意大利北部波河平原中部晚全新世地层的形态地层学与沉积物来源

时间：2026年2月15日

来源：Geomorphology

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通过整合地貌学、地层学和沉积物来源分析，研究揭示了意大利中波河流域过去四千年（早青铜时代至现代）的河流演变与沉积特征。共划分10个形态地层单元，显示河流系统频繁改道并形成ridges、crevasse splays及泛滥平原复合体。地震液化多发生在古河道轴线区域。研究结合 radiocarbon 和考古数据，证实中世纪社会动荡与降水增加共同导致决口频率上升，同时揭示古河道迁移与2012年地震液化的空间关联性。

摩德纳-雷焦艾米利亚大学化学与地质科学系，Via Campi 103，41125，摩德纳，意大利

摘要

对河流地貌的描述很少伴随相关的冲积沉积物的三维几何形态。在这项研究中，通过综合地貌学、地层学和沉积物来源分析，我们研究了波河中游平原的地质和沉积特征及其晚全新世时期的演变过程。我们绘制并确定了十个地貌地层单元，并将其年代追溯到过去四千年。每个单元的形成时间是通过结合放射性碳测年和考古数据来评估的。每个单元都包括一套河流脊状结构以及相关的裂隙扩展和泛滥平原特征。这些地貌地层单元在地下表现为透镜状的沉积体，其底部有沼泽沉积物的标记。向上观察时，河流通道沉积物逐渐过渡为堤岸、裂隙和泛滥平原相。

波河网络在晚全新世时期的演变记录了河口三角洲顶点的向海迁移，以及人类活动对该地区地貌演变的逐渐增强影响，自文艺复兴以来河流网络发生了显著变化。地貌地层单元呈现出一种补偿性堆叠模式，反映了河道的迁移过程。中世纪时期迁移事件的增加是由于西罗马帝国灭亡后意大利半岛的政治和社会动荡以及降水量总体增加所致。晚全新世古河道的分布决定了2012年地震序列期间当地的地震响应情况，同震液化现象主要发生在古河道轴线上。

引言

过去几十年，遥感技术取得了迅速发展，使得能够详细重建地表地貌和近地表地质特征（Napieralski等人，2013年；Galone等人，2024年）。特别是高分辨率数字地形模型与卫星图像的结合使用，使得河流地貌的测绘更加精确（Ninfo等人，2011年；Martha等人，2012年；Dixon等人，2017年；Sudra等人，2023年）。

同时，地层对比技术的发展也促进了地下沉积结构的精细重建。基于相分析的预测方法，如序列地层学和古土壤地层学，有助于解析海岸和平原地区的复杂沉积结构（Kraus和Bown，1993年；Neal和Abreu，2009年；McCarthy和Plint，2013年）。

将地貌学方法（河流地貌测绘）与地层学研究技术（埋藏冲积沉积物的重建）相结合，有助于详细了解荷兰莱茵-默兹河流系统（Törnqvist，1994年；Berendsen和Stouthamer，2000年）以及墨西哥湾河流系统（Aslan和Blum，1999年；Aslan等人，2005年）的全新世演变过程。这些研究揭示了全新世期间冲积平原和三角洲平原的反复迁移现象。相比之下，在其他地区，地貌学和地层学研究很少结合进行。在意大利的波河流域，对河流地貌的地下分析通常仅限于单个河道（Piovan等人，2012年）或河曲（Giacomelli等人，2018年；Bellizia等人，2021年）。这种片面的研究方法往往无法描绘冲积单元的几何形态及其内部相变。

在意大利地质地图的框架下，我们采用了一种综合地貌学和地层学的方法，重建了过去四千年间约500平方公里区域内积累的冲积单元的地表和三维地下几何形态。研究区域位于波河以南，介于两条（亚平宁山脉）支流Secchia河和Panaro河之间（图1）。波河带来的沉积物来源于一个广阔的流域，其地球化学和岩石学特征与亚平宁山脉支流带来的沉积物明显不同，后者来源于岩石类型相对较小的流域。这些差异有助于确定冲积单元的边界。通过42个放射性碳测年数据和561个考古数据点，我们将冲积单元的三维几何形态与详细的时间序列对齐，从而能够分析：（i）沉积模式；（ii）沉积速率的空间和时间分布；（iii）迁移事件的频率。这些结果与同期气候重建数据以及研究区域内发生的主要人类活动进行了对比，以揭示：（i）不同控制因素对波河冲积平原演变的影响；（ii）人类活动与冲积过程之间的关系。

章节摘录

波河平原的地貌与地下地层

波河平原面积达47,820平方公里，是欧洲最大的冲积平原之一。该平原的最高海拔约为400米，向东逐渐降低，最终到达亚得里亚海沿岸。波河从西部阿尔卑斯山脉流经652公里，最终注入亚得里亚海，拥有141条支流（图1A）。

波河平原是波河流域的地表表现形式，该流域北起阿尔卑斯山脉，南至亚平宁山脉。这两条山脉的最外侧边界...

方法

本研究结合使用了地貌学和地层学技术来研究地表和地下的冲积单元。大部分数据是为制作意大利地质地图第184号图集（比例尺1:50,000）而收集和生成的，该图集覆盖了波河以南约500平方公里的区域（图1B和C）。

在这一低海拔地区，河流地貌通过地理信息系统（GIS）使用数字表面模型进行测绘。

相组合

对24个沉积岩心的研究区分出了属于冲积沉积系统的五种相组合：河流河道、堤岸与裂隙、排水良好的泛滥平原、沼泽以及排水不良的泛滥平原沉积物。这些相的组合将在本节中简要介绍。如需详细相描述，请参阅补充资料。

河流河道相主要由粗砂至细砂组成（图2），通常厚度可达30米...

过去四千年波河系统的演变

迁移被认为是形成冲积平原和三角洲最有效的机制之一（Kraus和Gwinn，1997年；Morozova和Smith，2000年；Makaske等人，2002年；Aslan等人，2005年；Stouthamer等人，2011年）。放射性碳测年数据和考古资料（图7、图8）显示，过去四千年间（自青铜时代早期起），该研究区域经历了多次沉积作用，形成了现今的地貌表面。除了...

结论

基于综合地貌学、地层学和沉积物来源分析，我们重建了过去四千年波河中游平原的地貌和沉积演变过程，揭示了一个极其活跃的河流系统。在约500平方公里的区域内绘制了十个地貌地层单元。每个单元都包含一套河流脊状结构、相关的裂隙扩展和泛滥平原区域，其横向范围小于15-20公里。高弯曲度的河岸与波河的流动特征有关...

作者贡献声明

L. Bruno：撰写——初稿撰写、可视化处理、验证、软件应用、方法论设计、数据整理、概念构建。L. Demurtas：撰写——审稿与编辑、验证、软件应用、数据分析、方法论设计。D. Fontana：撰写——审稿与编辑、监督、方法论设计、数据整理。W. Hong：验证、监督、方法论设计、数据分析、数据整理。I. Sammartino：撰写——审稿