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苏北海岸带弶港钻孔沉积相及沉积环境演化

季云  
【摘要】:苏北南黄海海岸带在晚第四纪受到海侵-海退旋回的多次影响,发育了 100多米厚的海陆交互相地层。除了海平面变化对沉积序列的控制作用外,物质供应是一个关键性的控制因素。苏北南黄海海岸带位于北部的废黄河三角洲平原与南部的长江三角洲平原之间,地质历史时期受到古长江、古黄河两大河流所输入的沉积物的控制,苏北平原是古江(指长江)、河(指古黄河)与海洋动力相互作用的产物。有关南黄海第四纪地层以及海平面变化已有许多研究成果,但依然存在值得关注和深入研究的科学问题。有关氧同位素(MIS)3阶段的海侵和海平面问题依然存在诸多的争论,一般认为该阶段海平面低于现今30~60m,最低为-80m;但也有认为当时海平面可以高达-10~-15m。反对者认为MIS3阶段的AMS 14C年代数据已超过测年的极限值,那些被认为是MIS3阶段的沉积物有可能属于MIS5阶段。学者对于古长江和钱塘江古下切河谷有许多的研究,而对于埋藏在苏北平原中部的古河谷研究不多。第四纪期间苏北南黄海陆架和平原地区可能受到8次海侵和7次海退,其中海退低海面期间多发育河流相沉积,河流下切形成下切河谷。弶港以南的下切河谷可能与古长江的迁徙有关,古长江在早期阶段可能流路分散,在演化过程中逐渐向南迁移,并最终迁移到到现代长江的位置。重建晚第四纪沉积环境演化对于深入探讨MIS3阶段的海面问题以及古长江下切河谷的下切、充填和迁移路径具有重要意义。本文主要以苏北海岸带弶港南部(YZ08 孔,32°42'16.32"E,120°53"7.06"N)的1根131m长的钻孔沉积物为研究对象,通过对钻孔沉积物进行描述以及粒度、磁化率、元素地球化学、烧失量分析以及宏体和微体化石鉴定,结合AMS 14C和光释光测年以及钻孔地层对比,重建了晚更新世以来苏北海岸带的沉积环境演化,探讨了研究区沉积体系发育的控制因素,为我们研究MIS3阶段的海平面问题以及长江古下切河谷的发育和迁移路径提供了依据。弶港YZ08孔沉积物主要以粉砂为主,含量在0%~93.2%之间,平均54.2%;其次是砂,含量在0.3%~100%之间,平均为41%;黏土含量最少,含量在0%~15.8%之间,平均为4.7%。整个钻孔沉积物平均粒径在0.445~7.241之间,平均为4.690(Φ,分选系数在0.452~3.725之间,平均为1.828,偏态在-0.406~0.889之间,平均为0.294,峰态在0.544~3.713之间,平均为1.127。磁化率在-3.91E-04~3.66E-03 之间,平均为 6.07E-04;Sr/Ba 在 0.129~11.810 之间,平均为 2.643;Ca/Mg在1.019~21.488之间,平均为4.547;有机质含量在0.1%~6.141%之间,平均为2.947%;碳酸盐含量在0.958%~16.568%之间,平均为8.586%。YZ08钻孔自下而上发育6个沉积单元:U1沉积单元包括两个潮间带→潮上带旋回,据光释光给出的地层框架U1沉积单元可能形成于MIS7,为本钻孔最早的海侵沉积序列,U1单元向南至南通相变为河流沉积;U2沉积单元从下至上包括河道相以及河漫滩相沉积,其他钻孔均发育河流相沉积,厚度可达30~40m,推测该单元有可能形成于MIS6阶段的低海面阶段,属于古长江在苏北平原底下的下切古河谷;U3单元为盐沼→浅海相海侵层序,仅在YZ08孔发育,其他钻孔均未出现,根据光释光给出的年代框架可能为MIS5阶段产物;U4单元从下至上发育洪泛平原及河漫滩相沉积,下部洪泛平原可能形成于MIS4阶段的低海面阶段,后经成壤作用形成类似硬黏土层,与长江三角洲和苏北平原区的第二硬黏土层相当。上部的河漫滩相包括河流边滩及细颗粒的越岸沉积,可能形成于MIS3阶段,向南相变河道相堆积;U5为苏北平原标志性硬黏土层,属于洪泛平原沉积,但U5在QC5钻孔和CH4钻孔相变为河道相沉积;U6沉积单元从下至上包括滨岸沼泽、潮下带浅海相和潮间带相。在QC5以及CH4钻孔中,滨岸沼泽相变为河流相沉积。潮下带浅海至CH4孔相变为三角洲沉积。沉积环境演化表明,在MIS7阶段的相对高海平面时期,全球相对海平面大约低于现今十几米,苏北海岸带被海水淹没,发育潮滩沉积。随着全球相对海平面在MIS6阶段的波动下降,最低海平面低于末次冰期极盛期,苏北海岸带完全暴露为陆地环境,河流在海岸带平原区重新发育,此时弶港以及弶港地区南部均发育河流相沉积,在现今的海岸带和浅海陆架形成网状河流系统,这些河流系统极有可能为古长江下切形成。MIS5阶段相对海平面上升,下切河谷在随后的海平面上升阶段逐渐被河漫滩(弶港地区)、湖相(南通、崇明岛)、以及潮上带盐沼和浅海相沉积充填(弶港地区),构成一个完整的古下切河谷充填序列。在距今60-70kaB.P.的MIS4阶段,研究区进入早玉木冰期,全球气候寒冷,海平面下降,在本区形成洪泛平原沉积。MIS3阶段南黄海陆架发生海侵,但是弶港地区未被海水淹没,发育河流边滩和河漫滩沉积,此时古长江已迁移到如东以南。约在25ka B.P.研究区进入MIS2(相当于晚玉木冰期),此时全球气候再次变冷,海平面大幅度下降。研究区全面暴露为陆地,发育洪泛平原相沉积,后经成壤化作用,转化成长江三角洲及苏北平原地区标志性的"硬黏土层"。此时长江古河道再次往南迁移。末次盛冰期结束后,大约在15ka.B.P.开始进入冰消期,全球气候再度变暖,海平面呈阶梯式急速上升。弶港地区在大约12.4~9.5 kaB.P.发育滨岸沼泽相沉积。弶港以南的地区为滨岸沼泽与河流环境并存。随后海平面快速淹没滨岸沼泽及河流,研究区发育潮下带浅海环境,弶港以南属于河口环境,发育河口湾潮流沙脊。现代长江口区域发育河口湾至三角洲沉积,并见河口沙坝堆积。1128AD以后,由于黄河南迁夺淮给苏北海岸带来了大量泥沙,在废黄河口迅速发育水下三角洲,在涨潮流的作用下,大部分侵蚀泥沙向南输运,一部分供给海岸带,使岸线迅速淤长,弶港地区由潮下带环境迅速淤浅成为潮间带环境直至海水完全退出本区;另一部分泥沙向海运移,供应给水下沙脊,使水下沙脊迅速淤长,形成现今规模的辐射沙脊群。酸溶态Sr/Ba比值、磁化率、有机质和碳酸盐含量可以作为沉积相判定的辅助指标。从MIS2至MIS1阶段,酸溶态Sr/Ba比值持续升高,与海平面上升趋势相吻合。磁化率在河道以及强潮控制的潮下浅海环境处于高值,而在潮上带和洪泛平原等环境处于低值,表明强水动力环境有利于磁性矿物富集从而使磁化率值上升。有机质与碳酸盐具有同步变化特征,它们在离岸较近的潮滩环境以及河漫滩环境出现升高趋势,与这两种环境易于富集有机物质,并且淡水淋融作用造成次生碳酸钙(钙结核)升高有关。弶港地区晚第四纪以来的沉积环境主要受全球海平面以及古长江、古黄河物质输入的控制。YZ08孔揭示弶港地区MIS7阶段以来经历了 3次明显的海侵,即MIS7阶段、MIS5阶段和MIS1阶段。MIS3阶段弶港及其以南地区为河流沉积环境,海水并没有影响到现代海岸线附近。MIS6期低海面阶段,古长江在苏北平原(目前所知为弶港以南)形成古下切河谷网状水系,在MIS5阶段被浅海相沉积充填。MIS3阶段古河谷系向南迁移至南通如东一带以南,MIS2阶段进一步向南迁移。


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