曹仁伟
第21卷 第12期干 旱 区 资 源 与 环 境Vol.21 No.12 2007年12月Journal of Arid Land Resources and Environment Dec.2007
文章编号:1003-7578(2007)012-161-09
赵强1,2，王乃昂2，李秀梅1
(1.济南大学城市发展学院，济南250002;2.兰州大学资源环境学院地理科学系，兰州730000)
提 要：本文选取古猪野泽地区的青土湖剖面、西渠剖面、沙坑井剖面、九坨墚剖面作为 研究对象，通过广泛野外地貌考察、剖面地层对比，作者认为古猪野泽最高湖面的海拔高度为
1313～1315m，气候变化自末次冰期以来共经历了2个成湖期(13000～9500yr B P、6700～
1100yr B P)。9500～6700yr BP期间，本区域基本都沉积了风成砂，湖泊岸堤的14C测年均未
发现早全新世高湖面的证据。通过地球物理化学指标分析及可靠14C测年，重建了区域末次 冰消期以来的气候干湿变化历史:15800～13000yr B P，为冷干的气候环境;13000～9500yr
BP，为凉湿的气候环境;9500～6700yr BP，为暖干的气候环境;6700～4300yr BP，为暖湿的
气候环境，其中6700～5650yr B P为气候最适宜期;4300～2700yr BP，为干旱/湿润的过渡时
期;2700～0yr BP，为干旱的气候环境。
关键词：古猪野泽；湖相沉积地层；环境演变
中图分类号:P53 文献标识码:A
格陵兰冰芯的δ18O记录显示了末次冰消期以来气候超常稳定[1]，然而，近年来的研究表明，全球不同地点所记录的末次冰消期以来的气候变化在全球的许多地方存在不稳定性[2-5]，并且末次冰消期以来，尤其是全新世的气候变化比末次冰期时更为复杂[6]。这种复杂性体现在空间分异上[7]，即使全球全新世气候变化的主控因子相同，地球各子系统之间的相互作用也会使气候变化信号发生变异，而信号的变异是地理位置的函数。所以，要理解全新世全球气候变化的时空规律，必须首先在不同的地区获取可靠的高分辨率的气候记录[8]。
另外，对于国内末次冰消期以来气候记录的研究，施雅风等[9]在20世纪90年代初广泛综合了中国全新
世研究的资料，提出8500～3000yr BP为中国全新世大暖期;An等[10]对前人使用资料的重新分析发现，中国全新世夏季风强盛期或最适宜期的发生时间具有空间的差异性，开始时间从西北向东南推迟; Guo等[11]利用有机碳放射性测年数据的统计发现，距今7000～5000年的中全新世在中国西部地区存在干旱事件。上述等人研究结果的差距之大，使得我们对全新世以来的气候变化的认识更加不确定，需要更多不同地区的资料来验证。
地处我国两大沙漠腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠所围绕的石羊河终端湖地区—古猪野泽，蕴藏着丰富的晚第四纪以来环境变迁的演变信息，是该时段沉积学和古气候学等研究的良好地点[12-15]。近年来我们对古猪野泽地区的白碱湖、青土湖、昌宁湖、武始泽、苏武山盐池等地进行了湖岸地貌考察，先后对24个地点进行了剖面观测与采样，其中有4个点进行了系统采样(图1)，利用常规14C测年技术建立了主要地层剖面的年代序列，并通过对典型剖面多指标的综合分析，初步探讨了末次冰消期以来本区湖泊时空变化特点和规律，揭示了干湿气候变化的特征。
3收稿日期:2006-10-30。
基金项目：济南大学博士启动基金(B0534)、国家自然科学基金(40471138)。
作者简介：赵强(1977-)，男，博士，从事环境变化和环境管理研究。E-mail:stu_zhaoq@ujn.edu
图1古潴野泽位置及采样点示意图
Fig.1The location of ancient Zhuye Lake and the sampling sites
1古猪野泽高湖面变化的地貌证据
对第四纪以来，古猪野泽最高湖面的认识分歧颇大。冯绳武[16]的研究认为，高湖面海拔为1350m ；李并成[17]的研究认为，高湖面海拔为1309m ;Pachur 等[14]的研究认为，高湖面海拔为1313m ;Zhang 等[15]的研究认为，高湖面海拔为1320m ;Shi 等[13]的研究认为，终端湖泊在6700yr B P 之前的早全新世期间的湖面高度始终大于1314m ，并且是外流湖。目前，通过对石羊河终端地区的地貌调查发
现，白碱湖是古猪野泽终端湖最靠近末端的残余,
该湖现虽以干涸，但其规模宏大，形态完整，是研究终端湖变迁的最佳场所。调查中发现，白碱湖
表1古猪野泽阶地、岸堤的位置及其年代
Tab.1Location ,Radiocarbon dates of
terrance and bank in ancient Zhuye Lake
岸堤
纬 度经 度海拔(m )时代(yr BP )T 1
39°08′50"104°07′51"1315D 1
39°08′46"104°07′57"131023000D 2
39°08′42"104°08′01"13086700～5800D 3
39°08′44"104°08′07"13025500～5200D 4
39°08′42"104°08′10"13014500D 539°08′35"104°08′13"13003600
D 639°08′37"104°08′15"12982400～1900D 739°08′34"104°08′22"12961500D 839°08′33"104°08′25"1295D 939°08′32"104°08′26"1294300～250
的东北岸存在有1级阶地、9级岸堤(图2、表1)，其中阶地的相对高度最高，阶地面海拔高度为1315～1317m ，阶地面上分布有大量小的砾石(图2A )，在阶地面上向下挖深50cm ，未发现螺壳等湖相沉积标志，但是在阶地前缘陡坎处出露有白的湖相沉积地层，海拔高度为1313m (图2B )；同样，在白碱湖西部的红岗岭地区的调查中也发现，最高一级阶地位于39°06′38″N 、103°56′29″E ，海拔高度为1315m ，阶地面上为小的砾石，向下深挖未发现湖相沉积地层，但是在阶地前缘低于阶地面2～3m
的地方发现有大量的螺壳沉积，由此确定终端湖最高湖面高度在1313～1315m 之间。岸堤形态表现为向湖方向的坡度明显低于背湖方向坡度。岸堤纵剖面可分为两部分，上部为小的砂砾沉积，期间夹有大量的螺壳，表现为明显的斜层理；下部为湖相沉积的粉砂、粘土沉积(图2D )。倘若按照海拔高度由高到低的顺序,9级岸堤的海拔高度分别为1310m 、1308m 、1302m 、1301m 、1300m 、1298m 、1296m 、1295m 、1294m ，说明至少在这些高度段上湖面
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处于相对稳定阶段。每两级岸堤之间为湖面迅速下降阶段。其中，第一级岸堤在青沙窝井东北已经部分被流动沙丘所覆盖(图2C )，但是在丘间洼地还是能够追溯岸堤的方向，发现其方向由青沙窝井东北向南延伸至黄蒿湖东山、磕头湖北梁一带。岸堤的野外调查发现，每一级岸堤面上均为破碎的小砾石，并且含有螺壳沉积，考虑到岸堤面上螺壳可能来自于风力搬运，因此，在每一级的岸堤面上向下深挖50cm ，采地层中所含有的螺壳进行了加速器测年，测年结果(表1)。白碱湖东北部黄蒿湖的野外调查中也发现了大量的螺壳，海拔1308m 的地方开挖一个探井，发现仅地表20cm 厚为灰白湖相粉砂、粘土沉积，其下为风成砂沉积，采螺壳其14C 年龄为6062±67yr B P ，海拔和年代均和第二道岸提相对应。西硝池地区，野外考察中仅发现了两级阶地，阶地面上均未发现湖相沉积标志。其中T 1海拔高度为1315m ，可能对应于白碱湖地区所发现的最高一级阶地,T 2海拔为1310m ，可能对应于白碱湖地区所发现的最高一级岸堤，由于缺少合适的测年物质，因而这两级阶地的年代未测定。青土湖地
区，野外考察中发现在死红柳井附近，海拔在1309m 以下、1305m 以上的地方发现地表存在大量的泥炭沉积，经测定年代为5188yr B P ，并且在此海拔更高的地方未发现湖相沉积，说明湖泊在全新世中期的时候达到海拔为1305m 以上，并且此后湖面从未达到或者超过1309m 的海拔高度
。
图2古猪野泽阶地、岸堤示意图
Fig.2Terrances and banks in ancient Zhuye Lake
总之，通过野外岸堤的调查，加上可靠的14C 测年方法，我们可以初步得出：终端湖地区湖面最高的海拔高度为1313～1315m ，其中1310m 处岸堤的年代为23000yr B P 左右；全新世期间最高的湖面海拔高度至多为1308～1309m ，年代为6700～5800yr B P 。
2古猪野泽环境演变的地层证据
通过对古猪野泽的野外考察，选择了4个典型剖面作为研究对象，各个剖面在古猪野泽中的位置(图1)。剖面年代测定主要依靠常规14C 年代学方法。测定过程中严格按实验室要求对测试样品进行预处理，尽可能减少样品中混入物的污染，但潜在的影响是难以避免的，因此，年代数据的可信度仅仅从数据本身
・361・第12期赵强等 末次冰消期以来古猪野泽湖相地层沉积学及湖面波动历史
是难以确定的，必须依据地层岩性的对比分析判断，并根据已知的准确年代进行地层年代控制，建立地层年代序列。
2.1 青土湖剖面(ZY )
ZY 剖面位于现今东平湖的东南部，西南距中渠乡6km ，地理坐标(表2)，剖面的海拔高度为1309m ，全剖面自下至上系统采样，共采集292组样品，方式为不等距，采集厚度为6.92m 。
4.46m 处地层均是由风成砂沉积变为湖相沉积，代表了两次湖泊的发育阶段。ZY 剖面所测的年代数据未发现倒转，因此，可以通过线性内插来获得4.46m 的年代为6700yr B P 左右，对于这次湖相沉积开始的年代，在前人对本区域的研究中也有叙述,Shi 等[13]通过对临近区域火坎村剖面和东平湖剖面的研究认为，全新世以来湖相碳酸盐沉积开始于6700yr BP ，由此可以确定4.46m 的年代数据是准确的。对于
5.76m 处的年代，由于未发现测年物质，因此，需要借助于前人的研究综合分析,Pachur 等[14]的研究发现，末次冰期白碱湖地区湖泊干涸，堆积风成砂，末次冰消期湖泊的重新出现开始于13000yr BP ；而Shi 等[13]通过对本区域野麻湖剖面和三角城剖面的研究也认为末次冰消期湖泊的重新出现开始于13000yr B P ，考虑到研究区气候事件发生的同时性,ZY 剖面5.76m 处的年代控制点可采用13000yr BP 。
2.2西渠剖面(XQ )
XQ 剖面位于现今民勤县西渠镇政府所在
地西南部的2km 处，地理坐标(表2)，全剖面自
下至上系统采样，除底部的1.5m 按照0.1m 采样外，其余层位均按照0.05m 间隔采集样品，共采集219组样品，采集厚度为11.7m 。剖面的岩性(图3)。
表2古猪野泽地区剖面位置及其采样深度Tab.2The location and depth of sections in ncient Zhuye Lake 剖面名称经 度
纬 度海拔采样深度青土湖剖面(ZY )39°03′N 103°40′E 1309m 6.92m
前程似锦的光纤通信西渠剖面(XQ )38°58′N 103°32′E 1316m 11.70m 九坨墚剖面(J TL )39°09′N 104°08′E 1308m 3.00m
沙坑井剖面(SK J )
39°00′N 103°52′E 1305m 3.55m XQ 剖面中8.30m 和4.15m 处地层分别由黄的风成砂沉积变为湖相沉积，剖面共测得9个14C 年代数据，可能是由于较老物质被流水携带的缘故，导致了明显的年代倒置现象，因此，并不能根据年代数据来进行气候阶段的划分，只有依据地层岩性的对比分析判断，并根据已知的准确年代进行地层年代控制。考虑到两次湖相沉积发育的同时性，因此,8.30m 和4.15m 处的年代可以定为13000yr B P 和6700yr B P 。图3古猪野泽地区剖面岩性对比
Fig.3The contrast of lacustrine strata in ancient Zhuye Lake
2.3九驮粱剖面(J TL )
・461・干 旱 区 资 源 与 环 境第21卷
J TL 剖面位于现今白碱湖东北部的第二级岸堤上，地理坐标(表2)，剖面的海拔高度为1308m ，全剖面自下至上系统采样，方式为不等距，其中，湖相地层加密采样，共采集26组样品，采集厚度为2.60m 。剖面的岩性(图3)。
剖面在1.82m 深度上，地层由原来的砂砾沉积变为浅湖相碳酸盐沉积。剖面中共测得6个14C 年代数据，其中在1.30m 处，共测得三个14C 年代数据，考虑到年代随深度的变化，因而仅仅采用了6350±114yr B P 这个年代，而在1.51m 的年代数据可能混有老的有机物质，导致了结果的相对偏老,1.81m 处的年代为6688±100yr B P 。
2.4沙坑井剖面(S K J )
S K J 剖面位于现今马王庙湖西北部，地理坐标见表2，剖面的海拔高度为1305m 。现今剖面的周围均为固定、半固定沙丘砂所覆盖。全剖面自下至上以间隔为0.05m 的方式系统采样，共采集71组样品，采集厚度为3.55m 。剖面的岩性(图3)。
剖面中2.40m 处岩性由原来黄风成砂变为湖相沉积,1.65m 处岩性由原来黄风成砂变为青砂沉积，可见这两处地层的变化说明了气候环境的好转，可能由于剖面所在的位置的原因，导致了地层并未发生非常显著的变化，因此，可以认为这两处对应于湖泊的重新发育阶段。剖面由于测年物质不容易到，因此，剖面的年代仅仅测试了两个，年代数据并没有出现倒置现象，通过岩性对比可以认为2.40m 和
1.65m 处的年代数据为13000yr B P 和6700yr BP 。
可见，末次冰消期的湖相沉积结束的年代在各个剖面中不相同,ZY 和S K J 剖面推算年代为9500yr B P ，而XQ 剖面推算年代为9800yr B P ，可能湖泊在退缩过程中，由于XQ 剖面的海拔较高，反映湖相沉积结束的时间较早；全新世出现的湖相沉积结束的年代同样在各个剖面中不相同,ZY 剖面结束的时间大致在1100yr B P ,XQ 剖面结束的时间大致在3500yr B P ,J TL 剖面结束的时间6000yr B P 左右,S K J 剖面结束的时间大致在1100yr BP 左右，表明终端湖泊表现为逐步的退缩干涸变化。总体来说，石羊河下游地区大致经历了以下几个大的气候阶段:(1)13000yr B P 以前的风成砂、河流砂沉积阶段;(2)13000～9500yr B P 的湖相沉积阶段;(3)9500～6700yr B P 的风成砂、河流砂沉积阶段;(4)6700～1100yr B P 的湖相沉积阶段;(5)1100～0yr B P 的风成砂等沉积阶段。
3古猪野泽地区环境演化阶段划分
根据对区内4个发育较好的剖面的岩性及沉积构造的对比分析，选择ZY 剖面作为末次冰期以来的代表。有机质碳同位素组成采用MA T -252质谱仪分析；总有机碳(TOC )、总氮(TN )采用CE440型元素分析仪测定；碳酸盐含量的测定利用GM T -IIII 型岩石碳酸盐含量测定仪完成；磁化率测试使用英国Bartington 公司生产的MS2B 型磁化率仪；粒度测量是使用英国MAL V ERN 公司的MasterSize2000激光粒度仪分析。
根据ZY 剖面沉积岩芯环境指标的综合分析，末次冰期以来古猪野泽环境演化可划分为以下6个阶段(图4)。
3.1 6.92～5.76m (15800～13000yr BP )
剖面中出现的第一段砂层，颜为黄。砂层的频率曲线和石羊河终端湖地区现代风成砂的粒度频率曲线极其相似，沉积物代表的是湖泊干枯期沉积；磁化率值平均为0.6SI/g ，与现代固定半固定沙丘砂的磁化率值相当；碳酸盐、有机碳、C/N 比均为剖面的最低值；有机碳同位素组成总体偏轻(-28.1‰～-25.
1‰
工程管理系统)，反映出此时的陆生植物主要是C 3植物，几乎没有C 4植物。综合分析可见，本阶段反映的是湖泊完全干涸状况下的风力搬运堆积，沉积物可能来自于较远巴丹吉林沙漠。此时的气候环境以冷干为主，但也存在短期的气候回暖，如13450～13400yr BP 、14550～14250yr BP 、14950～14850yr B P 、15100yr B P 。
3.2 5.76～
4.78m (13000～9500yr B P )
剖面出现的第一次湖相沉积，可细分为三个阶段。
(1)5.76～5.20m (13000～11900yr B P )。该段的粉砂含量出现了较大的增长，而粘土含量仍然是比较低的；碳酸盐、有机碳、C/N 比均出现了增长，但幅度较小。可见，此时的石羊河水量开始增大，剖面处开始出现积水成湖，并且水深浅，有机碳来源于内生的挺水植物。综合反映了气候好转。
(2)5.20～4.94m (11900～11000yr B P )。该段的粘土含量出现了较大的增长，而粉砂、砂含量出现下
・
约束机制561・第12期赵强等 末次冰消期以来古猪野泽湖相地层沉积学及湖面波动历史
(a ：有机碳同位素曲线，单位为‰,b ：碳氮比值曲线;c ：有机碳曲线，单位为%;d ：碳酸盐曲线，单位为%;e ：磁化率曲线，单位为SI/g ;
f ：平均粒径曲线，单位为Φ;
立体交叉桥g ：砂含量曲线，单位为%;美女与野狼
h ：粉砂含量曲线，单位为%;I ：粘土含量曲线，单位为%)
图4古猪野泽地区ZY 剖面代用指标随时间变化曲线
Fig.4Proxies changes with depth of ZY section in ancient Zhuye Lake
降；碳酸盐含量也出现了增长，但有机碳、C/N 比均变化幅度较小。可见此时石羊河的水量继续增大，剖面处水深继续加大，但是由于气候仍然不适合陆生植物生长，从而有机质来源仍然是内源。期间出现了一次快速的变冷阶段，年龄为11800～11700yr B P 。
(3)4.94～4.78m (11000～9500yr B P )。该段的砂含量出现了较大的增长，同时碳酸盐、有机碳、C/N 比均出现了下降，说明此时终端湖水深减小，反映了气候环境的恶化。
总之，气候环境总体上表现为凉湿。古猪野泽地区出现了湖泊扩张和退缩(干涸)变化，反映了石羊河・661・干 旱 区 资 源 与 环 境第21卷
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