熊平生，劉 亮，張楚楚，郝麗婷

(衡陽師范學(xué)院地理與旅游學(xué)院，湖南衡陽 421002)

0 引言

河漫灘沉積物是洪水時(shí)期形成的河流沉積，是河流地貌重要地質(zhì)體.河漫灘沉積與環(huán)境作為一個(gè)跨學(xué)科的研究熱點(diǎn)，在全球變化的相關(guān)領(lǐng)域受到極大關(guān)注[1].國內(nèi)有關(guān)河漫灘沉積物的研究主要集中在如下幾個(gè)方面：河漫灘沉積與洪水事件[2-3]、河漫灘沉積物與物源分析[4-5]、河漫灘沉積與流域環(huán)境污染[6-7]、古洪水沉積與氣候變化[8].隨著科學(xué)技術(shù)手段的進(jìn)步，多學(xué)科交叉研究河漫灘的重要性越來越凸顯.但是目前依然還存在一些問題：如河漫灘沉積洪水識(shí)別的代用指標(biāo)存在分歧，需要進(jìn)一步探索.此外，國內(nèi)關(guān)于河漫灘沉積物的研究分布不平衡，目前主要集中在長(zhǎng)江干流、黃河及其支流，我國南方一些重要河流河漫灘研究較為薄弱，尤其是河漫灘沉積與氣候變化關(guān)系的研究鮮有報(bào)道.湘江衡陽段多級(jí)河漫灘沉積物是研究湘江洪水演變的非常理想的材料，其保存蘊(yùn)含著豐富的沉積時(shí)期的環(huán)境信息.基于AMS14C高精測(cè)年基礎(chǔ)上，通過對(duì)湘江衡陽段河漫灘剖面高密度采樣和粒度測(cè)定，有助于揭示其沉積時(shí)期的氣候變化，對(duì)重建了衡陽地區(qū)中全新世以來的氣候環(huán)境演化有重要意義.

1 研究區(qū)概況

圖1 剖面位置及研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Location of profile and geological map of research region

衡陽市區(qū)位于湖南省中南部，湘江從西南向東北斜穿城區(qū)，蒸水和耒水在城北匯入湘江.區(qū)域內(nèi)地質(zhì)概況類似于新華夏系構(gòu)造，白堊系與第三系紅色層略有斜度，第四系地層有明顯出露.吉祥剖面(JX)位于湘江和耒水交匯附近，地理坐標(biāo)為112.644°E，26.915°N，海拔高度為26 m，研究區(qū)地質(zhì)圖如圖1所示.研究區(qū)以第三系地層分布較廣，為陸相碎屑沉積巖，侏羅系、白堊系和二疊系和泥盆系的地層局部地區(qū)有出露.第四系地層分布在湘江及其支流蒸水、耒水河流兩岸，為洪積、沖積相沉積物.

2 研究剖面和方法

圖2 吉祥河漫灘剖 面地層及其年代分布Fig.2 Stratigraphy and ages of Jixiang floodplain sediments profile

2.1 研究剖面

采樣剖面位于湘江和耒水交匯附近，距離耒水大橋大約1km處的左岸的一級(jí)階地上，該剖面具有明顯的二元結(jié)構(gòu)，剖面厚約183 cm.以2 cm為間隔距離，從上往下依次對(duì)該剖面進(jìn)行較高密度采樣，共采集樣品91個(gè).野外取回的樣品首先是自然晾干，然后剔除細(xì)根、塑料等雜物，在瑪瑙缽研磨過2 mm土篩.吉祥剖面(圖2)自上而下可以劃分為:A層(0～33 cm)：灰黑色砂質(zhì)粘土，含有較多樹根狀有機(jī)質(zhì)物質(zhì)；B層(34～64 cm)：灰黑色粉沙質(zhì)粘土與灰黑色砂質(zhì)粘土，含少量樹根；C層(65～122 cm)：黑色略帶黃色粘土.D層(123～158 cm)：灰黑色夾黃色粉砂土，含少量粗根.E層(159～182 cm)：灰黑色夾黃色粘土，具有較好的水平層理結(jié)構(gòu).剖面底部:河床相礫石層，礫石磨圓度較高，主要有砂巖、石英巖和灰?guī)r等，多數(shù)礫石直徑約為3～7 cm，粗大的礫石直徑可達(dá)20～50 cm.

2.2 研究方法

2.2.1 AMS14C測(cè)年 在吉祥剖面距離地表182 cm處取樣約10 g，用自封袋裝好帶回實(shí)驗(yàn)室自然晾干，測(cè)年樣品命名為JX-C.樣品在美國Beta實(shí)驗(yàn)室完成AMS14C測(cè)年，測(cè)年結(jié)果為(6 390±30) aBP，河漫灘剖面其余年代數(shù)據(jù)是根據(jù)內(nèi)插方法得到.

2.2.2 粒度測(cè)試 從預(yù)先處理好的樣品中稱取土樣約0.1 g，將樣品倒入20 ml燒杯中，加入蒸餾水充分?jǐn)嚢璺稚?，靜止24 h，然后加入濃度為1%的六偏磷酸鈉溶液，再次靜止24 h，使得沉積物顆粒充分分散，利用馬爾文Masterizer-3000型激光粒度儀進(jìn)行粒度測(cè)試，測(cè)試范圍0.01～3 500 μm，樣品自動(dòng)重復(fù)測(cè)試三次取平均值，測(cè)試結(jié)果誤差低于1%.本研?值的換算公式：?=-log2D，其他的參數(shù)換算根據(jù)Fork公式[9].粒度測(cè)試工作皆在本單位第四紀(jì)實(shí)驗(yàn)室完成.

3 結(jié)果與分析

3.1 JX剖面粒度分布特征

根據(jù)衡陽湘江河漫灘沉積物粒度分布(表1和圖3)可知.砂粒(>63 μm)平均含量為53.05%，占據(jù)首位，分布范圍為0～96.31%；粉砂粒(4～63 μm)平均含量為43.69%，分布范圍為0～100%；粗粉砂(10～50 μm)為0～96.31%，平均含量為27.11.69%；粘粒(<4 μm)平均為3.26%，分布范圍為0～4.55%.湘江河漫灘吉祥剖面砂粒和粉砂粒組分含量均較高，在各層次間有明顯波動(dòng)變化，且變化趨勢(shì)相反.粘粒含量較低，整個(gè)剖面無明顯的層理變化，河漫灘粒度組合特征顯示，具有明顯的流水沖積相特征.

表1 吉祥剖面部分樣品粒度特征值Tab.1 Grain-size characteristic values of some samples in Jixiang profile

3.2 JX剖面粒度參數(shù)變化特征

圖3 吉祥剖面粒度分布曲線圖Fig.3 Distribution curves graph of grain-size in Jixiang profile

粒度參數(shù)分析可以用來判別沉積動(dòng)力條件和沉積環(huán)境.如平均粒徑用來指示搬運(yùn)介質(zhì)的平均動(dòng)能；分選系數(shù)表示顆粒大小的均勻程度，其值越小表示沉積物顆粒分選越好.偏度被用來反映粒度分布的不對(duì)稱程度；峰態(tài)用于衡量粒度頻率曲線尖銳程度[10].

由圖4可以知道，吉祥(JX)剖面平均粒徑值(Mz)分布范圍為-0.94～8.58 Φ，總平均值為3.74 Φ，說明河漫灘沉積物搬運(yùn)介質(zhì)平均動(dòng)能較大.分選系數(shù)值分布范圍為-2.74～-0.16，總平均值為-1.55，說明河漫灘沉積物在流水搬運(yùn)作用下，細(xì)顆粒物質(zhì)被帶向河流下游地區(qū)，河漫灘沉積物的粒級(jí)范圍較窄，以粉砂粒和砂粒為主，粒度集中趨勢(shì)較好.偏度值分布范圍為-0.82～0.88，總平均值為-0.10.負(fù)偏為主，反映河漫灘沉積物以粗粒組分為主；峰態(tài)值分布范圍為0.32～2.13，總平均值為0.88，表明整個(gè)剖面峰態(tài)較寬.各層粒度參數(shù)特征值分布如下：

圖4 吉祥剖面粒度參數(shù)散點(diǎn)圖Fig.4 Scatter plots of grain-size parameters in Jixiang section

第E層MZ值分布范圍為4.48～5.01 Φ，平均值為4.71 Φ，指示強(qiáng)沉積動(dòng)力環(huán)境.分選系數(shù)為-1.62～-1.45，平均值-2.13，表明沉積物優(yōu)勢(shì)粒級(jí)組分明顯，屬于分選極好的等級(jí).偏度值范圍為-0.20～0.22，偏度均值為-0.20.峰態(tài)值分布范圍為0.66～1.96，平均值為1.07，寬峰、中等峰態(tài)態(tài)居多，說明沉積物的砂粒、粉砂粒級(jí)含量較高.

第D層MZ值分布范圍為0.28～4.84 Φ，平均值為2.59 Φ，指示強(qiáng)動(dòng)力沉積環(huán)境.分選系數(shù)為-2.74～-1.34，平均值-1.53，表明沉積物優(yōu)勢(shì)粒級(jí)組分明顯，屬于分選極好的等級(jí).偏度值范圍為-0.16～-0.11,偏度均值為-0.17，為負(fù)偏態(tài).峰態(tài)值分布范圍為0.94～1.04，平均值為0.83，寬峰態(tài)居多.

第C層MZ值分布范圍為3.15～8.58 Φ，平均粒徑值為2.59 Φ，沉積動(dòng)力絕大多數(shù)樣品Mz值為5～6 Φ，說明沉積物以粉砂粒級(jí)組分為主，沉積動(dòng)力較強(qiáng).分選系數(shù)為-2.11～-0.19，平均值為-1.72，屬于分選極好的范疇.偏度值為-0.39～0.88，平均值為0.006.90%的樣品偏度值為-0.1～0.1，粒度曲線為近似對(duì)稱分布.峰態(tài)值分布范圍為0.32～2.13，平均值為0.85，為寬峰態(tài)型.

第B層MZ值為-0.94～2.79 Φ，平均值為0.73 Φ，反映沉積物粒度組分以砂粒為主，為極強(qiáng)動(dòng)力沉積環(huán)境.分選系數(shù)值-1.97～-0.16，平均值為-0.72，屬于分選極好范疇.偏度值分布范圍為-0.82～0.69，平均值為-0.12，樣品一半為負(fù)偏，一半為正偏.峰態(tài)值為0.46～0.99，平均值為0.73，樣品屬于正偏或極正偏.反映粒度頻率曲線尖銳，沙粒、粉砂粒級(jí)組分含量高.

第A層MZ值為2.12～7.77 Φ，平均粒徑值4.34 Φ，反映了沉積動(dòng)力較強(qiáng)，沙粒級(jí)組分含量較高.分選系數(shù)分布范圍為-2.04～-0.20，平均值為-1.42，屬于分選極好范圍.偏度值為-0.53～0.16，平均值為-0.09，樣品中63%為負(fù)偏，27%為正偏.峰態(tài)值分布范圍為0.49～1.02，平均值為0.82.樣品屬于正偏或極正偏范疇，反映了沙粒、粉砂粒級(jí)組分含量較高.

4 討論

4.1 降水量對(duì)湘江河漫灘沉積物的影響

河漫灘沉積物組分的主要影響因素有降水、地貌和地質(zhì)構(gòu)造等，其中降水是直接影響河流動(dòng)力變化的關(guān)鍵因素，河流水動(dòng)力作用最終影響著沉積物的粒度組合之上，研究表明[11]，沉積物粗粒組分增大，暗示河流搬運(yùn)動(dòng)力增強(qiáng).對(duì)于同一河段來說，河漫灘沉積物上洪水深度和洪水取決于降水量的多少，降水越大、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，河水流量越大，反之，越小[12].因此，可以根據(jù)河漫灘沉積物顆粒變化確定降水量的多少.研究表明[13-14]，當(dāng)氣候變暖濕的時(shí)候，降水量增多，河流搬運(yùn)動(dòng)能增大，河漫灘沉積物以粗粒組分為主；反之，氣候變冷變干時(shí)，降水量減少，河流搬運(yùn)動(dòng)力減弱，沉積物以細(xì)顆粒組分為主.經(jīng)過野外實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，湘江衡陽段吉祥剖面為洪水沉積物.湘江流域?qū)儆谥衼啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候，為大氣降水補(bǔ)給型河流，河流洪水大小及其搬運(yùn)動(dòng)能的強(qiáng)弱取決于大氣降水量的多少，降水量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)常常引起高頻率、高強(qiáng)度的洪水發(fā)生；降水量少、持續(xù)時(shí)間短則不易發(fā)生洪水災(zāi)害.正常年份降水發(fā)生在4-6月份，當(dāng)夏季降水遇上臺(tái)風(fēng)暴雨時(shí)，可能誘發(fā)特大洪水，特大洪水一般帶來更多的粗顆粒沉積物.

4.2 河漫灘沉積粒度特征記錄的氣候變化

根據(jù)湘江河漫灘吉祥剖面粒度組合分布特征，把湘江河漫灘沉積時(shí)期的氣候變化劃分為5個(gè)主要階段：階段E(159～182 cm)，流水沉積動(dòng)力相對(duì)較弱，粉砂粒含量最高，平均值為63.64%，粉砂曲線遞減的變化趨勢(shì).其次是砂粒組分平均含量為36.35%，其中粗粉砂平均含量為41.85%，砂礫組分和粗粉砂組分曲線呈遞增的趨勢(shì)，與粉砂組分曲線變化趨勢(shì)相反；粘粒含量極少.粒度特征表明沉積物沉積時(shí)期的氣候干旱.階段D(123～158 cm)，流水沉積動(dòng)力較強(qiáng)，砂粒含量最高，平均值為65.94%，砂粒曲線呈先增后減的變化趨勢(shì).其次是粉砂粒組分平均含量為33.81%，其中粗粉砂平均含量為22.61%，粉砂粒和粗粉砂曲線呈先減后增的趨勢(shì)，與砂粒組分變化趨勢(shì)相反.表明沉積時(shí)期的降水豐富，氣候濕潤.階段C層(65～122 cm)，粉砂粒平均含量最高為61.13%，其中粗粉砂平均含量占35.10%，粉砂和粗粉砂曲線變化同步，呈遞增的變化趨勢(shì).其次是砂礫平均含量為30.56%，砂粒曲線略呈遞減的趨勢(shì).粘粒組分含量上升，平均值為8.31%.Mz值增大，流水沉積動(dòng)力比D階段減弱，表明該沉積時(shí)期為降水減少，偏干旱.此外，在122、74 cm附近，砂粒組分含量皆為0，出現(xiàn)了極端干旱氣候事件，在中國、歐洲和非洲陸地的沉積環(huán)境中也有記錄[15-16].階段B(34～64 cm) ，砂礫組分平均含量最大為97.48%，砂粒曲線變化平穩(wěn).粉砂粒組分含量很少平均值為2.52%，粉砂曲線和砂粒曲線波動(dòng)趨勢(shì)相反，粘粒組分平均含量為0.Mz值為0.73 Φ，流水沉積動(dòng)力極強(qiáng)，沉積物顆粒偏粗，砂粒占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì).推測(cè)該沉積物沉積時(shí)期氣候非常濕潤.階段A(0～33 cm)，粉砂粒含量最高，平均值為49.44%，粉砂曲線波動(dòng)顯著，呈遞減的趨勢(shì)，粗粉砂平均含量為31.42%，粗粉砂曲線與粉砂曲線波動(dòng)變化明顯.砂粒平均含量較大為47.38%，砂粒曲線出現(xiàn)“兩谷三峰”的特點(diǎn).暗示了沉積時(shí)期氣候?yàn)闈駶檿r(shí)期.綜上，吉祥河漫灘剖面沉積時(shí)期先后經(jīng)歷了5個(gè)階段的氣候變化：干旱期、濕潤期、干旱期、強(qiáng)濕潤期和濕潤期.在江陵剖面沉積物[17]、鄱陽湖沉積物[18]、南漪湖沉積[19]、珠江口西南部[20]也這樣干旱、濕潤交替變化的相似記錄.

5 結(jié)論

根據(jù)衡陽市湘江河漫灘吉祥剖面91個(gè)樣品的粒度組合特征和粒度參數(shù)分析，并結(jié)合高精度AMS14C測(cè)年結(jié)果，初步得出以下結(jié)論:

(1)吉祥河漫灘剖面粒度組成以砂粒(均值為53.05%)和粉砂粒(均值為43.69%)為主.粘粒含量較少，平均值為3.26%.湘江衡陽段沉積物6 390年來河漫灘沉積分層明顯，對(duì)干旱、濕潤變化記載清晰，能夠很好的指示降水量變化情況.沉積物粗細(xì)組分變化指示了沉積時(shí)期水動(dòng)力強(qiáng)弱的變化，粗粒組分比重大的時(shí)候，暗示了沉積時(shí)期水動(dòng)力強(qiáng)；粗粒組分含量低時(shí)，暗示沉積時(shí)期水動(dòng)力作用小.

(2)吉祥(JX)剖面粒度參數(shù)顯示：平均粒徑值(Mz)平均值為3.74Φ，說明河漫灘沉積物搬運(yùn)介質(zhì)平均動(dòng)能較大；分選系數(shù)值平均值為-1.55，說明河漫灘沉積物在流水搬運(yùn)作用下，細(xì)顆粒物質(zhì)被帶向河流下游地區(qū)，以粉砂粒和砂粒為主，粒度分選性極好.偏度平均值為-0.10.負(fù)偏為主，反映河漫灘沉積物以粗粒組分為主；峰態(tài)平均值為0.88，表明整個(gè)剖面峰態(tài)較寬.

(3)根據(jù)湘江河漫灘吉祥剖面的粒度記錄顯示，衡陽地區(qū)6 390aBP以來的降水總體上上呈遞增的趨勢(shì).具體劃分5個(gè)階段：階段E(159～182 cm)為氣候干旱期；階段D(123～158 cm)為氣候濕潤期；階段C層(65～122 cm)為干旱期；階段B(34～64 cm)為強(qiáng)濕潤期，是衡陽地區(qū)中全新世以來最為降水最充沛的時(shí)期；階段A(0～33 cm)為氣候濕潤期.此外，在吉祥沉積剖面122、74 cm處出現(xiàn)沙粒組分含量皆為0，顯示6 390年以來衡陽出現(xiàn)過兩次極端干旱事件.