河北平山縣水簾洞遺址孢粉分析

河北平山縣水簾洞遺址孢粉分析

水浪洞遺址位于河北省平山縣北門外市。與平山縣45公里，距石家莊95公里。2009年初,景區(qū)工作人員為開辟新景點進行洞穴挖掘時,在九天沐雨瀑布之后的水簾洞中發(fā)現了大量動物骨頭化石與石器。2009年8月初,經河北省文物局舊石器考古學家謝飛等多次考察,確認這些化石與石器埋藏在古人類用火留下的灰燼層中(圖1照片1～3),許多動物骨頭碎片都有火燒過的痕跡(圖1照片4～7)。專家們根據石器和化石特征,初步認為這里古人類生存的時代可能為舊石器時代晚期。據此,河北省文物部門正式命名它為水簾洞遺址。為了認識這一洞穴形成的年代和古人類生存的環(huán)境條件,作者對水簾洞遺址及周邊地質、地貌進行了考察,并對洞穴堆積進行了初步的孢粉學研究。1險溢河流域靈秀谷河流特征沕沕水風景區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區(qū),年均氣溫8～11℃,年均降水量600mm,以7、8月份降水最多(占全年的65%～70%)。地表水系屬于滹沱河支流險溢河流域,流經景區(qū)的井子峪-沕沕水溝是險溢河的最大支流,發(fā)源于井子峪西南的黑狗尖東坡,在塔崖匯入險溢河,爾后入崗南水庫。井子峪-沕沕水溝為典型的季節(jié)性河流,只有其支流靈秀谷常年流水,但匯入井子峪-沕沕水溝后很快又滲入地下。靈秀谷的常年流水源于大型石灰?guī)r溶洞——靈泉洞中的圣母泉,泉水噴涌,四季不竭,平均流量0.25～0.35m3/s,常年保持16～18℃水溫。圣母泉泉水出靈秀谷,在谷口形成落差93m的百丈飛瀑和45m的九天沐雨等多級瀑布和跌水(圖1照片8～10)。2巖石學和地質特征沕沕水景區(qū)內出露的最古老地層為中元古界長城系常州溝組石英砂巖,其上發(fā)育下古生界寒武系和奧陶系以碳酸鹽巖為主的地層。中-下寒武統饅頭組為紫色頁巖夾灰?guī)r、白云巖,常形成緩坡或負地形;中寒武統張夏組以厚層鮞狀灰?guī)r和藻灰?guī)r為主夾鈣質頁巖,常形成陡崖地貌;上寒武統崮山-炒米店組為黃綠色頁巖、灰色薄層灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r互層,多形成緩坡或溝谷;上寒武統-下奧陶統三山子組為白云巖、灰質泥質白云巖、白云質灰?guī)r組合,常形成懸崖峭壁。各時代地層產狀平緩、近于水平(圖2)。本區(qū)受新構造運動階段性抬升、斷裂和河流侵蝕作用影響,發(fā)育有5級侵蝕面。最高1級為海拔約1000～700m的唐縣期夷平面,其余4級為沿井子峪-沕沕水溝發(fā)育的河流階地(圖3)。河流階地的形成主要受控于構造階段性抬升、氣候變化和侵蝕基準面下降等。據前人研究,本區(qū)4～1各級階地面分別形成于早更新世初期、中更新世、晚更新世和早-中全新世。靈秀谷發(fā)育在第4級階地面上,谷口處發(fā)育一個落差百余米、三面環(huán)山的圍谷。圍谷開口朝向北北東,當中堆積了厚達數十米的礫石層,礫石成分以碳酸鹽巖為主,與圍谷基巖一致,大小混雜、結構疏松,整體分選、磨圓不好,說明是原地坍塌堆積(圖1照片11)。雖然這些堆積物經過了人工挖掘改造,但其整體所展現的階梯狀形態(tài)卻明顯反映出曾遭受過后期河流不同階段的侵蝕和切割。在圍谷后壁的陡崖上形成了景區(qū)源自靈秀谷的第一級瀑布——百丈飛瀑,崖下為發(fā)育在礫石堆積層上的陶然湖-趵突泉寬緩臺地,相當于第3級階地面,此臺地之下為對應于第2級階地面的“泉華臺”,其間形成了落差45m的第二級瀑布——九天沐雨,在泉華臺到第1級階地面之間發(fā)育了第三級小瀑布(圖1照片8～10)。圍谷中的坍塌石灰?guī)r礫石層堆積后,一方面富含碳酸鈣的地下水和地表滲水在礫石空隙中產生了大量的鈣華二次沉積,將礫石層膠結在一起;另一方面不同時期的地下水和地表滲水在礫石層中匯集而成的水流又對礫石層進行著沖蝕-溶蝕作用,使礫石層中形成了多期、多層次不同形態(tài)的洞穴。水簾洞就是其中之一。3洞穴內的未固結礫石層水簾洞出露在第3級和第2級階地面之間九天沐雨瀑布后的崖壁上,與泉華臺跌水面高差約2m,因洞口被飛瀑水簾遮擋而得名(圖1照片9、12),水簾洞遺址就在水簾洞中發(fā)現。水簾洞有4個支洞,各支洞長約20～30m、高1～2m、寬1～1.5m。其中三個支洞又發(fā)育了上下兩層洞,洞間高差2～5m(圖4;圖1照片13、14)?？傮w來看,整個洞穴多數地段形態(tài)較規(guī)則,人工挖掘痕跡明顯(圖1照片12～15)。在下層洞和上層洞的側壁上,均可見到厚幾十厘米至幾米不等的灰燼層,內有大量古人用火燒過的動物骨骼碎片和石器。灰燼層上下是厚約0.5～2m含鈣質較多的棕褐色砂質粘土。它們被斷裂或各種礫石塊體所分隔,連續(xù)性遭到破壞。夾灰燼層的棕褐色砂質粘土之下為砂質膠結的礫石層,較為疏松、分選和磨圓均差。其中產狀平緩的斜層理能夠反映出是流速較為緩慢的單向水流成因,可能為早期坍塌礫石堆積被洞穴底部流水改造而成(圖1照片16);砂質粘土層之上為磨圓度較好但整體分選性差的礫石層,應是外部水流搬運而來的礫石沉積(圖1照片17)。這些礫石層同樣也呈斷續(xù)的條塊狀分布于洞穴的不同部位。事實上,水簾洞周壁顯示的沉積物層序極為混亂,原始鈣華膠結的礫石塊體、后期流水改造和搬運并經鈣質砂質膠結的礫石塊體、砂質粘土層、灰燼層、大型坍塌巖塊以及后期的鈣華沉積物等相互交錯、穿插、分隔(圖1照片18～20),反映曾經歷過多次坍塌、混雜過程。盡管如此,從灰燼層上下沉積層序組合以及灰燼層中的動物骨骼碎片、石器等特征上看,現今分布于不同高度、不同部位的灰燼層應該是同時期形成的。上述表明,鈣華膠結的礫石層結構疏松,透水性好,極易遭受侵蝕、溶蝕并坍塌(圖1照片21),因此古人類生存居住的洞穴在后期流水改造、坍塌過程中受到嚴重破壞是必然的。現今的水簾洞已非古人居住洞穴的原貌,它是在原洞穴基礎上又經近代人工挖掘改造過的。4晚更新世的構造活動基于本區(qū)河流地貌發(fā)展階段和洞穴沉積物層序組合特征,可以重塑水簾洞遺址的發(fā)育過程。早更新世及其以前,在沕沕水發(fā)育了巨大的落水洞及其地下輸水通道(地下暗河),當時的地下河道與井子峪-沕沕水溝河谷相通。中更新世初,伴隨著構造斷裂、地殼抬升和第4級河流階地下切過程,落水洞和地下暗河坍塌,形成了圍谷及其中的礫石堆積(圖1照片11)。中更新世雖是一個氣候轉型時期,但總體來說,氣候比較溫暖濕潤。因而,在中更新世中晚期長達0.5Ma的構造穩(wěn)定時期內,一方面井子峪-沕沕水溝河道在這里向南迂回展寬,侵蝕和搬運著坍塌堆積物,另一方面富含碳酸鈣的地下水和地表滲水在坍塌礫石空隙中析出大量鈣華,將松散的坍塌礫石層膠結在一起,同時地下水和地表滲水在潛水面附近或在礫石層中遇到隔水層阻擋時,便匯集成較大股流,對礫石層進行沖蝕和溶蝕作用,形成了較大規(guī)模的洞穴,如現今的幽幽谷便是當時洞穴坍塌后留下的遺跡(圖1照片22)。晚更新世初地殼的再次抬升和井子峪-沕沕水溝河流下切,形成了第3級階地(陶然湖-趵突泉臺階)。這時,在石灰華膠結的礫石堆積體內已形成的洞穴也被抬高,脫離地下潛水面,并出露在礫石堆積體被切割的陡壁上。晚更新世中晚期,地殼又進入相對穩(wěn)定階段。此時的氣候環(huán)境較為溫暖和濕潤,洞穴底部仍有地表滲水匯集成的小股水流,緩慢地搬運著沙土、侵蝕著洞穴,在洞底形成第二期的砂質膠結的礫石層、褐紅色砂質粘土層堆積。這種洞中有水的環(huán)境,為古人類的生存活動提供了良好場所,先人們夏季可擋風遮雨、冬季可避寒取暖,干渴時就近取水、饑餓時燒烤獵物,從而留下了含有石器和用燒過的動物骨頭碎塊的灰燼層。早全新世,這里的山地又一次快速抬升,河流下切,形成第2級階地和泉華臺臺階,但由于時間較短,抬升幅度不大。這期間來自靈秀谷的大洪水,不僅帶來了滾圓的巨礫,也給先人活動的洞穴帶來了災難性的沖擊,加之又受構造運動影響,洞穴發(fā)生大規(guī)模坍塌。由于地質地貌環(huán)境的改變,迫使古人的活動要做出相應調整,先人不得不遷徙它處,灰燼層的連續(xù)性也由于坍塌作用而遭破壞。晚全新世的構造活動,又一次引起了礫石堆積層的整體滑落和局部坍塌。礫石堆積體的整體滑落直接導致井子峪-沕沕水溝河道向北遷移,而局部坍塌則使洞穴當中部分地段分布大量的松散礫石堆積(圖1照片21)。5古氣候學及古氣象特征考根據地質地貌特征和河流階地發(fā)育過程可知,礫石堆積層形成于中更新世初,水簾洞形成于中更新世中晚期,晚更新世初的地殼抬升將其抬高并出露在陡崖上,晚更新世中晚期是構造穩(wěn)定階段,是適于古人類在洞中生存活動的時期。為揭示水簾洞遺址古人類生存時的環(huán)境條件,作者對1號洞穴灰燼層出露層段進行初步的孢粉分析。出露的灰燼層厚約1.5m,根據沉積結構特征又可分為上下2層,下層厚1m(未見底),為含炭灰沙質粘土和含粘土灰燼層堆積,成層性不明顯;上層厚0.5m,為灰燼層和沙粘土堆積,具水平層理(圖1照片1,2;圖5)。表明下層可能為古人類生存時的灰燼層,上層經過流水改造。在上下2個灰燼層中均發(fā)現了大量用火燒過的動物骨骼碎片和石器。孢粉樣品1～7號采自下灰燼層,8～11號采自上灰燼層。孢粉分析結果揭示,在灰燼層中含有較多的松、云杉、胡桃、板栗、榆、櫟、鵝爾櫪、禾本科和蕁麻科等植物花粉,表明古人類生存時的氣候環(huán)境較溫暖、濕潤,時代可能對應于末次冰盛期之前的間冰階。其中較多的板栗、胡桃、榆樹和禾本科花粉,可能與先人采摘板栗、核桃,食用榆錢和野生谷物有關,蕁麻科花粉較多可能與古人類活動采集纖維有關(圖5)。關于水簾洞遺址古人類生存的確切年代,由于遺址尚未正式挖掘,未能取得有代表性的系列年代測試樣品,所以尚不能確定。然而,河北省文物局舊石器考古學家謝飛等根據石器特征,認為這些石器時代為舊石器晚期,與北京周口店山頂洞人和河南安陽小南海文化遺存相當。周口店山頂洞人的年代為44～28kaB.P.,河南安陽小南海遺址的年代為距今約20～50kaB.P.,均與末次冰盛期之前的間冰階相對應。另外,吳忱對華北地區(qū)第四紀氣候變化規(guī)律的研究也表明,大約25～35kaB.P.是一個氣候暖濕期。結合“水簾洞遺址”灰燼層孢粉分析結果,以及本區(qū)地質地貌發(fā)展的階段性規(guī)律,作者初步推斷“水簾洞遺址”先人的生存活動時代可能為晚更新世中晚期30kaB.P.左右。6洞穴數量與形態(tài)分析水簾洞遺址是在中更新世以來逐漸演變形成的。晚更新世初期洞穴脫離潛水面,為古人類生存活動提供了較好場所,因此古人類在本區(qū)的活動可能是從晚更新世中晚期才開始。對灰燼層中上部層段初步的孢粉學研究表明,當時的氣候環(huán)境較為溫暖和濕潤,人類生存活動在距水源較近的位置,也許這些有流水通過的洞穴就是當時古人類活動的居住之所。在水簾洞多個支洞的側壁上都分布有可以對比的灰燼層沉積組合,說明了在古人類生存活動時期的洞穴規(guī)模應比現在的水簾洞大,但已被其后的構造運動和流水作