長江三角洲前緣晚第四紀層序特征及冰后期海平面波動沉積響應

趙寶成

（上海市地質調查研究院，上海 200072）

長江三角洲前緣晚第四紀層序特征及冰后期海平面波動沉積響應

趙寶成

（上海市地質調查研究院，上海 200072）

利用位于長江三角洲前緣南匯邊灘水下砂體的HYK16鉆孔的測年、巖性、微體古生物化石資料，分析末次冰期長江下切河谷階地的晚第四紀層序特征及冰后期海平面波動控制下的沉積環境演變。鉆孔沉積物自下而上記錄了末次冰期以來的發育的3套沉積體系：河流體系（海拔-47～-31m，晚更新世晚期低水位體系域）、河口灣體系（海拔-31～-21m，早全新世海侵體系域）和三角洲體系（海拔-21～-3.6m，中晚全新世高水位體系域）。巖性、有孔蟲、花粉記錄共同揭示了10～7.7ka BP在海平面快速上升作用下鉆孔所在地經歷了濱海湖沼至濱海的快速轉變，尤其是9～8.5ka BP期間，海面的大幅度上升使得河口快速向陸移動，導致鉆孔所在地水深明顯變大。鉆孔所在地約7.7ka BP開始發育水下三角洲，約1.07ka BP開始變為潮灘。

長江三角洲前緣；層序地層；古海平面；第四紀地質；沉積環境

隨著海洋經濟的發展，近年來海岸帶地質環境調查成為上海市基礎地質調查的重要工作內容[1]。過去幾十年來，基于長江三角洲陸域的大量第四紀鉆孔，確立了地層與沉積環境格架，尤其是具有精確地質年齡約束的晚第四紀地層層序和沉積演化模式。李從先等利用長江三角洲南北兩翼平原600多個鉆孔，識別了末次冰期和冰后期沉積旋回，揭示了末次冰期海退期間長江三角洲陸域發育了寬約60～70km、深約70～90m的下切河谷，下切河谷兩側古河間地經歷了長期暴露成土作用，下切河谷和古河間地古地理格局影響了冰后期海平面上升背景下的沉積物的分布和沉積環境的模式[2]。這種認識為深化開展工程地質調查與研究提供了重要依據[3]。然而，長江口海域晚第四紀沉積地質學研究仍相對薄弱，上世紀八九十年代在長江口外實施的鉆孔識別度不高且缺乏精確年齡的控制[4]。最近幾年長江口外水下三角洲相繼報道了高分辨的鉆孔[5,6]，與陸域下切河谷、三角洲平原高辨率沉積記錄進行了較好的對比，共同揭示了長江三角洲陸域和海域冰后期沉積演化受到了氣候頻繁波動和海平面階段性上升事件的主導控制。

長江口5m水深海域分布有水下砂體，是長江三角洲主體自全新世發育后不斷向海進積的結果。攔門沙是上海重要的砂體資源潛力區，該區域的晚第四紀層序變化和千年尺度沉積演化規律對于理解砂體資源的動態演化十分重要。此外，水下三角洲晚第四紀層序特征也是研究冰后期海侵海退沉積演化、長江三角洲發育和生長規律以及估算歷史時期長江泥沙“從源到匯”和“從匯到源”的搬運、堆積和再擴散過程的基本依據[7,8]。

本文利用上海市地質調查研究院2008年在南匯邊灘水域實施的HYK16孔（圖1）的測年、巖性、有孔蟲和孢粉測試資料，探討長江口水下砂體晚第四紀層序特征及其海平面波動沉積響應，為上海地區開展海陸地層對比和研究近岸水域砂體資源地質演化規律提供參考數據和理論依據。

1 材料和方法

HYK16孔位于南匯邊灘，鉆探地點水深3.6m，巖芯長度44m。孔深（自水底（海拔-3.6m）起算，下同）27.5m見上更新統頂部標志層，標志層下伏砂質沉積，上覆泥質沉積，至頂部又為砂質沉積。對鉆孔沉積物組成、沉積構造進行了觀察，總結了層序變化特征（圖2）。對上更新統砂體進行了光釋光(OSL)測年，在中國地質科學院水文地質環境地質研究所完成。選取全新統地層螺殼、貝殼、泥炭進行了AMS14C測年，測試在中國科學院地球環境研究所加速器質譜中心進行，并對貝殼、螺殼樣品進行了海洋碳庫校正，本文僅列舉1σ測年值。OSL和AMS14C測年結果見圖2。按照0.5m間距采集91件粒度樣品，測試在華東師范大學河口與海岸國家重點實驗室完成。按照控制巖性和沉積序列變化的原則采集30個微體古生物化石（有孔蟲化和孢粉）樣品，化石鑒定在中國地質大學（武漢）完成，多數樣品化石統計數量大于100粒，共檢查出26種有孔化石和73種類孢粉化石（圖3）。有孔蟲化石計算了豐度（枚/50g）和分異度（種類）指標，孢粉化石計算了各類型含量（以孢粉和藻類總和為基數），僅列舉垂向變化明顯且沉積環境指示意義明確的化石類型，包括藜科(Chenopodiaceae)、麻黃(Ephdra)、禾本科(Poceae)、莎草科(Cyperaceae)以及以香蒲為主的水生草本(Aquatic)。

圖1 研究區范圍和鉆孔位置Fig.1 Study area and borehole location

圖2 HYK16孔巖性綜合柱狀圖Fig.2 Composite depth of borehole HYK16 showing calibrated age, lithology, microfossil assemblage and interpreted sedimentary facies

環選擇孢粉類型的指示意義說明如下：長江三角洲地區晚新生代以來地層沉積先后分別受到了構造沉降和氣候-海平面的主導控制，沉積環境變化十分頻繁且橫向多不連續[9]，地層沉積物中的孢粉對沉積環境指示意義更加明顯[10]。草本花粉和蕨類孢子傳播距離較短，多指示局地環境，在河口、陸架地層研究中多用于揭示沉積地點距岸遠近或海水入侵的影響[11]。長江三角洲平原及河口表土花粉研究表明，藜科和麻黃可指示鹽堿生植物群落，莎草科、禾本科分別可指示沼澤濕地植物和蘆葦植物群落，水生植物花粉和蕨類孢子在湖沼環境含量較高，但受到水流搬運影響可以在河道、淺灘以及口外海域廣泛分布，可以指示長江徑流擴散[12]。

圖3 HYZK16孔微體古生物分布特征Fig.3 The vertical distribution of the microfossil in the sediment of borehole HYK16

2 沉積物巖性、微體古生物化石和地質年齡

H Y K 1 6孔自下而上劃分為5個沉積序列（SU1～SU5），各沉積層序沉積物巖性、微體古生物化石和地質年齡分布如下（圖2）：

2.1 沉積序列SU1（孔深27.5～44m）

下部（孔深29.4～44m）灰黃色、棕黃色細砂夾少量泥質粉砂薄層，層厚3～5mm至1～2cm，平均粒徑53～81μm，孔深29.4m處OSL測年36.8±2.4ka BP。頂部（孔深27.5～29.4m）以暗綠色泥質粉砂為主，底部0.4m為雜色粘土，平均粒徑＜63μm，與下伏砂層漸變接觸，平均粒徑約50～150μm，孔深27.6m處OSL測年20.1±1.1 ka BP。

僅個別層位出現有孔蟲化石，孔深35.5m和36.8m各發現1枚Globigerina sp.和Ammonia becarri.var。孔深38.3m和39.7m水生草本花粉含量約10%，Poceae和Cyperaceae含量不足5%。

2.2 沉積序列SU2（孔深21.6～27.5m）

以灰色粉砂質泥為主，平均粒徑9～29μm，富含炭化植物碎屑，含量由下而上減少，尤其底部2m炭化植物碎十分豐富，局部見泥炭和泥質結核，與下伏暗綠色泥質粉砂不整合接觸，侵蝕面明顯，底部27.35m處泥炭AMS14C日歷年齡10.26±0.03ka BP。頂部（孔深25m以上）出現少量有孔蟲化石，豐度不足50枚/50g，分異度小于10，組合類型為Ammonia beccarii.(var)-Cribrononion kiangsansis。指示性孢粉組合類型為Aquatic-Cypearae-Poceae，含量分別接近15%、10%和5%，鹽生類型花粉僅底部層位少量出現。

2.3 沉積序列SU3（孔深17.6～21.6m）

均勻灰色粉砂質泥，平均粒徑9～41μm，底部與下伏地層接觸處見厚約1cm貝殼碎屑層。由下而上逐漸出現粉砂紋層（2～3mm），并見含貝殼碎屑的粉沙、細砂團塊，頂部見明顯的生物擾動痕跡，孔深20.6m處出現長約10cm垂向延伸的蟲孔，其內充填細砂和少量貝殼碎屑。有孔蟲化石豐富，豐度和分異度較下伏地層提高，分別100～150枚/50g和12～13，組合類型為Ammonia beccarii(var)-Quinqueloculina seminula-Cribrononion kiangsansis。指示性孢粉組合類型為Chenopodiacea-Ephdra，含量分別高達40%和10%，水生、濕生類型均不足5%。

2.4 沉積序列SU4（孔深7.45～17.6m）

灰色粉砂質泥夾少量粉砂紋層（1～2mm），局部見少量貝殼碎屑和粉砂團塊，平均粒徑7～38μm，底部與下伏地層漸變接觸。孔深16.65m和8.9m處AMS14C日歷年齡分別7.02±0.12ka BP和1.34±0.09ka BP。有孔蟲化石豐富，約100枚/50g；分異度10～15，局部可達25。僅上部層位檢查出孢粉化石，組合類型為Ammonia beccarii(var)-Quinqueloculina seminula-Elphidium advenum。指示性孢粉組合類型為Cypearae-Poceae-Aquatic，含量均接近10%，相比之下鹽生類型花粉含量不足5%。

2.5 沉積序列SU5（孔深0～7.45m）

以黃灰色、灰色細砂為主，由下而上粒徑總體明顯變粗，下部以細砂夾泥質粉砂薄層（0.5～1cm）為主，平均粒徑多50～80μm，局部以粉砂質泥為主，頂部3m明顯變粗，黃灰色細砂、中砂為主，但1～1.55m為粉砂質泥夾層，砂層中含大量貝殼碎屑，平均粒徑110～159μm，泥層夾少量細砂薄層（1～2cm），平均粒徑38～57μm。微體古生物化石面貌與下伏SU4相類似，僅有孔蟲豐度、分異度略有波動和優勢花粉的含量有所降低。

3 分析討論

3.1 年代地層、沉積演化解釋及層序地層劃分

根據長江三角洲地區晚第四紀沉積物大量研究成果以及地層和沉積環境模式[13]，HYK16孔沉積物記錄了末次冰期海退—低水位體系域、冰后期海侵體系域和高水位體系域，分別對應了河流體系、河口灣體系和三角洲體系。

SU1，下部灰黃色細砂夾泥質粉砂薄層，上覆暗綠色粘土和灰綠色泥質粉砂，有孔蟲化石匱乏，推斷沉積環境由下而上經歷了河流邊灘—河漫灘；偶見有孔蟲化石反映偶受微弱海水影響。根據暗綠色粘土層底和下伏砂體層頂OSL測年，下部灰黃色砂體形成于MIS3中晚期，暗綠、灰綠色泥屬于MIS2。該層序特征類似于長江三角洲南翼平原大量鉆孔揭示的MIS3～2海退過程中的河流相環境[14]，類似于陸區廣泛分布的第一硬土層，頂部河漫灘相沉積可能經歷了后期海退暴露成土作用。根據層序地層觀點，該層序屬于晚更新世晚期海退—低水位河流相沉積體系。

SU2，有機質泥和大量植物根莖揭示了湖沼相環境，水生草本和濕生、沼生植物花粉占優勢以及屬種單調以及典型的潮上帶廣鹽有孔蟲化石組合揭示了濱海湖沼相特點。底部泥炭AMS14C日歷年齡顯示該層形成于早全新世。

SU3，均勻泥中出現數量豐富、種類較多的有孔蟲，典型的江浙濱海種Elphidium advenum以及常見的濱海淺水種Quinqueloculina seminula指示了一定水深的濱海環境，喜鹽植物花粉的大量出現，揭示了海侵作用的加強。根據上覆地層螺殼AMS14C日歷年齡和沉積速率推算，該層層頂年齡約7.7ka BP，屬全新世早期。

SU2和SU3與在長江三角洲南翼平原全新世早期海侵形成的湖沼—濱海沉積特征相似，屬于冰后期早期海侵河口灣沉積體系。

SU4，均勻泥中出現少量毫米級粉砂紋層，數量和種類豐富的有孔蟲以及指示河口、濱岸淺水的Ammonia beccarii(var)、Quinqueloculina seminula占優勢，以及出現Bolivina cochei、Globigerina bulloides等陸架窄鹽種，指示了前三角洲相環境，局部見貝殼碎屑層和粉沙團塊，指示了潮流的強烈作用。頂底螺殼AMS14C日歷年齡顯示該層屬于全新世中晚期。

SU5，底部細砂夾泥薄層為主，顯示了三角洲前緣潮流的作用，根據長江三角洲主體進積、長江河道和南翼平原岸線演變歷史[17]，推斷沉積環境為水下分流河道。頂部塊狀層理狀細砂、中砂且含量大量貝殼碎屑，反映了潮流、波浪的強烈淘洗，屬于河口砂壩相環境。根據SU4的AMS14C日歷年齡和沉積速率估算，該層底部形成于1.07ka BP。

SU4和SU5屬于全新世中期最大海泛以來高水位的三角洲沉積體系。

3.2 冰后期海平面波動沉積響應

末次盛冰期結束后，隨著冰川消融，于末次冰期晚期開始至全新世早期出現了三次明顯的融水事件，導致了海平面數百年短期內發生了大幅度快速上升，即MWP-1A(18.3～18.1ka BP)、MWP-1B(11.4～11.2ka BP)、MWP-1C(9～7ka BP)，這種現象在澳大利亞沿海珊瑚礁記錄[15]、亞洲邊緣海陸架和河口地層沉積物[16～21]普遍得到揭示，冰消期海平面波動控制了河口地區的沉積體系發育，體現在下切河谷充填和三角洲發育[22,23]。

長江三角洲陸區下切河谷遭受海侵開始于11ka BP，下切河谷及三角洲平原冰后期沉積演化主要受到了MWP-1B以來的海平面波動的控制。HYK16孔沉積序列和沉積記錄特征揭示約10ka BP開始發育湖沼沉積，SU2下部高含量的水生、濕生植物花粉以及缺乏有孔蟲化石揭示了偏淡水環境，至頂部開始出現屬種單調的潮上帶環境有孔蟲，指示了海平面快速上升導致海侵開始波及現南匯邊灘。SU3喜鹽類花粉大量出現，有孔蟲出現種類增加，并以濱海淺水類型占優勢，指示了海平面的快速上升導致沉積地點水深變大。而SU4中喜鹽類花粉含量大幅度降低，有孔蟲種類進一步增加且出現較多類型的窄鹽種，反映了SU3至SU4海平面出現了大幅度的上升，導致河口范圍迅速向陸方向擴大、沉積中心遷移，河口泥沙供給相對匱乏，導致了沉積地點水深較大而堆積了均質泥沉積。根據SU3層頂推斷年齡7.7ka BP，上述SU3至SU4沉積記錄變化揭示了MWP-1C海平面快速上升事件，黃河三角洲和湄公河三角洲沉積記錄顯示9～8.5 ka BP期間海平面上升了約16～25m[24]。MWP-1C海平面快速上升在下切河谷和長江口外水下三角洲均有記錄，表現為9～8.5ka BP沉積速率顯著降低，甚至出現沉積間斷。紅河三角洲和新加坡沿海沉積記錄顯示MWP-1C海平面快速上升可能延續到7.5～7ka BP，在此期間發生了3～5m幅度的海面上升。

7.7ka BP以來隨著海平面上升速率最終減緩和最大海泛的結束，長江水下三角洲開始在現南匯邊灘發育，直至1.07ka BP三角洲前緣河口砂壩推進到沉積地點。

4 結論

HYK16孔鉆孔沉積物巖性和微體古生物化石以及地質年齡共同揭示了長江口南匯邊灘水下砂體晚第四紀層序特征和冰后期海平面波動控制下的沉積環境演化，主要認識如下：

（1）沉積地點埋深海拔約-30～-47m揭露了末次冰期中晚期海退—低水位河流沉積體系，-30m以上自下而上分別為冰后期海侵河口灣沉積體系和高水位三角洲沉積體系。

（2）有孔蟲和孢粉記錄揭示MWP1-B至MWP-1C海平面快速上升使得現南匯邊灘在10～7.7ka BP沉積環境由濱海湖沼迅速向濱海轉變，尤其是MWP-1C期間的海平面上升使得河口范圍短時間內大幅度向陸擴大，導致了沉積地點水深明顯增加。鉆孔所在地約7.7ka BP開始發育水下三角洲，約1.07ka BP開始變為潮灘。

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Late Quaternary Sequence Stratigraphy of the Yangtze River Delta-Front Area with Special Reference to the Response of the Sedimentary Environment to Postglacial Sea-Level Change

ZHAO Bao-Cheng
(Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai 200072, China)

Late Quaternary stratigraphic sequences controlled by postglacial sea level fluctuations are examined in the last glacial terrace of the paleo-Yangtze River incised valley. The sedimentary evolution of the sequences is revealed by dating and analysis of sediments and microfossils from borehole HYK16 located in the Nanhui shoal in the Yangtze River deltafront. The borehole sediment records three depositional systems since the last glacial, which in ascending order are: fluvial (to sea level 47-31m, Late Pleistocene regression system tract and lowstand); estuarine (to sea level 31-21m, early Holocene transgression system tract); and deltaic (to sea level 21-3.6m, mid-late Holocene highstand). The sedimentary environment changed remarkably from marsh to near-shore during ～10-7.7 ka BP as a result of rapid stepped sea-level rise. In particular, a very rapid rise in sea level during ～9-8.5 ka BP caused the paleoestuary to shift quickly landward and be immersed under deeper water, and a possible hiatus (several hundred years long) occurred at the studied depositional site. The subaqueous delta was initiated at ca. 7.7 ka BP and the tidal flat developed at ca. 1.07 ka BP at the depositional site.

Yangtze River delta front; sequence stratigraphy; ancient sea level; Quaternary geology; sedimentary environment

P534.63

A

2095-1329(2013)02-0050-05

10.3969/j.issn.2095-1329.2013.02.012

2013-04-16

2013-05-22

趙寶成(1981-),男,博士,主要從事環境地質研究.

電子郵箱：bczhao_1981@126.com

聯系電話：021-56618043

國家公益性行業科研專項(201011019)