1 引言

自1923年英国地质学家巴尔博^[1]在泥河湾盆地进行地质古生物调查并发现古人类遗迹以来，泥河湾盆地就成为了世界各国古人类学者普遍关注的热点地区之一。侯家窑遗址（40°06′02.00″N，113°58′40.07″E）位于泥河湾盆地西北部的梨益沟西南岸，历经数次发掘，出土了大量的石制品、骨制品和哺乳动物及古人类化石，尤其是上千件的石球成为区别于其他遗址的显著特色^{[2, 3, 4, 5]}，在旧石器文化及古人类演化研究中占有重要地位。然而，从1974年遗址被发现至今，关于它所代表的古人类生存年代及遗址区的地质地貌环境等问题一直存有争议，认识尚未统一。而形成这种局面的主要原因，一方面是遗址的年代学判定结果差距较大^{[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]}，更重要的是遗址区地质地貌条件复杂，沉积地层不仅相变明显，而且地层间侵蚀间断众多，结构难以理清^{[14, 15, 16, 17, 18]}。本文作者在前人研究的基础上，于2013～2014年先后7次对侯家窑遗址区进行了地质地貌观测、高程测量、地磁测量、电阻率测深等工作，旨在通过对侯家窑遗址区地质地貌环境，尤其是与古人类生存密切相关的古河流发育情况的系统研究，阐明侯家窑古人类究竟是倚湖而居，还是倚河而居，并从沉积物发生序列揭示遗址埋藏的位次和动植物资料分析其生境，为进一步研究侯家窑古人类的生存年代和生存环境提供参考依据。

在侯家窑遗址区，广泛发育一套较为纯厚的以砂砾石为主的古河流相沉积层。该沉积层或被现今的梨益沟及其支流切割而出露于沟谷中，或由于上覆沉积层剥蚀而出露地表。地层露头剖面揭示，它嵌合于中更新世泥河湾湖相沉积层之上，不整合伏于4～10余米厚的晚更新世冲、洪积黄土层之下，总体呈NNW-SSE向展布，宽度超过1000m，不同地段厚度不等，中心部位厚度大于10m，向边部减薄直至尖灭。现将不同地段地质地貌观测部位（图1）古河流沉积物主要特征概述如下。

图 1(Fig.1)

图 1 研究区范围及测点分布图 图中A，B，…F与图4一致 Fig.1 Research area and measuring points distribution

侯家窑村西北观测区(中心位置40°06′25″N，113°58′27″E)，古河流沉积层顶面海拔高度965m左右，底界海拔高度962～953m，厚度约3～12m，为砂层、含砾砂层、砂砾石层交互沉积，总体具正粒序结构，下部砾石粗大，粒径一般为3～5cm，最大可超过20cm，向上砾石逐渐变小，粒径为1～3cm(图2a)。砂砾石磨圆度较差，多为次棱角状，反映搬运距离较短；砂砾石成分以石英为主，另有少量燧石、玄武岩、古老变质岩等，与北部熊耳山岩石类型一致。此外，砂砾石层底部冲刷构造明显，局部发育产状为 145°～190°∠10°～20°的斜层理(图2b)，显示该段古河流流向为SSE方向。

图 2(Fig.2)

图 2 侯家窑村西北古河流砂砾石沉积层 (a)砂砾石层沉积粒序结构(sand and gravel deposits grading)；(b)古河道砂砾石层底部冲刷槽和斜层理(erosion groove and oblique bedding at the bottom of the ancient river deposits) Fig.2 Sand and gravel deposits of the ancient river in the northwest of Houjiayao Village

长形沟沟口剖面(40°05′59.06″N，113°58′46.71″E)，古河流沉积层顶面海拔高度955m左右，底面海拔高度约952m，厚度3.0～3.5m(图3和图4D)，沟口向西30m左右尖灭(图4C)，与下伏泥河湾湖相沉积呈冲刷不整合(嵌合)接触，上被3m厚的冲、洪积黄土层不整合覆盖(图3)。此处的砂砾石磨圆程度、组成成分与侯家窑村西北基本相同，沉积层具下粗上细的二元结构特点:下部为粗大的砾石层、砂砾石层，粒径一般2～3cm，大者5～15cm；向上逐渐过渡为含砾砂、砂、细砂、砂土层。沉积结构特征表明这里是古河流西岸的河漫滩地带。

图 3(Fig.3)

图 3 侯家窑遗址东侧长形沟沟口古河流沉积层分布特征 ①表土+黄土(topsoil+loess)(Qh+Qp3);②古土壤层(paleosoil)(Qp2);③湖盆砂、粉砂沉积层(lacustrine sand and silt sediments)(Qp2); ④湖盆粉砂-泥质沉积层(lacustrine silt-muddy sediments)(Qp2);⑤古河流沉积层(ancient fluvial sediments) Fig.3 Ancient fluvial sediment distribution of Changxinggou mouth at the east side of the Houjiayao Site

图 4(Fig.4)

图 4 侯家窑遗址附近地层剖面对比图(剖面位置见图1) Fig.4 Stratigraphic correlation near the Houjiayao Site(refer to fig.1 for the profile locations)

长形沟-大坡底沟剖面(40°05′59.06″～40°05′56.08″N，113°58′46.71″～113°58′58.11″E)，由长形沟沟口向东南，古河流砂砾石沉积层厚度逐渐增大，至大坡底沟沟口附近出露厚度(未见底)大于5m(图3，图4E和4F)。古河流沉积层分为两个正粒序旋回层:下旋回层下部质地较纯，泥质含量少，砾石粒径一般3～5cm，大者可达15cm，砂砾石磨圆中等偏差，成分与上述相同，上部夹10～30cm厚度不等的含砾砂土层或砂土透镜体；上旋回层多夹砂泥质透镜体，砂砾石也较下旋回层明显粗大，粒径一般5～10cm，大者超过20cm，粒间空隙多被泥沙充填，与下旋回层呈冲刷不整合接触关系，说明上旋回层形成于较强的河流水动力条件。较大的沉积厚度和不稳定的斜层理产状表明，大坡底沟沟口一带已接近河道中心位置。从大坡底沟沟口向西约250m古河流砂砾石沉积层消失。

漫流堡村西梨益沟西岸剖面(40°05′42.03″～40°05′29.78″N，113°59′07.05″～113°59′16.57″E)，地表有宽约200m，呈NW-SE向延伸的孤岛状泥河湾湖相沉积层出露，其顶面海拔高度948m，南北两侧均被古河流及其厚3～7m左右的砂砾石沉积层切割充填，二者界面海拔高度940～943m(图5)。古河流沉积层经大坡底沟沟口附近可连续追溯至侯家窑村西北。从沉积结构、地层厚度、产状以及海拔高程等情况推断，岛状湖相沉积层北侧为古河流主河道，南侧是其分支河道。

图 5(Fig.5)

图 5 漫流堡村西梨益沟西岸古河流沉积层分布特征 ①表土+黄土(Qh+Qp3)；②湖盆砂、粉砂沉积层(Qp2)；③古河流沉积层(Qp2) Fig.5 Ancient fluvial sediment distribution of Liyigou west bank at the west of Manliupu Village

侯家窑遗址北断层探槽剖面(见图4A，经纬度为40°06′04.65″N，113°58′36.06″E)和遗址剖面(见图4B，经纬度为40°06′02.26″N，113°58′42.05″E)，揭露出一套厚5.1m，主要由深灰色、灰黑色粉砂质粘土、黑色泥炭层夹褐灰色砂砾石透镜体和灰色砂泥质透镜体等组成的地层，其中富含黄铁矿和云母碎片，为滞水还原环境沉积。其下与中更新世泥河湾湖相沉积层呈冲刷不整合接触关系，上被8.5m厚的中更新世晚期壤化粘土层和晚更新世冲洪积砂土不整合覆盖。灰黑色泥炭层中出土了大量的动物化石和石器^{[2, 3, 4, 5, 16, 19]}，是重要的古人类文化遗存埋藏层位。纵横向追索，这套灰黑色泥炭层在遗址北，由于被后期梨益沟切割，出露于梨益沟西南岸，宽度约40m，往南呈向西凸出的弧形带状经长形沟延伸至大坡底沟，出露宽度35～40m，分布层位与主河道砂砾石层相对应(图4)。地层剖面和高程测量结果还揭示，在弧形带状分布的泥炭层与主河道砂砾石层之间是具离堆山性质的低缓高地，为泥河湾湖相沉积层。因此从古地貌角度来看，这套以灰黑色泥炭层为特征的沉积层应形成于古河流演化过程中废弃古河道的牛轭湖滞水还原环境。

黑石头沟(图1)一带的古河流砂砾石沉积层呈近南北向延伸，东西向分布宽度约200m；出露厚度在黑石头沟火山口附近约3m，向南到侯家窑村东南逐渐增大到5m左右。虽然其主要物质成分与侯家窑村西北古河流沉积层基本相同，但在火山口以南多有火山碎屑混杂，且主成分砾石棱角分明，粒径较小，1～2cm居多，偶见大于10cm者。表明黑石头沟一带的古河流水流较小，流程较短，它由北向南绕经黑石头沟火山口旁侧，在侯家窑村东南与古河流主河道交汇，是一条古分支河流。

值得提出的是，由于后期梨益沟及其支流的强烈切割和农业耕作，古河道下游的东岸遗迹保存较少，仅在赵家窑村南约1km(40°05′55.02″N，113°59′24.59″E)的沟谷中见到古河流沉积层，其上被约4m厚的冲洪积黄土覆盖。古河流沉积主要为含砾砂层，夹杂有火山碎屑颗粒，出露厚度约1.5m(未见底)，水平层理发育，砾石粒径多为0.3～0.5cm，推测这里已接近古河流东部边缘。

为查明古河道的延伸情况，我们运用地磁测量和电阻率测深方法，对研究区西北部空旷、无人为电磁干扰的地表覆盖区下的古河道沉积体进行了追踪(图1)。测量仪器使用北京大地华龙科技有限责任公司生产的PM-2质子磁力仪(测量范围25000～80000 nT，精度±1 nT，分辨率0.1 nT)和DWJ-3B型微机激电仪(输入阻抗大于100 MΩ；一次电位分辨率为1μV，最大可测20 V；电位精度为±2 ％ ±1个字；极化率分辨率0.001 ％ ；极化率精度±2 ％ ±1个字；电流分辨率为0.01mA；电流测量精度为±2 ％ ±1个字；自电补偿范围为0～±1023mV；50Hz抑制在49.5～50 Hz范围内大于80 dB)。

地磁测量采用网格法布点，共布设测点132个。根据国际参考地磁场模型(Igrf12)计算本测区地磁场背景值为54920 nT，并以此为基础，绘制出测区实测地磁场异常强度平面等值线图( 图6a)；电阻率测深布设3条测线，共18个测点，采用直流电测深法，选用MN/AB=1/5的等比温奈尔电阻率测深装置，供电极距 AB/2为2.5m、3.5m、5m、7m、10m、14m、20m、28m、38m、50m、65m、80m和100m，所测数据用克里金插值法进行网格化，绘制了视电阻率平面等值线系列图，根据临近露头剖面古河道沉积体深度分布范围比测数据特征，选用AB/2=28m的视电阻率测深结果(图6b)。

图 6(Fig.6)

图 6 地磁场异常强度(a)和视电阻率(b)平面等值线图 Fig.6 Isoline maps of geomagnetic anomaly strength(a)and apparent resistivity(b)

可以看出，图6a正磁异常高值区(磁异常强度大于30 nT)基本与图6b右侧视电阻率高值区(视电阻率大于54Ω·m)重合，并能很好地与地表露头区古河流沉积体分布宽度和延伸方向相对应，由此推断它们反映了古河道在隐伏区的展布范围和延伸方向。

在明确古河道平面展布状况的基础上，我们还对典型露头地段中更新世泥河湾湖相沉积层顶界及古河流沉积层顶、底界进行了高程测量，并综合前述各方面观测结果，编制了侯家窑遗址区古河流地貌图(图7)，用以揭示古河流发育时期侯家窑遗址区的地貌形态特征，为进一步探讨侯家窑古人类生存环境提供依据。

图 7(Fig.7)

图 7 侯家窑遗址区古河流地貌图 Fig.7 Ancient rive Landform near the Houjiayao Site

图7表明，侯家窑遗址区古河流大致呈NNW-SSE向延伸，研究区内流域宽度超过1500m。在古河流发育时期，遗址区的古地貌形态总体向南缓倾斜，比降约1/80，而古河床则向SSE方向逐渐降低，主河道比降约1/60，黑石头沟附近的分支河道比降约1/50。从观察到的古河道遗迹来看，古河流平面形态较为复杂，既有较多的分支沟谷或分支河道，也有截弯取直遗留的牛轭湖；古河道横剖面形态呈现两岸较陡、底部宽缓下凹的特征。在古河流沉积结构类型上，既有二元结构清晰的河漫滩沉积与间夹砂泥质透镜体的粗大河床沉积，还有含黄铁矿的牛轭湖泥炭层沉积。从研究区内古河流的延伸趋势及其沉积物组成成分来看，该古河流应源于遗址区北部的熊耳山区。

确定侯家窑遗址区古河流发育的年代，是研究其能否为侯家窑古人类提供良好生存环境的关键，即只有先期古河流的存在，才有古人类移居这里的可能。

据年小美等^[20]的地层年代学研究，统一的泥河湾古湖泊大规模萎缩始于270ka B.P.，到180ka B.P.前后仅在虎头梁一带有所残留，昭示着侯家窑遗址区此时已成远离残湖的陆地，具备了古河流发育的地貌条件。浑凌云等^[21]和Li等^[22]对侯家窑遗址剖面沉积层的孢粉组合特征研究揭示，在牛轭湖相下部灰黑色泥炭层沉积时期，虽然遗址区气候温暖干旱，但山区降水量较多，能够为古河流的发育提供水文条件。Li等^[22]对侯家窑遗址剖面的光释光测年表明，牛轭湖沉积层底部向上3.8m处年龄为距今 224±22ka，顶部年龄为 177±19ka B.P.；不整合覆于其上的壤化粘土层底部年龄为 175±19ka B.P.，顶部年龄为 161±13ka B.P.；再上为不整合覆盖的晚更新世冲洪积黄土层。此外，区域地层对比分析(图4)揭示，与侯家窑遗址剖面相比，在古河流的其他地段，直接不整合覆于河道砂体之上的是冲洪积黄土层，其间缺失壤化粘土层。由此可见，侯家窑遗址区的古河流应形成于224ka B.P.前的泥河湾古湖泊大规模萎缩阶段，其发育过程中曾发生过截弯取直作用，废弃河道形成的牛轭湖在距今175ka前后消失，而主河流依然在继续发育，直至被晚更新世大规模的冲洪积物所掩埋才结束其发育历史。

自侯家窑遗址被发现至今已有40多年，但有关侯家窑古人类生存环境的争论却一直在继续。本文研究结果揭示，侯家窑遗址古人类文化遗存不是埋藏在湖沼相的泥河湾层中，而是埋藏于古河流废弃河道的牛轭湖相泥炭层及不整合于其上的壤化粘土层中。在泥炭层和壤化粘土层中都含有大量的石制品和动物化石，许多动物化石有人工打击、割划或火烧的痕迹，尤其是壤化粘土层还含有古人类化石，故而称前者为下文化层，后者为上文化层^[18]。表明侯家窑古人类在此生存于距今约224～161ka间，长达6万年之久。此时遗址区已远离残湖，所以侯家窑古人类不是倚湖而居，而是倚河而居，但其所倚河流非目前所见的梨益沟，而是发育在中更新世晚期的古河流。

侯家窑遗址剖面孢粉学研究^{[21, 22]}显示，224ka B.P.前，花粉组合中草本植物占绝对优势，以蒿属(27.3 % )、藜科(18.5 % )、禾本科(20.2 % )和菊科(6.7 % )为主，其次为麻黄和白刺花粉，还有少量香蒲科和莎草科等湿生植物花粉，表明遗址区所处的山前平原区气候温暖干旱。这一时期泥河湾古湖已大规模萎缩，陆地生态环境劣化趋势明显，唯有古河流发育地带是各类动植物生长的有利区域。而恰于此时，山地较多的降水促成了侯家窑遗址区古河流的形成，它对流域气候环境起到了调节作用，使其生境显著优于周围地区。侯家窑遗址区附近发育了以蒿属、藜科、禾本科、松、云杉为主的草原-森林植被，远离河流的地方环境干燥，生长有麻黄和白刺等植物，而在河流附近则香蒲科和莎草科等湿生植物繁茂^[21～23]。侯家窑古人类生存的224～161 ka B.P.期间，花粉组合中乔木植物花粉急剧上升，松属、云杉属等针叶树种花粉占绝对优势，其他阔叶树种相对较少；草本植物花粉含量急剧下降，表明侯家窑古人类生存时期气候寒冷，以松和云杉为主的山地针阔混交林下降至山前平原地带，但候家窑遗址周边或平原腹地仍为草原和草地景观^{[21, 22, 24]}。遗址中出土的大量动物化石以适应草原环境的披毛犀、原始牛、野马、鸵鸟、似步氏田鼠、蒙古马、野驴、许家窑扭角羊、原羚等为主，此外还有生活在草地和森林边缘的葛氏梅花鹿、河套大角鹿等，以及适应森林、灌木、野草丛生环境的虎、狼、野猪、赤鹿、鼠兔等^{[2, 3, 4, 5, 16, 19, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31]},也表明当时山区有森林覆盖，山麓和沟谷地带灌、草丛生，平原区草原繁茂，遗址区的河流及牛轭湖沼泽环境成为候家窑人和众多动物饮水捕猎的重要场地。

此外，从区域地质情况来看，遗址距离周围山地分布的古老变质岩、石英岩、玉髓、玛瑙等优质石器原料均在10km范围内，许多石料在古河流沟谷中随处可寻，对古人类来讲这里的石料是遍在性的可利用资源；从古地貌环境来看，侯家窑遗址区东北、西北和西南三面环山，呈面向东南的宽阔圈椅状，不仅光照条件良好，而且具有避风港的特点，气候相对温和，其间又有河流穿过，是各类生物生存的理想之地；从古河流发育规律来看，在遗址区形成牛轭湖之前，由于弯曲河道两岸侵蚀强度的差异，其凹岸形成了高差约15m的陡峭崖壁，古河流截弯取直形成牛轭湖后，弯曲河道的凸岸便成了外临主河道高差不足3m的低缓坡地(图7)。此时的牛轭湖区不仅适宜多种植物生长，而且水流缓滞、清澈，是各类动物优先选择食物和饮水的地方。据此可以推断，古人类在这里使用石球围猎，只需堵住牛轭湖两端出口低地，动物便难以逃脱，较之在其他地带捕猎成功率要高。距今175～161ka间，牛轭湖虽已消失，但古河流还继续发育，古人类仍在这里倚河生存。

总之，在生产力低下的旧石器时代，以狩猎和采集为主要生活方式的古人类，要在远离残湖的陆地区域生存只能寻找生境相对优越的地带，即1)那里有生存所需的食物和水源；2)要有便于寻找和利用的优质石器原料，用来制作捕猎工具；3)地势要宽阔，以方便群猎；4)在寒冷的区域气候背景下，相对温和的局部环境等。而侯家窑遗址区具备了这些优越的生存条件，因此古人类选择这里倚河而居势成必然。

本文通过对侯家窑遗址区地质地貌环境研究和高程测量、地磁测量、电阻率测深等工作以及分析前人的动植物资料，得出以下结论。

(1)在侯家窑遗址区发育一条由NNW流向SSE方向的古河流，流域宽度大于1500m。它形成于224ka B.P.前的泥河湾古湖泊大规模萎缩阶段，在其发育过程中曾发生过截弯取直作用，遗留在遗址附近的牛轭湖在距今175ka前后消失，而主河道直至被晚更新世冲洪积物掩埋后才结束其发育历史。

(2)侯家窑遗址古人类文化遗存埋藏于古河流废弃河道的牛轭湖相泥炭层及不整合覆于其上的壤化粘土层中，时限为距今约224～161ka，即侯家窑古人类在此地生活达6万年之久。

(3)牛轭湖区不仅适宜多种植物生长，而且水流缓滞、清澈，是各类动物优先选择食物和饮水的地方。古人类在这里使用石球围猎，较之在其他地带成功率高。

(4)侯家窑古人类生存时期，气候寒冷，虽然他们生活在远离残湖的陆地区域，但那里地形呈面向东南的宽阔圈椅状，光照条件良好，气候温和，其间又有河流穿过，生态环境相对优越，动植物资源较为丰富。而且遗址附近优质石器原料遍在，许多石料在河谷中即可寻到，方便石器制作。因此，对于旧石器时代以狩猎和采集为主要生活方式的古人类来讲，在寒冷的区域气候背景下，选择生境较好的侯家窑遗址区倚河而居势成必然。