北京ZK3钻孔孢粉记录及第四纪古气候变化响应
Sporopollen Records of ZK3 Drilling in Beijing and the Response to the Quaternary Paleoclimate
DOI: 10.12677/AG.2022.121015, PDF, HTML, XML, 下载: 172  浏览: 222  科研立项经费支持
作者: 张 磊:北京市建平工程勘察有限责任公司,北京;白凌燕*, 张晓亮, 张悦泽:北京市地质调查研究院,北京;李 潇:北京市地质矿产勘查院信息中心,北京
关键词: 沙河凹陷孢粉古气候第四纪北京Shahe Depression Pollen Paleoclimate Quaternary Beijing
摘要: 本文选取北京平原沙河凹陷内ZK3钻孔作为研究对象,在建立钻孔第四系格架的基础上,通过孢粉分析重建了北京地区第四纪以来植被演化历史,并以此表征古气候特征。本区早更新世划分出4个孢粉组合带,其中,组合带1反映了以蒿属为主的草原环境,气候冷干;组合带2同样反映了以蒿属为主的草原环境,在某些时段出现水生植物含量高值、蕨类孢子与藻类占优势,反映了植被的波动和湖泊的多次扩张;组合带3反映了以蒿属为主的草原植被环境,气候较上一个阶段稍暖。同时,在某些层位出现水生植物花粉含量高值,反映了气候与植被的波动和湖泊的2次扩张;组合带4以出现柏科花粉浓度升高的特征,表明这一阶段由草原演化为以柏科为建群种的疏林草原环境,气候变得较为冷湿;中更新世划分为组合带5,反映了以蒿属为主的草原环境,气候冷干;晚更新世以来划分为组合带6,反映了以菊科蒿属、藜科为主的草原环境,气候冷干,湖泊多次扩张。本次研究结果与前人研究成果较为吻合。同时,组合带4带所反映的本区早中更新世之交发生的明显的气候变迁在整个中国大陆该时期发生的气候转型均有较好的类比性。
Abstract: In order to further study the Paleoclimate characteristics, ZK3 was selected as the drilling. With building the framework and sporopollen analysis, the history of vegetation evolution since the Quaternary in Beijing is reconstructed. There are four pollen assemblage zones in the Early Pleistocene. The results reflect the grassland environment dominated by Artemisia, cold and dry climate in Assemblage zone 1. The result of assemblage zone 2 is the same as assemblage zone 2, and at some point there is a high level of aquatic plants, and fern spores and algae are dominant, reflecting vegetation fluctuations and multiple expansions of lakes. Artemisia grassland vegetation environment is still dominated in assemblage zone 3 and the climate is slightly warmer than the previous stage. High levels of pollen content in aquatic plants reflect changes in climate and vegetation and the second expansion of lakes as well. The increasing concentration of Cupressaceae pollen in assemblage zone 4 shows that the environment evolved from grassland to Cupressaceae-based savanna and the climate became cooler and more humid. The assemblage zone 5 is the Artemisia-based grassland in the Middle Pleistocene and the climate was cold and dry. The characteristics of assemblage zone 6 reflect that the environment is Asterceae and Chenopodiaceae grassland, the climate is cold and dry, multiple expansion of lakes. The results of this study are in good agreement with those of previous studies. At the same time, the obvious climate change occurred in the Early and Middle Pleistocene of the region, which is reflected by the band 4, has a good analogy in the climate change in the whole of China.
文章引用:张磊, 白凌燕, 李潇, 张晓亮, 张悦泽. 北京ZK3钻孔孢粉记录及第四纪古气候变化响应[J]. 地球科学前沿, 2022, 12(1): 135-144. https://doi.org/10.12677/AG.2022.121015

1. 引言

环境问题是人类社会发展中的一个重要问题。为了更好地开发利用国土资源,必须注意保护环境和维护生态平衡。现代中国的自然环境因地理位置、地形及气候、动植物、土壤等因素的差异而不同。全球性气候变化,对我国东部地区影响深远,因此,研究我国东部地区第四纪气候变化,不仅是第四纪研究中重大理论问题,而且还直接联系到当前和未来的经济建设实际。从研究我国东部地区古生物地层资料中不难发现北京地区第四纪气候变化具有一定的规律性,研究这种规律的目的在于预测未来气候变化趋向,从而为国民经济建设和发展提供较长期的气候预报或气候变化信息 [1]。

北京地区第四纪为陆相沉积,在陆相沉积的各种气候信息中,以袍粉信息最为敏感、价值最大,已广泛用于第四纪古气候与古环境研究。孢粉是古气候变化的良好温度计,被广泛地应用于第四纪古气候,古环境分析中 [2]。北京地处中国大陆东部的华北平原,第四纪时期河湖相沉积对东亚冬、夏季风颇为敏感,植被演化历史能够客观地反应我国东部地区古气候演化规律。过去几十年,北京地区利用孢粉分析的方法对第四纪植被与古气候进行了重建,取得了丰富的成果 [3] - [8]。

本次研究选择已获得精确定年且对东亚冬、夏季风颇为敏感的沙河凹陷ZK3钻孔第四纪时期河湖相沉积物为研究对象,展开孢粉植物群研究,揭示了第四纪以来北京地区古气候演化特征。ZK3钻孔位于沙河凹陷的腹地地区,第四纪地层沉积连续且厚度较大,是研究该凹陷盆地演化及古气候特征的理想场所。

2. 自然地理及地质背景

2.1. 自然地理

北京平原位于华北平原的西北,与河北省和天津市毗邻。北京西部和北部为山地环绕,西部称西山,属太行山脉;北部称军都山属于燕山山脉。东南部是由五条主要河流(永定河、潮白河、温榆河、蓟运河、拒马河)冲积和洪积作用塑造的北京平原 [9]。地势上,西部和北部高,东部和南部低。最高处东灵山海拔2303 m,最低处通州柴厂屯一带仅8 m。研究区自然植被尚保存在西部和北部的山区。在海拔1500 m以上的中山分布有云杉(Picea)、冷杉(Abies)和华北落叶松(Larix gmelini var.principis-rupprechtii)等针叶林;海拔1000 m左右的低山区分布有松(Pinus)、栎(Qurecus)、桦(Betula)、榆(Ulumus)、椴(Tilia)等针、阔叶混交林;低山底部及丘陵岗台地区(海拔100 m以上)分布有桦、榆、椴、朴(Celtis)、檀(Pteroceltis)等落叶阔叶林;东南广大平原(海拔100 m以下)开垦历史悠久,自然植被破坏,多种植小麦、杂粮、蔬菜和水稻;河漫滩、低地生长着灌丛、草甸等;低洼沼泽地生长着水生植物如眼子菜(Potamogeton)、狐尾藻(Myriophyllum)等 [10]。

2.2. 地质背景

地质历史上燕山运动对北京地区的基底构造格架产生了制约影响。北京地区的构造地质背景主要是继承了燕山运动形成的构造格架,主体构造线方向北东。新生代,北京地区在横向上构成“两隆一凹”的构造格局,即:京西隆起,北京凹陷和大兴隆起 [11]。第四纪以来,本区新构造活动不但具有继承性,而且具有新生性。新华夏系应力场引发了北西向张性兼扭性断裂活动,形成以NW向为主,NNE向仍继续活动的两组沉降中心。此时北西向的南口-孙河断裂活动明显。切割了平原区的“两隆一凹”的构造格局,沉积中心也随之发生转移。由于南口-孙河断裂北段第四纪以来的强烈活动,新生代时期形成的京西隆起局部强烈下沉,接受了大量巨厚的第四纪沉积物,在断层上盘南西一侧形成了与其平行展布的北西向凹陷带—沙河凹陷(图1)。

3. 钻孔第四系划分

3.1. 岩石组合特征

钻孔ZK3位于北京昌平百善镇东沙屯村西农田,位置坐标为116˚17'06N,40˚10'06E,孔口标高44.49 m,孔深616.20 m。钻探工程采用油压式钻机,全孔取芯率达90%以上,实际岩芯直径可达90 mm。该孔岩芯自上而下共分为462个自然层,按照沉积物的颜色、沉积环境、沉积旋回和沉积构造特点,将岩芯归纳为5个岩性段(图2),描述如下。

第一岩性段(I):位于剖面下部,主体岩性为砾石层及中粗砂,顶部见有薄层的粉细砂和粘土沉积。沉积物的颜色以灰白色,棕红色为主。砾石沉积反映大规模的冲积扇建设期,砂质沉积属于扇上河道,粘土质沉积为冲积扇扇上河道分流间湾。总体上来看,该岩性段反映了冲积扇及扇上辫状水道发育的沉积环境。

1-sag border fault;2-average fault; 3-convex (a. Laiguangying convex b. Liangxiang convex); 4-uplift area; 5-boundary between mountain area and plain area; 6-uplift mountain area; 7. Quaternary sag; 8-drill hole locations1-凹陷边界断裂;2-一般断裂;3-凸起(①来广营凸起 ②良乡凸起);4-隆起区;5-山区与平原区界线 ;6-隆起山区;7-第四纪凹陷;8-钻孔位置

Figure 1. The tectonic sketch of Beijing depress and borehole location (Wang Liangmou et al., 1990)

图1. 北京凹陷构造略图修改钻孔孔位(汪良谋等,1990)

第二岩性段(II):位于剖面中下部,岩石组合总体上表现为曲流河相沉积,岩性为粘土、粉砂质粘土、粘质粉砂、粗砂及砾石层。沉积物颗粒总体上较粗,以砂层和砾石层为主,可划分为三套岩性组合,下部主要为棕黄色、棕红色砂质粘土,灰绿色、灰褐色粘质粉砂和少量杂色砾石层,砾石成分复杂,多为中性火山岩和酸性岩脉,分选较差,磨圆较差,呈棱角–次棱角状,偶见薄层钙板层(1~2 cm),总体上来看,厚层的砾石层多为泥质胶结,属冲洪积相沉积,后期又在扇体上形成曲流河,发育了滞留沉积及边滩沉积;中部主要为棕黄色、青灰色、灰黑色、黑色粘土,粉砂质粘土,中间夹有多层细砂层,细砂层交错层理发育,粘土坚硬致密,表明沉积环境向上逐渐过渡为天然堤,局部见反粒序层,为决口扇沉积;上部主要为灰绿色、黄绿色、黄褐色粘土,粉砂质粘土,中粗砂以及灰白色砾石层,灰绿色粘土中普遍见有腹足、双壳类化石残片。粉砂质粘土中多见铁质、锰质结核,属曲流河河床亚相中的滞留沉积和边滩沉积。

第三岩性段(III):位于剖面中上部,岩石组合总体上表现为曲流河沉积,岩性为粘土、粉砂质粘土、粉砂、细砂、粗砂以及砾石层,可划分为三套岩性组合,下部为褐黄色、灰褐色粘质粉砂、粉砂、细砂、粗砂以及杂色砾石层组成的多个沉积旋回,其中砂砾石层厚度较小,粘土和粉砂含量较大,且发育板状交错层理,并向上过渡为平行层理,见植物的碎片,反映了河床亚相滞留沉积和边滩沉积,顶部的薄层细粒沉积物,堤岸亚相的天然堤沉积;中部为棕黄色、褐黄色粘土,粉砂质粘土和少量的薄层粉砂组成。粘土和粉砂质粘土中可见大量的黄色锈斑及钙质结核发育,反映了水动力条件动荡的特征,为泛滥平原的堆积物,具体应属河漫亚相沉积;上部为棕黄色粉砂,灰绿色粘土和灰黑色粘土的岩性组合,有大量的腹足、双壳类化石残片,粉砂层发育弱的水平层理,为河漫亚相中的河漫湖沉积。

第四岩性段(IV):位于剖面上部,岩石组合总体上表现为曲流河沉积,岩性为粘土,粉砂质粘土、粘质粉砂和砂砾石层。该套岩石组合上部为褐黄色粘土、粉砂和细砂组成的沉积韵律,反映了较强氧化环境下形成的泛滥平原,既包括堤岸亚相的天然堤沉积,也包括河漫亚相的河漫滩沉积;中部为灰褐色粉砂质粘土,砂质粘土和中粗砂,沉积构造不发育,应属于废弃河道填充亚相沉积;下部为棕黄色砂质粘土,灰黑色、灰绿色粘土,含大量的腹足、双壳类化石残片,局部层位见有薄层细砂,反映了河漫亚相中的河漫湖沉积。

1-clay; 2-clayey silt; 3-medium-fine sand; 4-coarse sand with gravel; 5-sandy gravel; 6-fine sand with gravel; 7-silty clay; 8-coarse sand; 9-lithologic section1-粘土;2-粘土质粉砂;3-中细砂;4-含砾粗砂;5-砂卵石;6-含砾细砂;7-粉砂质粘土;8-粗砂;9-岩性段

Figure 2. The contrast diagram of magnetostratigraphy of the cores ZK3 and polarity zones [12]

图2. 钻孔ZK3与标准极性柱对比图 [12]

第五岩性段(V):位于剖面顶部,岩石组合总体表现为河流相沉积,岩性为灰绿色、灰黑色粉砂质粘土和粘土,局部夹有薄层的粉砂。本层位的出现表明研究区全新世总体上表现为曲流河沉积中堤岸亚相的天然堤沉积及河漫亚相中的漫滩沉积。

3.2. 第四系格架建立

磁性地层研究表明,ZK3孔M/G界线为493.8 m,B/M界线为157.4 m,钻孔剖面 14 C 同位素数据表明,ZK3孔深度3.3 m处获得年龄3900 ± 30 a.B.P,深度5.2 m处获得年龄4640 ± 30 a.B.P,综合分析得出ZK3孔早更新统、中更新统、晚更新统和全新统的底界埋深分别为493.8 m、157.4 m、87.7 m和7.2 m (图2) [12]。

4. 孢粉样品采集测试及分析

4.1. 样品采集测试

本次针对钻孔ZK3岩芯间隔1~2 m连续采样,共采集262块孢粉样品。对每个样品取干重60~80 g左右,运用最近发表的孢粉分析流程,包括碎样、15%的HCl去碳酸盐、3%的NaOH去有机质、85℃下烘干7~8小时去水分、KI重液(比重1.74~1.76)分离孢粉颗粒、HF (40%)去除少量硅质碎屑颗粒、HCl (15%)去除新产生的氟化钙、镜检和必要的过筛(7 μm) [13] [14]。分析好的标本加上少许甘油在显微镜下鉴定和统计。所有标本都在中国地震局地质研究所进行鉴定。

4.2. 孢粉分析及古气候特征

我们在其中97个样品中发现较为丰富的孢粉颗粒,共统计29057粒孢子花粉,平均300粒/样品。其余每个样品未达到统计数量。

该钻孔孢粉总体上以草本植物花粉为主,蕨类孢子和藻类在某些层位含量较高,木本花粉含量较低。草本类型以蒿属(Artemisia),藜科(Chenopodiaceae),禾本科(Poaceae),菊科(Asteraceae)如紫菀属(Aster),蒲公英型(Taraxacum),风毛菊型(Saussurea),蓼属(Polygonum,包括三孔沟和散孔类型),唐松草属(Thlictrum),石竹科(Caryophyllaceae),大戟科(Euphorbiaceae),十字花科(Cruciferae),唇形科(Labiatae),葎草属(Humulus),伞形科(Umbelliferae),地榆属(Sanguisorba)等比较丰富。水生或沼泽类型如莎草科(Cyperaceae),香蒲属(Typha),黑三棱属(Sparganium),狐尾藻属(Myriophyllum),眼子菜科(Potamogetonaceae)等较常见。灌木类型有麻黄属(Ephedra),白刺属(Nitraria),忍冬科(Caprifoliaceae),榛属(Corylus),柳属(Salix)等。蕨类孢子以水龙骨科(Polypodiaceae)和卷柏属(Selaginella)为主。藻类主要有环纹藻(Concentrisystes),水绵(Spirogyra),盘星藻(Pediastrum),双星藻(Zygnema)等。木本花粉类型经常出现的有松属(Pinus),云杉属(Picea),冷杉属(Abies),柏科(Cupressaceae),桦木属(Betula),栎属(Quercus),栗属 (Castanea),榆属(Ulmus),椴属(Tilia)等。另外,在组合中还出现了少量不能鉴定的孢粉,含量一般比较低。

孢粉百分比计算以所有孢粉总和为基数,见图3。值得注意的是,在该剖面中,炭屑的含量通常较高,在个别层位极为丰富,以灰色表示在图中。根据孢粉百分比的变化,可大致分为6个孢粉组合带:

组合带1:(540~493.8 m, 2.9~2.5 Ma)

该组合中,草本与灌木花粉含量为92.1%~98.8%,平均96.7%。木本花粉含量为0%~4.8%,平均2.1%。蕨类孢子和藻类的含量为0%~3.2%,平均1.2%。草本植物花粉以Artemisia为主。Artemisia的含量为66.7%~95.8%,平均含量为85.5%。Chenopodiaceae的含量为0%~11.1%,平均3.2%。Asteraceae的含量为0%~4.8%,平均3.0%。Poaceae的含量为0%~2.5%,平均1.5%。Thalictrum的含量为0%~3.2%,平均含量为1.5%。Sanguisorba的含量为0%~1.6%。其他如Ephedra,Corylus,Taraxacum仅在部分样品中少量或个别出现。少量或零星出现的木本类型有Pinus,Quercus,Betula,Abies等。蕨类孢子和藻类如Polypodiaceae,Selaginella,Concentrisystes在样品中零星出现。本组合孢粉浓度较低,类型单调,反映的植被类型是以蒿属为主的草原,气候冷干。

Figure 3. Quaternary pollen percentage diagram for the ZK3 core in Beijing

图3. 北京ZK3孔第四纪孢粉图谱

组合带2:(493.8~311.3 m, 2.5~1.6 Ma)

该组合中,草本与灌木花粉含量为9.5%~98.7%,平均79.0%。木本花粉含量为0.3%~31.4%,平均3.7%。蕨类孢子和藻类的含量为0.3%~90.1%,平均17.3%。草本植物花粉中Artemisia的含量为6.7%~92.0%,平均含量为55.9%。Chenopodiaceae的含量为0.3%~21.2%,平均6.5%。Poaceae的含量为0%~17.0%,平均5.2%。Asteraceae的含量为0%~17.3%,平均3.8%,其中Taraxacum型的含量为0%~13.4%,平均1.3%;Aster型的含量为0%~4.6%,平均1.5%;Saussurea型的含量为0%~3.9%,平均1.1%。Polygonum的含量为0%~19.4%,平均1.2%,其中以喜湿润的散孔型为主(0%~19.4%)。喜湿润的草本类型还有Cyperaceae (0%~3.2%),Typha (0%~16.2%,平均1.4%),Myriophyllum (0%~17.0%),Potamogetonaceae (0%~5.8%)等。其他如Labiatae (0%~3.1%),Thalictrum (0%~2.3%),Ephedra (0%~2.9%),Nitraria (0%~6.4%),Corylus (0%~2.1%),Salix (0%~2.3%),Tamarix (0%~1.9%),Elaeagnaceae (0%~1.8%),Ranunculaceae (0%~1.9%),Roaceae (0%~2.1%),Liliaceae (0%~1.2%)等仅在部分样品中少量或个别出现。木本植物花粉类型中Pinus的含量为0%~30.0%,平均2.2%。其他如Picea (0%~2.0%),Ulmus (0%~3.6%),Quercus (0%~1.2%),Betula (0%~1.3%),Carpinus (0%~1.1%),Abies,Tsuga,Podocarpus,Cupressaceae,Tilia,Alnus,Juglans等在个别样品中少量或零星出现。蕨类孢子和藻类中Polypodiaceae的含量为0%~37.6%,平均5.3%。Selaginella的含量为0%~22.0%,平均2.7%,以Selaginella sinensis (0%~21.3%,平均2.3%)为主。Pediastrum,Pteris,Lycopodium,Osmunda,Concentrisystes (0%~3.4%)在少量样品中零星出现。本带孢粉浓度有所升高,反映的植被类型仍然是以蒿属为主的草原,在某些时段出现水生植物含量高值、蕨类孢子与藻类占优势,反映了植被的波动和湖泊的多期次扩张。

组合带3:(311.3~204.2 m, 1.6~1.0 Ma)

该组合中,草本与灌木花粉含量为49.1%~98.9%,平均76.8%。木本花粉含量为0%~26.0%,平均12.5%。蕨类孢子和藻类的含量为0.9%~27.7%,平均10.7%。草本植物花粉中Artemisia的含量为28.2%~93.4%,平均含量为58.0%。Chenopodiaceae的含量为1.5%~20.3%,平均6.7%。Poaceae的含量为0%~14.3%,平均3.1%。Asteraceae的含量为0%~6.3%,平均1.9%,其中Saussurea型的含量为0%~4.7%,平均1.2%;Aster型的含量为0%~2.9%;Taraxacum型的含量为0%~1.6%。Polygonum的含量为0%~14.1%,平均1.2%,其中以喜湿润的散孔型为主(0%~13.7%,平均1.1%)。喜湿润的草本类型还有Cyperaceae (0%~5.8%,平均1.0%),Typha (0%~7.3%),Myriophyllum (0%~2.1%),Potamogetonaceae (0%~1.8%),Sparganium (0%~2.6%)等。其他如Ephedra (0%~4.6%),Nitraria (0%~2.1%),Thalictrum (0%~1.2%),Corylus (0%~1.3%),Salix (0%~2.1%),Tamarix (0%~4.4%),Ranunculaceae (0%~4.3%),Labiatae (0%~1.1%),Umbelliferae,Sanguisorba等仅在部分样品中少量或个别出现。木本植物花粉类型中Cupressaceae含量为0%~25.6%,平均4.1%。Pinus的含量为0%~18.3%,平均3.7%。其他如Picea (0%~4.3%),Tsuga (0%~2.1%),Larix (0%~1.0%),Abies,Betula (0%~5.8%,平均1.4%),Quercus (0%~4.9%,平均1.3%),Ulmus (0%~3.6%),Tilia (0%~1.5%),Castanea,Carpinus,Liquidambar,Pterocarya,Juglans,Podocarpus等在个别样品中少量或零星出现。蕨类孢子和藻类中Polypodiaceae的含量为0%~16.4%,平均3.7%。Selaginella的含量为0%~3.1%。Pediastrum (0%~1.3%),Concentrisystes,Pteris等在样品中零星出现。本带木本植物花粉含量略有升高,反映的植被类型为以蒿属为主的草原,气候较上一个阶段稍暖,在某些层位出现水生植物花粉含量高值,反映了气候与植被的波动和湖泊的2次扩张。

组合带4:(204.2~157.5 m, 1.0~0.78 Ma)

该组合中,草本与灌木花粉含量为23.4%~94.9%,平均77.3%。木本花粉含量为2.8%~75.5%,平均18.0%。蕨类孢子和藻类的含量为0%~15.0%,平均4.7%。草本植物花粉中Artemisia的含量为8.0%~73.8%,平均含量为55.8%。Poaceae的含量为0.3%~27.3%,平均7.6%。Chenopodiaceae的含量为0%~12.8%,平均3.2%。Asteraceae的含量为0%~10.6%,平均2.9%,其中Saussurea型的含量为0%~4.3%,平均1.3%;Aster型的含量为0%~6.3%,平均1.6%。Polygonum的含量为0%~2.3%,其中以喜湿润的散孔型为主(0%~1.9%)。喜湿润的草本类型还有Cyperaceae (0%~5.8%,平均1.1%),Typha (0%~20.4%,平均2.2%),Myriophyllum (0%~2.5%),Potamogetonaceae (0%~1.3%)等。其他如Humulus (0%~9.1%),Ephedra (0%~9.0%),Thalictrum (0%~2.8%),Sanguisorba (0%~2.3%),Umbelliferae (0%~1.1%),Labiatae,Nitraria,Corylus,Salix,Oleaceae,Ranunculaceae (0%~1.1%),Taraxacum仅在部分样品中少量或个别出现。木本植物花粉类型中Cupressaceae含量为0%~73.1%,平均12.6%。Pinus的含量为0%~4.7%,平均1.7%。其他如Picea (0%~1.8%),Tsuga,Abies,Betula (0%~6.4%,平均1.5%),Ulmus (0%~4.9%),Quercus (0%~2.3%),Tilia (0%~1.6%),Castanea (0%~1.4%),Carpinus (0%~1.2%),Alnus,Liquidambar等在个别样品中少量或零星出现。蕨类孢子和藻类中Selaginella sinensis的含量为0%~8.8%。Concentrisystes,Zygnema (0%~1.1%),Spirogyra (0%~9.3%)等在样品中零星出现。本带孢粉浓度较高,以出现柏科花粉峰值为特征,喜湿类型的百分含量较高,说明植被在某些时段一度由草原演化为以柏科为建群种的疏林草原,气候变得较为冷湿,这与中更新世气候转型期全球气候变冷、变幅增大相呼应。

组合带5:(157.5~86.6 m, 0.78~0.124 Ma)

该组合中,草本与灌木花粉含量为20.1%~100%,平均85.0%。木本花粉含量为0%~27.6%,平均5.9%。蕨类孢子和藻类的含量为0%~78.4%,平均9.2%。草本植物花粉中Artemisia的含量为7.9%~95.9%,平均含量为70.3%。Poaceae的含量为0%~34.5 %,平均5.1%。Chenopodiaceae的含量为0%~7.8%,平均2.1%。Asteraceae的含量为0%~8.3%,平均2.6%,其中Saussurea型的含量为0%~5.2%,平均1.1%;Aster型的含量为0%~5.0%,平均1.0%。Polygonum的含量为0%~6.3%,其中以喜湿润的散孔型为主(0%~5.5%)。喜湿润的草本类型还有Cyperaceae (0%~2.8%),Typha (0%~4.1%),Myriophyllum (0%~2.0%),Sparganium,Potamogetonaceae等。其他如Umbelliferae (0%~10.2%),Thalictrum (0%~5.0%),Sanguisorba (0%~2.9%),Humulus (0%~2.8%),Ephedra (0%~1.5%),Taraxacum (0%~2.9%),Ranunculaceae (0%~1.0%),Labiatae,Nitraria,Corylus,Salix,Caprifoliaceae,Acanthaceae,Cruciferae仅在部分样品中少量或个别出现。木本植物花粉类型中Cupressaceae含量为0%~19.4%,平均1.8%。Pinus的含量为0%~18.7%,平均1.2%。其他如Picea (0%~2.2%),Betula (0%~19.3%,平均1.7%),Quercus (0%~4.9%),Alnus (0%~1.5%),Tilia (0%~1.3%),Tsuga,Abies,Ulmus,Castanea,Carpinus,Podocarpus等在个别样品中少量或零星出现。蕨类孢子和藻类中Polypodiaceae的含量为0%~16.3%。Selaginella的含量为0%~1.9%。Concentrisystes (0%~2.0%),Lycopodium,Zygnema等在样品中零星出现。本带木本植物花粉含量下降,草本花粉含量升高,植被为以蒿属为主的草原,气候冷干。在某些层位出现水生植物含量高值、蕨类孢子与藻类占优势,反映了植被的波动和湖泊的两次扩张。

组合带6:(86.6~0.7 m,0.124 Ma-至今)

该组合中,草本与灌木花粉含量为39.5%~100%,平均91.9%。木本花粉含量为0%~22.1%,平均2.6%。蕨类孢子和藻类的含量为0%~38.4%,平均5.5%。草本植物花粉中Artemisia的含量为9.3%~97.4%,平均含量为73.5%。Chenopodiaceae的含量为0%~22.6%,平均6.6%。Poaceae的含量为0%~6.8 %,平均1.7%。Asteraceae的含量为0%~17.2%,平均2.8%,其中Saussurea型的含量为0%~17.2%,平均1.7%;Aster型的含量为0%~5.4%。Polygonum的含量为0%~5.2%。喜湿润的类型Myriophyllum的含量为0%~17.5%,平均1.6%。其他少量或零星出现的类型还有Cyperaceae (0%~5.4%),Typha (0%~10.7%),Sparganium (0%~3.3%),Potamogetonaceae (0%~7.3%)等。其他如Umbelliferae (0%~2.0%),Thalictrum (0%~2.9%),Ephedra (0%~1.4%),Ranunculaceae (0%~1.4%),Oleaceae (0%~1.4%),Nitraria (0%~1.2%),Corylus (0%~1.4%),Sanguisorba,Taraxacum,Labiatae,Salix,Caprifoliaceae,Cruciferae,Caryophyllaceae等仅在部分样品中少量或个别出现。木本植物花粉类型中Pinus的含量为0%~14.5%,平均1.0%。其他如Cupressaceae (0%~2.8%),Abies (0%~1.4%),Picea,Betula (0%~1.1%),Quercus (0%~3.5%),Sapindaceae (0%~2.3%),Tilia,Ulmus (0%~1.4%),Castanea (0%~3.3%),Carpinus,Acer等在个别样品中少量或零星出现。蕨类孢子和藻类中Selaginella的含量为0%~33.7%,平均2.1%。Polypodiaceae的含量为0%~13.1%。其他如Concentrisystes (0%~7.6%),Pediastrum,Pteris,Spirogyra,Zygnema等在样品中零星出现。本带反映的植物类型为以菊科蒿属、藜科为主的草原,气候冷干。在某些层位出现水生植物含量高值,反映了植被的波动和湖泊的多次扩张。

5. 结论

本次研究通过ZK3钻孔岩芯孢粉分析重建了北京地区第四纪以来植被演化历史,总体上为疏林草原–草原植被所覆盖。这与前人研究 [3] [5] [6] [7] [15] 得出的北京地区不同地质历史时期的植被无论在属种类型还是在含量变化上都较为吻合。

早更新世,含4个组合带,其中,1带孢粉浓度较低,类型单调,反映的植被类型是以蒿属为主的草原,气候冷干。2带孢粉浓度有所升高,反映的植被类型仍然是以蒿属为主的草原,在某些时段出现水生植物含量高值、蕨类孢子与藻类占优势,反映了植被的波动和湖泊的多期次扩张。3带木本植物花粉含量略有升高,反映的植被类型为以蒿属为主的草原,气候较上一个阶段稍暖,在某些层位出现水生植物花粉含量高值,反映了气候与植被的波动和湖泊的2次扩张。4带孢粉浓度较高,以出现柏科花粉峰值为特征,喜湿类型的百分含量较高,说明植被在某些时段一度由草原演化为以柏科为建群种的疏林草原,气候变得较为冷湿,这与中更新世气候转型期全球气候变冷、变幅增大相呼应。中更新世,含1个组合带,本带木本植物花粉含量下降,草本花粉含量升高,植被为以蒿属为主的草原,气候冷干。在某些层位出现水生植物含量高值、蕨类孢子与藻类占优势,反映了植被的波动和湖泊的两次扩张。晚更新世以来,含1个组合带,本带反映的植物类型为以菊科蒿属、藜科为主的草原,气候冷干。在某些层位出现水生植物含量高值,反映了植被的波动和湖泊的多次扩张。

需要说明的是,本文中孢粉组合带4反映了本区早中更新世之交发生的明显的气候变迁,这种明显的第四纪气候转型在整个中国大陆均有较好的类比性。这一时期,青藏高原隆起造成的降温与全球性气候变化降温叠加,使其进入冰冻圈,开始发育大规模的冰川 [16]。在黄土高原地区,以往的研究表明,在0.85 MaB.P.时,风成粉尘突然越过太行山、秦岭和西北部山地的围限,分布到辽宁地区、山东半岛 [17] 华北平原以及新疆地区 [18],这个时期也是气候转型和气候极端事件发生之时 [19]。

资助项目

中国地质调查局项目(12120113012000, 1212011301290)资助。

NOTES

*通讯作者。

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