八朝古都开封位于黄河下游南岸,其兴衰变化与黄河息息相关。黄河泛滥将多个朝代的开封古城淤埋在了地下,这些城池上下互相叠压在一起,形成了“城摞城”奇观。同时,黄河泛滥沉积下来的泥沙与不同朝代地面相互叠加形成了独特的沉积地层。受黄河泛滥灾后城市重建和掏宝活动等人类扰动的影响,沉积地层的粒度层序被打乱,不能单靠传统的粒度指标划分地层沉积韵律,因此需要寻找其他代用指标。冲积地层中的地球化学元素含量与人类活动密切相关,黄河冲积间断期的元素含量高于其下部的洪水泛滥沉积物,据此可以划分冲积地层的沉积旋回。人类在沉积间断期进行生产生活活动时排放多种化学元素,其含量的高低能够反映不同朝代文化层重金属污染状况。本文以开封古城冲积地层为研究对象,在开封城区布设3个钻孔(师专、医专和明伦钻孔),在郊区布设1个钻孔作为对照钻孔(金明钻孔),分别获取25 m连续岩芯。样品密度大多为10 cm,少部分为20 cm或30 cm,4个钻孔总共获岩芯样品861个。在实验室进行沉积物样品的粒度测定、颜色鉴定和14种地球化学元素含量的测定。首先应用元素相关分析、主成分分析和聚类分析法,筛选出7种人为源元素(P、Cu、Zn、Pb、Hg、Cd和As);然后设计人为源元素综合富集系数(IEF),在小波分析技术支持下,运用IEF开展沉积旋回划分工作,明晰不同朝代文化层;最后采用污染负荷指数法(PLI)开展文化层重金属(As、Hg、Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、Co和Ni)污染评价,并分析文化层PLI与主要人类活动影响因子的关系。通过上述研究,得出如下主要结论:(1)郊区金明钻孔岩芯的粒度旋回与元素旋回都是13个,且其界限和沉积间断点高度吻合,表明人为源元素IEF可以作为划分沉积旋回的代用指标。(2)城区钻孔岩芯的粒度旋回与元素旋回差别明显,表明城区地层受人类扰动比较强烈,采用IEF划分沉积旋回更符合客观实际。师专、医专和明伦钻孔分别划分出14、16和18个元素旋回。(3)根据各钻孔地层物理性状、AMS14C测年数据和沉积旋回划分结果,结合黄河泛滥的历史文献记载和城市考古勘探发现,构建各钻孔文化层的年代框架。师专、医专和金明钻孔存在战国、宋金、明早期、明晚期、明中期和清代等6个文化层;明伦钻孔因自北宋以来经历过多次填埋堆垫,划分出了战国、宋中期、宋晚期、金、元、明早期、明中期和明晚期等8个文化层。(4)师专和医专钻孔一直位于各朝代城市的政治、经济、文化中心,受人类活动扰动大于明伦和金明钻孔,前两者文化层重金属污染程度整体大于后两者。师专钻孔各文化层重金属PLI介于0.76~2.10之间,平均PLI为1.5,达到轻度污染。医专钻孔各文化层重金属PLI介于1.13~1.91之间,平均PLI为1.5,亦达到轻度污染。明伦钻孔因受建筑填埋的影响,文化层重金属污染较轻,除明中期文化层达到轻度污染外,其他文化层均未受到污染。金明钻孔重金属PLI介于0.78~1.50之间,平均PLI为1.21,达到轻度污染水平。(5)战国、宋金、明早期、明中期、明晚期和清文化层各钻孔平均PLI分别为1.21、1.84、1.38、1.27、0.98和1.15。除明晚期文化层因受黄河水患影响未受到重金属污染外,其他文化层均达到轻度污染水平。(6)除明伦钻孔外,其他钻孔文化层PLI与其历时、人口密度大致成正相关关系。师专和医专钻孔除明早期和明晚期受特殊因素影响外,其他文化层PLI与历时、人口密度均存在极显著正相关关系;金明钻孔文化层PLI与历时相关关系不显著,但与人口密度呈极显著正相关。(7)各钻孔文化层重金属污染状况还与不同朝代土地利用方式有一定关系。文化层中的Hg可能主要受古代人类祭祀和使用朱砂的影响,As可能与古代军事战争使用火药有关,Cu、Cd和Pb的来源可能与居民日常生活使用的陶器和金属器具的磨损、化妆品残留物密不可分,陶器制造与生活垃圾残留物亦会导致Zn的轻微富集,Co、Cr和Ni主要与地质背景有关。