臺梓含,向 芳,朱宏博,李 磊

(油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學(xué))，成都 610059)

近年來，隨著陸地第四紀氣候研究的全面發(fā)展，沉積物中的孢粉和黏土礦物逐漸成為當(dāng)前研究全球氣候變化的重要手段，而四川地區(qū)第四紀環(huán)境演變一直是全球氣候變化研究者所關(guān)注的重點。目前，眾多學(xué)者通過各種沉積記錄如河流沉積、湖泊沉積、黃土沉積等，借助動植物化石、黏土礦物、沉積物磁化率等多種手段和方法，對四川地區(qū)第四紀氣候環(huán)境進行了深入的研究[1-16]。但前人研究區(qū)域多集中于川西高原(青藏高原東緣)甘孜、疊溪及漳臘等地區(qū)，且時間多為晚更新世-全新世[1-11]，對于四川盆地內(nèi)部的第四紀古氣候研究較少，僅見王正新等[12]和劉會平[13]借助象化石和孢粉對四川盆地氣候進行了大區(qū)域的探討，趙璐璐等[14]、鄧麗[15]、李代鈞[16]借助孢粉和黏土礦物對成都平原和名山地區(qū)氣候做了分析，而對于四川盆地南部的宜賓地區(qū)及其鄰區(qū)第四紀古氣候的研究還處于空白。本文以宜賓地區(qū)岷江和長江高階地沉積物中孢粉和黏土礦物為主要研究對象，對該區(qū)中更新世的古氣候特征進行討論，從而為豐富四川盆地第四紀古氣候特征的認識提供證據(jù)。

1 研究區(qū)概況及樣品采集

宜賓地區(qū)屬四川盆地南部，位于岷江、金沙江交匯進入長江的地帶，地勢西南高而東北低，氣候類型為亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。該地區(qū)屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)，有較豐富的植物種類和多樣的植被類型。本文研究所涉及的5個采樣點位于宜賓地區(qū)岷江和長江高階河流階地上，采樣點位置及剖面特征如圖1和圖2所示。

009剖面：位于宜賓市幺店子鄉(xiāng)，海拔高度為330.06 m，為岷江第Ⅳ級階地，可見剖面厚度7～8 m，含礫層厚3 m，礫石層中為棕黃-棕紅色粉砂和泥質(zhì)填隙，粉砂中蟲孔發(fā)育。礫石的體積分數(shù)為30%～40%，呈磨圓狀，可見疊瓦狀構(gòu)造，以石英質(zhì)礫石為主，少見風(fēng)化礫石。剖面往上礫石含量與礫徑均減小，最上部為棕黃色粉砂和黏土。在上部棕黃色黏土中采集孢粉和黏土樣品009-b和009-n，在粉砂中采集年齡測試樣品009-ESR。

010剖面：位于宜賓市大明小學(xué)附近，海拔高度為360.03 m，為岷江第Ⅳ級階地，可見剖面厚度0.6 m。礫石的體積分數(shù)為70%～80%，呈磨圓狀，可見疊瓦狀構(gòu)造，以石英質(zhì)礫石為主，少見風(fēng)化礫石，礫石層中為棕黃色粉砂和泥質(zhì)填隙。在泥質(zhì)填隙物中采集孢粉和黏土樣品010-b和010-n，在粉砂中采集年齡測試樣品010-ESR。

012剖面：位于宜賓市高場鎮(zhèn)，海拔高度為369.16 m，為岷江第Ⅴ級階地，可見剖面厚度7 m左右。礫石層中為棕黃-棕紅色粉砂和泥質(zhì)填隙，粉砂中蟲孔發(fā)育；礫石的體積分數(shù)為40%～50%，呈磨圓狀，風(fēng)化礫石較多；剖面往上礫石含量與礫徑均減小，最上部為棕黃-棕紅色粉砂質(zhì)黏土。在上部粉砂質(zhì)黏土中采集孢粉和黏土樣品012-b和012-n，在粉砂中采集年齡測試樣品012-ESR。

019剖面：位于宜賓市石筍村，海拔高度為366.41 m，為長江第Ⅴ級階地，剖面出露厚度1～1.5 m，不見上部細粒沉積，為棕紅色粉砂和泥質(zhì)填隙的礫石層，粉砂中蟲孔發(fā)育。礫石的體積分數(shù)為60%～75%，呈磨圓狀，局部可見疊瓦狀，以成分穩(wěn)定的礫石居多，少見風(fēng)化礫石。在泥質(zhì)填隙物中采集孢粉和黏土樣品019-b和019-n，在粉砂中采集年齡測試樣品019-ESR。

024剖面：位于宜賓市北江村，海拔高度為388.13 m，為岷江第Ⅴ級階地，剖面出露厚度2 m，不見基巖。由橙黃色粉砂質(zhì)泥和礫石構(gòu)成，礫石的體積分數(shù)為70%，穩(wěn)定成分居多，偶見灰白色長石砂巖形成的風(fēng)化礫石，產(chǎn)狀明顯可見兩組，偶見豎直礫石。在礫石填隙物中采集孢粉和黏土樣品024-b和024-n，年齡測試樣品024-ESR。

根據(jù)階地的相對位置、海拔高度、沉積物的顏色及風(fēng)化特征，結(jié)合前人對相關(guān)地區(qū)的階地研究資料[17-18]，通過綜合分析認為，宜賓地區(qū)岷江和長江主要發(fā)育5級河流階地，012、024剖面應(yīng)屬岷江Ⅴ級階地，019剖面應(yīng)屬長江Ⅴ級階地，009、010剖面應(yīng)屬岷江Ⅳ級階地。

2 階地年代的確定

5件年齡測試樣品委托中國原子能科學(xué)研究院通過ESR方法進行年齡測試，僅得出長江Ⅴ級階地019-ESR樣品的年齡(表1)。

表1 相關(guān)階地的地質(zhì)年齡Table 1 Geological ages of related terraces

對比向芳等[19]在長江三峽段測得的階地沉積物年齡及其對前人數(shù)據(jù)綜合的結(jié)果(表1)可以發(fā)現(xiàn)，長江三峽地區(qū)主要發(fā)育5級河流階地，其中Ⅴ級階地的年齡為0.73～0.70 Ma，與本文019樣品ESR測定的(0.773 4±0.093 1) Ma較為接近。鑒于三峽地區(qū)與本文研究區(qū)同屬穩(wěn)定的揚子板塊構(gòu)造單元，地理位置較為接近，且都只發(fā)現(xiàn)了5級階地，在階地的級數(shù)上具有一致性，因此認為研究區(qū)內(nèi)的長江及岷江與長江三峽段的階地具有相近的形成時間。根據(jù)向芳等[19]階地年代數(shù)據(jù)，將本文5個采樣點所屬階地年齡最終確定為：岷江、長江Ⅴ級階地年齡為0.73～0.70 Ma，岷江Ⅳ級階地年齡為0.50～0.30 Ma。

3 孢粉樣品采集處理與數(shù)據(jù)分析

孢粉作為一種比較穩(wěn)定的古氣候重建代用指標已被廣泛應(yīng)用于古氣候、古環(huán)境重建研究中。孢粉作為氣候代用指標的優(yōu)勢體現(xiàn)在：①孢粉產(chǎn)量大，被保存下來的可能性高，為研究提供方便；②孢粉外壁含有孢粉素，具有耐酸、耐堿、耐氧化的性質(zhì)，因此在地層中易于保存；③孢粉體積小，易于搬運，分布范圍廣泛，在地質(zhì)時期的陸相、海相沉積物中都可以找到孢粉化石，這為對比研究海陸相地層開辟了途徑；④孢粉運用數(shù)理統(tǒng)計的分析方法，不但能確定植物群的成分，也會獲得大量的資料，可以精確地分析和解釋植物群的性質(zhì)[20]。

3.1 孢粉樣品的處理和鑒定

本文作者于宜賓市柏溪鎮(zhèn)、高場鎮(zhèn)、李莊、宋家鎮(zhèn)、蕨溪鎮(zhèn)等地，選擇人為活動較少地區(qū)的Ⅰ至Ⅴ級河流階地，清除剖面表面覆蓋層，在內(nèi)部保存較好的新鮮黏土沉積物中采集了20件孢粉樣品，委托中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室進行處理和鑒定。依據(jù)石油行業(yè)SY/T 5915-2000分析標準進行定量分析處理，采用常規(guī)酸堿法及重液浮選法富集孢粉化石，對孢粉的統(tǒng)計、鑒定工作在Olympus BX50生物顯微鏡下完成。送檢的20件孢粉樣品中，僅3件樣品中(009-b、019-b、024-b)見有孢粉化石(表2)，孢粉特征見圖3。

表2 樣品含孢粉化石情況一覽表Table 2 List of sporopollen fossils in samples

3.2 孢粉樣品的特征

根據(jù)3件樣品鑒定出的孢粉數(shù)據(jù)，運用Tilia軟件進行了孢粉圖繪制(圖4)。

基于3件樣品的孢粉組成、含量變化相近，現(xiàn)一并敘述如下：3件樣品的孢粉組合可稱為Microlepia-Quercus-Gramineae(鱗蓋蕨-櫟屬-禾本科)孢粉組合。組合中以木本植物花粉為主，占孢粉總量的44.4%～45.7%，其中針葉類植物花粉的比例為11.8%～13.9%，木本闊葉類植物花粉的比例為30.5～33.3%。針葉類植物中以松和柏科為主，落葉松、羅漢松、淚杉等也可見；闊葉類植物中以櫟屬較為多見，胡桃、楓楊、麻櫟等也較常見。草本植物花粉占總量的26.9%～28.5%，其中陸生草本植物花粉較多，占21.4%～23.1%；水生草本植物花粉占3.8%～7.0%。陸生草本植物中以禾本科和蒿屬為主，藜科、十字花科等也常出現(xiàn)；水生草本植物中莎草科和蓼科較為常見，眼子菜科、睡蓮科等零星出現(xiàn)。蕨類植物孢子的比例為26.4%～28.7%，以鱗蓋蕨為主，鳳尾蕨、蕨屬等也常見。樣品中藻類植物見有環(huán)紋藻和雙星藻2個屬。

3件樣品的孢粉組合面貌體現(xiàn)了該地區(qū)當(dāng)時的植被類型為亞熱帶常綠、落葉闊葉林，植被面貌為森林植被，林下蕨類植物較多，平坦開闊地帶多以草本植物覆蓋；環(huán)紋藻的出現(xiàn)說明當(dāng)時該沉積區(qū)存在湖沼或河漫灘環(huán)境，總體表現(xiàn)為亞熱帶溫暖濕潤的氣候。與現(xiàn)今相比，宜賓地區(qū)在0.73～0.30 Ma B.P.時植被中常綠成分略少，氣候與今大致相仿或略溫涼。

但在009-b和024-b樣品草本植物孢粉中存在少量麻黃(Ephedra)，麻黃分布在濕度低水分較少的地區(qū)，指示干燥的氣候環(huán)境，在濕潤環(huán)境中幾乎沒有分布。009-b和019-b樣品針葉植物孢粉中存在少量落葉松(Larix)，落葉松屬于喜冷喜涼、耐寒耐旱的種類，現(xiàn)今只生長于四川西北部、西部和西南部，和孢粉總體代表的溫暖氣候也不一致。另外3件樣品中還含有一定量的藜科(Chenopodiaceae)，藜科植物多生活在荒漠及鹽堿土地區(qū)，往往呈現(xiàn)旱生的適應(yīng)現(xiàn)象，具有和麻黃類似指示干旱氣候的意義[21]。圖4中黃色箭頭指示位置為3種遠源孢粉。根據(jù)西南地區(qū)落葉松的生長高度下限[22]推斷當(dāng)時落葉松孢粉源區(qū)位于海拔高度2.7 km以上，因此認為麻黃、落葉松和藜科等遠源孢粉是由河流或風(fēng)從海拔高度2.7 km以上的氣候干冷地區(qū)攜帶而來，可能源于岷江上游。

4 黏土礦物分析

黏土礦物的形成和轉(zhuǎn)變主要受氣候、環(huán)境和時間的控制。研究表明，在潮濕溫暖的氣候條件下，淋濾作用較強，母巖風(fēng)化后，一些堿金屬、堿土金屬元素容易被淋濾流失，易于形成高嶺石；而干冷氣候條件下淋濾作用較弱，不利于堿土金屬元素發(fā)生淋濾作用，有利于形成伊利石、蒙脫石、伊利石-蒙脫石混層類黏土礦物和綠泥石。即伊利石和蒙脫石的含量隨氣候變冷干而增加，高嶺石含量隨氣候變暖濕而增加。綠泥石一般形成于干燥氣候條件下，其相對含量在成土過程中有減少的趨勢[23]。同時，可以根據(jù)伊利石的礦物學(xué)特征——伊利石化學(xué)指數(shù)來確定風(fēng)化作用類型，數(shù)值<0.5指示以物理風(fēng)化為主，數(shù)值>0.5指示強烈的水解作用，即以化學(xué)風(fēng)化為主，伊利石化學(xué)指數(shù)越高，指示古氣候越濕熱[24]。

為了驗證孢粉分析結(jié)果所指示的古氣候信息的準確性，我們對樣品中的黏土礦物進行了分析。樣品在同濟大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點實驗室進行測試，具體分析和計算過程參照相關(guān)文獻[24]，5件樣品黏土礦物的含量如表3所示。

表3 樣品黏土礦物類型及含量統(tǒng)計表Table 3 Statistics of clay mineral types and contents of collected samples

可以清晰地看出5件樣品中高嶺石占總黏土礦物的53.88%～90.93%，平均值為70.32%；伊利石占總黏土礦物的4.03%～16.38%，平均值為9.07%；蒙脫石占總黏土礦物的2.43%～5.98%，平均值為3.42%；綠泥石占總黏土礦物的0.00%～27.23%，平均值為17.33%；伊利石化學(xué)指數(shù)為0.54～1.00，平均值為0.80。

所有樣品中高嶺石含量都遠高于伊利石和其他礦物，達到了黏土礦物含量的50%以上，占據(jù)了絕對的優(yōu)勢，指示該地區(qū)當(dāng)時處于一種溫暖濕潤的氣候環(huán)境。5件樣品的伊利石化學(xué)指數(shù)為0.54～1.00，均大于0.5，也表明該地區(qū)當(dāng)時經(jīng)受過較強的化學(xué)風(fēng)化作用，氣候較為濕熱。另外從岷江Ⅴ級到Ⅳ級階地黏土礦物數(shù)據(jù)來看，岷江Ⅴ級階地高嶺石平均質(zhì)量分數(shù)為65.43%，伊利石化學(xué)指數(shù)平均值為0.67；Ⅳ級階地高嶺石平均質(zhì)量分數(shù)為76.42%，伊利石化學(xué)指數(shù)平均值為0.84。由此推斷宜賓地區(qū)在0.73～0.30 Ma B.P.時，氣候向著更加溫暖濕潤的方向變化。

樣品黏土礦物所反映出的古氣候特征表明，宜賓地區(qū)在0.73～0.30 Ma B.P.期間為溫暖濕潤的氣候環(huán)境，與孢粉鑒定結(jié)果一致。

5 古氣候特征及討論

王正新等[12]在四川盆地第四紀象化石演化與氣候環(huán)境關(guān)系的研究中，提到四川盆地中更新世(約0.73～0.20 Ma B.P.)氣候比較溫暖，氣溫比現(xiàn)在低約3～5℃，早期屬針葉林-闊葉林帶；在中-晚更新世，氣候轉(zhuǎn)暖，針闊葉林混交植物比較茂盛，迎來了四川象類進化和演化的大好時機。劉會平[13]根據(jù)大量的孢粉資料,建立了長江流域第四紀植物群落與氣候變化的時間發(fā)展序列和空間分布規(guī)律，在中更新世(民德冰期—民德里斯間冰期)，四川盆地植被類型從針闊葉混交林-草原轉(zhuǎn)變?yōu)獒橀熁旖涣?，氣候從干冷轉(zhuǎn)變?yōu)榕瘽瘛｀圎怺15]通過對四川盆地西南邊緣盆山過渡帶的名山地區(qū)中更新世棕紅色-棕黃色泥礫層及灰白色黏土層中孢粉的分析發(fā)現(xiàn)，中更新世該地區(qū)出現(xiàn)了針闊葉林和疏林草原兩種植被類型，總體表現(xiàn)為溫暖半濕潤期間出現(xiàn)過濕潤偏冷的氣候類型，孢粉在中更新世表現(xiàn)出了氣候的波動性，根據(jù)孢粉中所含鐵杉化石現(xiàn)今生長的海拔高度[21]推測名山地區(qū)當(dāng)時海拔高度隆升至600 m以上，其氣候波動或受到海拔高度影響。趙璐璐等[14]對成都平原紅土沉積物中黏土礦物進行了研究，在中更新世中晚期(0.7～0.4 Ma B.P.)高嶺石質(zhì)量分數(shù)總體上由30%上升到65%，相反，伊利石質(zhì)量分數(shù)總體上由65%降低到30%。蒙脫石與蛭石質(zhì)量分數(shù)都比較小，基本保持在3%以下，表明成都平原由溫涼干燥的弱風(fēng)化氣候逐漸轉(zhuǎn)為溫暖濕潤的較強風(fēng)化氣候。李代鈞[16]也對成都平原綿陽地區(qū)中更新世孢粉進行了分析，其孢粉組合以蕨類植物和草本植物占優(yōu)，而木本植物較少，應(yīng)為疏林草原植被類型，氣候與今大體相仿，為暖濕氣候。

綜合前人對四川盆地中更新世氣候的研究來看，總體都表現(xiàn)為溫暖濕潤的氣候類型，在氣候特征上與本文研究結(jié)論是較為相似的；而且劉會平[13]和趙璐璐等[14]研究結(jié)果也表明從中更新世早期到晚期氣候向著更加溫暖濕潤的方向變化，本文所測黏土礦物也顯示了相同的變化趨勢。但是由于四川盆地的范圍較大，研究區(qū)域不同，地形地貌則存在不同，加之前人在研究時采用的中更新世時代劃分方案的差異及其他因素的影響，可能導(dǎo)致植被類型或者氣候特征上與本文研究的宜賓地區(qū)出現(xiàn)一定的差別。

魏永峰等[10]、陳詩越等[8]、薛濱等[11]和劉光琇等[9]分別對川西高原(青藏高原東緣)理塘、甘孜、若爾蓋地區(qū)中更新世氣候做過詳細的研究。除魏永峰等[10]對理塘地區(qū)孢粉的研究認為該地區(qū)為溫?zé)釢駶櫄夂蛲?，其他人對甘孜地區(qū)和若爾蓋地區(qū)的孢粉、磁化率和氧同位素等的研究都顯示川西高原在中更新世早期以氣候頻繁的冷暖交替為特征，而到中更新世中晚期隨著高原的隆升及其對水汽的阻擋作用而逐漸趨于干冷。將前人對四川地區(qū)氣候的研究匯總對比如表4所示。

表4 四川地區(qū)中更新世氣候?qū)Ρ缺鞹able 4 Contrast of Middle Pleistocene climate in Sichuan

6 結(jié) 論

a. 通過對宜賓地區(qū)岷江、長江河流階地的野外實測發(fā)現(xiàn)該地區(qū)長江水系共發(fā)育5級河流階地，通過ESR方法測定以及綜合前人資料確定宜賓地區(qū)長江水系Ⅴ級階地的年齡為0.73～0.70 Ma，Ⅳ級階地的年齡為0.5～0.3 Ma。

b. 在0.73～0.30 Ma B.P.，研究區(qū)植被類型為常綠、落葉闊葉林，植被面貌為森林植被，林下蕨類植物較多，平坦開闊地帶多以草本植物覆蓋，總體表現(xiàn)為亞熱帶溫暖濕潤氣候，與現(xiàn)今大體相仿或略溫涼。孢粉中的麻黃、落葉松和藜科等表干表冷成分推測由風(fēng)或河流從海拔高度2.7 km以上的氣候干冷地區(qū)攜帶而來，可能源于岷江上游。

c. 研究區(qū)黏土礦物中以高嶺石為主，伊利石化學(xué)指數(shù)較高，反映沉積物形成時期經(jīng)受了較強的化學(xué)風(fēng)化作用，為溫暖濕潤的氣候環(huán)境，且從0.73～0.30 Ma B.P.總體趨勢變得更加暖濕，與孢粉反映的氣候特征一致。

d. 四川盆地中更新世總體為溫暖濕潤氣候類型，而川西高原(青藏高原東緣)則表現(xiàn)為早期頻繁的冷暖波動，中晚期逐漸趨于干冷，本文孢粉樣品中的表干冷成分也證實了這一點。

由于樣品和檢測手段的限制，本文只檢測出了3件孢粉樣品數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)支撐較少，所以在氣候分析中可能存在一定的不足，但所獲得的結(jié)論填補了宜賓地區(qū)第四紀氣候研究的空白，對四川盆地的第四紀古氣候的研究仍具有重要的參考價值。