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解译喇家遗址及其黄河对岸的沉积地层：一个多重暂定假说（2）
陈蕴真
博文目录：
1.研究区概况
2.对已有观点展开七项批判性思维
2.1.两个区分
2.2.距今3900年前的地震发生在哪个季节？
2.3.地震后多久发生红粘土泥流或泥石流？
2.4.地震时是否下暴雨？地震引发的是泥流还是泥石流？
2.5.红粘土层会不会是黄河大洪水的漫洪或滞流沉积？
2.6.黄河谷地的堰塞湖溃决大洪水，会在黄河下游造成多大规模的洪水？
2.7.喇家遗址及其黄河对岸的地层中有几种黑砂？各是什么成因？源自哪里的岩层？
3.重建喇家遗址区的环境变迁，预测和堰塞事件相关的黑砂层的出现位置
3.1.阶段1：距今8万至3.5万年的晚更新世
3.2.阶段2：距今3.5万年至2.4万年的晚更新世晚期
3.3.阶段3：距今2.4万年至距今8500年晚更新世晚期和早全新世
3.4.阶段4：距今8500年至距今3100年的中全新世
3.5.阶段5：距今3100年至今的晚全新世
4.关键性证据和科学问题
5.余论
2.7.喇家遗址区及其黄河对岸的地层里有几种黑砂？各是什么成因？源自哪里的岩层？
已有研究在喇家遗址区发现了四种古黑砂。第一种是从阶地下部，向上穿透黄土地层、黑垆土一红粘土互层的地震液化喷砂。第二种是充填到地震相关的裂隙或齐家文化遗存中的黑色岩屑砂。第三种是和红色粘土碎屑、黄土团块等混杂在一起的灰色、黑色岩屑砂，见于遗址的西区和西南区（图17左）。第四种是位于阶地下部，穿插在黄河河漫滩相砂层和黄土沉积中的数个紫灰色粗砂层[21]、灰黑色砂砾夹层（透镜体）和灰红一红灰岩屑砂、砂土和砂砾层（图17右）[1]。
图17. 喇家遗址区的四种黑砂。左图来自参考文献[8]，右图来自参考文献[1]。
文献[1]认为第三、四种黑砂的母岩为吕家沟上游、拉脊山南坡的寒武系变质岩和奥陶系的火成岩，但它们属于不同时代的吕家沟山洪沉积。第三种黑砂属于距今3900年前地震时发生的山洪泥石流沉积。地震后不久，沿吕家沟冲泻下来的山洪泥石流，冲毁了喇家遗址西区和西南区，也留下了第三种黑砂。第四种黑砂属于晚更新世晚期的山洪沉积。
文献[1]和[18]通过分析不同液化喷砂的砂脉如何切穿地层，比较喷砂裹挟的骨骼和F4房址内遗骸的年代差异，推断在地震之后120~250年内，遗址区域又发生了一次地震。两次地震液化喷砂，均源自阶地下部的黑砂夹层（即第四种黑砂）中较细的黑色岩屑砂。这些砂脉喷出地面后，又充填到裂缝或考古遗存中，成为上述第二种黑砂。
和黄河对岸不同，喇家遗址区二级阶地是基座阶地。基座是渗透性较差的第三系泥岩，大量地下水得以储存在阶地的河流相沉积物中（图18）。从今天阶地前缘出露三个下降泉[14]来看，喇家遗址区具备地震时发生大规模液化喷砂的条件。因此，我赞同“第一种和第二种黑砂都源自第四种黑砂”的观点。
图18.官亭盆地黄河河谷剖面图，修改自参考文献[22]的图2。和黄河对岸不同，喇家遗址区的二级阶地是基座阶地。
我已在“2.3.地震后多久红粘土泥流或泥石流？”一节中，论述了为什么充填到地震相关裂缝或齐家文化遗存中的黑砂，不可能是在距今3900年前的地震发生后不久，由堰塞湖溃决大洪水从积石峡带来的。但是，穿插在阶地下部的某些黑砂（即第四种黑砂），有没有可能是更早的堰塞湖溃决大洪水带来的，或者其形成与堰塞湖的存在有关？（这个猜想和文献[27]基于铀同位素破碎年代学的黑砂示踪测试结果不矛盾。）
文献[7,8,17]的作者都在喇家遗址对岸（黄河南岸）冲沟边坡的不同高程处，发现了多个黑砂层。文献[8]认为这些不同高程的黑砂层都是距今3900年前的地震后不久，由同一场堰塞湖溃决大洪水带来的。黑砂的母岩是积石峡东段的绿片岩（即上寒武统化隆岩群）。但文献[8]只提供了一个测年数据：P12站点（现高出黄河水面15米）黑砂层之下的粉砂沉积中的炭屑的年代为距今约5200年（图19）。这个测年数据只能说明上覆的黑砂层的沉积年代不早于距今5200年，但不足以支持P12的黑砂层的沉积年代略迟于距今3900年前的地震。
图19. 官亭盆地黄河南岸P12站点的沉积剖面示意图，OFS为黑砂层，来自文献[8]的Fig. S1。
文献[17]的作者在官亭盆地黄河南岸海拔1802米（和喇家遗址差不多）处，发现了一个青灰色砂砾混杂堆积的黑砂层，测得该层中部沉积物的光释光年代为6.1万年（图20）。该剖面的沉积物有两个来源：黄河和韩陕家村的冲沟。冲沟流域的岩性和大红山一样，下部是下第三系紫红色砂砾岩，上部为上第三系红色泥岩，它们的风化物都不是黑砂。韩陕家剖面6.1万年前的黑砂只能来自黄河。
图20. 黄河南岸韩陕家剖面6.1万年前的黑砂层。图片来自参考文献[17]的图5-10.
因此，我推测黄河南岸在不同高程上均出现黑砂层，很可能和上游不同时期的堰塞事件有关。在黄河北岸，喇家遗址所在的二级阶地的下部，可能也有和堰塞事件相关的黑砂层。以下是推理过程。
1.官亭盆地上游流域有哪些岩层产黑砂？
从区域岩石地层图看，官亭盆地黄河两岸的黑砂的母岩，是其上游黄河流域的第三纪以前的岩石，它们的岩性很复杂（图21）[5,6,24]。以贵德盆地为界，分段考察黄河流域的岩石地层。
图21. 官亭盆地以上黄河流域的岩层，来自参考文献[6]中的青海省地质图（1:250万）。
在贵德盆地以上的黄河流域，第三纪以前的岩石主要为二叠统的一套灰色碳酸盐岩和灰黄一灰紫色的碎屑岩，下三叠统灰色碎屑岩和碳酸盐岩互层，中三叠统灰一灰绿色长石砂岩夹粉砂质板岩，中三叠统灰白一灰绿色碳酸盐岩等。以上岩层的风化侵蚀产物为灰色砂砾。
能产出黑色砂砾（下简称“黑砂”）的地层很少，集中于河源地区的青根河上游和阿尼玛卿山，岩性分别为上三叠统火山岩和火山碎屑岩（灰绿一灰紫色蚀变的安山岩、凝灰质砾岩等）和中晚古生代的蛇绿混杂岩。因此，河源地区黑砂产量有限。而且，这些黑砂从支流汇入黄河的地点距官亭盆地很远，在搬运过程中，与沿程的灰色床沙发生了充分的交换、混合。它们作为水下沙洲，整体抵达官亭盆地并沉积下来的几率极小。所以，在考察官亭盆地的黑砂层时，暂不考虑河源地区黑砂的影响。
在贵德盆地至官亭盆地之间的黄河流域，第三纪以前的岩层在黄河南北侧差异较大。黄河南侧分布不少三叠系隆务河群，总体上岩性为灰绿色一灰黑色一黑灰色砂岩、板岩夹薄层灰岩。黄河南侧还出露不少侏罗纪和白垩纪时期的花岗闪长岩（灰红色）。黄河北侧的拉脊山地区，主要为晚寒武系六道沟组和元古界化隆岩群，以及少量奥陶系石英闪长岩（灰白色）和志留系花岗闪长岩。
六道沟组分布在拉脊山中段和东段，为一套火山岩和火山碎屑岩系，主要岩性为灰绿色安山岩、暗紫色蚀变安山岩、灰绿一灰黑色的凝灰质板岩和变质细碎屑岩。六道沟组硬度大，抗风化侵蚀能力强。拉脊山东段的六道沟组遭遇浅变质，颜色较深。
化隆岩群主要分布在黄河以北的化隆至贵德地区，是一套中高级变质岩系，岩性为黑灰一灰黑色的黑云斜长片麻岩、黑云钾长片麻岩、角闪黑云片麻岩、黑云石英片岩、黑云长英片岩、角闪片岩、二云片岩、石墨片岩、石英岩等。化隆岩群是典型黑砂的来源。化隆岩群在西部以片麻岩为主，往东片岩的比重提高。片岩的硬度较小、抗风化侵蚀能力小且对气候变化更敏感。
从岩石颜色看，隆务河群、六道沟组和化隆岩群都是黑砂的母岩。因此，在贵德盆地至官亭盆地之间，黄河南北的许多支流和冲沟，如贵德盆地东面的尕让河、汇入公伯峡的隆务河、在戈龙布滑坡下游直线距离不足2公里处汇入黄河的支流（河口位于循化清水乡专堂村，下简称“专堂村支流”）、官亭盆地的吕家沟，都产黑砂。
2.区分成为悬移质的黑砂和成为推移质的黑砂
源自化隆岩群中的片岩的黑砂，粒径较小、颜色较黑，如专堂村支流和尕让河产的黑砂。而源自六道沟组的黑砂，粒径较大、颜色较浅，以灰黑色的砾石为主，如吕家沟的黑砂。
有研究发现，在喇家遗址对岸的黄河当代河漫滩沉积物中，虽然未见显著的黑砂夹层，但被鉴定为“绿片岩岩屑”的黑砂，占比依然有6.7%[7]。推测粒径较小的黑砂作为悬移质在黄河中输运，它们主要来源于化隆岩群的片岩，少数来自其他岩层的黑色风化矿物（黑云母和角闪石等）。粒径较大的黑砂作为推移质输运，它们源自隆务河群、六道沟组以及化隆岩群的片麻岩。
另外，在松坝峡、李家峡、尖扎盆地和公伯峡的部分河段，岸坡的岩性是化隆岩群。积石峡出口附近，黄河穿行而过的岩层有一小片六道沟组（图8）。这些河段的河床和岸坡直接向黄河供应黑砂。
图8. 积石峡至喇家遗址之间，黄河两岸的岩层。在积石峡出口附近，黄河穿过一片六道沟组岩层。在戈龙布滑坡下游不远处汇入黄河的专堂村支流，产黑砂（源自化隆岩群）。来自“第四记”app提供的1:25万地质图。
不管是支流汇入的黑砂，还是河床和岸坡供给的黑砂，它们的输移和沉积，都对堰塞湖的演变很敏感。
3.堰塞湖的存在和溃决，如何影响黑砂的侵蚀、搬运和沉积？
史前时期，在积石峡内，当马儿坡或戈龙布河段存在滑坡坝时（图8），上游来沙被拦截在堰塞湖里。其中，随支流的洪水、以推移质形态汇入黄河的黑砂（隆务河群、六道沟组、化隆岩群的岩屑），沉积在堰塞湖底的河道中。源自第三系红层、第四系粉砂岩和细砂岩的粉砂、细砂（以及少量化隆岩群片岩的细小岩屑），以悬移质形态汇入黄河，沉积在阶地和岸坡上，形成我们今天见到的堰塞湖相沉积（图22）[9]。
图22. 戈龙布II期滑坡的堰塞坝残留体和上游的堰塞湖相沉积剖面，来自参考文献[9]的图4.
堰塞湖拦沙，黄河的床沙质急剧减少，处于严重不饱和状态。为使床沙质恢复到饱和状态，在滑坡坝下游一段距离内，水流侵蚀、下切河床。这降低了专堂村支流（离两个滑坡坝很近）的侵蚀基准面，有利于支流洪水将前期储存的化隆岩群岩屑，以“零存整取”的方式释放到黄河中。大量岩屑汇入黄河后，以水下沙洲的形态，整体向下游移动。很快进入官亭盆地后，有些化隆岩群的岩屑整体沉积下来，长久保存在黄河河床深处或河漫滩的沉积物中，形成黑砂夹层。
当滑坡坝溃决、发生溃决大洪水时，原来被滑坡坝拦截的黑砂、堆积在专堂村支流河口洪积扇上的黑砂、积石峡出口附近岸坡上的黑砂，都可能被特大洪水以“零存整取”的方式带入黄河，作为床沙质整体向下游移动，再整体沉积到官亭盆地的黄河河床或河漫滩上。类似文献[8]中黄河南岸P11站点那种大厚度的黑砂层（图23），很可能是堰塞湖溃决大洪水带来的。
图23.黄河南岸P11站点的厚层黑砂，图片来自参考文献[8]的Fig.S4。
溃决大洪水中较细的黑砂，也可能被特大洪水带到黄河两岸的冲沟内，甚至阶地上，成为漫洪、滞流沉积的组成部分。由于特大洪水搬运的悬移质泥沙，多为来自积石峡以上的灰黄色或黄橙色的悬移质泥沙，黑砂占比较少。因此，在冲沟两岸和阶地上形成的漫洪、滞流沉积，不可能大范围呈现较深的黑色。局部包含较多黑砂的洪水滞流沉积，可能呈现灰色调。
晚更新世以来，除了积石峡内有戈龙布滑坡活动，更上游的群科一尖扎盆地（下简称“群尖盆地”）内有多个巨型古滑坡活动（图16）。群尖盆地内的滑坡堵塞黄河河道，形成堰塞湖后，滑坡坝下游的公伯峡河段下切。这既增加了公伯峡内源自化隆岩群的黑砂的供给，也降低了隆务河的侵蚀基准面，有利于源自隆务河群的黑砂，随洪水以“零存整取”的方式汇入黄河。
图16. 晚更新世以来龙羊峡至寺沟峡的黄河干流河段的古滑坡群，群尖盆地的巨型滑坡多次堰塞黄河。修改自参考文献[9]的图1。
群尖盆地的堰塞湖溃决后，堰塞湖拦截的黑砂、隆务河口冲积扇上堆积的黑砂、公伯峡岸坡上的黑砂、循化盆地和积石峡内的黑砂，都会被特大洪水以“零存整取”的方式带入黄河。从公伯峡输出的黑砂整体向下游移动，边扩散、边分选、边和沿程的床沙发生交换，仍有一部分可能抵达官亭盆地，沉积为一定规模的黑砂层。
已有调查研究显示，进入官亭盆地的黑砂，大部分沉积在黄河南岸，原因应是黄河两岸的水动力存在差异。但是，不排除有一部分黑砂沉积到黄河北岸。因此，在喇家遗址所在的地点，阶地下部的灰黑色砂砾夹层或者透镜体，除了可能是吕家沟洪积扇上部的季节性山洪的沟床沉积，也可能是黄河的河床相沉积。至于阶地下部的灰红一红灰色岩屑砂、砂土和砂砾层或紫灰色粗砂层，它们大部分应是吕家沟或岗沟洪积扇中部或末端的季节性山洪沉积，有些是事件性的泥石流沉积，不排除某个灰红一红灰色岩屑砂、砂土层和紫灰色粗砂层是黄河堰塞湖溃决大洪水溢出冲沟的漫洪沉积。（第二篇完，待续。）
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