邢臺(tái)紫山西斷裂控制性鉆孔第四紀(jì)孢粉組合及其古氣候環(huán)境演變

呂國軍， 劉志輝， 張 合， 陳建強(qiáng)

(1.河北省地震局，石家莊 050011； 2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

邢臺(tái)紫山西斷裂控制性鉆孔第四紀(jì)孢粉組合及其古氣候環(huán)境演變

呂國軍1， 劉志輝1， 張 合1， 陳建強(qiáng)2

(1.河北省地震局，石家莊 050011； 2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

通過對邢臺(tái)紫山西斷裂控制性鉆孔中孢粉樣品化驗(yàn)分析，依據(jù)主要孢粉類型組合和成分含量變化，結(jié)合控制性鉆孔揭露的地層剖面巖芯的巖性、巖相、層序和熱釋光測年數(shù)據(jù)等綜合分析，劃分出5個(gè)孢粉組合帶，并根據(jù)這5個(gè)孢粉組合帶孢粉特征，進(jìn)一步得到邢臺(tái)地區(qū)第四紀(jì)以來古氣候特征及其變化過程。

控制性鉆孔；孢粉；邢臺(tái)地區(qū)；古氣候

0 引言

孢粉分析不僅有助于劃分和對比第四紀(jì)地層，而且孢粉還是揭示過去陸地生態(tài)環(huán)境變化最好的指標(biāo)之一[1]。通過孢粉學(xué)手段可以再造各種不同地貌單元上的植物景觀，恢復(fù)當(dāng)時(shí)的古氣候，從而推論古氣候的演變規(guī)律。因此，此方法成為研究第四紀(jì)古氣候和重建古環(huán)境的最有效方法。邢臺(tái)地區(qū)第四紀(jì)古氣候環(huán)境研究程度較低，取得成果較少[2]。本文主要利用中國地震局“十五”重點(diǎn)項(xiàng)目《河北省城市活斷層探測與地震危險(xiǎn)性評價(jià)項(xiàng)目(邢臺(tái)市)》中在邢臺(tái)紫山西斷裂的上端進(jìn)行的控制性鉆孔資料[3]，通過對鉆孔地層剖面巖芯的巖性、巖相、層序分析，并結(jié)合邢臺(tái)控制性鉆孔孢粉樣本化驗(yàn)分析結(jié)果、測年數(shù)據(jù)等，對邢臺(tái)地區(qū)的古氣候環(huán)境演變規(guī)律進(jìn)行分析[4]。

1 區(qū)域概況

邢臺(tái)紫山西斷裂北起邢臺(tái)市西側(cè)，向南從西北留東過沙河，經(jīng)北掌，順延紫山西側(cè)山前，到鼓山的伯延一帶消失，全長約70 km；走向NNE，傾向W，傾角較陡。該區(qū)域第四系地層各統(tǒng)齊全，成因類型繁多，厚可達(dá)數(shù)百米；主要沉積層包括：下更新統(tǒng)湖積、冰磧層，中更新統(tǒng)沖積——坡積層，中上更新統(tǒng)風(fēng)積——?dú)埛e層，上更新統(tǒng)洪積——坡積層以及全新統(tǒng)坡洪積、沖洪積和人工填土分布為主。

控制性鉆孔位于紫山西斷裂上端點(diǎn)西約10 m，邢臺(tái)市南三環(huán)路，電廠路口西約100 m西由留加油站北側(cè)空地上，經(jīng)緯度：114°28′34.72″E，37°00′52.90″。

鉆孔平面位置見圖1。此次鉆孔總進(jìn)尺121 m，總回次數(shù)50，平均回次進(jìn)尺2.42 m，總?cè)⌒鹃L度102 m，平均取芯率84.3%，共采孢粉樣品80件，熱釋光樣品22個(gè)。鉆孔綜合柱狀圖見圖2。

2 孢粉主要類型

邢臺(tái)西由留控制性鉆孔(XTK1)共采孢粉樣品80件，采樣的深度范圍是0～120 m。孢粉分析共統(tǒng)計(jì)鑒定到孢子花粉5 135粒，平均每樣約64.2粒；樣品的孢粉平均濃度為9.9粒/克，它們分屬78個(gè)孢粉類型。孢粉組合以草本植物花粉為主(約占65.9%)；喬木植物花粉次之(為24.7%)；蕨類植物孢子和灌木植物花粉較少(平均含量分別占7.8%和1.6%)，偶見少量水生植物花粉及藻類孢囊。

圖1 紫山西斷裂控制性鉆孔位置圖

孢粉主要類有：①草本植物花粉8類，以蒿(Artemisia)為主、禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、蓼(Polygonum)、藜科(Chenopodiaceae)、毛茛科(Ranunculaceae)、薔薇科(Rosaceae)、及唇形科(Labiatae)等，其次有少量濕生草本莎草科(Cyperaceae)及水生草本植物香蒲(Typha)等分子；②喬木植物花粉8類，松(Pinus)居多，櫟(Quercus)其次，此外還有云杉(Picea)、杉科/柏科(Taxodiaceae/Cupressaceae)、栗(Castanea)、樺/鵝耳櫪(Betula/Carpinus)、胡桃(Juglans)及榆(Ulmus)等；③蕨類植物孢子6類，依次是鐵線蕨(Adiantum)、真蕨綱(Filicale)、卷柏(Sellaginella)、中華卷柏(Sellaginella sinensis)、石松(Selaginella)及水龍骨科(Polypodiaceae)等；④灌木植物花粉3類：柳(Salix) 、白刺(Nitraria)及、麻黃(Ephedra)等。

3 孢粉組合帶劃分

根據(jù)控制性鉆孔所做花粉濃度圖示中主要孢粉種屬含量的變化趨勢分析(圖3)，結(jié)合地層剖面深度、巖芯的巖性、巖相、層序和熱釋光測年數(shù)據(jù)等綜合分析，以及孢粉組合類型在鉆孔剖面中的成分和含量變化，可以劃分出5個(gè)孢粉組合帶[4]，其特征和組成敘述如下：

3.1 孢粉帶Ⅰ(樣號1～21號，0～13.2 m)

孢粉豐富，濃度平均為20.54粒/克。孢粉組合中草本植物花粉[6]占優(yōu)勢，平均含量達(dá)66.05%，其中以蒿(28%)和禾本科(21.2%)的花粉為主；其次為藜科(9%)、菊科(1.23%)、狼毒(Stellera)(1.17%)；另還含有一定量的毛茛科、葎草(Humulus)等，少量濕生草本莎草科及水生草本植物香蒲花粉間或出現(xiàn)。

喬木花粉含量次之，平均為25.29%，主要為松屬(15.99%)和櫟(4.01%)；其次是杉科/柏科(1.73%)、榆(1.31%)；另樺/鵝耳櫪、山毛櫸(Fagus)、栗也有出現(xiàn)，但含量均<1%。

蕨類植物孢子含量較少，僅為7.19%，但仍是本剖面最高值。以真蕨綱(2.22%)、中華卷柏(1.6%)、鐵線蕨(1.46%)為主要類型，另含少量卷柏、石松及水龍骨科等；灌木花粉含量最少不足1%，偶見麻黃、白刺、八角楓(Alangium)等。

根據(jù)本帶孢粉的波動(dòng)特點(diǎn)，又可以把本帶劃分為2個(gè)亞帶，分別為Ⅰa和Ⅰb。

1)亞帶Ⅰa(樣號1～9號，深度0～5.8 m)

該亞帶草本植物花粉含量較高，平均為67.12%，其次為喬本植物花粉平均為22.98%。蕨類孢子含量為9.06%，灌木花粉的含量小于1%。草本植物花粉以蒿(34.77%)占絕對優(yōu)勢，最高可達(dá)54.55%，其次是禾本科(17.63%)、藜科(6.8%)和菊科(2.13%)，濕生莎草科及水生草本植物香蒲也有分布，但平均含量不超過1%。喬木植物花粉中針葉植物占孢粉總量的11.45%，其中松屬(11.36%)占優(yōu)勢，無其它針葉屬種；闊葉植物(11.53%)中以櫟(7.37%)和榆(1.54%)為主，偶見少量的樺/鵝耳櫪、山毛櫸、胡桃等。蕨類孢子中有真蕨綱(2.44%)、中華卷柏(1.98%)、鐵線蕨(1.07%)、水龍骨科(1.11%)，卷柏、石松等少現(xiàn)，灌木含量甚少。

圖3 邢臺(tái)控制性鉆孔第四紀(jì)孢粉總圖譜

2)亞帶Ⅰb(樣號10～21號，深度5.8～13.2 m)

本亞帶仍以草本植物花粉為主，與上段相比略有下降，平均含量為66.10%，但最高仍可達(dá)84.48%，其種類稍有不同。草本植物花粉中的禾本科(23.87%)、藜科(10.64%)和狼毒(1.98%)與上段相比明顯上升，但是蒿(22.92%)有明顯下降，濕生莎草科及水生草本植物香蒲幾乎消失。喬木植物花粉含量比上段增加，平均28.12%，其中增加最明顯的是針葉植物，占孢粉總量的23.71%，其中以松屬(19.46%)、杉科/柏科(2.97%)增加最多，另還有新屬種云杉(1.01%)局部出現(xiàn)，且含量很高。闊葉植物下降到4.41%，其中，以櫟(1.50%)和榆(1.13%)下降最明顯。蕨類減少為5.8%，種類依舊是真蕨綱 (1.64%)、中華卷柏(1.31%)、鐵線蕨(1.60%)。灌木無明顯變化，依舊<1%。

3.2 孢粉帶Ⅱ(樣號22～48號，13.2～48.5 m)

因本帶含有一12 m左右的礫石層，所以孢粉濃度平均只有9.85粒/克。孢粉組合中草本植物花粉占絕對優(yōu)勢，平均含量高達(dá)70.41%左右，比上一帶略有增加。其中，蒿(27.37%)和禾本科(19.74%)的花粉含量較高，和Ⅰb帶相比藜科的含量明顯上升到13.84%，菊科、 薔薇科、莎草科、十字花科花粉間或出現(xiàn)。

喬木花粉含量占花粉含量的21.21%，其中針葉植被的含量為15.06%，和Ⅰb帶相比明顯減少，主要為松屬(13.47%)，個(gè)別時(shí)段時(shí)有杉科/柏科(1.34%)出現(xiàn)；闊葉植被含量占6.15%，主要成分的櫟(2.81%)與樺/鵝耳櫪(1.27%)含量都增加，唯有榆(0.95%)減少。

蕨類植物孢子含量較少，僅為7.00%，與Ⅰ帶相比略有下降，以真蕨綱(1.46%)、中華卷柏(1.28%)、鐵線蕨(2.30%)、石松(1.32%)為主要類型；灌木花粉含量有明顯增加但仍不足2.00%，偶見麻黃、柳等。

3.3 孢粉帶Ⅲ (樣號49～60號，48.5～73.1 m)

與前2帶相比，本帶花粉總濃度明顯減少，一般小于3粒/克，平均只有2.93粒/克。孢粉組合中雖然仍以草本植物花粉為主，占總孢粉量的61.91%，但卻是降至了剖面最低。喬木花粉含量為31.95%，灌木與蕨類孢粉的含量為1.02%和5.12%。草本植物中藜科含量增加明顯，達(dá)到剖面最高為20.33%，而蒿與禾本科則降到最低分別為19.94%和10%，個(gè)別時(shí)段出現(xiàn)的還有狼毒、唇形科、菊科、旋花科等，其含量在1%～3%之間。喬木植物中針葉植物平均含量為24.93%，成分仍以松屬(21.37%)為主，另杉科/柏科的平均含量為3.18%，2者均達(dá)到剖面的最高值，其它成分幾乎沒有出現(xiàn)；闊葉植物含量平均為7.02%，比上一帶略有增加，主要成分是櫟(2.91%)和樺/鵝耳櫪(1.38%)，另有，榆(0.82%)、胡桃(0.88%)。灌木偶見麻黃、白刺、沙棘(Hippophae)。蕨類以中華卷柏(1.41%)、真蕨綱(1.12%)為主，另可見少量鐵線蕨、石松、卷柏。

3.4 孢粉帶Ⅳ (樣號61～74號，73.1～102.4 m)

孢粉貧乏帶。平均濃度只有2.77粒/克，孢粉組合波動(dòng)較大，但仍以草本植物花粉占優(yōu)勢，平均高達(dá)71.85%。主要類型有蒿(21.40%)、禾本科(18.85%)、藜科(15.23%)，常見的還有香蒲、毛茛科、毛茛(Ranuncula)、豆科(Ranuncula)，另還有新出現(xiàn)的紫苑(Aster)、錦葵科(Abelmoschus)、蓼科(Polygonaceae)，含量均>1%。喬木植物含量多低于20%，平均為19.09%，與上一帶相比下降幅度較大。其中針葉植物占13.55%，以松屬為主，其它成分迅速降低，甚少出現(xiàn)。闊葉屬種占5.54%，其中主要成分是櫟(2.28%)，另常見榆(1.19%)、和胡桃(1.05% )。 蕨類中常見中華卷柏(2.65%)鐵線蕨(1.29%)石松(1.23%)。灌木以白蠟樹(Fraxinus)和麻黃為主。

3.5 孢粉帶Ⅴ(樣號75～80號，102.4～120 m)

孢粉不夠豐富，濃度平均為3.17粒/克。喬木花粉下部有明顯較少的趨勢，平均為16.75%。以松屬(10.43%)和櫟(2.14%)為主，有時(shí)少見云杉、楓香(Lipuidambar)、山毛櫸等。草本植物與灌木孢粉含量均達(dá)到最高分別是75.88%和6.44%。其中草本植物的種類算豐富，蒿(24.25%)、禾本科(11.58%)、藜科(15.33%)為主要類型，另菊科、十字花科、毛茛、錦葵科含量均大于2.00%。灌木種類明顯增多，有白蠟樹含量高達(dá)2.36%，柳和木犀科(Oleaceae)也大于1.00%，偶有繡線菊(Spiraea)、麻黃、白刺出現(xiàn)。蕨類含量甚低，只是偶現(xiàn)鐵線蕨。

4 古氣候演變分析(表1)

表1 邢臺(tái)紫山西斷裂控制性鉆孔第四紀(jì)孢粉組合與氣候演化表

孢粉組合帶Ⅰa：該孢粉帶喬木植物以松和櫟為主，且榆的含量也達(dá)到剖面最高，表明氣溫較溫和。本亞帶的草本植物花粉含量為67.12%，其中蒿的含量達(dá)剖面最高34.77%，其次是禾本科、藜科和菊科。故呈現(xiàn)出針闊混交疏林草原景觀。反映了溫和偏干的氣候，相當(dāng)大西洋期亞北方期[7]。

孢粉組合帶Ⅰb：和Ⅰa相比植被中喬木花粉含量增多，但闊葉植被孢粉降至剖面最低，松屬和杉科/柏科的含量明顯增加，說明氣溫比上一帶明顯降低。草本植物孢粉的總量比重?zé)o明顯變化，只是禾本科與藜科的含量有所上升，而蒿的含量下降至22.92%，另還含有少量狼毒。植被組合為偏針葉的疏林草原,反映的氣候?yàn)闇貨銎珴?，相?dāng)前北方期、北方期。

孢粉組合帶Ⅱ：喬木植物孢粉含量明顯下降，其中針葉植物由上一亞帶的23.72%下降到15.06%，只有闊葉樹種中的櫟和樺/鵝耳櫪有少量增加。草本及灌木孢粉含量較前一帶均有增加，其中，草本植物中的藜增加較多，說明氣候進(jìn)一步變干，植被組合是溫帶草原，周邊有稀疏的針闊混交林，其所反映的氣候是溫和干旱，相當(dāng)于第四紀(jì)的末次冰期(滄州海侵期)。

孢粉帶Ⅲ：下部有幾米礫石層，本帶孢粉濃度不高，從圖上可以看出孢粉組合有明顯的變化。其中，喬木孢粉含量增至剖面最高，主要有松屬、杉科/柏科及闊葉植被櫟、樺/鵝耳櫪、榆和胡桃等。草本植物孢粉含量雖然大于喬木，但是卻降至剖面最低，只有61.91%。主要成分仍為藜科、蒿、禾本科，呈現(xiàn)出森林草原景觀，反映了溫暖半濕潤的氣候，并發(fā)生了大規(guī)模海侵(即白洋淀海侵期)，相當(dāng)于第四紀(jì)以來第3次冰期氣候。

孢粉帶Ⅳ：喬木含量較低，以松屬為主，闊葉植物以櫟為主，其它屬種甚少出現(xiàn)。草本植物比Ⅲ帶明顯增加了10%左右，以藜科、蒿、禾本科且3者含量相差不大。另還出現(xiàn)了一些新的屬種，如：紫苑、錦葵科、蓼科等。灌木含量上升，主要是白蠟樹和麻黃。植被組合為疏林草原向草原過渡。反映的氣候是溫涼偏干，屬冰期氣候環(huán)境，是第四紀(jì)以來第2次冰期。

孢粉帶Ⅴ：孢粉組合十分單調(diào)，以蒿、藜、禾本和松為優(yōu)勢，其次含少量的櫟。灌木孢粉含量增至剖面最高。該孢粉類型表現(xiàn)的植被類型為草原。反映了寒涼干燥的氣候類型，屬冰期氣候環(huán)境，是第四紀(jì)以來第1次冰期。

5 結(jié)語

1)通過對控制性鉆孔中孢粉樣品化驗(yàn)分析結(jié)果，依據(jù)孢粉類型組成和成分含量變化，結(jié)合鉆孔所揭露的地層剖面巖芯的巖性、巖相、層序和熱釋光測年數(shù)據(jù)等綜合分析，劃分出5個(gè)孢粉組合帶，并確定孢粉組合帶Ⅰ為全新統(tǒng)、孢粉組合帶Ⅱ、Ⅲ為上更新統(tǒng)、孢粉組合帶Ⅳ、Ⅴ為中更新統(tǒng)。

2)全新統(tǒng)(0～13.2 m)，孢粉組合帶Ⅰ(Ⅰa為大西洋期亞北方期、Ⅰb為前北方期、北方期)，反映氣候由溫涼偏濕到溫和偏干的變化；更新統(tǒng)上部(13.2～73.1 m)，孢粉組合帶Ⅱ(第四紀(jì)的末次冰期)、Ⅲ(第四紀(jì)以來第3冰期氣候)，反映氣候由溫暖半濕到溫和干旱的變化；更新統(tǒng)中部(73.1～120 m)，孢粉組合帶Ⅳ(第四紀(jì)以來第2冰期氣候)、Ⅴ(第四紀(jì)以來第1冰期氣候)，反映氣候由寒涼干燥到溫涼偏干的變化。

3)控制性鉆孔通過與華北平原區(qū)第四紀(jì)地層的對比分析表明[8]，河北平原上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)大致可以劃分為5～10個(gè)孢粉組合帶及其對應(yīng)的冷—暖與干—濕氣候類型，全新統(tǒng)的底界在5～30 m，上更新統(tǒng)的底界為50～200 m不等，上更新統(tǒng)內(nèi)識(shí)別的2次相對暖濕事件大致與白洋淀海侵事件和滄州海侵事件對應(yīng)，全新世以來屬于冰后期，孢粉及其植被類型反映氣候的明顯變暖。

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Controlled Drilling Quaternary Pollen Composition and Evolution of Ancient Climate and Environment of Xingtai Purple Mountain West Fault

LYU Guo-jun1, LIU Zhi-hui1, ZHANG He1, CHEN Jian-qiang2

(1.Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050011, China; 2. China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

In this paper, we analyze the assay results of pollen samples in controlled drilling in Xingtai Purple Mountain west fault according to thir main pollen type combinations and ingredients change. Combining with comprehensive analysis of the lithology, facies, sequence and TL dating data of of the stratigraphic section cores uncovered through the controlled borehole, the pollen samples are divide into five pollen combinations. According to the pollen features of the five pollen combinations, we obtain the paleoclimate characteristic and its changing process in Xingtai area since the Quaternary.

controlled drilling; pollen; Xingtai area; Paleoclimate

呂國軍，劉志輝，張合，等. 邢臺(tái)紫山西斷裂控制性鉆孔第四紀(jì)孢粉組合及其古氣候環(huán)境演變[J]．華北地震科學(xué)，2017，35(1):56-61.

2016-04-06

河北省地震局科技星火計(jì)劃面上項(xiàng)目(DZ20150420026)

呂國軍(1985—),男，河北大名人，工程師，主要從事地震工程、地震應(yīng)急等方面研究．E-mail：lvguojun4061@163.com

P532

A

1003-1375(2017)01-0056-06

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.01.009