蒙山八字峪砾石堆积堤的地貌成因和年代初探

2021-05-31王乃昂何青华孙德浩刘啸陆晨遨刘江

地质论评 2021年3期

王乃昂，何青华，孙德浩，刘啸，陆晨遨，刘江

兰州大学冰川与沙漠研究中心，兰州大学资源环境学院，730000

内容提要: 山东蒙山八字峪(亦有人称为瑶池)砾石堆积堤不连续对称分布于出山沟口，沿流向延伸，具有弧形或舌状沉积的典型特征。2020年10月在蒙山八字峪砾石堆积堤测量了56块砾石组构，并在叠置砾石隙间采集到4个树干14C测年样品。研究结果如下：① 八字峪堆积垄岗砾石组构、沉积构造、地貌组合等标志，均指向其为山洪泥石流堆积物；② 缺少扇形地、表泥层与底泥层，具有砂砾透镜体的砾石层，揭示八字峪砾石堤为暴发频率极低、发展周期较长的泥石流堆积；③ 根据已有测年结果和乔木定居期，八字峪砾石堤在距今50年前曾发生山洪灾害，这与文献记载具有一致性；④ 八字峪砾石堤成因属于暴雨直接类特大型历史泥石流，可能是一次性、短历时快速地貌灾害过程，且被后期洪流有所改造；⑤ 八字峪砾石堤形成原因与冰川作用无关，也不是“典型的石河”。已报道的蒙山“冰川遗迹”，不仅缺少可靠的三要素地貌组合证据，而且缺少年代学和沉积学依据。总之，本文从证据链上进一步增强了蒙山山麓碎屑堆积为山洪泥石流成因判别的确定性。

近十年来，蒙山成为中国东部中低山丘陵有无第四纪冰川问题争论的焦点。赵松龄通过展示多幅图片，提出蒙山古冰川遗迹的最大特点是“宽阔的‘U’型谷中，充填着杂乱无章的冰碛物，多以古冰川舌的形式堆积起来，分布非常广泛”(赵松龄，2010143)。2017年，王照波等不仅提出“蒙山第四纪冰川组合遗迹”、“确认并发展了李四光关于我国东部第四纪冰川理论”，而且报道了“蒙山冰期”、“8.2 ka BP的拦马冰期”和“拦马冰期时蒙山雪线的高度在700 m”等(王照波等，2017a，b，2020)。章雨旭经过实地调查后，对此提出了“山东蒙山国家地质公园存在中国东部第四纪冰川有力证据？”的设问(章雨旭，2017)。笔者等基于中、微观冰川地貌的判别标准与方法，依据拦马墙一带的砾石组构与兰溪峡谷的岩壁擦痕，认为拦马墙砾石堤等山麓碎屑堆积是山洪泥石流成因(王乃昂等，2017)。张志刚等从拦马墙砾石堆积体的宇生核素10Be 暴露年代以及全新世气候环境和人类文化等方面进行探讨，认为拦马墙砾石宇生核素10Be 暴露年代结果为5.0～6.0 ka BP，不支持“8.2 ka BP 拦马冰期”的结论，山东蒙山全新世处于暖湿环境不足以提供形成冰川的条件(张志刚等，20181217)。赵井东等针对上述报道，分析了泛冰川问题产生的根源，归纳其原因有5个方面: ①东部地区没有发育现代冰川，没有正在形成的冰蚀与冰碛地貌可资参考；②受已过时的研究思路、工作方法及冰川地貌判别依据的影响与束缚；③某些学者没有系统地掌握冰川学知识或对冰川发育条件不甚了解；④某些学者主观臆断为主，先认定或臆想某些与冰川地貌形似的地质地貌现象为古冰川所成，然后找寻“证据”进行配套论证；⑤有些学者的“研究”是为了满足地方旅游资源开发的需要，甚至沦为炒作(赵井东等，201978)。吕洪波等通过赛罕乌拉石海剖面解剖特征与拦马墙巨石堆结构特征的类比，认为拦马墙为“典型的石河”，“蒙山一带在全新世早期存在着局部冻土环境”(吕洪波等，20201585)。

需要指出，通过访谈当地村民获知，拦马墙子是一地点或地域名称，可泛指峨峪口、拦马墙里和谷峪3 个沟谷出山口一带。其北西侧为八字峪，有文献称为“瑶池”；南东侧为白石峪。峨峪口有文献称为“鳄鱼嘴”，其上游并无专门地名，有文献称为“兰溪”。因之，此前各文献中的“拦马墙砾石堤”称为“峨峪口砾石堤”比较恰当。

实践表明，区别山洪泥石流沉积物和冰碛物是复杂的、有相当难度的，因为它们有不少类似的沉积地貌特征。有鉴于此，笔者团队于2020年10月环绕蒙山路线考察一周。野外重点工作之一是砾石组构测量，寻找砾石堆积堤埋压的断木、砾石隙间生长的树干朽木和腐殖质层等有机14C测年材料，以及收集地方文献等资料，旨在从组构指标、沉积构造、地貌组合等证据进一步探讨其形成原因。本文的八字峪砾石堤位于蒙山南坡近山麓处，东距峨峪口砾石堆积堤直线距离约500 m(图1)，其乡人多相传与峨峪口砾石堤同为洪流搬运、堆积而成。

图1 蒙山八字峪(瑶池)地理位置和航拍图:(a) 八字峪地理位置示意图；(b) 八字峪流域航拍图；(c) 砾石堆积堤头部航拍图Fig. 1 Aerial images and sketch maps of Baziyu Gully(Yaochi), Mengshan Mountain: (a) sketch map of Baziyu Gully；(b) aerial image of Baziyu drainage area；(c)curved head of boulder levee(aerial image)图中黄色箭头方向指示河流流向Note that the yellow solid arrows mark the directions of river

1 砾石堆积堤的成因类型

1.1 砾石组构揭示的搬运介质特性

洪水、水石流、泥石流和冰碛都是混杂堆积或蚀余堆积，它们有许多相同之处，这无疑给广大地学工作者提出了需要解决的困难问题。通过多年的研究，前人提出了成因专属性指标和成因—环境综合分析的研究方法(崔之久，2013698)，它能使我们从窘境中找到解决问题的路径。其中，砾石组构表示砾石在空间上的相互排列方式，包括砾石的产状、形态、大小等，就是十分有效的搬运动力判别标志。八字峪砾石堆积堤，头部呈舌状弧形隆起，上游的中部和尾部呈不连续的堆积垄岗或分段现象(图1)，以及具有平行沟谷的平顶、陡坡砾石堆等外形。野外采用点、线、面相结合的调查方法，在八字峪左岸砾石堤头部(图1中的测量点)，随机选择可测量产状的56块较大砾石，利用钢卷尺、罗盘分别测量砾石三轴长度和扁平面(ab面)的倾向、倾角，并用球度、扁度、b/a、c/b和c/a表示形状特征。统计结果见表1。

表1 蒙山八字峪和峨峪口砾石堤的球度、扁度及轴比率平均值

八字峪砾石堤的岩性比较单一，主要为二长花岗岩和花岗闪长岩，表现出与源区物质的一致性或相似性。堆积垄岗前部砾石棱角大多已钝化，磨圆度较高，中、后部石堤磨圆度较差，次棱角状居多。砾石粒径大小混杂，属于非等轴碎屑，超过1m长径者很多，略呈叠瓦状排列。砾石轴比率变化较大，反映轴比关系不甚稳定，形态从不规则形状到近似球形均有存在，总体上为扁球体(b/a>2/3，c/b<2/3)(表1)。上诸粒态特征均与峨峪口砾石堤具有可对比性，显示砾石在搬运过程中受到磨损碰撞及水流冲击作用，而非长距离磨蚀形成。冰碛物则不然，它的棱角棱脊均很明显，几乎无分选和磨圆，冰碛中的岩屑磨圆度一般不超过次圆(李吉均，2006163)。统计表明，冰碛物2 cm以上的砾石，70%左右为次棱角状，25%为棱角状，2%～3%为次圆状，1%～2%为圆状。当然，砾石圆度除因流水搬运作用形成外，还与其原始的风化状态有关，如花岗岩的球状风化等。

组构测量表明，八字峪砾石a轴无优势定向，倾角以30°～50°居多，平均约39°；砾石a轴走向与流向交角小于45°，ab面优势方位或主密部出现在与流向相反的15°左右，最大密度为12.5%。但与流向一致的方向上，还有次密部出现(图2)，说明其砾石略有离散现象，应为水石流或稀性泥石流堆积。这些定量特征与峨峪口砾石堤的组构具有一致性，说明两者沉积动力均为山洪泥石流。冰碛物的搬运介质是固态的塑性冰体，与泥石流的组构大不一样。冰碛石在同冰川前进时，四周都受冰体和边界条件的限制，不可能产生跳跃和滚动。因此它前进时将不断调整位置以适应冰体流动，砾石a轴组构发育较好，大部分砾石长轴方向同冰川流向一致。因受冰川推压，冰碛物中ab面组构虽有发育，但一般无优势方位，倾角较小，一般为0°～25°。八字峪砾石堆积堤不但与冰川作用形成的侧碛垄有本质差异，其组构特征与冲洪积物亦相差很远。因为一般冲积物的砾石ab面倾角多介于20°～30°，a轴多与水流方向垂直。

图2 蒙山八字峪砾石堤砾石组构(a)和施密特等密度图(b)Fig. 2 Gravel fabric(a) and Schmidt concentrations(b) of boulder levee in Baziyu Gully, Mengshan Mountain

1.2 沉积构造显示的成因专属特征

砾石组构分析主要用于揭示搬运介质的性质和流向，是区分冰碛物和冲洪积物的有效指标，亦可辅助判别砾石层的具体成因。如欲鉴别冲洪积物的成因类型是特大型洪水“巨石边滩”，还是水石流、稀性泥石流堆积物，需要基于砾石堆积体的沉积构造及其专属性特征进一步分析和探讨。

已如上述，八字峪出山口(N35°33′31″、E117°48′37″)砾石堆积堤沿沟谷对称分布且呈不连续的条带状，头部呈明显的弧形或舌状隆起形态(图1a、c)。经在遥感影像上测量，左岸砾石堤下游段长约35 m，上游段长约163 m，宽8～14 m；右岸砾石堤下游段长约19 m，上游段长约160 m，宽9～12 m。舌状砾石层和沉积物分段搬运现象，是泥石流最富有特色的沉积。需要指出的是八字峪砾石堆积体直接分布在基岩侵蚀面上，头部多为大石块组成，堪称教科书式的泥石流舌状沉积。这一特征是其与峨峪口砾石堆积堤凹岸不对称分布的明显区别，可以用泥石流龙头颗粒聚集现象、泥石流运动的阵性流序列(倪晋仁等，199877；Bridge and Demicco，2008262)给予合理解释。研究表明，泥石流运动过程中粗颗粒有向表层集中的趋势，使粗颗粒逐渐浮到泥石流表面，由于表面流速最大，粗颗粒跟随表面流不断赶到龙头，形成聚集(夏建新等，2004119)。泥石流运动中这种粗颗粒向表层集中的特点，在水石流中表现尤为突出，它导致的另一结果是使泥石流中固相颗粒浓度在垂线上出现了“反常”的分布——“上大下小”型分布(倪晋仁等，199877)。冰桌或冰蘑菇中的巨石虽然有大石块在上、小石块或冰体在下面而相叠置的垂向分布，但冰碛垄并不具备泥石流龙头粗颗粒聚集的动力机制和地貌特点。

泥石流体运动时部分石块被顶托上浮，大部分砾石则以滚动或滑动的方式前进，成为泥石流当时的主流线或流面的标志，此即流线构造或石线构造。其特征是砾石排列成行，有的前后相依，有的稍具间隔，形成叠瓦构造。八字峪不仅石线构造十分典型(图3a、b)，且具有上小下大、巨石之上托附有众多小石块的典型桌状叠石沉积形态(图3c、d)(图3d参照物为冰镐，下同)。这种粗颗粒巨砾在前、细颗粒小石块在后的砾石群构造，是冰碛物所不具备的沉积特征，一般作为泥石流成因的专属性标志进行解释。砾石群构造是泥石流运动过程或堆积骤然停止后所出现的一种地貌形态。许多大石块或被下伏的较小石块顶托而移动，或大石块顶面背负着一些小石块而移动。直至停积时，仍保持这种叠石状态。堆积后的泥石流地貌体，其表层泥浆往往被后期的稀性泥石流或洪水冲释、雨水淋洗或平水期流水冲蚀粗化，细粒物质被冲走，留下呈松散状态、多镶嵌叠置构造的巨砾和石块，称为筛积物。筛状沉积的形成条件要求独特的源区条件，即源区应是节理发育的母岩。蒙山山体的花岗岩即属于此类岩石，故八字峪、峨峪口砾石堆积堤具有一致的沉积构造。

八字峪砾石堆积堤不但多孔洞构造或支撑—叠置构造，而且在砾石隙间，散布有无分选或略经分选、表观无层理、厚约十数厘米、主要由黏土、粉砂和细砾构成的棕黄色砂砾透镜体(图3e)。此透镜体(2017年6月摄)若是泥石流堆积后出现的窝状结构，一种可能是平水期小股散流在砾石隙间充填细砂粒的结果，这种现象是洪水或泥石流龙头筛式沉积中屡见不鲜的；另一种可能是砾石下面保留的底泥层，即泥石流初始阶段泥浆铺床过程所沉积的，是泥石流堆积体的标志层之一(崔之久，2013327)。这两种可能的沉积现象，不论是原生还是次生的，均具有泥石流成因专属性特征。因冰碛物的运动与泥石流不同，在冰川的挤压、推动下不可能形成底泥层(包括泥球)或窝状结构。此外，八字峪砾石堤堆积物中黏土含量稀少，仅偶尔可见到泥质沉积物。图3f中的似灰色泥质沉积物，处于巨砾底部与基岩之间，其近旁有被巨砾压碎的小石块(2017年6月摄)，这种压碎现象用山洪泥石流的快速堆积来解释较为合理。主要由单一混杂砾石层组成的八字峪、峨峪口堆积垄岗，目前均无法依据容重或容重过程线确定原流体性质或洪水与泥石流的关系。当然，如果仅根据八字峪、峨峪口砾石堤缺少表泥层、偶见砂砾透镜体和堆积体表面十分干净的沉积特点，则可将之归属水石流类型。

图3 蒙山八字峪砾石堤沉积特征：(a) 砾石堤石线构造航拍图；(b) 砾石堆积堤侧视图；(c) 砾石群构造航拍图；(d)砾石群构造；(e) 砾石隙间细粒物质；(f) 砾石底部碎石块和泥质沉积物Fig. 3 Depositional feature of boulder levee in Baziyu Gully, Mengshan Mountain: (a) linear structure of boulder levee(aerial image)；(b) inside view of boulder levee；(c)structure of boulders group(aerial image)；(d) structure of boulders groupl；(e) fine-grained sediments between boulders；(f) crushed stones and muddy sediments at the bottom of boulder图中黄色箭头方向指示河流流向The yellow solid arrows mark the directions of river

果如有人所云，八字峪砾石堆积堤为冰碛物所组成，理应存在共同的粒级级配。但事实并非如此。八字峪、峨峪口砾石堤缺少泥砂等细粒物质的原因，主要不是由于其上游物源区为裸岩分布区、缺少泥砂等细粒物质，也不是由于全新世大暖期充沛的雨水冲刷使得物源区细粒物质流失而多遗留为石块，后期冰川搬运形成以砾石为主的堆积特征。因为冰碛物中细粒的基质是以砂和粉砂为主(冰川机械研磨使其极限粒级只能达到4～5 Φ的粉砂级)，而不是以泥质为主。对冰碛物的研究表明，在搬运过程中冰碛中粉砂(4～5 Φ)含量沿途逐渐增加而更富于基质。由此可见，除开岩性影响之外，基质中4～5 Φ的粉砂含量之多少实可作为冰碛物成熟度高低的重要标志(李吉均，2006163)。姑且不论全新世蒙山是否存在冰川发育的气候条件这一间接证据，仅就八字峪砾石堤无冰碛物的直接标志和缺少年代资料而言，进行冰期划分与对比无疑就成了无源之水、无本之木。

1.3 地貌组合反映的泥石流成因类型

判别某种輓近时期的地貌形态是否为山岳冰川作用遗迹，需要遵循地貌系统组合的原则，而不能只根据有限的观察或地貌形态形似下结论。利用“地貌组合”复原冰川作用范围是地貌学的重要研究方法之一，但它必须是以不违反“同一时期”、“同一地域”为原则，亦即同一时期、同一地域、同一成因类型的地貌组合才是真正的地貌组合，才能代表一个真正的气候地貌事件。李四光教授当年认为庐山有第四纪冰川遗迹，就强调“冰川侵蚀地貌与冰川堆积地貌可以配套”。1964年，他又特意指出确定是否冰川活动的产物，至少必须提出三项必不可少的证据来加以验证：“(1)大片冰层在山区停积和它向低处移动的道迹；(2)冰碛，即冰川下面的沉积和它侧面及前面遗留的堆积物；(3)冰水沉积和其他冰缘沉积。这三项中的各项证据，把它们分开来单独地看，它们各自都具有不同确凿程度的验证意义。但更重要的是，把它们联系起来看，它们显示冰川在它滋长、活动和消失的过程中所起的作用。至于应有的但不是经常可以得到的证据，是在寒冷气候中生存的动植物遗体或遗迹”(李四光，19641)。

李四光教授的这一重要指导性意见，对于确定山谷冰川作用遗迹的判别标准是不可或缺的原则，至今具有范式价值。即冰川综合体“三要素”地貌在同一流域尺度上系统组合，且具有明显的垂直分带规律：一是分布在雪线以上的冰蚀地貌带；二是雪线以下直到终碛垄的冰蚀—冰碛地貌带；三是终碛垄外缘的冰水扇和外冲平原的冰水堆积地貌带。在宏观尺度上，具备以上3种地貌带组合的地方无疑可断定其为山谷冰川作用遗迹。同理，对于中观尺度和微观尺度的晚第四纪冰川遗迹，特别是冰蚀地貌的判别标准理应符合三要素地貌组合原则(王乃昂等，2017)。例如，作为冰川地貌的一种典型标志，冰斗形成于冰川平衡线附近，地貌形态呈围椅状，常成群出现。但冰斗必须包括具反向坡的岩槛(大致代表雪线高度，冰川遗迹中最能直接指示冰川作用的地貌证据)、冰川旋转滑动作用形成的冰盆(未被流水切穿前多为冰斗湖)和近于直立的寒冻风化造成的冰斗后壁(刃脊、角锋)“三要素”。惟其如此，才能鉴定其确为冰川旋转侵蚀作用形成的古冰斗，才可利用其成群出现的地貌组合重建古雪线，才可适用冰斗平坦指数来检测其发育程度。

对于泥石流流域地貌而言，其形成区、流通区和堆积区的地貌组合，则不如冰川地貌组合那么严格。因为有的处于间歇期较长的泥石流沟，其三大区的特点不太明显。标准型的泥石流流域，其特征是三个区发育较完整，而其他类型泥石流的流域特征则不完全如此，尤其形成区和堆积区的地貌形态极不稳定。如有的形成区也是流通区，有的流通区却有堆积[如蒙山峨峪口上游谷地(兰溪)]，甚至三区混淆，不易分辨，有的则未见明显的堆积区等。尽管如此，只要熟悉了解典型泥石流流域特征后，其他类型的泥石流也就不难解读。泥石流动力过程所塑造的最醒目的地貌标志之一，无疑是其短小沟谷、溪河细流与规模庞大、砾石遍野的扇形地不协调地组合在同一地域。根据统计，陕西省发生过泥石流灾害的沟道(352条)中，留有泥石流堆积扇的沟道有229条，占全省泥石流沟总数的65%(张平仓等，200970)。认识到泥石流地质灾害的这一特性，对于判别蒙山乃至整个山东中低山丘陵砾石堆积堤的成因是不无裨益的。换言之，泥石流有无的判别不应只限于泥石流扇形地的发育与否，也不能拘泥于对泥石流本身的三大区进行解读来判断是否为泥石流，而应综合分析整个流域的泥石流孕育环境和过程。就蒙山而言，泥石流形成区(图4)、流通区和堆积区的地貌组合还是比较完整的。

图4 蒙山泥石流形成区重力崩塌地貌景观：(a) 华擘顶重力崩塌及其倒石堆；(b) 华擘顶地质灾害遗址标志牌；(c) 峨峪口上游(兰溪)支流岩崩堆积体；(d) 峨峪口上游岩崩堆积体；(e)石马沟岩崩堆积体；(f) 峨峪口上游岩崩堆积体Fig. 4 Landscape of gravitational landform in Mengshan Mountain:(a)colluvial deposit in Huaboding；(b)sign of geohazards site in Huaboding；(c)rock fall in branch of upper Eyukou (Lanxi Valley)；(d)rock fall in upper Eyukou；(e)rock fall in Shimagou Gully；(f)rock fall in upper Eyukou

泥石流作为重力地质作用的突发性地质灾害，其孕育过程必然伴随着势能的积聚，往往在数秒到数分钟极其短暂的时间内完成其能量的释放过程。经历漫长的孕育过程之后，泥石流一旦发生，积聚的势能随之消亡，形成区或物源区随之进入下一循环的坡地演化发展阶段。而且这一演化过程可能是相当漫长的，需要用地貌时间尺度、甚至是地质时间尺度来衡量。因此，较之洪水在同一地点频发的现象，山区沟谷型泥石流在其暴发后一定时间段内往往不再发生。之所以如此，原因在于崩塌、滑坡灾害的孕育发生主要受控于山坡本身的内在条件，而非暴雨等外在因素。八字峪砾石堆积堤平面呈垄岗状，剖面仅有厚约2～4 m 的冲刷混杂砾石层，具有一次性泥石流堆积特征，应是暴发频率极低的间歇性泥石流(0.001次/年≤n<0.01次/年)或历史泥石流(0.0001次/年≤n<0.001次/年)。同时，蒙山长期的湿润多雨气候可以诱发频繁的山洪，但由于过分频繁的暴发溪河洪水，物质搬运速率超过积累，也限制了泥石流的频次。所以，对于一个流域或一条沟谷来说，物源区没有充足的松散固体物质积累足够长的时间，要发生暴雨泥石流是不大可能的。在常态条件下，积累到暴发一次泥石流的松散固体物质量所需时间，各流域、各条泥石流沟是不同的，但其多数堆积时代要晚于物源区砾石10Be暴露年龄是于理说得通的。因此，历史上暴发过泥石流的地方后来并不一定再发生，故泥石流扇形地的发育具有局限性。当然，暴发周期较长也符合水石流的发展特征。

蒙山作为沂河上游支流的发源地，山北诸水多先入东汶河，再入沂河；山南诸水则先入浚河、祊河，再入沂河。诸河谷一般由多条支沟交织而成，水系呈树枝状或辐合状，合流后穿越峡谷，直通山外。河谷源头和上游区，山峰峭拔险峻，地表侵蚀(重力侵蚀、坡面侵蚀、风化剥蚀等)切割强烈，多山峰环抱的崩谷盆地或山间洼地。呈漏斗状的盆地，是松散固体物质和水源(地表水和地下水)的汇聚场所，极易被误判为“冰斗”。八字峪和拦马墙一带的峨峪口一样，从源头至山麓，平面分布上没有冰斗、U形谷和终碛垄及其外冲平原的宏观地貌三要素组合，显与冰川作用无关。该沟谷流域呈狭长型，比降约19%，砾石堆积堤位于沟谷出山口处，且与河道边界平行。堆积堤内侧因易遭河水侵蚀冲刷，坡度较陡，外侧坡度则相对较缓，故不是一般崩塌产生的坡积物，而是固体物质由崩塌堆积物、沟床堆积物侵蚀组成的泥石流堆积体。需要说明，蒙山各沟谷出山口堆积扇分布较少或不明显的地貌特征，某种程度上是符合水石流沉积特征的，何况对于一次性、短历时的突发性地貌过程更是如此。蒙山南北麓沟谷出山口遍布的垒垒巨石与涓涓溪河的不协调组合，即是当地泥石流沟谷最突出的地貌标志，堪称典型的“沟沟吹喇叭”现象(图5)。

图5 蒙山泥石流堆积地貌景观： (a) 峨峪口砾石堆积堤航拍图；(b) 峨峪口砾石堤侧视图；(c) 龙凤峪泥石流堆积堤；(d)黄山哈啦泥石流堆积堤；(e) 黄山哈啦泥石流治理工程；(f) 拦马墙里砾石堆积堤Fig. 5 Landscape of debris flow levee in Mengshan Mountain: (a)aerial image of boulder levee in Eyukou；(b) side view of boulder levee in Eyukou；(c) debris flow levee in Longfengyu；(d) debris flow levee in Huangshan Hara；(e) Preventive engineering facilities for debris flow in Huangshan Hara；(f) boulder levee in Lanmaqiangli 图中黄色箭头方向指示河流流向 The yellow solid arrows mark the directions of river

2 砾石堆积堤的形成年代

2.1 距今50年前可能曾暴发山洪泥石流

为利用年代结果辅助论证砾石堤的成因属性，笔者等在八字峪砾石堆积堤采集有机14C测年样品的过程中，注意选择局地环境稳定、叠置砾石较少受人类活动干扰的地段，以保证测年数据真实反映其所在环境部位的事件年代。现场共发现4个14C标本物质(图6, 较网络预出版有调整)，样品野外编号为LMW03、LMW04、LMW05、LMW06，均为不易受到次生化污染的木头，因LMW04采样点不合理，仅将3个样品送美国Beta实验室进行AMS14C测年。

编号LMW03的样品测年物质为破碎的树干，其旁保存有直立但被砍伐的树干残体(图6a)。根据LMW03标本物质保存在砾石侧底部的状态和残破境况(图6b)，如果是树木在在砾石堆积后于石块下面所生长，可推断该残破树干是在某次山洪停息后生长(表2，较网络预出版略有修改)，但定居期(ecesis time)具有不确定性；如是洪流暴发过程中被损坏或淹死，其14C测年结果与所处地点的洪流事件具有“同时性”或“同生性”，则可作为八字峪砾石堆积堤某次洪流事件的发生年代或约束年龄。LMW05样品标本亦为树干，所处地貌部位为砾石隙间(图6c)，其上为巨石所覆盖，空间局促，推测是在輓近某次洪流事件暴发后死亡。除树芯外，大部分已朽(图6d)，其14C测年结果可作为八字峪流域某次山洪灾害发生年代的约束年龄。LMW06样品是根部夹在叠置砾石隙间生长的树干残体(图6f)，直径约10 cm，为斜向生长，或数十年前被砍伐。如果LMW06标本物质是某次洪流事件停止后即时生长，其14C测年数据(砍伐年代)与年轮树龄之和，则与山洪发生年代具有“准同时性”；如是洪流暴发若干年后才开始生长，利用其14C测年结果讨论山洪灾害时代，则需要考虑树木的定居期。

表2 蒙山八字峪砾石堆积堤洪水事件14C测年结果Table 2 AMS14C dating results of flood events in Baziyu Levee

图6 蒙山八字峪泥石流堤14C测年样品所处环境层位和采样点景观:(a) LMW03测年样品所处环境层位；(b) LMW03测年标本保存状态；(c) LMW05测年样品所处环境层位；(d) LMW05样品树芯保存状态；(e) LMW06和LMW05采样点景观；(f) LMW06样品树干生长环境Fig. 6 Environmental horizon of AMS14C dating samples and landscape of sampling points in debris flow levee of Baziyu Gully, Mengshan Mountain:(a) environmental horizon of LMW03 sampling tree trunke；(b) preservation status of LMW03；(c) environmental horizon of LMW05 sampling tree trunke；(d) preservation status condition of LMW05 sampling tree trunke；(e) landscape of sampling point(LMW05 and LMW06)in Baziyu Gully；(f) growth environment of LMW06 sampling tree trunke

山洪泥石流停息或冰川搬运的砾石堆积后，与第一批乔木幼苗开始生长之间的时间间隔称为定居期。它与研究区土壤性质、气候条件、海拔高度、种子传播的距离等因素相关，故定居期是可变的。Hupp在研究加利福尼亚夏斯塔山区泥石流频率和规模的树木形态证据时，认为惠特尼河和波伦河在泥石流堆积1～5a后美国黄松始在其上生长(Hupp,1984124)，而马德河在泥石流堆积3～15a后树木才开始在其表面定居(Hupp,1984125)。Bräuning(2006270)指出，冰川沉积物树木的定居期可从几年到几十年甚至一个世纪，但大多数情况下定居期一般集中于10～30a。Bräuning本人采用5a作为研究树种的定居期，Hochreuther(201510)也沿用Bräuning的5a作为树种的定居期。国内学者朱海峰等将西藏沙棘在冰碛垄开始生长的定居期定为5a(Zhu Haifeng et al., 2013136)，徐鹏等(2012383)则将杉树定居期确定为12a，杨树为3a。基于上述，本文认为LMW03、LMW05标本14C日历年龄可作为八字峪輓近某次山洪泥石流发生年代的约束年龄，亦即1960年代(表2)。而LMW06标本14C测年数据(砍伐年代)与其年轮树龄、定居期之和，可作为八字峪輓近山洪泥石流发生的最小约束年龄(表2)。但由于其年轮树龄难以准确读数，其最小年代的真值目前还无法准确得出，仅可作为輓近山洪泥石流发生年代的参考年龄。

借鉴国内外学者有关泥石流堆积堤树木定居期的研究范式，可推断八字峪砾石堆积堤在距今50年前的20世纪60年代可能曾发生山洪灾害。笔者团队在八字峪砾石堆积堤内侧钻取的油松树木年轮约40年，考虑到定居期，也可旁证八字峪1960年代曾发生山洪泥石流。关于此点，还可得到地方史志的佐证。根据《蒙山志》记载，1963年7月19日蒙山北麓一带降特大暴雨，一般降水量300～350 mm，石家水营、前城等8个行政村受灾，前城一座古庙连基石全部冲走(临沂市地方史志办公室，199962)。是年，与八字峪直线距离不足7 km的蒙阴县联城镇黄山哈啦村，山洪暴发，形成稀性泥石流，使沟床改道，河道变宽，冲毁了11间房屋和50亩农田(蒙阴县地质环境监测站资料)。该泥石流沟流域面积4.02 km2，其中形成区面积3.34 km2，流通区和堆积区0.58 km2，具有明显的砾石堆积范围和堆积堤(图5d、e)。由此可见，蒙山地区泥石流的发生机制，主要是暴雨所激发，可归为暴雨直接类泥石流。由于暴雨成因和特性不同，这类泥石流活动既可单发，也可群发乃至形成灾害链。

2.2 八字峪砾石堤与历史泥石流

作为饱含大量松散固体物质的特殊洪流，泥石流根据其发生年代和记录辨识方法的不同，可以分为实测泥石流、历史泥石流和古泥石流。实测泥石流是指用现代仪器实际测量的泥石流信息；古泥石流是指以地质地貌标志来进行辨识的发生于人类记载或现代实地测量之前的地质灾害遗迹；历史泥石流则是指发生在历史时期有年代记载(包括口耳相传)但没有流量记录的泥石流。蒙山峨峪口砾石堆积堤的形成年代，根据其砾石表面擦痕和林家崮南麓(N35°33′47.10″、E117°49′17.64″)花岗岩明万历十八年(1590)石刻痕的明度对比，推测大致为几百年前。因此，峨峪口砾石堤属于历史泥石流或近代泥石流范畴，直接原因则是暴雨山洪所激发。八字峪砾石堆积堤的地貌成因，与峨峪口砾石堤成因具有一致性，也可能为历史泥石流遗迹。

八字峪泥石流堤为粗大砾石松散堆积物，没有胶结，亦无黄土沉积和土壤发育。加之砾质结构保水能力较差，阻止了植物在其上定居，树木比较稀少。凡此，均间接说明砾石堆积时间不甚久远。同时，通过走访当地5位村民，皆称峨峪口、八字峪砾石堤为“石龙”、“石窝”，是过去被洪流搬运而来。基于上述，本文推断八字峪砾石堆积堤大概率发生在数百年前的历史时期，目前不能排除其与1668年郯城大地震链发的特大型山洪泥石流存在关联性的可能。如果仅依据其地貌特征形似峨峪口砾石堤和两者海拔高度一致，就确认砾石堆积堤的成因并将之归属“距今8.2 ka左右的拦马冰期的冰碛堆积”，未免缺乏谨严。