《Quaternary Science Reviews》:Fluvial strath terraces in the eastern Nihewan Basin, North China — implications for basin evolution and hominin occupation over the past 300 ka
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•在泥河湾盆地东部识别出六个级别的河流阶地。•通过单颗粒石英和K-长石光释光测年建立了可靠的年代学框架。•该阶地序列重建了湖泊退缩以来盆地尺度的地貌演化过程。•在过去约30万年中,地貌变迁影响了古人类的栖息与活动。引言古代人类在选择栖息地时的基本条件包括良好的通风、开阔的视野
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在泥河湾盆地东部识别出六个级别的河流阶地。
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通过单颗粒石英和K-长石光释光测年建立了可靠的年代学框架。
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该阶地序列重建了湖泊退缩以来盆地尺度的地貌演化过程。
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在过去约30万年中,地貌变迁影响了古人类的栖息与活动。
引言
古代人类在选择栖息地时的基本条件包括良好的通风、开阔的视野、充足的阳光、临近水源、丰富的食物资源、足够的活动空间以及安全性。满足这些要求的地点通常位于低山丘陵地带、洞穴内或沿河岸的区域(Garcia, 2013; Kelly, 2013; Tan et al., 2022)。然而,旧石器时代的人群改造自然环境的能力有限,只能被动地选择适合活动的面貌类型(Garcia, 2013)。世界上许多中石器时代和新石器时代的遗址都位于河流景观中,反映了这一时期河流环境在古人类活动中所发挥的重要作用(Antoine et al., 2007, 2015; Chauhan et al., 2017; Mishra et al., 2007)。当气候变化或构造活动减弱了河流的输沙能力或增加了其径流量时,河流地貌可从沉积转变为下切(Bridgland and Westaway, 2008; Huggett, 2017; Pazzaglia, 2013)。河流下切可逐步将河谷底部改造为阶梯状的河流阶地,这些阶地可能同时保留了地貌景观演变的证据和人类活动的考古遗存(Mishra et al., 2007)。这一关系与泥河湾盆地尤为相关,因为中更新世晚期古湖退缩及随后一体化河流系统的发展从根本上重组了盆地的地貌格局(Yang et al., 2020)。从湖泊环境到河流环境的转变,为研究长期地貌演化如何影响旧石器时代可占据的环境提供了重要契机。
泥河湾盆地位于华北平原与内蒙古高原的过渡地带(图1a),是研究中国北方第四纪环境变化和人类演化的最重要地区之一。该盆地以其从早更新世(Ma et al., 2024a; Zhu et al., 2001, 2004)延续至全新世早期(Feng et al., 2024; Rui et al., 2019; Shitaoka and Nagatomo, 2013)的连续旧石器时代地层序列而闻名,此外还有被称为泥河湾组的灰绿色河湖沉积物(Deng et al., 2008, 2019; Liu et al., 2018a)。中更新世晚期,泥河湾古湖退缩并经桑干河峡谷排水(图1b),促进了盆地与区域河流系统的整合,此后持续的河流下切逐步重塑了原先的湖泊地貌(Han et al., 2016; Liu et al., 2018a; Luo et al., 2024; Zhang et al., 2011)。然而,盆地内的桑干河主要流经厚层的未固结河湖沉积物中,这些沉积物容易被侵蚀和改造,因此对河流长期下切历史的保存十分有限。相比之下,从盆地山地边缘汇入的众多沟谷和支流切入了基岩。由于这些支流的水面高程最终受主干河流基准面的控制(Goode and Burbank, 2009),其下切过程和保留的基岩阶地可以间接记录区域河流的下切历史(Pazzaglia, 2013; Schanz et al., 2018)。然而,这类基岩阶地的年代学约束仍然很差。
基于我们此前对盆地东部南白山旧石器时代遗址的野外调查(Ma et al., 2026),识别出了一套保存良好的河流基岩阶地序列。在此基础上,本研究试图回答三个问题:(1) 阶地序列的年代学揭示了泥河湾盆地古湖退缩后河流下切的时序和模式是什么?(2) 构造驱动、气候变异和本地地貌条件如何共同影响阶地的形成与保存?以及(3) 由此产生的地貌演化如何影响泥河湾盆地旧石器时代人群可居住环境的可利用性和使用方式?
各章节摘要
泥河湾盆地的地质与地貌背景
泥河湾盆地是山西断陷盆系的一部分,该盆系是一组在新生代区域性构造伸展作用下形成的、呈东北走向的伸展性盆地,位于华北平原与内蒙古高原的过渡地带(图1a; Chen et al., 2015; Liu et al., 2018b; Yuan et al., 2009)。盆地四周被抬升的山脉环绕,边缘有活动断层约束,形成典型的断层控制型山间盆地(图1a)。盆地内填充了厚层的
野外方法
对沙河沿岸的河流阶地露头进行了系统性的识别、记录和采样。由于阶地表面通常被黄土和斜坡沉积物覆盖,野外调查重点放在可以清晰观察阶地序列内部结构的自然和人工露头上。每个地点的详细野外记录包括照片、岩性描述、颗粒特征、地貌位置及与
河流阶地
基于野外调查,通过16处阶地露头,沿沙河北岸识别出六层河流阶地(T6–T1)(图2b和c),其基岩面高程分别距现代河床约26–27米、17–20米、10米、5–6米、3米和1米(图S2–S7)。分别对河流上段和下段建立了综合阶地剖面图(图4)。以下概述了这六层阶地,关于16处阶地露头的更详细信息见
光释光年龄的可靠性
由于缺乏适用于其他测年方法的合适材料,光释光年龄的可靠性无法独立验证;但以下多条证据支持其可靠性:
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光释光信号性能。石英和K-长石颗粒的光释光信号表现出快速初始衰减,大部分信号在刺激后的前0.5秒内衰减至低水平(图S9)。剂量恢复试验表明,K-长石MET-pIRIR信号和
结论
本研究在泥河湾盆地东部沙河沿岸识别出六层保存良好的河流基岩阶地(T6–T1),并利用光释光测年技术建立了可靠的年代学框架。该阶地序列的年代结果为:T6为318.9–241.0千年,T5为208.0–204.1千年,T4为117.0–77.1千年,T3为13.0–8.1千年,T2为6.7–4.0千年,T1小于1.9千年,各阶地间的下切速率分别为:T6–T5为19.9 ± 8.5厘米/千年,T5–T4为10.1 ± 1.2厘米/千年,
作者贡献声明
马清浩:形式分析、资金获取、验证、调查研究、可视化、方法学、论文撰写——初稿、论文撰写——审阅与编辑。梅辉杰:资源提供。黄秉柔:调查研究。张志尧:调查研究。陈晶晶:调查研究。侯爱怡:调查研究。沈昱鹤:调查研究。杜松玺:调查研究。郭玉洁:资源提供、资金获取。冯越:资金获取。李波:资源提供、指导监督、资金获取。张家福:
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金委员会资助张家福(42071003和42488201)、郭玉洁(42372207)、国家社科基金青年项目资助冯越(22CKG004)、中国留学基金委资助马清浩(202406010220)以及澳大利亚研究委员会资助李波(DP210100717)。
马清浩|梅辉杰|黄秉柔|张志尧|陈晶晶|侯爱怡|沈昱鹤|杜松玺|郭玉洁|冯越|李波|张家福