祝 婷，何政偉，楊振京，康桂川，管森森，朱昱汀

(1.成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059；2.中國地質(zhì)科學院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北 石家莊 050061；3.中國地質(zhì)調(diào)查局第四紀年代學與水文環(huán)境演變重點實驗室，河北 石家莊 050061)

0 引 言

植物的孢粉外壁質(zhì)密且堅硬，耐腐蝕[1-2]，歷經(jīng)數(shù)百萬年[3]，孢粉在地層沉積物中仍保留著完整的外壁形態(tài)和結構[1]，為研究地質(zhì)史上的古植被、古地理、古環(huán)境和古氣候提供了良好的資料[4]。前人在第四紀孢粉研究上已經(jīng)積累了豐碩的成果[5]。

川西阿壩盆地位于青藏高原東部，區(qū)域內(nèi)第四紀地層保留完整，為研究第四紀氣候變化奠定了良好的基礎。青藏高原第四紀孢粉研究始于20世紀60年代初[6]，研究工作從無到有，研究對象從沉積剖面、湖泊鉆孔到冰心，研究手段從定性到定量，經(jīng)歷了艱苦的探索過程，積累了一定量的化石花粉數(shù)據(jù)，初步重建了末次盛冰期以來植被和氣候演變過程[6]。對青藏高原東部第四紀孢粉的研究，主要涵蓋高原東南部邊緣、高原中東部和高原東北部地區(qū)。高原東南部邊緣的孢粉記錄以川西螺髻山大海子湖、川西安寧河Ⅰ—Ⅲ級階地和殺野馬湖為代表[7-9]。時間跨度為12.4～1.0 cal. ka BP；高原中東部主要以若爾蓋草原地區(qū)為主，研究中更新世以來紅原剖面的孢粉記錄[10-11]，時間跨度大，為190～18 ka BP；高原東北部主要為青海湖盆地[12]、青海共和盆地[13]、柴達木盆地[14-15]、青海湖[11，16]、可可西里地區(qū)[17-18]和昆侖山埡口地區(qū)[19-20]，孢粉記錄反映甘青毗鄰地區(qū)早更新世以來的植被演替。綜合分析各地區(qū)研究，表明冰盛期的花粉譜以藜科、禾本科、蒿屬等為主，指示冷干的氣候環(huán)境。盡管如此，前人對位于川、藏、甘、青、滇五省結合部的阿壩盆地的孢粉記錄的研究還較為薄弱，關于青藏高原第四紀孢粉尚需開展更多的研究工作。本次研究工作可以填補阿壩盆地第四紀孢粉研究的空白，進一步完善青藏高原第四紀孢粉數(shù)據(jù)庫。研究結果為川西地區(qū)第四紀植被與氣候演化研究提供新資料，也對青藏高原東部第四紀古氣候的研究具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

阿壩盆地南緣阿柯河位于四川省阿壩藏族羌族自治州阿壩縣境內(nèi)。阿壩縣位于青藏高原東部，是四川、甘肅、青海三省交匯之地。大地構造位置屬于玉龍塔格—巴顏喀拉雙向前陸盆地褶皺帶的中部[21]，川青塊體(巴顏喀拉塊體)是青藏高原東緣新構造活動的活躍地帶[22-25]，構造運動強烈，地形起伏巨大，氣候變化最為敏感，強震活動頻繁，是我國“南北地震帶”的主體部分[26]。位于其東側的龍門山斷裂、南西的鮮水河斷裂帶、北側的昆侖斷裂是地震頻發(fā)區(qū)域[25](圖1(a))。游再平和朱禮學研究發(fā)現(xiàn)阿壩盆地是發(fā)育在斷裂帶下降盤，并且趨向南西方向遷移的不對稱箕狀斷陷盆地[27]。區(qū)內(nèi)基本的地貌為中切割剝蝕高原山巒區(qū)，海拔為3100～4000 m，總體為西高東低，其西北的年保玉則雪山海拔5369 m，地勢相對較平緩、河谷寬闊。阿柯河是大渡河東源麻爾柯河支流，源出青海省巴顏喀拉山南麓，經(jīng)四川省阿壩縣由西向南東穿過，在白灣下游注入麻爾柯河。長178 km，流域面積5130 km2，發(fā)育階地地貌和辮狀河流，階地階面向河床傾斜的角度為4°～7°[21]。本文選取阿壩盆地南緣阿柯河Ⅲ級階地剖面PM01作為研究對象進行孢粉分析(圖1(b))。

圖1 阿壩盆地區(qū)域構造圖((a)，據(jù)文獻[21-26]修改)和PM01剖面位置圖(b)Fig.1 Regional tectonic map ((a)，modified according to references [21-26])and geographical location (b)of Aba Basin

2 樣品采集與實驗方法

2.1 樣品信息

本研究選取了阿壩盆地南緣阿柯河Ⅲ級階地與Ⅱ級階地之間的階坎作為研究剖面，即剖面PM01，并采集樣品進行光釋光(OSL)測年和孢粉實驗分析。剖面PM01上共采集孢粉樣品24件(圖2)，光釋光(OSL)測年樣品2件(樣品JD-01、樣品JD-02)，在研究區(qū)其它相同層位補充采集光釋光(OSL)測年樣品2件(樣品A02、A03)，可與剖面PM01形成對比驗證(表1)。

表1 阿壩盆地光釋光(OSL)測年結果Table 1 Optical luminescence (OSL)dating results of Aba Basin

圖2 阿壩盆地剖面 PM01 巖性-年代圖Fig.2 Stratigraphic column of profile PM01 of Aba Basin

2.2 實驗分析

2.2.1 光釋光(OSL)測年

光釋光(OSL)測年的發(fā)展主要源于20世紀80年代，是一種基于熱釋光測試的第四紀沉積物測年新方法，具有使用樣品量小、測年精確度高等優(yōu)點[28-30]。光釋光(OSL)測年是依據(jù)沉積物中的礦物(如石英和長石等)最后一次曝光和埋藏后接收的輻射總量及其接收的速率之間的關系來測定沉積物年代的方法[28，31-34]，獲得的年齡是礦物兩次受熱或暴光事件之間的時間，隨后的受熱和暴光事件是指實驗室儀器測試前的受熱或暴光[28，35-38]。

前人對光釋光(OSL)測年在第四紀中的應用已經(jīng)有大量研究[39-41]，其采集的主要樣品為松散碎屑沉積物，光釋光(OSL)測年樣品的要求嚴格，應在沉積前暴光，但不能在沉積后暴露，且有效測試年齡不超過200 ka[42]。取樣間隔可根據(jù)巖層的實際厚度適當增大或減小，一般在同一巖性的始端和末端取樣，盡量在巖性均勻的層位取樣，取樣時，要求絕對避光，樣品應存放在黑暗環(huán)境中，同時避免高溫[42]；采集后對樣品進行編號，并及時送至實驗室。本次所采樣品是由中國科學院青海鹽湖研究所鹽湖化學分析測試中心測試，根據(jù)測年報告其采用Ris? TL/OSL-DA-20光釋光(OSL)測年儀、38～63 μm的樣品測試粒徑進行測試，等效劑量使用的是單片再生法和標準生長曲線相結合的方法。

2.2.2 孢粉分析

本文選取川西阿壩盆地南緣阿柯河Ⅲ級階地剖面，嚴格按照第四紀孢粉采樣方法，綜合考慮剖面完整性、巖性選擇、采樣流程、采樣間距等方面，對剖面PM01進行孢粉取樣。孢粉數(shù)量統(tǒng)計時，依據(jù)示蹤石松孢子數(shù)量至少400粒[43]。孢粉的分析是在中國地質(zhì)科學院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所進行，本研究共分析了孢粉樣品24件，選擇樣品中顆粒較細的沉積物進行孢粉實驗室處理，按照專業(yè)實驗員嚴格的實驗要求指導，將樣品根據(jù)不同的巖性進行分級處理后下樣，每個樣品取約100 g，處理前加一片石松孢子片(每片含27637±567粒石松)，通過常規(guī)酸堿處理[44]、重液浮選等實驗室處理對孢粉進行提取分析，得到富集的孢粉樣品。孢粉鑒定使用Olympus BX31光學顯微鏡鑒定統(tǒng)計，孢粉百分比計算以花粉總和為基數(shù)[45]。

3 結果分析

3.1 巖性和年代

剖面PM01巖性描述及年代-巖性圖見圖2。剖面總深度17.3 m，沉積物以礫石層和砂層為主，最上層為含礫石黃土層。17.3～13.7 m段，是分選性極好的砂體，致密性中等，在17.3 m處采集光釋光(OSL)測年樣品JD-01，測定其年齡為(78.4±7.1)ka(表1)；13.7～12.9 m段為較上一層更細的粉砂層；12.9～12.2 m段為含泥質(zhì)粉砂巖；12.2～8.8 m為砂礫交替層，水動力相對較強；8.8～3.1 m段主要為夾砂礫石層，分選性好，礫石磨圓次棱角-次圓狀，粒徑多為2～8 cm，偶見15～20 cm，水動力較上一層減弱；3.1～1.8 m段為含礫石砂層，礫石粒徑小，0.5～1 cm，偶見10～20 cm；1.8～1.0 m段為含礫黃土層，根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)阿柯河的Ⅱ—Ⅲ級階地及其以上廣泛分布著黃土層，結合1:25萬阿壩縣幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告，該黃土層屬于風成黃土，在黃土層中間夾有黃土被水流改造的次生黃土[25，46-47]。由此推斷此層位屬于次生黃土層，在該層位采集樣品JD-02進行光釋光(OSL)測年，測定其年齡為(72.6±5.9)ka (表1)。在距剖面約170 m處的砂礫交替層采集光釋光(OSL)測年樣品A02和A03，測定年齡分別為(71.8±5.7)ka、(71.6±6.2)ka(表1)，由4個樣品測年結果推斷剖面PM01的年齡范圍是(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P.，即本研究討論的是孢粉記錄反映晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 之間的氣候演化，屬晚更新世中期。

3.2 孢粉組合劃分及其特征

本文研究的24件孢粉樣品共統(tǒng)計陸生植物花粉6234粒，平均每個樣品鑒定了259粒，單件樣品孢粉最少189粒，最多533粒，在顯微鏡下共鑒定出28個科屬的第四紀植物孢粉種類。

喬木植物花粉共鑒定出8個科屬，松屬(Pinus)、鐵杉屬(Tsuga)、樺屬(Betula)、榿木(Allnus)、鵝耳櫪屬(Carpinus)、胡桃屬(Juglans)、落葉櫟屬(Quercus)、榆屬(Ulmus)；灌木植物花粉共鑒定出6個科屬，桑科(Moraceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、沙棘屬(Hippophae)、麻黃屬(Ephedra)、木樨科(Jasminum Nudiflorum)、白刺屬(Nitraria)；草本植物花粉共鑒定出12個科屬，禾本科(Gramineae)、藜科(Chenopodiaceae)、菊科(Compositae)、蒿屬(Artemisia)、蒼耳屬(Xanthium)、蒲公英屬(Taraxacum)、毛茛科(Ranunculaceae)、豆科(Leguminosae)、十字花科(Cruciferae)、唇形科(Labiatae)、石竹科(Caryophyllaceae)、香蒲(Typha)；1個科屬的蕨類孢子，中華卷柏(Selaginellasinensis)；1個科屬的藻類，盤星藻(Pediastrum)。部分孢粉種屬圖版如圖3所示。

通過Tilia、Excel和CorelDRAW 2020 (64-Bit)等數(shù)學運算及繪圖軟件分析得出剖面PM01 孢粉百分含量圖譜(圖4)，根據(jù)孢粉百分含量圖譜顯示，在剖面PM01中，草本植物花粉占很大優(yōu)勢，百分含量一般為38.62%～76.24%；其次是喬木植物花粉，百分含量一般為17.73%～47.55%；灌木植物花粉占比較低，百分含量一般為3.48%～41.36%；蕨類孢子極少，在有的剖面層中為0，最高占2.48%；藻類只出現(xiàn)在極少數(shù)層位。結合孢粉百分含量，運用各種數(shù)學分析軟件對統(tǒng)計數(shù)據(jù)資料進行分析，通過聚類分析法，將本剖面孢粉劃分為3個組合帶(圖4)。

3.2.1 孢粉帶 Ⅰ (17.3～14.2 m)：榆屬-毛茛科-蒿屬-松屬孢粉組合帶

孢粉組合中草本植物花粉(38.62%～64.53%，平均52.35%)占絕對優(yōu)勢，其次是喬木植物花粉(31.49%～47.08%，平均39.60%)和灌木植物花粉(3.67%～13.76%，平均7.41%)，還有零星的蕨類孢子(0.0%～1.28%，平均0.58%)，藻類含量極少，只在個別層位發(fā)現(xiàn)。草本植物花粉中以毛茛科(18%)和蒿屬(16.23%)為主，其次是藜科(8.5%)，還有少量禾本科3.1%、唇形科(2.19%)、豆科(1.58%)，極少量的十字花科(0.84%)、香蒲(0.81%)、蒼耳屬(0.67%)、菊科(0.42%)等；喬木植物花粉中以榆屬(22.2%)居多，其次是松屬(12.28%)，還有胡桃(2.18%)、落葉櫟屬(1.7%)和樺屬(1.23%)等；灌木植物花粉以?？?2.63%)、麻黃屬(2.27%)和沙棘屬(2.13%)為主，零星可見大戟科和白刺屬；蕨類孢子僅含中華卷柏(0.58%)。

3.2.2 孢粉帶 Ⅱ (14.2～8.8 m)：蒿屬-榆屬-松屬-黎科孢粉組合帶

孢粉組合中依然是草本植物花粉(48.60%～76.24%，平均56.45%)為主，喬木植物花粉(17.73%～44.78%，平均33.37%)次之，灌木植物花粉(3.48%～15.21%，平均9.47%)和蕨類孢子(0.0%～2.49%，平均0.58%)含量較少，藻類零星可見。草本植物花粉中以蒿科(30.58%)為主，以蒿屬為主的草本花粉占優(yōu)勢，氣候較干冷，其次是毛茛科(15.33%)、黎科(6.06%)，少量禾本科(2.0%)，其他還可見香蒲(1.18%)、唇形科(0.52%)、十字花科(0.3%)、菊科(0.26%)、蒼耳屬和豆科等；喬木植物花粉中主要還是榆屬(18.87%)居多，其次是松屬(7.81%)和胡桃(4.69%)，少量落葉櫟屬(1.13%)和樺屬(0.73%)，零星可見鵝耳櫪屬；灌木植物花粉中以?？?6.07%)居多，少量麻黃屬(2.08%)，零星可見木犀科、大戟科、白刺屬、沙棘屬；蕨類孢子中見有中華卷柏，個別層位可見盤星藻。

3.2.3 孢粉帶 Ⅲ (8.8～1.0 m)：蒿屬-藜科-榆屬-?？奇叻劢M合帶

孢粉組合中草本植物花粉(43.65%～52.34%，平均48.05%)為主，喬木植物花粉占孢粉總數(shù)的8.64%～47.56%(平均36.3%)，灌木植物花粉占7.01%～41.36%(平均15.42%)；草本植物花粉中以蒿屬(28.0%)和藜科(10.41%)為主，以蒿屬為主的草本花粉占優(yōu)勢，氣候較干冷，見少量毛茛科(5.32%)和香蒲(2.89%)，零星可見禾本科、菊科、蒼耳屬、唇形科和石竹科等。喬木植物花粉中主要有榆屬(20.69%)，其次是松屬(8.31%)和胡桃屬(4.94%)，零星可見落葉櫟屬(1.31%)、樺屬(0.9%)和鵝耳櫪屬，在2.1 m處有極少數(shù)鐵杉屬；灌木植物花粉中以?？?10.03%)為主，其他還有少量麻黃屬(3.52%)和沙棘(1.57%)，零星可見木犀科和白刺屬；蕨類孢子中同樣僅有極少量中華卷柏，只在兩個樣品中出現(xiàn)，含量極少。極個別層位可見藻類。

3.2.4 孢粉組合帶顯示的古氣候變化

(1)孢粉帶 Ⅰ (17.3～14.2 m)。

以耐旱耐鹽的蒿屬和不耐嚴寒、喜溫的毛茛科草本花粉為主，喜暖的榆屬所占比例較高，灌木和草本植物種類多，喬木植物多樣性單一，植被為疏林草原，氣候寒冷干旱。

(2)孢粉帶 Ⅱ (14.2～8.8 m)。

以蒿屬為主，以蒿屬為主的草本花粉占優(yōu)勢，氣候較干冷，但榆屬依舊占較高比例，整體上草本植物居多，喬木植物多樣性單一，植被為疏林草原，氣候寒冷偏干。

(3)孢粉帶 Ⅲ (8.8～1.0 m)。

以草本植物花粉蒿屬和藜科為主，草本植物所占比例下降，榆屬所占比例較高，喜暖的?？扑急壤黠@增加，植被為疏林草原，氣候較溫涼偏干。

4 討 論

根據(jù)年代學數(shù)據(jù)和孢粉組合特征，綜合分析川西阿壩盆地南緣阿柯河Ⅲ級階地，基本可以反映川西阿壩盆地晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 時期的古氣候變化特征。根據(jù)孢粉組合特征，川西阿壩盆地晚更新世中期自(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P.時期，主要以藜科(Chenopodiaceae)、蒿屬(Artemisia)等草本植物為主，該植物群落的孢粉組合指示冷干的冰期(冷期)氣候環(huán)境，綜合分析該時期氣候演化，可細劃分為至少3個階段，寒冷干旱階段、寒冷偏干階段和溫涼偏干階段，總體上可以顯示阿壩盆地(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 時期的氣候演化。

阿壩盆地晚更新世中期以草本植物占主要優(yōu)勢，其次是喬木植物和灌木植物。從第一階段至第三階段的演變過程為：草本植物的百分含量由第一階段到第二階段略顯增加，第二階段到第三階段整體下降；喬木植物的百分含量由第一階段到第二階段顯著下降，第二階段到第三階段略有增加；灌木植物的百分含量由第一階段到第二階段略有增加，第二階段到第三階段明顯增加。草本植物主要是蒿屬、藜科、毛茛科等耐干旱植物。喬木植物除喜暖的榆科外，雖然松屬所占比例較高，但松屬孢粉由于其具有氣囊的特征，可遠距離遷移，在含量低于30%時，不能指示當?shù)赜兴闪执嬖?。還可見其他喜暖植物落葉櫟屬、胡桃屬和鵝耳櫪屬等植物，落葉櫟屬喜溫涼、耐干旱，榆科耐干冷、不耐濕，落葉櫟屬、樺屬類落葉闊葉樹孢粉含量增加，反映這一時期內(nèi)氣候趨向更溫暖；灌木植物主要是以喜暖的?？坪湍秃档纳臣瑢佟⒙辄S屬和白刺屬等為主，其百分含量持續(xù)增高，同樣說明這一時期內(nèi)氣候趨向更溫暖；中華卷柏適宜溫暖氣候，耐旱。綜合分析表明川西阿壩盆地晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 時期整體表現(xiàn)為寒冷干旱的氣候，但趨向更溫暖的氣候變化。

中國晚更新世氣候嚴寒干冷，根據(jù)曹伯勛等[48]對末次間冰期與末次冰期的劃分，末次冰期始于75 ka B.P.，終止于11 ka B.P.，一般劃分為兩寒夾一暖。本次研究剖面PM01所處時期為晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P.，其屬于末次間冰期與末次冰期的過渡時期，這一階段氣候寒冷，但并非最嚴寒階段，年均溫比現(xiàn)在低5～6 ℃，早冰階時期過渡到中冰階時期是逐漸變暖的趨勢。王志剛等[49]對南昌市厚田剖面的研究揭示出77 ～ 57.1 ka B.P. 為寒冷期，57.1 ～ 49.7 ka B.P. 時期為溫暖期，說明這一階段氣候趨向變暖。格陵蘭冰心NGRIPδ18O 記錄[50]、北極格陵蘭 GRIP 冰心δ18O 記錄[51]和南極冰心 EDC3 記錄[52]反映78.0～ 74.0 ka B.P. 這一時期氣候變化趨向溫暖。韓立銀[53]在研究重慶地區(qū)石筍記錄發(fā)現(xiàn)，在64.0 ～59.0 ka B.P. 期間南半球溫度逐漸上升。根據(jù)前人研究，推測本研究區(qū)晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 孢粉組合帶所反映的氣候變化與全球氣候變化趨勢一致，總體呈由寒冷向更溫暖變化，中間可能含更短時間尺度的氣候變化，這一點有待進一步研究。

5 結 論

本文通過對川西阿壩盆地南緣阿柯河Ⅲ級階地剖面PM01進行了光釋光(OSL)測年分析和第四紀孢粉分析，得出以下結論：

(1)剖面PM01的年齡為晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P.。

(2)阿壩盆地晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 時期的古氣候演化劃分為三個階段：第一階段的氣候表現(xiàn)為寒冷干旱；第二階段較第一階段溫暖，但依然表現(xiàn)為寒冷偏干；第三階段趨向更溫暖，表現(xiàn)為溫涼偏干。

(3)阿壩盆地的古氣候演化與第四紀的末次冰期早冰階時期的氣候變化趨勢一致。

致謝：本文在研究期間得到了四川省地質(zhì)工程勘察院集團有限公司的全力幫助，孢粉樣品實驗與鑒定是在中國地質(zhì)科學院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所諸多老師的幫助下完成，評審老師對論文修改提出了寶貴意見，特此致謝！