李華勇，袁俊英，楊藝萍，梁志姣，李智慧，吳帥虎，張虎才

1. 安陽(yáng)師范學(xué)院資源環(huán)境與旅游學(xué)院， 安陽(yáng) 4550002. 中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所，中國(guó)科學(xué)院邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣州 5103013. 云南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，高原湖泊生態(tài)與污染治理研究院， 昆明 650504

近幾十年來(lái)，在考古地層與現(xiàn)代河漫灘沉積中均發(fā)現(xiàn)有洪水事件沉積[1-3]，進(jìn)一步研究揭示，古洪水可能極大地影響了流域內(nèi)文明演進(jìn)，甚至帶來(lái)毀滅性打擊[4-5]。洪水沉積層作為古洪水事件的地質(zhì)信息載體，其準(zhǔn)確識(shí)別是進(jìn)行古氣候與古水文研究的必要前提[6-7]。目前學(xué)術(shù)界對(duì)現(xiàn)代洪水沉積特征研究集中于河流中上游地區(qū)的巨能洪水沉積與滯流沉積[8-9]，滯流沉積是洪水期河流兩岸達(dá)到最高水位且流速接近零的狀態(tài)下，逐漸在岸邊沉積下來(lái)的“上細(xì)下粗”沉積單元層[10]，是識(shí)別古洪水事件的常用載體，其沉積學(xué)特征和識(shí)別標(biāo)志主要有：呈現(xiàn)明顯斜層理或交錯(cuò)層理、水平或波狀層理，末端翹起的構(gòu)造特征；粒度負(fù)偏分布的結(jié)構(gòu)特征；重礦物組合單調(diào)且含量偏低的礦物特征[11]；磁化率和有機(jī)質(zhì)含量較低的地球物理化學(xué)特征[12]；以及古生物學(xué)標(biāo)志等[13-15]。然而，滯流沉積物僅在河流中上游的峽谷地區(qū)較易賦存，河流下游泛濫平原地區(qū)的洪水沉積特征研究相對(duì)較少[16]，尤其缺乏系統(tǒng)研究一次洪水沉積過(guò)程及其與下伏地層的對(duì)比。由此導(dǎo)致古洪水層識(shí)別缺乏參考系，仍多依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)法，從而可能造成判識(shí)偏差，甚至產(chǎn)生一定爭(zhēng)議[17-18]。因此，遵循“將今論古”的研究思路，充分認(rèn)識(shí)現(xiàn)代洪水沉積特征是識(shí)別地層中古洪水事件的重要前提和依據(jù)[19-20]。彌河位于山東省北部，下游屬泛濫平原地區(qū)，是全國(guó)重要的蔬菜種植區(qū)，區(qū)域內(nèi)古文化遺址眾多，歷史時(shí)期洪水災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重影響和威脅該地區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[21]。本文選取彌河下游2018年洪水事件為研究案例，獲取新鮮洪水沉積物及下伏土壤層巖芯，進(jìn)行孢粉、粒度、燒失量和磁化率等指標(biāo)分析，充分認(rèn)識(shí)現(xiàn)代洪水沉積特征，探討其變化規(guī)律及影響因素，對(duì)比洪水層與土壤層沉積差異并建立洪水沉積判定標(biāo)志，為識(shí)別全新世泛濫平原地區(qū)古洪水層提供可靠依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

彌河發(fā)源于山東中部沂山，全長(zhǎng)206 km，總體為北偏東流向，注入渤海萊州灣（圖1a），流域面積3847.5 km2，多年平均徑流深度156.5 mm。岳寺高村以下為下游，河長(zhǎng)96 km，流經(jīng)山前平原和濱海低地區(qū)，河道平均比降為0.4‰（圖1b）。流域年均降水量約為600 mm，降水分配不均，集中在5—8月，多發(fā)旱澇災(zāi)害，有水文記錄以來(lái)（截至2017年），最大洪峰流量發(fā)生在1963年7月19日，達(dá)到2870 m3/s。近40年來(lái)斷流天數(shù)呈逐漸增加趨勢(shì)，特別是1981年以來(lái)，寒橋站監(jiān)測(cè)年斷流天數(shù)均在150天以上。河流上游地區(qū)林地面積相對(duì)較大，下游以旱作糧食作物和蔬菜種植為主[22]。2018年8月中旬，臺(tái)風(fēng)“摩羯”和“溫比亞”接連影響彌河流域，帶來(lái)強(qiáng)降水，河流水位迅速升高，中游洪峰流量接近2500 m3/s，下游發(fā)生多處漫堤和決堤險(xiǎn)情，形成洪澇災(zāi)害。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

2018年10 月，筆者考察了彌河流域洪水淹沒(méi)區(qū)，并在下游高河漫灘區(qū)選擇新鮮洪水沉積物保存較為原始的地點(diǎn)（圖1b—c），提取21.5 cm長(zhǎng)沉積物巖芯MH1，其中0～9 cm為黃色洪水沉積，以黏土和粉砂為主，未見(jiàn)明顯層理，下段為棕色現(xiàn)代土壤層（圖1d）。鉆孔位于彌河下游寬谷地區(qū)，地勢(shì)平坦，河床寬100～200 m，行洪河道寬約2 km，河漫灘高出河床約2.5 m（圖1c），堤壩高出河漫灘約3 m。2018年洪水水位接近壩頂，并于部分河段發(fā)生漫堤和決堤，淹沒(méi)堤壩外側(cè)部分地區(qū)（圖1b）。該區(qū)域以小麥、玉米等旱作農(nóng)業(yè)為主，河灘區(qū)域?yàn)殡s草荒地。

圖1 彌河下游流域及鉆孔位置a. 彌河流域位置圖，b. 彌河下游流域圖，c. 采樣點(diǎn)位置遙感圖，d. MH1鉆孔巖芯圖。Fig.1 Location of the downstream of Mi river and the drilling pointa. Location of Mi River basin, b. The lower reaches of Mi River, c. Location of sampling site, d. The lithology of MH1 core.

淺鉆帶回實(shí)驗(yàn)室后剖開(kāi)，以0.5 cm間隔分樣，獲得43個(gè)樣品，全部進(jìn)行粒度、碳酸鹽及有機(jī)質(zhì)含量、磁化率分析（少數(shù)層位樣品量不足時(shí)將相鄰樣品合并測(cè)試），并選取洪水和土壤層各兩個(gè)樣品（深度分別為2～2.5、6～6.5、10～10.5、15～15.5 cm）進(jìn)行孢粉分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

樣品粒度測(cè)試所用儀器為Mastersizer 2000型激光粒度儀，首先加濃度為30%的H2O2以除去樣品中有機(jī)質(zhì)，然后加10 mL濃度為0.05 mol/L的(NaPO3)6作為分散劑，并用超聲波震蕩10 min后測(cè)量[23]。測(cè)試結(jié)果采用粒級(jí)-標(biāo)準(zhǔn)偏差法進(jìn)行分析[24]，通過(guò)計(jì)算每一粒級(jí)所對(duì)應(yīng)含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差獲得粒度敏感組分的個(gè)數(shù)和分布范圍，計(jì)算公式為：

式中，S為變量x的標(biāo)準(zhǔn)偏差（本文x為各粒級(jí)含量），xi為樣本值，N為樣本數(shù)。

有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽含量采用燒失法測(cè)定[25-26]：將恒重坩堝清洗干凈，放入105 ℃恒溫鼓風(fēng)烘箱加熱8 h，取出放入干燥器至室溫后稱(chēng)重；取充分干燥的粉末狀樣品至稱(chēng)量好的坩堝中，放入105 ℃恒溫鼓風(fēng)烘箱加熱6～8 h，取出放入干燥器冷卻至室溫后稱(chēng)重；將稱(chēng)重后的坩堝及樣品放入設(shè)定溫度為550 ℃的馬弗爐內(nèi)加熱2 h，放入干燥器中冷卻至室溫后稱(chēng)重；再將稱(chēng)重過(guò)后的坩堝放入950 ℃馬弗爐里燒1 h，關(guān)掉馬弗爐冷卻至250 ℃，用鑷子取出放入干燥器至室溫后稱(chēng)重。根據(jù)稱(chēng)量結(jié)果，進(jìn)行數(shù)學(xué)換算得到有機(jī)質(zhì)含量和碳酸鹽含量。

磁化率采用英國(guó)Bartington儀器公司生產(chǎn)的MS2型磁化率儀，在遠(yuǎn)離干擾磁場(chǎng)的情況下，對(duì)樣品進(jìn)行低頻磁化率（470 Hz）和高頻磁化率（4700 Hz）測(cè)試。每個(gè)樣品分別測(cè)試3次后取平均值，得到低頻質(zhì)量磁化率（χlf）和高頻質(zhì)量磁化率（χhf），并由此計(jì)算出頻率磁化率（χfd）和頻率磁化率百分比（χfd%），其中，頻率磁化率χfd=χlf-χhf，頻率磁化率百 分 比χfd%=（χlf-χhf）/χlf×100%[27]。以 上 實(shí) 驗(yàn) 在 云南師范大學(xué)高原湖泊生態(tài)與全球變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

孢粉提取采用HF法，鑒定和統(tǒng)計(jì)在Nikon光學(xué)顯微鏡10×100倍下進(jìn)行，每個(gè)樣品不少于300粒花粉，孢粉百分比含量按孢子和花粉總數(shù)計(jì)算[28]，該實(shí)驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

3 結(jié)果

3.1 粒度組分與參數(shù)特征

粒度測(cè)試結(jié)果顯示（表1，圖2），MH1孔以粉砂為主，含量變化范圍為67.76%～77.83%，平均含量達(dá)到71.95%；黏土平均含量19.90%，大致呈逐漸增加趨勢(shì)；砂含量變化范圍為0.03%～14.69%，呈顯著兩段式特征：0～9 cm平均含量?jī)H為1.73%，下段平均含量達(dá)到12.78%；中值粒徑范圍為5.82～24.81 μm，平均值6.34 μm，變化模式與砂含量相似。

表1 MH1孔各指標(biāo)參數(shù)數(shù)值Table 1 Values of index parameters of MH1 core

續(xù)表 1

圖2 MH1鉆孔粒度參數(shù)及組分隨深度變化曲線(xiàn)Fig.2 Curves of grain size parameters and components with depth in MH1 core

粒度參數(shù)根據(jù)McManus 1988年提出的矩值法公式[29]計(jì)算（表1，圖2），分選系數(shù)變化范圍為1.41～1.95，平均值1.78，洪水沉積層分選性稍好于土壤層；峰度波動(dòng)范圍為2.27～3.06，屬寬平或很寬平峰態(tài)，洪水沉積物相比土壤層略偏細(xì)；偏度變化范圍為0.25～0.87，平均值為0.60，屬近對(duì)稱(chēng)或正偏，無(wú)明顯變化特征。

洪水淤積層粒度頻率曲線(xiàn)呈單峰態(tài)（圖3a），峰值出現(xiàn)在約20 μm，主峰較窄，略偏粗，同時(shí)在約1 μm處出現(xiàn)較明顯細(xì)粒組分。概率累積曲線(xiàn)為典型三段式（圖3b），截點(diǎn)分別出現(xiàn)在約5和10.7Φ處，粒度組成以跳躍搬運(yùn)組分為主，含量接近80%，滾動(dòng)組分約占20%，懸移組分含量不足5%。

圖3 MH1鉆孔洪水沉積層平均粒度頻率曲線(xiàn)（a）與概率累積曲線(xiàn)（b）Fig.3 Distribution frequency(a) and probability accumulation curves(b) of the flood deposits in the MH1 core

3.2 燒失量

MH1孔有機(jī)質(zhì)含量范圍為3.70%～7.24%，呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，洪水層含量明顯高于下部土壤層（圖4a）；碳酸鹽含量為2.26%～7.73%，平均值4.30%（表1），變化特征與有機(jī)質(zhì)含量相似，但其兩段式模式更為顯著：下段土壤層碳酸鹽含量非常穩(wěn)定，波動(dòng)范圍為2.26%～3.17%，平均2.65%，上段洪水層平均值6.39%，且在沉積界面處呈突變式升高（圖4b）。

圖4 MH1孔燒失量、磁化率變化曲線(xiàn)Fig.4 Curves of ignition loss and magnetic susceptibility of MH1 core

3.3 磁化率特征

鉆孔低頻質(zhì)量磁化率χlf變化范圍為6.48×10-8～9.82×10-8m3/kg，平均值8.75×10-8m3/kg，土壤層為磁化率高值區(qū)，且波動(dòng)較小，平均為9.25×10-8m3/kg（表1），沉積界面處磁化率值迅速降低，雖然隨后又有所回升，但總體而言洪水層磁化率低于土壤層（圖4c）。

3.4 孢粉組合變化

MH1孔所選4個(gè)樣品共鑒定出孢粉35個(gè)科屬。孢粉組合中以草本花粉為主，共19個(gè)屬種，占總含量的68.40%，主要有禾本科（Gramineae）（21.22%）、藜科（Chenopodiaceae）（10.08%）、蒿屬（Artemisia）（7.67%）、薔薇科（Rosaceae）（5.51%）、葎草 屬（Humulus）（4.91%）、十 字 花 科（Cruciferae）（3.57%）、豆科（Leguminosae）（3.37%）、莎草科（Cyperaceae）（3.07%）、車(chē) 前 草 科（Plantaginaceae）（1.89%）、菊科（Compositae）（1.83%）、香蒲科（Typhaceae）（1.78%）和眼子菜科（Potamogetonaceae）（1.13%）等；其次是木本花粉，共16個(gè)科屬，占總含量的24.50%，主要有胡桃屬（Juglans）（5.59%）、松屬（Pinus）（5.56%）、榆屬（Ulmus）（4.03%）、樺木屬（Betula）（1.94%）、落葉櫟屬（Deciduous Quercus）（1.68%）等；蕨類(lèi)孢子含量最小，為7.11%，以三縫孢為主（圖5）。

圖5 MH1淺鉆主要孢粉譜Fig.5 Pollen percentage diagram for main taxa of MH1 core

4 討論

4.1 細(xì)粒洪水沉積及其成因

粒度組成是洪水沉積物研究的基本手段之一，其結(jié)果有助于推斷沉積物來(lái)源、搬運(yùn)動(dòng)力及沉積環(huán)境[6]。剖面宏觀(guān)特征顯示洪水層水平沉積層理不發(fā)育，粒級(jí)含量結(jié)果（圖2）表明MH1孔粒度下粗上細(xì)，指示鉆孔位置洪水動(dòng)力較弱，粗粒組分輸入少。從粒度自然分布頻率曲線(xiàn)與概率累積曲線(xiàn)特征也可以看出（圖3），洪水沉積物以跳躍搬運(yùn)組分為主，分選性較好，揭示洪水具有一定流動(dòng)性，但流速不快。

MH1孔粒度沉積特征除受洪水水動(dòng)力影響外，還與取樣點(diǎn)土壤粒度粗細(xì)相關(guān)，不同地點(diǎn)和洪水條件下可能具有截然相反的粒度模式[30-31]，但即便不與土壤層粒度對(duì)比，鉆孔洪水沉積物粒度也可以稱(chēng)為偏細(xì)：黏土和細(xì)粉砂含量達(dá)到66.1%，平均砂含量?jī)H為1.7%（表1）。由此推斷此次洪水強(qiáng)度不大，以細(xì)粒組分的輸入和沉積為主。除此之外，分析還與以下三點(diǎn)地貌-水文因素有關(guān)：①鉆孔取自河流下游地區(qū)，流域比降小，距物源區(qū)較遠(yuǎn)（圖1b），粗粒組分難以到達(dá)；②采樣位置為寬河道區(qū)域，行洪道突然展寬至約2 km（圖1c），洪水過(guò)境此處時(shí)流速變慢，輸砂能力進(jìn)一步減弱；③研究區(qū)位于濱海平原地區(qū)，靠近河口（圖1b），受河道淤積、海水頂托、人類(lèi)活動(dòng)等綜合影響，洪水滯流現(xiàn)象嚴(yán)重，出現(xiàn)準(zhǔn)靜水沉積環(huán)境。

4.2 敏感組分揭示的洪水過(guò)程

4.2.1 敏感組分識(shí)別

自然條件下物源和沉積動(dòng)力都具有復(fù)雜性，因此常規(guī)粒度劃分可能無(wú)法準(zhǔn)確揭示沉積區(qū)物質(zhì)來(lái)源和搬運(yùn)動(dòng)力變化。目前采用較為廣泛的粒度分析方法有端元法[32]、組分分析法[33]、粒級(jí)-敏感組分法[34]等，可以一定程度上輔助解譯沉積古環(huán)境。相較黃土和湖沼沉積，洪水沉積屬快速堆積過(guò)程，時(shí)間尺度上物質(zhì)來(lái)源較為一致，但流速變化較快，并不是所有粒級(jí)組分都對(duì)環(huán)境變化有明顯響應(yīng)[35]，如對(duì)水流流速敏感的粒徑范圍可能很小[36-37]。鑒于洪水沉積這些特征，本文選擇粒級(jí)-標(biāo)準(zhǔn)偏差法，從粒度數(shù)據(jù)中提取水動(dòng)力敏感組分[38]，并進(jìn)一步解譯其動(dòng)力學(xué)過(guò)程。粒級(jí)-標(biāo)準(zhǔn)偏差曲線(xiàn)可以反映每個(gè)粒級(jí)組分的標(biāo)準(zhǔn)偏差隨粒級(jí)的變化，標(biāo)準(zhǔn)偏差值越高，表明所對(duì)應(yīng)粒級(jí)組分含量離散度越大，即為環(huán)境敏感組分[39]。MH1孔洪水沉積層18個(gè)樣品標(biāo)準(zhǔn)偏差曲線(xiàn)大致以16 μm為界線(xiàn)，呈典型雙峰分布（圖6），峰值分別為0.54和0.64，對(duì)應(yīng)粒徑即為敏感組分：組分1（C1，7.9 μm），組分2（C2，30.0 μm）。C1屬于細(xì)粉砂組分，能在水體中較長(zhǎng)時(shí)間懸浮，理論上可存在于所有動(dòng)力類(lèi)型的水體環(huán)境中，但通常只在弱水動(dòng)力條件下才能穩(wěn)定沉積，因此可指示沉積環(huán)境穩(wěn)定性[40]。C2屬于中粉砂，為跳躍-懸浮組分，可指示粗粒物質(zhì)的輸入與水動(dòng)力大小。

圖6 MH1鉆孔洪水沉積物粒度敏感組分Fig.6 Sensitive grain-size components of the flood sediments of MH1 core

4.2.2 水動(dòng)力過(guò)程重建

提取洪水沉積層敏感組分C1與C2含量并繪制變化曲線(xiàn)（圖7），兩者具有顯著鏡像相關(guān)關(guān)系，表明受同一水動(dòng)力因子控制，而且該控制因子使兩個(gè)敏感組分含量朝相反方向變化?？傮w來(lái)看，C1含量呈增加趨勢(shì)，C2含量波動(dòng)減少。具體來(lái)看，可以劃分為5個(gè)階段，對(duì)應(yīng)此次洪水過(guò)程的5個(gè)時(shí)期。

圖7 MH1鉆孔粒度敏感組分含量變化特征與洪水階段劃分Fig.7 Results of sensitive grain-size components contents of flood layer in MH1 core and the division of flood stage

階段Ⅰ：9.5～9 cm，洪水初期，水位上漲淹沒(méi)鉆孔位置并開(kāi)始洪水沉積。C1含量迅速升高并達(dá)到洪水層第一個(gè)峰值，C2含量則相對(duì)處于低值，反映洪水初期水位上升但流速并未同步加快。一方面與初期洪水強(qiáng)度較弱有關(guān)，另一方面可能反映了氣候干旱化及人地矛盾突出背景下，人為活動(dòng)阻滯了河水自由流動(dòng)[41-42]。洪水發(fā)生前，MH1孔周?chē)r(nóng)田種植玉米，北側(cè)為養(yǎng)殖場(chǎng)（圖1c），行洪河道被嚴(yán)重侵占，影響洪水流動(dòng)。

階段Ⅱ：9～7.5 cm，第一次洪峰過(guò)程，C1含量有所下降，C2含量上升，達(dá)到洪水沉積層第一個(gè)峰值，也是最高值，表明該階段流速顯著加快，指示此次洪水的第一次洪峰過(guò)程，輸入到鉆孔位置的C2組分增多，同時(shí)強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境使C1組分沉積量減少。

階段Ⅲ：7.5～3 cm，高水位沉積階段，經(jīng)過(guò)階段Ⅱ第一次洪峰過(guò)程，洪水上漲到高水位，但由于自然和人為雙重因素影響，滯流現(xiàn)象嚴(yán)重[8]，機(jī)械沉積分異作用主導(dǎo)該階段沉積過(guò)程，粗粒組分沉積快于細(xì)粒組分，表現(xiàn)為C2所占比重逐漸減少，C1含量則波動(dòng)升高，表明該階段彌河下游在2018年洪水事件中經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間高水位滯流期。

階段Ⅳ：3～1 cm，第二次洪峰過(guò)程，C1含量先快速下降后逐步回升，C2含量出現(xiàn)峰值，指示第二次水動(dòng)力顯著增強(qiáng)過(guò)程，可能對(duì)應(yīng)第二次洪峰。

階段Ⅴ：1～0 cm，退水過(guò)程，C1含量減少，C2含量略有增加，表明沉積動(dòng)力短暫加強(qiáng)。揭示洪水末期快速退水過(guò)程中，鉆孔位置水體流動(dòng)性加強(qiáng)，細(xì)粒組分缺乏，粗粒組分含量相對(duì)增加。從該階段沉積特征分析，洪水退水過(guò)程迅速，其中人為疏導(dǎo)排水起了重要作用。

4.3 燒失量、磁化率與粒度相關(guān)性分析

鉆孔土壤層平均有機(jī)質(zhì)含量為4.4%（表1），符合華北平原地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量背景值[43]。洪水層有機(jī)質(zhì)、碳酸鹽含量均明顯高于土壤層（圖4a—b），與粒度負(fù)相關(guān)關(guān)系顯著（圖8a—b）。彌河上游地區(qū)以林地為主，地表有機(jī)質(zhì)含量豐富，為洪水及其沉積物提供了充足的有機(jī)質(zhì)來(lái)源，而且，有機(jī)顆粒比重較輕，在弱水動(dòng)力條件下才能穩(wěn)定沉積[44-46]，粒度特征顯示鉆孔位置流速較慢，具備其富集并存儲(chǔ)的沉積環(huán)境。而外源碳酸鹽一般富集在黏土礦物中，粒度越細(xì)，其含量越高[47-48]。因此，水動(dòng)力強(qiáng)度決定了洪水層碳酸鹽和有機(jī)質(zhì)含量，水流流速越快，粒度越大，燒失量越低；水動(dòng)力越弱，粒度越細(xì)，燒失量越高。但洪水層與接觸土壤層燒失量多寡關(guān)系并非由水動(dòng)力單一因素控制，還取決于土壤層特征。

MH1孔磁化率與粒度相關(guān)關(guān)系不顯著，土壤層磁化率值整體明顯高于上覆洪水沉積層，僅就洪水層而言，其磁化率值與黏土含量正相關(guān)（圖4c，圖8c）。黃土和古洪水地層研究認(rèn)為，古土壤層在成壤過(guò)程中就地產(chǎn)生細(xì)粒磁鐵礦，因而磁化率明顯高于其接觸黃土層和洪水沉積層[49]。彌河流域現(xiàn)代洪水層磁化率研究結(jié)果支持了這一觀(guān)點(diǎn)，但洪水沉積物磁化率在后期成壤作用之下如何表現(xiàn)需要進(jìn)一步研究，其適用的地理空間范圍也有待探討。

圖8 MH1鉆孔燒失量、磁化率與中值粒徑相關(guān)關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.8 Correlation between ignition loss, magnetic susceptibility and median grain size of MH1 core

4.4 洪水層與土壤層孢粉特征差異分析

孢粉含量及其組合特征可作為劃分地層中洪水沉積旋回的可靠代用指標(biāo)，并且已經(jīng)在黃河和長(zhǎng)江流域古洪水研究中取得研究案例[5,50]。洪水泛濫期間河流從區(qū)域外帶來(lái)的孢粉類(lèi)型與本土植物組成存在一定差異[51]，孢粉豐度也通常高于洪水間歇期沉積[52]，且同期洪水沉積層頂部孢粉豐度明顯高于底部[53]。

此次彌河流域洪水持續(xù)時(shí)間僅數(shù)天，大氣孢粉沉降的窗口期很短，貢獻(xiàn)相對(duì)有限，因此可認(rèn)為洪水層孢粉全部來(lái)自中上游地區(qū)，由水力搬運(yùn)而來(lái)，而土壤層孢粉主要來(lái)自當(dāng)?shù)刂参锷a(chǎn)與區(qū)域內(nèi)風(fēng)力傳輸[54]。于洪水層和土壤層各取兩個(gè)樣品進(jìn)行孢粉分析，對(duì)比孢粉特征差異。洪水層共鑒定出孢粉35個(gè)科屬，土壤層鑒定出34種，且兩個(gè)層位花粉科屬種類(lèi)幾乎一致（圖5），表明兩者雖然孢粉沉積機(jī)制不同，但來(lái)源較為一致，原因之一彌河為小流域，上下游植物種類(lèi)相差不大，其二上游地區(qū)植物花粉可通過(guò)風(fēng)和水媒介搬運(yùn)到下游河漫灘地區(qū)[54]，這與長(zhǎng)江、黃河等大河流域洪水沉積地層中孢粉特征存在一定差別[51-52]。

取孢粉豐度及木本、草本、蕨類(lèi)、水生植物百分比等5個(gè)指標(biāo)對(duì)比洪水層與土壤層孢粉差異（圖9）。MH1孔洪水層草本植物花粉含量（70.61%）略高于土壤層（66.18%），木本植物花粉含量略低（22.85%～26.14%），10～10.5 cm處木本花粉含量最高（26.82%），可能因?yàn)樵撎幨呛樗畬友谏w之前的土壤暴露面，隨風(fēng)攜帶而來(lái)的松屬花粉含量最高（15.00%）。洪水層水生植物花粉含量為6.69%，比土壤層稍高（5.48%），水生植物花粉可通過(guò)多種途徑富集于河流兩側(cè)河漫灘及沖積平原地區(qū)[54-55]，因此無(wú)法作為區(qū)分洪水層與土壤層的標(biāo)志。洪水層中 的 孢 粉 豐 度（7313.96粒/g）遠(yuǎn) 高 于 土 壤 層（1562.65粒/g），一方面因?yàn)殂@孔位置水動(dòng)力較弱，細(xì)顆粒物質(zhì)沉積速度較慢，有利于孢粉沉降；另一方面可能與洪水層沉積物粒徑小，更有利于孢粉存儲(chǔ)有關(guān)[50,53]。

圖9 MH1鉆孔孢粉種類(lèi)與濃度分布圖★號(hào)表示取樣位置。Fig.9 Distribution and concentration of pollen species in MH1 core

5 結(jié)論

（1）沉積剖面洪水層粒度較細(xì)，以黏土和細(xì)粉砂為主，揭示此次洪水強(qiáng)度不大，反映了小流域下游洪泛平原區(qū)的洪水水文特征。洪水沉積層粒度可識(shí)別出7.9 和30.0 μm兩個(gè)敏感組分，根據(jù)其含量變化特征，可將此次洪水過(guò)程劃分為洪水初期、第一次洪峰、高水位期、第二次洪峰、退水期5個(gè)階段。

（2）洪水沉積層燒失量明顯高于土壤層，一方面是弱水動(dòng)力環(huán)境有利于有機(jī)顆粒和碳酸鹽沉積，另一方面與土壤層較低的燒失量背景值有關(guān)。

（3）洪水層孢粉組合與土壤層并無(wú)明顯差異，基本與流域植被狀況相吻合，但孢粉豐度洪水層（7313.96粒/g）遠(yuǎn)高于土壤層（1562.65粒/g），揭示弱洪水動(dòng)力條件對(duì)孢粉具有一定富集作用。

（4）剖面下伏土壤層磁化率值整體高于洪水層，可能與成壤過(guò)程中磁性礦物的產(chǎn)生與積累有關(guān)，可作為識(shí)別古洪水層的參考指標(biāo)，但其適用地理空間范圍有待進(jìn)一步探討。

致謝：云南師范大學(xué)博士研究生孫啟發(fā)協(xié)助完成孢粉提取工作，兩位審稿專(zhuān)家悉心審閱并提出建設(shè)性意見(jiàn)，在此一并致謝。