“寒亭组”是山东唐宋时期两期洪水的产物——基于沭河沙带调查及光释光测年研究

王江月

(曲阜师范大学地理与旅游学院，山东 日照 276800)

古洪水滞留沉积物(Slack-water Deposit，SWD)是古洪水时期，溢出主河槽的洪水携带的悬浮物质，由于水流速度的降低而保留于河漫滩、河流阶地等平缓坡地的沉积物[1-3]。沂河、沭河两岸分布着较大面积的沙带，1993—1996年，山东省第七地质矿产勘査院进行了临沂等四幅1∶5万区域地质调查工作，将分布在河流阶地的沙带划为寒亭组注山东省第七地质矿产勘查院，《中华人民共和国1∶5万区域地质调查报告》临沂幅、板泉幅，1998年。。寒亭组为近代风成相堆积，岩性为黄白色中细砂、粉砂，分选好，第四纪风沙相沉积物，与下伏临沂组整合接触。但随着更加全面的研究发现，沂河中、上游北寨剖面保留有全新世时期(3kaBP，4kaBP)两期古洪水沉积物[4-5]，蔡家村剖面保留有晚全新世时期四期(0.22±0.02～2.83±0.26kaBP)沉积物等[5]，说明沂河、沭河对全新世复杂多端气候变化的响应。结合对研究区沙带展布形态现场调查以及沉积物测年技术的应用，对该流域沙带的成因有了更为准确的认识。同时也为沂沭流域古气候恢复提供更为科学的依据。

1 研究区概况

研究区位于临沂市西南部，属沂河、沭河河谷中游地区。为温带大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干旱，年降水量约为850mm，集中于七八月份[6]。在全新世时，气候变化较为频繁，早、中期约4000a前后该区域湖泊消亡，河流开始发育。

研究区位于山东省中南部(图1a)，沂沭河沿岸沙带(图1b)主要由两处组成，一处分布在临沂西南罗庄区南茶棚村沂河一级阶地，沿河西岸分布，由上下两部分组成。上部沙带(Y2)南北长约为6700m，东西宽约为1700m。下部沙带(Y1)南北长约为5600m，东西宽约为1500m。另一处分布于临沂市河东区东南部重沟镇沭河一级河流阶地前缘，沿河东岸分布。上部沙带(S2)南北长约为4700m，东西宽约为1200m。下部沙带(S1)南北最宽约为3300m，东西最宽约为1100m。沙带覆盖于河流转弯内侧的河漫滩及河流阶地上，主要由粉细砂组成，浅棕黄色，颗粒较细，并广泛发育水平层理。

a—研究区位置；b—沂河、沭河沿岸沙带分布及采样位置图1 沂河、沭河沿岸沙带分布及采样位置图

2 沙带成因分析

以往的资料中，该区域沙带被认定为因季风吹扬作用形成的风沙沉积[7]，经过调查与研究，认为该区沙带属于古洪水沉积作用而成。

(1)分布在沭河东岸的沙带，若是该区盛行的冬季西北季风吹扬作用形成，尚可以存在动力来源上的解释，但仅仅相隔12km的沂河沙带，并未分布在沂河东岸，而是分布在沂河西岸，若同为冬季西北季风所为，势必分布在河流的东岸而非西岸，因此使用西北季风的吹扬作用解释成因，就存在风向的动力来源问题，故此导致两处沙带风向动力来源上的矛盾。

(2)两处沙带虽然分布在河流的不同岸，一处在西岸，一处在东岸，但均分布在河流转弯的内侧，洪水期间河流在转弯处强有力的侧蚀作用对河床的冲积侵蚀，有利于洪水细粒沉积物的泛起。在沙带中间的细腰部位，其对应河段的侧蚀作用存在明显的减弱趋势，从而显示出沙带的沉积与河流转弯，以及动力之间的内在关系。

(3)古洪水滞留沉积物(Slack-water Deposit，SWD)具有流水沉积的层理，受到当地微地貌影响，这些层理会表现为近水平状、倾斜状、波浪状等[1]。由于沙带分布在河流岸边平坦的阶地之上，因此沙带中广泛发育大型泥质(含植物残片)水平层理(图2a)，与微型平缓波纹(图2b)，这些稳定水流状态下的物质分选与波浪纹理，充分显示了水沉积的特征。

a—大型水平层理；b—微细波浪纹理特征图2 沙带中水平层理与微细波浪纹理特征

洪水沿古河道下流时，在河流的转弯处，由于横向环流作用，表现出河流的侧蚀作用。洪水从上游带来的泥沙以及侧蚀作用从对岸侵蚀来的泥沙，在环流作用下堆积在河流转弯内侧平坦的河漫滩及阶地的前缘部位。洪水沉积物粒度受水动力条件以及洪水强度、沉积坡地高度的影响[5]。由于研究区位于沂沭河中下游，河流流速较小，洪水中自身携带及从对岸侵蚀而来的等粒度小、体重轻的粉细沙，被环流携带至平坦的河岸阶地沉积下来，其中含有植物茎叶碎屑的泥质成分分选沉淀形成水平层理。

从沙带的分布位置、层理等特征分析，表明沙带具有古洪水滞留沉积物的普遍特征，故此，进一步确定古洪水的发生时间则显得尤为必要。

3 样品采集、处理与测试

确定古洪水发生时间，通常采用的方法为光释光测年(OSL，Optical Stimulated Luminescence)、14C测年等，该次研究选用了OSL测年技术。OSL信号是光激发晶体自最后一次埋藏所积存的电离辐射并让其释放[8]。该次取样地点选在重沟镇沭河东岸沙带。顺河流流动方向，SH01-1，SH01-2取样点位于下游的S1沙带，SH02-1，SH02-2取样点位于上游的S2沙带部分(图1、表1)。

取样使用长50cm，直径为5cm的不锈钢圆管，用纸和胶带将一端封闭。先在沙带平坦处挖掘深度超过0.5m的坑穴，避免后期人为扰动，再在坑穴中进行取样。将钢管的开口一端砸入沙带后，连带其中的沙粒一同取出，再用遮光纸和胶带封闭开口端，杜绝外界光线干扰。

实验室内去除圆管两端受光影响部分，采用中间部分进行测试。

在中间段取一部分样品进行含水量测定及样品中U，Th，K含量分析。对样品用盐酸、双氧水等试剂进行预处理后，使用美国Daybreak公司生产的Daybreak2000型释光测量仪测定样品的等效剂量(De)。使用重量法对原样的含水量进行测定，对完成测定的样品进行粉碎研磨后，使用等离子体质谱仪测定U，Th的含量，使用等离子体光谱仪测定K的含量。利用上述参数可计算出样品的环境剂量率(D)。使用样品的等效剂量(De)与环境剂量率(D)，可计算出样品的光释光(OSL)年龄[9-10]。

4 测年结果

光释光测年数据显示：沂河、沭河河岸沙带的形成时间，上游部分(S2沙带)为0.8kaBP，下游部分(S2沙带)为(1.2±0.1)kaBP，代表了两次历史古洪水的形成时间，河流沿岸的沙带则分别为0.8ka与1.2ka两次历史古洪水时期的滞留沉积物(表1)。

表1 光释光样品位置及测试结果

测试单位：国土资源部海洋地质实验检测中心

测年结果显示，两处沙带的年龄分别为0.8kaBP，(1.2±0.1)kaBP。对应中国朝代大致在唐宋时期。大批学者对近2000a中国气候进行了详细的研究，使用地方志等历史文献与树轮、冰芯等代用资料对古气候进行恢复。葛全胜等[11]将该过去2000a划分为4个暖期与冷期，唐宋时期大部分位于暖期。竺可桢先生在《中国近五千年来气候变迁的初步研究》中对宋朝气候变化进行了详尽的描述，在两宋王朝存续的300余年间，处于一个由“温暖期”至“寒冷期”，再到“温暖期”的往复交替过程[12]。气候变化频繁复杂，加之人为开发活动等人为因素的影响，旱涝灾害在自然灾害中占有非常大的比例[13]。陈国生在《唐朝自然灾害初步调查》中，对有记载的水灾按照开元十五道进行统计，在唐朝时期今山东省位于的河南道，记载发生75次水灾，占全国的31.25%，位居全国第一。同时涝灾也是唐朝主要的自然灾害，据统计共有214次[14]。

南宋时期，据史料记载，近似时期的1297年，全国大水灾，河决汴梁等多处，河南、江苏、江西、湖南、浙江等地大水。水灾北面至大都，辽阳、沈阳等地；距今1.2ka为唐朝时期，近似时期水灾泛滥，其中不乏死亡在万人以上的特大灾害[15]。《唐书》中记载“开元十四年(公元726年，距今1290年)，天下州五十水，河南、河北尤甚。河及支川皆溢”，“贞元八年(公元792年，距今1220年)，六月，淮水溢没泗州城；秋，自江、淮及荆、襄、陈、宋至于河朔州四十余，大水害稼，溺死二万余人，漂没城郭庐舍无数[16]。”这些文献记载的洪水发生时间，与本次研究获得的测年结果具有近似性。

除了历史记录之外，根据姚檀栋等[17]对于古里雅冰芯记录的氧同位素演化曲线显示(图3)，结合王超[5]对该流域河流阶地蔡家村剖面古洪水研究获得的测年数值(图3)[5]，显示出近2ka以来的四期历史古洪水与气候的对应关系。1.2ka洪水滞留物对应于H4洪水阶段，0.8ka洪水滞留物的年龄由于误差较大只能参考，鉴于与古里雅冰芯演化曲线的耦合关系，分析0.8ka滞留物的形成时间应在H3洪水阶段，即在0.9～1.0ka之间的时间段，这与前述历史洪水记述相吻合，具体形成时间将在接下来的研究中进一步探索。

a—年龄数据及误差；b—古里雅冰芯氧同位素演化曲线图3 沂河、沭河流域洪积物测年数值与古里雅冰芯2ka以来氧同位素演化曲线关系图

5 讨论与结论

根据沙带在河岸分布的范围可估得两次洪水的规模之大，但是由于在研究调查中数据采集较少，缺少技术支持，无法更深一步对两次洪水的规模进行定量的模拟计算。唐宋时期近2000a的气候变化属于暖期，如今全球气候有着变暖的趋势，对唐宋暖期的进一步研究，对现在人类所面临的气候变暖问题有着重要意义。

(1)综合历史文献记载、前人研究与本次野外调查及测年结果，结合河道形态与沙带沉积物层理特征，确认沂沭河河岸沙带成因为古洪水的滞留沉积物。

(2)对沙带初步进行的光释光测年研究结果显示，沙带主要是由是0.8ka与1.2ka两次古洪水滞留沉积物(SWD)组成。据此，以往将该类型沿岸沙带(寒亭组)的成因定为风成，值得商榷。

(3)查阅有关唐宋时期气候变化以及自然灾害的相应文献与数据，唐宋时期自然灾害频发，并且水灾是这个时期主要的自然灾害。测年所得洪水滞留沉积物年龄与其有着较好的对应性。根据该流域洪水发出的期次性特征与青藏高原古里雅冰芯氧同位素演化曲线的对比，表明我国东部与西部的气候变化具有统一性特征。

致谢：感谢谭丽荣教授在项目研究及论文写作过程中给予的指导与帮助。