的古洪水滞流沉积物系统采样,进行了沉积学及年代学分析研究。野外观测和粒度成分分析表明冯家集剖面夹有5层典型的古洪水滞流沉积物,其性质为细沙质粉沙,具有水平层理,层与层之间被坡积石渣土分隔。该层系的顶界高出黄河平水位达18m。它们是特大洪水在高水位滞流情况之下的悬移质沉积物,客观地记录了全新世时期黄河中游一期5次特大古洪水事件。通过分离出125—2251~m石英颗粒,应用单片再生剂量法(sAR)测得其光释光年龄值,结合地层对比及各种气候替代性指标的分析,确定这些古洪水事件发生在3200~3000a B.P.之间,处于全新世中期大暖期向全新世晚期相对干旱期转折的阶段。这对应我国历史上的商末一西周初期,季风气候状态不稳定,黄河流域既有严重地干旱,又有特大洪水事件发生。本文的研究成果为深入揭示河流水文系统对于全球变化的响应规律提供了新的可靠证据。     

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。     

末次盛冰期和全新世大暖期毛乌素沙地的空间变化

沙漠/沙地边缘和内部的古风成沙层、砂质古土壤是重建晚第四纪以来地表变化的直接地质证据.位于我国北方半干旱区的毛乌素沙地,其地表过程对气候变化响应敏感.在对毛乌素沙地进行野外拉网式调查以及前人研究的基础上,我们在沙地南部和东部的沙漠-黄土过渡带发现了大量的埋藏古风成沙丘沉积,指示了干冷期沙漠扩张的最南、东界限;沙地内部广泛发育的砂质古土壤则表明在气候相对暖湿期地表植被生长,土壤发育,沙丘基本被固定.对14个典型风成沙/黄土/古土壤沉积剖面进行了光释光年代学样品的采集和测试,结合空间分析和他人研究结果,发现在末次盛冰期(约26 ～ 16ka),毛乌素沙地的流动沙丘向南、东扩张,扩张距离现代边界约30～ 50km,面积扩大至少约10000km2,占现代沙地面积的25％;在全新世大暖期(约9～5ka),毛乌素沙地大部分被固定,发育了较厚的砂质古土壤.研究结果揭示了毛乌素沙地的地表过程对末次盛冰期和全新世大暖期气候变化的直接响应.