“寒亭組”是山東唐宋時期兩期洪水的產(chǎn)物
——基于沭河沙帶調(diào)查及光釋光測年研究

王江月

(曲阜師范大學地理與旅游學院，山東 日照 276800)

古洪水滯留沉積物(Slack-water Deposit，SWD)是古洪水時期，溢出主河槽的洪水攜帶的懸浮物質(zhì)，由于水流速度的降低而保留于河漫灘、河流階地等平緩坡地的沉積物[1-3]。沂河、沭河兩岸分布著較大面積的沙帶，1993—1996年，山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘査院進行了臨沂等四幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，將分布在河流階地的沙帶劃為寒亭組注山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，《中華人民共和國1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告》臨沂幅、板泉幅，1998年。。寒亭組為近代風成相堆積，巖性為黃白色中細砂、粉砂，分選好，第四紀風沙相沉積物，與下伏臨沂組整合接觸。但隨著更加全面的研究發(fā)現(xiàn)，沂河中、上游北寨剖面保留有全新世時期(3kaBP，4kaBP)兩期古洪水沉積物[4-5]，蔡家村剖面保留有晚全新世時期四期(0.22±0.02～2.83±0.26kaBP)沉積物等[5]，說明沂河、沭河對全新世復雜多端氣候變化的響應。結(jié)合對研究區(qū)沙帶展布形態(tài)現(xiàn)場調(diào)查以及沉積物測年技術(shù)的應用，對該流域沙帶的成因有了更為準確的認識。同時也為沂沭流域古氣候恢復提供更為科學的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于臨沂市西南部，屬沂河、沭河河谷中游地區(qū)。為溫帶大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干旱，年降水量約為850mm，集中于七八月份[6]。在全新世時，氣候變化較為頻繁，早、中期約4000a前后該區(qū)域湖泊消亡，河流開始發(fā)育。

研究區(qū)位于山東省中南部(圖1a)，沂沭河沿岸沙帶(圖1b)主要由兩處組成，一處分布在臨沂西南羅莊區(qū)南茶棚村沂河一級階地，沿河西岸分布，由上下兩部分組成。上部沙帶(Y2)南北長約為6700m，東西寬約為1700m。下部沙帶(Y1)南北長約為5600m，東西寬約為1500m。另一處分布于臨沂市河東區(qū)東南部重溝鎮(zhèn)沭河一級河流階地前緣，沿河東岸分布。上部沙帶(S2)南北長約為4700m，東西寬約為1200m。下部沙帶(S1)南北最寬約為3300m，東西最寬約為1100m。沙帶覆蓋于河流轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)的河漫灘及河流階地上，主要由粉細砂組成，淺棕黃色，顆粒較細，并廣泛發(fā)育水平層理。

a—研究區(qū)位置；b—沂河、沭河沿岸沙帶分布及采樣位置圖1 沂河、沭河沿岸沙帶分布及采樣位置圖

2 沙帶成因分析

以往的資料中，該區(qū)域沙帶被認定為因季風吹揚作用形成的風沙沉積[7]，經(jīng)過調(diào)查與研究，認為該區(qū)沙帶屬于古洪水沉積作用而成。

(1)分布在沭河東岸的沙帶，若是該區(qū)盛行的冬季西北季風吹揚作用形成，尚可以存在動力來源上的解釋，但僅僅相隔12km的沂河沙帶，并未分布在沂河東岸，而是分布在沂河西岸，若同為冬季西北季風所為，勢必分布在河流的東岸而非西岸，因此使用西北季風的吹揚作用解釋成因，就存在風向的動力來源問題，故此導致兩處沙帶風向動力來源上的矛盾。

(2)兩處沙帶雖然分布在河流的不同岸，一處在西岸，一處在東岸，但均分布在河流轉(zhuǎn)彎的內(nèi)側(cè)，洪水期間河流在轉(zhuǎn)彎處強有力的側(cè)蝕作用對河床的沖積侵蝕，有利于洪水細粒沉積物的泛起。在沙帶中間的細腰部位，其對應河段的側(cè)蝕作用存在明顯的減弱趨勢，從而顯示出沙帶的沉積與河流轉(zhuǎn)彎，以及動力之間的內(nèi)在關(guān)系。

(3)古洪水滯留沉積物(Slack-water Deposit，SWD)具有流水沉積的層理，受到當?shù)匚⒌孛灿绊懀@些層理會表現(xiàn)為近水平狀、傾斜狀、波浪狀等[1]。由于沙帶分布在河流岸邊平坦的階地之上，因此沙帶中廣泛發(fā)育大型泥質(zhì)(含植物殘片)水平層理(圖2a)，與微型平緩波紋(圖2b)，這些穩(wěn)定水流狀態(tài)下的物質(zhì)分選與波浪紋理，充分顯示了水沉積的特征。

a—大型水平層理；b—微細波浪紋理特征圖2 沙帶中水平層理與微細波浪紋理特征

洪水沿古河道下流時，在河流的轉(zhuǎn)彎處，由于橫向環(huán)流作用，表現(xiàn)出河流的側(cè)蝕作用。洪水從上游帶來的泥沙以及側(cè)蝕作用從對岸侵蝕來的泥沙，在環(huán)流作用下堆積在河流轉(zhuǎn)彎內(nèi)側(cè)平坦的河漫灘及階地的前緣部位。洪水沉積物粒度受水動力條件以及洪水強度、沉積坡地高度的影響[5]。由于研究區(qū)位于沂沭河中下游，河流流速較小，洪水中自身攜帶及從對岸侵蝕而來的等粒度小、體重輕的粉細沙，被環(huán)流攜帶至平坦的河岸階地沉積下來，其中含有植物莖葉碎屑的泥質(zhì)成分分選沉淀形成水平層理。

從沙帶的分布位置、層理等特征分析，表明沙帶具有古洪水滯留沉積物的普遍特征，故此，進一步確定古洪水的發(fā)生時間則顯得尤為必要。

3 樣品采集、處理與測試

確定古洪水發(fā)生時間，通常采用的方法為光釋光測年(OSL，Optical Stimulated Luminescence)、14C測年等，該次研究選用了OSL測年技術(shù)。OSL信號是光激發(fā)晶體自最后一次埋藏所積存的電離輻射并讓其釋放[8]。該次取樣地點選在重溝鎮(zhèn)沭河東岸沙帶。順河流流動方向，SH01-1，SH01-2取樣點位于下游的S1沙帶，SH02-1，SH02-2取樣點位于上游的S2沙帶部分(圖1、表1)。

取樣使用長50cm，直徑為5cm的不銹鋼圓管，用紙和膠帶將一端封閉。先在沙帶平坦處挖掘深度超過0.5m的坑穴，避免后期人為擾動，再在坑穴中進行取樣。將鋼管的開口一端砸入沙帶后，連帶其中的沙粒一同取出，再用遮光紙和膠帶封閉開口端，杜絕外界光線干擾。

實驗室內(nèi)去除圓管兩端受光影響部分，采用中間部分進行測試。

在中間段取一部分樣品進行含水量測定及樣品中U，Th，K含量分析。對樣品用鹽酸、雙氧水等試劑進行預處理后，使用美國Daybreak公司生產(chǎn)的Daybreak2000型釋光測量儀測定樣品的等效劑量(De)。使用重量法對原樣的含水量進行測定，對完成測定的樣品進行粉碎研磨后，使用等離子體質(zhì)譜儀測定U，Th的含量，使用等離子體光譜儀測定K的含量。利用上述參數(shù)可計算出樣品的環(huán)境劑量率(D)。使用樣品的等效劑量(De)與環(huán)境劑量率(D)，可計算出樣品的光釋光(OSL)年齡[9-10]。

4 測年結(jié)果

光釋光測年數(shù)據(jù)顯示：沂河、沭河河岸沙帶的形成時間，上游部分(S2沙帶)為0.8kaBP，下游部分(S2沙帶)為(1.2±0.1)kaBP，代表了兩次歷史古洪水的形成時間，河流沿岸的沙帶則分別為0.8ka與1.2ka兩次歷史古洪水時期的滯留沉積物(表1)。

表1 光釋光樣品位置及測試結(jié)果

測試單位：國土資源部海洋地質(zhì)實驗檢測中心

測年結(jié)果顯示，兩處沙帶的年齡分別為0.8kaBP，(1.2±0.1)kaBP。對應中國朝代大致在唐宋時期。大批學者對近2000a中國氣候進行了詳細的研究，使用地方志等歷史文獻與樹輪、冰芯等代用資料對古氣候進行恢復。葛全勝等[11]將該過去2000a劃分為4個暖期與冷期，唐宋時期大部分位于暖期。竺可楨先生在《中國近五千年來氣候變遷的初步研究》中對宋朝氣候變化進行了詳盡的描述，在兩宋王朝存續(xù)的300余年間，處于一個由“溫暖期”至“寒冷期”，再到“溫暖期”的往復交替過程[12]。氣候變化頻繁復雜，加之人為開發(fā)活動等人為因素的影響，旱澇災害在自然災害中占有非常大的比例[13]。陳國生在《唐朝自然災害初步調(diào)查》中，對有記載的水災按照開元十五道進行統(tǒng)計，在唐朝時期今山東省位于的河南道，記載發(fā)生75次水災，占全國的31.25%，位居全國第一。同時澇災也是唐朝主要的自然災害，據(jù)統(tǒng)計共有214次[14]。

南宋時期，據(jù)史料記載，近似時期的1297年，全國大水災，河決汴梁等多處，河南、江蘇、江西、湖南、浙江等地大水。水災北面至大都，遼陽、沈陽等地；距今1.2ka為唐朝時期，近似時期水災泛濫，其中不乏死亡在萬人以上的特大災害[15]。《唐書》中記載“開元十四年(公元726年，距今1290年)，天下州五十水，河南、河北尤甚。河及支川皆溢”，“貞元八年(公元792年，距今1220年)，六月，淮水溢沒泗州城；秋，自江、淮及荊、襄、陳、宋至于河朔州四十余，大水害稼，溺死二萬余人，漂沒城郭廬舍無數(shù)[16]。”這些文獻記載的洪水發(fā)生時間，與本次研究獲得的測年結(jié)果具有近似性。

除了歷史記錄之外，根據(jù)姚檀棟等[17]對于古里雅冰芯記錄的氧同位素演化曲線顯示(圖3)，結(jié)合王超[5]對該流域河流階地蔡家村剖面古洪水研究獲得的測年數(shù)值(圖3)[5]，顯示出近2ka以來的四期歷史古洪水與氣候的對應關(guān)系。1.2ka洪水滯留物對應于H4洪水階段，0.8ka洪水滯留物的年齡由于誤差較大只能參考，鑒于與古里雅冰芯演化曲線的耦合關(guān)系，分析0.8ka滯留物的形成時間應在H3洪水階段，即在0.9～1.0ka之間的時間段，這與前述歷史洪水記述相吻合，具體形成時間將在接下來的研究中進一步探索。

a—年齡數(shù)據(jù)及誤差；b—古里雅冰芯氧同位素演化曲線圖3 沂河、沭河流域洪積物測年數(shù)值與古里雅冰芯2ka以來氧同位素演化曲線關(guān)系圖

5 討論與結(jié)論

根據(jù)沙帶在河岸分布的范圍可估得兩次洪水的規(guī)模之大，但是由于在研究調(diào)查中數(shù)據(jù)采集較少，缺少技術(shù)支持，無法更深一步對兩次洪水的規(guī)模進行定量的模擬計算。唐宋時期近2000a的氣候變化屬于暖期，如今全球氣候有著變暖的趨勢，對唐宋暖期的進一步研究，對現(xiàn)在人類所面臨的氣候變暖問題有著重要意義。

(1)綜合歷史文獻記載、前人研究與本次野外調(diào)查及測年結(jié)果，結(jié)合河道形態(tài)與沙帶沉積物層理特征，確認沂沭河河岸沙帶成因為古洪水的滯留沉積物。

(2)對沙帶初步進行的光釋光測年研究結(jié)果顯示，沙帶主要是由是0.8ka與1.2ka兩次古洪水滯留沉積物(SWD)組成。據(jù)此，以往將該類型沿岸沙帶(寒亭組)的成因定為風成，值得商榷。

(3)查閱有關(guān)唐宋時期氣候變化以及自然災害的相應文獻與數(shù)據(jù)，唐宋時期自然災害頻發(fā)，并且水災是這個時期主要的自然災害。測年所得洪水滯留沉積物年齡與其有著較好的對應性。根據(jù)該流域洪水發(fā)出的期次性特征與青藏高原古里雅冰芯氧同位素演化曲線的對比，表明我國東部與西部的氣候變化具有統(tǒng)一性特征。

致謝：感謝譚麗榮教授在項目研究及論文寫作過程中給予的指導與幫助。