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南黄海辐射沙脊群西洋潮流通道的浅部沉积层序及其形成演化再认识

夏非 张永战 刘德政

夏非, 张永战, 刘德政. 南黄海辐射沙脊群西洋潮流通道的浅部沉积层序及其形成演化再认识[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2021, 41(4): 13-26. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021033101
引用本文: 夏非, 张永战, 刘德政. 南黄海辐射沙脊群西洋潮流通道的浅部沉积层序及其形成演化再认识[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2021, 41(4): 13-26. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021033101
XIA Fei, ZHANG Yongzhan, LIU Dezheng. Rethinking on shallow sedimentary sequence and its evolution of the Xiyang tidal channel in the Radial Sand Ridge Field, South Yellow Sea[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2021, 41(4): 13-26. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021033101
Citation: XIA Fei, ZHANG Yongzhan, LIU Dezheng. Rethinking on shallow sedimentary sequence and its evolution of the Xiyang tidal channel in the Radial Sand Ridge Field, South Yellow Sea[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2021, 41(4): 13-26. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021033101

南黄海辐射沙脊群西洋潮流通道的浅部沉积层序及其形成演化再认识


doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021033101
详细信息
    作者简介:

    夏非(1985—),男,博士,讲师,主要从事河海交互作用与沉积环境演化研究,E-mail:njuxiafei1985@yahoo.com

  • 基金项目:  国家自然科学基金青年科学基金项目“辐射沙脊群西洋潮流通道的浅部沉积层序及其形成演化”(41901107);江苏省高等学校自然科学研究面上项目“辐射沙脊群东北翼浅层沉积结构南北分异研究”(18KJB170003);江苏第二师范学院引进高层次人才科研启动经费项目(919801)
  • 中图分类号: P736.2

Rethinking on shallow sedimentary sequence and its evolution of the Xiyang tidal channel in the Radial Sand Ridge Field, South Yellow Sea

More Information
  • 摘要: 晚第四纪以来,黄河、长江都曾经江苏中部海岸注入南黄海,河海交互作用形成一系列沉积,全新世海侵后发育岸外辐射沙脊群。沙脊群西北部、由岸滩与沙脊所夹持的西洋潮流通道,位于北侧废黄河三角洲和南侧长江三角洲两大地貌单元间的过渡区,成为揭示不同大河交互作用下的海岸、陆架晚第四纪沉积层序模式的重要窗口。最近通过更多晚第四纪钻孔对比和浅层地震剖面集成研究发现:① 由于混乱的测年结果和陆相硬黏土层对比不当,造成之前基于07SR01孔和Y1孔构建的辐射沙脊群西洋潮流通道浅部沉积(标高−60 m以内)的年代框架有误,其主体应是晚更新世沉积且发育两个沉积旋回,末次冰盛期硬黏土层多被潮流侵蚀而缺失,表层全新世沉积厚度在水下沙脊处基本不足10 m,其余普遍不足5 m,甚至缺失;② 仅在西洋西北段稳定分布的浅层地震单元U3指示了MIS 3古黄河三角洲的南缘,自晚更新世以来西洋所在的江苏中部海岸可能深受古黄河物源的影响,这尚需在西洋西北段的关键位置钻取新孔,并结合已有浅层地震剖面和东南段钻孔来进一步研究证实。提出下一步工作将基于层序地层学方法,通过对已有控制性浅层地震剖面进行地震层序格架的三维可视化、提取地震单元和反射界面的空间分布特征,结合已有及新增控制性钻孔的沉积学和年代学研究,构建可靠年代框架、判识大河物源,并参考邻区钻孔资料,来探明西洋潮流通道的浅部沉积层序,反演其形成演化。
  • 图  1  南黄海辐射沙脊群西洋潮流通道及其邻区遥感影像

    Figure  1.  Remote sensing imageries of the Xiyang tidal channel in the Radial Sand Ridge Field, South Yellow Sea and its adjacent regions

    图  2  前人对西洋潮流通道浅部沉积层序和年代框架的三类观点及本文研究再认识的第四类观点

    Figure  2.  Previous three viewpoints on the sedimentary sequence and chronology framework of the Xiyang tidal channel in the Radial Sand Ridge Field and the fourth viewpoint derived from the restudy of this paper

    图  3  辐射沙脊群西洋潮流通道的浅层地震剖面测线和钻孔位置

    注:因西洋及周边区域缺乏最新完整的水深实测资料,故图3的底图水深取自1979年海图,加之辐射沙脊群局部区域动力地貌调整明显,因而此图上西洋周边潮滩和沙脊形态与近期遥感影像存在一定差异。

    Figure  3.  Location of shallow seismic profiles and sedimentary cores in the Xiyang tidal channel, Radial Sand Ridge Filed

    图  4  西洋潮流通道SD1307F1-1测线浅层地震剖面及其解译

    图中U为地震单元,T为反射界面。

    Figure  4.  Shallow seismic profile SD1307F1-1 in the Xiyang tidal channel and its interpretation

    U: seismic unit, T: seismic bounding surface.

    图  5  西洋潮流通道SD11-01-04测线浅层地震剖面及其解译

    图中U为地震单元,T为反射界面。

    Figure  5.  Shallow seismic profile SD11-01-04 in the Xiyang tidal channel and its interpretation

    U: seismic unit, T: seismic bounding surface.

    图  6  西洋潮流通道东南段07SR01孔与G39孔、Y1孔沉积层序对比

    07SR01孔据文献[50-51]改绘,G39孔据文献[61]改绘,Y1孔据文献[53,62]改绘,海面变化曲线据文献[11]改绘。

    Figure  6.  Stratigraphic correlation among core 07SR01, G39 and Y1 in the southeastern part of Xiyang tidal channel

    Core 07SR01 was modified after reference [50-51], Core G39 was modified after reference [61], Core Y1 was modified after reference [53,62], Curve of sea-level changes was modified after reference [11].

    图  7  大丰港西北侧DFA08孔揭露的典型第二陆相沉积层及其沉积环境解释

    岩心照片由江苏省有色金属华东地质勘查局提供,图上右侧数值为岩心段埋深值。

    Figure  7.  A typical second continental sedimentary layer revealed by core DFA08 in the northwest of Dafeng Port and its interpretation of sedimentary environments

    The core photo was provided by East China Geological Exploration Bureau of Nonferrous Metals, Jiangsu Province. The value on the right of the figure is the buried depth of the core section.

    图  8  进一步研究西洋潮流通道浅部沉积层序及其形成演化的技术路线

    Figure  8.  Technical route of further study on the shallow sedimentary sequence and its evolution of the Xiyang tidal channel

    表  1  西洋潮流通道周围第一陆相层底部和上覆沉积的14C测年数据

    Table  1.   14C dating ages of the bottom and overlying deposits of the first continental layer around the Xiyang tidal channel

    钻孔编号地理位置埋深/m测年材料14C年龄
    /aBP
    数据来源
    PY19东台新曹33泥炭36470±2000文献[65]
    DF02大丰港区陆域20.5软体动物壳7040±30文献[69]
    SC东台三仓8软体动物壳670±30文献[74]
    21.5软体动物壳5890±180文献[75]
    JC-1204东台三仓10.86软体动物壳1090±30文献[71]
    14.09软体动物壳4040±30
    YZ08东台弶港7.38软体动物壳640±30文献[70]
    8.28软体动物壳690±30
    10.68软体动物壳770±30
    14.18软体动物壳830±30
    19.22软体动物壳1140±30
    19.73软体动物壳1070±30
    20.22软体动物壳1000±30
    22.64炭屑3870±30
    25.41软体动物壳5300±30
    29.42软体动物壳8360±30
    Y5高泥
    (西洋南侧)
    3.08软体动物壳520±30文献[53]
    5.85植物碎屑560±30
    10.12软体动物壳690±30
    15.24软体动物壳790±30
    17.26软体动物壳880±30
    19.48软体动物壳6180±30
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-31
  • 修回日期:  2021-05-05
  • 刊出日期:  2021-08-28

南黄海辐射沙脊群西洋潮流通道的浅部沉积层序及其形成演化再认识

doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2021033101
    作者简介:

    夏非(1985—),男,博士,讲师,主要从事河海交互作用与沉积环境演化研究,E-mail:njuxiafei1985@yahoo.com

基金项目:  国家自然科学基金青年科学基金项目“辐射沙脊群西洋潮流通道的浅部沉积层序及其形成演化”(41901107);江苏省高等学校自然科学研究面上项目“辐射沙脊群东北翼浅层沉积结构南北分异研究”(18KJB170003);江苏第二师范学院引进高层次人才科研启动经费项目(919801)
  • 中图分类号: P736.2

摘要: 晚第四纪以来,黄河、长江都曾经江苏中部海岸注入南黄海,河海交互作用形成一系列沉积,全新世海侵后发育岸外辐射沙脊群。沙脊群西北部、由岸滩与沙脊所夹持的西洋潮流通道,位于北侧废黄河三角洲和南侧长江三角洲两大地貌单元间的过渡区,成为揭示不同大河交互作用下的海岸、陆架晚第四纪沉积层序模式的重要窗口。最近通过更多晚第四纪钻孔对比和浅层地震剖面集成研究发现:① 由于混乱的测年结果和陆相硬黏土层对比不当,造成之前基于07SR01孔和Y1孔构建的辐射沙脊群西洋潮流通道浅部沉积(标高−60 m以内)的年代框架有误,其主体应是晚更新世沉积且发育两个沉积旋回,末次冰盛期硬黏土层多被潮流侵蚀而缺失,表层全新世沉积厚度在水下沙脊处基本不足10 m,其余普遍不足5 m,甚至缺失;② 仅在西洋西北段稳定分布的浅层地震单元U3指示了MIS 3古黄河三角洲的南缘,自晚更新世以来西洋所在的江苏中部海岸可能深受古黄河物源的影响,这尚需在西洋西北段的关键位置钻取新孔,并结合已有浅层地震剖面和东南段钻孔来进一步研究证实。提出下一步工作将基于层序地层学方法,通过对已有控制性浅层地震剖面进行地震层序格架的三维可视化、提取地震单元和反射界面的空间分布特征,结合已有及新增控制性钻孔的沉积学和年代学研究,构建可靠年代框架、判识大河物源,并参考邻区钻孔资料,来探明西洋潮流通道的浅部沉积层序,反演其形成演化。

English Abstract

  • 作为海岸海洋主体部分的海岸和陆架,既是极易受全球变化和人类活动影响的敏感地区、过去和现今全球变化的信息库,也是全球变化的重要贡献者,成为一个能量和物质输入状态复杂、各种因素处于高度动态状况、系统行为的时空变异特征非常显著的复杂系统[1-2]。在第四纪时间尺度的全球变化背景下,海岸和陆架环境演化经历过相应的系统状态转换和沉积环境响应,而基于对沉积记录的分析则是研究上述问题的重要手段和方法之一;在沉积地质学中开展这项研究,对于“应对气候变化”具有促进作用,并可为第四纪期间不同时期形成的沉积体系的对比提供基础数据,以分析系统演化转换的机理,评价全球变化对海岸和陆架沉积体系的影响[1,3]

    晚第四纪以来,中国海岸海洋地貌与沉积环境的演化主要受控于全球性海面升降旋回背景下的复杂海陆交互作用[4]。其中,河流与海岸、陆架的交互作用普遍且强烈,尤其对于黄河、长江等大河则更为突出和复杂,大河与海岸、陆架交互作用的产物、过程和机制应是上述海陆交互作用研究的重要组成部分。大河与海岸、陆架不同时间尺度交互作用形成的沉积体系包含着丰富的全球变化信息,是提取海面变化、大河下游迁徙与河口海岸演化以及入海沉积物输运和归宿等信息的重要载体。对于晚第四纪时间尺度,尤其是末次冰盛期以来黄河[5-15]、长江[16-25]等单一大河与海岸、陆架交互作用形成的沉积体系,在近二十年的研究中获得了极多的深入认识。但是,对于不同大河交互作用下的海岸、陆架晚第四纪沉积体系的研究较少,进展较慢且精度有待提高,最近有东海浙闽沿岸和扬子浅滩东南部的全新世沉积物源示踪[26-27]、黄河与不同小河交互作用下的渤海湾全新世沉积层序模式[28]等相关研究报道,然而这类研究对于探索堆积型陆架发育、丰富海陆交互作用与沉积演化模式意义显著,亟需加强。晚第四纪以来,黄河、长江都曾经江苏中部海岸注入南黄海,并且南黄海西侧内陆架的辐射沙脊群(图1)就是在持续构造沉降和海面变化背景下,由黄河、长江等大河供沙、经河海动力作用而形成的重要海陆交互作用产物[29-32]。它是南北长约200 km、东西宽约140 km,由70多条沙脊和潮流通道组成、以弶港为顶点向海呈辐射状延伸的现代潮流沉积体系。因此,江苏中部海岸和辐射沙脊群北部是构建不同大河交互作用下的海岸、陆架晚第四纪沉积层序模式的理想区域。

    图  1  南黄海辐射沙脊群西洋潮流通道及其邻区遥感影像

    Figure 1.  Remote sensing imageries of the Xiyang tidal channel in the Radial Sand Ridge Field, South Yellow Sea and its adjacent regions

    • 本文选择的研究区是辐射沙脊群西北部最大的潮流通道——西洋,它呈NNW向开口的喇叭形,是全新世海侵以来形成的冲刷型潮流通道(图1)。西洋与辐射沙脊群地区的多数潮流通道不同,其西侧是江苏中部粉砂淤泥质海岸,东侧和南侧分别是亮月沙、东沙、高泥和条子泥等沙脊。作为岸滩与沙脊所夹持的冲刷型潮流通道,西洋成为江苏中部海陆过渡带沉积层序及其演化的典型研究区。同时,西洋地处北侧废黄河三角洲(AD 1128—1855年)和南侧全新世长江三角洲两大地貌单元的中间过渡区,也是探索历史与地质时期古黄河、古长江及其三角洲体系所影响范围的敏感地区。因此,西洋潮流通道是揭示不同大河交互作用下的海岸、陆架晚第四纪沉积层序模式的重要窗口。此外,大丰港是江苏省委、省政府重点建设的江苏沿海三大深水海港(分别是滨海港、大丰港和洋口港)之一,是江苏沿海开发的重要节点和面向世界的特色产业港,而它就是利用西洋潮流通道来建造码头和开辟深水航道。因此,探明西洋的浅部沉积层序及其形成演化,将为大丰港扩建和持续高质量发展提供重要科学基础。

    • 对于整个辐射沙脊群的晚第四纪沉积与环境演化研究,已实现从依靠单一有限的地形地貌、水文泥沙和底质沉积物资料进行分析推测[33-35],转变为基于不断丰富且高质量的钻孔和浅层地震剖面等数据资料,开展以反演为主、并与正演[36-38]相结合的研究。而且反演研究所依据的材料侧重不同,以基于钻孔研究为主[39-48],将钻孔与浅层地震剖面相结合研究其次[13,32,49-55],还有少量基于浅层地震剖面的早期研究[56-57]。通过以上研究,对辐射沙脊群的西洋、苦水洋、烂沙洋和小庙洪等潮流通道,以及东沙、大北槽东沙、苦水洋东沙、竹根沙和毛竹沙等沙脊的晚第四纪沉积与环境演化有了更多细致深入的认识,极大地推进了研究层次和认识程度。但是,受限于一些主客观条件(例如,浅水复杂地形和偏砂质的地层对浅层地震剖面采集和钻孔取心仍有明显制约,以浅水沙脊的多次反射干扰严重、声波穿透浅、钻孔取心率不佳最为常见;测年方法的选用和技术瓶颈;海陆钻孔对比研究不足;不同研究者的研究背景不同,研究视角也存在差异,从不同的研究材料出发,对同一问题就可能存在不同认识等),目前对于辐射沙脊群不同分区的沙脊和潮流通道的沉积层序、形成年代和演化仍存在明显的认识分歧。加之,钻孔沉积相判别不够谨慎、人为选择性报道钻孔测年数据等不适宜做法,更加重了钻孔沉积层序和年代框架上的认识分歧。同时,层序地层学这一先进方法在辐射沙脊群的现有研究中运用还较少,钻孔与浅层地震剖面有效结合的精细研究仍非常匮乏,这都在很大程度上限制了该区晚第四纪沉积与环境演化的研究认识水平。

      总体而言,目前对辐射沙脊群晚第四纪沉积与环境演化的主流研究认识有两种:一种认为辐射沙脊群是河海交互作用形成的大型海底地貌组合体系,发育始自晚更新世,在全新世高海面时最后组合而成;在古长江(主要)与古黄河联合供沙和海面旋回变化的背景下,已有三个脊槽地貌的塑造成型阶段保存在沉积记录中;它各部分的物质来源、成因过程和发育时代具有明显差异,存在三种成因的沙脊(辐射潮流塑造型、潮流改造古河道沉积型和次生堆积型)和潮流通道(古河谷型、承袭谷地型和海侵冲刷型);因古长江曾流经它中部并逐渐南移,故中部发育时代最早,可能始自晚更新世高海面时期,而南部稍晚于中部,北部、东北部则是全新世辐射状潮流场改造古海岸沉积而成[30]。另一种亦认为辐射沙脊群主要是河海交互作用的产物,但现代沙脊群历史只有约1 ka,且物源是多源的,低海面时期的陆相沉积(河湖、风沙),冰消期以来的黄河、淮河和长江的入海沉积,都可能参与沙脊建造,但主要物源由历史时期的黄河提供,尤其是AD 1855年后苏北废黄河三角洲侵蚀南移泥沙参与了老沙脊的调整改造,形成现代沙脊;由黄河物源为主建造的北部和东北部沙脊的面积是南部沙脊面积的10倍;南部则以古长江和冰期陆相沉积为主提供沙脊物源;中部为黄河、长江混合源[31]。此外,还有学者认为辐射沙脊群的形成与AD 1128年以来苏北废黄河入海带来的沙源输入相关,且下伏巨厚潮滩沉积主要由晚更新世古长江泥沙形成[53]

    • 从目前研究进展来看,关于西洋潮流通道的研究集中于现代沉积动力过程,而晚第四纪沉积研究相比较少[29-30,32,41,49-53,55,58]。受限于各种主客观原因,对西洋浅部沉积的层序、年代框架和形成演化尚存在不同认识,大致可分为三类(图2):第一类是西洋上部约35 m沉积层形成于全新世海侵之后,之下为晚更新世沉积,两者间为略具脊形的侵蚀面[29-30,49];第二类是西洋上部约20 m沉积层形成于全新世海侵之后的潮汐环境,之下为晚更新世滨岸沼泽、陆相硬黏土层和潮汐河口沉积等,浅层地震剖面揭示两者间存在区域性强反射界面[32,50-52,55,58];第三类是西洋浅部沉积的中下段都是晚更新世潮滩沉积,全新世沉积相对较薄,且西侧潮滩钻孔大剖面较少揭露末次冰盛期发育的硬黏土层[41,53]。虽然上述研究成果从不同方面和程度上,揭示了西洋浅部沉积层序及其形成演化的信息,但是高质量研究的钻孔匮乏,将可控制西洋的浅层地震剖面与关键钻孔有效结合的研究还很欠缺,对西洋全区的认识远不够完整和详细,甚至忽略了一些重要信息(比如,与北侧废黄河水下三角洲区域浅部沉积的关联等),更没有将其置于南黄海西侧陆架的区域沉积演化框架中去探索。

      图  2  前人对西洋潮流通道浅部沉积层序和年代框架的三类观点及本文研究再认识的第四类观点

      Figure 2.  Previous three viewpoints on the sedimentary sequence and chronology framework of the Xiyang tidal channel in the Radial Sand Ridge Field and the fourth viewpoint derived from the restudy of this paper

    • 相比于辐射沙脊群的其他潮流通道,笔者攻读硕士和博士学位所在的南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室经过二十多年的不断积累,已在西洋获得长度超过440 km、可控制全区的高分辨率浅层地震剖面和2个钻孔(07SR01孔和Y1孔)等第一手数据资料(图3)。因此,我们有较好的基础条件并采用层序地层学方法,来研究西洋潮流通道的浅部沉积层序及其形成演化。基于此,笔者在发表阶段性成果[50-51]之后,进一步利用上述实验室获取的第一手和其他搜集整理的数据资料,来完成博士学位论文研究工作,即采用层序地层学方法分别进行地震地层和钻孔地层的详细分析与对比,进而初步建立深海氧同位素3阶段(MIS 3)以来西洋的层序地层格架,并宏观演绎了该区的沉积环境演化历史[52]

      图  3  辐射沙脊群西洋潮流通道的浅层地震剖面测线和钻孔位置

      Figure 3.  Location of shallow seismic profiles and sedimentary cores in the Xiyang tidal channel, Radial Sand Ridge Filed

      该研究结果显示,西洋自海底向下50 m沉积层中可识别出5个浅层地震单元和反射界面(分别为U1—U5和T1—T5,图4),并且大致以33°19′N(大丰港一期码头附近)为界,西洋西北段和东南段的地震层序存在一致性差异,主要表现为浅层地震单元U3仅在西北段稳定分布,向南厚度减薄、直至33°19′N附近尖灭(图5)。U3单元的几何外形基本呈席状,内部以连续性好、振幅较弱和频率高的平行、亚平行反射结构为特征,具泥质沉积的典型反射表现。由于07SR01孔和Y1孔都位于西洋东南段,故U3单元泥质沉积层缺乏钻孔揭示,因而尝试借助西洋北侧、苏北废黄河口近岸的已有认识,来外推U3单元的确切沉积环境和形成年代,故推测其可能是形成于9~5 kaBP的滨岸、浅海泥质沉积[52]

      图  4  西洋潮流通道SD1307F1-1测线浅层地震剖面及其解译

      Figure 4.  Shallow seismic profile SD1307F1-1 in the Xiyang tidal channel and its interpretation

      图  5  西洋潮流通道SD11-01-04测线浅层地震剖面及其解译

      Figure 5.  Shallow seismic profile SD11-01-04 in the Xiyang tidal channel and its interpretation

      此外,在对07SR01孔和Y1孔研究中发现,这两个孔的AMS 14C测年数据(分别为17个和14个,图6)普遍出现倒置混乱:07SR01孔以20~40 kaBP和大于43 kaBP的数据为主,仅钻孔顶部和中部的2个数据在10 kaBP以内;而Y1孔跟07SR01孔的情况稍有不同,表现在钻孔上部被解释为MIS 1潮汐环境形成的沉积层中出现小于1 kaBP、小于10 kaBP和大于43 kaBP的数据共存,底部被解释为MIS 3潮汐河口环境形成的沉积层中出现大于43 kaBP和小于10 kaBP的数据并存[52]。所以,鉴于海侵层位下伏基底泥炭是稳定的标志性层位[59-60],笔者判断07SR01孔(主要研究钻孔)的大多数测年数据皆可能因再搬运或受污染而出现混乱,故仅采用4个测年数据并参考海面变化曲线来建立07SR01孔的地层年代框架,且与Y1孔和G39孔进行对比分析(图6,G39孔位见图3)。该地层年代框架显示,自上而下识别出的第一个陆相硬黏土层(洪泛平原和淡水湖沼沉积)形成于MIS 2,且该硬黏土层上覆的滨岸沼泽沉积相当于海侵边界层,其顶面(标高−37.6 m)可与浅层地震反射界面T3相对比,顶部的泥炭为全新世海侵层的基底泥炭[52]

      图  6  西洋潮流通道东南段07SR01孔与G39孔、Y1孔沉积层序对比

      Figure 6.  Stratigraphic correlation among core 07SR01, G39 and Y1 in the southeastern part of Xiyang tidal channel

    • 由于笔者在博士论文研究工作中,仅挑选了少量做过较为详细沉积学研究的陆域滨海平原钻孔进行对比分析,且非集中在西洋潮流通道周围,因而海陆钻孔的对比研究明显不足,这限制了对西洋浅部沉积层序和年代框架更准确的把握。为了弥补这一研究缺陷,笔者在博士毕业后,进一步搜集整理了大丰港区及周边的大丰和东台滨海平原的大量工程地质、水文地质和第四纪地质钻孔,总数超过200个。通过对比分析大量岩心描述、照片和少量测年、微体古生物数据,以充分获取西洋本身及其西侧滨海平原的浅部沉积层序和年代信息。

      该后续研究发现,对于西洋西侧的大丰港区及周边的大丰和东台滨海平原,在地表以下60 m沉积层内经常出现两个陆相沉积特征显著的层位,主要由黏土和粉砂组成,可与苏北和长江三角洲平原常见的第一和第二硬黏土层相对比[63-64],其中第一陆相沉积层顶板标高约−16~−18 m,第二陆相沉积层顶板标高约−36~−38 m,局部会上下浮动[61,65-72]。部分钻孔(例如DFA08孔,孔位见图3)揭示出典型的陆相沉积层上部为暗绿色、灰绿色、黄绿色,显示出经历过潜育化作用和湖沼环境的特征,偶有铁锰质浸染;向下逐渐变为黄褐色、黄棕色、棕褐色,呈致密块状或发育极细的水平或微波状纹层,含较多均匀分布的铁锰质浸染产生的斑点、斑纹和斑块,呈花斑状,可见大小不同的铁锰质结核、钙质结核、植物根系和黏粒,显示出经历过潴育化作用和洪泛平原环境的特征(图7)。对于上述层序,第一陆相沉积层普遍不如第二陆相沉积层完整和稳定,经常只揭露出下部明显的铁锰质浸染沉积或缺失,直接上覆潮汐沉积层,有时夹杂贝壳碎屑层。更有趣的是,位于07SR01孔西侧、西洋西通道内的DFH02孔(孔位见图3),顶部埋深约1 m处即揭露出可与陆域相对比的第一陆相沉积层,厚约3 m(孔口标高−14.72 m)[72]

      图  7  大丰港西北侧DFA08孔揭露的典型第二陆相沉积层及其沉积环境解释

      Figure 7.  A typical second continental sedimentary layer revealed by core DFA08 in the northwest of Dafeng Port and its interpretation of sedimentary environments

      另外,综合考虑第一陆相沉积层底部和上覆潮汐沉积的14C测年数据(表1)、第一和第二陆相沉积层之间潮汐沉积的大量20~40 kaBP和大于43 kaBP的14C测年数据[41,52]以及盐城龙冈LG孔的同类问题再认识[73]等,可以推断西洋潮流通道及其西侧邻近陆域的第一陆相沉积层应形成于MIS 2,而第二陆相沉积层可能形成于MIS 4或更早。

      表 1  西洋潮流通道周围第一陆相层底部和上覆沉积的14C测年数据

      Table 1.  14C dating ages of the bottom and overlying deposits of the first continental layer around the Xiyang tidal channel

      钻孔编号地理位置埋深/m测年材料14C年龄
      /aBP
      数据来源
      PY19东台新曹33泥炭36470±2000文献[65]
      DF02大丰港区陆域20.5软体动物壳7040±30文献[69]
      SC东台三仓8软体动物壳670±30文献[74]
      21.5软体动物壳5890±180文献[75]
      JC-1204东台三仓10.86软体动物壳1090±30文献[71]
      14.09软体动物壳4040±30
      YZ08东台弶港7.38软体动物壳640±30文献[70]
      8.28软体动物壳690±30
      10.68软体动物壳770±30
      14.18软体动物壳830±30
      19.22软体动物壳1140±30
      19.73软体动物壳1070±30
      20.22软体动物壳1000±30
      22.64炭屑3870±30
      25.41软体动物壳5300±30
      29.42软体动物壳8360±30
      Y5高泥
      (西洋南侧)
      3.08软体动物壳520±30文献[53]
      5.85植物碎屑560±30
      10.12软体动物壳690±30
      15.24软体动物壳790±30
      17.26软体动物壳880±30
      19.48软体动物壳6180±30
    • 基于上述第一和第二陆相沉积层的分布标高及测年和浅层地震剖面数据,可以判断:① 之前构建的西洋07SR01孔年代框架存在问题,误把该孔第二陆相沉积层当成第一陆相沉积层来构建年代框架,该孔中下部识别出的滨岸沼泽、洪泛平原和淡水湖沼沉积更适合与第二陆相沉积层相对比,其并未保存有第一陆相沉积层;② 西洋标高−60 m以内的浅部沉积主体应是晚更新世形成的且发育两个沉积旋回,末次冰盛期硬黏土层多被潮流侵蚀而缺失,表层全新世沉积(大致对应于浅层地震单元U1)厚度在水下沙脊处基本不足10 m,其余普遍不足5 m,甚至缺失(图2)。

      此外,Liu等研究发现江苏北部岸外、南黄海西部发育有MIS 3古黄河三角洲沉积体系,其中与西洋交接的近岸部分顶板标高约−25 m[11],这与西洋西北段的浅层地震单元U3的泥质沉积顶板标高一致(图4),应该指示着MIS 3古黄河三角洲至少南伸至盐城大丰港岸外。还有,上覆于U3或U4单元、分布于整个西洋、以复杂的切割-充填反射结构为特征的U2单元,其形成环境目前并不确切,尚有陆相沉积、砂席(古河道充填沙体后经潮流改造而成)和埋藏古潮流沙脊等多种解释[52,76-78],07SR01孔的碎屑矿物分析结果显示该层受黄河物源影响[52]。那么,最上部的U1单元是否基本由苏北废黄河供源?下部的U4单元是否由古黄河主控下的洪泛平原、湖沼等沉积构成?

      因此,为了进一步探明西洋潮流通道的浅部沉积层序及其形成演化,弄清西洋西北段和东南段沉积层序差异的成因,亟需在其西北段的关键位置钻取新孔,联合使用AMS 14C和OSL测年方法,重新研究钻孔沉积序列和年代框架,采用判识黄河、长江物源的有效方法(黏土矿物、元素地球化学等)[11,74-75]进行目标物源识别,并与已有数据资料进行全面对比分析,以深入研究西洋浅部沉积层序、年代框架和物源演化。该研究成果对于丰富认识大河与海岸、陆架交互作用的产物,揭示堆积型陆架的冲刷型潮流通道的物质基础与形成演化,提升对辐射沙脊群形成演化的认识具有重要意义;对利用潮流通道进行港口建设和人工岛围填,亦有重要的理论指导意义。

    • (1)由于混乱的测年结果和陆相硬黏土层对比不当,造成之前基于07SR01孔和Y1孔构建的辐射沙脊群西洋潮流通道浅部沉积(标高−60 m以内)的年代框架有误,其主体应是晚更新世沉积且发育两个沉积旋回,末次冰盛期硬黏土层多被潮流侵蚀而缺失,表层全新世沉积厚度在水下沙脊处基本不足10 m,其余普遍不足5 m,甚至缺失。

      (2)仅在西洋西北段稳定分布的浅层地震单元U3指示了MIS 3古黄河三角洲的南缘,自晚更新世以来西洋所在的江苏中部海岸可能深受古黄河物源的影响,这尚需在西洋西北段的关键位置钻取新孔,并结合已有浅层地震剖面和东南段钻孔来进一步研究证实。

    • 鉴于以上对西洋潮流通道的浅部沉积层序及其形成演化的再认识,下一步工作将基于层序地层学方法,通过对已有控制性浅层地震剖面进行地震层序格架的三维可视化、提取地震单元和反射界面的空间分布特征,结合已有及新增控制性钻孔的沉积学和年代学研究,构建可靠年代框架、判识大河物源,并参考邻区钻孔资料,来探明西洋潮流通道的浅部沉积层序、反演其形成演化。进一步研究的技术路线如图8所示,具体阐述如下:

      图  8  进一步研究西洋潮流通道浅部沉积层序及其形成演化的技术路线

      Figure 8.  Technical route of further study on the shallow sedimentary sequence and its evolution of the Xiyang tidal channel

      (1)系统整理西洋潮流通道已有的控制性浅层地震剖面、东南段07SR01孔和Y1孔,以及西侧陆域滨海平原和邻近海域的各类钻孔等数据资料,形成有待集成分析的数据集。

      (2)在对长度超过440 km、可控制西洋的高分辨率浅层地震剖面解译分析基础上,依据可识别出的5个主要浅层地震单元和反射界面,对西洋目前获得的所有剖面进行详细解译,尽可能提取出上述浅层地震单元和反射界面,进而完成三维栅状剖面图的绘制,实现西洋浅部地震层序格架的三维可视化。以上整个过程采用现代地震地层学的解译处理方法。

      (3)针对可能由古黄河供源、浅层地震单元U1至U4相应的沉积层,在ArcGIS平台上采用地统计学方法,来提取、分析西洋所有剖面中上述浅层地震单元和相应反射界面的空间分布特征,例如采用浅层地震单元顶底板(海底和相应反射界面)标高、单元层厚、特殊反射结构(如沟槽状切割-充填)等要素的空间分布型式来表征。整合以上(2)和(3)研究工作,以实现定性与定量相结合来揭示西洋浅部地震层序格架。

      (4)拟在盐城大丰斗龙港口外、西洋西北段的东通道中钻取SRXY孔(设计孔位见图3,该区处于基本冲淤平衡状态,水深比较稳定,未见冲刷槽、穴),孔口标高约−15 m,设计孔深40 m(可完整揭露浅层地震单元U1至U4相应沉积层)。将钻孔岩心运回实验室后,完成岩心的室内编录(主要是岩心拍照和沉积特征的描述、分析等,包括描述分析沉积物颜色、组分质地、沉积结构与构造、接触关系和层次等),然后根据研究设计需要按照一定间隔或对特殊层位,采集粒度、AMS 14C和OSL测年、宏体(腹足类和双壳类)和微体(有孔虫和介形虫)古生物、常量和微量元素、黏土矿物等样品,并完成相应的实验室测试分析。基于以上SRXY孔的沉积学和年代学数据综合研究,可揭示该孔的沉积序列和构建年代框架,并进一步整理挖掘已做的西洋东南段07SR01孔的相关数据资料,完成这两个控制性钻孔的对比分析。

      (5)研究上述获得的SRXY孔中与浅层地震单元U1至U4相应沉积层的黏土矿物、常量和微量元素的组成变化特征,并与现代黄河、长江沉积物的黏土矿物、常量和微量元素的组成特征进行对比,来示踪确定黄河、长江沉积物对西洋西北段浅层地震单元U1至U4相应沉积层的物源贡献,再与东南段07SR01孔相应的物源示踪结果对比分析。

      (6)在完成并整合以上(2)—(5)研究工作后,可掌握西洋全区标高−60 m以内浅部沉积的地震层序格架,控制性钻孔的沉积序列、年代框架及物源演化历史,进而在地震地层、钻孔地层和物源演化的结果基础上,再结合以上(1)搜集整理的邻区钻孔资料,完成厘定西洋浅部沉积层序,并重建其形成演化历史。

      致谢:本文研究工作中得到南京大学王颖院士、高抒教授和殷勇副教授等的支持和指导,江苏省有色金属华东地质勘查局工程师孙祝友和彭修强给予了重要的支持和帮助,审稿专家提出了许多富有建设性的修改意见,在此一并表示感谢!

参考文献 (78)

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