王江月

(曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，山東 日照 276800)

古洪水滯留沉積物(Slack-water Deposit，SWD)是古洪水時(shí)期，溢出主河槽的洪水?dāng)y帶的懸浮物質(zhì)，由于水流速度的降低而保留于河漫灘、河流階地等平緩坡地的沉積物[1-3]。沂河、沭河兩岸分布著較大面積的沙帶，1993—1996年，山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘査院進(jìn)行了臨沂等四幅1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，將分布在河流階地的沙帶劃為寒亭組注山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，《中華人民共和國(guó)1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》臨沂幅、板泉幅，1998年。。寒亭組為近代風(fēng)成相堆積，巖性為黃白色中細(xì)砂、粉砂，分選好，第四紀(jì)風(fēng)沙相沉積物，與下伏臨沂組整合接觸。但隨著更加全面的研究發(fā)現(xiàn)，沂河中、上游北寨剖面保留有全新世時(shí)期(3kaBP，4kaBP)兩期古洪水沉積物[4-5]，蔡家村剖面保留有晚全新世時(shí)期四期(0.22±0.02～2.83±0.26kaBP)沉積物等[5]，說(shuō)明沂河、沭河對(duì)全新世復(fù)雜多端氣候變化的響應(yīng)。結(jié)合對(duì)研究區(qū)沙帶展布形態(tài)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查以及沉積物測(cè)年技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)該流域沙帶的成因有了更為準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。同時(shí)也為沂沭流域古氣候恢復(fù)提供更為科學(xué)的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于臨沂市西南部，屬沂河、沭河河谷中游地區(qū)。為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干旱，年降水量約為850mm，集中于七八月份[6]。在全新世時(shí)，氣候變化較為頻繁，早、中期約4000a前后該區(qū)域湖泊消亡，河流開始發(fā)育。

研究區(qū)位于山東省中南部(圖1a)，沂沭河沿岸沙帶(圖1b)主要由兩處組成，一處分布在臨沂西南羅莊區(qū)南茶棚村沂河一級(jí)階地，沿河西岸分布，由上下兩部分組成。上部沙帶(Y2)南北長(zhǎng)約為6700m，東西寬約為1700m。下部沙帶(Y1)南北長(zhǎng)約為5600m，東西寬約為1500m。另一處分布于臨沂市河?xùn)|區(qū)東南部重溝鎮(zhèn)沭河一級(jí)河流階地前緣，沿河?xùn)|岸分布。上部沙帶(S2)南北長(zhǎng)約為4700m，東西寬約為1200m。下部沙帶(S1)南北最寬約為3300m，東西最寬約為1100m。沙帶覆蓋于河流轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)的河漫灘及河流階地上，主要由粉細(xì)砂組成，淺棕黃色，顆粒較細(xì)，并廣泛發(fā)育水平層理。

a—研究區(qū)位置；b—沂河、沭河沿岸沙帶分布及采樣位置圖1 沂河、沭河沿岸沙帶分布及采樣位置圖

2 沙帶成因分析

以往的資料中，該區(qū)域沙帶被認(rèn)定為因季風(fēng)吹揚(yáng)作用形成的風(fēng)沙沉積[7]，經(jīng)過(guò)調(diào)查與研究，認(rèn)為該區(qū)沙帶屬于古洪水沉積作用而成。

(1)分布在沭河?xùn)|岸的沙帶，若是該區(qū)盛行的冬季西北季風(fēng)吹揚(yáng)作用形成，尚可以存在動(dòng)力來(lái)源上的解釋，但僅僅相隔12km的沂河沙帶，并未分布在沂河?xùn)|岸，而是分布在沂河西岸，若同為冬季西北季風(fēng)所為，勢(shì)必分布在河流的東岸而非西岸，因此使用西北季風(fēng)的吹揚(yáng)作用解釋成因，就存在風(fēng)向的動(dòng)力來(lái)源問(wèn)題，故此導(dǎo)致兩處沙帶風(fēng)向動(dòng)力來(lái)源上的矛盾。

(2)兩處沙帶雖然分布在河流的不同岸，一處在西岸，一處在東岸，但均分布在河流轉(zhuǎn)彎的內(nèi)側(cè)，洪水期間河流在轉(zhuǎn)彎處強(qiáng)有力的側(cè)蝕作用對(duì)河床的沖積侵蝕，有利于洪水細(xì)粒沉積物的泛起。在沙帶中間的細(xì)腰部位，其對(duì)應(yīng)河段的側(cè)蝕作用存在明顯的減弱趨勢(shì)，從而顯示出沙帶的沉積與河流轉(zhuǎn)彎，以及動(dòng)力之間的內(nèi)在關(guān)系。

(3)古洪水滯留沉積物(Slack-water Deposit，SWD)具有流水沉積的層理，受到當(dāng)?shù)匚⒌孛灿绊懀@些層理會(huì)表現(xiàn)為近水平狀、傾斜狀、波浪狀等[1]。由于沙帶分布在河流岸邊平坦的階地之上，因此沙帶中廣泛發(fā)育大型泥質(zhì)(含植物殘片)水平層理(圖2a)，與微型平緩波紋(圖2b)，這些穩(wěn)定水流狀態(tài)下的物質(zhì)分選與波浪紋理，充分顯示了水沉積的特征。

a—大型水平層理；b—微細(xì)波浪紋理特征圖2 沙帶中水平層理與微細(xì)波浪紋理特征

洪水沿古河道下流時(shí)，在河流的轉(zhuǎn)彎處，由于橫向環(huán)流作用，表現(xiàn)出河流的側(cè)蝕作用。洪水從上游帶來(lái)的泥沙以及側(cè)蝕作用從對(duì)岸侵蝕來(lái)的泥沙，在環(huán)流作用下堆積在河流轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)平坦的河漫灘及階地的前緣部位。洪水沉積物粒度受水動(dòng)力條件以及洪水強(qiáng)度、沉積坡地高度的影響[5]。由于研究區(qū)位于沂沭河中下游，河流流速較小，洪水中自身攜帶及從對(duì)岸侵蝕而來(lái)的等粒度小、體重輕的粉細(xì)沙，被環(huán)流攜帶至平坦的河岸階地沉積下來(lái)，其中含有植物莖葉碎屑的泥質(zhì)成分分選沉淀形成水平層理。

從沙帶的分布位置、層理等特征分析，表明沙帶具有古洪水滯留沉積物的普遍特征，故此，進(jìn)一步確定古洪水的發(fā)生時(shí)間則顯得尤為必要。

3 樣品采集、處理與測(cè)試

確定古洪水發(fā)生時(shí)間，通常采用的方法為光釋光測(cè)年(OSL，Optical Stimulated Luminescence)、14C測(cè)年等，該次研究選用了OSL測(cè)年技術(shù)。OSL信號(hào)是光激發(fā)晶體自最后一次埋藏所積存的電離輻射并讓其釋放[8]。該次取樣地點(diǎn)選在重溝鎮(zhèn)沭河?xùn)|岸沙帶。順河流流動(dòng)方向，SH01-1，SH01-2取樣點(diǎn)位于下游的S1沙帶，SH02-1，SH02-2取樣點(diǎn)位于上游的S2沙帶部分(圖1、表1)。

取樣使用長(zhǎng)50cm，直徑為5cm的不銹鋼圓管，用紙和膠帶將一端封閉。先在沙帶平坦處挖掘深度超過(guò)0.5m的坑穴，避免后期人為擾動(dòng)，再在坑穴中進(jìn)行取樣。將鋼管的開口一端砸入沙帶后，連帶其中的沙粒一同取出，再用遮光紙和膠帶封閉開口端，杜絕外界光線干擾。

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)去除圓管兩端受光影響部分，采用中間部分進(jìn)行測(cè)試。

在中間段取一部分樣品進(jìn)行含水量測(cè)定及樣品中U，Th，K含量分析。對(duì)樣品用鹽酸、雙氧水等試劑進(jìn)行預(yù)處理后，使用美國(guó)Daybreak公司生產(chǎn)的Daybreak2000型釋光測(cè)量?jī)x測(cè)定樣品的等效劑量(De)。使用重量法對(duì)原樣的含水量進(jìn)行測(cè)定，對(duì)完成測(cè)定的樣品進(jìn)行粉碎研磨后，使用等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定U，Th的含量，使用等離子體光譜儀測(cè)定K的含量。利用上述參數(shù)可計(jì)算出樣品的環(huán)境劑量率(D)。使用樣品的等效劑量(De)與環(huán)境劑量率(D)，可計(jì)算出樣品的光釋光(OSL)年齡[9-10]。

4 測(cè)年結(jié)果

光釋光測(cè)年數(shù)據(jù)顯示：沂河、沭河河岸沙帶的形成時(shí)間，上游部分(S2沙帶)為0.8kaBP，下游部分(S2沙帶)為(1.2±0.1)kaBP，代表了兩次歷史古洪水的形成時(shí)間，河流沿岸的沙帶則分別為0.8ka與1.2ka兩次歷史古洪水時(shí)期的滯留沉積物(表1)。

表1 光釋光樣品位置及測(cè)試結(jié)果

測(cè)試單位：國(guó)土資源部海洋地質(zhì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中心

測(cè)年結(jié)果顯示，兩處沙帶的年齡分別為0.8kaBP，(1.2±0.1)kaBP。對(duì)應(yīng)中國(guó)朝代大致在唐宋時(shí)期。大批學(xué)者對(duì)近2000a中國(guó)氣候進(jìn)行了詳細(xì)的研究，使用地方志等歷史文獻(xiàn)與樹輪、冰芯等代用資料對(duì)古氣候進(jìn)行恢復(fù)。葛全勝等[11]將該過(guò)去2000a劃分為4個(gè)暖期與冷期，唐宋時(shí)期大部分位于暖期。竺可楨先生在《中國(guó)近五千年來(lái)氣候變遷的初步研究》中對(duì)宋朝氣候變化進(jìn)行了詳盡的描述，在兩宋王朝存續(xù)的300余年間，處于一個(gè)由“溫暖期”至“寒冷期”，再到“溫暖期”的往復(fù)交替過(guò)程[12]。氣候變化頻繁復(fù)雜，加之人為開發(fā)活動(dòng)等人為因素的影響，旱澇災(zāi)害在自然災(zāi)害中占有非常大的比例[13]。陳國(guó)生在《唐朝自然災(zāi)害初步調(diào)查》中，對(duì)有記載的水災(zāi)按照開元十五道進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在唐朝時(shí)期今山東省位于的河南道，記載發(fā)生75次水災(zāi)，占全國(guó)的31.25%，位居全國(guó)第一。同時(shí)澇災(zāi)也是唐朝主要的自然災(zāi)害，據(jù)統(tǒng)計(jì)共有214次[14]。

南宋時(shí)期，據(jù)史料記載，近似時(shí)期的1297年，全國(guó)大水災(zāi)，河決汴梁等多處，河南、江蘇、江西、湖南、浙江等地大水。水災(zāi)北面至大都，遼陽(yáng)、沈陽(yáng)等地；距今1.2ka為唐朝時(shí)期，近似時(shí)期水災(zāi)泛濫，其中不乏死亡在萬(wàn)人以上的特大災(zāi)害[15]?！短茣分杏涊d“開元十四年(公元726年，距今1290年)，天下州五十水，河南、河北尤甚。河及支川皆溢”，“貞元八年(公元792年，距今1220年)，六月，淮水溢沒泗州城；秋，自江、淮及荊、襄、陳、宋至于河朔州四十余，大水害稼，溺死二萬(wàn)余人，漂沒城郭廬舍無(wú)數(shù)[16]?！边@些文獻(xiàn)記載的洪水發(fā)生時(shí)間，與本次研究獲得的測(cè)年結(jié)果具有近似性。

除了歷史記錄之外，根據(jù)姚檀棟等[17]對(duì)于古里雅冰芯記錄的氧同位素演化曲線顯示(圖3)，結(jié)合王超[5]對(duì)該流域河流階地蔡家村剖面古洪水研究獲得的測(cè)年數(shù)值(圖3)[5]，顯示出近2ka以來(lái)的四期歷史古洪水與氣候的對(duì)應(yīng)關(guān)系。1.2ka洪水滯留物對(duì)應(yīng)于H4洪水階段，0.8ka洪水滯留物的年齡由于誤差較大只能參考，鑒于與古里雅冰芯演化曲線的耦合關(guān)系，分析0.8ka滯留物的形成時(shí)間應(yīng)在H3洪水階段，即在0.9～1.0ka之間的時(shí)間段，這與前述歷史洪水記述相吻合，具體形成時(shí)間將在接下來(lái)的研究中進(jìn)一步探索。

a—年齡數(shù)據(jù)及誤差；b—古里雅冰芯氧同位素演化曲線圖3 沂河、沭河流域洪積物測(cè)年數(shù)值與古里雅冰芯2ka以來(lái)氧同位素演化曲線關(guān)系圖

5 討論與結(jié)論

根據(jù)沙帶在河岸分布的范圍可估得兩次洪水的規(guī)模之大，但是由于在研究調(diào)查中數(shù)據(jù)采集較少，缺少技術(shù)支持，無(wú)法更深一步對(duì)兩次洪水的規(guī)模進(jìn)行定量的模擬計(jì)算。唐宋時(shí)期近2000a的氣候變化屬于暖期，如今全球氣候有著變暖的趨勢(shì)，對(duì)唐宋暖期的進(jìn)一步研究，對(duì)現(xiàn)在人類所面臨的氣候變暖問(wèn)題有著重要意義。

(1)綜合歷史文獻(xiàn)記載、前人研究與本次野外調(diào)查及測(cè)年結(jié)果，結(jié)合河道形態(tài)與沙帶沉積物層理特征，確認(rèn)沂沭河河岸沙帶成因?yàn)楣藕樗臏舫练e物。

(2)對(duì)沙帶初步進(jìn)行的光釋光測(cè)年研究結(jié)果顯示，沙帶主要是由是0.8ka與1.2ka兩次古洪水滯留沉積物(SWD)組成。據(jù)此，以往將該類型沿岸沙帶(寒亭組)的成因定為風(fēng)成，值得商榷。

(3)查閱有關(guān)唐宋時(shí)期氣候變化以及自然災(zāi)害的相應(yīng)文獻(xiàn)與數(shù)據(jù)，唐宋時(shí)期自然災(zāi)害頻發(fā)，并且水災(zāi)是這個(gè)時(shí)期主要的自然災(zāi)害。測(cè)年所得洪水滯留沉積物年齡與其有著較好的對(duì)應(yīng)性。根據(jù)該流域洪水發(fā)出的期次性特征與青藏高原古里雅冰芯氧同位素演化曲線的對(duì)比，表明我國(guó)東部與西部的氣候變化具有統(tǒng)一性特征。

致謝：感謝譚麗榮教授在項(xiàng)目研究及論文寫作過(guò)程中給予的指導(dǎo)與幫助。