開封古城黃泛沉積旋回劃分及其洪災程度反演.pdf

1、古都開封坐落在黃河下游南岸，其興衰變化除與政治、軍事和地理等因素有關以外，還與黃河密切相關。黃河水利是開封古城興盛的重要驅動因素之一，而黃河泛濫卻是城市衰落最重要的原因。自公元前361年魏都大梁城建立至今近3000年城市的演變過程中，黃河泛濫曾將開封不同朝代的城池淤埋在地下不同深度，形成了“城摞城”奇觀。
　　然而，除少數(shù)幾次進城的黃泛洪水有詳細記載以外，大多數(shù)黃河洪水散見于歷史文獻之中，且語焉不詳，缺乏深入細致的地層學研究。沉積

2、旋回是識別黃泛次數(shù)的地質學基礎，但是城市沖積地層往往受到黃泛之后城市重建等人類活動的影響，正常的粒度層序往往被擾動，給傳統(tǒng)的粒度旋回劃分帶來了巨大困難，需要尋找其他代用指標來劃分旋回。黃泛洪水對開封古城的破壞作用與洪水強度密切相關，那么如何提取地層中的洪水強度信息，科學計算歷次黃河泛濫的洪災度，就成了我們反演黃河泛濫與開封古城衰落關系的重要任務。
　　本研究在開封城區(qū)布設3個鉆孔（ZKsz、ZKyz、ZKml），在郊區(qū)布設1個對照

3、鉆孔（ZKjm），分別獲取25 m巖芯。樣品密度大多為10 cm，少部分為20 cm或30 cm。在實驗室開展樣品粒度分析，測定黑碳（BC）含量和磁化率，用 AMS14C技術進行沉積物定年。在多指標（砂黏比、黑碳和磁化率）沉積旋回綜合劃分的基礎上，提取砂黏比、旋回厚度等4個指標，綜合計算黃河泛濫洪災度（TFRI）。反演了黃河泛濫對開封古城的衰落的影響。本研究提出的沉積旋回代用指標和沖積地層洪災度反演方法可豐富相關學科研究內容，為近300

4、0年來黃河水患與開封古城興衰關系研究提供地層學證據(jù)，也可提高開封古城科技旅游含量，在一定程度上促進開封經(jīng)濟和社會發(fā)展。
　　主要研究結論如下：
　?。?）根據(jù)ZKjm粒度、黑碳和磁化率沉積旋回的對比，發(fā)現(xiàn)粒度旋回、黑碳旋回和磁化率旋回的數(shù)目基本一致，分別出現(xiàn)14個、13個和14個旋回，而且彼此界線也基本一致，最大相差在30 cm之內，吻合度極高。表明在少受或不受人類活動強烈擾動的城市郊區(qū)地層中，黑碳和磁化率可以作為劃分沖積地

5、層沉積旋回劃分的代用指標，與粒度具有相同的指示意義，為沖積物沉積旋回劃分提供了2個新的代用指標。
　　（2）城區(qū)地層由于受到黃河泛濫間斷期間城市重建和居民掏寶活動的影響，正常的粒度層序發(fā)生不同程度的擾動，從而出現(xiàn)粒度旋回數(shù)目少，并不能指示黃河泛濫的次數(shù)。相反，盡管沉積間斷期間地層的粒度層序被擾動，但是城市人類活動所排放的黑碳和金屬元素會積累在擾動地層的上部，因此地層中黑碳含量高低和磁化率大小比粒度更具有沉積間斷的指示意義，尤其適合

6、深受人類活動擾動影響城市地層沉積旋回的劃分。
　　ZKml位于開封市東北隅的河南大學明倫校區(qū)內，東北距北宋鐵塔400 m，歷史時期地勢較高，人類活動影響相對較弱。該巖芯可劃分出11個粒度旋回、14個黑碳旋回和11個磁化率旋回。最后綜合劃分為14個旋回：旋回1（＞24.3 m），旋回2（22.7～24.3 m），旋回3（20.7～22.7 m），旋回4（18.4～20.7 m），旋回5（15.1～18.4 m），旋回6（11.6～1

7、5.1 m），旋回7（8.6～11.6 m），旋回8（7.6～8.6 m），旋回9（6.7～7.6 m），旋回10（4.9～6.7 m），旋回11（3.3～4.9 m），旋回12（2～3.3 m），旋回13（1.3～2 m），旋回14（0.6～1.3 m）。
　　ZKsz位于開封市中心地帶，垂直穿越了不同朝代的地層，在開封具有典型意義。該巖芯可劃分出10個粒度旋回、13個黑碳旋回和12個磁化率旋回。ZKsz受人類活動擾動比較強烈，

8、因此僅以粒度旋回作為參考，主要依據(jù)黑碳和磁化率旋回綜合劃分出13個旋回：旋回1（＞22.8 m），旋回2（20.8～22.8 m），旋回3（19.8～20.8 m），旋回4（17.9～19.8 m），旋回5（16.3～17.9 m），旋回6（13.6～16.3 m），旋回7（10.6～13.6 m），旋回8（8.7～10.6 m），旋回9（7.1～8.7 m），旋回10（6.5～7.1 m），旋回11（3.3～6.5 m），旋回12（2

9、.3～3.3 m），旋回13（1.1～2.3 m）。
　　ZKyz位于開封市中心地帶，且離北宋皇城和明代周王府較近，垂直穿越了不同朝代的地層，具有典型意義。該巖芯可劃分出7個粒度旋回、11個黑碳旋回和10個磁化率旋回。由于該鉆孔受人類活動擾動比較強烈，地表10 m范圍內，地層的粒度旋回并不明顯，主要依據(jù)黑碳和磁化率旋回綜合劃分出13個沉積旋回：旋回1（＞23.6 m），旋回2（22.2～23.6 m），旋回3（21～22.2 m）

10、，旋回4（17.7～21m），旋回5（15.6～17.7 m），旋回6（14.6～15.6 m），旋回7（12.2～14.6 m），旋回8（10.6～12.2m），旋回9（8.4～10.6 m），旋回10（5.9～8.4 m），旋回11（3.7～5.9 m），旋回12（2.3～3.7 m），旋回13（0.6～2.3 m）。
　?。?）結合沉積物定年數(shù)據(jù)、考古勘探結果和歷史文獻記載梳理數(shù)千年來開封遭受的黃河泛濫次數(shù)。ZKml鉆孔地層

11、旋回7、8、9、10、11、12分別對應公元前225年、1387年、1399年、1461年、1642年和1841年黃泛洪水沉積。ZKsz地層旋回7、8、9、10、11和12分別對應公元前225年、1387年、1399年、1461年、1642年和1841年的黃泛洪水沉積。ZKyz地層旋回7、8、9、10、11和12分別對應公元前225年、1387年、1399年、1461年、1642年和1841年的黃泛洪水沉積。
　?。?）選取各旋回

12、沉積厚度、沙黏比、推移質與躍移質交切點粒徑、躍移質概率累積曲線斜率等洪水強度等4個指標，經(jīng)過極差標準化處理和權重系數(shù)賦值，計算出各鉆孔歷次洪災度評價數(shù)值（TFRI），采用“均值±標準差”將洪災度劃分為弱（TFRI＜0.29）、中等（0.29≤TFRI＜0.47）、強（0.47≤TFRI＜0.65）和很強（0.65≤TFRI）四個等級，定量刻畫黃河泛濫洪災程度，進而對歷史洪水對開封城市的危害程度進行對比分析和反演。
　　各鉆孔歷次洪

13、水洪災度如下：
　　ZKml地層所反映的六次大洪水事件的TFRI由大到小依次為：旋回12（Ⅲ級）＞旋回7（Ⅲ級）＞旋回8（Ⅱ級）＞旋回11（Ⅰ級）＞旋回10（Ⅰ級）＞旋回9（Ⅰ級），依次對應1841年（TFRI=0.54）、公元前225年（0.50）、1387年（0.38）、1642年（0.26）、1461年（0.16）、1399年（0.01）的洪水。
　　ZKsz地層所反映的六次大洪水事件的TFRI由大到小依次為：旋回9（

14、Ⅲ級）＞旋回7（Ⅲ級）＞旋回11（Ⅲ級）＞旋回10（Ⅲ級）＞旋回8（Ⅲ級）＞旋回12（Ⅱ級），依次對應1399年（TFRI=0.60）、公元前225年（0.59）、1642年（0.50）、1461年（0.48）、1387年（0.47）、1841年（0.46）的洪水。
　　ZKyz地層所反映的六次大洪水事件的TFRI由大到小依次為：旋回7（Ⅳ級）＞旋回9（Ⅲ級）＞旋回11（Ⅱ級）＞旋回8（Ⅱ級）＞旋回12（Ⅱ級）＞旋回10（Ⅰ級），

15、依次對應公元前225年（TFRI=0.67）、1399年（0.58）、1642年（0.39）、1387年（0.35）、1841年（0.34）、1461年（0.19）的洪水。
　?。?）將古城開封的演變歷史劃分為4個周期：春秋至戰(zhàn)國魏大梁城的興起與衰落，秦漢至北宋東京城的興起與衰落，明代開封城的復興與衰落，清代開封城的復興與衰落。其中春秋至戰(zhàn)國、明代和清代三個周期中，黃河水患是導致開封城市衰落眾多原因中最為重要的原因，借此回答了黃河