鄒 寧，羅 俊，郭懷軍，張 雷

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西 西安 710069)

潁河下游洪泛沉積物磁組構(gòu)特征與古水流研究

鄒 寧，羅 俊，郭懷軍，張 雷

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西 西安 710069)

通過對潁河下游6個采樣點的磁組構(gòu)研究，初步推斷了該地區(qū)洪泛沉積物的古環(huán)境及其意義。洪泛沉積物的形成受控于沉積作用且與潁河的沉積動力有關(guān)，而磁組構(gòu)特征通常記錄了沉積物沉積動力的古環(huán)境、古氣候信息，洪泛沉積物磁組構(gòu)的橢球體三大主軸方向及相關(guān)參數(shù)與沉積物磁性顆粒的空間排列分布方式相關(guān)。對潁河下游2個洪泛沉積物樣品的光釋光測年結(jié)果得出沉積年齡為3500年左右，與華北平原最近的一次古洪水年齡較為一致。在得到該套洪泛沉積物的沉積年齡基礎(chǔ)上，進一步對潁河下游6個磁組構(gòu)采樣點的研究發(fā)現(xiàn)沉積時期的水動力方向，并與現(xiàn)代潁河水流方向進行對比。結(jié)果表明，洪泛沉積時期的水動力方向與現(xiàn)代河流方向存在一定范圍的角度偏轉(zhuǎn)，但總體差別不大，角度偏差不超過37°，并通過測得的角度偏差對比模擬了古沉積時期的古水流路徑。

潁河下游；洪泛沉積物；磁組構(gòu)；光釋光；古水流

沉積巖的磁組構(gòu)(AMS)特征記錄了沉積時期動力方向的相關(guān)信息，在恢復(fù)古流向的應(yīng)用中取得重大進展[1～3]。磁組構(gòu)反映了巖石中磁性礦物顆粒的磁化率在各個方向上的差異，可以用一個三維二階的張量橢球體來進行表征[4]，并用Kmax、Kint、Kmin分別表示磁化率的最長軸、中間軸與最小軸，作為描述巖石磁組構(gòu)的基本要素。磁組構(gòu)的本質(zhì)是巖石內(nèi)部的磁性礦物顆粒在外力(如重力、擠壓應(yīng)力、水流等)作用下發(fā)生的重結(jié)晶、變形或定向排列，可以反映磁性顆粒的演化、宏觀受力狀況等地質(zhì)過程[4，5]。描述磁組構(gòu)的基本要素是磁化率各項異性橢球體的長軸(k1)、中間軸(k2)和短軸(k3)的磁化率大小[6,7]，此外常用的參數(shù)還有磁線理(L)、磁面理(F)以及各項異度(P)等。Graham[77]第一次運用AMS方法確定古沉積動力方向；Rees等[1]討論了不同水動力條件下的磁組構(gòu)表現(xiàn)形式；Lagroix等[8]對磁化率橢球體張量的研究中指出磁性礦物顆粒在沉積過程中會隨著古水流的方向而進行調(diào)整，而在成巖過程中磁顆粒會在磁組構(gòu)中記錄下受力的方向。在一般情況下，河流沉積物的磁化率最大軸(Kmax)方向被認(rèn)為平行于古風(fēng)向和弱動力作用下的古水流向[9,10]。同時，磁化率最小軸(Kmin)也可以較穩(wěn)定的指示動力的行進方向，Kmin的傾角通常反映沉積動力的強弱和穩(wěn)定情況，Kmin的異常值往往指示受到生物擾動作用或者水流紊亂引起的顆粒無規(guī)則分布所致。因此，磁組構(gòu)方法不僅可以確定沉積動力方向、判定物源方向，而且在指示沉積環(huán)境演變以及揭示古河流向與古水流路徑恢復(fù)等方面有著重要的意義。

1 采樣與測試

潁河位于安徽省西北部，潁河河道全長約620 km，流域面積3 661 km2，為淮河第一大支流[11]。潁河發(fā)源于河南嵩縣伏牛山脈東麓，流經(jīng)周口、漯河、平頂山等縣市，在界首進入安徽境內(nèi)，最終在潁上縣沫河河口處匯入淮河。潁河以周口和阜陽市為界，將潁河分為上游、中游和下游。潁河流域?qū)倥瘻貛О霛駶櫺詺夂?，年平均氣溫?4.5℃，年平均降雨量為910.5 mm。

研究區(qū)位于潁河下游楊湖鎮(zhèn)(圖1)，采樣點所在潁河河流一級階地上，高出潁河河床4～6m。根據(jù)潁河的野外踏勘在下游地區(qū)選取了6個采樣點(分別以A、B、C、D、E、F表示)，各個采樣點保存比較完好，采樣點上部為約50 cm的擾動土，下部為厚約40 cm的洪泛沉積物。采樣層近水平延伸，地層出露清晰，特征明顯。首先將采樣點上部約50 cm厚的擾動層剝?nèi)ィ昧_盤在樣品水平面上標(biāo)記出指北方位，然后在原地采集成20 cm長、10 cm寬、40 cm高的長方體標(biāo)本，對每個樣品都經(jīng)過地磁方位角校正。為防止樣品在搬運過程中破碎，用紙包裝后放入樣品箱中。最后在實驗室中將采集到的樣品進行加工成2 cm×2 cm×2 cm的立方體樣品，并按照野外記錄的深度編號測樣，六個采樣點一共加工得到117個樣品。利用卡帕喬KLY-4S磁化率儀(捷克AGICO公司)測試每個樣品的AMS參數(shù)。

圖1 潁河下游地理位置圖

為了確定該洪泛沉積物的年齡，對B和E兩個采樣點的樣品進行光釋光法(OSL)測年。采集OSL樣品時，在新開挖的采樣點上將一端密封的不銹鋼采樣管沿水平方向打入，取出采樣管后迅速密封鋼管兩端，以避免樣品曝光以及水分散失。通常情況下，由于石英相對長石信號更容易曬退而且不存在長石測試中的異常衰減等優(yōu)點[12]，本文采用石英組分來測量OSL信號。用單片再生劑量法(SAR)[13]測試樣品的等效劑量(De)，實驗儀器采用丹麥生產(chǎn)的Risφ TL/OSL-DA-20熱釋光/光釋光測量儀。由于De值的可靠性與預(yù)熱溫度關(guān)系密切[14,15]，對每個樣品經(jīng)過預(yù)熱坪實驗，最終選取260℃為預(yù)熱溫度。每個樣品的等效劑量測試樣片為26～28片，對于每個測試結(jié)果要同時滿足以下三個條件[16,17]：(1)與OSL信號強度相比，IRSL信號非常微弱；(2)再循環(huán)比率(Recycling ratio)介于0.9～1.1；(3)熱轉(zhuǎn)移的光釋光強度小于自然信號強度的5%。樣品中的U、Th、K含量采用激光等離子質(zhì)譜儀測試。根據(jù)這些元素含量與劑量率之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系[12]和宇宙射線對劑量率的貢獻[18]以及樣品在埋藏期間的平均含水量最后得出樣品的總年劑量率。

2 結(jié)果與分析

光釋光實驗測試得到B、E采樣點洪泛沉積樣品的沉積年齡，見表1。B和E兩個采樣點的洪泛沉積物年齡分別為3 460±110和3510±130。殷敏春等[19]通過對華北地區(qū)全新世洪水事件研究認(rèn)為，華北地區(qū)最后一次洪水事件發(fā)生于3 500 a左右，與本文研究結(jié)果較為一致。因此，可以認(rèn)為本文中的洪泛沉積物有可能與這次大范圍洪水事件有關(guān)。

表1 潁河下游B和E采樣點樣品的OSL年齡

對6個采樣點(A、B、C、D、E、F)共117塊樣品進行AMS測試，測得的Kmax偏角和傾角在STERO和ANISOFT軟件下建立等面積赤平投影圖和等勢線圖(圖2)。等面積赤平投影圖和等勢線圖在一個同心圓內(nèi)表示，小圓(內(nèi)圓)表示等面積赤平投影圖，大圓(外圓)表示等勢線圖。在等面積赤平投影圖中，圓內(nèi)的紅點記錄了AMS的Kmax偏角和傾角信息，紅點越靠近小圓的邊緣，代表Kmax的傾角度數(shù)越小，反映沉積環(huán)境越趨于穩(wěn)定，并未受到后期水流改造、生物擾動的影響或影響較小。紅點的方位代表每個樣品的載磁顆粒的AMS橢球體最大軸的方向，并與沉積動力方向一致。等勢線圖是對每個樣品數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，集中區(qū)域能夠反映整體樣品的沉積動力主要方向。

圖2 六個采樣點的等面積赤平投影圖和等勢線圖

根據(jù)等面積赤平投影圖和等勢線圖統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出，A采樣點一共測得樣品19塊，Kmax的偏角主要方向為328°，現(xiàn)代潁河在A點的水流方向為352°，水流方向發(fā)生了24°的偏轉(zhuǎn)；B采樣點樣品18塊，Kmax偏角主要方向為262°，現(xiàn)代水流方向為234°，水流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)28°；C采樣點樣品20塊，Kmax偏角主要方向為346°，現(xiàn)代水流方向為5°，水流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)19°；D采樣點樣品19塊，Kmax偏角主要方向為252°，現(xiàn)代水流方向為246°，水流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)6°；E采樣點樣品22塊，Kmax偏角主要方向為313°，現(xiàn)代水流方向為350°，水流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)37°；F采樣點樣品19塊，Kmax偏角主要方向為256°，現(xiàn)代水流方向為257°，水流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)1°。

通過以上數(shù)據(jù)表明，沉積時期的古水流與現(xiàn)代的潁河的水流方向有所差異，但總體水動力方向偏差不大，最大值在E點為37°，在F點與現(xiàn)在水流方向基本相同。根據(jù)等面積赤平投影圖和等勢線圖得到的Kmax偏角的主要方位建立虛擬的古水流路徑模式(圖3)。通過古水流路徑模式與現(xiàn)代潁河路徑對比可以明顯發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代潁河的曲流河形態(tài)更為發(fā)育，在近3千多年里彎曲變化較大。

圖3 洪泛沉積時期的水流路徑

3 結(jié)語

通過對潁河下游的6個采樣點的洪泛沉積物的磁組構(gòu)特征分析，大致判斷了潁河下游地區(qū)的沉積環(huán)境以及沉積物沉積時期的動力來源方向。經(jīng)過光釋光法測年得到洪泛沉積物的沉積年齡約為3 500 a，結(jié)合磁組構(gòu)特征研究了該沉積事件，并模擬了當(dāng)時潁河的大致古水流路徑。AMS參數(shù)建立的等面積赤平投影圖和等勢線圖直觀地反映了6個采樣點沉積物的沉積優(yōu)勢方向，與野外勘測的現(xiàn)代水流方向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)古水流向有所差異，但最大偏差不超過37°。沉積時期的水流方向與現(xiàn)代潁河匯入淮河的趨勢大致相同，只是現(xiàn)代潁河的“彎曲”程度更為明顯，是現(xiàn)今曲流河發(fā)育的典型代表。

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2017-03-13

鄒寧(1990-)，男，河南新蔡人，在讀碩士研究生，主攻方向：第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)。

P588.2

A

1004-1184(2017)04-0226-02