渭河咸陽段全新世古洪水事件光釋光測年研究①

王恒松 黃春長 周亞利 龐獎(jiǎng)勵(lì) 査小春 顧洪亮

(1.陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院 西安 710062;2.黔東南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州凱里 556000)

渭河咸陽段全新世古洪水事件光釋光測年研究①

王恒松1,2黃春長1周亞利1龐獎(jiǎng)勵(lì)1査小春1顧洪亮1

(1.陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院 西安 710062;2.黔東南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院 貴州凱里 556000)

古洪水水文學(xué)研究是全球氣候變化研究的前沿課題,確定古洪水事件的年代是古洪水研究的重要內(nèi)容之一。對渭河流域進(jìn)行深入的野外考察,在中游咸陽段階地發(fā)現(xiàn)全新世黃土-古土壤層里夾有古洪水滯流沉積層,表明該地層記錄了古洪水事件發(fā)生的信息。在該剖面采集光釋光樣品,分離提取40～63μm石英顆粒成分,應(yīng)用單片再生劑量法(SAR)進(jìn)行紅外后藍(lán)光(Post-IR OSL)釋光測量,獲得了9個(gè)OSL年齡值。結(jié)果表明由古洪水滯流沉積層記錄的特大古洪水事件發(fā)生在3 200～2 800 a B.P。之間。結(jié)合沉積樣品系列的磁化率和粒度成分等氣候替代性指標(biāo)分析,揭示了在全新世中期向晚期轉(zhuǎn)折過渡時(shí)期,渭河流域處于氣候向干旱化發(fā)展的轉(zhuǎn)型期,氣候變化劇烈,大氣系統(tǒng)不穩(wěn)定,降水變率增大等,是導(dǎo)致特大洪水多發(fā)的主要原因。這也是渭河流域氣候水文系統(tǒng)對于全球性氣候惡化響應(yīng)的結(jié)果。

古洪水事件 光釋光測年 全新世 滯流沉積物 渭河

古洪水是指發(fā)生在歷史時(shí)期及其以前、沒有被人們觀察記錄到的洪水事件。特大古洪水發(fā)生的高分辨率年代數(shù)據(jù)的獲得一直是古洪水水文學(xué)、古氣候研究的瓶頸問題。而古洪水滯流沉積層(slackwater deposit,即SWD)是古洪水事件的理想載體之一,這些沉積物往往被保存在河流兩岸的階地或者回水灣等滯流地段。準(zhǔn)確解譯古洪水事件信息,需要對河流古洪水沉積物進(jìn)行精確的測年。古洪水沉積物的年齡問題,一般可以通過地層對比法、文化遺物斷代法、放射性14C和光釋光(optical stimulated luminescence,簡稱OSL)測年等方法來解決[1～4]。黃土地區(qū)全新世剖面當(dāng)中能用于14C測定年代的有機(jī)質(zhì)材料很少,多數(shù)沉積剖面也不含有文化遺物,而用于光釋光測年(OSL)的石英和長石等礦物材料很普遍,加之光釋光測年技術(shù)被廣泛地運(yùn)用于黃土、沙漠沙等風(fēng)成沉積物的測年[5]。葛本偉等通過單片再生劑量(SAR)釋光測年技術(shù)獲得古洪水所在地層層位的上覆、下伏黃土層年齡,間接推斷出古洪水事件發(fā)生的年代,并建立了涇河中游CJC剖面的古洪水事件年代框架[6]。近十幾年來有學(xué)者研究,將OSL測年技術(shù)直接對水成沉積物進(jìn)行測年[7～9],結(jié)果表明OSL年代較為接近沉積物的真實(shí)年齡[2]。但也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)水成沉積物中存在不完全曬退的現(xiàn)象[10～19],如何鑒別樣品曬退徹底與否是解決OSL測年技術(shù)在古洪水滯流沉積物應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。當(dāng)前人們關(guān)注的焦點(diǎn)是如何選用沉積物中曬退相對較好的顆粒進(jìn)行年齡計(jì)算,以期獲得較準(zhǔn)確的年代[15]。因此,本文試圖通過應(yīng)用OSL測年技術(shù)對渭河咸陽段南寺村剖面的古洪水滯流沉積物進(jìn)行光釋光斷代研究,探討OSL測年方法在古洪水事件測年方面的可行性,以便有效地建立渭河主流古洪水事件的年代框架。

1 研究區(qū)概況、剖面特征和樣品采集

渭河是黃河最大的支流,全長818 km,流域面積13.48萬km2。渭河流域?qū)儆诖箨懶约撅L(fēng)氣候,地處半干旱和半濕潤地區(qū),多年平均降水量為670 mm左右。降水變率大,多暴雨,且集中在7～10月,占年總量的60%以上,洪峰和沙峰皆集中該時(shí)間。渭河中游咸陽段河床比降小,河道寬淺,沙洲較多,水流分散,河道時(shí)有淤積。

通過對渭河中游咸陽段的野外深入考察,在南寺村階地發(fā)現(xiàn)有全新世黃土-古土壤剖面(圖1)。南寺村(NSC)剖面位于咸陽市附近的渭河北岸第一級(jí)階地,階地黃土覆蓋層頂面海拔394 m,大約高出渭河河床8 m。根據(jù)野外宏觀觀察,發(fā)現(xiàn)全新世黃土(L0)與古土壤層(S0)之間夾有一層水平層狀結(jié)構(gòu)的古洪水滯流沉積物,濁紅棕色,粘土質(zhì)地,緊實(shí)致密,具貝殼狀斷口,碎裂為棱角狀,具有水平或者波狀層理,并且向階地后緣方向逐漸尖滅[20]。在渭河中下游同類地貌單元的相應(yīng)高度,發(fā)現(xiàn)多處古洪水沉積層。通過野外觀察,根據(jù)其地層層位初步確定NSC剖面和CDC剖面以及沿線所發(fā)現(xiàn)的古洪水滯流沉積層為同一期古洪水事件的記錄。結(jié)合土壤學(xué)、地層學(xué)和沉積學(xué)特征分析,將NSC剖面詳細(xì)劃分如下:(1) 35～0 cm,表土層(TS);(2)95～35 cm,現(xiàn)代黃土層(L0);(3)110～95 cm,古洪水滯流沉積層(SWD); (4)175～110 cm,古土壤層(S0);(5)210～175 cm,過渡性黃土層(Lt);(6)?～210 cm,馬蘭黃土層(L1),未見底(圖2)。

圖1 渭河中下游水系和NSC剖面位置圖Fig.1 The study site of the NSC profile in themiddle reaches of the Weihe River

將地層剖面清理出新鮮的垂直面,在不同地層關(guān)鍵部位(圖1)用不銹鋼管水平打入,取出樣品后將兩端用鋁箔紙和黑色塑料袋密封,以防曝光和損失水分。在該剖面共采取9個(gè)光釋光測年樣品。同時(shí)以每5 cm間距自上而下采集沉積物樣品55個(gè),以便進(jìn)行粒度成分和磁化率測定。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 光釋光年齡的測量

2.1.1 樣品前處理

在實(shí)驗(yàn)室安全紅光下對樣品進(jìn)行前處理,將樣品不銹鋼管兩端2 cm左右的曝光部分削去,用鋁盒盛放,稱濕重,然后烘干稱干重,并計(jì)算出含水量,研磨后用來測U、Th、K的含量;將余下的未曝光部分用30%的H2O2和10%的HCL分別除去樣品中的有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽類物質(zhì)[21,22],并用蒸餾水沖洗至中性,然后分離出不同的粒級(jí),選擇40～63μm的粒級(jí)組分作為本次測年材料,37℃恒溫烘干后,取適量用氟硅酸浸蝕15天,再用20%氫氟酸溶液刻蝕40分鐘以溶蝕長石組分,并用鹽酸清洗樣品以去掉其中的氟化物。樣品烘干后過篩,確保所選石英的粒徑范圍在40～63μm之間,并通過 IR檢測石英顆粒的純度[23]。把提純的石英顆粒用硅膠單層粘貼在直徑為9.8 mm的鋁片中間5 mm的區(qū)域內(nèi)供儀器測量。

2.1.2 等效劑量(De)的測定

每個(gè)樣品各制備12個(gè)樣片,所有樣品的等效劑量測量步驟按照單片再生劑量法(SAR)[24,25],在 RisφTL/OSL DA-15型自動(dòng)測量儀上進(jìn)行。采用紅外后藍(lán)光激發(fā),激發(fā)光源為紅外發(fā)光(830 nm)和藍(lán)光(470±17 nm)。光釋光信號(hào)由EMI9235QB15光電倍增管測量,探測濾光片為U-340,β輻射源為90Sr/90Y,輻照劑量率為0.10475 Gy/s。

圖2 渭河中游NSC剖面全新世地層劃分、光釋光測年樣品分布、磁化率和沙級(jí)成分含量曲線圖Fig.2 Stratigraphic subdivision,OSL samples,magnetic susceptibility and content of sand-sized particle in the NSC profile in themiddle reaches of the Weihe River

表1 渭河中游NSC剖面光釋光測年結(jié)果Table1 The OSL dating results in the NSC profile in them idd le reaches of theW eihe River

把制備好的樣片在特定的溫度下預(yù)熱10 s,預(yù)熱溫度控制在160～300℃之間,在60℃下用IRSL激發(fā)100 s,再用BLSL在125℃下激發(fā)40 s,測量樣品的自然釋光信號(hào)(L0);然后給同一張樣片上輻照一個(gè)檢驗(yàn)劑量Dt,然后加熱到160℃,快速冷卻至60℃,用IRSL激發(fā)100 s,再加熱到160℃,冷卻至125℃時(shí)再用BLSL激發(fā)40 s,測量由檢驗(yàn)劑量產(chǎn)生的釋光信號(hào)強(qiáng)度(T0),所測的L0/T0的比值即是感量校正后的自然釋光強(qiáng)度;然后輻照再生劑量Di(i=1,2,…, 5),重復(fù)上面的方法和步驟。釋光信號(hào)采用前0.8 s減去后4 s內(nèi)的五分之一的積分值,自然釋光信號(hào)快速衰退到本底值(圖3內(nèi)插圖),說明光釋光信號(hào)以快速組分為主[26,27],可以保證釋光數(shù)據(jù)的可靠性。將經(jīng)過靈敏度校正后的自然光釋光信號(hào)(Ln/Tn)與再生劑量及其釋光強(qiáng)度(Lx/Tx)對比建立生長曲線,用校正后的自然釋光強(qiáng)度值在該曲線上內(nèi)插,得到測量單片的等效劑量(De)(圖3中虛線與X軸相交的點(diǎn)的數(shù)據(jù))。樣品的OSL年齡據(jù)Aitken[28]提供的方法以及采用軟件AGE.exe[29]計(jì)算得到,其等效劑量、年劑量及光釋光年齡測試結(jié)果見表1。

圖3 樣片NSC-4和NSC-8釋光生長曲線(內(nèi)插圖為光釋光衰減曲線)Fig.3 OSL growth curves of NSC-4 and NSC-8 samples

2.1.3 年劑量的測定

本文的鈾、釷和鉀含量是在中國原子能研究院通過中子活化法得到的。原則上含水量采用樣品埋藏時(shí)期的平均含水量,但地質(zhì)時(shí)期的含水量無法獲得,一般情況根據(jù)地貌部位及采集時(shí)的含水量綜合分析來確定。現(xiàn)在的測量值并未能代表當(dāng)時(shí)的真實(shí)值,故樣品的水分含量采用采集時(shí)測量所得數(shù)據(jù),并按照一定的誤差率校正含水量[30～32]。關(guān)于α射線對40～ 63μm石英顆粒的輻射效率系數(shù)值,根據(jù)前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果取η=0.035[33,34]。最后,根據(jù)相關(guān)轉(zhuǎn)換參數(shù)[34,35]求出樣品的環(huán)境劑量率(表1)。

2.2 磁化率和粒度測量

磁化率采用英國Bartington公司生產(chǎn)的MS-2型磁化率儀測量樣品的磁化率值,每個(gè)樣品測定3次,取其平均值。樣品的粒度采用英國Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer-S型激光粒度儀進(jìn)行測定。測量前先用10%的H2O2和10%的HCl除去樣品中的有機(jī)質(zhì)和碳酸鈣成分,然后上機(jī)重復(fù)測量3次,取其平均值為最后測量結(jié)果。

3 測試結(jié)果

3.1 熱轉(zhuǎn)移效應(yīng)和劑量恢復(fù)試驗(yàn)

對樣品進(jìn)行等效劑量(De)測定時(shí),在預(yù)熱過程中常會(huì)發(fā)生熱轉(zhuǎn)移,使釋光信號(hào)增強(qiáng),影響De值。為此,本研究選取一個(gè)SWD樣品NSC-4(代表較年輕的樣品)和一個(gè)黃土樣品NSC-8(代表較老的樣品)進(jìn)行從160℃到300℃之間以20℃間隔,預(yù)熱10 s的預(yù)熱坪區(qū)檢驗(yàn)與劑量恢復(fù)試驗(yàn)。樣品NSC-4和NSC-8在200～260℃之間等效劑量沒有隨溫度升高而增大,出現(xiàn)明顯的坪區(qū)(圖4)。在此條件下做了熱轉(zhuǎn)移效應(yīng)及劑量恢復(fù)試驗(yàn),在對樣品NSC-4和NSC-8進(jìn)行多次預(yù)熱和激發(fā)試驗(yàn),NSC-4和NSC-8因熱轉(zhuǎn)移生成的等效劑量值分別為0.05 Gy和0.12 Gy,相當(dāng)于原始劑量的0.7%和0.5%,熱轉(zhuǎn)移效應(yīng)對等效劑量影響非常小,均在允許的誤差范圍之內(nèi)。對樣品NSC-4和NSC-8進(jìn)行等效劑量的恢復(fù)試驗(yàn)過程[22]是各取一組6個(gè)樣片,在中午強(qiáng)烈的太陽光下暴曬30 min,使其自然釋光信號(hào)完全曬褪,然后用β源輻照一個(gè)人工劑量,該劑量相當(dāng)于樣品的埋藏古劑量,相應(yīng)的釋光信號(hào)相當(dāng)于自然釋光信號(hào),然后按照上述的單片再生劑量法測量其等效劑量(圖4)。在劑量恢復(fù)試驗(yàn)中,附加給NSC-4和NSC-8的劑量分別為11.05 Gy和38.24 Gy,恢復(fù)得到的等效劑量分別為11.17 Gy和38.36 Gy,與所給劑量比較僅相差0.72%和0.31%(圖5)。恢復(fù)系數(shù)(Recycling ratio)的變化范圍在0.95～1.10之間,表明測試過程對樣品的感量變化得到了很好的校正。因此,在本實(shí)驗(yàn)中,選擇預(yù)熱溫度為260℃,cut heat 220℃,在此條件下進(jìn)行De值的測量。

3.2 影響因子分析

影響等效劑量的原因之一是樣品在埋藏之前是否曬退徹底,只有曬退較徹底的單片測出的等效劑量,比較接近樣品的埋藏古劑量,由此計(jì)算的年齡比較接近樣品的埋藏年齡,對于水成沉積物還可能存在曬退不均一的問題.hang等的研究認(rèn)為可以通過不同測量單片的De值與靈敏度校正后的自然釋光強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系來判斷樣品的曬退程度[10],同時(shí)還可通過樣品的De值分布來體現(xiàn)樣品最后一次被埋藏之前的曝光程度。通過對De頻率分布圖(圖6)和De值與靈敏度校正后的自然釋光強(qiáng)度之間的相關(guān)性(圖7)分析,發(fā)現(xiàn)De值呈單峰近似正態(tài)分布,說明這些樣片是曬退良好的沉積顆粒,恢復(fù)系數(shù)介于0.95 ～1.10之間,故本文選擇相對曬退較徹底的樣片的De值,計(jì)算了De的平均值,而舍去那些異常值如圖6中的斜線柱圖。

圖4 樣片NSC-4和NSC-8預(yù)熱溫度對等效劑量的坪區(qū)Fig.4 Preheat temperature and equivalent dose of NSC-4 and NSC-8 samples

圖5 樣片NSC-4和NSC-8的劑量恢復(fù)實(shí)驗(yàn)Fig.5 Dose recovery experiments of NSC-4 and NSC-8 samples

引起環(huán)境劑量率誤差主要是樣品里的放射性核素U、Th和它們的衰變子體以及K的含量,分析發(fā)現(xiàn)U系元素可能存在向上富集的現(xiàn)象。圖6、7顯示,樣品NSC-4和NSC-8的De值離散性相對較大,可能是放射性元素在樣品中不均勻分布或樣品曬退不徹底引起的。

3.3 OSL年代數(shù)據(jù)分析

圖6 樣片NSC-4和NSC-8的等效劑量頻率分布圖實(shí)心柱代表參與計(jì)算D e值,斜線柱代表計(jì)算平均D e舍去的值Fig.6 Distribution frequency of equivalent dose of NSC-4 and NSC-8 samples

為了驗(yàn)證測量結(jié)果的可靠性,進(jìn)一步分析圖3可知,NSC剖面樣品的De值是采用中顆粒40～63μm單片再生劑量法獲得的,樣品的光釋光生長曲線呈良好的線性增長且未達(dá)到飽和。該批樣品應(yīng)用Post-IR技術(shù)測定時(shí),被藍(lán)光充分曬退和β源輻照后未發(fā)生明顯的感量變化。從圖4可知樣品NSC-4和NSC-8有較寬泛而平直的等效劑量坪區(qū)說明所選擇的preheat溫度比較合適測試,表明De值測定的可靠性。在圖6的De頻率分布圖,樣品NSC-4和NSC-8都比較集中,說明樣品曬退比較均以徹底,De值的選擇是合理的,由此選取的De值計(jì)算得到的OSL年齡結(jié)果完全可信。渭河咸陽南寺村剖面的9個(gè)樣品基本上控制了該剖面的關(guān)鍵層位,獲得的OSL年齡數(shù)值隨深度增加而增大(圖8)。所測剖面的OSL年齡范圍在(1 490±80)～(14 040±1 090)a之間,數(shù)據(jù)誤差在5%～10%之間。可知南寺村剖面包含了整個(gè)全新世地層和部分晚更新世地層。

圖7 樣片NSC-4和NSC-8等效劑量相對于感量校正后的自然釋光信號(hào)的離散圖黑三角符號(hào)代表計(jì)算D e的有效值,空心方格符號(hào)代表舍去的D e值Fig.7 Equivalent dose relative to scatter grams of natural luminescence signal after correction of the sense of NSC-4 and NSC-8 samples

圖8 渭河中游NSC剖面OSL年齡與深度關(guān)系圖Fig.8 The relations between OSL age and the depth in the NSC profile in themiddle reaches of theWeihe River

從圖8可以發(fā)現(xiàn),渭河咸陽NSC剖面的9個(gè)樣品分為三個(gè)區(qū)段,NSC-1、NSC-2和NSC-3組成第一區(qū)段,為全新世晚期風(fēng)成黃土堆積物,年齡在3 100～ 1 500 a B.P。左右;第二區(qū)段由NSC-4、NSC-5、NSC-6和NSCV7組成,為全新世地層,該段又可細(xì)分為2個(gè)次級(jí)段,其中次級(jí)一段NSC-4、NSCV5是古洪水滯流沉積層的年齡,代表古洪水事件發(fā)生的年代,年齡介于3 200～2 800 a B.P。之間,雖然有一個(gè)數(shù)值出現(xiàn)倒置現(xiàn)象,但考慮數(shù)據(jù)有10%左右的誤差,該值還是可信的.SC-6、NSCV7組成的次級(jí)二段為古土壤層的生成年齡,在8 500～3 200 a B.P。之間.SC-8、NSC-9組成第三區(qū)段,處于馬蘭黃土層頂部的年齡,屬于晚更新世沉積層。咸陽NSC剖面的這組年齡值與黃春長教授對渭河流域黃土-古土壤剖面所劃分的地層年代框架基本一致[1],也進(jìn)一步證明了我們測量的OSL年齡是可靠的。

4 古洪水事件與氣候變化

粒度成分和磁化率是中國黃土與氣候變化研究中應(yīng)用比較成熟的替代指標(biāo)[36～38],同時(shí)將該指標(biāo)用于鑒別古洪水滯流沉積層特征已然成熟[20,39]。對比渭河咸陽NSC剖面的磁化率和粒度指標(biāo)(圖2),表明全新世古土壤層(S0)磁化率為剖面最高值,均值達(dá)133.62 X10-8m3kg-1,但在現(xiàn)代黃土層(L0)之下、古土壤(S0)頂部出現(xiàn)一個(gè)相對的低谷值,同時(shí)與之對應(yīng)的>0.05 mm沙級(jí)顆粒曲線在此處突變?yōu)橐粋€(gè)小峰值,在此形成一個(gè)特殊層位。結(jié)合野外宏觀沉積學(xué)特征綜合分析,可以確定該層即是古洪水滯流沉積層,清楚的記錄了發(fā)生在全新世時(shí)期的古洪水事件,也反映出渭河流域一萬多年來全新世氣候波動(dòng)變化特征。

記錄該期古洪水事件的渭河咸陽段全新世NSC剖面,其地層結(jié)構(gòu)可與渭河流域內(nèi)的漆水河谷HXZ剖面進(jìn)行對比[40]。古洪水滯流沉積層被夾在全新世現(xiàn)代黃土層(L0)與古土壤層(S0)之間,表明該期古洪水事件發(fā)生在全新世中期(8 500～3 100 a B.P。)與晚期(3 100～0 a B.P。)轉(zhuǎn)折過渡時(shí)期的某一時(shí)間段。采取于S0的頂界樣品NSC-6的年齡為3 160± 150 a,基本界定了古洪水事件發(fā)生的上限年齡;樣品NSC-5處于古洪水層中間,年齡為2 850±260 a; NSC-4取自古洪水滯流沉積層頂界,年齡為3 080± 190 a,應(yīng)該是界定洪水發(fā)生的下限年齡,但與其下伏地層NSC-5的年齡出現(xiàn)倒置,可能為誤差所致,其真實(shí)的年齡應(yīng)該小于NSC-5,考慮到測量誤差,我們基本可以確定NSC剖面記錄的全新世渭河古洪水事件發(fā)生的年代范圍在3 200～2 800 a B.P。之間。這與渭河上游的GCZ剖面、漆水河HXZ剖面和北洛河LMC剖面等[40～43]所記錄的古洪水事件年代完全對應(yīng),表明渭河流域在此時(shí)間段內(nèi)普遍地發(fā)生了古洪水事件。通過在渭河上游古水文學(xué)恢復(fù)計(jì)算,該期古洪水事件洪峰流量介于22 560～25 960 m3/s之間[41]。沿渭河主流進(jìn)一步深入考察,在渭河咸陽NSC剖面和寶雞GCZ剖面更高處再未發(fā)現(xiàn)古洪水滯流沉積層記錄,故可以斷定渭河3 200～2 800 a B.P。之間古洪水是全新世以來最大的洪水事件。

在半干旱半濕潤地區(qū)的河流,特大洪水事件一般發(fā)生在區(qū)域和全球氣候不穩(wěn)定或劇烈波動(dòng)的時(shí)期。全新世中期8 500～3 100 a B.P。,為全球性的溫暖濕潤期,氣候系統(tǒng)相對比較穩(wěn)定,特大洪水發(fā)生機(jī)率小。當(dāng)時(shí)的中國黃土高原南部及渭河流域,水土資源條件優(yōu)越,先后發(fā)展了大地灣文化、仰韶文化、龍山文化和夏商文化。到了3 100 a B.P。前后,東亞季風(fēng)格局突變,使西北季風(fēng)勢力增強(qiáng),季風(fēng)氣候向著干旱化發(fā)展,氣候系統(tǒng)不穩(wěn)定,處于頻發(fā)波動(dòng)變化的異常時(shí)期,造成渭河流域的洪水和干旱事件,導(dǎo)致環(huán)境惡化,使水土生物資源退化[44]。渭河流域發(fā)生在3 200～2 800 a B.P。之間的特大古洪水事件,出現(xiàn)在全球范圍氣候波動(dòng)轉(zhuǎn)折期,格陵蘭Summit地點(diǎn)冰芯GISP2的年代系列也記錄了這個(gè)時(shí)期氣候的惡化轉(zhuǎn)折[45]。除了黃河流域以外,在我國南部的長江流域也發(fā)現(xiàn)了環(huán)境惡化的記錄[46]。我國古代商周文化的轉(zhuǎn)折也恰恰發(fā)生在這個(gè)全球氣候惡化轉(zhuǎn)折、洪水和干旱災(zāi)害頻繁發(fā)生的時(shí)期。

5 結(jié)論

在全新世環(huán)境變遷以及氣候水文事件高分辨率研究當(dāng)中,測年斷代是一個(gè)關(guān)鍵性研究內(nèi)容。通過野外考察,我們在渭河咸陽段NSC剖面的全新世黃土-古土壤層發(fā)現(xiàn)古洪水滯流沉積層。為了揭示該剖面記錄的環(huán)境變化和事件,系統(tǒng)地進(jìn)行了采樣和實(shí)驗(yàn)研究。應(yīng)用單片再生劑量法對NSC剖面沉積物進(jìn)行OSL測年研究,獲得了9個(gè)樣品的OSL年齡值。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合流域地層與氣候變化對比,建立了渭河古洪水事件的年代框架,確定渭河在3 200～ 2 800 a B.P。之間出現(xiàn)一個(gè)特大古洪水事件的多發(fā)期。

根據(jù)磁化率和粒度成分等氣候代用指標(biāo)分析,揭示出NSC剖面在3 100 a B.P。前后磁化率值突然降低,風(fēng)成沉積物顆粒成分逐漸變粗,其中>0.05 mm沙級(jí)顆粒曲線開始升高。這些表明受全球氣候變化影響,東亞季風(fēng)格局發(fā)生突變,西北季風(fēng)增強(qiáng),沙塵暴堆積加速。也就是說,渭河在3 200～2 800 a B.P。之間出現(xiàn)的特大古洪水事件多發(fā)期,與氣候轉(zhuǎn)折密切相關(guān)。

在半干旱半濕潤地區(qū),特大古洪水事件一般發(fā)生在區(qū)域和全球氣候不穩(wěn)定或劇烈波動(dòng)的時(shí)期。全新世中期氣候溫暖濕潤相對穩(wěn)定,特大洪水發(fā)生頻率小,但在3 100 a B.P。前后的氣候轉(zhuǎn)折期,東亞季風(fēng)格局可能發(fā)生突變,氣候波動(dòng)劇烈,大氣系統(tǒng)不穩(wěn)定,降水變率大,降水量年內(nèi)分配不均,洪水和干旱事件均有發(fā)生。這表明渭河咸陽NSC剖面記錄的發(fā)生在3 200～2 800 a B.P。之間的古洪水事件是流域水文過程對于全球性氣候變化的響應(yīng)。

致謝 野外采樣和實(shí)驗(yàn)測試得到趙梅、楊凌同學(xué)的熱情幫助,兩位匿名審稿專家和編輯部提出了有益建議,在此一并致謝。

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OSL Dating of the Palaeoflood Events in the M iddle Reaches of the W eihe River

WANG Heng-song1,2HUANG Chun-chang1ZHOU Ya-li1PANG Jiang-li1ZHA Xiao-chun1GU Hong-liang1
(1.College of Tourism and Environmental Sciences,Shaanxi Normal University,Xi'an 710062; 2.College of Ethnic M inority Profession Technology,Southeast Guizhou,Kaili,Guizhou 556000)

Through deeply field survey,a Holocene loess-soil profile with interbedded flood slackwater deposits (SWD)was found in Xianyang of themiddle reaches of the Weihe River,which recorded the information of palaeoflood events.In order to achieve OSL ages,9 luminescence samples were collected and post-IR OSL measurements were used with single-aliquot regenerative-dose(SAR)protocol.Grain-size distribution and magnetic susceptibility were also analysed so as to research the occurrence and cause of palaeoflood.The result shows that the fast component is dominant in OSL signals of quartz grains(40～63μm),which is suitale for post-IR OSLmeasurements.For all datingmeasurements,preheat temperature of each natural or regenerated dose of young samples and older samples were 260℃ and 240℃,respectively;and the cutheatwas set to 220℃.SL ages increaseswith depth and conform to layer where were collected except individual ages underestimated.

At the NSC site,the layer of flood slackwater deposits(SWD)with horizontal bedding、silty clay-like and sallow colour,was in the depth of 95～110 cm,which has typical characteristic of SWD.This flood deposit involve 3 flood depositional layers,indicate of at least3 palaeoflood evevts occured.The average of low-frequencymagnetic susceptibility of paleosoilwas 133.62 10-8m3.g-1,was the highest in this profile,while the value of SWD layer was 113.68 10-8m3.g-1which wasmuch higher than Malan loess,but lower in paleosoil layer.Grain-size distribution of SWD layer was dominated by silt,the contentof siltwas59.43%and clay was38.107%,the content of sand(>0.05 mm)was the least thatwas 3.32%.he curve of sand(>0.05 mm)in the SWD layer present a small peak.The dating results show that the extreme palaeofloods occurred 3.0～3.2 ka.According to the analysis of all the result,extraordinary floods occurred 3 200～3 000 a B.P.in the Weihe river,the period of flood occurred frequently.Three flood depositional layers indicates that each of the slackwater deposit beds has recorded one individual flood event.So the Weihe river chronological framework of palaeoflood were established.This study shows that the Weihe river in transform period from rainy to dry;the highly variable,unstable and catastrophic climatewas the cause of extreme palaeofloods occurrence。

palaeoflood slackwater;OSL dating;Holocene;palaeoflood slackwater deposits;Weihe River

王恒松 男 1967年出生 副教授 博士研究生 自然地理學(xué) E-mail:wanghengsong796@163.om

黃春長 E-mail:cchuang@sunn.edu.cn

P331

A

1000-0550(2012)02-0346-10

①國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào):41030637,40930103),教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(編號(hào):20110202130002),中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金(編號(hào):GK200902020)資助。

2011-01-20;收修改稿日期:2011-04-21