范淑贤, 翟子梅, 张学斌, 吉云平, 刘林敬. (2010)天津北部4.00 Ma BP以来古植被与古气候* [J]. 古地理学报, 12(6): 655-664
Fan Shuxian, Zhai Zimei, Zhang Xuebin, Ji Yunping, Liu Linjing. (2010)Palaeovegetation and palaeoclimate since 4.00 Ma BP in northern Tianjin[J]. Journal Of Palaeogeography, 12(6): 655-664. DOI:  
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天津北部4.00 Ma BP以来古植被与古气候*
范淑贤1, 翟子梅2, 张学斌2, 吉云平1, 刘林敬1
1 中国地质科学院水文地质环境地质研究所,河北石家庄 050061
2 天津市地质调查研究院,天津 300191
收稿日期:2010-05-12
基金:*天津城市调查项目"地质松散沉积地质结构"(编号:1212010511104-01-01)和中国地质科学院水文地质环境地质研究所基本科研业务费项目(编号:SK07011,SK200810)联合资助
摘要

依据 CQJ1孔 275块孢粉样品分析结果,结合岩性特征和测年资料,建立了天津北部 4.00 Ma BP以来古植被与古气候变化序列.大约在 3.60-- 4.00 Ma BP,天津北部植被以荒漠草原为主,气候冷干; 3.44-- 3.60 Ma, BP植被为疏林草原,气候温和湿润; 3.18-- 3.44 Ma BP植被为荒漠草原,气候冷干; 2.58-- 3.18 Ma BP植被以针阔叶混交林草原为主,气候温暖湿润; 1.90-- 2.58 Ma BP植被以疏林草原为主,气候温凉偏干; 1.74-- 1.90 Ma, BP植被为荒漠草原,气候冷干; 1.30-- 1.74 Ma BP植被以针阔叶混交林为主,气候温暖潮湿; 0.78-- 1.30 Ma BP植被为以针叶树种为主的针阔叶混交林草原,气候温和湿润; 0.15-- 0.78 Ma BP植被以针阔叶混交林为主,气候温暖潮湿; 0.15 Ma BP以来,孢粉丰度呈现有规律的变化, 3个高丰度层段分别相当于 MIS(海洋氧同位素) 1, 3, 5阶段,与河北平原东部具有可比性.

关键词:
中图分类号:P532 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2010)06-0655-10
Palaeovegetation and palaeoclimate since 4.00 Ma BP in northern Tianjin
Fan Shuxian1, Zhai Zimei2, Zhang Xuebin2, Ji Yunping1, Liu Linjing1
1 Institute of Hydrogeology and Environmental Geology,CAGS,Shijiazhuang 050061,Hebei
2 Tianjin Institute of Geological Survey,Tianjin 300191

About the first author:Fan Shuxian,born in 1957, is an associate researcher. Now she is mainly engaged in researches of spore-pollen and Quaternary geology.

Abstract

Based on the analysis of the spore-pollens in 275 samples from borehole CQJ1 drilled in northern Tianjin,combining with lithology and dating informations,the sequences of palaeovegetation and palaeoclimate evolvement since 4.00 Ma BP have been established. During the period of 3.60-4.00 Ma BP,the vegetation mainly was desert steppe,and the climate was cool and dry in northern Tianjin.During the period of 3.44-3.60 Ma BP,the vegetation was grass savanna,and the climate was warm and wet. During the period of 3.18-3.44 Ma BP,the vegetation was desert steppe,and the climate was cool and dry.During the period of 2.58-3.18 Ma BP,the vegetation was grassland with mixed forest of coniferous trees and broad leaved trees,and the climate was warm and wet.During the period of 1.90-2.58 Ma BP,the vegetation mainly was grass savanna,and the climate was warm and dry.During the period of 1.74-1.90 Ma BP,the vegetation was desert steppe,and the climate was cool and dry.During the period of 1.30-1.74 Ma BP,the vegetation mainly was mixed forest of coniferous trees and broad leaved trees,and the climate was warm and wet.During the period of 0.78-1.30 Ma BP,the vegetation was grassland with mixed forest of coniferous trees and some broad leaved trees,and the climate was warm and wet.During the period of 0.15-0.78 Ma BP,the vegetation mainly was mixed forest of coniferous trees and broad leaved trees,and the climate was warm and wet.Since 0.15 Ma BP,the abundance of pollen changed regularly,and the 3 intervals with high abundance of pollen corresponded with the stages MIS1,MIS3 and MIS5 respectively,which are accord with that of intervals in eastern Hebei Plain.

Key words: pollen record; palaeovegetation; palaeoclimate; climatic transition; northern Tianjin

天津北部地处华北冲积平原下端, 为典型的滨海低平原地貌.由于位于新华夏构造体系的华北沉降带沧州隆起, 冀中坳陷和黄骅坳陷二级构造单元之上, 因此天津地区第四系厚度明显受到基底构造的控制(王强等, 1992).20世纪80年代以来, 许多学者根据微体古生物, 孢粉, 古地磁, 岩性特征等资料对研究区第四纪古环境进行研究(王宪瑜, 1983; 王强等, 1983, 1986a, 1986b), 确定了晚更新世以来该地区发育的3期海侵层分别对应海洋氧同位素(MIS)1, 3, 5期(王强, 1989, 1999), 海侵基本发生在温暖气候时期(高秀林等, 1986), 并且是在150 ka以来青藏高原加速隆升, 整个中国东部沿海平原构造沉降加快的背景下发生的(王强等, 1999), 但是在天津地区仅MIS1期海侵在下切河谷充填地区显示完整的层序(王强等, 2009).近年来, 在渤海湾湾顶南侧的河北省黄骅地区也开展了晚第四纪精细年代地层与环境演变研究(王强等, 2008; Wang et al., 2008), 但总体看来, 天津平原区第四系工作较多集中在东部和南部, 北部地区研究较少.笔者以天津市区北部CQJ1孔(图 1)的孢粉地层学研究为主, 结合岩性特征和古地磁等测年资料, 对天津北部上新世晚期以来古植被与古气候演变提出初步认识.

图1 天津市北辰区CQJ1钻孔位置图Fig.1 Location of Drilling Hole CQJ1in Beichen district of Tianjin

1 研究区概况

CQJ1钻孔位于天津市北辰区南王平镇北1.5, km处, 地面海拔高度小于2, m.上世纪80年代, 该地以及附近砖场土坑的全新世剖面皆显示了较好的潮坪沉积特征(王强等, 1995).

天津北部属暖温带半湿润大陆性季风气候, 四季分明, 夏季炎热多雨, 冬季寒冷干旱, 年均气温12℃ , 1月份平均气温为-5℃ , 7月份平均气温26℃ , 年降水量600, mm.该地区地带性植被是暖温带落叶阔叶林树种:木本植物有柏科(Cupressaceae), 松属(Pinus), 云杉属(Picea), 冷杉属(Abies), 铁杉属(Tsuga), 雪松属(Cedrus), 栎属(Quercus), 榆属(Ulmus), 胡桃属(Juglans), 椴属(Tilia), 桦属(Betula), 槭属(Acer), 柳属(Salix), 桑属(Morus)和榛属(Corylus)等; 草本植物有禾本科(Gramineae), 藜科(Chenopodiaceae), 菊科(Compositae), 蒿属(Artemisia), 麻黄属(Ephedra), 豆科(Leguminosae), 蔷薇科(Rosaceae), 百合科(Liliaceae), 伞形科(Umbelliferae), 毛茛科(Ranunculaceae), 十字花科(Cruciferae)和石竹科(Caryophyllaceae)等; 在坑塘, 洼地可见有莎草科(Cyperaceae), 狐尾藻属(Hyriophyllum)和香蒲属(Typha)等.目前钻孔周围多为人工种植农作物, 主要有冬小麦(Triticum aestivum), 棉花(Bombax malabaricum), 玉米(Zea mays)和小豆(Leguminosae), 路边有侧柏(Platycladus orientalis), 黄栌(Cotinuscoggygria ), 毛白杨(Populus tomentosa)和刺槐(Robinia pseudoacacia)等, 田边和路旁还生长着白茅(Imperata cylindyica), 蒿(Artemisia), 灰绿藜(Chenopodium)和猪毛草(Salsola)等一些杂草.

2 方法与结果
2.1 孢粉分析

取样品干重50~100 g, 用清水浸泡, 加入浓度为10%~15%的稀盐酸溶液, 待反应完全后水洗至中性; 然后加入2~3倍的氢氟酸溶液, 放在水浴锅上加热至煮沸10 h, 后水洗至中性, 用7, μ m孔径筛子过滤提取孢粉, 制片观察.

2.2 测年

采用14C和光释光(OSL)测年方法建立了该孔浅部地层年代格架:获得 14C测年数据2个, 样品分别采自孔深11.0, m和24.8, m处, 年龄分别为12596± 41a BP和37291± 236 a BP.对比天津市海河中, 下游地区钻孔研究的成果(王强等, 2009), 前一数据明显早于天津滨海地带钻孔中的10 ka BP的全新世开始年代, 已经接近末次冰消期开始时间15 ka BP, 这可能与该地较低洼, 较早出现湖沼堆积有关.北京地区以13 ka BP 作为"全新世"开端, 也是由于标准剖面所在的房山地区位于山前部位(孔昭宸等, 1982), 在末次冰消期转暖过程中较早出现积水环境, 保存了较好的孢粉记录.后一个14C测年数据大体相当于MIS3阶段的开始年代(施雅风等, 2003).OSL测年数据2个, 样品分别采自孔深39.70, m和52.10, m处, 年龄分别为107.8± 9.4 ka BP和130.1± 11.8 ka BP, 其中后一个数据大体相当于MIS5阶段的开始年代(刘东生等, 2000).

测试的古地磁样品共953个.测试结果表明, 极性时转换十分明显, 布容正极性时底界位于孔深106.35, m处, 松山反极性时始于孔深332.00, m处, 依据Cande等(1995)的极性年代表, 这两条界限年龄分别为0.78 Ma BP和2.58 Ma BP.孔深348.00~351.00m为高斯正极性时凯纳极性亚时, 年龄为3.04--3.11 Ma BP; 孔深366.00~373.00 m为马莫斯极性亚时, 年龄为3.22--3.33 Ma BP; 孔深416.00 m为高斯/吉尔伯特极性时界线, 年龄为3.60 Ma BP.

3 CQJ1孔岩心的主要岩性特征

CQJ1孔501.10, m深的剖面大致揭露了约4.00, Ma BP以来的地层, 其岩性特征自上而下分述如下:

全新统(0~13.60, m):上部0.13~5.75, m为灰色, 淡灰黄色粉砂质黏土层; 下部5.75~13.60, m以淡灰黄色粉砂质黏土, 粉细砂为主, 夹薄层黏土质粉砂.

上更新统(13.60~65.96, m):上部13.60~22.60, m为灰黄色粉砂质黏土, 黏土质粉砂层, 局部见锈染斑点; 中部22.60~36.35, m以灰黄色, 黄灰色粉细砂, 黏土质粉砂为主, 夹薄层黄色粉砂质黏土和中砂; 下部36.35~65.96, m以黄棕色, 黄灰色, 浅灰色粉砂质黏土为主, 夹淡灰色细砂.

中更新统(65.96~106.35, m):上部65.96~87.80, m以棕黄色, 灰黄色粉砂质黏土, 黏土质粉砂为主, 夹薄层粉细砂; 中部87.80~97.00, m为黄色, 黄灰色粉细砂层; 底部97.00~106.35 m为黄棕色, 灰绿色, 灰黄色粉粉砂黏土层, 钙质结核, 锈斑均普遍.

下更新统(106.35~332.30, m):顶部106.35~129.44, m为棕黄色, 灰绿色, 灰黄色粉砂黏土层, 钙质结核, 锈染均普遍; 上部129.44~144.70, m为淡黄色, 灰黄色粉细砂层; 中部144.70~251.95, m以暗灰色, 灰黄色, 黄灰色, 黄棕色粉砂质黏土, 黏土质粉砂, 细砂为主, 夹灰黄色细砂, 中砂, 粉砂质黏土层的钙质结核和锈染较为普遍; 下部251.95~322.15, m以灰黄色, 浅灰色, 深灰色黏土质粉砂, 粉质黏土为主, 夹薄层细砂和中砂, 钙质结核, 锈染较普遍; 底部322.15~332.30, m以灰黄色细砂为主, 夹薄层中砂, 最底部为灰黄色黏土质粉砂.

上新统(332.30~501.10 m):上部332.30~387.80, m以黄棕色, 黄灰色, 灰黄色, 浅灰色细砂和黏土质粉砂层为主, 夹薄层棕黄色, 棕灰色黏土和灰黄色中砂, 砂质黏土和黏土层钙质结核和锈染多见, 局部见有粉砂透镜体; 中部387.80~451.80, m以灰绿色, 黄灰色, 黄棕色, 橄榄色黏土, 砂质黏土为主, 夹薄层黏土质粉砂, 粉细砂和中砂, 含有较多的钙质结核和锈染; 下部451.80~501.10, m以灰黄色, 黄灰色, 灰绿色粉细砂与粉砂质黏土互层, 夹薄层灰黄, 黄灰色黏土质粉砂和中粗砂, 粉砂质黏土具油脂光泽, 钙质结核和锈染少量.

4 孢粉组合与古植被

根据CQJ1孔275块样品的孢粉分析和鉴定统计结果, 选择了典型的具生态意义的孢粉科属类型绘制孢粉图谱(图 2), 并据此划分了9个孢粉组合带, 4个亚带.

Ⅰ 带 深度416.90~501.10 m(3.60--4.00 Ma BP).分析样品36个, 达到统计数量(100粒/50 g干样)的仅有3个样品.孢粉不丰富, 类型单一; 木本植物花粉仅见针叶树种松属, 含量为24.3%~59.2%; 草本植物花粉含量为40.8%~75.7%, 主要类型有百合科, 藜科, 蒿属, 蓼科(Polygonaceae)和禾本科等; 蕨类植物孢子主要为卷柏属(Selaginella), 含量为26.9%.

Ⅱ 带 深度332.30~416.90 m(2.58--3.60 Ma BP).木本植物花粉含量由下而上逐渐减少, 但落叶阔叶树种花粉含量增加.本孢粉组合带可分为3段, 各段孢粉组合特征亦有差异.

下段: 深度390.40~416.90 m(3.44--3.60 Ma BP).木本植物花粉平均含量较高, 达69.2%(13.6%~99.3%), 主要类型为寒温性针叶树种松属, 云杉属, 冷杉属和铁杉属, 含少量榆属及栎属等落叶阔叶树种; 草本植物花粉平均含量为17.5%(8.8%~34.6%), 有藜科, 蒿属, 百合科, 蓼科和禾本科等; 蕨类植物孢子以水蕨属为主, 最高含量可达到58.3%, 居全孔之首, 其次是卷柏属和水龙骨科.

中段:深度360.25~390.40 m(3.18--3.44 Ma BP).孢粉类型单一, 木本植物花粉仅见有松属, 草本植物花粉有蒿属, 藜科和蓼科等, 蕨类植物孢子未见.从整体看当时植被贫乏且单一, 覆盖率低.此带显示了新近纪末期寒凉干燥的气候特征, 与渤海湾西岸介形类分析得出的大环境变迁认识(Wang, 1988)基本一致.

上段:深度332.30~360.25 m(2.58--3.18 Ma BP).以水生植物花粉含量增加为特点.木本植物花粉含量较Ⅰ 带减少, 平均为49.2%(13.6%~78%), 以松属为主, 其次是落叶阔叶种属, 包括栎属, 榆属, 桦属, 榉属(Zelkova), 槭属和椴属; 草本植物花粉平均含量为23%(9.1%~32.3%), 主要有蓼科, 蒿属和藜科, 还有少量的眼子菜属和荇菜属(Nymphoides)等水生湿生草本植物花粉; 蕨类植物孢子以水蕨属为主, 平均含量为14.7%(0~56.2%), 其次为水龙骨科, 卷柏属和石松属等.水蕨属现分布于中国雨量比较大的江南亚热带地区, 在水流缓慢的环境中生长, 其出现表明研究区小湖泊开始发育, 且气候开始转暖, 但不稳定, 呈现频繁波动.

Ⅲ 带 深度263.80~332.30 m(1.90--2.58 Ma BP).该带以草本植物含量增加, 木本植物含量减少为特点.木本植物花粉以松属为主, 平均含量为44.2%(11.8%~91.4%), 其次是云杉属及冷杉属, 并含有少量阔叶树种类的栎属和榆属; 草本植物花粉以蒿属, 蓼科和藜科为主, 含量分别为55.9%, 54.3%和32.4%, 另有少量眼子菜属和莎草科水生植物.此带草本植物花粉含量达到该孔的最高峰, 水蕨属花粉消失, 表明进入自第四纪开始(2.58, Ma)的大冰期, 气候变冷变干(安芷生等, 1998; 李吉均等, 2001).自此开始, 渤海湾西岸平原明显受到季风气候的影响, 气温总体逐渐向凉的方向转化.

Ⅳ 带 深度175.40~263.80 m(1.30--1.90 Ma BP).本带花粉特点是下部花粉贫乏, 上部花粉较丰富.

下段:深度236.60~263.80 m(1.74--1.90 Ma BP).孢粉含量低, 木本植物花粉仅有松属; 草本植物花粉有藜科, 蒿属和禾本科等.

上段:深度175.40~236.6 m(1.30--1.74 Ma BP).孢粉较丰富.木本植物花粉中落叶阔叶种属较Ⅱ 带增加, 包括榆属, 栎属, 桦属, 椴属, 榉属和朴属等, 但仍以针叶树种花粉为主, 主要有松属, 云杉属, 冷杉属和铁杉属等, 平均含量可达到木本植物花粉总量的80.7%(35.1%~93.9%); 草本植物花粉含量低, 平均为17.4%(7.5%~58.4%), 主要有藜科, 菊科, 旋花科, 蒿属和水生的香蒲属等, 水生草本植物花粉还有莎草科和眼子菜属, 但含量皆小于2.1%; 蕨类植物孢子少量, 包括石松属, 卷柏属, 铁线蕨属和水龙骨科等.该带中喜温和喜凉树种花粉相互交替出现, 显示气候很不稳定.

Ⅴ 带 深度106.35~175.40 m(0.78--1.30 Ma BP).木本植物花粉中针叶种属花粉含量较Ⅲ 带明显增加, 阔叶种属花粉含量下降; 木本植物花粉含量为71.7%~96.4%, 其中松属花粉含量最高可达96.3%, 其次是云杉属(13.5%)和冷杉属(5.5%), 榆属, 栎属, 桦属和铁杉属花粉含量等均较低; 草本植物花粉含量为4.2%~25.8%, 以藜科和香蒲属为主, 平均含量分别为13.8%和8.3%, 其次是蒿属, 禾本科和旋花科等及水生湿生草本植物莎草科; 蕨类植物孢子少量, 平均含量为4.3%.此带中针叶树种花粉占绝对优势, 水生草本植物花粉有一定比例分布, 表明气候逐渐转凉转湿.

Ⅵ 带 深度65.90~106.35 m(0.15--0.78 Ma BP).本带孢粉单调, 水生草本植物花粉含量由下而上渐增, 落叶阔叶树种花粉含量减少.

下段:深度81.20~106.35 m(0.40--0.78 Ma BP).孢粉类型较多, 以乔木花粉占绝对优势, 平均含量可达到91.6%(71.6%~99.2%), 主要为针叶树种松属(最高含量为88.6%), 其次是云杉属, 冷杉属和铁杉属, 落叶阔叶树种花粉包括栎属(2.5%)和桦属(1.5%), 榛属, 榆属, 椴属和朴属等花粉含量均小于2%; 草本植物花粉少量, 平均含量为3.7%(2.2%~10.6%), 以藜科和蓼科多见, 二者含量大体相当; 蕨类植物孢子含量为0.2%~3%.

上段:深度65.90~81.20 m(0.15--0.40 Ma BP).孢粉类型单一, 木本植物花粉仅有松属, 含量为75%~89.2%, 落叶阔叶树种花粉未见; 草本植物花粉以蒿属和香蒲属为主, 平均含量分别为13.5%和7.3%, 其次是藜科, 眼子菜属, 葎草属, 禾本科和蓼科等; 蕨类植物孢子见有水龙骨科和卷柏属.本带顶部黄灰色粉砂质黏土与上覆淡灰色粉细砂岩性呈突变接触关系, 很可能是由于山体抬升, 低海拔的平原区发生突然洪泛作用所致, 这一状况很容易造成下伏地层顶部被冲刷, 从而出现地层间断, 在天津南部平原区(姚政权等, 2006; 施林峰等, 2009), 黄骅(范淑贤等, 2009)和中国东部沿海(王强等, 1989)均有报道.

Ⅶ 带 深度28.56~65.90 m(0.05--0.15 Ma BP).按照孢粉丰度及组合可细分为上下两个亚带:

Ⅶ 1亚带:深度42.55~65.90, m.此亚带中木本植物花粉含量减少, 草本植物花粉含量增加, 分别为41.2%~84.9%及13.6%~60.0%.木本植物花粉以松属和云杉属为主, 分别占木本植物花粉总量的61.9%和39.8%, 其次是冷杉属, 榆属, 栎属和忍冬科等; 草本植物花粉以水生香蒲属为主, 最高含量达36.5%, 为该孔之冠, 其次是蒿属, 藜科, 禾本科和眼子菜属等; 蕨类植物孢子含量为0.5%~3.8%.水生植物受局部环境影响较大, 代表河水流过后残留有较多水体的环境.鉴于孔深52.10, m处样品的OSL测年数据为130.1± 11.8 ka BP, 39.70, m 处样品的OSL测年数据为107.8± 9.4 ka BP, 故判断该层段相当于MIS5阶段早期, 与孢粉, 微体生物同步研究确定的天津东部P8孔结论(高秀林等, 1986)相符.

Ⅶ 2亚带:深度28.56~42.55, m.孢粉稀少, 在10个样品中, 除孔深34.26, m处样品见90粒外, 其他样品中的孢粉数量仅为2~37粒.木本植物花粉包括松属, 栎属和榆属等; 草本植物花粉有藜科, 麻黄属, 蒿属, 蓼科, 葎草属和豆科等, 未见水生湿生草本植物花粉; 蕨类植物孢子有水龙骨科.该亚带花粉类型简单, 为孢粉贫乏带, 大致相当于MIS5阶段晚期和MIS4阶段.

Ⅷ 带 深度14.20~28.56 m(13--50 ka BP).按照孢粉丰度及组合可细分为上下两个亚带:

Ⅷ 1亚带:18.55~28.56, m.本亚带以落叶阔叶树种增加, 寒温针叶树种减少为特点, 孢粉类型丰富.木本植物花粉含量为52.8%~86.1%, 以松属为主, 其次是栎属, 榆属, 桦属, 铁杉属, 槭属和胡颓子科等; 草本植物花粉含量为13.9%~45.3%, 以藜科和蓼科为主, 其次是鬼针草属, 菊科, 蒿属, 蔷薇科, 豆科, 葎草属和石竹科, 并有少量的水生湿生草本香蒲属和莎草科; 蕨类植物孢子含量为0.7%~2.9%.由于MIS1, 3, 5阶段海侵发生之前皆可形成基底泥炭或富营养湖, 有机质黏土层(王强等, 2009), 而该孔孔深24.8, m处泥炭层样品的14C测年数据为37291± 236 a BP, 故而推断该测年样品采自相当于MIS3阶段开始的层位.渤海湾西岸沿海平原晚更新世受构造沉降和海面变化影响形成的3期海侵层中皆发现丰富的孢粉(高秀林等, 1986; 王强等, 2008), 体现了古季风气候的环境效应.

Ⅷ 2亚带:14.20~18.55 m.在4个样品中, 除孔深14.20处样品见20粒孢粉外, 其他3个样品孢粉数量皆不足10粒, 主要为松属, 蒿属, 藜科和禾本科等, 喜温的落叶阔叶树种和水生湿生草本未见.该亚带为孢粉贫乏带, 相当于MIS2阶段冷期地层.

Ⅸ 带 深度1.55~14.20 m(13 ka BP以来).孢粉数量丰富, 类型繁多.木本植物花粉中落叶阔叶种属含量较Ⅶ 带明显增加, 占木本植物花粉总量的20.7%(3.8%~40.6%); 木本植物花粉仍以松属为主, 最高含量为85.4%, 其次是栎属(17.3%), 榆属(4.2%), 桦属(2.8%)和山毛榉属(2.5%), 还有少量的栗属(Castanea), 胡桃属(Juglans), 枫香属(Liquidambar), 鹅耳枥属(Carpinus), 椴属, 桤木属(Alnus), 榉属, 柳属, 朴属, 槭属, 云杉属, 冷杉属和柏科等; 草本植物花粉含量为6.9%~40.5%, 以藜科为主, 其次是蒿属, 禾本科, 菊科, 蓼科, 麻黄属, 毛茛科, 蔷薇科, 唐松草属, 十字花科和葎草属等; 水生湿生草本有香蒲属, 荇菜属, 莎草科和狐尾藻属; 蕨类植物孢子含量为1.4%~6.3%, 有中华卷柏, 水龙骨科, 铁线蕨属和卷柏属等.由于孔深11, m处样品的14C测年数据为12596± 41 a BP, 故推断该层段底部为末次冰消期开始层位.

图2 天津北部CQJ1孔孢粉图谱Fig.2 Spore-pollen diagram of Drilling Hole CQJ1 in northern tianjinS

在孔深1.55, m处样品的孢粉谱中, 木本植物花粉以松属为主, 榆属, 栎属和柏科少见; 草本植物花粉有藜科, 蒿属和麻黄属; 蕨类植物孢子有中华卷柏和水龙骨科等.依据对该地约2 ka BP前后成陆的认识(王强和吕金福, 1995), 判断该样品系采自近代洪泛平原层位, 指示与钻孔现代环境接近的稀树草原景观, 气候温暖偏干, 与黄骅北部地区浅部地层分析结果相同(王强等, 2008).

5 河北平原东部地层孢粉对比
5.1 与黄骅, 衡水钻孔地层孢粉对比

尽管曾经对河北平原第四纪孢粉进行过总结(杨子赓等, 1979; 童国榜等, 1983), 但是对几个研究剖面间的横向对比关系一直不十分清楚.笔者在钻孔古地磁极性柱对比的基础上, 进行具有年代地层格架的孢粉地层学对比.将天津北部CQJ1的孢粉分析结果同河北黄骅HB1孔(范淑贤等, 2009)和衡水HS1孔(范淑贤等, 2009)对比, 发现无论是花粉的类型还是数量都有明显差异, 每个地区都有各自的特点, 这3个钻孔结合起来可能基本反映了河北平原东部4.00, Ma以来气候冷暖干湿变化, 但也出现特例(表1).

表1 河北平原区3个钻孔古气候特征 Table1 Palaeoclimate characteristics derived from drilling data of three boreholes in Hebei Plain

依据CQJ1孔的孢粉分析结果, 3.60--4.00 Ma BP天津北部植物花粉贫乏, 主要有松属和草本植物花粉, 气候冷干.2.58--3.60 Ma BP早期CQJ1孔花粉以松属为主, 而在该时期HS1孔和HB1孔花粉以落叶阔叶树种为主, 栎属花粉最高含量为38.3%, 榆属为45%, 尚有桦属, 椴属, 槭属和松属, 以及一定量的胡桃属和水蕨属, 水生湿生草本植物花粉出现; 晚期CQJ1孔除有松属, 栎属, 榆属, 桦属, 榉属和椴属花粉等外, 还有大量的水蕨属, 眼子菜属和荇菜属, HB1孔和HS1孔孢粉贫乏, 以藜科, 蒿属和禾本科为主, 还有少量松属, 栎属, 榆属和属等, 植被从温暖的森林草原逐渐过渡为疏林草原, 这说明2.58--3.60, Ma BP 华北地区整体上处于温暖湿润的气候环境中, 降水量丰富, 是河流与湖盆形成期和发育期, 与CQJ1孔所在地北部, 东部第四系层序也显示2.6, Ma前后发生大洪泛事件(王强等, 2009)认识一致.

进入第四纪以来, 华北平原气候呈现出寒冷气候与温暖气候周期性交替的特点, 植被进入针叶林, 针阔叶混交林, 疏林草原和草原相互交替阶段, 个别层段出现过荒漠草原.1.90--2.58, Ma BP 期间, 天津北部CQJ1孔孢粉组合与黄骅HS1孔, 衡水HB1孔基本一致, 所不同的是草本植物花粉中的蒿属, 禾本科, 蓼科和藜科含量不同.乔木花粉中落叶阔叶树种花粉含量都很低, 代表着温凉偏干的气候环境, 以疏林草原植被类型多见, 个别层段出现荒漠草原.0.78--1.90, Ma BP间, 河北平原东部植被是以喜暖落叶阔叶树种和水生湿生草本植物花粉含量增加为特点, 同时伴有少量的云杉属和冷杉属出现; 特别在奥尔都维极性亚时(1.77--1.95, Ma BP)期间, 黄骅HS1孔和衡水HB1孔是以落叶阔叶树种花粉含量增加为特点, 呈现出气温升高的趋势, 与此对应的是CQJ1孔孢粉贫乏, 花粉含量均未超过30粒, 见有藜科, 蒿属, 禾本科和易被搬运的松属花粉, 反映偏凉的气候环境.

晚更新世的冷暖气候波动加强, 大约在0.15 Ma BP前后天津北部CQJ1孔和渤海西岸的黄骅HB1孔水生草本植物花粉香蒲属突然增加, 最高含量分别为36.5%和10.9%, 还见有莎草科, 眼子菜属.与此同时, 衡水HS1孔中孢粉反映的植被以蒿属, 藜科, 禾本科, 葎草属为主, 未见湿生和水生草本植物, 反映了当时渤海西岸和北岸为湿润气候环境.3个孔孢粉组合特征基本反映了河北平原东部晚更新世的气候冷暖变化特点, 与MIS5和MIS3阶段相对应, 气候具有早期温暖湿润, 晚期温凉干旱特点.

进入全新世以来, 3个孔孢粉谱反映的植被变化基本一致, 早期为疏林草原, 中期系大暖期气候下的针阔叶混交林草原, 晚期具草甸植被特点.与之相对应的是温凉湿润, 温凉--温暖湿润, 温暖湿润, 温干的古气候变化过程.大约在距今2000年前后, 华北平原的湖泊洼地开始解体消亡(许清海等, 1993), 人类进入平原区开垦土地, 森林植被遭到破坏, 形成现代植被状况.

上述3个孔的孢粉对比揭示了河北平原东部4.00, Ma, BP以来经历了2次植被繁盛和3次气候转型, 植被2次繁盛分别发生在3.20 Ma BP和0.8 Ma BP左右, 3次气候转型分别发生在2.58 Ma BP, 0.78 Ma BP和0.15 Ma BP前后.4.00 Ma BP 以来气温呈波动变化, 降水量总体呈减少的趋势.

5.2 沉积环境对孢粉组合的影响

孢粉植物群是恢复古气候古环境的手段之一, 但孢粉类型及数量受其生产量, 传播方式, 搬运能力, 沉积环境等诸多因素的制约(许清海等, 2001).依据孢粉组合特征恢复的古植被与实际情况相比可能存在较大的误差, 特别是渤海西岸与北岸地区, 海侵时为海洋沉积环境, 海退时为河流, 湖泊和泛滥平原沉积环境, 这对孢粉组合影响很大.如CQJ1孔位于天津北部, 沉积物主要为河流搬运, 孢粉类型和含量变化在很大程度上受到水动力, 沉积环境与降水量的控制.

钻孔孢粉组合显示, 4.00 Ma BP以来, 天津北部的喜暖落叶阔叶树种明显低于其南部的衡水和黄骅地区, 相反, 针叶树种明显高于衡水和黄骅地区, 这与后两个地区的钻孔地理位置稍偏南, 更远离山前部位有关.在CQJ1钻孔岩心的孢粉组合中, 松属花粉几乎在整个剖面均占优势, 但有较大波动, 可能指示附近有较大面积的松林.特别是MIS5阶段, 天津北部CQJ1孔和黄骅HB1孔乔木除松属, 云杉属, 冷杉属含量高外, 落叶阔叶树种含量并不高, 水生香蒲属含量在草本花粉中占有一定比例, 表明此时水域面积大, 一些易被水流从山前或山区搬运的花粉沉积下来, 为异地埋藏, 这种埋藏方式也见于云南元谋地区(王强等, 1994)和长江三角洲地区(陈静等, 2009).而此时期衡水HS1孔栎属, 榆属和桦属等落叶阔叶分子增加, 云杉属和冷杉属花粉含量低, 属于湖相沉积.MIS3阶段CQJ1孔乔木中落叶阔叶花粉含量增多, 水生草本植物花粉含量减少; 但HB1孔除落叶阔叶分子增加外, 水生香蒲属花粉含量仍在增加, 表明天津北部平原地面增高, 水域面积缩小, 相反黄骅地区地面仍在下降, 有大面积水域存在.而衡水HS1孔在该阶段除落叶阔叶树种花粉含量增加外, 同时耐旱的藜科, 蒿属花粉含量也在增加, 水生湿生草本少量出现, 反映偏干环境, 可能与衡水地区当时地势稍高有关, 同时表明随着离海岸和河口距离的增加, 云杉属和冷杉属花粉含量逐渐减少, 相反阔叶树种花粉含量呈增高趋势.乔木花粉多分布于山前平原和平原区地势较高地方, 滨海区则为沼泽草甸, 这与当时古地理状况有关.

总之, 滨海和平原区4.00 Ma BP以来的孢粉组合特点不仅受古气候的影响, 而且受沉积环境, 地段性生态环境, 地质构造等特征的影响, 利用孢粉组合恢复古气候应结合其他测试资料, 达到逐步建立区域比较全面的孢粉地层学格架.

6 结论

1)天津北部植被大约在3.60--4.00, Ma 以前以荒漠草原为主, 气候冷干; 3.44--3.60 Ma BP植被为疏林草原, 气候温和湿润; 3.18--3.44 Ma BP植被为荒漠草原, 气候冷干; 2.58--3.18 Ma BP植被以针阔叶混交林草原为主, 气候温暖湿润; 1.90--2.58 Ma BP植被以疏林草原为主, 气候温凉偏干; 1.74--1.90 Ma BP植被为荒漠草原, 气候冷干; 1.30--1.74 Ma BP植被以针阔叶混交林为主, 气候温暖潮湿; 0.78--1.30 Ma BP植被以针叶树种为主的针阔混交林草原, 气候温和湿润; 0.78 Ma BP至今, 植被以针阔叶混交林草原与疏林草原为主, 局部地层出阔针叶林, 气候逐渐转暖, 降雨不断减少.

2)天津北部钻孔孢粉地层学揭示的古气候变化, 可与河北平原东部地区研究成果进行对比.虽然因为具体的地理位置, 具体的沉积环境存在差异, 孢粉组合各有特征, 但是整体的气候阶段划分仍具有很好的对比性.

作者声明没有竞争性利益冲突.

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