呂可欣,石光耀，張 歡，張金龍，李慶喆，張鵬程

(1.河北省地球物理勘查院，河北 廊坊 065000；2.河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北 廊坊 065000)

0 引言

孢粉分析是一種成熟的第四紀(jì)古氣候重建和古環(huán)境分析方法，因其高分辨率、高靈敏度、直觀性和準(zhǔn)確性的優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用[1-11]。河北平原是華北平原內(nèi)位于黃河以北的地區(qū)，該區(qū)為新生代的沉降盆地，第四紀(jì)沉積物厚度大、分布廣泛、發(fā)育完整、保存良好，是研究我國第四紀(jì)地層和古氣候的重要地區(qū)[12]。前人對植物孢粉的研究顯示自早更新世以來該區(qū)氣候經(jīng)歷了較大的變化，但研究成果主要集中在河北平原區(qū)的南部或東南部，平原區(qū)東部的研究較少[12-14]。本研究的第四系鉆孔位于河北省三河市一帶，結(jié)合相關(guān)年代數(shù)據(jù)，通過對該鉆孔所獲的孢粉化石進(jìn)行詳細(xì)的屬種鑒定和組合分析，還原了研究區(qū)更新世以來的植被演化和氣候變化規(guī)律，研究可為河北平原東部的環(huán)境演變提供資料支持，為闡明更新世東亞的氣候演化模式提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 S9鉆孔沉積序列

S9鉆孔位于河北省三河市楊莊鎮(zhèn)肖莊子村東，北距三河市區(qū)5 km，孔口標(biāo)高12.3 m，孔深251.8 m。鉆孔在構(gòu)造上位于大廠凹陷，控盆斷裂為夏墊斷裂上盤(圖1)，大廠凹陷的第四紀(jì)沉積物主要來源于泃河的沖積、沖洪積扇。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造略圖及S9鉆孔位置Fig.1 Tectonic sketch map of the study area and the location of S9 borehole

S9鉆孔巖性包括黏土、粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂、粉砂、細(xì)砂、中砂、粗砂和砂礫石，自上而下可劃分為189個小層，地層序列自下而上為上新世明化鎮(zhèn)組、早更新世饒陽組、中更新世肅寧組和晚更新世西甘河組(圖2)。明化鎮(zhèn)組為一套灰紅色、棕紅

色泥質(zhì)礫，局部夾棕紅色粉砂和黏土質(zhì)粉砂。饒陽組沉積物為一套淺灰色—灰色砂礫、泥質(zhì)礫夾深棕色、灰黑色、灰綠色、棕黃色黏土以及粉砂質(zhì)黏土、粉砂。肅寧組可以劃分為下、中、上3段。下段(97.5～145.4 m)為一套棕黃色、棕灰色中砂、含礫粗砂、細(xì)砂組合，夾少量棕灰色、灰綠色黏土、粉砂；中段(78.3～97.5 m)主要為灰色泥質(zhì)礫夾棕褐色細(xì)砂、灰黑色黏土；上段(24.05～78.3 m)為一套灰色、棕灰色、棕黃色、灰綠色中細(xì)砂、粉砂、粉砂質(zhì)黏土及黏土組合。西甘河組為一套綠灰色、棕黃色、淺灰色、灰黃色細(xì)砂、粉砂、粉砂質(zhì)黏土、黏土組合。根據(jù)沉積物的顏色、沉積構(gòu)造和沉積旋回特征，結(jié)合自然伽馬曲線和電阻率測井曲線，將巖心自下而上劃分為4個層段(圖2)。

圖2 S9鉆孔自然伽馬、視電阻率測井曲線及沉積環(huán)境解釋Fig.2 Natural gamma，resistivity logging curves and sedimentary environment interpretation of the S9 borehole

145.4～251.8 m，該段沉積物可以分為2部分。下部(210.9～251.8 m)測井曲線顯示該段視電阻率為高電阻段，形態(tài)呈箱狀、寬幅鐘狀，且伽馬曲線亦為高值，可能與具有吸附力的黏土物質(zhì)較多有關(guān)，表明該套礫石層被黏土包裹形成“泥包礫”，判斷屬沖洪積相泥石流沉積。上部(145.4～210.9 m)為一套棕黃色、棕灰色砂礫石層夾棕黃色、棕灰色、灰色粉砂、黏土質(zhì)粉砂、砂及含礫砂組合，為洪積扇沉積。視電阻率曲線呈箱狀、寬幅鐘狀，向上砂級沉積物逐漸增多，礫石層厚度減薄，頂部出現(xiàn)青灰色黏土沉積。

97.5～145.4 m，該段沉積物總體呈現(xiàn)出砂多泥少的特征，視電阻率曲線及伽馬曲線均呈低幅高頻鋸齒狀，表明該段巖性相對單一，以砂為主，為典型的辮狀河沉積。

78.3～97.5 m，該段沉積物為洪積扇沉積，電阻率曲線呈寬幅鐘狀。可識別出3個沉積旋回，單個旋回5～10 m，旋回上部沉積物為一套灰色、深灰色、灰黑色黏土和淤泥質(zhì)黏土，見水平層理，為扇前洼地(湖沼)沉積；下部為礫石層，為扇中-扇端沉積。

0～78.3 m，該段整體表現(xiàn)為多個黏土—粉砂—砂旋回，具典型的曲流河二元沉積結(jié)構(gòu)特征。視電阻率曲線呈鐘形、伽馬曲線呈漏斗狀，黏土層內(nèi)常見鈣質(zhì)結(jié)核、錳質(zhì)結(jié)核、銹染及少量碳質(zhì)斑點等(圖3)，根據(jù)沉積物組合可進(jìn)一步劃分為河床亞相和泛濫平原亞相。

(a) 錳質(zhì)結(jié)核(0～5 m) (b) 鈣質(zhì)結(jié)核與銹斑(11～15 m)圖3-1 S9鉆孔典型巖石特征Fig.3-1 Typical rock characteristics of the S9 borehole

(c) 碳質(zhì)斑點(56～60 m) (d) 錳質(zhì)結(jié)核、銹斑與碳質(zhì)紋層(66～70 m)圖3-2 S9鉆孔典型巖石特征Fig.3-2 Typical rock characteristics of the S9 borehole

2 研究材料和技術(shù)方法

本研究從S9鉆孔的第四系中共采集孢粉樣品67件，采樣范圍為0～170 m，孢粉樣的巖性以黏土或黏土質(zhì)粉砂為主，深度170 m以下的沉積物多以泥質(zhì)礫為主，故未取樣。取適量樣品，烘干后在瑪瑙研缽中研磨，粉砂或砂類樣品稱取30～50 g，黏土類樣品稱取10～30 g。運用酸泡-篩濾法[15-16]，首先在燒杯的樣品中加入一粒石松孢子，用400 ml質(zhì)量濃度30%的鹽酸溶液浸泡一周左右，除去碳酸鹽組分；蒸餾水反復(fù)清洗至中性后，轉(zhuǎn)移至塑料燒杯中；再用300～400 ml質(zhì)量濃度90%以上的氫氟酸溶液浸泡一周，除去內(nèi)部的硅質(zhì)成分，用蒸餾水清洗至中性；最后用超聲波振蕩過孔徑8 μm篩，離心后用甘油保存；在光學(xué)顯微鏡下觀察，鑒定并進(jìn)行數(shù)目統(tǒng)計。所有孢粉預(yù)處理、鑒定及統(tǒng)計工作均在中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院油氣資源研究中心完成。

3 孢粉組合分析

3.1 孢粉類型

從S9鉆孔采集的67件孢粉樣品中，34件樣品可提取150～350粒不等的孢子花粉粒，另外33個樣品中未見到或僅見零星的孢粉顆粒，未計入孢粉譜分析。本研究共鑒定出45個孢子花粉類型，使用孢子花粉的總數(shù)計算每個類型的百分含量。孢粉組合總體以灌木和草本花粉為主，含量為9.8%～90.6%，平均57.3%，灌木和草本花粉以蒿屬(Artemisia)、藜科(Chenopodiaceae)、禾本科 (Gramineae)和唇形科(Labiatae)等中生和旱生草本植物為主，其他類型還有代表水生和濕生環(huán)境的草本植物花粉，如莎草科(Cyperaceae)、蓼科 (Polygonaceae)、菊科(Compositae)、唐松草屬(Thalictrum)、狐尾藻屬(Myriophyllum)等。落葉闊葉樹花粉含量較低，平均15.3%，以櫟屬(Quercus)，榆屬(Ulmus)，樺屬(Betula)，胡桃屬(Juglans)，山核桃屬(Carya)等常見。針葉樹花粉含量平均24.5%。主要以松屬(Pinus)為主，其他針葉樹花粉類型包括云杉屬(Picea)、冷杉屬(Abies)、羅漢松屬(Podocarpus)、鐵杉屬(Tsuga)、柏科(Cupressaceae)等，其中云杉屬和冷杉屬的含量常被用來指示氣溫變化[8,17-18]。此外可見少量的濕生蕨類植物孢子水龍骨科(Poly-podiaceae)和鳳尾蕨孢屬(Pterisisporites)，以及水生藻類分子盤星藻屬(Pediastrum)和環(huán)紋藻屬(Concentricystis)。

3.2 孢粉組合劃分

基于樣品中孢粉主要組分的含量變化，以鉆孔深度為縱坐標(biāo)，孢粉主要科屬百分含量為橫坐標(biāo)，繪制了孢粉圖譜(圖4)。根據(jù)孢粉主要組分沿深度的變化，以及代表性科屬對干濕冷暖氣候環(huán)境變化的指示，自下而上可劃分為6個孢粉組合，特征如下。

圖4 S9鉆孔主要科屬孢粉百分比圖譜Fig.4 Percentage map of sporopollen in main families and genera of the S9 borehole

孢粉組合I(7個樣品，深度140～167.5 m)分布于饒陽組上部和肅寧組底部，本組合以針葉樹花粉含量較高為特征，灌木和草本花粉含量居次要地位。針葉樹花粉以松屬為主，云杉屬和冷杉屬含量較低。暖溫帶落葉闊葉樹花粉含量較低，常見櫟屬、榆屬、樺屬、胡桃屬、山核桃屬等。灌木和草本花粉以藜科、蒿屬為主，莎草科和禾本科含量較低，并可見少量的濕生蕨類植物孢子及水生藻類分子。

孢粉組合Ⅱ(4個樣品，深度100～140 m)分布于肅寧組下部，本組合灌木和草本花粉含量略微降低，仍然以藜科、蒿屬為主，莎草科和禾本科含量較低。針葉樹花粉含量先增加再逐漸減少。落葉闊葉樹花粉含量較上一組合明顯增加，其中櫟屬、榆屬、樺屬、山核桃屬的花粉含量均略為增高。

孢粉組合Ⅲ(6個樣品，深度70～100 m)分布于肅寧組中部，本組合以灌木和草本花粉含量顯著增加、針葉樹和落葉闊葉樹花粉含量顯著減少為特征。灌木和草本花粉以中生和旱生的禾本科、藜科和蒿屬為主，均較上一組合顯著增加，以莎草科為主的喜濕潤草本花粉含量顯著減少。落葉闊葉樹花粉主要類型有櫟屬、榆屬、樺屬、山核桃屬，含量均較上一組合顯著減少。

孢粉組合Ⅳ(8個樣品，深度30～70 m)分布于肅寧組上部，本組合灌木和草本花粉含量略微增加，以藜科、蒿屬、禾本科為主，喜濕潤的菊科變化不大。針葉樹花粉含量仍然較低。落葉闊葉樹花粉含量變化不大，其中櫟屬略微增加，其他類型如榆屬、樺屬、山核桃屬等含量均減少。

孢粉組合Ⅴ(4個樣品，深度10～30 m)分布于西甘河組下部，本組合以灌木和草本花粉含量顯著減少、針葉樹花粉含量顯著增加為特征。灌木和草本花粉仍然以中生和旱生的藜科、蒿屬為主，莎草科、禾本科等含量均較上一組合減少。針葉樹花粉中松屬含量較上一組合顯著增加，云杉屬和冷杉屬的含量整體含量仍然較低，平均僅2.1%和1.1%。落葉闊葉樹花粉含量變化不大，櫟屬略微減少，其他類型如榆屬、樺屬等含量略微增加。

孢粉組合Ⅵ(5個樣品，深度0～10 m)分布于西甘河組上部，本組合灌木和草本花粉中藜科和蒿屬含量顯著增加，莎草科、禾本科等含量均較上一組合減少。針葉樹花粉含量較上一組合明顯減少，云杉屬和冷杉屬的含量在所有組合中最小，平均僅0.3%和0.2%。落葉闊葉樹花粉含量較上一組合略低，以櫟屬和榆屬為主，其他落葉闊葉樹花粉僅零星出現(xiàn)。

4 古環(huán)境分析

通過分析S9鉆孔劃分出的6個孢粉組合，本文初步重建了早更新世以來河北平原區(qū)東部的氣候演變趨勢。

早更新世，孢粉組合I的針葉樹花粉中松屬含量較高，在一定程度上指示了涼爽干燥的氣候。灌木和草本植物以喜干旱的藜科和蒿屬為主。其次具多種水生和濕生植物，如莎草科、菊科、狐尾藻屬等?？梢娚倭颗瘻貛淙~闊葉樹,如櫟屬、榆屬、樺屬和胡桃屬等以及喜濕潤的蕨類植物與水生藻類植物。研究區(qū)在早更新世的植被類型可能為以針葉樹為主的針闊葉混交林，氣候環(huán)境溫和半干旱。

中更新世，孢粉組合II的灌木和草本花粉減少，指示了偏干旱的氣候。針葉樹花粉含量先增加再減少，落葉闊葉樹花粉明顯增加，可能指示了這一時期早期冬季氣溫下降，夏季風(fēng)減弱；中后期冬季氣溫回升，夏季風(fēng)增強(qiáng)[19-21]。由此推斷研究區(qū)這一階段早期氣候變冷變干，針葉樹種向低海拔地區(qū)遷移，中后期氣候開始回暖。孢粉組合Ⅲ—Ⅳ中反映中生和旱生環(huán)境的禾本科、藜科、蒿屬顯著增加，指示這一時期氣候明顯變干。針葉樹花粉和落葉闊葉樹花粉含量顯著減少，指示夏季風(fēng)減弱，氣候變暖變干。

晚更新世，孢粉組合Ⅴ中的旱生植物藜科和禾本科等均顯著減少，喜濕的草本植物略微增加，反映這一時期氣候明顯變濕潤。以松屬為代表的針葉樹花粉顯著增加，云杉屬和冷杉屬略有增加，但整體含量較低，反映該時期氣候變暖變濕潤。孢粉組合Ⅵ的旱生植物藜科和禾本科等均顯著增加，其他喜濕類型植物的孢粉含量變化不大，可能指示了這一時期氣候明顯變干。針葉樹花粉和落葉闊葉樹花粉均明顯減少，反映研究區(qū)氣候再次變暖變干旱，同時指示東亞夏季風(fēng)在這一時期呈總體減弱的趨勢。自中更新世開始，極地冰量增加，北半球徑向溫度梯度變陡，冬季風(fēng)加強(qiáng)[22-28]。研究區(qū)的孢粉植物演化模式與我國中北部許多地區(qū)的植被演化趨勢相似[26,29-34]，同時與東亞、北太平洋以及南半球的氣候變化特征有較好的一致性[2,9,27,35-39]。

綜上，S9鉆孔沉積物孢粉分析結(jié)果指示研究區(qū)整體為稀樹草原型植被環(huán)境，呈半濕潤性的溫暖氣候。從早更新世到晚更新世，氣候環(huán)境具有一定的變干趨勢，早期氣候偏冷濕，晚期氣候暖干。這與前人研究得出的河北平原南部或東南部早更新世以來的植被組合與氣候類型都較為吻合[12-13]。

5 結(jié)論

(1)本文依據(jù)河北省廊坊市大廠回族自治縣S9鉆孔中沉積物的孢粉組合特征，對孢粉植物群進(jìn)行了初步研究，劃分出6個孢粉組合，組合I和組合II為以針葉樹為主的針闊葉混交林，組合Ⅲ—Ⅵ為疏林草原植被，整體為稀樹草原型植被環(huán)境。

(2)研究區(qū)早更新世為溫暖半干旱的氣候環(huán)境；中更新世早期氣候變冷，之后氣候總體呈變暖變干旱的趨勢；晚更新世早期研究區(qū)氣候持續(xù)變暖，經(jīng)歷了由濕潤向干旱的轉(zhuǎn)變。研究結(jié)果與東亞、北太平洋以及南半球同時期的氣候變化特征具有較好的一致性。

致謝：感謝天津市地質(zhì)調(diào)查研究院王家兵高級工程師在野外工作中給予的幫助；感謝中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院油氣資源研究中心張明震老師在孢粉測試分析中提供的幫助。