泥河湾盆地因其发育良好的河湖相地层“泥河湾层”^[1]及其丰富的哺乳动物化石^[2]和早期人类遗存而闻名于世^{[3, 4]}，在第四纪地质学、古生物学、古地磁学、旧石器考古学等研究领域都在世界上占有举足轻重的地位^{[3, 5, 6]}，特别是在探究东亚早期人类的演化与环境的适应性问题上发挥着不可代替的作用^[6~9]。在泥河湾盆地近百年的考察与研究过程中，不同领域的科学家在哺乳动物学^[10]、旧石器考古学^{[4, 11, 12]}、地层学^{[9, 13]}等方面取得了丰富的成果，为研究盆地演化、环境变迁、地层对比、哺乳动物演化和早期人类演化等方面积累了大量珍贵可靠的资料^{[3, 8, 14, 15]}。

其中，关于泥河湾古湖最后消亡阶段湖泊发育演化模式一直备受关注，这对于理解泥河湾盆地消亡的原因和东亚早期古人类演化与环境的适应性这些重要科学问题至关重要，需要从古湖最后消失的地方去寻求答案。从湖泊演变角度，学术界一般认为虎头梁一带为泥河湾盆地沉积中心之一，泥河湾古湖最后在此消亡^[16~18]，其沉积记录应保存了泥河湾古湖演化最后消亡阶段这一关键时期的信息。因此，本文选取虎头梁剖面作为研究对象，通过详细的沉积相、岩石磁学和磁化率各向异性(Anisotropy of Magnetic Susceptibility，简称磁组构AMS)分析，探讨泥河湾盆地中更新世以来的演化过程，为探究泥河湾盆地中更新世以来古人类生存环境背景提供基础资料。

泥河湾盆地地处华北平原与内蒙古高原过渡带，包括阳原盆地和蔚县盆地两个次级盆地^[19](图 1)。该盆地属汾渭裂谷的东北分支，为一个晚新生代断陷盆地^[5]。盆地内充填晚新生代河湖相沉积，统称“泥河湾层”，据目前的磁性地层年代学研究结果，泥河湾层的时代为晚上新世至中更新世晚期或晚更新世^{[6, 20, 21]}，下伏上新世红粘土或侏罗纪火山角砾岩，上覆马兰黄土。中更新世晚期至晚更新世，随着地块抬升和河流溯源侵蚀加剧，湖水外泄、湖泊逐渐萎缩，河湖相地层逐渐停止发育^{[22, 23]}。

图 1(Fig. 1)

图 1 泥河湾盆地地质简图及剖面位置图，据陈兴强等[19]修改 Fig. 1 Schematic geologic map of the Nihewan Basin and locations of the sections metioned in this study, modified from Chen et al.[19]

虎头梁一带为泥河湾盆地沉积中心之一，是泥河湾古湖最后消失之地^{[17, 18, 24]}。1980年，黄宝仁^[25]在虎头梁剖面建立了虎头梁组；剖面底部是著名的多刺鱼(Pungituis nihowanensis)化石产地，剖面上部含有上、下两层叠层石^[26]。为了探究剖面的年代，周廷儒等^[5]对虎头梁顶部钙膜进行¹⁴C定年，获得年龄为27675±745a B.P.；夏正楷测定顶部湖相所夹钙质结核和粘土的¹⁴C年龄分别为27000a B.P.左右^[17]和>40 000a B.P.^[27]；任庆龙等^[28]结合¹⁴C测年数据将砾石钙膜明暗纹层曲线分析与氧同位素曲线对比研究，得出虎头梁顶部钙膜发育时间在40~21ka B.P.之间；夏正楷等^[26]对剖面上部两层叠层石电子自旋共振(ESR)年龄结果表明，上叠层石9万年左右、下叠层石为13万年左右；而陈茅南^[16]和程国良等^[29]对虎头梁的天然露头剖面的磁性地层工作揭示剖面极性全为正，即虎头梁天然露头剖面仅记录了布容正极性时，亦即记录了中更新世以来泥河湾古湖演化的信息。另外，虎头梁地区发现了多处遗址^[30]，其中东坡遗址^[31]经电子自旋共振测年，遗址的年龄为321±15ka^[32]，该遗址及其年龄的确定为探讨中更新世中-晚期泥河湾古湖的演变以及古人类对环境的适应性提供重要材料^[31]。

本次研究的虎头梁剖面(40°10.100′N，114°29.699′E)位于河北省阳原县东城镇虎头梁村东约800m的大东沟南侧沟壁上，剖面厚60m，对整个剖面以20cm间距采集了275块独立定向样品。剖面的9~12m处砾石层顶部见叠层石，根据本剖面沉积相组合特征与夏正楷等^[26]所指的包含上、下两层叠层石剖面的沉积相对比，认为本剖面该处叠层石层对应于虎头梁地区下叠层石层位，年龄约13万年；而东坡遗址^[31]位于剖面西10m处，其层位对应于本研究剖面深度17.7~17.9m(图 2)，年龄为321±15ka^[32]。

图 2(Fig. 2)

图 2 虎头梁剖面沉积相分析综合图 Fig. 2 Sedimentary facies of the Hutouliang section in the Nihewan Basin

本次研究的剖面从虎头梁顶部台地砾石层盖板之下的湖相沉积开始，不包括顶部台地洪积砾石层。剖面厚约60m，根据沉积相特征，划分为3个阶段：下部为第Ⅰ阶段(60~53m)，中部为第Ⅱ阶段(53~12m)，上部为第Ⅲ阶段(12~0m)。图 2为泥河湾盆地虎头梁剖面沉积相分析综合图。

第Ⅰ阶段(60~53m)为稳定湖相沉积，为一不完整序列，沉积物为蓝灰色湖相粘土，富含鱼类化石。

第Ⅱ阶段包括2个完整的湖侵旋回：Ⅱ-1(53~33m)下部为灰黄色含植物叶片等化石的粗砂为主的三角洲前缘或平原，顶部灰绿色粘土、灰黄色粉砂质粘土互层的浅湖沉积；Ⅱ-2(33~12m)下部为灰黄色含泥砾砂层为主的三角洲平原分流河道沉积，中部为灰黄色砂为主的滨湖相沉积，上部为含铁锰结核和纹层发育的灰绿色或灰色粘土为主的浅湖或半深湖相。

第Ⅲ阶段(12~0m)包括1个湖侵旋回，构成一个完整的湖进序列，底部为扇三角洲砾石层，中部灰黄色砂为主的滨湖相沉积，顶部灰绿色粘土为主的浅湖，含两层叠层石。

剖面顶部的砾石层厚约6m，可分三部分：上部为黄灰色钙质胶结角砾层(洪积层)，中部夹少许灰白色、灰绿色钙质粉砂岩透镜体和薄层，下部为灰白色砾石层。砾石主要由硅质灰岩组成；砾石圆度和扁平度较高，砾径5~8cm，次棱角状；砾石层具大型交错层理，表面见碳酸钙淀积，为一套洪积物沉积。

虎头梁剖面的每个旋回以三角洲相沉积开始，表现为含砾或砾石为主的沉积，整体构成向上变细的正粒序沉积序列(图 2)。

在第Ⅱ-1阶段底部53.0~45.4m，整体具有上粗下细的三角洲前缘到平原特征。从三角洲前缘亚相的棕黄色砂层(53.0~52.2m)到河湖交互的三角洲平原的分流河道亚相的具斜层理、波纹层理、夹砂砾石层的棕黄色砂层夹粘土，再到以层理发育、含植物茎干或叶片化石的泥质为主三角洲平原分流漫滩沼泽(或天然堤)，该层含石膏和多刺鱼化石(Pungituis nihowanensis)(48.6~45.4m)；第Ⅱ -2阶段下部33.0~31.4m为三角洲平原的分流河道，底部以泥砾为主，中部为细砂层，顶为灰黄色粘土、粉砂、砂层的互层，杂色、黄褐色、土黄色，发育斜层理，含泥砾。

第Ⅲ阶段底部12.0~7.8m为一套砾石层到含砾砂，具向上变细的沉积序列。砾石层具有大型斜层理，厚3m，分选、磨圆差，砾径1~10cm，以硅质灰岩和火山岩为主，砾石层顶部见叠层石，为河湖交互的三角洲沉积或入湖冲积扇三角洲沉积，向北西方向该层水平相变为厚层的河流相砾石层，向东南方向则相变为湖相的灰绿色粉砂质粘土。

如图 2所示，湖泊相为虎头梁剖面的主体，表现为完整的湖进序列：从下部灰黄色为主的较粗砂、粉砂，到顶部以灰绿色为主的较细的粘土、粉砂质粘土，中部系一套灰绿色、灰黄色、灰色等粉砂和粘土质粉砂交替出现并呈现韵律层特征的岩石组合。该套组合可分为滨湖亚相和浅湖亚相。

滨湖亚相：剖面上滨湖亚相为一套灰黄色为主的厚层块状细砂、粉砂和粘土质粉砂组合，发育波纹层理及水平层理，为泥砂质湖滩沉积，局部夹有含砾粗砂透镜体(20.5m)，该套组合形成于地形相对较缓的滨湖环境。

浅湖亚相至半深湖亚相：剖面上浅湖亚相至半深湖亚相组合以细粒级沉积为主，且层位稳定并缺乏波纹层理，由灰绿色、灰色等不同颜色的薄层粘土或粉砂质粘土构成的韵律层，仅局部夹有薄层粉砂。该套组合以块状层理为主，局部发育水平层理，偶见波纹层理，表明此段沉积水动力较弱。局部水体可能已至半深湖相，纹层发育，可见铁锰结核(18.0~18.6m)，为平缓湖底形成的浅湖至深湖沉积。

为了探明剖面沉积物中载磁矿物类型、含量等信息，本次选取了底部三角洲相黄灰色粉砂、中部滨湖相灰黄色砂、顶部浅湖相灰绿色粘土3种沉积环境的代表性样品进行系统详细的岩石磁学分析，包括磁化率随温度的变化曲线(χ-T曲线)、磁滞回线、等温剩磁(IRM)获得曲线及其反向场退磁曲线、一阶反转曲线(FORC)等。

χ-T曲线测量在捷克Agico公司生产的MFK1-FA型多频率磁化率仪及其CS-3温度控制系统上完成，样品在氩气环境下加热、冷却。磁滞回线、IRM获得曲线及其反向场退磁曲线、一阶反转曲线的测量在美国普林斯顿仪器公司生产的MicroMag 3900型振动样品磁力仪(VSM)上完成。测量磁滞回线时最大场为1.5T，IRM获得曲线最大场设置为2T。

图 3为虎头梁剖面代表性样品的χ-T曲线，其升温曲线(图 3a1~3c1和图 3a2~3c2中实线)显示磁化率在585℃(即磁铁矿的居里温度)左右快速下降，表明样品的磁化率主要由磁铁矿贡献。但是，这些升温曲线显示，在585℃磁化率并未降到零，而是继续缓慢降低，直至680~700℃才接近零，因此，样品中可能含有或多或少的赤铁矿；而降温曲线(图 3a2~3c2中虚线)显示，加热后样品的磁化率显著升高，说明在加热过程中新生成了大量的磁性矿物，且温度降低至585°之下，磁化率急剧上升，因此新生成的磁性矿物应为磁铁矿。

图 3(Fig. 3)

图 3 虎头梁剖面代表性样品的χ-T曲线实线代表加热曲线，虚线代表冷却曲线；a1、b1和c1仅示升温曲线 Fig. 3 χ-T curves of typical samples from the Hutouliang section. Solid and dashed lines refer to heating and cooling curves, respectively; a1, b1 and c1 only represent heating curves

剖面顶部浅湖相的灰绿色粘土、粉砂质粘土的升温曲线(图 3a1)显示，样品的室温磁化率较低，说明样品中磁铁矿的含量相对较低；在室温至450℃之间，磁化率随温度的升高而逐渐降低，可能是样品中含有顺磁性矿物造成。

剖面中部的滨湖相灰黄色砂、粉砂样品的升温曲线(图 3b1)显示，在150~300℃形成一个较小的峰，可能升温过程中是细粒亚铁磁性矿物逐渐解阻造成^[33]。

剖面底部三角洲相的黄灰色粘土质粉砂的升温曲线(图 3c1)在450℃之前，磁化率随温度的升高基本不变，说明样品中的磁铁矿为较大的准单畴或多畴颗粒；而在450~530℃之间形成显著的峰值，磁化率急速增大，然后530~585℃又急速降低，这些特征为加热过程中新生成的磁铁矿所致^[34]。

图 4为虎头梁剖面代表性样品的等温剩磁获得曲线及其反向场退磁曲线、磁滞回线及FORC图。IRM获得曲线显示，虎头梁剖面顶部浅湖相灰绿色粘土、粉砂质粘土样品的IRM获得曲线中(图 4a1红色曲线)，在外加磁场从0~100mT快速获得剩磁，在外加磁场达到500mT时样品获得的剩磁已经接近饱和，反向场退磁曲线(图 4a1蓝色曲线)显示，剩磁矫顽力较低、S-ratio值较高，说明该样品以低矫顽力磁性矿物为主。而对于剖面底部三角洲相的黄灰色粘土质粉砂和中部滨岸相的灰黄色砂、粉砂(图 4b1~4c1红色曲线)，外加磁场从0增加到300mT的过程中，等温剩磁快速增大，在300mT时获得的剩磁已经超过总剩磁的75%，表明仍以低矫顽力组分为主。随着外加场的进一步增大，剩磁继续增加且速度变缓，在1000mT时仍未饱和，反向场退磁曲线(图 4b1~4c1蓝色曲线)显示剩磁矫顽力较高、S-ratio值较低，因此样品中存在高矫顽力组分，可能为赤铁矿。

图 4(Fig. 4)

图 4 虎头梁剖面代表性样品的等温剩磁获得曲线及其反向场退磁曲线(a1~c1)，顺磁校正后的磁滞回线(a2~c2)和FORC图(a3~c3) Fig. 4 a1~c1, IRM acquisition and DC demagnetization curves; a2~c2, Hysteresis loops after paramagnetic correction; a3~c3, FORC diagrams

磁滞回线特征显示，剖面顶部浅湖相的灰绿色粘土、粉砂质粘土(图 4a2)的在200mT以上基本闭合，说明样品中的磁性矿物以低矫顽力组分为主，与IRM获得曲线特征一致，结合其χ-T曲线特征(图 3)，说明样品中的磁性矿物主要是低矫顽力的磁铁矿。而剖面中部滨岸相的灰黄色砂、粉砂(图 4b2)和底部三角洲相的黄灰色粘土质粉砂的磁滞回线具有“鹅颈形”特征^[35](图 4c2)，且在1000mT仍未闭合，说明样品为高、低矫顽力组分的磁性矿物混合而成，结合χ-T曲线特征，说明该样品中既有低矫顽力的磁铁矿，又有高矫顽力的赤铁矿。

一般FORC图中，横坐标Hc轴代表矫顽力的分布情况，能反映给定的磁性矿物晶粒尺寸大小，纵坐标Hu轴表明磁性矿物颗粒间相互作用力的大小。所有样品在Hu=0轴都具有同心圆状闭合等值线，且等值线在Hc=0处具有一定的垂向分布，表明磁性矿物颗粒主要都以准单畴(PSD)为主。剖面顶部浅湖相的灰绿色粘土、粉砂质粘土的FORC图(图 4a3)特征显示，其矫顽力分布较窄，垂向分布在10~20mT之间，因此，样品中可能还含少量单畴(SD)颗粒。剖面中部滨岸相的灰黄色砂、粉砂样品的FORC图(图 4b3)显示，在Hc=0轴，其开口具有较大的垂向分布，可能为准单畴和多畴(MD)颗粒的混合(PSD+MD)，该样品还具有较高的矫顽力，100mT以上仍具有分布。剖面底部三角洲相的黄灰色粘土质粉砂的FORC图(图 4c3)显示，矫顽力垂向分布在30~40mT，因此可能还含少量SD组分混合。

磁组构(AMS)测试使用旋转卡帕桥KYL -4完成的。磁化率椭球体的3个主轴磁化率(κ)分别表示为最大轴(K₁)、中间轴(K₂)以及最小轴(K₃)磁化率。本文所用的磁组构参数包括：

磁面理F=K₂/K₃^[36]；

磁线理L=K₁/K₂^[37]；

基质颗粒度Q= (K₁-K₂)/[(K₁+K₂)/2-K₃]^[38]；

水流速度函数F_s=K₁/(K₂×K₃)^1/2[39]；

校正的磁化率各向异性度P_j=exp(下文统称各向异性度P_j)；形状因子T=(2η₁-η₂-η₃)/(η₁-η₃)，其中η₁=lnK₁；η₂=lnK₂；η₃=lnK₃；η_m=(η₁+η₂+η₃)/3^[40]；f为最小磁化率方向与层面法线之间的夹角^[41]。

虎头梁剖面磁化率椭球主轴方向的等面积投影图(图 5a)显示最大轴(K₁)、中间轴(K₂)分散于大圆弧边部，最小轴(K₃)集中于圆心，即磁化率最大轴(K₁)近似平行层面呈环带状分布，磁化率最小轴(K₃)近似垂直层面集中分布，表明沉积物受后期扰动较小，为正常沉积磁组构。L-F图(图 5b)和T-P_j图(图 5c)清晰地显示，虎头梁剖面各段都是沉积磁面理的发育远大于磁线理的发育，基本全分布于压扁状区域内，整个剖面磁化率各向异性度小于5%。较低的磁化率各向异性度、相对发育的磁面理等特征说明虎头梁剖面保持了初始磁化率各向异性，为典型的湖相沉积特点^[42]。

图 5(Fig. 5)

图 5 (a) 虎头梁剖面磁化率各向异性下半球赤平投影图(方形为K1，三角形为K2，圆点为K3)、(b)L-F图和(c)T-Pj图 Fig. 5 (a) Lower-hemisphere stereographic projections of AMS(quares=K1, triangles=K2, dots=K3); (b) Flinn diagram of magnetic lineation (L) and foliation (F); (c)T-Pj diagrams

图 6为虎头梁剖面沉积物磁组构参数K₁、K₃、Q和f随深度变化曲线图。最大轴(K₁)倾角和最小轴(K₃)倾角随深度的变化图清晰看出，最大轴倾角多数小于6°，与沉积层面基本平行，磁化率椭球体最小主轴(K₃)多数大于81°，接近垂直于沉积层面，表明沉积物为未受到后期扰动的正常沉积；除个别异常段外，基质颗粒度Q值，大部分小于0.08，最小磁化率方向与层面法线之间的夹角f小于10°，L接近1，这些说明沉积物为典型的正常重力沉积。上述特征说明，虎头梁剖面沉积物受后期扰动较小，属正常重力沉积，具有典型的湖相沉积特点，整个剖面磁组构类型都表现为正常沉积磁组构，这为之后的分析讨论提供了基本前提，也为虎头梁剖面其他磁学研究提供保障，可利用其磁化率最大轴判断古水流方向^{[39, 43]}。

图 6(Fig. 6)

图 6 虎头梁剖面磁组构参数随深度变化曲线 Fig. 6 AMS parameters vs depth of the Hutouliang section

磁化率各向异性参数特征见图 6和图 7，分别为磁组构参数随深度变化曲线和岩性、磁化率、磁组构参数随深度变化综合对比图，可以看出，磁组构参数的变化与沉积相的变化保持一致，在相变处变化明显，湖相沉积的值较小，而三角洲相沉积的值较高，二者界线清晰，与沉积相旋回很好的对应。

图 7(Fig. 7)

图 7 岩性、磁化率、磁组构参数随深度变化综合对比图 Fig. 7 Comparison of lithology, magnetic susceptibility, AMS parameters vs depth of the Hutouliang section

虎头梁剖面湖相沉积体积磁化率(κ)、线理L、基质颗粒度Q值，最小磁化率方向与层面法线之间的夹角f，变化不大，稳定在一个较小的值(图 6和7)，κ在125×10^-6 SI左右，较低，L接近1，线理基本不发育，以面理为主，Q在0.08左右，接近零，为完全正常重力沉积，f值维持在10°左右；这些说明沉积物粒径变化与沉积环境水动力变化小，沉积环境稳定；而三角洲相沉积的磁组构参数值相应增大一个数量级，变化幅度大，κ值多数在400×10^-6~800×10^-6 SI范围内，也有少数点达1000×10^-6 SI以上，其他几个参数也具同样的变化规律，只是各自变化幅度不同，说明沉积物粒径变化与沉积环境水动力大，沉积环境动荡。

同时，磁组构参数面理F、各向异性度P_j、水流速度函数F_s具有不同于以上参数的变化规律，明显由大到小的3个阶段旋回变化特征(图 7)。三角洲相沉积的值较高，而湖相沉积的值较小，二者由大到小有规律的变化。从底部值较高、变化幅度较大的三角洲相，往上逐渐变为值较低、变化幅度变小的湖相的旋回。第Ⅰ阶段：剖面底部60~53m，P_j、F_s和F的值逐渐变大，表现为浅湖到滨湖的湖退特征；第Ⅱ阶段和第Ⅲ阶段，P_j、F_s和F值逐渐变小，底部三角洲相绝对值大，波动大，无规律，反映水动力强，沉积环境动荡，往上值逐渐变小，波动变小，具有规律的波动，反映沉积环境动力小及湖水的进退。

通过详细的岩石磁学研究表明，虎头梁剖面顶部浅湖相的灰绿色粘土、粉砂质粘土磁性矿物为PSD或PSD+SD颗粒的磁铁矿；中部滨岸相的灰黄色砂、粉砂和底部三角洲相的黄灰色粘土质粉砂磁性矿物既有磁铁矿又有赤铁矿，颗粒磁畴状态中部沉积物中的磁铁矿为PSD或PSD+MD，而底部沉积物中的磁铁矿为PSD或PSD+少量SD。

为了更好地揭示研究区古流向的变化特征，我们根据沉积相变化，将剖面分4个段(图 2和图 7)，并分别对各段的古水流相关参数作图分析(图 8)。去除最大主轴K₁倾角大于20°异常点，磁化率最大轴K₁的偏角作古流向玫瑰花图，其最大优选方向平行于古水流方向^[44~47]，指示两个平行且相对的推断古水流方向(图 8中的空心箭头)，但不能确定其绝对流向；磁化率最大轴K₁和最小轴K₃偏角和倾角作磁化率各向异性下半球赤平投影图(图 8a2~8d2)；通常，在中等水动力条件下，AMS椭球体为压扁状，颗粒呈鳞片叠瓦状分布^[48]；在下半球赤平投影图中，K₁平行于古流向，K₃投点偏离垂直方向，二者可用来指示古流向^{[44, 48, 49]}(图 8中的实心箭头)，由于K₁、K₃轴赤平投影图所指示的古流向考虑了颗粒的鳞片叠瓦状分布，比K₁轴玫瑰花图所推断的古流向更接近真实古流向^[49]。下面为虎头梁剖面各段古流向分析结果。

图 8(Fig. 8)

图 8 虎头梁剖面各段古流向玫瑰花图和下半球赤平投影图 左，K1方位角分布玫瑰花图；右，K1(蓝色实心方块)和K3(红色实心圆)下半球赤平投影图；空心箭头表示推断的古流向，实心箭头表示古流 Fig. 8 Paleocurrent rose diagrams and lower hemisphere equal-area stereographic projections for each unit of Hutouliang section. Left, rose diagrams of the azimuthal distribution of K1; Right, lower hemisphere equal-area stereographic projections of K1 (solid blue square) and K3(solid red circle). Deductive paleocurrent directio, paleocurrent direction are represented by open arrows and solid arrows, respectively

第Ⅰ阶段(60~53m)：K₁轴玫瑰花图优选方向为SE-NW向(图 8a1)，K₁、K₃轴赤平投影图中K₃陡倾集中分布于圆心(图 8a2)，但也见投点微弱优选分布于二四象限，与K₁偏角指示一致，推断的古流向为SE-NW向，与虎头梁长期稳定的古水流方向有关。

第Ⅱ-1阶段(53~33m)：K₁轴玫瑰花图指示推断的古流向调整为SEE-NWW向和E-W向(图 8b1)，K₁、K₃轴赤平投影图中K₃投点明显倾向W(图 8b2)，指示古流向为W。

第Ⅱ-2阶段(33~12m)：K₁轴玫瑰花图优选方向仍为SEE-NWW(图 8c1)，K₁、K₃轴赤平投影图中K₃投点明显倾向NW(图 8c2)，具有一个明显的NW向拖尾，很好的指示了古流向为NW，推断的古流向为SEE-NWW，与长期稳定的NW古水流方向有关。

第Ⅲ阶段(12~0m)：K₁轴玫瑰花图指示主要古水流方向为SE-NW向(图 8d1)，K₁、K₃轴赤平投影图中K₃投点倾向明显集中NW(图 8d2)，二者一致，指示古流向为NW，与第Ⅱ阶段一致。

虎头梁剖面不同段K₁、K₃轴赤平投影图及K₁轴古流向玫瑰花图(图 8)，揭示虎头梁地区晚期长期稳定的古流向可能为NW向。K₁玫瑰花图指示推断的古流向整体以SE-NW向为主，也见SEE-NWW和E-W向分量，K₃轴赤平投影图中投点指示古流向主要为NW向，也见短期W向分量。需要说明的是，这只是从古地磁数据得到的古流向，仍需其他证据来加以证明。

本文以沉积相划分为基础，综合磁组构(AMS)参数随剖面深度变化曲线及沉积物特征，虎头梁剖面沉积过程记录了中-晚更新世泥河湾盆地虎头梁残余湖演化过程。如图 7所示，其演化可划分为3个阶段，包括3个完整湖侵旋回和10个相对湖水面由浅变深变化。

每个旋回由体积磁化率κ、各向异性度P_j、水流速度函数F_s、磁面理F等磁组构参数的依次由大到小的变化构成，与之相对应的沉积相为浅水灰黄色粗粒三角洲相沉积到深水灰绿色细粒湖相沉积的变化，表现为完整的湖进序列(图 7)。底部P_j、F_s、F、κ的高值指示湖泊水平面的降低和水动力条件的增强，粗碎屑物质向盆地中心进积，对应湖退阶段；此时处于相对氧化的沉积环境，沉积物颜色多呈灰黄色、黄灰等氧化色，剖面纵向变化上表现为滨湖相或三角洲相。顶部P_j、F_s、F、κ的低值代表湖泊水平面的升高和水动力条件的减弱，粗碎屑物质向盆地边缘退积，对应湖进阶段；此时处于相对还原的环境，沉积物多以灰绿色、灰色等还原色为主，剖面纵向变化上为浅湖相或半深湖相。

第Ⅰ阶段(60~53m)，从剖面底部湖相开始，为下部稳定湖相沉积，P_j、F_s、F、κ值较低，说明水动力较弱，随着湖盆的演化，P，P_j、F_s、F、κ急速增大，表明水动力增强，湖水面降低，粗碎屑进积的下细上粗的沉积特征，到滨湖相之后，粒度增大、水动力增大，P_j、F_s、F、κ急速增大，古水流方向为SE-NW向，而后粗碎屑退覆其上，被阶段Ⅱ底部三角洲相所取代。

第Ⅱ -1阶段(53~33m)，从剖面底部三角洲相开始(53m)，P_j、F_s、F、κ值急速增大，比湖相沉积值大一两个数量级，相对湖水面浅，三角洲沉积粒度较大，磁化率K值高，加之水动力较大，磁性矿物的有序度增加，P_j、F_s、F变大。随着湖侵(48.6~33.0m)，湖相沉积超覆于三角洲相沉积之上，沉积物粒度变细，P_j、F_s、F、κ值逐渐变小，水动力减小，相对湖水面上升，过渡为滨浅湖相。此时相对阶段Ⅰ古流向调整为SEE-NWW向和E-W向，古流向向西，西向的古水流可能暗示泥河湾该阶段东高西低的地势所对应的河流西流的格局。

第Ⅱ -2阶段(33~12m)，变化规律同上，只是三角洲相厚度变薄，只有1.6m，但随着次一级持续湖进，湖侵范围可能更广，到后期可能短期达到过半深湖相，如铁锰结核的形成(18.6~18.0m)和后期较发育的纹层(16.1~12.0m)，都说明古湖达到了一定的水深，而此时也刚好对应于磁组构参数变化曲线最低值段，磁面理发育，水动力很小，近于静水沉积。阶段Ⅱ -2的K₃轴赤平投影图中投点明显倾向NW，具有一个明显的NW向拖尾，很好的指示了古流向为NW向。

以上第Ⅱ阶段的两个次级湖进序列，其持续时间较长，次级相对湖水平面变化的周期较长，相变缓慢，连续过渡，其底部三角洲相为相对较粗的含砾砂为主，缓慢过渡到滨湖相，再到浅湖相，这种长期缓慢有规律的变化，可能是由于气候因素所主导的湖进湖退，造成阶段Ⅱ -1和Ⅱ-2这两个旋回记录。

第Ⅲ阶段(12~0m)，从底部扇三角洲相的厚层砾石层或含砾粗砂层(12.0~7.8m)开始，底部P_j、F_s、F、κ值急速上升，达到剖面的最高值，说明水动力强，相对湖水面低，以粗粒砾石沉积为主；之后中部P_j、F_s、F、κ值急速降低，演变到灰黄色砂为主的滨湖相沉积；顶部P_j、F_s、F、κ值进一步降低，变为正常灰绿色粘土为主的浅湖相沉积，揭示了一个完整的快速湖进序列，古流向仍为NW向。

第Ⅲ阶段，从其下伏第Ⅱ阶段的浅湖或半深湖细粒相急速演化为厚层粗粒砾石层沉积，持续时间短，相变快，沉积物粗而多，从第Ⅱ阶段到第Ⅲ阶段，推测可能对应一次强烈的构造运动，而第Ⅲ阶段的湖进旋回，可能主要由构造因素驱动。

另外，东坡遗址^{[31, 32]}(位于本研究剖面西10m处)层位对应于剖面第Ⅱ -2阶段中的17.7~17.9m，此时恰好位于磁组构参数变化曲线相对峰值处(图 7)，相对值较高，说明为水动力相对较大的滨岸沉积环境，这与该处上下层位的泥岩而本层为粉砂、砂的沉积相格局也能对应，该时期处于湖侵阶段的一个相对短暂湖退的滨岸地带，第Ⅱ -2阶段此时的湖侵期可能对应一种相对温暖湿润气候，适宜古人类生存，加上短期的湖退，给古人类提供了较大较适宜的滨岸地带活动，而之后快速的湖侵，湖相沉积超覆于遗址之上，使其能够被保存下来，这与磁组构参数变化曲线所揭示变化趋势一致(图 7)。

总之，泥河湾盆地最后残余区虎头梁剖面记录了中更新世以来泥河湾盆地的演化过程，分3个阶段3个旋回完成。虎头梁剖面中部第Ⅱ -1、Ⅱ-2阶段的两个湖进旋回，记录了泥河湾盆地晚期以气候因素主导的湖泊进退，而第Ⅲ阶段的出现与快速短暂的湖侵演化旋回，推测可能对应一次更新世晚期强烈的构造运动，导致泥河湾古湖最后消失。因此，中-晚更新世泥河湾盆地由气候、构造因素驱动盆地演化，形成第Ⅱ -1、Ⅱ-2阶段两个湖进旋回，而晚期强烈的构造运动造成泥河湾盆地整体抬升，甚至可能造成气候环境巨大改变，使湖水外泄，盆地大部分地方枯竭，多数河流汇水于盆地中心部位如虎头梁地区，形成晚期残余湖，造成顶部短暂的湖侵序列(阶段Ⅲ)，同时形成大套砾石堆积，造成大量洪积物入湖，残余湖泊快速演化使泥河湾古湖迅速消失。

泥河湾盆地虎头梁天然露头剖面河湖相沉积物中岩石磁学研究表明磁性矿物以PSD的磁铁矿为主；剖面底部黄灰色三角洲相沉积物还含有赤铁矿和少量SD磁铁矿，中部灰黄色滨湖相沉积物也含有赤铁矿和MD磁铁矿，顶部灰绿色浅湖相沉积物还含有SD磁铁矿。

磁组构特征分析表明虎头梁剖面沉积物受后期扰动较小，属正常的重力沉积，具有典型的湖相沉积特点，剖面磁组构类型为正常沉积磁组构，这为虎头梁剖面的磁学研究提供了基本保障。

虎头梁剖面的沉积相、磁组构参数都揭示了泥河湾古湖晚期虎头梁地区分3个阶段的3个湖进旋回演化模式，每个旋回以主轴磁化率(K₁、K₂、K₃)、各向异性度(P_j)、水流速度函数(F_s)、磁面理(F)等磁组构参数的一次由大到小逐渐变化为特征，底部三角洲相磁组构值高，中部及顶部滨湖相到浅湖相磁组构值低，相对应的沉积相为下部黄灰色为主的粗粒三角洲相含砾砂或砾石层到中部灰黄色为主的滨湖相砂或粉砂再到顶部灰绿色为主的细粒湖相粘土或粉砂质粘土。中部第Ⅱ -1、Ⅱ-2阶段的两个湖进旋回可能记录了泥河湾盆地晚期以气候因素主导的湖泊进退的演化模式，而第Ⅲ阶段的出现与快速短暂湖侵旋回，推断是由于更新世晚期强烈的构造运动造成并驱动泥河湾古湖快速演化消亡。磁组构分析指示虎头梁地区晚期长期稳定的古流向为NW向，其间也有W向的古水流分量，西向的古水流可能暗示第Ⅱ -1阶段东高西低地势所对应的河流从东向西流的格局。另外，东坡遗址时期的古人类可能生活在温暖湿润、降水较多的湖侵期相对短暂湖退阶段的滨岸地带。

致谢 感谢审稿专家和编辑部老师建设性的修改意见，使论文得以完善。