● 摘要
全新世(11500年前至现在)是最年轻的地质时期(地质时代)。在这一时期,人类文明得以迅速发展,而在发展的同时,环境问题也日益显著。黄河中游是我国人类文明的发祥地,全新世以来黄河中游的环境变化成为了许多科学家研究的热点。而黄河中游的洪水灾害在这一时期也是频繁不断,水土流失严重,但目前对于黄河中游古洪水的研究还很少,我们课题组在考察了从龙门到石楼晋陕峡谷段黄河中游的河流,发现了FTC和XHQ两处洪积台地,每一处都有4层洪水滞流沉积层,进行野外特征识别,并采取了古洪水沉积样品在陕西师范大学实验室进行粒度,磁化率,碳酸钙,烧失量等环境代用指标的测定,确定其为古洪水滞流沉积层;然后根据1:1万地形图绘制古洪水断面地形图,绘制河槽断面图,并恢复古洪水水位,用比降法计算古洪水流量。得到如下结论:
(1)在佛堂村支沟口内,考察发现两级明显的洪积台地,古洪水滞流沉积层受到基底地形的影响形成水平或波状层理,四期洪水之间,有明显的龟裂界限。细沙质粉沙构成,明显区别于黄土和古土壤。但与GJC采集的古洪水性状相似。FTC洪水滞流沉积物的磁化率值均很低,远低于黄土古土壤,接近于马兰黄土,说明其在行洪过程中,实现了物质的再分配。其碳酸钙的含量接近于黄土,低于古土壤,烧失量较低,这都说明沉积物为全新世晚期的新鲜沉积。洪水滞流沉积物的搬运为水动力,黄土则为风动力沉积,搬运介质的不同,使二者的粒度组成形成差异。但是,由于黄河中游晋陕峡谷的水力远大于沙尘暴风动力,因而,黄土的性质为粉沙,而SWD的性质为细沙质粉沙。延水GJC的洪水滞流沉积物在粒度,烧失量,碳酸钙指标上与FTC表现出相似性。但是无论是FTC, GJC还是后面的XHQ,其记录了一组洪水事件的沉积层在不同层粒度组成表现出差异。这表明每一期古洪水它的流量流速的差异,以及洪水来源区的不同。
(2)我们野外考察发现,在乡宁-韩城大桥西端的支流沟口内一个回水湾,保存着特大洪水高水位情况下的悬移质沉积层。这些古洪水滞流沉积层构成两级洪积台地(flood bench),每层之间都有坡积角砾石夹层将其分隔开来。根据Huang et al.(2010)最新总结出的关于古洪水沉积物的宏观特征,我们通过野外观察,初步判定它们是典型的全新世古洪水滞流沉积物(SWD),其每一层都记录了一次古洪水事件。XHQ古洪水SWD的磁化率和碳酸钙含量高于河床沙的值。这表明古洪水SWD当中的铁磁性矿物和方解石矿物含量均大于河床沙。这显然是因为河流搬运过程当中的分选性沉积造成的结果。作为对比的白水县黄土台塬剖面,因为处于黄土高原东南部的关中盆地内,全新世沙尘暴堆积物受到次生风化成壤影响深刻,磁化率较高,古土壤中由于淋溶作用,磁化率较高而碳酸钙含量较低。根据粒度分析,XHQ地点的SWD属于粉沙质细沙。而当地河床质沉积物当中>0.1mm沙级颗粒含量超过70%,属于中沙类沉积物。附近黄土台塬全新世的黄土古土壤,中细粉沙含量超过70%,沙级颗粒含量很小,属于粘土质粉沙。古洪水SWD与河床沙和黄土古土壤的粒度成分差异是很大的,这就明确地将黄河晋陕峡谷古洪水滞流沉积物与河床沙和风成黄土古土壤区分开来了。SWD层分选很好,主要成分粒径很集中,所以峰态也很狭窄,这正是河流悬移质成分的最主要特征。
(3)目前运用于古洪水年代判定的方法有14C测年法,光释光,热释光测年法,但是此次采集的沉积物中没有可供测年的物质,只能采用地层对比的方法。黄土高原的表层黄土形成于最近1.5ka。所采取的FTC、XHQ地点的古洪水滞流沉积层位于表土之下,其下没有发现形成于3.1ka年前的古土壤。从而粗略的判定他们为全新世晚期的特大洪水滞流沉积物。
(4)本文通过选取断面,恢复了古洪水的水位,运用比降法计算了各期古洪水的流量。FTC地点的古洪水最大流量为47700m3/s,XHQ地点代表的洪水最大流量为46700 m3/s。本文中,由于在采样点附近没有发现尖灭点,水位的恢复依靠古洪水SWD的含沙量来恢复。
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