大宁河流域 3000年来的环境演变研究

张理华

安庆师范学院资源环境学院,安徽安庆,246000

大宁河流域 3000年来的环境演变研究

张理华

安庆师范学院资源环境学院,安徽安庆,246000

在实地考察巫山双堰塘遗址地质、地貌的基础上,对巫山双堰塘遗址 T439剖面磁化率、粒度、地球化学氧化物及其比值等环境替代指标进行了测试分析,结果表明,该区西周时期为一相对温暖湿润的气候适宜期,其气候演变模式与东部地区新石器时代以来气候演变模式有所不同。这主要是该区所处的地质、地貌条件造成的。区域调查及考古发掘证明,该区遗址多为单一时期文化,多期文化层叠置的遗址较少,往往以某一时期的文化堆积为主,其他类型的文化堆积多以扰乱层的形式出现,这一现象是由于大宁河的频繁泛滥、改道,将后期文化堆积冲刷、破坏,使其难以保留完整的缘故。研究大宁河河道演变,将有助于进一步了解该区环境演变与人类活动的耦合关系。

长江三峡;大宁河流域;双堰塘遗址;河道演变

通过重庆巫山双堰塘遗址的实地考查,采集样本作粒度、磁化率、地球化学氧化物及其比值等环境替代指标的分析研究,对该区西周以来环境演变与人类文明发展的互动影响提出几点认识。

1 遗址位置及剖面特征

双堰塘遗址位于巫山县大昌镇龙兴村,分布在大宁河东岸一级阶地上,如图 1所示。关于本区地质、地貌、气候等基本状况已有专文论述[1]。为全面而详细地恢复当时的气候环境,在T439探方东壁与T457探方西壁分别进行样本采集,对 T439采集的样本作了粒度、地球化学与磁化率分析,如图 2所示;对 T457采集的样本作了磁化率测试,以作比较。

图1 研究区地理位置示意图

T439剖面 (图 2)的沉积特征描述:

第①层:耕作层,厚度为 10～ 18 cm不等。

第②层:浅红色粉砂层,含有极少量的砾石,其粒径多为 0.5 mm左右,质地较细、疏松,厚度 10～16 cm。

第③层:浅红褐色粉砂质层,含有棕红色砂粒,从总体上来讲粒径比上层要粗,厚度为 20～28 cm。

图2 双堰塘 T439探方东壁与T457探方西壁剖面磁化率测试结果

第④层:灰红色砂质粉砂层,含砾石,粒径较大,达2 mm左右。出土物主要为清代的乾隆通宝、清花瓷片;汉代的铁器、陶片、板瓦等物品。厚度为45 cm左右。

第⑤层:为西周文化层。该层有大量红烧土粒,根据颜色的不同,可将该层分为两个小层。上面的一层颜色为灰黑色,下面的一层为灰黄色。本层出土大量器物,主要有鬲、花边口罐、环底罐、网坠、纺轮、豆、尖底杯等;还有铜器 (箭镞)、骨器(骨簪、骨针、骨锥等)、石器(石斧、石锛)等;另外还有玉决、玉坠等装饰品。厚度为 60～ 65 cm。

第⑥层:粉砂层,颜色灰黄,有少量砾石,粒径 2～ 3 mm左右。厚度为80 cm左右。其下为古砾石面。砾石具有一定组构,磨圆度较高,多为次圆状,属古河床沉积。该剖面经器物排比法断定为西周(1 100～ 770 BC)以来的沉积。

2 研究区域的古环境演变

2.1 地球化学所反映的古环境演变

T439探方东壁地球化学氧化物及其比值随剖面深度的变化如图3所示。文化遗址中,P和Fe的含量增高主要是生物及人类活动造成的[2]。因为 P不仅是生物细胞质的主要成分,而且还是动物骨胳及牙齿的重要成分;铁含量主要与当时人类用火而产生的氧化还原条件相关,因而文化遗址中 P与 Fe的聚集在很大程度上主要反映的是人类生存状况。同时,Fe的含量,特别是 T Fe2O3含量变化是气候变化的灵敏指标,特别能反映水分状况。全氧化铁含量的高低与土壤风化程度的强弱正相关,淋溶愈强,易溶组分迁移愈多,全氧化铁相对富集愈多,其含量愈高;反之,其含量愈低[3]。因此,全铁含量可以作为度量当时降水量变化的较敏感的环境替代指标。

由图3可看出,P2O5与T Fe2O3的含量高值与磁化率高值相对应,反映了在西周时期气候温暖湿润。正是这种适宜于人类生存的气候环境促使了这一时期该区人类文明的发展。 SiO2/Al2O3比是自然环境水热结构的重要标志,它反映了某些矿物的含量关系、气候条件和风化条件。该比值愈小,表明环境愈湿热;反之,表明环境愈趋于干冷[3]。

图3 巫山双堰塘 T439探方东壁剖面地球化学氧化物及氧化物比值随深度的变化

(K+Na+CaO)/Al2O3值则反映了活性组分和惰性组分之间的关系。气候愈湿热,该值越小;反之,气候愈干冷,则该值愈大[3]。从气候条件分析,过渡性气候(半干旱、半湿润的气候条件),特别是半干旱气候对 Ca的富集是有利的。由图 3可以看出,SiO2/Al2O3与(K+Na+ CaO)/Al2O3值及 Ca的值在剖面上的变化均一致地表明,人类活动时期气候温暖湿润,气候适宜,与磁化率值的研究结果相一致。而在文化层上面的自然层与文化层下面的生土层,其磁化率值、地球化学元素氧化物及氧化物比值均一致地表明了当时的气候环境较为恶劣。文化层下部的生土层无遗物出土,上部则出土有零星的不同文化时期的遗物。从以上环境替代性指标的分析来看,文化层下部的生土层可能是在一种较为干燥寒冷的气候条件下形成的,而上部则可能受到后来大宁河改道的影响。大宁河频繁地洪泛破坏了文化层上部的考古地层。

2.2 粒度所反映的古环境状况

沉积物粒度的大小是搬运介质动力大小和特征的直接反映。气候演变的沉积地层记录是全球气候演变的经验性代用指标。河流阶地及其沉积物组成是研究第四纪沉积环境的重要陆相沉积记录,其中的冲积地层则是内陆进行古气候演变研究的重要途径[4]。笔者分别在自然层及生土层各采3个样本进行粒度测试,结果如表 1、表 2及图 4所示。表 1、表 2和图 4中的 26、22、18号样采自自然层,10、5、1号样采自生土层。

由表 1可知,自然层及生土层中缺少粘土级与砾石级的沉积物,沉积物主要由砂及粉砂组成。由表2和图 4可知,自然层基本上为推移、悬移和跃移三个组分。悬移与跃移组分截点一般在Υ4.5左右,推移组分与悬移组分之间的截点在Υ2～2.5之间。

表1 巫山双堰塘遗址T439剖面沉积物粒度分析

表2 巫山双堰塘遗址 T439剖面沉积物粒度参数一览表

图4 巫山双堰塘遗址剖面各层概率累积曲线及频率曲线图(Υ为粒径值)

从整体来看,自然层沉积物分选系数在 0.979 7～ 1.532之间,分选等级为分选中等至分选较差;偏度系数为-0.205 5～ -0.411之间,偏度等级为负偏至极负偏。其中第③层的 22号样偏度系数为-0.411,为极负偏,表明沉积物粒径较第②层与第④层沉积物粒径粗,反映出第③层形成时的沉积动力比第②层与第④层形成时的沉积动力要大。根据B.K.Suhu提出的各沉积环境中沉积物的判别式分别计算自然层的 Y 4值[5],自然层中26号样本、22号样本和 18号样本的Y 4值分别为 8.5、4.85与 9.39,三值均小于 9.843 3,表明为浊流环境。再根据该遗址所在位置的地形、地貌条件可以初步判断,自然层可能是洪积物或坡积物。再由图4可以看出,自然层沉积物粒度频率分布曲线为双峰或近于双峰的分布特征。搬运介质的动力大小及搬运介质的搬运方式是决定沉积物粒度组成的两个基本因子[6]。如果沉积物组分是单成因的,则其频率分布为具有不同对称型和不同曲线形态的单峰光滑连续曲线。而该剖面自然层沉积物组分频率分布曲线为双峰型,可能是由于河流沉积是多源供给的。一条河流上、下游沉积物粒径减小多是由于粗粒组分以不同比例混合造成的,上游水流强的地方主要沉积粗颗粒,而下游水流较弱的地方主要沉积细颗粒,其中较粗的沉积物是由附近物源加入的[6]。这样就使得河流沉积物的频率曲线具有双峰型乃至多峰型的分布特点。

由表 2知,文化层下方的生土层沉积物的分选系数为 1.24～ 2.04,分选等级属于分选较差至分选差。其分选性要比文化层上方的自然层要差,偏度系数为-0.029～ -0.57,为近于对称至极负偏,其中第⑥层的第 5号样偏度系数为-0.57,为极负偏,表明沉积物粒度较大。峰态为0.667～0.724,较自然层沉积物峰态0.977～ 1.523相比要宽得多。这也从侧面反映出生土层的分选性要比自然层的分选性要差得多。根据前述Suhu提出的各沉积环境中沉积物的判别式分别计算生土层的Y 4值,生土层中第 10号样、第 5号样和第 1号样的 Y 4值分别为4.647、1.83与6.65,均小于9.843 3,也表明为浊流沉积环境。由此可以初步判定,该遗址生土层与文化层上方的自然层成因相似。

图4中生土层沉积物粒度频率曲线显示出生土层比自然层更为明显的双峰分布模式。粒度概率累积曲线悬移质组分斜率较小,表明分选较差。而粗粒组分斜率较大,表明分选性比细粒组分要好。这一特征与自然层的沉积物相似。但其明显的双峰分布特征则表明生土层表现出比自然层更为明显的沉积物多成因性或多源性。

3 河道变迁对人类活动的影响

通过实地调查得知,该区遗址(包括大宁河西岸的张家湾遗址在内)多为单一的文化层堆积,即某一时期的文化层保存良好,而其他时期的文化层则多以扰乱的形式出现。张家湾遗址为西汉到东汉时期的文化层堆积,其下方为红棕色砾石与粘土、粉砂组成的混杂堆积。汉代文化层上部为唐宋扰乱层。相应地,双堰塘遗址主要为西周时期文化层堆积,下方为灰黄色生土层。西周文化层上方为清代与汉代扰乱层。一般来讲,如果没有大的气候环境变化,文化层应该是连续地叠置在一起的,下方为早期的文化层堆积,上方叠置有晚期的文化层堆积。但该区发掘的古文化遗址多为单一时期的文化堆积。考虑到该区遗址主要位于大宁河两岸这一事实,因此,这一现象可能与大宁河河道变迁有关。

在考古发掘中,中国社会科学院考古研究所在大宁河东边的河漫滩上发现有汉晋时期的墓葬。对这一墓群的分布及埋葬物品的清理表明,该发掘区周围应是一处规模较大的东汉或稍晚时期地位较高的家族墓冢地。从时代来看,这一墓葬群与张家湾遗址汉代文化层是同一时代的,因而这一墓葬群可能与张家湾遗址有一定的联系。一般来讲,先民是不可能在河漫滩上进行埋葬的,因此,当时进行埋葬时不可能为一河漫滩。河漫滩之上可能覆盖有厚的松散沉积物,后来由于大宁河河道变迁,将这一层松散沉积物冲刷掉,从而成为现在的状态。在双堰塘遗址底部发现有巨厚的鹅卵层,初步钻探结果表明,这一鹅卵石层厚度要超过2 m。鹅卵石在水动力的作用下,倾向下游方向。为判断当时河流的流向,笔者随机挑出104块鹅卵石,用罗盘就地测定其组构并绘出玫瑰图,如图 5所示。

图5 砾石组构统计图示

由图5可以看出,鹅卵石AB面大多倾向西南方向,因而可推断当时的流水是由东北向西南方向流动的。结合实地地貌调查,再一次证明了西周以前,遗址为一较大河流曲流所在地。双堰塘遗址西周文化层之上的层位由西周直接跃至汉代、清代,其时间跨度非常大。由扰乱层出土物及张家湾遗址的发掘情况来看,该区在汉代、唐代、宋代、清代都可能有人居住,但为何没留下任何的文化遗址?这与大宁河泛滥不无关系。在西周文化层之上原来可能有完整的文化堆积,但由于后来受大宁河河水的冲刷而遭到破坏。由图2也可看出,T439文化层厚度要比 T457文化层薄,这是由于T439剖面的文化层经受了后期洪水的冲刷所致。由这些基本的事实可初步恢复大宁河的河道变迁史。

在西周以前,大宁河河道在双堰塘遗址所在的位置,长期的冲刷、堆积使得该处堆积有巨厚的鹅卵石层。后来河道向西偏移,双堰塘遗址所在位置成为河漫滩。洪水期,在鹅卵层上堆积有浊流沉积相碎屑沉积物,西周时期的人们在堆积物上,在温暖湿润的气候环境下创造了灿烂的古文明。汉代,河道摆动到河的西岸,在原来的河漫滩上堆积的厚层冲积物上挖掘墓穴(从发掘情况看,当时人们已挖穿多层冲积层至鹅卵石层)。后来,大宁河河道继续向东摆动,将墓葬顶部的冲积层又冲刷掉一部分,摆动至现在的双堰塘遗址位置,将汉代时期堆积的文化层冲刷殆尽,仅留下小部分汉代遗存。此后,河道又向西摆动至现今位置。以上所恢复的大宁河河道摆动历史主要是凭实地考查、考古遗址及墓葬的相对位置判断的结果。若要全面恢复大宁河河道演变历史,须结合钻孔来作进一步研究。

4 讨论与结论

竺可桢对我国历史时期气候变迁进行研究后将我国历史时期气候变化划分出四次寒冷期与四次温暖期[7]。其中第一寒冷期为公元前1000年至公元前850年,相当于历史上的西周时期。据《竹书纪年》记载,周共王五年(公元前 903年)与周懿王十一年(公元前 897年),长江最大的支流汉水两次结冰,甚至有牛、马冻死,而现代长江汉水流域一般年份是不封冻的[8]。但该区西周时期为温暖湿润的气候环境,与上述研究结果相左。根据 Netajirao R.Phadtare的研究[9],在印度 Higher Himalaya中部地区孢粉、磁化率等环境替代指标的研究结果表明,在 3 500～2 000a BP为夏季风增强时期,气候有向暖湿方向转变的趋势。一个区域湖面升降波动与该区不同时段的降水、地表径流及与气温密切相关的蒸发量的不同配置有关[10]。通过对西南区湖面波动研究表明,在 6 000～3 000a BP有高湖面出现,与该时期印度洋夏季风的影响有关[10]。从以上研究结果可以看出,该区气候暖湿与冷干的变化情况与西南季风有某种联系。夏季风增强时期,同时也是该区气候暖湿时期,从而与东部地区相比有着不同的气候演化模式。从地质、地貌条件来看,本区处于大巴山和鄂西山地接壤地带。这一独特的地质、地貌构造格局决定了该区独特的气候演化模式。北部高大山脉的阻挡使得该区很难受到北方蒙古高压及西伯利亚高压的影响,从而使其主要受西南季风的影响。研究区地处亚热带湿润区,夏季长,气温高,降水多而集中,常有暴雨。年降水量为1 000～ 1 300 mm,最长连续降水期多达8～ 11天,冲刷侵蚀非常强烈。这一气候特征使大宁河经常泛滥。据研究[11],长江三峡及江汉平原地区在 3 000～1 000a BP期就发生 40次大的洪水。在魏晋南北朝(220～ 581 AD),长江三峡地区发生特大洪水 5次。隋唐、五代十国(581～ 960 AD)发生特大洪水5次。在明清时期 (1368～1911 AD)发生特大洪水54次。这些不同时期发生的特大洪水使大宁河改道频繁,使人们时常遭受洪灾之苦。另外,河道改道的另一个后果是使有些遗址遭到冲刷破坏,这可能是该区遗址大多为单一时期这一现象的主要原因。该区作为一个相对独立的地貌单元,研究其气候演变与西南季风演变的相关关系及其对人类活动的影响,对于该区自然资源的开发与利用及进行各种经济规划具有重要的理论与实践意义。

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K901.9

A

1673-2006(2013)12-0081-05

10.3969/j.issn.1673-2006.2013.12.023

2013-10-18

张理华(1957-),安徽宿松人,教授,主要研究资源开发与环境演变。

(责任编辑:汪材印)