川西阿坝盆地南缘阿柯河Ⅲ级阶地晚更新世中期的孢粉记录

祝 婷，何政伟，杨振京，康桂川，管森森，朱昱汀

(1.成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059；2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 石家庄 050061；3.中国地质调查局第四纪年代学与水文环境演变重点实验室，河北 石家庄 050061)

0 引 言

植物的孢粉外壁质密且坚硬，耐腐蚀[1-2]，历经数百万年[3]，孢粉在地层沉积物中仍保留着完整的外壁形态和结构[1]，为研究地质史上的古植被、古地理、古环境和古气候提供了良好的资料[4]。前人在第四纪孢粉研究上已经积累了丰硕的成果[5]。

川西阿坝盆地位于青藏高原东部，区域内第四纪地层保留完整，为研究第四纪气候变化奠定了良好的基础。青藏高原第四纪孢粉研究始于20世纪60年代初[6]，研究工作从无到有，研究对象从沉积剖面、湖泊钻孔到冰心，研究手段从定性到定量，经历了艰苦的探索过程，积累了一定量的化石花粉数据，初步重建了末次盛冰期以来植被和气候演变过程[6]。对青藏高原东部第四纪孢粉的研究，主要涵盖高原东南部边缘、高原中东部和高原东北部地区。高原东南部边缘的孢粉记录以川西螺髻山大海子湖、川西安宁河Ⅰ—Ⅲ级阶地和杀野马湖为代表[7-9]。时间跨度为12.4～1.0 cal. ka BP；高原中东部主要以若尔盖草原地区为主，研究中更新世以来红原剖面的孢粉记录[10-11]，时间跨度大，为190～18 ka BP；高原东北部主要为青海湖盆地[12]、青海共和盆地[13]、柴达木盆地[14-15]、青海湖[11，16]、可可西里地区[17-18]和昆仑山垭口地区[19-20]，孢粉记录反映甘青毗邻地区早更新世以来的植被演替。综合分析各地区研究，表明冰盛期的花粉谱以藜科、禾本科、蒿属等为主，指示冷干的气候环境。尽管如此，前人对位于川、藏、甘、青、滇五省结合部的阿坝盆地的孢粉记录的研究还较为薄弱，关于青藏高原第四纪孢粉尚需开展更多的研究工作。本次研究工作可以填补阿坝盆地第四纪孢粉研究的空白，进一步完善青藏高原第四纪孢粉数据库。研究结果为川西地区第四纪植被与气候演化研究提供新资料，也对青藏高原东部第四纪古气候的研究具有重要意义。

1 区域地质概况

阿坝盆地南缘阿柯河位于四川省阿坝藏族羌族自治州阿坝县境内。阿坝县位于青藏高原东部，是四川、甘肃、青海三省交汇之地。大地构造位置属于玉龙塔格—巴颜喀拉双向前陆盆地褶皱带的中部[21]，川青块体(巴颜喀拉块体)是青藏高原东缘新构造活动的活跃地带[22-25]，构造运动强烈，地形起伏巨大，气候变化最为敏感，强震活动频繁，是我国“南北地震带”的主体部分[26]。位于其东侧的龙门山断裂、南西的鲜水河断裂带、北侧的昆仑断裂是地震频发区域[25](图1(a))。游再平和朱礼学研究发现阿坝盆地是发育在断裂带下降盘，并且趋向南西方向迁移的不对称箕状断陷盆地[27]。区内基本的地貌为中切割剥蚀高原山峦区，海拔为3100～4000 m，总体为西高东低，其西北的年保玉则雪山海拔5369 m，地势相对较平缓、河谷宽阔。阿柯河是大渡河东源麻尔柯河支流，源出青海省巴颜喀拉山南麓，经四川省阿坝县由西向南东穿过，在白湾下游注入麻尔柯河。长178 km，流域面积5130 km2，发育阶地地貌和辫状河流，阶地阶面向河床倾斜的角度为4°～7°[21]。本文选取阿坝盆地南缘阿柯河Ⅲ级阶地剖面PM01作为研究对象进行孢粉分析(图1(b))。

图1 阿坝盆地区域构造图((a)，据文献[21-26]修改)和PM01剖面位置图(b)Fig.1 Regional tectonic map ((a)，modified according to references [21-26])and geographical location (b)of Aba Basin

2 样品采集与实验方法

2.1 样品信息

本研究选取了阿坝盆地南缘阿柯河Ⅲ级阶地与Ⅱ级阶地之间的阶坎作为研究剖面，即剖面PM01，并采集样品进行光释光(OSL)测年和孢粉实验分析。剖面PM01上共采集孢粉样品24件(图2)，光释光(OSL)测年样品2件(样品JD-01、样品JD-02)，在研究区其它相同层位补充采集光释光(OSL)测年样品2件(样品A02、A03)，可与剖面PM01形成对比验证(表1)。

表1 阿坝盆地光释光(OSL)测年结果Table 1 Optical luminescence (OSL)dating results of Aba Basin

图2 阿坝盆地剖面 PM01 岩性-年代图Fig.2 Stratigraphic column of profile PM01 of Aba Basin

2.2 实验分析

2.2.1 光释光(OSL)测年

光释光(OSL)测年的发展主要源于20世纪80年代，是一种基于热释光测试的第四纪沉积物测年新方法，具有使用样品量小、测年精确度高等优点[28-30]。光释光(OSL)测年是依据沉积物中的矿物(如石英和长石等)最后一次曝光和埋藏后接收的辐射总量及其接收的速率之间的关系来测定沉积物年代的方法[28，31-34]，获得的年龄是矿物两次受热或暴光事件之间的时间，随后的受热和暴光事件是指实验室仪器测试前的受热或暴光[28，35-38]。

前人对光释光(OSL)测年在第四纪中的应用已经有大量研究[39-41]，其采集的主要样品为松散碎屑沉积物，光释光(OSL)测年样品的要求严格，应在沉积前暴光，但不能在沉积后暴露，且有效测试年龄不超过200 ka[42]。取样间隔可根据岩层的实际厚度适当增大或减小，一般在同一岩性的始端和末端取样，尽量在岩性均匀的层位取样，取样时，要求绝对避光，样品应存放在黑暗环境中，同时避免高温[42]；采集后对样品进行编号，并及时送至实验室。本次所采样品是由中国科学院青海盐湖研究所盐湖化学分析测试中心测试，根据测年报告其采用Risø TL/OSL-DA-20光释光(OSL)测年仪、38～63 μm的样品测试粒径进行测试，等效剂量使用的是单片再生法和标准生长曲线相结合的方法。

2.2.2 孢粉分析

本文选取川西阿坝盆地南缘阿柯河Ⅲ级阶地剖面，严格按照第四纪孢粉采样方法，综合考虑剖面完整性、岩性选择、采样流程、采样间距等方面，对剖面PM01进行孢粉取样。孢粉数量统计时，依据示踪石松孢子数量至少400粒[43]。孢粉的分析是在中国地质科学院水文地质环境地质研究所进行，本研究共分析了孢粉样品24件，选择样品中颗粒较细的沉积物进行孢粉实验室处理，按照专业实验员严格的实验要求指导，将样品根据不同的岩性进行分级处理后下样，每个样品取约100 g，处理前加一片石松孢子片(每片含27637±567粒石松)，通过常规酸碱处理[44]、重液浮选等实验室处理对孢粉进行提取分析，得到富集的孢粉样品。孢粉鉴定使用Olympus BX31光学显微镜鉴定统计，孢粉百分比计算以花粉总和为基数[45]。

3 结果分析

3.1 岩性和年代

剖面PM01岩性描述及年代-岩性图见图2。剖面总深度17.3 m，沉积物以砾石层和砂层为主，最上层为含砾石黄土层。17.3～13.7 m段，是分选性极好的砂体，致密性中等，在17.3 m处采集光释光(OSL)测年样品JD-01，测定其年龄为(78.4±7.1)ka(表1)；13.7～12.9 m段为较上一层更细的粉砂层；12.9～12.2 m段为含泥质粉砂岩；12.2～8.8 m为砂砾交替层，水动力相对较强；8.8～3.1 m段主要为夹砂砾石层，分选性好，砾石磨圆次棱角-次圆状，粒径多为2～8 cm，偶见15～20 cm，水动力较上一层减弱；3.1～1.8 m段为含砾石砂层，砾石粒径小，0.5～1 cm，偶见10～20 cm；1.8～1.0 m段为含砾黄土层，根据野外地质调查发现阿柯河的Ⅱ—Ⅲ级阶地及其以上广泛分布着黄土层，结合1:25万阿坝县幅区域地质调查报告，该黄土层属于风成黄土，在黄土层中间夹有黄土被水流改造的次生黄土[25，46-47]。由此推断此层位属于次生黄土层，在该层位采集样品JD-02进行光释光(OSL)测年，测定其年龄为(72.6±5.9)ka (表1)。在距剖面约170 m处的砂砾交替层采集光释光(OSL)测年样品A02和A03，测定年龄分别为(71.8±5.7)ka、(71.6±6.2)ka(表1)，由4个样品测年结果推断剖面PM01的年龄范围是(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P.，即本研究讨论的是孢粉记录反映晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 之间的气候演化，属晚更新世中期。

3.2 孢粉组合划分及其特征

本文研究的24件孢粉样品共统计陆生植物花粉6234粒，平均每个样品鉴定了259粒，单件样品孢粉最少189粒，最多533粒，在显微镜下共鉴定出28个科属的第四纪植物孢粉种类。

乔木植物花粉共鉴定出8个科属，松属(Pinus)、铁杉属(Tsuga)、桦属(Betula)、桤木(Allnus)、鹅耳枥属(Carpinus)、胡桃属(Juglans)、落叶栎属(Quercus)、榆属(Ulmus)；灌木植物花粉共鉴定出6个科属，桑科(Moraceae)、大戟科(Euphorbiaceae)、沙棘属(Hippophae)、麻黄属(Ephedra)、木樨科(Jasminum Nudiflorum)、白刺属(Nitraria)；草本植物花粉共鉴定出12个科属，禾本科(Gramineae)、藜科(Chenopodiaceae)、菊科(Compositae)、蒿属(Artemisia)、苍耳属(Xanthium)、蒲公英属(Taraxacum)、毛茛科(Ranunculaceae)、豆科(Leguminosae)、十字花科(Cruciferae)、唇形科(Labiatae)、石竹科(Caryophyllaceae)、香蒲(Typha)；1个科属的蕨类孢子，中华卷柏(Selaginellasinensis)；1个科属的藻类，盘星藻(Pediastrum)。部分孢粉种属图版如图3所示。

通过Tilia、Excel和CorelDRAW 2020 (64-Bit)等数学运算及绘图软件分析得出剖面PM01 孢粉百分含量图谱(图4)，根据孢粉百分含量图谱显示，在剖面PM01中，草本植物花粉占很大优势，百分含量一般为38.62%～76.24%；其次是乔木植物花粉，百分含量一般为17.73%～47.55%；灌木植物花粉占比较低，百分含量一般为3.48%～41.36%；蕨类孢子极少，在有的剖面层中为0，最高占2.48%；藻类只出现在极少数层位。结合孢粉百分含量，运用各种数学分析软件对统计数据资料进行分析，通过聚类分析法，将本剖面孢粉划分为3个组合带(图4)。

3.2.1 孢粉带 Ⅰ (17.3～14.2 m)：榆属-毛茛科-蒿属-松属孢粉组合带

孢粉组合中草本植物花粉(38.62%～64.53%，平均52.35%)占绝对优势，其次是乔木植物花粉(31.49%～47.08%，平均39.60%)和灌木植物花粉(3.67%～13.76%，平均7.41%)，还有零星的蕨类孢子(0.0%～1.28%，平均0.58%)，藻类含量极少，只在个别层位发现。草本植物花粉中以毛茛科(18%)和蒿属(16.23%)为主，其次是藜科(8.5%)，还有少量禾本科3.1%、唇形科(2.19%)、豆科(1.58%)，极少量的十字花科(0.84%)、香蒲(0.81%)、苍耳属(0.67%)、菊科(0.42%)等；乔木植物花粉中以榆属(22.2%)居多，其次是松属(12.28%)，还有胡桃(2.18%)、落叶栎属(1.7%)和桦属(1.23%)等；灌木植物花粉以桑科(2.63%)、麻黄属(2.27%)和沙棘属(2.13%)为主，零星可见大戟科和白刺属；蕨类孢子仅含中华卷柏(0.58%)。

3.2.2 孢粉带 Ⅱ (14.2～8.8 m)：蒿属-榆属-松属-黎科孢粉组合带

孢粉组合中依然是草本植物花粉(48.60%～76.24%，平均56.45%)为主，乔木植物花粉(17.73%～44.78%，平均33.37%)次之，灌木植物花粉(3.48%～15.21%，平均9.47%)和蕨类孢子(0.0%～2.49%，平均0.58%)含量较少，藻类零星可见。草本植物花粉中以蒿科(30.58%)为主，以蒿属为主的草本花粉占优势，气候较干冷，其次是毛茛科(15.33%)、黎科(6.06%)，少量禾本科(2.0%)，其他还可见香蒲(1.18%)、唇形科(0.52%)、十字花科(0.3%)、菊科(0.26%)、苍耳属和豆科等；乔木植物花粉中主要还是榆属(18.87%)居多，其次是松属(7.81%)和胡桃(4.69%)，少量落叶栎属(1.13%)和桦属(0.73%)，零星可见鹅耳枥属；灌木植物花粉中以桑科(6.07%)居多，少量麻黄属(2.08%)，零星可见木犀科、大戟科、白刺属、沙棘属；蕨类孢子中见有中华卷柏，个别层位可见盘星藻。

3.2.3 孢粉带 Ⅲ (8.8～1.0 m)：蒿属-藜科-榆属-桑科孢粉组合带

孢粉组合中草本植物花粉(43.65%～52.34%，平均48.05%)为主，乔木植物花粉占孢粉总数的8.64%～47.56%(平均36.3%)，灌木植物花粉占7.01%～41.36%(平均15.42%)；草本植物花粉中以蒿属(28.0%)和藜科(10.41%)为主，以蒿属为主的草本花粉占优势，气候较干冷，见少量毛茛科(5.32%)和香蒲(2.89%)，零星可见禾本科、菊科、苍耳属、唇形科和石竹科等。乔木植物花粉中主要有榆属(20.69%)，其次是松属(8.31%)和胡桃属(4.94%)，零星可见落叶栎属(1.31%)、桦属(0.9%)和鹅耳枥属，在2.1 m处有极少数铁杉属；灌木植物花粉中以桑科(10.03%)为主，其他还有少量麻黄属(3.52%)和沙棘(1.57%)，零星可见木犀科和白刺属；蕨类孢子中同样仅有极少量中华卷柏，只在两个样品中出现，含量极少。极个别层位可见藻类。

3.2.4 孢粉组合带显示的古气候变化

(1)孢粉带 Ⅰ (17.3～14.2 m)。

以耐旱耐盐的蒿属和不耐严寒、喜温的毛茛科草本花粉为主，喜暖的榆属所占比例较高，灌木和草本植物种类多，乔木植物多样性单一，植被为疏林草原，气候寒冷干旱。

(2)孢粉带 Ⅱ (14.2～8.8 m)。

以蒿属为主，以蒿属为主的草本花粉占优势，气候较干冷，但榆属依旧占较高比例，整体上草本植物居多，乔木植物多样性单一，植被为疏林草原，气候寒冷偏干。

(3)孢粉带 Ⅲ (8.8～1.0 m)。

以草本植物花粉蒿属和藜科为主，草本植物所占比例下降，榆属所占比例较高，喜暖的桑科所占比例明显增加，植被为疏林草原，气候较温凉偏干。

4 讨 论

根据年代学数据和孢粉组合特征，综合分析川西阿坝盆地南缘阿柯河Ⅲ级阶地，基本可以反映川西阿坝盆地晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 时期的古气候变化特征。根据孢粉组合特征，川西阿坝盆地晚更新世中期自(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P.时期，主要以藜科(Chenopodiaceae)、蒿属(Artemisia)等草本植物为主，该植物群落的孢粉组合指示冷干的冰期(冷期)气候环境，综合分析该时期气候演化，可细划分为至少3个阶段，寒冷干旱阶段、寒冷偏干阶段和温凉偏干阶段，总体上可以显示阿坝盆地(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 时期的气候演化。

阿坝盆地晚更新世中期以草本植物占主要优势，其次是乔木植物和灌木植物。从第一阶段至第三阶段的演变过程为：草本植物的百分含量由第一阶段到第二阶段略显增加，第二阶段到第三阶段整体下降；乔木植物的百分含量由第一阶段到第二阶段显著下降，第二阶段到第三阶段略有增加；灌木植物的百分含量由第一阶段到第二阶段略有增加，第二阶段到第三阶段明显增加。草本植物主要是蒿属、藜科、毛茛科等耐干旱植物。乔木植物除喜暖的榆科外，虽然松属所占比例较高，但松属孢粉由于其具有气囊的特征，可远距离迁移，在含量低于30%时，不能指示当地有松林存在。还可见其他喜暖植物落叶栎属、胡桃属和鹅耳枥属等植物，落叶栎属喜温凉、耐干旱，榆科耐干冷、不耐湿，落叶栎属、桦属类落叶阔叶树孢粉含量增加，反映这一时期内气候趋向更温暖；灌木植物主要是以喜暖的桑科和耐旱的沙棘属、麻黄属和白刺属等为主，其百分含量持续增高，同样说明这一时期内气候趋向更温暖；中华卷柏适宜温暖气候，耐旱。综合分析表明川西阿坝盆地晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 时期整体表现为寒冷干旱的气候，但趋向更温暖的气候变化。

中国晚更新世气候严寒干冷，根据曹伯勋等[48]对末次间冰期与末次冰期的划分，末次冰期始于75 ka B.P.，终止于11 ka B.P.，一般划分为两寒夹一暖。本次研究剖面PM01所处时期为晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P.，其属于末次间冰期与末次冰期的过渡时期，这一阶段气候寒冷，但并非最严寒阶段，年均温比现在低5～6 ℃，早冰阶时期过渡到中冰阶时期是逐渐变暖的趋势。王志刚等[49]对南昌市厚田剖面的研究揭示出77 ～ 57.1 ka B.P. 为寒冷期，57.1 ～ 49.7 ka B.P. 时期为温暖期，说明这一阶段气候趋向变暖。格陵兰冰心NGRIPδ18O 记录[50]、北极格陵兰 GRIP 冰心δ18O 记录[51]和南极冰心 EDC3 记录[52]反映78.0～ 74.0 ka B.P. 这一时期气候变化趋向温暖。韩立银[53]在研究重庆地区石笋记录发现，在64.0 ～59.0 ka B.P. 期间南半球温度逐渐上升。根据前人研究，推测本研究区晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 孢粉组合带所反映的气候变化与全球气候变化趋势一致，总体呈由寒冷向更温暖变化，中间可能含更短时间尺度的气候变化，这一点有待进一步研究。

5 结 论

本文通过对川西阿坝盆地南缘阿柯河Ⅲ级阶地剖面PM01进行了光释光(OSL)测年分析和第四纪孢粉分析，得出以下结论：

(1)剖面PM01的年龄为晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P.。

(2)阿坝盆地晚更新世中期(78.4±7.1)～(71.6±6.2)ka B.P. 时期的古气候演化划分为三个阶段：第一阶段的气候表现为寒冷干旱；第二阶段较第一阶段温暖，但依然表现为寒冷偏干；第三阶段趋向更温暖，表现为温凉偏干。

(3)阿坝盆地的古气候演化与第四纪的末次冰期早冰阶时期的气候变化趋势一致。

致谢：本文在研究期间得到了四川省地质工程勘察院集团有限公司的全力帮助，孢粉样品实验与鉴定是在中国地质科学院水文地质环境地质研究所诸多老师的帮助下完成，评审老师对论文修改提出了宝贵意见，特此致谢！