Sedimentary sequences in response to marine transgression during the late Quaternary, Pearl River delta
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摘要: 地处南海北部的珠江三角洲在晚第四纪以来经历了数次海面升降过程，沉积了多套海相、陆相及海陆交互相地层，为研究河口海岸带地区的沉积模式及古环境演变过程提供了良好的研究材料。以江门GC088孔岩芯为主要研究材料，通过岩相分析、粒度分析、磁化率、微体古生物学及年代测试分析等手段，结合区域内其他第四系钻孔剖面资料，综合揭示了珠江三角洲江门新会地区晚更新世以来地层沉积序列及沉积环境演变过程，主要得出如下结论：① 新会地区第四系存在河床相、潮控河流相、河口湾相、三角洲前缘相、潮坪相、三角洲平原相6种沉积相及风化形成的花斑黏土层；② 通过本文新获取的14C和OSL年代测试结果并综合对比区域内其他钻孔的测年结果建立了新会地区晚第四纪以来的年代框架，认为珠江三角洲普遍存在2次海侵-海退旋回过程，且下海侵旋回的年代应归属于MIS 5；③ GC088孔多指标分析结果呈现出较好的周期性，与海平面变化曲线变化较一致；结合区域内部分钻孔沉积相变化及其他各类指标结果（如元素比值、孢粉、有孔虫等），揭示了珠江三角洲MIS 5阶段可能存在次一级海平面波动。本研究结果表明珠江三角洲晚更新世的沉积环境演化过程主要受到全球海平面变化及冰期-间冰期旋回时岸线移动的影响。Abstract: The Pearl River Delta, located in the northern South China Sea, has experienced several sea level changes, and deposited several marine-terrestrial strata since the late Quaternary, which provides good research materials for studying the sedimentary model and palaeo-environmental evolution of estuarine and coastal zones. In this study, detailed investigation of lithofacies, grain-size distribution, magnetic susceptibility, microfossils, and chronological analysis were conducted for core GC088. The results were combined with other regional cores and revealed the stratigraphic sequence and the evolution of sedimentary environment in Jiangmen Xinhui area, Pearl River Delta. The Quaternary strata in Xinhui area include six sedimentary facies, namely, river channel, tide-dominated river, estuarine, delta front, tidal flat, and delta plain. Weathered clay layers also present in the Quaternary strata in Xinhui area. Based on the 14C and OSL dating results obtained in this study and in other cores in the study area, the chronological framework of Xinhui area since the late Quaternary was established. Two transgression-regression cycles in the Pearl River Delta were recognized, and the age of the lower transgression cycle should be attributed to MIS 5.3. The multi-index analysis results of core GC088 illustrate clear periodicity in relation to the sea level change. Combined with the changes of sedimentary facies and the results of other proxies (e.g. geochemical elements, pollen, foraminifera, etc.) of regional cores, it is believed that sea level fluctuated in the MIS 5 stage of the Pearl River Delta. This study indicates that the evolution of sedimentary environment in the Pearl River Delta was mainly controlled by global sea level change and shoreline movement during last glacial-interglacial cycles.
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以珠江三角洲为核心区域的粤港澳大湾区是我国经济最为活跃、人口最为密集的城市群之一，在国家发展大局中占有重要的战略地位[1]。然而，全球变暖导致海面升高[2]以及人类活动导致三角洲地形地貌加速侵蚀[3]，海岸带可持续发展面临严峻挑战。位于南海北部陆架边缘的珠江三角洲是海-陆相互作用的敏感区域，在海侵过程与河流沉积物供给间的相互作用及新构造运动的共同影响下，其沉积地层记录了晚第四纪以来丰富的古环境、古气候及海陆相互作用等信息[4]。因此，研究珠江三角洲晚第四纪以来沉积地层形成与演变过程，不仅对于了解全球变化的区域响应具有重要的科学意义，而且可以为粤港澳大湾区的战略发展建设、土地规划、防灾减灾及各类适应性措施提供理论支撑和科学引导。
第四纪期间，包括珠江三角洲在内的东南沿海地区一般仅记录到晚更新世和全新世两次海侵，两个海侵沉积旋回的底部为河流沉积、上覆海相或海岸带沉积；两个海相层之间常发育红色或杂色的花斑黏土[5-11]。其中，晚更新世的海侵地层由于测年材料缺乏和技术手段限制，其年代一直存在争议，尽管该层的14C年龄属于MIS 3阶段，但许多学者认为其真实年龄可能更老[4,12-14]。近年来，苏北平原[8]、福建[9-10]、练江平原[15]及海南岛[11]等地的研究结果也表明自盆地初始形成以来的首次海侵过程应发生在MIS 5阶段。
在珠江三角洲地区，前人对全新世海侵过程及相关的古环境演变过程了解相对较详细[16]，但晚更新世海侵的年代归属问题至今仍有争议，不同年代框架下对于珠三角地层与全球海平面的对比及衡量区域稳定性的认识大相径庭[4,17-20]。近年来，珠江三角洲中部地区的研究表明老海相层的年代属于MIS 5[20-23]。而珠江三角洲西南部的江门新会地区晚更新世年代研究则很少，测年数据仅有少量传统14C测年[5-6,24]，年代控制仍然十分不精确，基于年代研究的其他古环境代用指标结果也较为匮乏。此外，研究表明，远场海平面无论在MIS 3还是MIS 5都经历了多次明显的波动[25]，但在珠江三角洲相关的地质记录却少有报道[21-22,26]。因此，晚更新世以来沉积地层与海平面变化之间的关系仍然不够了解，需开展更多的研究工作。本文针对江门新会地区GC088钻孔进行粒度、磁化率、色度、有孔虫等多指标分析结合年代学测试结果，对研究区的第四纪沉积特征、沉积相进行划分，综合对比区域内钻孔的沉积单元及层序地层框架，为深入揭示研究区晚更新世以来的海陆相互作用及古环境演变过程提供新的依据。
1. 研究区概况
珠江三角洲是由西江、北江、东江及潭江形成的复合三角洲。本研究区域覆盖珠江三角洲中-西部第四纪沉积区，以潭江和西江流域下游为主，包含江门新会、中山等地（图1）。江门新会地区位于珠江三角洲西南部，东与中山相邻，属潭江、西江流域，潭江经崖门流入黄茅海，西江经磨刀门入南海（图1）。受东亚季风的影响，夏季高温多雨，冬季温凉干燥，年均温21.7°C，降雨量1 741.9 mm[27]。构造上属于新会红盆的一部分，南、北两面为花岗岩及寒武系石英砂岩，近东西向的五桂山北麓断裂控制着基底地形[28]。形成于白垩纪—古近纪的新会红盆至渐新世末结束沉积，盆地转为风化剥蚀状态[28]，上覆的松散沉积物为晚第四纪以来形成的海-陆交互相沉积，意味着渐新世与第四纪之间存在沉积中断。第四系厚度20～25 m，沉积中心30～35 m，等厚线沿近EW向展布[5]。
对珠江三角洲第四纪地层层序过去多沿用岩石地层单位进行划分，如黄镇国等[5]、李平日等[29]将珠江三角洲第四纪地层划分为石排组、西南组、三角组、杏坛组、横栏组、万顷沙组、灯笼沙组等单元；Yim[30]则提出了独特方案，将珠江河口地区第四纪地层划分为多个海相-陆相层，包含了5套海相地层；宗永强等[4]在综合了构造沉降与海平面变化等因素后，将珠江三角洲平原划分为5个环境演化阶段（表1）。这些地层单元对认识珠江三角洲的形成阶段具有重要意义。
表 1 珠江三角洲晚第四纪地层划分方案Table 1. The late Quaternary lithostratigraphy of the Pearl River Delta2. 材料与方法
2.1 研究材料
本研究于2021年在江门市新会地区进行岩芯钻探，主要分析的钻孔GC088其经纬度为22°29′20″N、113°03′17″E，高程1.64 m。钻孔岩芯运回中山大学第四纪古环境研究室保存，后续进行详细的岩性描述、分样及拍照等，并进行粒度、磁化率、色度和有孔虫等多指标分析工作。另外，本研究搜集前人文献中已发表的8个年代较为连续的钻孔进行年代、层序地层对比和古环境重建（图1、表2）。
表 2 本研究相关的珠江三角洲钻孔信息Table 2. Information of relevant cores from the Pearl River Delta in this work钻孔编号 地点 经纬度 来源 GC005 江门市新会区 22°30′02″N、112°55′01″E 本研究 GC007 江门市新会区 22°29′54″N、112°59′43″E 本研究 GC008 江门市新会区 22°29′58″N、113°02′03″E 本研究 GC018 江门市新会区 22°29′12″N、112°09′55″E 本研究 GC020 江门市新会区 22°30′57″N、112°09′44″E 本研究 GC055 江门市新会区 22°26′04″N、113°00′29″E 本研究 GC065 江门市新会区 22°25′03″N、113°00′53″E 本研究 GC083 江门市新会区 22°20′22″N、113°10′35″E 本研究 GC088 江门市新会区 22°29′20″N、113°03′17″E 本研究 BA 中山市石岐街道 22°36′46″N、113°23′36″E 文献[20] ZK4 中山市黄圃镇 22°43′14″N、113°23′45″E 文献[22] HPQK01 中山市黄圃镇 22°43′04″N、113°24′10″E 文献[23] ZK316-2 广州市南沙区 22°40′52″N、113°35′06″E 文献[21] DH9 广州市南沙区 22°36′24″N、113°38′07″E 文献[31] PRD17 广州市南沙区 22°51′07″N、113°25′30″E 文献[26] PRD20 佛山市顺德区 22°51′54″N、113°15′23″E 文献[26] ZK19 伶仃洋西滩 22°22′56″N、113°41′55″E 文献[32] 2.2 测试方法
2.2.1 年代学分析
本研究选取钻孔GC088、GC005、GC055岩芯中较完整的贝壳、泥炭或有机质等9个测年材料送往美国BETA实验室进行AMS14C（Accelerator Mass Spectrometry, AMS）测试。所有测试结果使用BetaCal3.21数据库校正为日历年龄，以cal.aBP表示。对于植物碎屑、炭屑、有机质和淡水贝壳等样品，使用IntCal13曲线校正；对于海洋贝壳样品，使用Marine13曲线校正[33]。测年结果均采用2sigma年龄分布确定样品的年代范围和概率中值[34]。采集GC088、GC005、GC055钻孔的共4个样品进行石英颗粒（4～11 μm）的光释光（Optical Simulated Luminescence, OSL）测年，测试过程在中山大学地球科学与工程学院光释光实验室完成。
2.2.2 粒度分析
采用英国Malvern公司的Mastersizer 3000激光粒度仪对GC088钻孔岩芯样品进行粒度分析，采样间隔20 cm，共测试样品79个。粒度样品经预处理后进行上机测试，预处理过程如下：取样品约1 g，用10%的H2O2溶液去除有机质，用20%的HCl溶液去除自生碳酸盐和部分次生黏土矿物；用直径1 000 μm的筛网筛出粒径＞1 000 μm的粗颗粒并烘干称重，在≤1 000 μm的样品中加入 5 mL 0.05 mol/L的六偏磷酸钠溶液，搅拌、超声波震荡使样品充分分散，准备上机测试。每个样品重复测量3组数据并取平均值，对测量结果出现较大误差的样品进行重新测量。
2.2.3 其他测试分析
色度是反映沉积物颜色特征的指标，具有良好的古环境指示意义[35-36]：亮度L*值主要反映沉积物中碳酸盐和有机质的含量，红-绿彩度a*值主要反映沉积物的风化、氧化程度，黄-蓝彩度b*值主要反映沉积时的氧化还原环境。磁化率主要由沉积物中磁性矿物的种类、粒度和含量所决定，能够反映物源、沉积动力条件及次生变化的影响[37]。本文采用日本Konica Minolta公司生产的CM-700d分光测色计对GC088钻孔岩芯进行色度分析，采用英国Bartington公司生产的MS2磁化率仪和MS2E探头对GC088钻孔岩芯进行磁化率分析，磁化率及色度测试间隔均为10 cm，共计获得174个色度与磁化率结果。
此外，对GCO88钻孔岩芯中取80个有孔虫样品，送往青岛毕克分析测试有限公司进行鉴定统计。测试过程如下：取约100 g样品，经50℃恒温烘干后称重，加清水浸泡24 h使沉积物颗粒分散。随后用孔径0.154 mm的标准铜筛冲洗，收集筛上粗组分，再经50℃恒温烘干以备镜下鉴定。使用Olympus SZ-X61双目实体显微镜进行鉴定与统计分析[38]；全部有孔虫均鉴定到种，共发现20属27种，其中包含底栖有孔虫15属21种（含未定种），浮游有孔虫5属6种。
3. 结果
3.1 沉积相特征
根据研究区钻孔岩芯的岩性、沉积构造等特征，结合GC088钻孔粒度、色度、磁化率以及有孔虫指标的综合分析结果，本文将研究区晚更新世以来的沉积地层综合划分为以下6种沉积环境：
河床沉积：发育在上更新统底部（图2a）或顶部（图2b），对应GC005钻孔21.6～17.0 m、GC007钻孔28.2～24.0 m、GC008钻孔31.0～24.0 m、GC020钻孔32.4～28.0 m、GC083钻孔20.4～17.5 m。沉积物一般为灰黄—黄褐色砂，受打钻影响一般不见沉积构造，无生物碎屑，几乎不含有机质。这些特征表明沉积环境为陆相的河流环境，是低海平面时期深切河谷的河床沉积。
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图 2 新会地区钻孔岩芯典型沉积物照片a. 河床沉积（GC007钻孔24.0～24.3 m），b. 河床沉积（GC083钻孔19.5～19.8 m），c. 潮控河流沉积（上更新统，GC088钻孔23.3～23.6 m），d. 潮控河流沉积（全新统，GC018钻孔28.2～28.5 m），e. 河口湾湾心沉积（上更新统，GC020钻孔19.1～10.4 m），f. 河口湾湾心沉积（全新统，GC088钻孔11.0～11.3 m），g. 三角洲前缘沉积（GC088钻孔6.4～6.7 m），h. 泥质潮坪沉积（上更新统，GC007钻孔 23.4～23.7 m），i. 泥质潮坪沉积（全新统，GC005钻孔6.2～6.5 m），j. 沿岸沼泽沉积（上更新统，GC065钻孔15.2～16.5 m），k. 沿岸沼泽沉积（全新统，GC005钻孔11.5～11.8 m），l. 三角洲平原沉积（GC018钻孔2.7～3.0 m），m-n. 花斑黏土（GC088钻孔13.0～13.3、19.0～19.3、14.0～14.3及20.0～20.3 m）。Figure 2. Photos of typical sediments cored in Xinhui areaa:River channel (24.0～24.3 m in core GC007), b:river channel (19.5～19.8 m in core GC083), c:tide-dominated river (Qp, 23.3～23.6 m in core GC088), d: tide-dominated river (Qh, 28.2～28.5 m in core GC018), e: central estuarine bay (Qp, 19.1～10.4 m in core GC020), f:central estuarine bay (Qh, 11.0～11.3 m in core GC088), g: delta front (6.4～6.7 m in core GC088), h: muddy tidal flat (Qp, 23.4～23.7 m in core GC077), i: muddy tidal flat (Qh, 6.2～6.5 m in core GC055), j: salt marsh (Qp, 15.2～16.5 m in core GC065), k:salt marsh (Qh, 11.5～11.8 m in core GC005), l: delta plain (2.7～3.0m in core GC018), m-n: weathering clay (13.0～13.3 m, 19.0～19.3 m, 14.0～14.3 m and 20.0～20.3 m in core GC088).潮控河流沉积：发育在上更新统和全新统底部，对应GC018钻孔28.9～27.0 m、GC088钻孔24.4～23.0 m。沉积物一般为灰色—灰褐色粉砂质中粗砂、粉砂质中细砂，未见生物遗迹；底部常含砾石，中上部粉砂含量增加，呈现下粗上细的粒序（图2c、d）。平均粒径为2.97～6.26 Φ，频率曲线呈现出正偏态的窄峰或砂-粉砂的宽双峰形态（图3a），分选性差。色度b*值偏高，表明存在一定的氧化程度；L*值较低，颜色较深，说明有机质含量相对于河床沉积更多；磁化率值保持在150×10-6 SI 以下的水平（图4）。这些特征指示受海侵影响的河口环境，反映河流搬运力受海水顶托作用而快速减弱，使粗颗粒碎屑堆积的过程[39-40]。
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图 3 GC088钻孔主要沉积相及花斑黏土的粒度频率分布曲线a. 孔深24.40～23.00 m，b. 孔深23.00～20.50、18.70～16.4及12.00～10.00 m，c. 孔深10.00～2.50 m，d. 孔深2.50～1.55 m，e. 孔深14.20～12.00 m。Figure 3. Grain-size frequency distribution curves of different sediment facies and weathered clay in core GC088![]()
图 4 GC088钻孔综合古环境指标及沉积环境Figure 4. Comprehensive diagram of environmental proxies and reconstructed sedimentary environments of core GC088河口湾湾心沉积：在上更新统和全新统地层中都有发育，对应GC007钻孔16.0～14.0 m、GC008钻孔23.4～21.6 m、GC018钻孔21.4～18.0 m、GC020钻孔20.7～19.0 m、GC055钻孔31.0～26.0 m、GC083钻孔25.4～22.9 m、GC088钻孔23.00～20.50 m、18.70～16.40 m及12.00～10.00 m。沉积物为灰黑色黏土质粉砂，不发育沉积构造，含咸水和半咸水贝壳（图2e、f）。平均粒径为7.24 Φ，频率曲线呈现细粉砂-黏土粒级的宽峰（图3b），代表了潮汐主导的河口泥质沉积环境。色度L*、a*、b*值均较低，磁化率值约为152×10−6 SI，受到生物扰动影响可能出现波动以及峰值（图4）。上更新统河口湾湾心沉积含贝壳碎屑，指示海相环境，但基本不含有孔虫，原因可能是末次冰期时下伏地层出露地表, 遭受长时间的风化、淋溶等作用导致钙质化石被溶解[30]。全新统河口湾湾心沉积生物扰动强烈，含蚝壳、有孔虫等海相钙质化石。有孔虫平均丰度为183枚/100g，以Quinqueloculina subungerina、Ammonia beccarii var. tepida和Elphidium hispidulum为优势种，其平均丰度分别达到82枚/100g、51枚/100g和20枚/100g，指示受河流影响较大的半咸水环境[41]；有孔虫丰度呈上升趋势（图4），反映河口湾环境中海洋作用逐渐加强的趋势。
三角洲前缘沉积：发育在全新统中，对应GC007钻孔9.1～3.0 m、GC008钻孔6.8～2.5 m、GC018钻孔21.5～8.3 m、GC020钻孔15.2～5.0 m、GC055钻孔9.5～1.5 m、GC065钻孔10.6～1.0 m、GC083钻孔12.0～2.2 m、GC088钻孔10.0～2.5 m。沉积物为灰黑色粉砂和黏土，含大量贝壳碎屑和微体化石（图2g）。平均粒径为6.74 Φ，呈现下细上粗的粒序。频率曲线呈现中粉砂粒级的宽峰（图3c）；粒度相比河口湾相更粗，黏土含量更少且粉砂含量更多，且分选性更差，表明水动力条件较强的三角洲前缘环境。色度L*、a*、b*值均较低，磁化率值较高，约为406×10−6 SI，且呈逐步上升趋势（图4）。含大量贝壳碎屑和微体化石。有孔虫平均丰度达267枚/100 g，以E. hispidulum和A. beccarii var. tepida为优势种，其平均丰度分别为123枚/g和100枚/g，代表水深较大、盐度较高的远岸环境[41]。在部分深度，有孔虫以A. beccarii var. tepida为优势种，E. hispidulum丰度相对较低，指示水深较浅、受河流影响较大的半咸水环境[41]，可能反映全新世海平面波动。
潮坪沉积：在上更新统和全新统中都有发育，对应GC005钻孔13.0～2.5 m、GC007钻孔23.7～21.0 m、GC018钻孔25.0～22.0 m和8.3～4.0 m、GC020钻孔25.0～21.5 m、GC065钻孔19.9～15.4 m，主要有泥质潮坪和沿岸沼泽沉积。泥质潮坪为灰黑色粉砂—细砂，常见砂-泥互层的水平层理，单层的砂、泥之间有截然的界限关系（图2h、i）。潮汐纹层的厚度变化代表了潮间带至潮下带的沉积序列：高潮坪以泥质及粉砂沉积为主，含少量砂层；中潮坪砂层的厚度和出现频率增加；低潮坪及潮下带则以砂质沉积为主，含少量泥层[42]。沿岸沼泽为灰黑色粉砂和砂，含黑色泥炭层（图2j、k），反映潮上带的咸水湿地环境。
三角洲平原沉积：发育在全新统顶部，对应GC007钻孔2.8～0.7 m、GC008钻孔2.5～0.5 m、GC018钻孔3.0～0 m、GC020钻孔3.0～1.0 m、GC055钻孔1.5～0 m、GC065钻孔1.0～0 m、GC083钻孔2.2～1.5 m。沉积物一般为灰褐色—黄褐色粉砂和黏土，含少量泥炭碎屑，一般无贝壳碎屑（图2l）；有孔虫稀少，仅含个别底栖有孔虫及浮游有孔虫，表明海水已经基本退出珠江三角洲。平均粒径为7.55 Φ，频率曲线呈现细粉砂-黏土粒级的宽峰（图3 d），分选较差。色度L*值低，a*、b*值稍微偏高（图4），表明沉积物中有机质含量多，但具有一定程度的风化和氧化。
3.2 年代测试结果
研究钻孔的AMS14C和OSL测年结果如表3所示。GC088钻孔全新世的AMS14C和OSL年龄吻合，表明全新世的OSL年龄较为可信。16.60 m深处的贝壳位于花斑黏土层下方的上更新统地层中，年代应为晚更新世，但AMS14C测得的校正年龄为8 993～8 704 cal.aBP；而14.70和17.80 m深处的测年结果分别为35 543～34 756 cal. aBP和＞43 500 aBP（超出测年上限）。因此，16.60 m深处的实际年龄可能已经接近14C测年上限，测得的年龄极有可能来自污染物质。GC008及GC055钻孔上更新统的AMS14C年龄分别为33 318～32034 cal.aBP 和＞43 500 aBP，而OSL测年结果则更老，分别为79.64±2.98 ka和111.39±4.06 ka。
表 3 新会地区GC088、GC005和GC055钻孔的测年结果Table 3. Dating result of cores GC088, GC005, and GC055钻孔 测年方法 深度/m 测年材料 测试年龄/aBP 校正年龄/cal.aBP 年龄中值/cal.aBP GC088 AMS14C 1.75 泥炭 1 290±30 1 286～1 180 1 233 GC088 AMS14C 10.65 贝壳 7 720±30 8 561～8 425 8 493 GC088 AMS14C 11.90 贝壳 7 580±30 8 420～8 350 8 385 GC088 AMS14C 14.70 黏土 31 260±160 35 543～34 756 35 150 GC088 AMS14C 16.60 贝壳 7 970±30 8 993～8 704 8 849 GC088 AMS14C 17.80 泥炭 ＞43 500 — — GC008 AMS14C 12.45 泥炭 28 650±160 33 318～32 034 32 676 GC055 AMS14C 8.90 贝壳 6 620±30 7 570～7 441 7 506 GC055 AMS14C 18.45 泥炭 ＞43 500 — — GC088 OSL 10.80 粗颗粒石英 8.00±0.23 ka — — GC088 OSL 12.00 粗颗粒石英 8.49±0.24 ka — — GC008 OSL 24.20 粗颗粒石英 79.64±2.98 ka GC005 OSL 12.90 粗颗粒石英 6.09±0.36 ka — — GC055 OSL 30.20 粗颗粒石英 111.39±4.06 ka — — “—”表示此测试年龄或测年方法无该项数据。 4. 讨论
4.1 新会地区第四系沉积年代框架及地层划分
珠江三角洲地区研究成果表明，第四系上更新统顶部往往发育特征明显“花斑黏土”层，其沉积物为土黄色-橘红色等杂色粉砂和黏土（图2m），是划分上更新统和全新统的标志[5]。根据钻孔岩芯的岩性特征可将新会地区钻孔沉积地层划分为上更新统和全新统两个沉积旋回，“花斑黏土”层以上为全新统，以下为上更新统。新会地区钻孔综合指标及沉积相特征表明，晚第四纪以来该区的沉积地层存在4个主要沉积单元（图4、5）。
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图 5 珠江三角洲新会-中山-伶仃洋联孔剖面与年代框架Figure 5. Correlation of the cores from Xinhui to Lingdingyang Bay and the chronological frameworkT2：该沉积单元以河床相及潮控河流相砂砾为主，石英光释光（OSL）和长石光释光（post-IR IRSL, pIRIR）结果为80～150 ka（图5）。前人将这套发育在珠江三角洲第四系沉积物底部、不整合于基岩风化壳之上、常沿着古河道呈条带状分布[31]的砂砾层划分为石排组，认为是低海面时期河谷冲刷的产物[5]。本研究发现，除了低海平面时期的河床沉积外，新会地区在该阶段还发育明显受海侵影响的潮控河流相沉积。晚更新世海侵早期，随着全球海平面快速上升，海水从古珠江口入侵并沿古珠江水系向内陆推进，在原深切河谷中形成狭窄的溺谷型河口湾，河流搬运力受海水顶托作用而快速减弱，使粗颗粒碎屑快速堆积，形成下粗上细的粒序。
M2：该沉积单元开始出现海相化石，沉积物以河口湾前缘相块状黏土质粉砂和潮坪相砂-泥互层为主。这套在末次间冰期发育的海相沉积地层的14C测年结果为30～40 ka，显示其年代为MIS 3阶段；而OSL和pIRIR测年结果则主要在80～150 ka（图5），即MIS 5阶段。由于末次冰期时地层出露地表，遭受长时间的风化、淋溶等作用导致钙质化石被溶解[30]，该沉积单元基本不含有孔虫，在珠江三角洲仅顺德、南沙个别钻孔发现有孔虫[26]，但河口湾前缘相的咸水贝壳碎屑及典型的潮坪相层理证明该单元为海相沉积。本研究发现新会-中山地区在该阶段还发育了具明显风化、氧化特征的土黄色-红色地层[22,23,31]，可能指示短暂海退事件，使之前沉积的海相地层出露地表遭受风化。
T1：该单元主要为末次冰期期间形成的花斑黏土与河床相沉积。对于花斑黏土的成因，目前主要有两种看法：一是晚更新世海侵时期形成的海、陆相沉积在末次冰期的低海面时期暴露，地层顶部遭受风化所致[5,43]。二是王晶等[44]发现珠三角周边台地上同期发育了一套风成堆积的类黄土沉积，直接覆盖在基岩风化壳之上，与下伏地层间为不整合接触。在本研究中，花斑黏土层岩性与下伏地层间无明显间断，为过渡接触关系（图2n），粒度特征与下伏河口湾相地层相似（图3e）。色度L*、a*、b*曲线从下往上整体呈波动上升趋势（图4），没有明显突变，表明沉积物的风化程度逐渐加强。上述特征与前人风化成因的观点相吻合，因此本文认为研究区花斑黏土的成因以风化作用为主。末次冰期时全球海平面下降，海水彻底退出珠江三角洲乃至更远的陆架[18-19]，河流下切，整个珠江三角洲处于陆相风化剥蚀环境。在河间高地，晚更新世海相沉积出露地表，遭受强烈的风化作用并形成橘红色的花斑黏土；而在深切河谷处，则形成河床相沉积。
M1：该沉积单元即全新世海相层，主要包括潮控河流、河口湾前缘、潮坪、三角洲前缘、三角洲平原5种沉积环境。早全新世三角洲沉积环境表现出在海侵过程中的时空差异性。研究区测年结果表明，海水在9～8 kaBP时才广泛侵入到新会地区，形成河口湾环境，晚于伶仃洋地区[32]；而在一些冰期低海面深切河谷地段，则在早于9 kaBP时形成了潮控河流沉积[41,45]。中—晚全新世（8～0 kaBP）为三角洲发育阶段，沉积环境从三角洲前缘过渡为三角洲平原相，粒度先逐渐变粗，后迅速变细。有孔虫丰度总体呈先增加、后减小的趋势，反映海侵-海退进程。
4.2 珠江三角洲中—西部地区晚更新世地层年代探讨
珠江三角洲沉积序列仅记录了第四纪以来数次海面变化的最后两次沉积记录，即晚更新世和全新世两次海侵-海退过程[5-6]，而晚更新世地层年代归属则直接决定了珠三角海侵历史及其形成演化过程等一系列重要科学问题的解释。受限于测年手段及精度，珠三角晚更新世海相层的年代有两种不同看法，即MIS 3阶段[5,17]和MIS 5阶段[4,20,23,30]。早期珠三角晚更新世海侵层研究主要依靠14C和热释光年代数据，且结果大多数落在25～40 kaBP左右[5,17]，即MIS 3。然而，由于14C测年方法的限制，这些测年结果可能存在问题[4,6,13-14]。近年来通过其他测年方法获得的珠江三角洲下海相层的年龄主要集中在MIS 5阶段，如石英光释光（OSL）测年法[20,32]和铀系列测年法[13-14]；但也有相当一部分的石英OSL年龄落在MIS 3阶段[46-47]。石英OSL的信号饱和是限制其测年上限的主要问题，对于超过约70 ka的沉积物，石英OSL年龄可能存在争议[48]。Yim等[49]指出，对于珠三角沉积地层而言，石英OSL测年能够为T1沉积单元（花斑黏土层）提供有效年龄，但对于老于T1的沉积单元只能提供最低年龄。而长石释光信号的饱和剂量远远高于石英，利用长石pIRIR可以对超过100 ka的样品进行测年，能更好地确立年代框架[50]。如Xu等[23]在珠江三角洲中部中山黄圃 HPQK01钻孔的石英OSL年龄因信号饱和而存在低估，而长石pIRIR年龄显示下海相层的年龄为MIS 5阶段（图5）。根据远场海平面变化曲线[25]，全球海平面在MIS 3阶段下降到−60～−80 m（图5），而珠江三角洲的下海相层普遍埋深仅为−15～−20 m。尽管近年有模拟研究表明我国东部沿海地区MIS 3海平面可以达到−20～−30 m[51]（图5），但珠江三角洲及南海北部的地震测线和钻孔资料表明，MIS 3阶段海侵仅局限于珠江口外，并未进入珠江三角洲地区，因此珠江三角洲下海相层不可能为MIS 3阶段的产物[18-19]。
考虑到新会地区下海相层的14C测年数据可能受到“新碳”的污染，本文认为其40 kaBP左右年龄可能只是反映14C的测年上限[4,20,23,30]，而OSL年龄则更为可靠。新会地区下海相层顶部高层普遍仅约−10～−15 m，与MIS 3阶段的海平面高度相差较大，不可能由仅到珠江口外的MIS 3海侵形成。因此，根据本研究在新会地区及前人在珠江三角洲的测年结果，结合前人对东南沿海其他地区晚更新世海侵层年代的研究，本文认为珠江三角洲晚更新世海侵的时间更可能在MIS 5而非MIS 3。上更新统顶部的花斑黏土或河床沉积（T1）应形成于MIS 4—2阶段，而第四系底部的河流沉积（T2）则应形成于MIS 6阶段。
4.3 珠江三角洲晚更新世地层对MIS 5阶段海平面波动的响应
三角洲是河流和海洋共同作用的产物，相对海平面的高度是影响三角洲形成和发育的关键因素之一。研究表明，远场海平面在MIS 5经历了多次明显的波动[25] ，但在珠江三角洲相关的地质记录却少有报道[21-22,26]，晚更新世沉积环境变化与海平面变化的关联仍不清楚。以往的钻孔中大部分仅记录了晚更新世和全新世两个大的沉积旋回[5-6]，而本研究在新会地区钻取的系列钻孔中，晚更新世普遍存在两层海相沉积及其之间的土黄色—橘红色风化层。GC088钻孔的粒度、色度的垂向变化指示该地区晚更新世期间经历了两次从陆到海的次一级沉积旋回（图4）。
近年来，珠三角平原也陆续出现关于晚更新世的次级海平面波动的报道，包括晚更新世海相层中夹有一层至多层具明显风化、氧化特征的土黄色—红色地层[22-23,31]，以及有孔虫[26]、花粉[21]、地球化学[22,31]等指标的垂直变化（图6）。上述报道及本研究钻孔均记录了珠江三角洲地区MIS 5期间的次级海平面波动，表明珠江三角洲晚更新世的沉积环境演化受到了全球海平面变化及冰期-间冰期旋回时岸线移动的影响。结合MIS 5时期全球海平面高度[25]及区域钻孔年代数据[20,23]，研究区最早的海相沉积最可能为MIS 5e的产物，而记录的次级海平面波动可能对应MIS 5d。
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图 6 珠江三角洲MIS 5海平面波动的钻孔指标记录与全球海平面变化曲线Figure 6. Proxies of MIS 5 sea level fluctuation in the Pearl River Delta and the curve of global sea level change本研究及上述报道的色度及地球化学指标显示[22,31]， MIS 4—2形成的花斑黏土与MIS 5相对低海面时期形成的风化层相比，风化程度更为强烈（图6），表明MIS 5阶段的低海平面时期，地层出露较少且遭受风化的时间较短，明显短于末次冰期。这与珠江三角洲大量钻孔在此时期未能形成风化层，仅少量钻孔的有孔虫、花粉变化记录到海面波动的情况相吻合：MIS 5海平面下降可能仅使新会、中山等部分地区出露地表，海水并未完全退出珠江三角洲全域；而末次冰期海平面下降幅度更大[25]（图6），使珠江三角洲广泛发育上更新统顶部强烈风化的花斑黏土风化层（T1）。
5. 结论
本文通过岩性、粒度分析、色度、磁化率、有孔虫多指标综合分析，将新会地区第四系地层划分为4个主要沉积单元，并划分出河床、潮控河流、河口湾前缘、三角洲前缘、潮坪、三角洲平原6种沉积相及风化形成的花斑黏土层。结合本研究及区域内其他钻孔AMS14C及OSL建立的年代框架，认为珠江三角洲普遍存在2次海侵-海退旋回过程，其中下海侵旋回属于MIS 5阶段。本研究GC088钻孔粒度、色度等指标变化呈现出较好的周期性，与海平面变化曲线[25]变化较一致；研究区多指标综合分析结果及区域内其他钻孔数据（图6）表明，珠江三角洲晚更新世地层记录了MIS 5阶段的次一级海平面波动变化，在新会地区表现为晚更新世海相层中出现风化层。上述结果表明珠江三角洲晚更新世的沉积环境演化主要受到全球海平面变化及冰期-间冰期旋回时岸线移动的影响。因此，新会地区晚第四纪以来的沉积环境演化过程如下：在MIS 6时期，珠江三角洲处于盆地下沉和剥蚀环境，此时海面较低，盆地内形成了一系列深切于基岩风化壳之下的深切河谷，并发育河流沉积。随后在MIS 5海侵期，海平面快速上升，在新会地区主要形成河口湾环境；受MIS 5阶段海平面波动的影响，地层出露地表接受风化，在晚更新世海相层中部形成风化层。末次冰期（MIS 4—2），全球海平面下降到−120 m以下[25]，整个珠三角处于陆相风化剥蚀环境，使晚更新世沉积的海相地层暴露，形成强烈风化的花斑黏土层；或沿断裂形成深切河谷[28]，发育河床沉积。全新世以来，在海平面上升与三角洲加积的相互作用下，先后经历早全新世（约8.5 kaBP）的河口湾环境，中—晚全新世（8.0～2.0 ka BP）的三角洲前缘、潮坪及晚全新世（2.0～0 ka BP）的三角洲平原。
致谢：感谢两位评审专家的认真审阅和提出的许多建设性意见。感谢全晓文、龙香月在实验分析中给予的帮助。
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图 2 新会地区钻孔岩芯典型沉积物照片
a. 河床沉积（GC007钻孔24.0～24.3 m），b. 河床沉积（GC083钻孔19.5～19.8 m），c. 潮控河流沉积（上更新统，GC088钻孔23.3～23.6 m），d. 潮控河流沉积（全新统，GC018钻孔28.2～28.5 m），e. 河口湾湾心沉积（上更新统，GC020钻孔19.1～10.4 m），f. 河口湾湾心沉积（全新统，GC088钻孔11.0～11.3 m），g. 三角洲前缘沉积（GC088钻孔6.4～6.7 m），h. 泥质潮坪沉积（上更新统，GC007钻孔 23.4～23.7 m），i. 泥质潮坪沉积（全新统，GC005钻孔6.2～6.5 m），j. 沿岸沼泽沉积（上更新统，GC065钻孔15.2～16.5 m），k. 沿岸沼泽沉积（全新统，GC005钻孔11.5～11.8 m），l. 三角洲平原沉积（GC018钻孔2.7～3.0 m），m-n. 花斑黏土（GC088钻孔13.0～13.3、19.0～19.3、14.0～14.3及20.0～20.3 m）。
Figure 2. Photos of typical sediments cored in Xinhui area
a:River channel (24.0～24.3 m in core GC007), b:river channel (19.5～19.8 m in core GC083), c:tide-dominated river (Qp, 23.3～23.6 m in core GC088), d: tide-dominated river (Qh, 28.2～28.5 m in core GC018), e: central estuarine bay (Qp, 19.1～10.4 m in core GC020), f:central estuarine bay (Qh, 11.0～11.3 m in core GC088), g: delta front (6.4～6.7 m in core GC088), h: muddy tidal flat (Qp, 23.4～23.7 m in core GC077), i: muddy tidal flat (Qh, 6.2～6.5 m in core GC055), j: salt marsh (Qp, 15.2～16.5 m in core GC065), k:salt marsh (Qh, 11.5～11.8 m in core GC005), l: delta plain (2.7～3.0m in core GC018), m-n: weathering clay (13.0～13.3 m, 19.0～19.3 m, 14.0～14.3 m and 20.0～20.3 m in core GC088).
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图 3 GC088钻孔主要沉积相及花斑黏土的粒度频率分布曲线
a. 孔深24.40～23.00 m，b. 孔深23.00～20.50、18.70～16.4及12.00～10.00 m，c. 孔深10.00～2.50 m，d. 孔深2.50～1.55 m，e. 孔深14.20～12.00 m。
Figure 3. Grain-size frequency distribution curves of different sediment facies and weathered clay in core GC088
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图 4 GC088钻孔综合古环境指标及沉积环境
Figure 4. Comprehensive diagram of environmental proxies and reconstructed sedimentary environments of core GC088
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图 5 珠江三角洲新会-中山-伶仃洋联孔剖面与年代框架
Figure 5. Correlation of the cores from Xinhui to Lingdingyang Bay and the chronological framework
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图 6 珠江三角洲MIS 5海平面波动的钻孔指标记录与全球海平面变化曲线
Figure 6. Proxies of MIS 5 sea level fluctuation in the Pearl River Delta and the curve of global sea level change
表 1 珠江三角洲晚第四纪地层划分方案
Table 1 The late Quaternary lithostratigraphy of the Pearl River Delta
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表 2 本研究相关的珠江三角洲钻孔信息
Table 2 Information of relevant cores from the Pearl River Delta in this work
钻孔编号 地点 经纬度 来源 GC005 江门市新会区 22°30′02″N、112°55′01″E 本研究 GC007 江门市新会区 22°29′54″N、112°59′43″E 本研究 GC008 江门市新会区 22°29′58″N、113°02′03″E 本研究 GC018 江门市新会区 22°29′12″N、112°09′55″E 本研究 GC020 江门市新会区 22°30′57″N、112°09′44″E 本研究 GC055 江门市新会区 22°26′04″N、113°00′29″E 本研究 GC065 江门市新会区 22°25′03″N、113°00′53″E 本研究 GC083 江门市新会区 22°20′22″N、113°10′35″E 本研究 GC088 江门市新会区 22°29′20″N、113°03′17″E 本研究 BA 中山市石岐街道 22°36′46″N、113°23′36″E 文献[20] ZK4 中山市黄圃镇 22°43′14″N、113°23′45″E 文献[22] HPQK01 中山市黄圃镇 22°43′04″N、113°24′10″E 文献[23] ZK316-2 广州市南沙区 22°40′52″N、113°35′06″E 文献[21] DH9 广州市南沙区 22°36′24″N、113°38′07″E 文献[31] PRD17 广州市南沙区 22°51′07″N、113°25′30″E 文献[26] PRD20 佛山市顺德区 22°51′54″N、113°15′23″E 文献[26] ZK19 伶仃洋西滩 22°22′56″N、113°41′55″E 文献[32]
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表 3 新会地区GC088、GC005和GC055钻孔的测年结果
Table 3 Dating result of cores GC088, GC005, and GC055
钻孔 测年方法 深度/m 测年材料 测试年龄/aBP 校正年龄/cal.aBP 年龄中值/cal.aBP GC088 AMS14C 1.75 泥炭 1 290±30 1 286～1 180 1 233 GC088 AMS14C 10.65 贝壳 7 720±30 8 561～8 425 8 493 GC088 AMS14C 11.90 贝壳 7 580±30 8 420～8 350 8 385 GC088 AMS14C 14.70 黏土 31 260±160 35 543～34 756 35 150 GC088 AMS14C 16.60 贝壳 7 970±30 8 993～8 704 8 849 GC088 AMS14C 17.80 泥炭 ＞43 500 — — GC008 AMS14C 12.45 泥炭 28 650±160 33 318～32 034 32 676 GC055 AMS14C 8.90 贝壳 6 620±30 7 570～7 441 7 506 GC055 AMS14C 18.45 泥炭 ＞43 500 — — GC088 OSL 10.80 粗颗粒石英 8.00±0.23 ka — — GC088 OSL 12.00 粗颗粒石英 8.49±0.24 ka — — GC008 OSL 24.20 粗颗粒石英 79.64±2.98 ka GC005 OSL 12.90 粗颗粒石英 6.09±0.36 ka — — GC055 OSL 30.20 粗颗粒石英 111.39±4.06 ka — — “—”表示此测试年龄或测年方法无该项数据。
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