全新世古洪水事件光释光测年研究——以渭河下游临潼段为例

通过对渭河下游河谷进行深入的考察,在临潼段发现全新世黄土-古土壤层里夹有古洪水滞流沉积层。在剖面系统采样并进行磁化率和粒度成分分析,从沉积学角度证明该地层记录了全新世以来古洪水事件的信息。同时,在剖面采集OSL测年样品,应用单片再生剂量法(SAR)进行红外后蓝光(Post-IROSL)释光测量,获得了7个OSL绝对年龄值,建立了全新世剖面年代深度关系曲线,确定渭河在3200～3000aB.P.之间发生特大洪水事件。综合地层学对比以及剖面磁化率和粒度等气候替代性指标分析,揭示了全新世中期向晚期转折过渡时期,气候向干旱化转折,气候不稳定,频繁波动,降水变率大,是造成渭河流域特大洪水事件发生的主要原因。     

黄河中游吉县段全新世古洪水滞流沉积物光释光测年研究

通过对黄河中游河口镇-龙门段峡谷进行详细的野外考察,在多个地点发现了含有古洪水滞流沉积物的全新世地层剖面。对山西省临汾市吉县段冯家集剖面的古洪水滞流沉积物系统采样,进行了沉积学及年代学分析研究。野外观测和粒度成分分析表明冯家集剖面夹有5层典型的古洪水滞流沉积物,其性质为细沙质粉沙,具有水平层理,层与层之间被坡积石渣土分隔。该层系的顶界高出黄河平水位达18m。它们是特大洪水在高水位滞流情况之下的悬移质沉积物,客观地记录了全新世时期黄河中游一期5次特大古洪水事件。通过分离出125—2251~m石英颗粒,应用单片再生剂量法(sAR)测得其光释光年龄值,结合地层对比及各种气候替代性指标的分析,确定这些古洪水事件发生在3200~3000a B.P.之间,处于全新世中期大暖期向全新世晚期相对干旱期转折的阶段。这对应我国历史上的商末一西周初期,季风气候状态不稳定,黄河流域既有严重地干旱,又有特大洪水事件发生。本文的研究成果为深入揭示河流水文系统对于全球变化的响应规律提供了新的可靠证据。     

OSL Dating of Holocene Loess-Paleosol Profiles in the Middle Reaches of Weihe River and Paleoflood Events

通过对渭河流域进行广泛的考察,在中游咸阳附近一处阶地发现保存完好的全新世黄土-古土壤剖面里夹有古洪水滞流沉积层,对其进行了年代学和沉积学研究.对于采集的全新世地层样品,进行粒度、磁化率测量分析,证明所夹沉积物是典型的古洪水滞流沉积物,该层记录了古洪水事件发生的气候水文信息.应用红外后蓝光的SAR光释光测年技术,获得该剖面9个OSL年龄值,确定渭河在距今3.2～2.8 ka之间为一个洪水多发时期,并建立了渭河古洪水事件的年代序列.这一结果揭示了古洪水的频发与全新世中期向晚期过渡的转折时期,气候由温湿向干旱化发展,大气系统失稳,气候变化剧烈,降水量异常变化,变率增大,是导致渭河流域特大古洪水多发的主要原因.     

汉江上游尚家河段全新世古洪水事件光释光测年研究

汉江上游是南水北调中线工程重要的水源区。通过对汉江上游河谷的详细调查,在郧县尚家河段全新世黄土-古土壤剖面上部发现一层典型古洪水滞流沉积物,对其进行了年代学和沉积学的研究。对于系统采集的样品,进行粒度分析测定,证明其为典型的古洪水滞流沉积物（SWD）,记录了古洪水事件发生的气候水文信息。采用古洪水水文学方法恢复推算出这次特大古洪水事件的洪峰流量为63 720 m3/s,其规模大于实测最大洪水。应用光释光测年（OSL）技术中的单片再生剂量法（SAR）,测得样品的年龄在940±140~3 190±100 a之间,确定古洪水SWD是汉江上游发生在1 000~900 a B.P.期间的特大洪水事件的沉积物。这期古洪水事件的发生年代对应于我国北宋/辽时期的气候恶化阶段,由于东亚夏季风环流异常变化,降水变率大,气候处于不稳定期,出现旱涝灾害频繁发生的现象。研究结果对于深入揭示河流水文系统对于全球变化的响应规律提供了新的证据。     

汝河全新世古洪水沉积学与光释光测年研究

汝河流域曾发生过堪称世界之最的"1975·8河南驻马店特大洪水垮坝事件",其洪水规模之大,受灾面积之广,受灾及死亡人数之多,震惊世界。因此探究汝河特大洪水事件的发生规律及其气候背景具有极其重要的科学价值。通过对汝河流域开展广泛细致的野外考察,在驻马店-遂平段第一级河流阶地前沿发现多处全新世古洪水滞流沉积物剖面,记录了流域发生的气候水文事件信息。最终选取汝河诸市乡地点(ZSX)全新世黄土土壤剖面进行系统采样,结合沉积学指标研究,准确鉴别出汝河ZSX黄土古土壤剖面中所夹三组古洪水滞流沉积物(slackwater deposits,SWD),为典型河流洪水悬移质泥沙沉积物。结合地球化学特征分析,确认三组古洪水SWD的物质是汝河上游流域发生特大暴雨洪水期间,流域地表土壤侵蚀与水土流失的产物。这三组古洪水滞流沉积物记录了末次冰消期和全新世发生在汝河流域的三期古洪水事件。结合典型剖面地层对比和应用SAR法对剖面关键沉积层位进行光释光测年(optical stimulated luminescence dating,OSL),建立了准确的地层年代框架。这三期古洪水事件分别发生在12000~11200aBP、4200~4000aBP、3200~3000aBP,皆发生在全球性气候突变或者转折时期,表明在这些时段季风气候变化异常,变率增大,洪水和干旱事件皆有发生。本研究对于淮河防洪减灾、水土保持及水资源开发利用,对于揭示区域气候水文变化与全球变化的响应规律,具有十分重要的科学意义和实践价值。     

东昆仑断裂带西大滩段全新世古地震研究*

对东昆仑断裂带西大滩段进行了断错地貌填图和古地震探槽揭露,共揭露出6次古地震事件,它们的年龄分别为10302±651aB.P. , 8650±500aB.P. , 7160±506aB.P. , 2830±170aB.P. , 1985±121aB.P.和1540±92aB.P. ;古地震重复间隔分别为1652±820a,1490±711a,4330±534a,845±209a和445±152a。研究发现,西大滩段全新世古地震活动具有丛集现象和重复间隔时间的分段性,第1丛集期在10300~7100aB.P.期间,平均重复间隔1571±543a,第2丛集期在2800~1500aB.P.期间,重复间隔400~800a左右,平均重复间隔645±129a,两个丛集期间隔4300a。西大滩段全新世地震活动规律对昆仑山地区未来地震危险性评估具有重要意义。     

河南新密溱水流域全新世人类文化演化的环境背景研究

溱水流域新石器至夏商时期人类文化发达,且持续发展,是中原地区乃至全国新石器至夏商时期人类文化最为发达的地区之一.本文在详细野外考察和多个地层剖面分析基础上,初步阐明了区域地貌特征及演化历史.对区域内的柿园仰韶遗址外的自然沉积剖面(34°29.409′N,113°36.933′E)进行了连续采样,并对样品进行了14C年代测定和粒度、磁化率、孢粉等古环境指标分析,结合考古遗存资料,探讨了区域全新世气候演变历史.在上述古环境研究基础上,分析了区域全新世环境与人类文化演化之间的关系.结果表明:流域在地形上,处于嵩山以东至黄淮平原以西的黄土丘陵台地地形区.溱水流域共发育了3级河流阶地:第三级阶地形成于晚更新世末期;第二级阶地形成于大致6000～4000cal.aB.P.时期,下游阶地形成时代较上游早;第一级阶地形成于历史时期晚期.溱水流域全新世早期(8500 ～ 7000cal.aB.P.)气候的暖湿程度与现在相当,仰韶文化时期(7000 ～5000cal.aB.P.)的气候是该地区全新世最为暖湿的时期,龙山文化时期(5000 ～ 4000cal.aB.P.)以来气候的暖湿程度呈波动下降,4000cal.aB.P.以后气候逐渐变干凉.整体上较为暖湿的气候是该地区全新世人类文化持续发展的有利条件.广阔平坦的多级黄土台地和第三级阶地以及广泛分布的黄土沉积物质为新石器以来逐渐发展的旱作农业提供了有利的地貌和土地资源条件.仰韶早期及之前的人类文化遗址分布在第三级阶地和地势更高的黄土台地之上;仰韶中期以后,由于区域人口的增加和农业的发展,人类聚落有向沿河阶地和下游地区发展的趋势.     

晚更新世晚期以来的长江上游古洪水记录

长江上游三峡河段主要的古洪水记录有:1)三峡深槽的蚀积变化;2)长江阶地粗粒沉积;3)长江的泛滥沉积;4)长江的古洪水平流沉积。不同时间跨度不同类型古洪水记录的精度有较大的差别。古洪水记录显示,晚更新世晚期的40～30kaB.P.,长江上游大洪水比30kaB.P.以来的长江上游大洪水大得多;全新世以来,以3983aB.P.前后的大洪水为相对最大;公元1870年大洪水为3000aB.P.以来最大洪水;近百年来的实测洪水以公元1981年洪水为最大。     

渭河宝鸡峡全新世特大洪水水文学研究

通过深入的考察,在渭河宝鸡峡河段发现典型的全新世古洪水滞流沉积地层剖面,并进行了古洪水沉积学和水文学研究。对于采集的序列样品,进行粒度成分、磁化率、烧失量、CaCO₃含量等分析,从沉积学角度证明了剖面上覆盖在古土壤S₀顶部的沉积物为典型的古洪水滞流沉积层。根据其地层结构及其与流域内其他剖面的对比,结合其所含古文化层考古学年代和OSL断代数据等,确定渭河上游在3200～3000aB.P.发生了3次特大洪水事件。利用古水文学原理恢复其水位,并且利用水位-流量关系模型,计算出古洪水洪峰流量为22560～25960m³/s。 这个结果大大延长了洪水水文数据序列,从而能够建立渭河万年尺度洪水流量-频率关系,对于防洪减灾、水能源和水资源开发具有重要的应用价值。该成果揭示出万年尺度大暴雨洪水与气候变化的关系,丰富了全球变化的区域响应理论。     

渭河咸阳段全新世古洪水事件光释光测年研究

古洪水水文学研究是全球气候变化研究的前沿课题,确定古洪水事件的年代是古洪水研究的重要内容之一。对渭河流域进行深入的野外考察,在中游咸阳段阶地发现全新世黄土-古土壤层里夹有古洪水滞流沉积层,表明该地层记录了古洪水事件发生的信息。在该剖面采集光释光样品,分离提取40~63 μm石英颗粒成分,应用单片再生剂量法（SAR）进行红外后蓝光(Post-IR OSL)释光测量,获得了9个OSL年龄值。结果表明由古洪水滞流沉积层记录的特大古洪水事件发生在3 200~2 800 a B.P.之间。结合沉积样品系列的磁化率和粒度成分等气候替代性指标分析,揭示了在全新世中期向晚期转折过渡时期,渭河流域处于气候向干旱化发展的转型期,气候变化剧烈,大气系统不稳定,降水变率增大等,是导致特大洪水多发的主要原因。这也是渭河流域气候水文系统对于全球性气候恶化响应的结果。     

泾河下游古洪水滞流沉积物地球化学特征研究

通过沿泾河河谷广泛的野外考察,在高陵县杨官寨段发现典型的全新世黄土-土壤剖面。经过详细观测、系统采样和化学元素、粒度成分和磁化率等多指标测定,从剖面鉴别出两组古洪水滞流沉积层（SWD）,分别记录了发生在4 200 ~ 4 000 a B.P.和3200 ~ 2800 a B.P.期间的特大洪水事件。该研究着重对古洪水滞流沉积层与黄土层和古土壤层的元素地球化学特征进行对比研究。结果表明:（1）在风成沉积物中,Fe2O3、Al2O3、K2O、MgO等元素含量在古土壤层高于黄土层,而CaO和Na2O元素含量则表现出相反的变化。表明风化成壤过程中,这些元素的迁移变化受到全新世以来气候变化和成壤作用的影响。而Zr、Hf、Ti、Cr、Y、Th等微量元素含量与地壳平均丰度相当,且变化甚微。这是由于这些微量元素主要包含在粗颗粒和重矿物之中,其化学性质比较稳定,具有强抗风化性,很少受到风化成壤作用的影响。（2）单个古洪水滞流沉积层,是洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境中沉积形成的,分选性很好,故其底部多粗颗粒和重矿物沉积,Zr、Hf、Ti、Cr、Y、Th等微量元素含量呈现突出的尖峰;自下向上随着颗粒逐渐变细,粘粒成分增加,Fe2O3、Al2O3、K2O、MgO等元素含量出现高峰。这两类元素由下向上的相互消长关系,与沙级颗粒含量和磁化率值变化规律对应,反映出古洪水滞流沉积层的基本理化特性。这个研究成果对于完善古洪水沉积学和水文学的方法和理论具有重要的科学价值。     

Holocene palaeoflood events recorded by slackwater deposits along the lower Jinghe River valley,middle Yellow River basin,China

Palaeoflood slackwater deposits (SWDs), are the natural record of overbank flooding and are often found within aeolian loess‐soil profiles along the river valleys of the middle Yellow River basin. These pedo‐stratigraphic sequences are studied using a multi‐disciplinarily approach to reconstruct Holocene hydro‐climatic variations. Our field investigations along the lower Jinghe River valley have identified palaeoflood SWDs at several sites along the riverbanks based on sedimentological criteria. Analytical results, including magnetic susceptibility, particle‐size distribution and concentrations of chemical elements, indicate that these well‐sorted palaeoflood SWD beds were deposited from the suspended sediment load in floodwaters. We identify two episodes of extraordinary palaeoflood events along the Jinghe River valley. These hydro‐climatic events were dated to 4200–4000 and 3200–2800 a BP, by using the optically stimulated luminescence method in combination with archaeological dating of retrieved anthropogenic remains, and with pedo‐stratigraphic correlations with the previously studied Holocene pedo‐stratigraphy in the Jinghe River drainage basin. The flooding events are therefore considered to be a regional expression of known climatic events in the northern hemisphere and demonstrate Holocene climate was far from stable. This study provides important data in understanding the interactions between regional hydro‐climatic systems and global change in semi‐arid and sub‐humid regions. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Holocene palaeoflood events recorded by slackwater deposits along the middle Beiluohe River valley,middle Yellow River basin,China

Palaeohydrological investigations were carried out in the middle Beiluohe River valley in the middle Yellow River basin. Palaeoflood slackwater deposits (SWDs) are natural records of overbank flooding and are often identified in the Holocene aeolian loess–soil profiles along the river valley. Three bedsets of palaeoflood SWDs were found within the mid‐Holocene Climatic Optimum palaeosol (S₀) on the right riverbank. Both the sedimentary and the analytical results, including magnetic susceptibility, grain‐size distribution and concentrations of chemical elements, indicate that these palaeoflood SWDs were deposited from the suspended sediment load of overbank flooding. We identified three episodes of extraordinary overbank flooding events. These hydro‐climatic events were dated to 7600–7400, 5800–5000 and 4200–4000 a BP, from optically stimulated luminescence (OSL) dating and pedostratigraphical correlation. The minimum flood peak discharges were estimated to have been between 12 600 and 14 100 m³ s^?1 using the slope–area method. These hydro‐climatic events are considered to be a regional expression of known climatic events and demonstrate that the mid‐Holocene climate was far from stable. These results show that the magnitudes of floods are highly sensitive to climate change in semi‐arid and sub‐humid regions with a monsoonal climate.     

黄河上游全新世特大洪水及其沉积特征

黄河上游官亭盆地的黄河二级阶地面上沉积了厚约2m左右的平流沉积物,每次洪水形成1个由红色粘 土水平层和黑灰色粘土水平层组成的洪水单元。对研究剖面洪水沉积层的磁化率测量区分出了14个洪水单元, 代表了14次特大洪水的发生;利用盆地内的考古资料,将古洪水频繁发生的时期定为3700～2800aB.P.。粒度分 析表明官亭盆地平流沉积的沉积物几乎全部由粒径小于4φ的悬移物质组成,其分选系数>2,偏度<0,峰态中等。 与黄河中游进行比较,官亭盆地的平流沉积粒级更小,偏度更小且呈负偏。     

Extraordinary floods related to the climatic event at 4200 a BP on the Qishuihe River,middle reaches of the Yellow River,China

Palaeo-hydrological study was carried out in the Qishuihe River valley in the middle reaches of the Yellow River. Several bedsets of flood slackwater deposit were identified in the Holocene loess-soil sequences on the riverbanks. They were differentiated from aeolian loess and soils by the parallel and waving beddings and the distinctive stratigraphic breaks separating individual palaeoflood events. Chronology of the flood events was established by OSL dating, checked by archaeological identification of the anthropogenic remains retrieved from the sequences. The results show that successive floods occurred between 4300 and 4000 a BP in association with the abrupt climatic event of 4200 a BP. These overbank floods had the riverbank settlement inundated repeatedly. Another series of extraordinary floods occurred between 3200 and 3000 a BP when monsoonal climate shifted from the mid-Holocene Climatic Optimum toward late Holocene dry conditions. The climatic event of 4200 a BP and the climatic decline at 3100 a BP were believed to be characterized by droughts previously. This work provides solid evidence that both severe droughts and extreme floods were parts of the climatic variability during abrupt climatic event and climatic decline in the semi-arid to sub-humid zones over the world.     

汉江上游全新世特大古洪水事件光释光测年研究

古洪水事件对中国古代文明的演变进程产生过重大影响,古洪水水文学研究是全球变化研究的前沿课题.通过野外深入考察,在汉江上游河谷阶地上,发现典型的全新世剖面中赋存古洪水滞流沉积层,记录了古洪水事件的气候水文信息.选择三个剖面系统采样,应用SAR法的Post-IR OSL技术对样品进行测年研究,获得了14个OSL年龄数据.结合样品的粒度成分和磁化率等气候替代指标测定分析,获得了全新世洪水事件与气候变化关系的记录.证明在距今9.5~8.5 ka和3.2~2.8 ka前,汉江上游经历了2个特大洪水期.该流域黄土—古土壤剖面记录了全新世早期气温回升增湿的气候,由于大气波动失稳,出现了9~8 ka前的全球降温事件;中期土壤成壤强烈,记录了温暖湿润的气候;晚期形成的现代黄土和表土层,记录了相对干旱的气候.由此揭示了在全新世早期气候波动失稳和中期向晚期过渡的气候转折时期,气候变化剧烈,降水变率增大,是导致特大古洪水事件频发的主要原因,这也是该区域气候水文事件对全球气候变化响应规律的具体表现.     

Late Pleistocene and Holocene extreme hydrological event records from slackwater flood deposits of the Ankang east reach in the upper Hanjiang River valley,China

This paper reports an investigation into palaeoflooding along the upper reaches of the Hanjiang River valley, China. Based on the sedimentary evidence of the palaeohydrological regime, two bedsets of palaeoflood slackwater deposits (SWDs) were identified interbedded within the Holocene loess–soil sequence along the riverbanks of the Ankang east reach. Optical Stimulated Luminescence (OSL) dating and stratigraphical correlation with previously dated sites were used to reconstruct the chronology of the palaeoflood events. The results show that the palaeoflood events represented by SWD1 occurred between 13 000 and 12 400 a, coincident with the climatic transition from the Bølling–Allerød (BL+AL) stage to the Younger Dryas (YD) event. The palaeoflood events recorded by SWD2 were dated to 1000–800 a, corresponding to the later stages of the North Song Dynasty (AD 960–1127) and the subsequent South Song Dynasty (AD 1127–1279), which was a time of climatic decline according to historical documents. Palaeoflood discharges were estimated using the step‐backwater method, and the peak discharges were estimated to be in the range 35 200–47 400 m³ s^?1. These results are of significance to our understanding of the regional hydrological response to global climatic change, the utilization of water resources, hydraulic engineering, flood control and disaster reduction.     

黄河上游靖远-景泰段全新世古洪水水文学

对黄河上游靖远景泰段峡谷进行系统野外考察,在靖远县金坪村(JPC)发现典型的全新世古洪水滞流沉积物。通过光释光(OSL)测年和与黄河吉县段FJJ剖面进行地层对比,确定这期特大古洪水事件发生在 3 200~3 000 a B.P.,即全新世中期晚期气候恶化转折阶段,对应着我国历史上商末至西周早期。采用古洪水水文学方法恢复古洪水洪峰水位,并且采用比降-面积法计算这一期多次古洪水事件的洪峰流量为 16 110~17 740 m³/s。同时,根据野外调查获得 2012年7月31日黄河上游大洪水的洪痕高程,采用相同参数和方法恢复其洪峰流量,误差仅有 2.7%,表明在该河段对于古洪水水文恢复计算参数选取和计算结果是可靠的。     

汉江上游晏家棚段全新世古洪水研究

通过对汉江上游详尽的野外考察,在湖北郧县晏家棚河段全新世黄土—古土壤地层中发现3层典型古洪水滞流沉积物。在沉积学的基础上,使用OSL技术断代,确定3期特大洪水事件分别在1 000~900 a BP,1 800~1 600 a BP和3 200~2 800 a BP期间发生。采用"古洪水SWD尖灭点高程法"确定这3期古洪水事件的洪峰水位介于176.20~176.73 m。运用Arc GIS耦合HEC-RAS水力模型,推求这3期古洪水事件的洪峰流量介于53 770~55 950 m3/s,并从多种角度验证了该模型计算结果的科学性和合理性。将此结果与实测洪水和历史洪水资料接续,构成万年尺度洪水水文数据序列,得到汉江上游晏家棚河段万年一遇和千年一遇洪水的流量分别为59 100和45 200m3/s。采用HEC-RAS模型对研究河段进行古洪水模拟,方法科学,结果可靠。将该河段洪水水文数据序列有效地延长到万年尺度,极大地提高了设计洪水的可靠性。