若爾蓋盆地黃河第一灣河岸沉積地層序列及其成因研究

王兆奪，黃春長，周亞利，戎曉慶，查小春，龐獎(jiǎng)勵(lì)，炊郁達(dá)，尚瑞清

（1.黃岡師范學(xué)院地理與旅游學(xué)院，湖北黃岡 438000；2.陜西師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，陜西西安 710016；3.中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所，陜西西安 710061）

0 引言

地處青藏高原東部的若爾蓋盆地，在更新世末期發(fā)生了重要的水文地貌事件，盆地古湖泊的消亡以及黃河水系的貫通，影響了整個(gè)黃河流域水文地貌格局和環(huán)境變化過程［1-2］。若爾蓋盆地環(huán)境變化受到了青藏高原新構(gòu)造隆升和大氣環(huán)流變化的雙重影響，早期已經(jīng)有學(xué)者利用湖泊沉積物鉆孔巖芯［3-4］、沼澤泥炭［5］、地表風(fēng)沙［6-7］、水文與氣候［8］、植物群落與植被［9］、古脊椎動(dòng)物化石［10］等材料開展了一系列的研究。綜合來看，主要是圍繞古湖泊的消亡、河流變遷和風(fēng)沙活動(dòng)所做的工作，認(rèn)為若爾蓋盆地在黃河貫通、形成黃河第一灣之前，長期處于湖泊環(huán)境［11］。但是對(duì)于末次冰期以來反映若爾蓋古湖演變、黃河水系演變的沉積物、沉積相、地表過程、環(huán)境事件以及測(cè)年斷代等方面的研究相對(duì)比較薄弱。最近，地貌與第四紀(jì)學(xué)界對(duì)若爾蓋盆地下游瑪曲斷陷谷地黃河階地研究，黃河古洪水事件、以及末次晚冰期以來風(fēng)成黃土和古土壤序列的研究，取得了可喜的成果［12-14］。這里，通過對(duì)若爾蓋盆地黃河第一灣各個(gè)地段河岸天然暴露剖面沉積物的深入調(diào)查和分析研究，以白河匯入口下游甲央瑪河段黃河岸剖面沉積物粒度分析結(jié)果為基礎(chǔ)，探索末次冰期以來若爾蓋盆地內(nèi)部沉積物性質(zhì)、沉積相及其反映出的地表過程和環(huán)境變化的規(guī)律，以及由河流洪水沉積物記錄的黃河古洪水事件。這個(gè)研究結(jié)果對(duì)于揭示若爾蓋盆地水系演變及環(huán)境變化過程具有重要的科學(xué)意義。

1 研究區(qū)概況

若爾蓋盆地是松潘地塊北緣與西秦嶺造山帶相接觸的邊緣地帶，高原面總體強(qiáng)烈隆升過程中周緣產(chǎn)生斷裂、盆地的相對(duì)弱下沉構(gòu)成了青藏高原東北緣典型的新生代斷陷盆地，盆地基底主要為三疊系灰黑色炭質(zhì)板巖、白堊系肉紅色礫巖，以及上覆第三系、第四系松散沉積物［15］。在地理位置上，若爾蓋盆地屬于青藏高原東部邊緣黃河上游源區(qū)［16］，位于四川阿壩和甘肅甘南交匯地帶，總面積約19 600 km2，是長江和黃河的分水嶺，作為季風(fēng)區(qū)與青藏高原交匯地帶，該區(qū)在西伯利亞高壓和內(nèi)蒙古高壓的作用下受到了東亞西南季風(fēng)和東南季風(fēng)控制［17］。在地貌上，在盆地內(nèi)部由寬谷和緩丘相間分布，其核心部分海拔介于3 400～3 500 m之間，而周邊東西南北分別有岷山、阿尼瑪卿山、邛崍山、西傾山包圍，其海拔均在4 000 m以上［11］，周邊山地見有現(xiàn)代冰川分布，也發(fā)育有古冰川遺跡，據(jù)研究認(rèn)為，中更新世以來，有2～3期冰川作用，見有冰斗、角峰、U形谷、終磧以及側(cè)磧等冰川地貌［18］。氣候水文上，屬于寒溫帶濕潤季風(fēng)氣候，特點(diǎn)是寒冷、溫差大、霜凍期長，年均溫為1.1～1.2℃，年降水量為600～650 mm，集中在6—8月，近年來，隨著氣候變暖的影響，若爾蓋盆地年均降雨量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)［19］。生態(tài)環(huán)境上，植被以亞高山草甸為主，沼澤植被與沼澤草甸發(fā)育［20］。如今，若爾蓋濕地面臨著一系列問題，如濕地退化和萎縮，濕地沙化，生態(tài)功能減弱，流域徑流趨于減少等［21］。盆地內(nèi)風(fēng)沙作用強(qiáng)烈，年均風(fēng)速為2.59 m?s-1，總體春季最強(qiáng)，平均為3.14 m?s-1，在不同的季節(jié)，主要來自NWW、NE和NNE方向的強(qiáng)風(fēng)，構(gòu)成了風(fēng)沙作用的主要?jiǎng)恿Γ渲惺⑿酗L(fēng)向?yàn)镹WW，該方向的輸沙勢(shì)占年輸沙勢(shì)的37.36%［22-23］。

黃河通過采日瑪鄉(xiāng)基巖峽谷向東南流入若爾蓋盆地，在盆地內(nèi)流程約110 km，自白河口拐彎向西北流，在接納黑河以后，自瑪曲縣城南段流出盆地。黃河河道在若爾蓋盆地之內(nèi)形成一個(gè)巨大的U形彎曲，被稱為“黃河第一灣”（圖1）。其沿途隨著河槽比降、河床質(zhì)、懸移質(zhì)泥沙性質(zhì)與含量變化，以及大小支流入?yún)R的影響，黃河干流河型在不同河段呈現(xiàn)出網(wǎng)狀、辮狀、分叉狀和曲流等，反復(fù)多次變化［11，24］。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 剖面位置

通過詳細(xì)的野外考察，在若爾蓋縣唐克鎮(zhèn)白河匯入口下游黃河右岸發(fā)現(xiàn)出露良好，沉積物層序清晰，未經(jīng)人類活動(dòng)擾動(dòng)，保存完好的剖面。通過在兩岸大范圍調(diào)查，確認(rèn)該剖面所在區(qū)域沒有受到曲流作用和牛軛湖的干擾，而其底部蘭灰色古湖相淤泥層在不同河段的剖面皆有出露，能夠反映出該區(qū)域從湖泊向著沼澤濕地和河流演變的過程。因其處于甲央瑪山丘坡腳下，定名為甲央瑪剖面（JYM）。該河段黃河水位海拔大致在3 425～3 428 m之間，由于其剖面中部夾有高低起伏變化的古沙丘，導(dǎo)致河岸前沿高度變化在8～12 m之間。根據(jù)沉積物宏觀特征來看，甲央瑪剖面沉積物主要有古湖相、河流相、沼澤相、以及風(fēng)成沉積物如風(fēng)沙層、黃土、古土壤和現(xiàn)代草甸土壤。經(jīng)過詳細(xì)的觀察測(cè)量和沉積物與地層描述，在甲央瑪剖面劃分出沉積地層單元和序列框架，并且在各個(gè)關(guān)鍵性層位采集了沉積物樣品（表1）。根據(jù)該河段不同位置沉積物的出露狀況，深度在0～5 m的樣品采自于JYMA地點(diǎn)，而深度5～11 m的樣品，采自于JYM-B地點(diǎn)（圖1～3），共采集沉積學(xué)樣品20個(gè)，OSL樣品兩次共采集14個(gè)。同時(shí)也在河槽之外采集了黃河現(xiàn)代洪水沉積物樣品和現(xiàn)代沙丘風(fēng)沙樣品，以便于對(duì)比分析和鑒別。

表1 若爾蓋盆地黃河第一灣河岸JYM-AB剖面地層描述Table 1 Stratigraphic description of the JYM-AB profile at the first bend of the Yellow River in the Zoige Basin

圖1 若爾蓋盆地黃河第一灣水系及甲央瑪（JYM-A、JYM-B）研究地點(diǎn)位置圖Fig.1 Drainage system and the study JYM-A，JYM-B sites on the first bend of the Yellow River in the Zoige Basin

2.2 研究方法

在野外對(duì)于JYM-AB剖面進(jìn)行清理，考察觀測(cè)描述與記錄之后，在剖面各個(gè)關(guān)鍵性層位進(jìn)行沉積物和OSL樣品采集，編號(hào)裝袋，避光保存，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行前處理及上機(jī)測(cè)試。對(duì)于釋光年代樣品首先采用HCl（10%）和H2O2（30%）溶液分別去除碳酸鹽和有機(jī)質(zhì)，使用篩分法得到90～125 μm的粗顆粒，用HF溶液（30%）進(jìn)行去長石溶蝕處理，再用適量HCl溶液（10%）去除溶蝕過程產(chǎn)生的氟化物，經(jīng)過IR檢驗(yàn)來確保樣品當(dāng)中長石信號(hào)可以忽略不計(jì)。OSL樣品等效劑量在Ris?-TL/OSL DA-20型全自動(dòng)釋光儀上測(cè)試完成。測(cè)試礦物采用石英顆粒，測(cè)試過程中考慮了風(fēng)成沉積物與水成沉積物在最后一次被埋藏前曬退是否徹底，并做了曬退程度的檢驗(yàn)［25］，對(duì)測(cè)年信號(hào)中的快組分、中組分以及慢組分進(jìn)行了分析，篇幅所限，本文不再贅述。樣品的U、Th、K含量是在西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所采樣電感耦合等離子質(zhì)譜法測(cè)定。宇宙射線對(duì)劑量率的影響是依據(jù)采樣地點(diǎn)所在位置的經(jīng)緯度、海拔高度、埋藏深度和樣品密度等計(jì)算獲得。樣品含水量在實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)含水量基礎(chǔ)上，結(jié)合若爾蓋盆地實(shí)際土壤濕度情況進(jìn)行了校正。樣品最終OSL年齡采用AGE2003軟件計(jì)算獲得。

樣品的U、Th、K含量是在西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所采樣電感耦合等離子質(zhì)譜法測(cè)定。宇宙射線對(duì)劑量率的影響是依據(jù)采樣地點(diǎn)所在位置的經(jīng)緯度、海拔高度、埋藏深度和樣品密度等計(jì)算獲得。樣品含水量在實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)含水量基礎(chǔ)上，結(jié)合若爾蓋盆地實(shí)際土壤濕度情況進(jìn)行了校正。樣品最終OSL年齡采用AGE2003軟件計(jì)算獲得。

樣品粒度測(cè)試采用美國Beckman公司生產(chǎn)的LS13320型激光粒度儀進(jìn)行測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)過程中，將遮光度控制在8%～12%，儀器誤差控制低于4%。具體前處理方法和上機(jī)測(cè)試步驟為：（1）稱取0.2～0.4 g的樣品（黃土和古土壤樣品稱取0.25 g，河漫灘沙與風(fēng)成沙稱取0.4 g），置于燒杯，為去除樣品中的有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽類物質(zhì)，需加入10 mL 10%的過氧化氫溶液以及10 mL 10%的稀鹽酸，并置于加熱板加熱，使樣品充分反應(yīng)后，取下樣品放置在試驗(yàn)臺(tái)上冷卻；（2）向余液中加滿蒸餾水，然后靜置72 h，多次清洗，直至燒杯溶液呈中性，然后用導(dǎo)管將燒杯中上部清液抽出；（3）在測(cè)試前，對(duì)于黏性較大的樣品，為了使其充分分散，需要使用超聲波將其震蕩10～15分鐘。然后配置5 mL 0.05 mol?L-1的六偏磷酸鈉，加入樣品之中；（4）將樣品全部倒入激光粒度儀中測(cè)試，每個(gè)樣品測(cè)試3次，取其平均值。

樣品粒度組成數(shù)據(jù)的端元分析，認(rèn)為在沉積環(huán)境復(fù)雜的情況下，其沉積物往往是多種動(dòng)力和物源綜合作用的結(jié)果，所以利用激光粒度儀測(cè)試范圍的粒度全樣往往只能反映出總體上的沉積學(xué)特征。通常，一組沉積物樣品每個(gè)樣品對(duì)于每種動(dòng)力組分的含量是不同的，而且每一種動(dòng)力往往會(huì)使得樣品粒級(jí)服從一種粒度頻率分布模式，從統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上把多元化的沉積動(dòng)力或者物源擬合提取出來，為精準(zhǔn)識(shí)別單一動(dòng)力及物源提供了可能，端元分析模型由Weltje［26］提出后，后來不斷改進(jìn)［27-29］，并在海洋沉積物、湖泊沉積物、古洪水沉積物、黃土剖面沉積學(xué)粒度分析中均得到了廣泛的應(yīng)用［30-35］，發(fā)現(xiàn)能夠有效靈敏地判斷物源和沉積動(dòng)力。本文中采用粒度端元分析手段，輔助分析研究剖面各層位沉積物可能的成因及搬運(yùn)沉積動(dòng)力特點(diǎn)。

3 結(jié)果與分析

3.1 測(cè)年結(jié)果

對(duì)于甲央瑪剖面的OSL測(cè)年結(jié)果表明，整個(gè)河岸剖面沉積過程連續(xù)，年齡值表現(xiàn)為由下向上逐漸減小的趨勢(shì)?，F(xiàn)代土壤MS層底部0.75～0.80 m深度年齡為（1.66±0.11）ka，古土壤S0層底部1.55～1.60 m深度年齡為（7.47±0.49）ka，古洪水沉積物OFD2層 頂 部1.65～1.70 m深 度 年 齡 為（8.28±0.47）ka，OFD2層 底 部2.55～2.60 m深 度年 齡為（9.86±0.68）ka，河漫灘-風(fēng)沙層F-WD頂部2.75～2.80 m深度年齡為（12.05±1.11）ka，泥炭-風(fēng)沙互層P-WD頂 部905～910 cm深 度 年 齡 為（30.92±2.30）ka，藍(lán)灰色古湖相淤泥層PLD頂界9.65～9.70 m深度年齡為（35.32±2.53）ka。另外，在該剖面河漫灘-風(fēng)沙層F-WD底部，曾經(jīng)出土猛犸象等末次冰期動(dòng)物群的化石，其14C年齡值為（22.65±0.3）ka B.P.［10］，采 用IntCal軟 件 校 正 年 齡 為（26.95±0.65）ka B.P.。

3.2 沉積學(xué)粒度特征

沉積物的粒度特征是判斷沉積物物源、搬運(yùn)動(dòng)力以及沉積環(huán)境的重要指標(biāo)［36-37］。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，繪制粒度自然頻率分布曲線（圖4），從曲線形態(tài)來看，各地層單元樣品粒度頻率曲線的差異性較大，多呈多峰特點(diǎn)，顯示出多源或多動(dòng)力疊加的特征。藍(lán)灰色古湖相沉積物樣品粒度頻率曲線主峰出現(xiàn)在粗粉沙段，介于35～45 μm之間，并有細(xì)尾和粗尾特點(diǎn)，泥炭-風(fēng)沙互層樣品的曲線峰值出現(xiàn)在粗粉沙段，介于50～60 μm之間，有明顯的細(xì)尾。黃河古洪水OFD1和OFD2樣品的粒度曲線形態(tài)有所差異，可能是由于物源組合、搬運(yùn)距離或者洪水規(guī)模的差異所引起，OFD1的主峰介于40～50 μm之間，有細(xì)尾，而OFD2峰值介于30～40 μm，細(xì)尾更明顯，兩者相比較OFD1粒級(jí)組分更分散。河漫灘-風(fēng)成沙層和現(xiàn)代風(fēng)沙層對(duì)比來看，兩者吻合度較高，與采自其他地層的樣品差異顯著，主峰介于200～300 μm范圍內(nèi)，亦有細(xì)尾特點(diǎn)。全新世古土壤和現(xiàn)代草甸土壤層樣品粒度曲線均呈現(xiàn)出多峰形態(tài)，說明后期經(jīng)過了明顯的改造作用，使得該層位的沉積物粒級(jí)組分發(fā)生了變化?，F(xiàn)代草甸土壤在沙和粗粉沙范圍呈現(xiàn)出雙峰形態(tài)，在黏土和細(xì)粉砂質(zhì)范圍呈現(xiàn)明顯的細(xì)尾，主峰出現(xiàn)在沙級(jí)（>150～200 μm）和粗粉沙級(jí)（40～50 μm）范圍。全新世古土壤層更明顯地顯示出3峰形態(tài)，3個(gè)峰值分別在細(xì)粉沙、粗粉沙和沙質(zhì)范圍，粒徑范圍分別介于5～10 μm、30～40 μm和100～150 μm區(qū)間。

圖4 若爾蓋盆地黃河第一灣河岸JYM-AB剖面沉積物粒度頻率分布曲線Fig.4 Grain-size distribution frequency curves of the sediments in the JYM-AB profile in the Zoige Basin

本文中采用矩法獲得粒度參數(shù)［38］。粒度參數(shù)是粒度頻率分布曲線形態(tài)特征的量化反映，文中采用粒度參數(shù)有［39］：中值粒徑（Md）、平均粒徑（Mz）、分選系數(shù)（δ）、偏度（Kg）、峰度（Ku）。中值粒徑（Md）是累積頻率曲線50%處對(duì)應(yīng)的粒徑，也就是說該粒級(jí)是把沉積物顆粒組分一分為二的指標(biāo)，平均粒徑（Mz）表示沉積物顆?？傮w的粗細(xì)程度，分選系數(shù)（δ）反映沉積物顆粒的均勻程度，而偏度系數(shù)（Kg）是反映曲線相對(duì)對(duì)稱軸的偏離程度，峰度系數(shù)（Ku）是反映曲線頂端尖峭或扁平程度的指標(biāo)。JYM-AB剖面中，藍(lán)灰色古湖相淤泥層樣品的中值粒徑為18.9 μm、平均粒徑為13.53 μm、分選系數(shù)為4.53、偏度和峰度系數(shù)分別為-0.74和3.04，屬于較細(xì)的顆粒物組分、分選性較好、偏度系數(shù)較小、峰度值較低，均說明該沉積物反映的是沉積動(dòng)力小、物源穩(wěn)定沉積環(huán)境下的湖泊相沉積環(huán)境。泥炭-風(fēng)沙互層的中值粒徑為35.72 μm、平均粒徑為22.57 μm、分選系數(shù)為4.26、偏度和峰度系數(shù)分別為-1.27和4.10，該特征說明了泥炭沼澤地受到風(fēng)沙活動(dòng)的頻繁干擾，因而在泥炭層中反復(fù)出現(xiàn)薄的風(fēng)沙沉積物夾層。黃河古洪水沉積層OFD1樣品中值粒徑為28.96 μm、平均粒徑為18.34 μm、分選系數(shù)為4.16、偏度和峰度系數(shù)分別為-1.29和4.23，OFD2樣品中值粒徑為25.09 μm、平均粒徑為17.09 μm、分選系數(shù)為4.86、偏度和峰度系數(shù)分別為-0.86和3.07。而現(xiàn)代洪水沉積物的中值粒徑為23.41μm、平均粒徑為15.28 μm、分選系數(shù)為4.58、偏度和峰度系數(shù)分別為-0.90和3.10，與兩期古洪水沉積物以及湖相淤泥沉積物均顯示出粒徑較小、分選較好的特點(diǎn)。河漫灘-風(fēng)沙層樣品的中值粒徑為185.47 μm、平均粒徑為114.96 μm、分選系數(shù)為4.69、偏度和峰度系數(shù)分別為-2.04和6.59，現(xiàn)代風(fēng)成沙樣品的中值粒徑為181.49 μm平均粒徑為97.30 μm、分選系數(shù)為5.24、偏度和峰度系數(shù)分別為-1.80和5.40，兩者十分接近，其自然分布頻率曲線幾乎重合，表明河漫灘-風(fēng)沙層堆積形成時(shí)期若爾蓋盆地風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)烈，將河漫灘沉積物改造成為分選良好的風(fēng)沙層。全新世古土壤樣品中值粒徑為17.28 μm、平均粒徑為15.85 μm、分選系數(shù)為6.26、偏度和峰度系數(shù)分別為-0.36和2.39?，F(xiàn)代草甸土壤樣品中值粒徑為38.12 μm、平均粒徑均值為25.82 μm、分選系數(shù)為5.16、偏度和峰度系數(shù)分別為-0.96和3.12。兩者相比較，古土壤層樣品平均粒徑更小，分選性更差，曲線更對(duì)稱峰度值更小，說明經(jīng)歷了更充分的成壤改造作用（表2）。

表2 若爾蓋盆地黃河第一灣河岸甲央瑪（JYM-AB）剖面OSL測(cè)年數(shù)據(jù)與結(jié)果Table 2 OSL dating results in the JYM-AB profile at the first bend of the Yellow River in the Zoige Basin

根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行謝帕德三角分類，把JYMAB剖面上各個(gè)層位沉積物樣品劃分了4種類型（圖5）：沙、沙質(zhì)粉沙、黏土質(zhì)粉沙、沙-粉沙-黏土。而河漫灘-風(fēng)沙層和現(xiàn)代風(fēng)沙層屬于較粗的沙質(zhì)，現(xiàn)代草甸土壤、古洪水沉積層OFD2和沼澤相泥炭-風(fēng)沙互層屬于沙質(zhì)粉沙，古湖相淤泥、古洪水沉積層OFD1以及現(xiàn)代洪水沉積物為黏土質(zhì)粉沙，而全新世古土壤層屬于沙-粉沙-黏土。

圖5 若爾蓋盆地黃河第一灣河岸甲央瑪（JYM-AB）剖面沉積物粒度謝帕德三角分類圖Fig.5 Shepard’s triangle classification of surface sediments of the JYM-AB profile at the first bend of the Yellow River in the Zoige Basin

對(duì)JYM-AB剖面各地層單元各個(gè)關(guān)鍵性層位樣品的粒度分析數(shù)據(jù)進(jìn)行沉積學(xué)粒級(jí)區(qū)間劃分（圖4、表3）?？梢悦黠@地看出，除了河漫灘-風(fēng)沙層和現(xiàn)代風(fēng)成沙以大于125 μm粒級(jí)為主要組分，含量可達(dá)68%以上，其余地層單元粒級(jí)組分主要分布在2～63 μm粉沙質(zhì)范圍內(nèi)。其中全新世古土壤層最優(yōu)勢(shì)粒級(jí)為細(xì)粉沙粒級(jí)組分，其余現(xiàn)代草甸土壤、現(xiàn)代洪水沉積物、古洪水沉積層（OFD1、OFD2）、泥炭-風(fēng)沙互層、古湖相淤泥層最優(yōu)勢(shì)粒級(jí)組分為粗粉沙，其次為細(xì)沙質(zhì)。

表3 若爾蓋盆地黃河第一灣河岸JYM-AB剖面沉積物粒度參數(shù)Table 3 The Grain-size parameters of the JYM-AB profile at the first bend of the Yellow River in the Zoige Basin

通過對(duì)研究不同各地層單元沉積物樣品粒度上從頻率曲線形態(tài)、粒度參數(shù)、粒級(jí)劃分、沉積物粒級(jí)組合命名幾個(gè)方面進(jìn)行了對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)，有些單元差異性顯著，而有的單元特征并不明顯?；趶?fù)雜的地表作用過程，在沉積物從物源到沉積動(dòng)力搬運(yùn)過程一直到后期不同程度的改造，都經(jīng)歷了復(fù)雜的過程，由此進(jìn)一步對(duì)各個(gè)地層單元樣品粒度做端元分析。

3.3 粒度端元分析

前文研究方法中提到，在沉積動(dòng)力和物源多元化的情況下，沉積物中往往攜帶的是多種因素疊加的信息，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法把混合組分分離出來，便能夠更明晰地識(shí)別各沉積動(dòng)力及物源特征。本文采用Paterson等［26］的改進(jìn)模型進(jìn)行分析，這款軟件模型AnalySize在MATLAB 2014a中運(yùn)行計(jì)算，具有非參數(shù)自然狀態(tài)下擬合和參數(shù)化擬合兩類方式擬合端元組分。鑒于本文研究剖面采用各個(gè)關(guān)鍵性層位樣品分析，沉積動(dòng)力多元化，且采用非參數(shù)化擬合的端元曲線任然呈現(xiàn)出較明顯細(xì)尾或小峰的情況，綜合考慮，本文采用三參數(shù)Gen.Weibull分布參數(shù)法擬合端元組分，并盡可能選擇端元數(shù)少的原則。同時(shí)考慮到本文研究剖面各沉積單元主要有風(fēng)動(dòng)力、水動(dòng)力和成壤改造作用3個(gè)主要?jiǎng)恿?，所以不妨擬合出3個(gè)端元組分進(jìn)行分析。通過對(duì)JYM-AB剖面粒度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示（表4、圖6），由各端元的粒度自然分布頻率曲線均成良好的正態(tài)分布曲線特征，是一種完全理想狀態(tài)下的動(dòng)力分離。從曲線形態(tài)特征來看，端元1曲線主峰在細(xì)粉沙范圍，為10 μm左右，曲線平寬，分選較差，而端元3曲線主峰在沙質(zhì)范圍，250 μm左右，窄尖、分選好，而端元2曲線介于兩者之間，主峰值在粗粉沙范圍，50 μm左右。在各地層上來看，在古湖相泥層、沼澤泥炭-風(fēng)沙互層、OFD1、OFD2以及現(xiàn)在洪水SWD中綜合上述特征分析，推斷端元1可能代表靜態(tài)的沉積環(huán)境，包括洪水滯流、湖泊中穩(wěn)定的靜水環(huán)境以及沉積后的風(fēng)化成壤作用。端元2可能代表典型的動(dòng)態(tài)流水和風(fēng)力搬運(yùn)作用沉積。端元3是較強(qiáng)的地表風(fēng)動(dòng)力作用下，對(duì)河漫灘相沉積物進(jìn)行的分選作用，較細(xì)的顆粒物被風(fēng)吹走，剩下較粗的顆粒物堆積下來或近源搬運(yùn)而來。

圖6 若爾蓋盆地黃河第一灣河岸JYM-AB剖面沉積物各端元粒度自然分布頻率曲線和百分比含量Fig.6 Grain-size distribution frequency curves and percents end members of the sediments of each end member in the JYM-AB profile at the first bend of the Yellow River in the Zoige Basin

表4 若爾蓋盆地黃河第一灣河岸甲央瑪（JYM-AB）剖面沉積學(xué)粒度組成特征Table 4 Grain-size distribution in the JYM-AB profile at the first bend of the Yellow River in the Zoige Basin

4 討論

根據(jù)野外宏觀觀察結(jié)合樣品粒度特征分析結(jié)果，對(duì)黃河第一灣甲央瑪剖面呈現(xiàn)的地層單元所代表的沉積環(huán)境做進(jìn)一步的探討。

（1）古湖相淤泥層（PLD）處于研究剖面最底部、厚達(dá)2～3 m、尚未見底。宏觀呈現(xiàn)出藍(lán)灰色粉沙-黏土質(zhì)地，均勻致密，分選較好，并見有大量的黃色銹斑特點(diǎn)，開挖過程還有臭味明顯的H2S氣體逸出。微觀粒度頻率曲線呈現(xiàn)出明顯細(xì)尾和粗尾，粒級(jí)組分總體偏細(xì)的特點(diǎn)，三角分類歸為黏土質(zhì)粉沙。本文粒度端元?jiǎng)澐纸Y(jié)果來看，端元組分包含了靜態(tài)的湖泊沉積環(huán)境為主和風(fēng)力搬運(yùn)作用為次的兩種明顯的端元組分。這種沉積學(xué)特征反映出該處沉積物是在較深的還原環(huán)境靜水為主的湖泊沉積環(huán)境，另外可能有高原面強(qiáng)勁風(fēng)力從外源搬運(yùn)而來的風(fēng)成顆粒物不斷沉降參與沉積。有研究認(rèn)為［1-3］，若爾蓋盆地隨著青藏高原隆升，斷陷盆地形成以后，在黃河尚未貫通之前，在一個(gè)較長的時(shí)期內(nèi)屬于典型高原湖泊環(huán)境，是較大區(qū)域內(nèi)河流水系的終點(diǎn)。對(duì)于若爾蓋古湖消亡與黃河溝通的年齡問題，由于測(cè)年結(jié)果差異性較大，尚未統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，綜合多方面的結(jié)果，認(rèn)為是介于37～18 ka之間［11，40］。從該剖面古湖相藍(lán)灰色淤泥層頂界OSL年齡（35.32±2.53）ka來看，盆地內(nèi)部在該區(qū)域的湖水在35 ka前后消失。這與前人在黃河支流黑河下游區(qū)域凹陷鉆RH孔研究所得古湖水消失年代基本相當(dāng)［11，40］。

（2）泥炭-風(fēng)沙互層（P-WD）宏觀上呈現(xiàn)紋層狀的黑棕色細(xì)沙與泥炭層交互出現(xiàn)的特點(diǎn)，成透鏡狀出現(xiàn)在湖相沉積層之上，厚度達(dá)50～60 cm。在微觀粒度特征上，分析樣品是細(xì)沙和泥炭層混合后分析的結(jié)果，粒度頻率曲線有細(xì)尾特征，主峰明顯較下伏地層粗，粒度組分以粗粉沙為主，沉積學(xué)類型劃分是沙質(zhì)粉沙，中值粒徑和平均粒徑均明顯大于下伏古湖相沉積物，分選性比湖相沉積層更好。依據(jù)本文粒度端元?jiǎng)澐纸Y(jié)果，以端元2組分為主，端元1組分次之，含有極少量的端元3組分。由此可以認(rèn)為，黑棕色泥炭層是在古湖泊消失之后，古湖底洼地出現(xiàn)泥炭沼澤，沼澤草甸植被茂密，同時(shí)，在冬季盆地內(nèi)風(fēng)力十分強(qiáng)勁，風(fēng)沙作用在沼澤地帶堆積了薄層風(fēng)成沙。依據(jù)測(cè)年結(jié)果和氣候背景，可知在35～30 ka時(shí)期，已經(jīng)進(jìn)入MIS-3溫暖期的后期［41-42］。這說明此時(shí)若爾蓋盆地內(nèi)部古湖泊已經(jīng)干涸消失，暴露的古湖底平原洼地呈現(xiàn)出泥炭沼澤環(huán)境，伴隨著地表強(qiáng)烈的風(fēng)沙活動(dòng)［22-23］。

（3）古洪水沉積層（OFD1）厚度可達(dá)0.8～2.0 m，性質(zhì)為粉沙與極細(xì)沙互層，紋層內(nèi)質(zhì)地均勻，分選良好。粒度組分也是以粗粉沙為主，分選更好，按照三角分類沉積物類型劃分為黏土質(zhì)粉沙。端元?jiǎng)恿M成來看，與現(xiàn)代洪水滯流沉積物MSWD相似，主要呈現(xiàn)出河流泛流的沉積作用和滯流的沉積作用相結(jié)合的特征。綜合分析來看，OFD1表現(xiàn)出河流古洪水泛濫沉積相，應(yīng)屬于在黃河貫通若爾蓋盆地之時(shí)，穩(wěn)定河槽尚未形成的情況之下，古湖水干涸消失之后黃河在古湖底泛流洪水沉積物。這個(gè)層位的頂界曾經(jīng)出土的披毛犀化石［10］，對(duì)于其14C測(cè)年結(jié)果進(jìn)行校正后為26.95 ka BP，表明特大洪水事件發(fā)生在MIS-3溫暖期向著末次冰期盛轉(zhuǎn)折過渡時(shí)期。

（4）河漫灘-風(fēng)沙層（F-WD），在若爾蓋盆地內(nèi)部黃河彎道的凹岸，其最顯著的特征是因?yàn)榈貙赢?dāng)中河漫灘沙-風(fēng)沙層的流失導(dǎo)致河岸不斷地坍塌（圖2）。在甲央瑪河段，可以看到剖面中部夾有5～7 m厚度的沙層，順河岸追索，則可見其表現(xiàn)為高低起伏的古沙丘，斜層理很發(fā)育。粒度組分以細(xì)沙為主，中值粒徑和平均粒徑顯著大于其他地層單元，峰態(tài)很窄，分選較好，與現(xiàn)代風(fēng)沙層M-WD樣品的粒度頻率曲線完全吻合，沉積物類型三角劃分屬于細(xì)沙。其端元組分主要由河漫灘沙在強(qiáng)風(fēng)作用下改造成為沙丘沙層，并有少量的可能粘附于粗顆粒之上的細(xì)顆粒物質(zhì)。該層沉積物綜合表現(xiàn)為河漫灘沙-風(fēng)沙沉積相，在末次冰盛期及其冰消期，若爾蓋盆地氣候干旱寒冷，而此時(shí)黃河已經(jīng)下切形成河槽，其河漫灘沉積物被強(qiáng)勁的風(fēng)力吹揚(yáng)，形成了連綿起伏的沙丘。

圖2 若爾蓋盆地黃河第一灣河岸JYM-A和JYM-B剖面野外特征Fig.2 The JYM-A and JYM-B profiles at the first bend of the Yellow River in the Zoige Basin

（5）古洪水沉積層（OFD2），沿河岸可以看到，在起伏的河漫灘-風(fēng)沙層之上，覆蓋有厚度不等的黃河泛流古洪水沉積層，表現(xiàn)為極細(xì)沙與粉沙交互出現(xiàn)的典型的斜層理（圖3）。野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可以看出其在地層當(dāng)中古沙丘出現(xiàn)地段沉積較薄，而在古沙丘之間洼地沉積厚度明顯增大。粒度組分以粗粉沙為主，中值粒徑和平均粒徑與OFD1相當(dāng)，與現(xiàn)代洪水沉積層M-SWD基本接近。沉積物類型為沙質(zhì)粉沙，粒度端元組分也與OFD1大致相同。這充分說明了在全新世早期，氣候逐漸變暖，黃河源高山冰川消融，在OSL 9.86～8.28 ka之間，曾經(jīng)有大量冰融水匯入黃河河道，在盆地內(nèi)漫溢出河槽而形成泛濫洪水。其懸移質(zhì)泥沙在河槽之外沉積層厚度竟然達(dá)到2.0～2.5 m，足見當(dāng)時(shí)泛濫洪水的規(guī)模是巨大的。

（6）全新世古土壤層（S0）呈現(xiàn)出棕灰色、細(xì)沙質(zhì)粉沙質(zhì)地、典型的團(tuán)粒-團(tuán)塊構(gòu)造，多孔隙，下部常常會(huì)含有大量銹斑的特點(diǎn)。其粒度頻率曲線表現(xiàn)出三峰形態(tài)，峰值分別在細(xì)粉沙、粗粉沙和沙質(zhì)范圍，三角圖歸類為沙-粉沙-黏土質(zhì)，粒度參數(shù)來看，中值粒徑和平均粒徑較小，分選較差，偏度和峰度值最低，粒級(jí)在各區(qū)間分布較均勻。端元組分上表現(xiàn)出了對(duì)風(fēng)成沉積的顯著的成壤改造作用。與黃土高原地區(qū)全新世中期黑壚土相比較，其顯著的特征是細(xì)沙含量較高。說明到了全新世中期，盡管氣候溫暖，亞高山草甸植被茂密，成壤改造作用顯著，但是到了冬春季節(jié)，若爾蓋盆地風(fēng)力強(qiáng)勁，風(fēng)沙作用仍然很盛行，近源沙塵暴沉積物隨時(shí)被改造為亞高山草甸黑土類土壤，其成熟度極高。

（7）現(xiàn)代草甸土壤（MS）在若爾蓋盆地的大草原面普遍發(fā)育，在宏觀上表現(xiàn)為棕灰色亞高山草甸土，團(tuán)粒-團(tuán)塊構(gòu)造、疏松多孔、植物根系發(fā)育，在干燥時(shí)偏灰色，濕潤時(shí)偏黑色。在微觀上，粒度頻率曲線表現(xiàn)與全新世古土壤層相似，也呈比較分散的多峰特點(diǎn)，細(xì)粉沙組分偏少，細(xì)沙質(zhì)組分較多。從粒度參數(shù)來看，中值粒徑和平均粒徑比全新世古土壤層要大一些，分選性較差，粒級(jí)組分在各粒級(jí)區(qū)間也較均勻，端元組分上來看，兩者接近，成壤改造作用比之古土壤S0則較弱。由此說明，到了全新世晚期，總體上氣溫降低，而地表風(fēng)沙流和沙塵暴沉積過程持續(xù)，強(qiáng)度也比較大。盡管成壤改造作用減弱，但沙塵暴沉積后也還是被改造為沙質(zhì)粉沙質(zhì)地的亞高山草甸黑土層，其地面亞高山草甸十分茂盛，成為適合于放牧的茂密草原。

5 結(jié)論

通過對(duì)若爾蓋盆地黃河第一灣河岸沉積物的深入調(diào)查研究，選取甲央瑪河段的剖面，在野外對(duì)其進(jìn)行基本沉積物地層單元?jiǎng)澐趾螅云浜暧^特征和粒度為基礎(chǔ)，進(jìn)行沉積相和沉積動(dòng)力學(xué)分析，結(jié)合測(cè)年斷代結(jié)果，獲得了對(duì)于若爾蓋盆地內(nèi)部地表環(huán)境演變的認(rèn)識(shí)：

若爾蓋盆地內(nèi)部藍(lán)灰色古湖相沉積物頂部測(cè)年結(jié)果，表明古湖水持續(xù)存在到35 ka才干涸消失。此前在一個(gè)持續(xù)較長的時(shí)段，作為當(dāng)時(shí)內(nèi)流水系的終點(diǎn)，周邊河流搬運(yùn)碎屑物質(zhì)進(jìn)入湖盆沉積，并有風(fēng)成沉積物沉降沉積湖底的疊加作用的影響。盆地內(nèi)部的湖水較深，淤泥質(zhì)沉積物受到還原作用的影響而成為藍(lán)灰色且有H2S氣體形成。在古湖徹底疏干之后，湖底洼地轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵空訚上喹h(huán)境，但同時(shí)湖盆內(nèi)有較強(qiáng)的風(fēng)沙活動(dòng)，干湖盆底部暴露的沙質(zhì)沉積物被強(qiáng)勁風(fēng)力吹揚(yáng)在泥炭沼澤沉積，形成了泥炭-風(fēng)沙互層沉積物。在距今30～27 ka之間，正是全球性MIS-3溫暖期向著末次冰盛期轉(zhuǎn)折過渡的時(shí)期，來自于黃河源地區(qū)的大洪水進(jìn)入盆地到處泛濫，其攜帶的泥沙經(jīng)過長距離分選，在盆地內(nèi)部形成具有微細(xì)層理的灰黃色粉沙大量沉積，與其下的藍(lán)灰色古湖泥形成鮮明的對(duì)比。在末次冰盛期和冰消期相當(dāng)長時(shí)期，若爾蓋盆地氣候干旱寒冷，高原面風(fēng)力十分強(qiáng)勁，盆地內(nèi)部風(fēng)沙作用盛行。此時(shí)，黃河切割古湖底形成穩(wěn)定的河槽，河漫灘沙層被高原面強(qiáng)勁風(fēng)力改造形成連綿的風(fēng)沙丘，古湖盆內(nèi)部風(fēng)沙沉積十分普遍。

根據(jù)OSL測(cè)年結(jié)果，顯示在9.86～8.28 ka之間的全新世早期，黃河源區(qū)再次出現(xiàn)規(guī)模巨大的泛濫洪水時(shí)期。這可能由于全新世氣候的變暖，高山冰川普遍性融化導(dǎo)致河流水系水量突增，導(dǎo)致黃河在盆地內(nèi)部形成特大泛濫洪水。進(jìn)入全新世中期大暖期，盡管若爾蓋盆地夏季風(fēng)顯著地增強(qiáng)，氣候變暖，降雨量增加，但是風(fēng)沙作用仍然盛行，堆積在河岸高地的沙塵暴沉積物，皆被改造為成熟度極高的亞高山草甸黑土層。全新世晚期以來，隨著全新世大暖期的結(jié)束，氣溫降低，夏季風(fēng)減弱。但是在若爾蓋盆地內(nèi)部風(fēng)沙作用持續(xù)，沙塵暴沉積物被改造成為沙質(zhì)粉沙質(zhì)地的亞高山草甸黑土層，其地面表現(xiàn)為植被茂密的亞高山草甸草原。本文研究發(fā)現(xiàn)的若爾蓋盆地內(nèi)部兩期特大洪水事件，對(duì)于我們深刻理解晚更新世以來黃河源區(qū)的氣候水文變化規(guī)律，具有十分重要的科學(xué)意義。