SEDIMENTARY CHARACTERISTICS AND ENVIRONMENT EVOLUTION OF THE HOLOCENE ON THE WEST BANK OF BOHAI BAY
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摘要: 在研究区已施工22个钻孔及47处陡坎剖面调查基础上，详细研究了本区全新世地层的沉积物特征、沉积环境及其空间展布形态；认为本区全新统为一套由陆相-海相-陆相交互沉积的松散沉积物，成因类型主要为冲积、湖沼沉积以及海积，沉积相主要为分支河道、边滩、泛滥平原、潮汐河道、潮间带、潮上带、滨海湖沼等。受构造-气候事件影响，沉积物在横向上陆-海-陆交叉松散沉积叠加形似3个交错穿插的“楔形体”；垂向上，沉积物粒度具正韵律层序，局部海侵层可见反韵律层序。总体上反映该区全新世以来陆—海交互作用及海进—海退演变历程。Abstract: 22 drilling holes and 47 scarp profiles were collected from the West Bank of the Bohai Sea for study of characteristics, distribution pattern and depositional environment of the Holocene. The Holocene in the area consists of unconsolidated terrestrial, marine and transitional deposits in various origin, such as alluvial, lacustrine and marine sediments. Upon the influence of sea level changes and tectonic movement, the sediments moved spatially with time and formed 3 wedge-like patterns in the region. Vertically, the sediments usually show fining-up rhythms with local reversed rhythms resulted from sea level variation.
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Keywords:
- environmental evolution /
- sedimentary characteristics /
- Tianjin /
- Bohai Bay /
- Holocene
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1. 区域地质概况
研究区位于天津市南部与河北省交界平原区(图 1)，地理坐标为38°30′~38°50′N、117°00′~117°30′E。行政区划涉及到天津市滨海新区的大港区、西青区、静海县以及河北省的青县、沧县、黄骅市，属华北平原的堆积平原区，地势平缓，自西向东倾斜，地面坡降为0.2‰~0.3‰。区内的河流纵横交错，有独流减河、北排水河、子牙新河、捷地减河、青年渠、沧浪渠等。构造位置位于海河断裂以南、冀中坳陷以东，埕宁隆起以北，横跨沧县隆起和黄骅坳陷两个Ⅲ级构造单元，主断裂以北北东、北东向为主。没有基岩出露，全被第四系覆盖。
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图 1 研究区位置示意图(蓝色框)Figure 1. Tectonic map showing the location of the study area(in blue box)全新统在天津地区即天津组[1, 2]，为20 m以浅一套松散沉积堆积物，其底板为位于第一海侵层层位之下，且普遍存在锈黄色(局部含钙质结核)的杂色黏土层。地层上以大体相当MIS1开始的10 ka为全新世开始的时间[3]。
研究区及渤海湾西冲积平原区普遍存在第一海侵层，为一较稳定沉积层，本文以此为标志层，将天津组自下而上划分为一、二、三段，其中，一、三段为陆相沉积，二段为海相沉积，总体反映出全新世以来研究区由陆-海-陆交替沉积。下面分别对其沉积特征及环境演化[4-11]进行详细论述。
2. 沉积特征及环境演化
天津组三段(Qht3)以研究区内的中旺镇西砖厂采土坑典型陡坎剖面为例(图 1中①)，天津组一段(Qht1)、二段(Qht2)以中旺镇砖厂80 m机械钻孔ZK2(图 1)及联合钻孔对比剖面PM01为例进行叙述。
2.1 天津组三段(Qht3)
天津市中旺镇西北砖厂采土坑陡坎剖面位于中旺镇西北约3km处(图 1中①点位)，图 2右侧照片为该砖厂采土坑宏观及局部典型化石、构造现象照片(镜头方向：南)，剖面岩性主要为粉砂质黏土、黏土质粉砂、粉砂夹有机质黏土层，含副豆螺、白小旋螺等生物个体，发育水平层理、槽状层理及透镜状层理[12, 13]。地层描述详见表 1。
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图 2 中旺镇西砖厂采土坑陡坎剖面Figure 2. A scarp profile in the brickyard to the west of Zhongwang town表 1 中旺镇西砖厂采土坑陡坎剖面岩性柱(所用14C半衰期为5 568 a, BP为距1950年的年代)Table 1. The lithological column of a scarp profile
图 2采土坑以下部平台为界分上下两部分：上部分底部(10层)为锈黄棕色的粉砂质黏土，含副豆螺、白小旋螺等个体化石，取7件微古样品，经鉴定海相介形类仅包括3个属种：广盐始海星介Propontocypriseuryhalina、典型中华美花介Sinocytherideaimpressa和丰满陈氏介Tanellaopima，最高丰度仅为7瓣/30g干样。非海相介形类含量相对较多，丰度变化范围为3~55瓣不等。其中小玻璃介属平均百分含量近半，其余两个属玻璃介属与土星介属含量相似，均超过25%。故将本层判断为受微弱海水影响的陆相淡水湖沼相沉积。湖沼顶部(9层)，即-3.3 m处发育一厚约20 cm的灰黑色有机质黏土层，取AMS14C测年样，经北京大学加速器质谱实验室测年结果为(3 585±30)aBP。与上覆地层接触界线清晰(突变接触)，上覆地层为河流相的土黄色粉砂与灰黄色、棕褐色的粉砂质黏土互层的“二元结构”，不含微体生物壳体。局部夹青灰色黏土质粉砂(积水洼地)，顶部为夹草甸土及含植物根系的黏土质粉砂(泛滥平原)。
底部平台以下取19个微古样品，有孔虫相对较为丰富，以青森卷转虫(14.3%)与缝裂希望虫(9.2%)为优势种。非海相介形类在本层中含量十分稀少，非海相介形类以缓流水的土星介Ilyocypris spp.为主要属种。此外，此层段大部分样品中可见胶结的虫管，并在少量样品中可见1~2枚植物种子或豆螺幼体。综合判断本层位为滨浅海高潮坪的澙湖—滨海低地环境。
另外，在研究区蔡公庄北挖坑处(图 3)，下部潮汐河道为灰色粉砂(上部夹透镜状或薄层黄色粉砂)与边滩相灰黄—黄色边滩粉砂质黏土(图 3b)，上部渐变为湖沼相的贫营养湖—富营养湖，湖沼与上覆棕红色泛滥平原黏土突变接触(图 3a)。说明湖沼晚期沉积稳定一段时期，植物发育，泥炭积累。东槐庄采土坑剖面(图 4a)，见到含3层泥炭层的湖沼沉积。顶部(红色箭头指示处)含一层生物碎屑层(图 4b、c)，牡蛎、蛏子、青蛤、白小旋螺等。说明受到海水影响。由此可见，古地貌、岩性差异、构造断块等的影响，往往造成同期异相现象，也给地层对比带来一定的难度，特别是在缺乏化石、年代标尺的情况下。
本文对本段钻孔底板埋深情况进行了古地貌[14，15]恢复模拟(图 5)，可以看出，三段接受沉积前，研究区东北部古地貌略高，其余处略低，较低的古地貌提供了较大的容纳空间，使得天津组三段沉积厚度在横向上从本区南西至北东、由陆至海具有由“厚”变“薄”的趋势(图 6)，东部近海处甚至缺失，上古林、建国村等地贝壳堤出露于地表。
综上所述，天津组三段为一套海陆交互—陆相沉积的具有同期异相的松散沉积物，整体上沉积环境为3 ka前的略受海水影响的滨海低平原，向3~2 ka后的完全脱离海水影响的陆相冲积平原演变。
2.2 天津组二段(Qht2)
发育相当于深海氧同位素MIS1阶段的第一海侵层[16](表 2)。厚约3.15~14.95 m。下部潮间带发育有灰色-深灰色砂黏互层的韵律层理，含毛蚶等生物壳体及碎片；中部潮上带为浅灰色黏土，块状层理，局部水平波状层理，生物扰动较强，见毛蚶、光滑蓝蛤、青蛤等；
表 2 钻孔ZK2岩性柱Table 2. Lithological column of ZK2
上部高水位体系域(HST)，早期EHST岩性为深灰色黏土，局部有机质含量较高，为缓慢加积过程中积水洼地形成的湖沼沉积；晚期LHST岩性为灰色-深灰色粉砂质黏土、粉砂，垂向上为反韵律层理，为进积环境下的产物。
顶部为潮道沉积的灰色粉砂，含较多光滑蓝蛤等，与下伏潮上带有明显的冲刷侵蚀面；5~6.3 m处夹锈黄色薄层粉砂质黏土，此时已略受氧化作用，黏土含量增加，说明水深变浅、水流变缓。
底板普遍发育一层灰黑色有机质基底泥炭层[17]，是海面变化控制下的一个重要层位。
针对研究区及邻区第一海侵基底泥炭本次及前人已进行了大量的测年工作，14C惯用年代多为8~7 kaBP，海退时期滨海湖沼顶部泥炭惯用年代多为5~4 kaBP，图 2剖面滨海湖沼顶部获得泥炭惯用年代3 585±30 aBP，CGZ6/ZW2/TPZ2基底泥炭分别获得14C测年7 375±25、7 430±35、8 160±30 aBP(图 6)。这说明几乎近于同一基准面的地层基底泥炭形成早晚不同，推测受控于构造通道或埋藏阶地(古地貌)影响，也有局部下切河谷及河流交互作用的影响等；研究区从海面升高受到海水影响至海水退出完全进入河泛冲积平原演化阶段的时间略有早晚，跨度近4 kaBP。
本文通过对研究区钻孔底板埋深情况进行调查，并试着对本段底板古地貌进行三维恢复模拟(图 7)，可以看出，研究区略微存在三级阶地，近似的视为西部、中部、东部依次为三级、二级、一级阶地。第一海侵发生时，古海侵方向自东向西逐渐、逐阶地海进，从而能够合理而清晰的推断出东部基底泥炭早于西部的原因。同样，6~5 kaBP，气温下降，海侵减弱至海退，研究区逐渐进入滨海澙湖—滨海湖沼—滨海低平原湿地的时间，西早东晚。
2.3 天津组一段(Qht1)
本段为陆相沉积，沉积厚度约1.55~4.2 m，为末次盛冰期LGM和第一海侵层下基底泥炭之间的沉积层段。底部多发育潜育化的边滩和泛滥平原的黏土质粉砂、粉砂质黏土，局部可能受到水热条件的反复作用，弱氧化—弱还原交替沉积；上部为略氧化的黄灰色粉砂质黏土—有机质渐渐积累的浅灰色—灰黑色泥炭层，反映出贫营养湖—富营养湖的演变历程(图 8)。
从剖面上可以反映出研究区局部下全新统(Qht1)是缺失的(ZW4/TPZ2孔)(图 6)。末次冰消期形成的下切河谷为后期充填(图 9)。结合大王庄、南大港一带(图 6绿色线椭圆所示)钻孔均存在厚层细粉砂层段及遥感影像4~5 km亮黄色特征，表示存在过较大河道沉积，推测ZW4/TPZ2孔位置及北东一带曾是古黄河故道。
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图 9 天津组一段下切河谷后期充填及底部测年末次盛冰期，河流发生溯源侵蚀局部形成下切河谷，在下切河谷底部获测年(15 270±60)aBP, 按深海氧同位素MIS阶段分期及地层指南规定的全新世开始年代10 kaBP，此处下切河谷已经冲刷侵蚀到MIS2阶段沉积层位。后期积水，植物生长、埋藏，逐渐贫营养湖化。(本照片引自王强研究员)Figure 9. Valley filling and dating of Qht1目前从天津-廊坊、天津-苏北及本研究区钻孔资料看来，全新世底板下普遍存在末次盛冰期氧化棕红色硬黏土层，在缺乏年代标尺的情况下，可作为划分全新世开始的标志层位。
3. 结论
(1) 全新世天津组在垂向上岩性变化不大，沉积物颜色黄-灰-黄，总体上沉积物粒度以正韵律为主，局部反韵律，反映出陆-海交互作用及海进-海退演变历程。横向上3个段陆-海-陆交叉松散沉积叠加形似3个交错穿插的“楔形体”；可能受到1.0 Ma以来太行山、燕山不断隆升引起构造掀斜作用的物质表现。
(2) 测年、岩性、沉积构造及生物化石等组合表明，研究区10~8 kaBP处于滨海—近岸环境的河滥平原演化阶段，主要为分支河道及边滩、湖沼相、洪泛平原等沉积亚相；8~5 kaBP全球处于大西洋高温期[18, 19]，气候温暖湿润，海平面上升，研究区进入滨浅海海侵时期；5~3 kaBP受全球气候短暂变冷事件的影响，海平面下降，研究区转入滨海澙湖、滨海湖沼、滨海低平原湿地，之后(3 kaBP至今)，气候处于缓慢而波动的降温时期，研究区转入滨海冲积平原演化阶段。可见研究区全新世沉积地层及环境演变在很大程度上受控于构造-气候事件的影响。
(3) 大王庄及其北东相邻钻孔至南大港一带下切河谷的大量存在，结合遥感影像亮黄色调推测研究区西南部曾为古黄河故道。从而为城市建设、农田供水水源地的寻找提供重要的指导意义。
致谢: 感谢天津地质矿产研究所王强研究员野外指导、感谢单位领导的大力支持，感谢项目组全体成员的关心和帮助！ -
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图 1 研究区位置示意图
(蓝色框)
Figure 1. Tectonic map showing the location of the study area
(in blue box)
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图 2 中旺镇西砖厂采土坑陡坎剖面
Figure 2. A scarp profile in the brickyard to the west of Zhongwang town
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图 9 天津组一段下切河谷后期充填及底部测年
末次盛冰期，河流发生溯源侵蚀局部形成下切河谷，在下切河谷底部获测年(15 270±60)aBP, 按深海氧同位素MIS阶段分期及地层指南规定的全新世开始年代10 kaBP，此处下切河谷已经冲刷侵蚀到MIS2阶段沉积层位。后期积水，植物生长、埋藏，逐渐贫营养湖化。(本照片引自王强研究员)
Figure 9. Valley filling and dating of Qht1
表 1 中旺镇西砖厂采土坑陡坎剖面岩性柱(所用14C半衰期为5 568 a, BP为距1950年的年代)
Table 1 The lithological column of a scarp profile
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