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2020 , Vol. 40 >Issue 5: 853 - 862

DOI: https://doi.org/10.13249/j.cnki.sgs.2020.05.020

青海喇家遗址地层划分及齐家文化废墟覆盖层成因分析

  • 王海燕 , 1 ,
  • 庞奖励 , 1 ,
  • 黄春长 1 ,
  • 周亚利 1 ,
  • 炊郁达 1 ,
  • 查小春 1 ,
  • 郭永强 2 ,
  • 张玉柱 3 ,
  • 尚瑞清 1 ,
  • 王兆夺 1
展开
  • 1.陕西师范大学地理科学与旅游学院,陕西 西安 710119
  • 2.中国科学院成都山地灾害与环境研究所,四川 成都 610041
  • 3.西北大学城市与环境学院,陕西 西安 710127
庞奖励,教授。E-mail:

王海燕（1989-）,女,山西晋中人,博士研究生,主要从事资源开发与环境演变研究。E-mail:

收稿日期: 2019-05-07

  要求修回日期: 2019-09-19

  网络出版日期: 2020-08-18

基金资助

国家自然科学基金项目(41771110)

国家自然科学基金项目(41971116)

国家自然科学基金项目(41801060)

中央高校基本科研业务费专项资金(2019TS021)

版权

版权所有，未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
收起

Stratigraphic Subdivisions and Formation of the Sediment Overlying the Lajia Ruins of the Qinghai Province

  • Wang Haiyan , 1 ,
  • Pang Jiangli , 1 ,
  • Huang Chunchang 1 ,
  • Zhou Yali 1 ,
  • Cuan Yuda 1 ,
  • Zha Xiaochun 1 ,
  • Guo Yongqiang 2 ,
  • Zhang Yuzhu 3 ,
  • Shang Ruiqing 1 ,
  • Wang Zhaoduo 1
Expand
  • 1. School of Geography and Tourism, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, Shaanxi, China
  • 2. Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Science, Chengdu 610041, Sichuan, China
  • 3. College of Urban and Environmental Science, Northwest University, Xi’an 710127, Shaanxi, China

Received date: 2019-05-07

  Request revised date: 2019-09-19

  Online published: 2020-08-18

Supported by

National Natural Science Foundation of China(41771110)

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摘要

对喇家遗址进行了全面的野外考察,在其北部发现完整连续的全新世黄土-古土壤地层剖面。通过系统采样、粒度和磁化率等多种指标测试,结合OSL技术测年断代,建立了完整的土壤地层序列。深入分析土壤沉积物性质与地表过程,揭示了覆盖齐家文化废墟的沉积物的成因。研究结果表明：喇家遗址土壤沉积物地层层序自地表向下依次为：现代土壤（MS,0~1.50 ka B.P.）→全新世晚期风成黄土（L0,1.50~3.10 ka B.P.）→全新世中期古土壤（S0,3.10~8.50 ka B.P.）→全新世早期过渡性风成黄土（Lt,8.50~11.50 ka B.P.）→晚更新世晚期马兰黄土（L1,>11.50 ka B.P.）。其中全新世中期黑垆土古土壤（S0）被3组红色粘土质泥流（RC3、RC2和RC1）和山洪沙土（FFD）沉积层穿插分隔为4个亚层（S0上、S0中上、S0中下和S0下）。这证明黑垆土发育过程中,在OSL年龄3.96~3.65 ka,对应于14C年龄3.85~3.60 ka B.P.出现一个山洪泥流盛行期,来自于盆地北侧沟谷的大规模暴雨山洪泥流,在大红山前古洪积扇前沿溢出沟槽、扩散覆盖了黄河第二级阶地面的土地。其中与大地震相伴随的第一期暴雨山洪泥流过程,摧毁了喇家遗址齐家文化聚落,造成居室内人群的死亡。

关键词： 喇家遗址; 全新世; 地层序列; 黑垆土; 史前灾难

本文引用格式

王海燕 , 庞奖励 , 黄春长 , 周亚利 , 炊郁达 , 查小春 , 郭永强 , 张玉柱 , 尚瑞清 , 王兆夺 . 青海喇家遗址地层划分及齐家文化废墟覆盖层成因分析[J]. 地理科学, 2020 , 40(5) : 853 -862 . DOI: 10.13249/j.cnki.sgs.2020.05.020

Abstract

During detailed field investigations, a complete and continuous Holocene soil and sediment profile (SLJ) was identified in the northern part of the Lajia Ruins. On the basis of field pedo-sedimentological observation and descriptions, as well as physic-chemical analysis and OSL dating on the soil and sediment samples, a complete pedo-stratigraphic sequence was established in the ruins. Meanwhile, the cause of sediment overlying the Lajia Settlement of the Qijia Culture was revealed through in-depth analysis of soil sediment properties and surface processes. The results show that the pedo-stratigraphic sequence of the profile includes the modern soil (MS, 0-1.50 ka B.P.) -the recent loess (L0, 1.50-3.10 ka B.P.) -a composite palaeosol layer (S0, 3.10-8.50 ka B.P.)-transitional loess (Lt, 8.50-11.50 ka B.P.)-the Malan Loess (L1, >11.50 ka B.P.). The mid-Holocene palaeosol (S0) is intercalated by three thin intervals of red clay (RC3, RC2, RC1) and the flashflood deposit (FFD), and thus subdivided into four sub-layers (S0-upper, S0-upper middle, S0-lower middle, S0-lower). This proves that there was a prevailing period of flashfloods and mudflows in the development of palaeosol, which is dated by OSL as 3.96-3.65 ka, corresponding to14C ages of 3.85-3.60 ka B.P.. During this period, the large-scale rainstorm-induced flashfloods and mudflows were thus triggered in the headwaters of the gullies, and overflowed the trenches at the front of the ancient diluvial fan of Great Red Hills and spread over the land of the second terrace of the Yellow River. The Lajia Settlement of the Qijia Culture and the adjacent farmland were overtaken by the first rainstorm-induced flashfloods and mudflows during which women and children were killed in their dwellings.

Key words： Lajia Ruins; Holocene; stratigraphic sequence; palaeosol; pre-historical catastrophes

青藏高原史前环境变化和灾害及其对人类社会发展的影响受到学术界的关注[1,2,3]。官亭盆地喇家遗址是以齐家文化为主的大型聚落遗址,以其罕见的史前灾难遗迹而闻名于世。喇家遗址受到国内外地质学家、人类学家、考古学家、历史学家以及各类主流媒体的广泛关注,研究主要集中于聚落布局及其时空演变、房址布局、人类遗骸、生活器具、饮食文化等方面[4,5,6,7]。关于喇家遗址毁灭废弃与史前灾难的成因是学术界争论的焦点问题,其关键是对覆盖喇家遗址齐家文化古地面在土壤沉积物地层序列中的具体位置和包裹齐家文化人类遗骸的红色粘土和沙土的性质、来源和形成机制等持不同的见解[8,9,10,11,12,13,14]。
官亭盆地黄河北岸山麓古洪积扇前沿和黄河第二级阶地地形破碎,地表过程极其复杂。在遗址范围之内,难以找到完整连续的全新世土壤沉积物地层序列,土壤沉积物成因和地层序列不甚清楚。齐家文化废墟所在的地层位置,以及各种地表过程沉积物之间的相互关系混乱,史前人类开发利用土地资源及其造成的影响也尚未被深入揭示出来。对喇家遗址及其周围进行了全面的野外考察,在喇家遗址北部区域上喇家村庙前取土坑发现完整连续的全新世土壤沉积物剖面。其地层叠压关系清晰,人类活动影响较少,尤其是穿插在全新世古土壤中的山洪沙土与红色粘土质泥流层次界限明确可靠。本文对上喇家剖面（SLJ）土壤沉积物的宏观特征和磁化率、粒度成分进行系统研究,主要目的是在官亭盆地黄河北岸第二级阶地建立完整的全新世土壤与沉积物地层序列,深入分析喇家遗址齐家文化废墟覆盖物的成因,为探索喇家遗址毁灭原因提供可靠的沉积学证据。

1 研究区地理背景

官亭盆地是青藏高原东北麓与黄土高原西南缘接界处的山间河谷盆地。盆地内年平均气温为8~9℃,蒸发量为2 000~2 100 mm,降水量为250~300 mm,气候比较温和。盆地新构造运动强烈,地震时有发生。拉脊山断裂带穿过盆地西部,以逆冲活动为主,晚更新世和全新世时期活动频繁[15]。盆地西部是由古老变质岩和白垩系沙岩泥岩砾岩构成的高山,海拔超过4 000 m,南北则是由第三系红色沙、沙砾和粘土层构成的丘陵沟壑,海拔为2 300~2 500 m。黄河自西向东流经盆地,两岸发育河流阶地或者新老洪积扇,平均海拔介于1 760~1 860 m。古洪积扇前沿和阶地表面皆覆盖有不同厚度的风成黄土。其中北岸第二级阶地最为发育,虽被众多支沟分割,但阶地面基本保持平坦。阶地面由北向南倾斜,阶地前缘高出黄河河水位约25~35 m,为典型的基座阶地,基底为晚第三纪红色粘土,阶地河床相卵石层与河漫滩相灰黄色沙层构成二元结构,其上覆盖有晚更新世-全新世黄土土壤沉积层系。官亭盆地发现约有50处新石器-青铜器时代的考古遗址,包括马家窑文化（5.3~4.0 ka B.P.）,齐家文化（4.2~3.6 ka B.P.）,卡约文化（3.6~2.6 ka B.P.）和辛店文化（3.4~2.7 ka B.P.）[16,17,18]。喇家遗址位于黄河北岸风成黄土覆盖的古洪积扇前沿和黄河第二级河流阶地面,海拔为1 790~1 815 m。这是吕家沟、马家沟和岗沟汇聚的低洼地带,在全新世时期常常会受到来自这些沟谷的暴雨山洪泥流过程的影响。

2 研究材料与方法

2011-2017年,对官亭盆地喇家遗址及其周边进行了多次地貌学、水文学、土壤学、沉积学以及地层学综合野外考察,在黄河北岸古洪积扇前沿第二级阶地上喇家村南部庙前台地,发现了完整连续的原生土壤沉积物地层剖面。确定其地理位置为35°51′52″N,102°48′20″E,海拔1 813 m,进行详细观察研究和系统采样（图1）。上喇家剖面是建筑开挖形成的新鲜陡坎,剖面中上部是取土坑壁自然颜色,底部是全新世中期黑垆土古土壤层下段（S0下）,为新开挖暴露出来的,因为雨季含水量较高,故颜色较深。剖面厚约4 m,土壤沉积物层次关系清楚,在黑垆土古土壤层中所夹山洪沙土及红色粘土质泥流层界线清晰,与上覆、下伏的古土壤在宏观结构、颜色、结构等方面突变明显,其中黑垆土古土壤层下段（S0下）正是喇家遗址齐家文化时期村落边缘人类活动的古地面,不排除人类活动造成土壤层的损失变薄（图2）。根据剖面土壤沉积物野外颜色、质地、结构和生物扰动等沉积特征,并结合室内磁化率和粒度等理化指标对土壤沉积地层进行了详细划分与描述 (表1)。
图1

官亭盆地喇家遗址和上喇家剖面位置

Fig.1 Satellite image showing the location of the Lajia Ruins and the studying Shanglajia profile (SLJ) in the Guanting Basin

图2 官亭盆地上喇家剖面土壤沉积物地层序列与磁化率

地层序列含义见表1

Fig.2 Photography and the pedo-stratigraphic subdivisions and including magnetic susceptibility in SLJ in the Guanting Basin

表1 官亭盆地喇家遗址上喇家剖面（SLJ）土壤沉积物地层划分与描述

Table 1 Pedo-stratigraphic subdivisions and sedimentary descriptions of the Shanglajia profile (SLJ) in the Lajia Ruins in the Guanting Basin

地层层位 土壤学与沉积学特征描述
现代土壤（MS） 0~60 cm,棕色（7.5YR4/6）,粉沙质地,团粒构造,含有个别小石子,比较坚硬,多蚯蚓孔和粪团,多植物根系
全新世晚期风成黄土（L0） 60~120 cm,浊橙色（7.5YR6/4）,粉沙质地,团块-块状构造,比较疏松,含有少量蚯蚓孔和粪团,受到一定程度的成壤改造
全新世中期古土壤层上段（S0上） 120~180 cm,浊红棕色（5YR5/3）,粉沙质地,团粒构造,比较疏松,多蚯蚓孔和粪团,结构面有白色可溶盐粉霜沉淀,为发育成熟度很高的黑垆土。其底部对应于卡约/辛店文化时期（3.60~3.40 ka B.P.）人类活动扰动层,局部可见断续的灰烬透镜体薄层
山洪沙土沉积层（FFD） 180~200 cm,橙色（2.5YR6/6）,松散,无分选,岩性成分混杂
红色粘土质泥流沉积层（RC3） 200~222 cm,橙色（2.5YR6/6）,下部粉沙质粘土质地,块状构造,比较坚硬
全新世中期古土壤层中上段（S0中上） 222~265 cm,灰棕色（5YR6/2）,粉沙质地,团粒-块状构造,比较疏松,含有木炭屑,属于黑垆土
红色粘土质泥流沉积层（RC2） 265~288 cm,上部浊红棕色（2.5YR5/4）,下部橙色（2.5YR6/6）,粉沙质粘土质地,比较坚硬,团块-块状构造
全新世中期古土壤层中下段（S0中下） 288~298 cm,灰棕色（5YR6/2）,粉沙质地,团粒-块状构造,属于黑垆土
红色粘土质泥流沉积层（RC1） 298~346 cm,橙色（2.5YR6/6）,粉沙质粘土质地,团块-块状构造,比较坚硬。所夹暗色层为灰棕色（5YR6/2）,比较坚硬
全新世中期古土壤层下段（S0下） 346~390 cm,灰棕色（5YR5/2）,粉沙质地,团粒-团块状构造,比较疏松,裂隙和结构面含有白色可溶盐类粉霜,属于黑垆土,为马家窑文化-齐家文化时期耕作天然土壤。其顶面为喇家遗址齐家文化时期（4.15~3.85 ka B.P.）人类生活的古地面
全新世早期过渡性风成黄土（Lt） 390~430 cm,浊棕色（7.5YR6/3）,粗粉沙质地,块状构造,疏松,受到较弱的成壤改造
晚更新世晚期马兰黄土（L1） 430 cm~,浊黄橙色（10YR7/3）,粗粉沙质地,均质块状构造,致密而疏松,含有蜗牛壳,多细小孔隙,其中有灰白色可溶盐类沉淀,向下夹有山洪沙土质透镜体薄层
野外对剖面清理后,自上向下每4 cm连续采样,共采集112个沉积学样品。将样品自然风干后,在陕西师范大学地科院实验室进行磁化率、粒度等指标的测试。具体步骤如下：称取10 g风干土样采用英国Bartington公司生产的MS-2B型磁化率仪（0.47/4.7 kHz）进行磁化率测定。称取约0.20~0.40 g土样,先后注入10%的H2O2和HCl以去除样品中有机质、次生碳酸盐类完成前处理,采用美国Beckman公司生产的LS13320型激光粒度仪进行粒度测量,测量前半小时加入5 mL 0.05 mol/L的(NaPO3)6分散悬浮,测试范围为0.04~2 000 μm,遮光度控制在8%~12%,相对误差小于4%。

3 实验结果与分析

上喇家剖面磁化率介于11.10~85.20×10-8m3/kg之间（图2）。其中全新世中期古土壤层段（S0上、S0中上、S0中下、S0下）整体呈现高值（48.25×10-8m3/kg、69.25×10-8m3/kg、38.48×10-8m3/kg、70.96×10-8m3/kg）。相比而言,黄土层位（L0、Lt、L1）呈现较低值（39.63×10-8m3/kg、42.14×10-8m3/kg、40.38×10-8m3/kg）。现代土壤层（MS）呈现较高值（46.15×10-8m3/kg）。而山洪沙土沉积层（FFD）和红色粘土层（RC3、RC2、RC1）呈现出明显的低值,为22.38×10-8m3/kg、17.48×10-8m3/kg、36.90×10-8m3/kg和27.02×10-8m3/kg。沙土沉积层和红色粘土层磁化率值突变降幅较大,与其上下古土壤层以及黄土层的平缓变化形成鲜明对比（图2）。由此,根据磁化率在剖面中的变化特征,可以清晰界定山洪沙土层和红色粘土质泥流层的层位。
粒度组分能更精确地判定不同层位土壤沉积物的结构及质地特征。上喇家剖面土壤沉积物样品粒度组成差异较大（图3）。在黑垆土古土壤中,S0中上、S0中下和S0下以细粉沙（2~16 μm）为主（43.83%、45.69%和42.88%）,沙级颗粒（>63 μm）含量最少（9.07%、7.16%和8.43%）。而S0上以粗粉沙（16~63 μm）为主（35.58%）,粘粒含量最少（12.57%）。粘粒/粉沙在各个古土壤层段（S0上、S0中上、S0中下、S0下）呈现较高值（0.18、0.22、0.21、0.20）。其中值粒径（Md）分别为20.03 μm、10.47 μm、9.74 μm、11.54 μm,平均粒径（Mz）分别为34.32 μm、18.49 μm、16.77 μm、19.19 μm,故可知黑垆土古土壤质地为粉沙。由于受山洪沙土粗颗粒成分混入,S0上颗粒偏粗一些。黄土层位（L0、Lt、L1）以粗粉沙为主（35.22%、40.26%、41.46%）,粘粒含量最少（9.77%、9.12%、7.56%）;粘土/粉沙呈现低值（0.14、0.12、0.11）;中值粒径（Md）为21.03 μm、19.72 μm、28.66 μm,平均粒径（Mz）为37.55 μm、27.21 μm、41.67 μm,均属粗粉沙,因此,该剖面风成黄土质地为粗粉沙或沙质粉沙。现代土壤层（MS）以细粉沙为主（43.03%）,粘粒含量最少（9.69%）,其Md和Mz分别为14.52 μm和24.68 μm,因此,现代土壤层亦为粉沙质地。
图3 官亭盆地上喇家剖面土壤沉积物地层序列及其粒度成分变化

地层序列含义见表1

Fig.3 Pedo-stratigraphy and grain-size distribution in SLJ in the Guanting Basin

全新世中期古土壤中所夹3组红色粘土层（RC3、RC2、RC1）粒度成分均以细粉沙含量为主（39.06%、49.08%、53.46%）,Md分别为26.02 μm、7.80 μm、6.79 μm,Mz分别为55.09 μm、15.07 μm、11.76 μm。粘粒/粉沙呈现高值（0.23、0.25、0.28）,其中上组（RC3）较下2组（RC2、RC1）粗颗粒含量较多,颗粒偏粗,显然是受到其覆山洪沙土的影响。山洪沙土沉积层（FFD）沙粒含量呈现整个剖面的最高值（41.42%）,粘粒含量最少（9.86%）。Md和Mz亦达到剖面的最高值（49.11 μm和97.96 μm）,多灰黑色角闪石等岩石矿物碎屑,成分混杂,无分选,明显区别于黄土古土壤与红色粘土层。
上喇家剖面土壤沉积物的粒度自然频率曲线形态各异,区别显著（图4）。古土壤层（S0上、S0中上、S0中下、S0下）在粗粉沙区间内（30~35 μm）呈现一个主峰,在细粉沙区间（5~10 μm）呈现次一级峰,峰态中等,分选较差。马兰黄土层（L1）和过渡性黄土层（Lt）在35~40 μm呈现峰值,峰态尖窄突出,粒度集中,分选较好,在L1中有粗粒尾部,符合野外观察到马兰黄土底部夹有沙土透镜状层的实际情况,而全新世晚期风成黄土（L0）在粗粉沙和细粉沙都出现峰值,表明其受到一定程度的风化成壤作用,分选性较差。红色粘土质泥流层（RC3、RC2、RC1）峰值出现在细粉沙段（5~10 μm）。山洪沙土层（FFD）的峰值分布在沙级范围内,整体粒度组成偏粗。
图4 喇家遗址上喇家剖面不同土壤沉积物粒度端元分布特征

Fig.4 Results of end member analysis of the soil and sediments in SLJ in the Guanting Basin

官亭盆地古洪积扇前沿黄河第二级阶地土壤沉积物是当中地表过程综合作用的产物,其全样粒度成分与参数是判断其搬运动力和沉积环境的重要代用指标。而从多峰的粒度频率分布曲线中分离出各种不同的粒度组分,对深入理解沉积环境与地表过程具有重要意义[19,20,21]。本文根据Paterson等[19]提出改进的端元分析模型,对上喇家剖面古土壤（S0）,红色粘土（RC）,山洪沙土层（FFD）,风成黄土（L1）等几个关键层位代表性样品粒度数据进行进一步非参数化分解（图4）,最终分离出4种端元组分。对于全新世中期黑垆土（S0）样品,EM2（平均粒径9.82 μm）和EM3（平均粒径43.67 μm）含量相对较高,而EM1（平均粒径5.11 μm）和EM4（平均粒径194.23 μm）含量较低。典型风成黄土（L1）的EM3含量最高。红色粘土层（RC）中,EM1的含量最高。山洪沙土（FFD）沉积层EM4含量最高,其它几个端元含量很少或者没有。这就清楚得说明了红色粘土层的粒度成分总体比风成黄土和古土壤都要细,而山洪沙土沉积层的粒度成分比其它层明显偏粗。这种数据处理方法似乎比较有效地区分出了不同地表过程、不同环境形成的土壤和沉积物,有助于深入理解史前地表过程的变化规律。

4 讨论

4.1 土壤沉积物地层层序与年代框架

在官亭盆地的野外调查发现,黄河北岸山前巨大古洪积扇前沿地带与黄河第二级阶地,受到吕家沟、岗沟、王石沟、马家沟及其众多支沟分割,加上多场史前古地震破坏,地裂缝密布,沟槽反复改道迁移,山洪泥流漫溢堆积,其沉积层遇到雨水又会重新液化流动,沟岸不断坍塌陷落,地面支离破碎。从喇家遗址及其周边沟岸和崖坎地埂随处可见的一些古文化层和灰烬层的分布,可以看出人类占据这片土地已有5 000多年。其不同时期对于土地资源开发利用的影响,与不同类型的地表过程交织,使得区域内全新世土壤沉积物的类型和地层结构复杂多变。这也是造成不同领域专家学者对于喇家遗址史前灾难性质及其成因的认识出现争议的根本原因。
经过对官亭盆地长期野外考察,在喇家遗址北部区域上喇家村庙前地带的施工取土坑发现出露完整连续的全新世土壤沉积物剖面（SLJ）,为黄河北岸第二级阶地顶部风成黄土覆盖层。该剖面的显著特点是全新世中期黑垆土古土壤层中夹有若干个红色粘土层和沙土层,其层界清晰可靠,与齐家文化层和卡约/辛店文化层之间的层位关系明确,风成黄土与古土壤及现代土壤之间的界线呈现过渡状态。对剖面沉积物进行高分辨率系统采样,结合野外宏观特征和室内理化指标分析对其地层层序进行详细研究,建立了遗址东部区域完整的土壤地层层序（表1,图2）。剖面底部在430 cm以下沉积物呈浊黄橙色（10YR7/3）、粗粉沙质地,均质块状构造,致密而疏松,含有蜗牛壳,细小的空隙内可见有灰白色可溶盐类沉淀。磁化率较低（40.38×10-8m3/kg）,粒度成分以粗粉沙含量（41.46%）为主,属于晚更新世晚期由强烈沙尘暴过程堆积形成的马兰黄土的上段。在390~430 cm,呈现浊棕色（7.5YR6/3）,粗粉沙质地,块状构造,疏松易碎。磁化率值较马兰黄土高（42.14×10-8m3/kg）,主要以粗粉沙含量（40.26%）为主,表明其受到较弱的成壤改造,是全新世早期由沙尘暴堆积形成的过渡性风成黄土（Lt）。剖面中部120~390 cm,其原生沉积层主体是全新世中期大暖期在沙尘暴基础上形成的黑垆土（S0）,色调呈现灰棕色（5YR5/2）到浊红棕色（5YR5/3）,粉沙质地,团粒构造,比较疏松多孔,多蚯蚓孔和粪团,结构面有白色可溶盐粉霜沉淀。理化指标分析显示磁化值较高（60.13×10-8m3/kg）,粒度成分以细粉沙（39.51%）为主,为发育成熟度很高的古土壤,与黄土高原中部全新世中期典型黑垆土相当。
但是该剖面的黑垆土古土壤层（S0）之中夹有3组红色粘土层（RC3、RC2、RC1）和沙土层（FFD）,将其分割成4个亚层（S0上、S0中上、S0中下、S0下）。红色粘土层呈现橙色（2.5YR6/6）到浊红棕色（2.5YR5/4）,粉沙质粘土质地,块状-棱块-团块状构造,致密且坚硬,破碎块体常分裂为锐角棱块状,但是遇雨水则会液化而流动,具有饱水的碎屑物质固体流黏滞流动沉积的特点[14]。磁化率呈现低值,以细粉沙含量为主,峰值出现在细粉沙段。位于红色粘土层RC3之上的沙土层（FFD）较松散,岩性成分混杂,无分选。磁化率值同样呈现低值,沙砾含量达剖面最高。在喇家遗址废墟区域,考古发掘揭示出齐家文化居室及其内的人体遗骸和生活器物设施等,皆被这种红色粘土和沙土填充覆盖或者包裹。而泥流泥土之中,常见混杂有沙团、石子、黄土团块、灰烬、木炭屑、陶片等聚落地面垃圾废物。有些地段似乎为稀性泥流沉积,呈现水平产状,具有风化假层理。而有些地段则大小团块混乱堆积,内部呈现出粘稠流动形成的扭曲翻卷状态。在近沟道地势低洼地带,泥流过程似乎旺盛,粘土泥流层厚度增大,层数增多,而黑垆土层缺失。况且,有些地段红色粘土质泥流层与山洪沙土层（FFD）密不可分,常常呈现出渐变过渡关系（图2,表1）。这些充分表明它们都是来自于支流沟谷的大规模山洪与泥流过程扩散沉积的产物。
该剖面上部60~120 cm呈现出浊橙色（7.5YR6/4）,粉沙质地,团块-块状构造,比较疏松,含有少量蚯蚓孔和粪团,磁化率为39.63×10-8m3/kg,以粗粉沙含量（35.22%）为主,受到一定程度的成壤改造,为全新世晚期风成黄土（L0）。该层之上的现代土壤（MS）,呈棕色（7.5YR4/6）,粉沙质地,团粒构造十分发育,多蚯蚓孔和粪团,多植物残体和植物根系,磁化率值较高（46.15×10-8m3/kg）,粒度成分以细粉沙含量为主（43.03%）。
结合该剖面OSL测年结果[22],以及与喇家遗址综合性地层剖面（LJYZ）的土壤地层层序和年代框架的对比分析,确定黄河北岸第二级阶地基本的风成黄土土壤地层层序和年代框架具有一致性[14,23]。剖面从上到下划分为：现代土壤（MS,0~1.50 ka B.P.）→全新世晚期风成黄土（L0,1.50~3.10 ka B.P.）→全新世中期古土壤（S0,3.10~8.50 ka B.P.）→全新世早期过渡性风成黄土（Lt,8.50~11.50 ka B.P.）→晚更新世晚期马兰黄土（L1,>11.50 ka B.P.）,该地层层序与黄土高原地区全新世黄土土壤地层序列完全一致[24,25]。

4.2 齐家文化废墟覆盖层成因分析

在喇家遗址齐家文化聚落的核心区域,考古发掘揭示出其西部西南部是被灰红色（10R6/2）到浊红橙色（10R6/3）或杂色的具有斜层理的山洪沙土层覆盖掩埋。而东部和东北部的居室、生活器物和设施,以及人体遗骸都是被红色粘土质泥流层（RC）覆盖掩埋。经过野外调查追索,发现遗址东西部物源不同,覆盖遗址西部西南部的山洪沉积物来源于吕家沟,是沟源区拉脊山东坡黑色灰黑色岩屑及沟道中游第三系红层丘陵沟壑区沙质与粘土质坡积物的混合物;覆盖遗址东部东北部的泥流来源于岗沟,主要是第三系红层丘陵沟壑区粘土质坡积物。我们在喇家遗址内外广大区域所进行的地貌学与沉积学调查,发现这些红色粘土质泥流和山洪沙土沉积物主要分布在盆地北侧古洪积扇前沿黄河第二级阶地低洼地带。这些古洪积扇是来自于第三系红层丘陵沟壑区的吕家沟、岗沟、马家沟的山洪和泥流泥石流过程进入官亭盆地快速堆积的产物。由于构造抬升和沟道下切,沟槽深度可达20~25 m,成为深邃的峡谷,沟岸剖面显示出是由分选磨圆很差的杂色沙砾石层、沙土层、红色粘土层构成。沿着岗沟全程进行调查追索（图5）,可知岗沟源自于大红山南坡,其源区土壤侵蚀与水土流失十分强烈,几乎寸草不生,成为“丹霞地貌”,其总体形态正是一个规模巨大的山洪泥流疤痕（Mudflow scare）。官亭盆地北部边缘的第三系红层丘陵沟壑区边坡,在大大小小沟头地带,这种巨大的勺子状的山洪泥流疤痕随处可见（图1）。全新世时期以来,山前深切古洪积扇的沟槽属于山洪泥流泥石流的流通区（图5）。而喇家遗址-喇嘛坟-二方村遗址所占据的黄河第二级阶地面,地势低洼,多条沟槽汇聚,尤其是岗沟,沟槽切入地面约8~10 m。源自于拉脊山东坡和第三系红层丘陵沟壑区的现代的暴雨山洪和泥流,也是通过这些沟槽直接流入黄河,并且在汇入口堆积形成了现代洪积扇,并且迫使黄河向南侧移形成弯道（图1）。在我们野外调查过程当中,就观察到了发生在2012年7月29日和2018年9月2日的特大暴雨山洪泥流过程及其扩散掩埋公路和居民院落的情况。当然,在全新世时期王石沟、岗沟、吕家沟和马家沟沟槽还都比较浅,特大暴雨山洪泥流泥石流过程,就会溢出沟槽扩散到阶地表面,覆盖土地和聚落形成巨大灾难。
图5 官亭盆地喇家遗址岗沟山洪泥流泥石流形成过程纵剖面（a）和平面（b）示意

Fig.5 Longitude profile(a) and plane(b) showing the forming process of flashflood and debris flows along the Ganggou gulley in relation to the Lajia Ruins

如前所述对于上喇家剖面（SLJ）样品的多种理化指标分析,表明覆盖喇家遗址齐家文化聚落废墟的正是这种红色粘土质泥流和山洪沙土沉积层。它是岗沟、吕家沟和马家沟的山洪泥流过程,从其源区第三系红层丘陵沟壑区域搬运堆积的产物[12,14]。由于全新世大暖期后期的气候恶化,以及从马家窑文化-齐家文化时期人类在官亭盆地及其周边红层丘陵沟壑区土地资源开发利用活动的影响,水土流失极为严重,斜坡面和沟道形成大量松散物质的堆积、加上多场大地震造成滑坡、崩塌,在频繁发生的强对流暴雨天气,造成大规模山洪和泥流泥石流普遍发生。而处于古洪积扇前沿低洼地带的喇家遗址,正是被溢出沟槽大范围扩散的红色粘土质泥流和山洪沙土所覆盖掩埋而毁灭。我们对于上喇家剖面进行了系统的OSL测年断代[22],表明在OSL年龄3.96~3.65 ka,对应于喇家遗址14C年龄3.85~3.60 ka B.P.[6,11,18],在大约250~300 a时间里,有3期大规模暴雨山洪泥流过程在古洪积扇前沿溢出吕家沟、岗沟和马家沟沟槽、扩散覆盖黄河第二级阶地。
在青藏高原东北边缘,以官亭盆地为代表的黄河谷地,以及更北侧的支流湟水河谷,史前文化繁荣昌盛,类型多样。同时它们也是史前人类及其农业文化向着青藏高原传播扩散发展的主要通道。但是在这样一个地形高差巨大,新构造运动活跃、人类活动影响突出的区域,受到长期土地资源开发利用影响,在全新世大暖期后期气候恶化的情况之下,加之地震、滑坡和崩塌等灾害频繁,灾难性地表过程及其给史前人类造成的影响问题就特别突出。我们在湟水谷地的调查,曾经发现著名的马厂塬遗址在4.90~4.80 ka B.P.也曾经发生大地震和大规模山洪泥流过程,沿着其南侧的第三系红层丘陵沟壑区流出,经过洪积扇倾斜平原,覆盖了遗址周边的土地[26]。这里,可以说官亭盆地内齐家文化粟黍类谷物种植农业在3.60 ka B.P.的衰落,以及其后卡约文化以放牧为主、青稞大麦谷物种植为辅,辛店文化以粟黍类谷物种植为辅的混合型农业在3.60~3.40 ka B.P.的兴起,与气候恶化和灾难性及其造成的土壤土地资源退化有着直接的关系。

5 结论

1) 在喇家遗址北部建立了完整连续的土壤沉积物地层层序,自地表向下依次为：现代土壤（MS,0~1.50 ka B.P.）→全新世晚期风成黄土（L0,1.50~3.10 ka B.P.）→全新世中期古土壤（S0,3.10~8.50 ka B.P.）→全新世早期过渡性风成黄土（Lt,8.50~11.50 ka B.P.）→晚更新世晚期马兰黄土（L1,>11.50 ka B.P.）。这个序列及其年代框架与黄土高原中部的风成黄土土壤序列相同。
2) 全新世中期黑垆土古土壤（S0）被3组红色粘土质泥流（RC3、RC2和RC1）和山洪沙土（FFD）沉积层穿插分隔为4个亚层（S0上、S0中上、S0中下和S0下）。证明了全新世中期古土壤发育期间,在OSL年龄3.96~3.65 ka,对应于喇家遗址 14C年龄3.85~3.60 ka B.P.,曾出现一个山洪泥流盛行期。该剖面地层序列清楚显示在大约250~300 a里,曾经发生过3期大规模暴雨山洪泥流溢出沟槽、扩散覆盖黄河第二级阶地面的事件。
3) 喇家遗址的齐家文化聚落文化层位于黑垆土古土壤下段（S0下）的顶面,被山洪沙土或者红色粘土（RC1）覆盖掩埋。表明与大地震相伴随的暴雨山洪泥流过程毁灭了喇家遗址的齐家文化聚落。

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