Sequence stratigraphy of the Late Quaternary in Liaodong Bay
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摘要: 通过对辽东湾高分辨率浅地层剖面声学地层与典型钻孔沉积地层的对比分析,揭示了研究区晚第四纪MIS5以来的地层层序。辽东湾高分辨率浅地层剖面自下而上划定的6个声学地层单元(SU5、SU4、SU3、SU2、SU12、SU11)与钻孔岩芯划分的6个沉积地层单元(DU5、DU4、DU3、DU2、DU12、DU11)具有良好的对应关系。分别与MIS4期、MIS2期低海面时期的沉积间断密切相关的两个层序界面R5、R3,将辽东湾识别出的地层单元自下而上划分为3个层序(SQ3、SQ2、SQ1)。其中SQ3仅识别出上部的海侵体系域与高水位体系域,对应MIS5期海平面相对较高时期的滨浅海相沉积(DU5);SQ2自下而上由低水位体系域(MIS4期的河流相与河道充填相沉积(DU4))与海侵体系域(MIS3期早中期滨海相沉积(DU3))组成;SQ1自下而上包括低水位体系域(MIS2期的河流相与河道充填相沉积(DU2))、海侵体系域(全新世早中期滨海相沉积(DU12))高水位体系域(全新世高海面以来的浅海相沉积(DU11))。研究区的海侵体系域厚度较薄且变化较小,分布广泛,而低水位体系域厚度与横向分布均变化较大。Abstract: High-resolution seismic reflection data are studied in details together with core data in order to determine the stratigraphic sequence of Liaodong Bay since the MIS5 of Late Quaternary. The high-resolution seismic profiles selected from the study area may be subdivided into six seismic units, i.e. SU5, SU4, SU3, SU2, SU12, SU11 in descending order, which could be clearly correlated with the six depositional units, DU5, DU4, DU3, DU2, DU12, DU11 respectively based on lithology, microfossil assemblages and geochronology of the cores. These units may be grouped into three distinctive sequences, SQ3, SQ2, SQ1 in descending order by two sequence boundaries of R5 and R3 with obvious hiatus, which correspond to the low sea-levels of MIS4 and MIS2, respectively. The SQ3 is the remained upper part of transgressive systems tract (TST) and highstand systems tract (HST), corresponding to DU5, the littoral and neritic facies of MIS5. SQ2 is composed of lowstand systems tract (LST), fluvial deposits and incised-channel filling facies (DU4) formed in MIS4 plus the TST littoral facies (DU 3) deposited during Early-Middle MIS3. And the SQ1 is comprised of the LST, DU2 fluvial deposits to incised-channel filling facies formed in MIS2, TST, DU12 deposits of littoral facies formed during Early-Middle Holocene, and the HST, DU11 deposits of neritic facies since the highstand sea-level of Holocene. The TSTs is relatively continuous and widely distributed, while LSTs vary considerably in thickness and lateral distribution since MIS5 in Liaodong Bay.
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Keywords:
- seismic stratigraphy /
- stratigraphic sequence /
- Late Quaternary /
- Liaodong Bay
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相比于1995—2014年基准期,在中排放情景下,全球海平面在2030—2100年间将上升0.44~0.76 m[1],沿河灌溉系统和大坝的修建会导致河流下游的输沙量减少。海平面长期上升和输沙量急剧降低导致了世界上众多河口及水下三角洲发生明显的侵蚀作用,如尼罗河[2]、密西西比河[3]、黄河[4]等,威胁着沿海人民和三角洲地区的生存发展。
长江三角洲作为中国东部滨海平原的重要组成部分,是连接海洋与内陆的关键地段。早—中全新世海平面的快速上升[5],长江三角洲的海岸线自东向西逐渐迁移;中—晚全新世海平面在大尺度上趋于稳定[6],在径流、海洋的相互作用下,海岸线自西向东迁移。因此,海平面的相对变化控制着三角洲的地貌演化[7]。基于多个钻孔及沉积物14C测年,学者绘制了长江三角洲下切河谷7.5、6.0、4.0、2.0、1.2、0.2 kaBP的海岸线变迁图[8]。张忍顺[9]根据对苏北沿海古墩台及地名进行现场考察和历史典籍考证,研究了新石器时期、2.0 kaBP以来历史海岸线的变迁。杨怀仁和陈西庆[10]根据苏北贝壳堤的分布特征和测试数据,明确了7.2、6.32、3.7 kaBP海岸线的位置,朱诚等[7]在此基础上,结合新石器文明遗址分布规律,进一步明确了7.0~3.2 ka 4期(7.0~6.5、6.0~5.2、4.5~4.0、3.8~3.2 14C kaBP)海岸线的位置,但遗址点的发现存在偶然性,反映的海岸线位置存在较大的误差。
随着全新世沉积物测年精度的增加,学者在长江三角洲实施多个高分辨钻孔[11-21],通过区域内大量钻孔滨海地层的横纵向分布特征,可获取准确海岸线位置和古地形地貌[22]。但大量已发表的钻孔位于南通一带及水下三角洲,长江三角洲顶端的钻孔相对较少,难以精确刻画该区域海进、海退历史。因此,本研究在长江三角洲顶端施工一个钻孔,建立全新世以来高分辨率的地层序列,并结合已发表的高分辨率钻孔,建立高程-年龄-沉积相等基本属性的数据集,揭示长江三角洲下切河谷海岸线变迁及沉积环境演化过程,并探讨三角洲的演变过程和影响因素。
1. 区域地质概况
长江三角洲地处扬子陆块东段,西部为郯庐断裂带、北部为苏鲁造山带。自元古代以来,区域经历了复杂的构造运动,产生了丰富多样的构造样式。燕山期火山活动较为强烈,是中国东部火山岩浆活动带的重要组成部分。长江贯通以后,携带了大量物质在长江三角洲地区迅速淤积,第四纪地层厚度为80~300 m,自西向东逐渐加深[23]。
在末次冰期最盛期(LGM),中国东部海平面下降至现今的−130~−140 m[24],由于河流的下蚀作用,长江三角洲发育下切河谷。全新世以来,在海洋和径流的共同作用下,形成厚50~70 m的沉积地层,苏北平原和太湖平原位于下切河谷的两侧,湖相、漫滩相、海侵地层与“第一硬黏土层”呈不整合接触[25]。全新世最大海侵时期(8~7 kaBP),长江三角洲形成以扬州-镇江为顶点的漏斗状海湾,长江携带的大量泥沙在河口附近堆积,形成了红桥、黄桥、金沙、海门、崇明和长兴6个亚三角洲[8]。
与目前杭州湾的强潮区类似,三角洲顶部的红桥和黄桥砂体为潮成沙坝[26]。红桥和黄桥砂体顶部的高程为1~7 m。末次冰期以来经历了陆相河流、潮汐河流、河口湾、三角洲沉积体系的更迭,沉积环境依次为陆相、陆相向海相转变、海相、海相向陆相转变(图1c)[5]。
图 1 长江三角洲下切河谷钻孔位置及联合剖面(N-S)a: 长江三角洲下切河谷地形图, b: 钻孔分布图, c: 北南向(N-S)联合剖面图。图中数据为年龄,单位为cal.aBP。Figure 1. The location of cores in the incised valley of the Yangtze River deltaa:Topographic map of the incised valley zone of the Yangtze River Delta, b: the locations of the cores distributed in the incised valley of the Yangtze River Delta, c: the north-south (N-S) inter-well joint section along the incised-valley axis.The data in the figure represents age, the uint of age is cal.aBP.2. 材料与方法
YZSW4孔(32°15′27″N、119°22′31″E,85黄海高程: 6.691 m)位于长江三角洲下切河谷的顶端(图1a),江苏省地质调查研究院于2020年施工,钻进深度83.3 m,岩芯长73.64 m,采取率为88.4%。
2.1 AMS14C年代测定
AMS14C年代测定是全新世地层对比和沉积演化分析的基础。共有10件样品进行了AMS14C测试,将沉积物用超纯水溶解打散,过40目筛,烘干后选取直径较大的植物碎片、贝壳送往波兰AMS14C实验室进行测年(表1)。常规放射性年龄使用1 sigma的概率,对海相贝壳和植物碎片分别使用Marine 20 和 Intcal 20 校正数据集进行日历年龄的校正[27]。海洋“碳库效应”校正(△)参考台湾和青岛的加权平均值−85±58[28-29]。研究中,所有年代的校正结果,采用中位数及2σ区间表示,BP的现代时间起算点为1950 AD。
表 1 YZSW4孔AMS 14C 年龄Table 1. The AMS 14C ages dated from core YZSW4样品编号 深度/m 高程/m 测年材料 AMS14C (1σ)/a BP 日历校正年龄/cal.aBP 2σ 范围 中间值 YZSW4-1 7.04 −0.35 植物碎片 2835 ±303008 ~2858 2933 YZSW4-2 14.32 −7.63 植物碎片 3085 ±303372 ~3216 3294 YZSW4-3 24.85 −18.16 植物碎片 2900 ±303160 ~2955 3058 YZSW4-4 25.45 −18.76 贝壳 5250 ±305767 ~5011 5389 YZSW4-5 27.05 −20.36 贝壳 4555 ±354956 ~4143 4550 YZSW4-6 27.25 −20.56 贝壳 4360 ±354731 ~3889 4310 YZSW4-7 28.83 −22.14 贝壳 4915 ±355420 ~4630 5025 YZSW4-8 35.34 −28.65 植物碎片 8670 ±509771 ~9537 9654 YZSW4-9 37 −30.31 植物碎片 8050 ±509033 ~8722 8878 YZSW4-10 46.2 −39.51 植物碎片 9420 ±5010774 ~10506 10640 由于三角洲下切河谷地区受到潮流和径流的共同影响,水动力强,单个钻孔的沉积地层往往不连续,测年材料(贝壳、植物碎片)容易发生侵蚀再沉积,导致钻孔YZSW4的14C年龄局部存在倒转现象。使用线性内插计算沉积物年龄时,去除14C年龄为
2900 ±30 BP、5250 ±30 BP、4555 ±35 BP、8670 ±50 BP的数据。2.2 粒度分析
粒度是沉积物的属性之一,记录了水动力条件与沉积环境等综合信息。粒度分析采用Mastersizer 2000激光粒度仪,测试在南京大学海岸与海岛开发实验室完成。共有54件样品进行了粒度分析。粒度样品前处理方法的步骤:根据样品的成分及粒径,称取0.1~0.3 g样品放入离心管,先使用10%的双氧水去除有机质组分,再加入适量浓度为10%的盐酸除去样品中的碳酸盐组分,给离心管注满蒸馏水并离心抽去蒸馏水,将溶液洗至中性,加入10 mL浓度0.05 mol/L的六偏磷酸钠,并用超声波清洗机振荡10 min后上机测试,最后计算黏土(<4 μm)、粉砂(4~63 μm)和砂质(>63 μm)的含量。
2.3 海岸线和古高程图绘制
利用本次钻孔的分析测试结果,并结合收集钻孔、剖面的位置、高程、年代等基本信息(图1b,表2),建立高程-年龄-沉积相等基本属性的数据集,所有钻孔均有较详细的测年信息,将收集的AMS14C年龄用同样的方法进行日历年龄的校正,收集钻孔的光释光年龄使用来源文献中的年龄。将收集的高程均校正为1985国家高程基准,收集钻孔的高程使用文献中的精度。全新世以来,长江三角洲的新构造运动升降幅度尚未有精确的数据,此次研究不考虑新构造运动的影响。古高程的计算方法如下:根据测试年龄的线性内插计算出每个钻孔在11.0、10.0、9.0、8.0 、7.0 、6.0 、5.0、4.0 、3.0 、2.0 、1.0 ka的高程,再减去长江三角洲的古海平面高度[5],其中11.0、10.0、9.0、8.0、7.0 ka的古海平面高度分别为−38、−29、−22、−6、0 m,由于7.0 ka以后海平面的高度变化幅度较小且难以准确量化,本研究中将其7.0 ka及以后的古海平面设为0 m。根据arcgis中的反距离权重法获得各个时期的古高程变化图,考虑到古地形的影响,在Corldraw软件中对局部区域的古高程变化进行修正,绘制11.0 ka以来千年尺度的古地理图以及海岸线变迁图。
表 2 长江三角洲下切河谷钻孔基本信息Table 2. The basic information of cores in the incised valley of the Yangtze River delta钻孔号 位置 高程/m 资料来源 钻孔号 位置 高程/m 资料来源 YZSW4 32.2575°N、119.3752°E 6.691 本研究 CJK09 30.91°N、122.25°E −11 [14] YZQK2 32.6089°N、119.6606°E 3.32 [5] CJK11 31.33°N、122.45°E −21 YZQK3 32.3717°N、119.5511°E 4.58 CJK10 30.61°N、122.6°E −25.3 YZSW2 32.4047°N、119.8214°E 9.91 H5 31.6567°N、122.15°E −6.11 [16] TZK6 32.45°N、120.1333°E 5.531 [21] ECS0702 31°N、122.67°E −22 [13] TZK2 32.3167°N、120.0833°E 4.63 CSJA6 32°N、120.3°E 5 [37] TZK1 32.0667°N、120.1833°E 3.349 HZK2 31.6236°N、122.007°E −5 [38] SPM1 32.7275°N、120.2197°E 5.535 [6] HZK8 31.1728°N、122.348°E −5 [22] PM4 32.5667°N、119.9333°E 1.758 [32] HZK11 30.6667°N、122.095°E −11 TZK3 32.3833°N、120.0833°E 5.687 [33] EGQD14 31.8932°N、121.617°E 3 [19] XJ03 32.3097°N、119.29556°E 4.8 [34] NT 32.0657°N、120.8567°E 3.99 [39] HQ98 32.25°N、120.2333°E 5.91 [11] HZK1 31.6906°N、121.7134°E −5 CM97 31.6167°N、121.3833°E 2.48 HM 31.957°N、121.0928°E 3.36 [17] JS98 32.0833°N、121.0833°E 4.2 CD 31.4044°N、120.844°E 2 [40] ZK01 31.8406°N、121.5567°E 2.05 [15] CXS 31.3789°N、120.792°E 2 ZK02 31.8797°N、121.1583°E 2.33 SQ 31.1972°N、121.107°E 2 [41] SD 32.3383°N、120.7792°E 4.87 [18] GFL 31.0644°N、121.192°E 1.4 [42] CJK07. 31.15°N、122.4°E −45.4 [14] TL 30.8867°N、121.312°E 2 [41] CJK08 30.97°N、122.92°E −41 [35] YZ–1 31.13361°N、121.1839°E 0.717 [43] ZK9 30.8°N、122.4°E −12.5 [36] T8 32.5833°N、120.817°E 6.5 [44] 全新世以来太湖平原的大部分区域以湖沼相沉积为主,仅太湖平原的北部和东部遭受了海侵,其物源来自长江。在绘制古地理图时,参考陈艇[30]文章中7 500 a海岸线的位置,将CD、CXS、SQ的东侧,GFL、TL的西侧作为长江三角洲下切河谷的南边界。苏北平原的海岸线参考贝壳堤的位置和年龄[7,31]。根据钻孔的地理位置和沉积特征,在讨论时将钻孔自西向东分为红桥亚三角洲北侧、红桥亚三角洲、黄桥亚三角洲北侧、黄桥亚三角洲、金沙亚三角洲北侧、金沙亚三角洲、海门亚三角洲、崇明亚三角洲、启东、长江口外、太湖东侧等11个地理区。
3. 结果与讨论
3.1 YZSW4沉积相划分
根据沉积特征、AMS14C年龄、粒度的分布特征,YZSW4孔的沉积特征自下而上可分为以下4个沉积单元(图2、图3):
图 2 钻孔YZSW4典型沉积相照片a:灰黑色黏土与粉砂互层,发育潮汐层理,呈“千层饼”构造;b:灰色黏土与粉砂互层,发育潮汐层理,呈“千层饼”构造;c:灰色黏土与粉砂互层,发育潮汐层理,呈“千层饼”构造;d:灰色细砂;e:灰色细砂,含大量贝壳;f:灰色细砂;g:灰色中粗砂;h:灰色粗砂;i:灰色砂砾层;j:灰色砂砾层;k:灰色砂砾层;l:紫色中细粒砂岩。Figure 2. Photographs of representative sedimentary facies of core YZSW4a: Grayish-black silt and clay interbedded, characterized by parallel bedding, bedding together with clay-silt couplets; b: gray silt and clay interbedded, characterized by parallel bedding, bedding together with clay-silt couplets; c: gray silt and clay, characterized by parallel bedding, bedding together with clay-silt couplets; d: gray fine-grained sand; e: gray fine-grained sand, consisting of a large number of shells; f: gray fine-grained sand; g: gray medium-coarse–grained sand; h: gray coarse-grained sand; i: gray sandy gravel; j: gray sandy gravel; k: gray sandy gravel; l: purple medium fine-grained sandstone.83.3~73.48 m:紫色中细粒砂岩(图2l),为白垩纪赤山组[23]。
73.48~34.8 m(?~9.3 ka):以灰色细砂、中砂为主,含有少量砾石(图2g–k),砾石粒径以2~4 mm为主,局部段见1~3 cm的砾石,表明该时期水动力较强,自下而上中值粒径、黏土含量、粉砂含量、砂质含量的变化范围较大,分别为72.3~277.0 μm、1.4%~10.3%、10.1%~34.9%、55.9%~88.5%。46.2 m的日历校正年龄为
10640 ± 134 cal.aBP,该段沉积物的形成时间为末次冰期至全新世早期,为河床相沉积。34.8~16.3 m(9.3~3.0 ka):以灰色粉砂、细砂为主(图2d–f),质纯,含大量云母碎片,自下而上中值粒径、黏土含量、粉砂含量、砂质含量的变化范围较大,分别为67.0~228.8 μm、1.0%~7.3%、10.6%~38.6%、56.2%~87.7%。25.45 、27.05 、27.25 、28.83 m处贝壳的日历校正年龄分别为
5389 ±378 、4550 ±406、4310 ±421 、5025 ±395 cal.aBP,表明该时期为快速堆积期,水动力较强,为三角洲前缘相。16.3~0 m(3.0~0 ka):以灰色黏土与粉砂互层为主(图2a–c),潮汐层理发育,中值粒径、砂质含量自下而上逐渐下降,变化范围分别为105.7~10.9 μm、78.9%~1.7%,黏土含量、粉砂含量自下而上逐渐增加,变化范围为3.3%~18.7%、17.7%~80.7%,表明水动力逐渐减弱。7.04 m和14.32 m的日历校正年龄分别为
2933 ± 75cal.aBP 和3294 ± 78 cal.aBP,该钻孔位于长江沿江一带,在全新世晚期受到潮汐作用的影响,为潮坪相,与泰州沿江一带TZK1孔在该时期的沉积环境一致[21]。3.2 全新世以来红桥、黄桥亚三角洲的沉积速率
全新世以来,红桥亚三角洲和黄桥亚三角洲的沉积速率呈现高-低-高-低的特征(图4、图5,表3)。
表 3 黄桥亚三角洲、红桥亚三角洲全新世以来的沉积环境和沉积速率Table 3. Sedimentary environment and sedimentation rate of Huangqiao body and Hongqiao body since the Holocene位置 钻孔号 11.0~9.0 ka 9~7 ka 7~4 ka 4~0 ka 沉积速率 沉积环境 沉积速率 沉积环境 沉积速率 沉积环境 沉积速率 沉积环境 红桥亚三角洲北侧 YZQK2 0.50 陆相 5.10 盐沼 0.30 陆相 0.30 陆相 红桥亚三角洲 YZSW4 5.20 河床相 2.30 河口湾 3.60 三角洲前缘 5.60 三角洲平原 YZQK3 3.30 盐沼 1.70 河口湾 7.30 三角洲前缘 1.70 三角洲平原 YZSW2 13.20 潮汐河道 3.00 河口湾 6.40 三角洲前缘 1.20 三角洲平原 XJ03 4.00 河漫滩、潮汐河道 1.90 河口湾 3.70 三角洲前缘 1.80 三角洲平原 黄桥亚三角洲北侧 SPM1 1.20 陆相 1.20 湖相 0.60 湖相、盐沼、潮上带 0.60 泻湖、湖相. PM4 0.30 陆相 0.30 湖相 0.40 盐沼、湖相 0.20 潮上带、河漫滩、湖相 黄桥亚三角洲主体 TZK6 0.30 河漫滩 0.30 河漫滩 2.40 三角洲前缘 1.00 三角洲平原 TZK2 8.20 河漫滩、潮汐河道 2.50 河口湾 6.00 三角洲前缘 0.70 三角洲平原 HQ98 7.50 河漫滩、潮汐河道 2.00 河口湾 7.50 三角洲前缘 1.05 三角洲平原 TZK3 4.10 河床相、潮汐河道 1.60 河口湾 9.00 三角洲前缘 0.70 三角洲平原 沿江 TZK1 2.70 河床、潮汐河道 1.90 河口湾 1.30 河口湾 6.80 潮汐河道 亚三角洲主体及
沿江平均值4.21 1.98 4.04 1.80 注:沉积速率单位为mm/a。 11.0~9.0 ka,红桥亚三角洲和黄桥亚三角洲北侧的沉积环境为陆相,沉积速率为0.30~1.20 mm/a,沙坝主体沉积环境为河流及潮汐河流,平均沉积速率为5.4 mm/a,位于红桥亚三角洲的YZSW4、YZQK3、YZSW2、XJ03钻孔沉积速率较高,分别为5.2、3.3、13.2、4.0 mm/a,黄桥亚三角洲TZK2、TZK3、HQ98的沉积速率分别为8.2、4.1、7.5 mm/a。
9.0~7.0 ka,红桥亚三角洲和黄桥亚三角洲北侧的沉积环境为盐沼和湖相,沉积速率为0.4~5.1 mm/a。沙坝主体沉积环境为河口湾,遭受了强烈的侵蚀作用,沉积速率较低,红桥和黄桥的平均沉积速率分别2.2、1.7 mm/a。红桥沙坝XJ03(19.2 m)、黄桥砂坝的TZK2(20.8 m)、HQ98(29 m)孔均发育侵蚀面,分别缺失8.7~7.3 ka、8.7~4.4 ka、8.9~7.5 ka的地层,上覆地层为分选较好的砂层,含有大量有孔虫,为三角洲前缘相。YZQK3孔、YZSW2、TZK3、YZSW4孔虽无明显的侵蚀面,但分别在10.8~7.1、8.0~4.2、8.8~6.6、9.6~5.0 ka的沉积速率均较低,分别为1.6~1.8、1.6~1.8 、1.3、1.4 mm/a。
7.0~4.0 ka,亚三角洲北侧的沉积环境为湖相、盐沼、潮上带,沉积速率为0.3~0.6 mm/a,亚三角洲主体沉积环境为三角洲前缘,该时期为黄桥砂体和红桥砂体的主要形成时期,沉积速率较高,平均为5.5 mm/a。
4.0~0 ka,黄桥和红桥亚三角洲北侧的沉积环境为陆相、潟湖,沉积速率为0.3~0.6 mm/a,亚三角洲的主体出露地表,发育三角洲平原。沿江一带(YZSW4和TZK1)的沉积速率较高,分别为5.6和6.8 mm/a。
3.3 红桥、黄桥亚三角洲发育过程及影响因素
11.0 ka时,长江三角洲的海平面高度约为−38 m[5],海岸线位于海安-南通一带(图5a、图6a),海水深度自西向东逐渐加深。扬州-泰州-海安北部(XJ03、YZQK2、PM4、SPM1、TZK6、T8)的古高程大于10 m,最大可达36.6 m,下覆地层均为棕黄色、灰绿色黏土(第一硬黏土层)。扬州南部红桥亚三角洲(YZQK3、YZSW2、YZSW4)的古高程分别为4.1、−8.3、−3.1 m,岩性分别为黏土质粉砂、中粗砂、砂砾层,沉积相分别为盐沼、河床、河床相;泰州南部的古高程为0~5 m,沉积相为河床和河漫滩,黄桥亚三角洲沿江一带的TZK1为中粗砂、细砂的河床相,黄桥砂坝HQ98、TZK2钻孔为灰色黏土、黏土质粉砂的漫滩相[11,21]。海门亚三角洲HM孔50~60 m的岩性为细砂与泥质粉砂互层,细砂与粉砂质泥互层,有孔虫组合为沿岸浅水种[17],启东HZK2、H5,海门亚三角洲ZK01、ZK02,长江口外CJK09、ZK9、CJK11、ECS0702在该时期为河口湾[13-15,35-36],长江口外CJK10受古地貌的影响,在该时期的沉积相为河漫滩相,古高程为5.5 m;太湖东侧该时期均为陆相沉积,古高程为24.3~39.3 m。
至9.0 ka时,长江三角洲的海平面高度约为−22 m[5],海岸线向西向北迁移,海侵范围进一步扩大,形成以扬州-镇江为顶点的河口湾(图5b、图6)。扬州-泰州-海安北部(YZQK2、PM4、SPM1、TZK6)的古高程大于10 m,最大达21.2 m。向南部的古高程逐渐降低,红桥沙坝的XJ03、YZSW2的古高程分别为4.9 和2.1 m,其他区域均受到海洋不同程度的影响,海水深度向南向东逐渐增加。黄桥亚三角洲和金沙亚三角洲地区的海水深度为5~20 m,现代长江河口大部分区域的海水深度为20~50 m。太湖东侧该时期均为陆相沉积,古高程为8.6~23.3 m。9.0 ka,长江口位于扬州–镇江一带,在平面上呈喇叭形,外宽内窄,从湾外向湾顶高潮位抬高,低潮位下降,潮差逐渐增加,湾顶的潮差最强,类似现今的杭州湾[45]。9.0 ~7.0 ka,由于南部镇江基岩、扬州西部丘陵岗地的束缚,海岸线难以向西迁移,缓慢地向北移动,平均潮差与平均海平面呈正相关关系[46],海平面快速上升,平均潮差也逐渐增加,形成强潮型的河口湾,湾顶区沉积速率较低、部分区域较老的沉积物被强烈的潮流作用所侵蚀,形成侵蚀面,潮汐流将细颗粒带到远离湾顶的海安一带,形成潮流沙脊(JS98、SD、HM)、河口湾和前三角洲沉积(CJK11、CJK07、CJK08)。
7.0 ka时,为长江三角洲最大海泛面时期(图5c、图6a),其后,海平面逐渐趋于稳定,落潮流速大于涨潮流速,涨潮时主流偏南,落潮时主流偏北,有利于泥砂在中间缓流区淤积。在长江径流和落潮流的共同作用下,红桥沙坝和黄桥沙坝逐渐开始形成。红桥沙坝的YZSW4、YZQK3、YZSW2、XJ03孔分别于9.3、6.0、5.5、7.4 ka发育三角洲前缘相,黄桥沙坝的TZK3、HQ98、TZK2分别于6.9、7.5、4.3 ka发育三角洲前缘相,于4.3 ka扩张至最北端的TZK6孔,河口和浅滩沉积的泥砂厚度逐渐增加,黄桥砂体和红桥砂体在7.6~4.0 ka快速堆积,海水逐渐变浅,砂体于4.0 ka左右逐渐出露地表(图5d、图6b)。表明红桥沙坝和黄桥沙坝是同时形成的,而不是相互衔接,性质为潮成沙坝[21, 33],形成时间约为7.6~4.0 ka。
3.4 全新世以来长江三角洲的演化及控制因素
综合多个钻孔的AMS14C、OSL、岩性、沉积构造、有孔虫等特征,长江三角洲下切河谷的演化可分为5个阶段,分别为11.0~9.0、9.0~7.0、7.0~4.0、4.0~2.0、2.0~0 ka(图7、图8、表4)。
图 7 全新世以来长江三角洲不同区域的平均沉积速率和岸线变迁a、b、c、d、e分别显示11.0~9.0、9.0~7.0、7.0~4.0、4.0~2.0和2.0~0 ka的沉积速率及岸线。沉积速率单位为mm/a。Figure 7. Average sedimentation rate and shoreline changes in different regions of the Yangtze River Deltaa, b, c, d, e show sedimentation rate and shoreline of 11.0~9.0, 9.0~7.0, 7.0~4.0, 4.0~2.0, and 2.0~0 ka, respectively. The uint of sedimentation rate is mm/a.表 4 长江三角洲不同区域的平均沉积速率Table 4. Average sedimentation rate in different regions of the Yangtze River Deltamm/a 位置 年代/ka 11.0~9.0 9.0~7.0 7.0~4.0 4.0~2.0 2.0~0 红桥亚三角洲 6.4 2.2 5.2 3.4 1.8 黄桥亚三角洲 4.6 1.7 5.2 2.3 1.8 金沙亚三角洲 2.8 7.0 1.0 5.0 7.3 海门亚三角洲 3.3 4.3 2.0 6.5 6.6 崇明亚三角洲 6.7 2.2 1.6 1.1 7.9 启东 2.2 2.3 3.5 5.6 7.5 长江口外 3.9 3.1 1.9 1.5 4.0 太湖东侧 0.0 0.6 0.3 0.4 0.3 11.0~9.0 ka,海平面从−38 m上升至−22 m,平均上升速率为9 mm/a,11.0 ka海岸线位于南通—海安一带,此后海岸线逐渐向西迁移,下覆地层为末次冰期河床相的砂砾层。至10.0 ka,海水沿着下切河谷影响到扬州-泰州一带,形成潮汐河道,在沿江一带形成灰色黏土、黏土与黏土质粉砂的受潮汐影响的河漫滩和盐沼沉积(YZSW2、YZQK3、TZK1),古地势较高的地区则发育河漫滩沉积(XJ03、HQ98、TZK3、TZK6)。海安–南通一带在该时期为受潮汐影响的河漫滩、河口湾,HM孔岩性为泥砂互层,见贝壳碎屑与完整螺壳,开始出现有孔虫,属种单一且丰度低,以沿岸低盐浅水种为主[17],HM南侧的ZK02孔,该时期岩性为砾质粗砂和青灰色细砂质中砂、粉砂质砂,ZK01为黏土夹砂质粉砂、粉砂质细砂[47],发育潮汐层理。长兴岛上的CX03孔在该时期为潮坪相、河口湾相[48];长江口外的CJK11、ECS0702、CJK08、CJK09、ZK9在该时期以黏土、粉砂互层的潮坪为主,夹潮下带、潮道砂质沉积。自口外至湾顶总能量先增加后降低,沉积物呈现细–粗–细的分布模式。大量沉积物在古河口附近堆积下来,口外至湾顶的沉积速率呈现低-高-低-高的变化特征(图7a)。
9.0~7.0 ka,海平面从−22 m上升至现今高度,海平面上升速率达11 mm/a,至9.0 ka,就形成了以扬州–镇江为顶点的古河口湾,由于过水断面面积较小,地形对潮流的束狭作用,潮差在湾内达到最大值,沉积物难以保存下来,扬州–泰州一带的沉积速率低。海安–南通一带在该时期为潮流沙脊、河口湾,金沙的SD孔发育潮流沙脊,海门期HM孔岩性为灰色砂泥,见贝壳碎屑,少见有孔虫,Sr/Ba值却达到全孔最高,海侵程度最强,为潮流沙脊[17];HM南侧的ZK02孔,该时期岩性为灰色粉砂质砂与黏土,ZK01为黏土夹砂质粉砂、粉砂质细砂[14],为河口湾相。长兴岛上的CX03孔在该时期为河口湾、浅海相[48];长江口外CJK11、ECS0702、CJK07、CJK08、CJK09、ZK9在该时期为黏土夹较多的粉砂薄层,为河口湾相[14]。自口外至湾顶总能量先增加后降低,沉积物呈现细–粗–细的分布模式,CJK07、CJK08、CRE–
1402 缺失7.5、6.7、6.7 ka以后的地层。沉积物主要在远离湾顶区南通一带堆积,口外至湾顶的沉积速率呈现低-高-低的变化特征(图7b)。7.6~4.0 ka,海平面在宏观上保持稳定,在扬州、泰兴地区沉积细砂(YZQK3、YZSW2、XJ03、TZK2、TZK3、HQ98),形成黄桥沙坝和红桥沙坝,HM孔为潮流沙脊;HM南侧的ZK02孔,发育黏土与粉砂不等厚互层,局部夹细砂,“千层饼”构造,ZK01泥质黏土夹细砂、粉砂薄层和团,该时期为浅海相,长兴岛上的CX03孔在该时期为浅海相[48];长江口外CJK11、ECS0702、CJK09、ZK9在该时期为黏土夹较多的粉砂薄层,为河口湾相[14],自口外至湾顶总能量增加,沉积物呈现细–粗的分布模式。大量沉积物在古河口附近堆积下来,口外至湾顶的沉积速率呈现低-高的变化特征(图7c)。
4.0~2.0 ka,黄桥沙坝和红桥沙坝逐渐出露地表,长江古河口退至泰州东侧,黄桥沙坝、红桥沙坝南侧为潮汐河流,发育粉砂与黏土互层的潮坪相沉积(TZK1、YZSW4)。金沙以南–长江口地区,在前三角州泥质沉积之上开始发育砂质均匀的三角洲前缘相,在金沙–海门一带形成河口沙坝,金沙SD在1.6 ka、NT在1.4 ka、JS98在2.8 ka、海门HM在3.1 ka、启东HZK2在2.2 ka、崇明CM97在1.8 ka开始发育三角洲前缘相,长兴岛上的CX03孔在该时期为河口沙坝[48];长江口外HZK2、H5、CJK11、ECS0702、CJK09、ZK9在该时期为黏土夹较多的粉砂薄层,为河口湾相,自口外至湾顶总能量增加,沉积物呈现细–粗的分布模式。金沙期、海门期、崇明期、长兴期的沙坝并不是先后形成、依次排列的,长兴期在4.6 ka以后开始发育,金沙期、海门期在3.1 ka以后开始形成,于1.0 ka逐渐出露地表,崇明在1.8 ka以后开始发育[48]。大量沉积物在古河口附近堆积下来,口外至湾顶的沉积速率呈现高-低的变化特征。
4. 结论
(1)长江三角洲顶端YZSW4孔全新世以来自下而上的沉积环境分别为河床相(? ~9.3 ka)、三角洲前缘相(9.3~3.0 ka)、潮坪相(3.0~0 ka)。
(2)红桥亚三角洲和黄桥亚三角洲在11.0~9.0、9.0~7.0、7.0~4.0、4.0~0 ka 4个阶段的沉积环境为潮汐河道、河口湾、三角洲前缘、三角洲平原,沉积速率呈现高-低-高-低的特征,平均沉积速率分别为4.21、1.98、4.04、1.80 mm/a。红桥、黄桥沙坝并不是按照形成的先后相互衔接的,而是同时形成的,主体形成时间为7.6~4.0 ka。
(3)长江三角洲的演化可分为5个阶段:11.0~9.0 ka,自口外至湾顶总能量先增加后降低,沉积物呈现细-粗-细的分布模式,口外至湾顶的沉积速率呈现低-高-低-高的变化特征;9.0~7.0 ka,自口外至湾顶总能量先增加后降低,沉积物呈现细-粗-细的分布模式,口外至湾顶的沉积速率呈现低-高-低的变化特征;7.0~4.0 ka,自口外至湾顶总能量增加,沉积物呈现细-粗的分布模式,口外至湾顶的沉积速率呈现低-高的变化特征;4.0~2.0 ka,自口外至湾顶总能量增加,沉积物呈现细-粗的分布模式,口外至湾顶的沉积速率呈现低-高-低的变化特征;2.0~0 ka,口外至湾顶的沉积速率呈现高-低的变化特征。
(4)全新世以来,长江三角洲的堆积作用受控于古河口的位置、轮廓形状及海平面变化,11.0~9.0 ka,海平面快速上升,大量沉积物在古河口附近堆积下来;9.0~7.0 ka,为强潮型的河口湾,沉积物在远离湾顶的南通一带堆积;7.0 ka以后,海平面趋于稳定,在古河口附近堆积。
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表 1 YKC-2孔光释光年龄
Table 1 OSL ages of borehole YKC-2
样品深度/m OSL年龄/kaBP 1.96 4.5±0.5* 2.90 14.1±1.4 4.01 15.3±1.5 5.27 12.7±1.3* 5.86 13.4±1.3* 7.00 30.3±3.0 18.47 59.4±5.9 37.15 54.4±5.4* 40.66 76.8±7.7 40.87 70.2±7.0* 44.70 70.6±7.1* 45.30 69.5±7.0* 49.89 >93.9* 55.27 93.7±9.4* 60.37 91.2±9.1* 61.21 94.4±9.4* 68.05 85.4±8.5* 69.20 >98.6* 注:*年龄为本文采用年龄。 -
[1] 中国科学院海洋研究所海洋地质研究室. 渤海地质[M]. 北京: 科学出版社, 1985: 1-232. Office of Marine Geology, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences. Geology of the Bohai Sea[M]. Beijing: Science Press, 1985: 1-232.
[2] 马志强, 周遵春, 杨爽. 辽东湾北部近海海域表层沉积物类型及分布特征[J]. 水产科学, 2008, 27(2):95-97. [MA Zhiqiang, ZHOU Zunchun, YANG Shuang. The characteristics of surface sediment types and distribution in the north inshore sea area of Liaodong Bay [J]. Fisheries Science, 2008, 27(2): 95-97. doi: 10.3969/j.issn.1003-1111.2008.02.012 [3] 徐东浩, 李军, 赵京涛, 等. 辽东湾表层沉积物粒度分布特征及其地质意义[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2012, 32(5):35-42. [XU Donghao, LI Jun, ZHAO Jingtao, et al. Grain-size distribution of surface sediments of the Liaodong Bay, Bohai and sedimentary environment restoration [J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2012, 32(5): 35-42. [4] 窦衍光, 刘京鹏, 李军, 等. 辽东湾东部砂质区沉积物粒度特征及其物源指示意义[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2013, 33(5):27-34. [DOU Yanguang, LIU Jingpeng, LI Jun, et al. Grain size characteristics of the core sediments in the eastern Liaodong Bay and implications for depositional environment [J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2013, 33(5): 27-34. [5] 王中波, 李日辉, 张志珣, 等. 渤海及邻近海区表层沉积物粒度组成及沉积分区[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2016, 36(6):101-109. [WANG Zhongbo, LI Rihui, ZHANG Zhixun, et al. Grain size composition and distribution pattrn of seafloor sediments in Bohai Bay and adjacent areas [J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2016, 36(6): 101-109. [6] 王利波, 李军, 赵京涛, 等. 辽东湾表层沉积物碎屑矿物组合分布及其对物源和沉积物扩散的指示意义[J]. 海洋学报, 2014, 36(2):66-74. [WANG Libo, LI Jun, ZHAO Jingtao, et al. Detrital mineral assemblages and distributions as indicators of provenance and dispersal pattern in surface sediments from Liaodong Bay, Bohai Sea [J]. Acta Oceanologica Sinica, 2014, 36(2): 66-74. [7] 王利波, 李军, 赵京涛, 等. 辽东湾中部晚第四纪沉积物物源与沉积环境: 来自碎屑矿物和自生黄铁矿的证据[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2016, 36(2):39-48. [WANG Libo, LI Jun, ZHAO Jingtao, et al. Late Quaternary sediment provenance and palaeoenvironment in Liaodong Bay, Bohai Sea: evidence from detrital minerals and authigenic pyrite [J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2016, 36(2): 39-48. [8] 李淑鸾. 辽东湾表层沉积中有孔虫介形虫研究[J]. 北京大学学报: 自然科学版, 1994, 30(2):181-193. [LI Shuluan. A preliminary study of foraminifera and ostracod assemblages in the Liaodong Bay [J]. Acta Scicentiarum Naturalum Universitis Pekinesis, 1994, 30(2): 181-193. [9] 王海霞, 赵全民, 李铁刚, 等. 辽东湾表层沉积物中底栖有孔虫分布及其与沉积环境的关系[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2011, 31(2):87-94. [WANG Haixia, ZHAO Quanmin, LI Tiegang, et al. Distribution of benthic foraminifera in surface sediments of the Liaodong Bay and its bearing on sedimentary environments [J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2011, 31(2): 87-94. [10] 孙荣涛, 赵京涛, 李军, 等. 辽东湾LDD7孔晚更新世以来的沉积层序与古环境演化[J]. 吉林大学学报: 地球科学版, 2015, 45(5):1460-1469. [SUN Rongtao, ZHAO Jingtao, LI Jun, et al. Stratigraphic and Paleo-environmental evolution of Liaodong Bay since Late Pleistocene: evidence from core LDD7 [J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2015, 45(5): 1460-1469. [11] 符文侠. 第四纪以来辽东湾滨岸沉积特征与沉积环境的演变[J]. 沉积学报, 1989, 7(1):127-134. [FU Wenxia. The sedimentary characteristics and environmental evolution in the coastal area of the Liaodong Bay in Quaternary [J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1989, 7(1): 127-134. [12] 李萍, 徐元芹, 李培英. 辽东湾北部LH01孔晚更新世24 ka以来古环境演变[J]. 海洋科学进展, 2014, 32(1):59-67. [LI Ping, XU Yuanqin, LI Peiying. Evolution of paleoenvironment since late Pleistocene 24 ka of LH01 core in the northern Liaodong Bay [J]. Advances in Marine Science, 2014, 32(1): 59-67. doi: 10.3969/j.issn.1671-6647.2014.01.007 [13] 马宏伟, 车继英, 马诗敏, 等. 辽河三角洲LZK03孔全新世环境演变[J]. 地质通报, 2016, 35(10):1571-1577. [MA Hongwei, CHE Jiying, MA Shimin, et al. Holocene environmental changes revealed by core LZK03 in the Liaohe River delta [J]. Geological Bulletin of China, 2016, 35(10): 1571-1577. doi: 10.3969/j.issn.1671-2552.2016.10.002 [14] 吴建政, 孙洪光, 亓发庆, 等. 辽东湾北部晚更新世中期以来的地层结构及环境演化[J]. 海洋科学进展, 2005, 23(4):452-459. [WU Jianzheng, SUN Hongguang, QI Faqing, et al. Stratigraphic structure and environmental evolution in the northern Liaodong Bay since the middle stage of late Pleistocene [J]. Advances in Marine Science, 2005, 23(4): 452-459. doi: 10.3969/j.issn.1671-6647.2005.04.009 [15] 孙洪光. 辽东湾北部晚更新世中期以来的沉积特征及环境演化[D]. 中国海洋大学硕士学位论文, 2005. SUN Hongguang. Sedimentary characteristics and environmental evolution in the north of Liaodong Bay since medium-tern of late Pleistocene[D]. Master Dissertation of Ocean University of China, 2005.
[16] 刘京鹏. 辽东湾晚第四纪以来沉积环境演化[D]. 中国海洋大学硕士学位论文, 2015. LIU Jingpeng. Sedimentary environment evolution of Liaodong Bay during the late Quaternary[D]. Master Dissertation of Ocean University of China, 2015.
[17] Wintle A G. Luminescence dating: laboratory procedures and protocols [J]. Radiation Measurement, 1997, 27(5-6): 769-817. doi: 10.1016/S1350-4487(97)00220-5
[18] 李西双, 刘保华, 赵月霞, 等. 渤海海域晚更新世-全新世的活动构造[J]. 海洋学报, 2010, 32(5):52-59. [LI Xishuang, LIU Baohua, ZHAO Yuexia, et al. Late Pleistocene-Holocene submarine active structures in the Bohai Sea [J]. Acta Oceanologica Sinica, 2010, 32(5): 52-59. [19] 汪品先, 闵秋宝, 卞云华. 黄海有孔虫、介形虫组合的初步研究[M]//汪品先. 海洋微体古生物论文集. 北京: 海洋出版社, 1981: 84-100. WANG Pinxian, MIN Qiubao, BIAN Yunhua. A preliminary study of foraminiferal and ostracoda assemblages of the Yellow Sea[M]//Papers on Marine Micropaleontology. Beijing: China Ocean Press, 1981: 84-100.
[20] 汪品先, 章纪军, 赵泉鸿, 等. 东海底质中的有孔虫和介形虫[M]. 北京: 海洋出版社, 1988: 1-307. WANG Pinxian, ZHANG Jijun, ZHAO Quanhong, et al. Foraminifera and Ostracodes in Surface Sediments of the East China Sea[M]. Beijing: China Ocean Press, 1988: 1-307.
[21] Chappell J, Omura A, Esat T, et al. Reconciliaion of late Quaternary sea levels derived from coral terraces at Huon Peninsula with deep sea oxygen isotope records [J]. Earth and Planetary Science Letters, 1996, 141(1-4): 227-236. doi: 10.1016/0012-821X(96)00062-3
[22] Lea D W, Martin P A, Pak D K, et al. Reconstructing a 350 ky history of sea level using planktonic Mg/Ca and oxygen isotope records from a Cocos Ridge core [J]. Quaternary Science Reviews, 2002, 21(1-3): 283-293. doi: 10.1016/S0277-3791(01)00081-6
[23] Hunt D, Tucker M E. Stranded parasequences and the forced regressive wedge systems tract: deposition during base-level’fall [J]. Sedimentary Geology, 1992, 81(1-2): 1-9. doi: 10.1016/0037-0738(92)90052-S
[24] Liu J, Saito Y, Wang H, et al. Sedimentary evolution of the Holocene subaqueous clinoform off the Shandong Peninsula in the Yellow Sea [J]. Marine Geology, 2007, 236(3-4): 165-187. doi: 10.1016/j.margeo.2006.10.031
[25] Chen X H, Li R H, Lan X H, et al. Stratigraphy of late Quaternary deposits in the mid-western North Yellow Sea [J]. Journal of Oceanology and Limnology, 2018, 36(6): 2130-2153. doi: 10.1007/s00343-019-7146-9
[26] Wang Z B, Yang S Y, Wang Q, et al. Late Quaternary stratigraphic evolution on the outer shelf of the East China Sea [J]. Continental Shelf Research, 2014, 90: 5-16. doi: 10.1016/j.csr.2014.04.015
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期刊类型引用(2)
1. 甘双庆,朱龙海,张立奎,宋彦,胡日军,白杏,林超然,谢波. 蓬莱近岸海域夏季悬浮泥沙输运及控制因素. 海洋地质前沿. 2023(12): 12-25 . 百度学术
2. 刘东艳,吕婷,林磊,韦钦胜. 我国近海陆架锋面与生态效应研究回顾. 海洋科学进展. 2022(04): 725-741 . 百度学术
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