萊州灣南岸XZK2鉆孔晚更新世以來的沉積環境探討

黃永波，侯建華，朱學強，任天龍，楊仕鵬

(山東省地質調查院，山東 濟南　250013)

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地質與礦產

萊州灣南岸XZK2鉆孔晚更新世以來的沉積環境探討

黃永波，侯建華，朱學強，任天龍，楊仕鵬

(山東省地質調查院，山東 濟南250013)

摘要：通過鉆孔巖性特征、沉積構造及沉積物粒度、磁化率與測井曲線對萊州灣南岸XZK2鉆孔上部晚更新世以來的松散沉積物進行了沉積相劃分，結合14C同位素年齡測定，劃分了深海氧同位素階段，表明該地區沉積物磁化率與砂含量曲線具有明顯的正相關關系，結合已有研究，證明該地區晚更新世以來古環境經歷了三次冷暖交替，而萊州灣西南海岸所發現的相當于滄州海侵、獻縣海侵和黃驊海侵的三次海侵事件，鉆孔上僅見全新世黃驊海侵，滄州海侵、獻縣海侵相應層位為濱海沉積。

關鍵詞：粒度分析；磁化率；晚更新世晚期；萊州灣南岸

引文格式：黃永波，侯建華，朱學強，等.萊州灣南岸XZK2鉆孔晚更新世以來的沉積環境探討[J].山東國土資源，2016,32(7)：7-11.HUANG Yongbo, HOU Jianhua, ZHU Xueqiang, etc. Discussion on Depositional Environment of XZK2 Borehole in South Costal Zone of Laizhou Bay since Late Pleistocene[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(7)：7-11.

自20世紀70年代F. oldfield和R. Thompson[1]創立環境磁學以來，磁化率已經作為比較重要的環境指標廣泛應用于海洋、湖泊沉積物，尤其是黃土沉積的古環境研究中[2-7]。國內外諸多研究表明，碎屑沉積物磁化率值主要受其含有的磁鐵礦及赤鐵礦等磁性礦物的影響。R. Thompson、劉秀銘、王建等通過對不同粒度碎屑沉積物中各種磁性礦物的含量與磁化率的關系研究表明，沉積物磁化率與其粒度密切相關，并在很大程度上反映了沉積物源、動力條件及沉積次生條件變化的影響[1，8-9]。

該文擬通過對萊州灣南岸XZK2鉆孔上部沉積物磁化率與粒度的分析，對該海岸范圍內磁化率、粒度及其與古環境變化關系進行初步的探討。

1區域概況與研究進展

萊州灣為渤海三大海灣之一，西岸、南岸為濱海平原，是華北平原的重要組成部分[10]。萊州灣南岸平原又稱為濰北平原，自新生代以來區域構造活動以差異性沉降為主，主要地貌類型為山前洪沖積平原與沖積海積平原[11]，因賦存油氣、鹵水及各類礦產資源而備受關注，沿海區域因存在大范圍的海咸水入侵問題，其引起的環境保護與治理問題更值得深入研究。地下鹵水資源的賦存狀況及海咸水入侵的產生與古環境演化有密切的聯系[12-14]。呂厚遠、韓有松、莊振業、劉恩峰等分別通過對沉積物巖性特征、微體古生物分布及孢粉分析結合14C、光釋光測年手段對該區晚更新世以來的古環境變化及海侵海退進行了初步研究[10，15-20]。目前對萊州灣南岸沉積物粒度、磁化率等氣候代用指標的引入還未見報道。

該次取樣鉆孔為1∶5萬辛安莊等五幅區域地質調查項目開展的鉆探工作，位于萊州灣南岸平原，昌邑市灶戶村北西方向，距現代海岸線11km(圖1)。

圖1　區域概況及鉆孔位置圖

2樣品采集分析與鉆孔巖性特征

該次研究在在部分層位采取14C樣品，測試工作在北京大學考古文博學院完成，測試結果見表1。

表1　XZK2鉆孔AMS14C結果

由于測試對象主要為沉積物中的軟體動物殼體，考慮到軟體動物殼體作14C測年的局限性，貝殼殼體可能來源于下伏地層，導致14C年代有可能比實際地層年代偏老。

在XZK2上部40m巖心中，以約20cm的間隔采集并測量粒度樣品110件(其中17.2～31.2m缺樣)。粒度分析采用激光粒度分析法，測試步驟為取適量的10%的H2O2和0.5%的HCl，分別去除沉積物中的有機質和碳酸鹽，處理過后的樣品經多次洗鹽，加入偏磷酸鈉后，經超聲波分散，最后上機測試。

沉積物粒度采用等比制(Φ值標準)粒級分類，XZK2沉積物粒級組分由砂(<4Φ)、粉砂(4～8Φ)、黏土(>8Φ)組成。通過對XZK2孔上部巖心沉積物的詳細觀察和分析，包括巖性、顏色、含水量、軟體動物殼體情況及沉積構造等特征，并結合粒度數據，將該孔自上而下分為25層，鉆孔分層巖性分層見表2(已將原始層位進行合并，沉積物顏色以蒙賽爾比色卡為標準)。XZK2孔上部巖性柱狀圖與巖心照片見圖2。

圖2　XZK2上部巖性柱狀圖與巖心

磁化率測量的采樣間距為0.5～1m，共采集樣品60件，以2cm×2cm×2cm無磁塑料盒盛放，在中國地質科學院地質力學所用BartingtonMS2磁化率儀分別樣品進行了磁化率測量。

3結果分析

將XZK2鉆孔上部鉆孔巖性與粒度分析、磁化率結合測井曲線進行綜合分析，可以看出粒度分布曲線與磁化率呈較為明顯的正相關關系，可以分為3個階段：

(1)0～8.80m砂含量曲線相對高值，具有一定波動，振幅相對較小，此時磁化率曲線也在相對高值波動；對應巖性為灰棕色—灰色粉砂，含大量貝殼碎屑，為濱海沉積。

(2)8.80～12.30m砂含量曲線平穩低值，磁化率數據亦處于低值附近，對應巖性為淺黃棕色—深灰色粘土，發育鈣質結核，為硬土層，對應干冷期的泛濫平原相沉積。

(3)12.30～17.20m砂含量曲線變化強烈，磁化率曲線也是震蕩強烈，對應巖性為黃棕—淺黃棕色粉砂、粘土質粉砂及含粉砂粘土，局部可見雜色及鐵染現象，顯示水位變化迅速，氧化還原環境交替出現，為泛濫平原相沉積。總體上磁化率與粒度分布曲線表現出較強的相關性，兩者與自然伽馬、自然電位曲線及巖性具有良好的對應關系。綜合測井、粒度分析及磁化率數據，結合鉆孔巖性特征對鉆孔進行了沉積相劃分(圖3)。

表2　XZK2鉆孔巖性分層描述

圖3　XZK2鉆孔上部地層沉積相劃分

4討論

(1)自晚更新世以來，隨著冰期、間冰期氣候變化并伴隨全球海平面多次升降，渤海發生了滄州、獻縣和黃驊三期大范圍的海侵事件以及它們之間的海退事件[21]，萊州灣南岸濱海平原亦相應形成了海、陸相間的沉積地層結構[13,18,22]。

已有研究表明，萊州灣南岸晚更新世以來的孢粉記錄與渤海南部ZK228孔孢粉組合基本一致，經歷了3次氣候冷暖交替[15]。反映在XZK2鉆孔巖性上，自下而上經歷了由棕黃色→淺灰棕色→棕黃色→深灰、淺黃棕色→灰色的沉積旋回。50～24ka B.P.和10～4ka B.P.兩次明顯的暖濕期分別對應于晚更新世末期的“獻縣海侵”和全新世“黃驊海侵”。冰后期氣候轉暖，大約于11kaB.P.海平面開始快速上升，大約于8.5kaB.P.進入渤海，并于7kaB.P.左右達到現岸線附近，至6kaB.P.左右到大海侵最大范圍，渤海從8.5kaB.P.至今被水淹沒，稱為黃驊海侵，沉積了H1海相層[18]。對比XZK2孔，冰后期以來為潮間帶沉積，至4020aB.P.為濱海湖沼相沉積，表明至晚4000aB.P.海平面開始退至灶戶以北。

50～24 ka B.P.階段的獻縣海侵鉆孔相應地層為一套棕黃色粉砂質粘土為主夾含粘土粉砂及粉砂，發育鈣質結核的泛濫平原相沉積。晚更新世早期的滄州海侵在鉆孔相應層位上僅出現一層灰色粘土層，為濱海湖沼相沉積，表明海侵范圍尚在XZK2孔以北。

(2)通過鉆孔沉積物粒度分析與磁化率數據的對比發現，兩者間有很好的對應關系，沉積物磁化率表現出與砂含量曲線(<4Φ)同步變化的特點，表明該區粒度0.063mm以上的沉積物鐵磁性礦物對磁化率具有最大貢獻。磁化率曲線的變化特征在不同沉積環境下具有較大差異，對以磁化率曲線結合巖性及沉積構造進行準確的沉積相劃分提供了可能。但沉積物磁化率受控于沉積物來源及區域沉積環境的不同，其與粒度及古環境的相關關系并不是一成不變的，在進行相關應用時應注意所在區域的地質環境的分析。

(3)該文為山東省1∶5萬辛安莊等五幅區域地質調查項目的階段性成果，結果分析及行文過程中難免有疏漏不足的地方，敬請批評指正。

致謝：該文樣品數據分析及鉆孔沉積相劃分對比中得到了天津地質調查中心王強先生的無私指導。在此表示感謝！

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收稿日期：2016-01-14；

修訂日期：2016-03-15；編輯：王敏

基金項目：該文為中國地質調查局項目1∶5萬辛安莊、海滄、昌邑、新河、朱里幅區域地質調查項目(編號：1212011220485)和中國地質調查局山東省地質系列圖件編制項目(編號：1212010811029)成果

作者簡介：黃永波(1984—)，男，山東諸城人，工程師，主要從事區域地質調查與研究工作；E-mail：wingboo@sohu.com

中圖分類號：P53

文獻標識碼：A

Discussion on Depositional Environment of XZK2 Borehole in South Costal Zone of Laizhou Bay since Late Pleistocene

HUANG Yongbo, HOU Jianhua, ZHU Xueqiang, REN Tianlong, YANG Shipeng

(Shandong Geological Surveying Institute, Shandong Jinan 250013, China)

AbstractThrough study on drilling lithology, sedimentary structures, grain size, magnetic susceptibility and logging curve, loose sediments of XZK2 borehole in south coastal zones of Laizhou Bay since late Pleistocene have been divided. Combining with14C isotopic age determination, the oxygen isotope stages in deep sea have been divided. It is showed that the curve of magnetic susceptibility of sediments and sand content has significant positive correlation. Combining with existing research, it is proved that the ancient environment has experienced in this area three alternating cold and warm since late Pleistocene. Three transgression events which are equivalent to Cangzhou marine transgression transgressive, Xianxian marine transgression transgressive and Huanghua marine transgression have been found in the southwest coast of Laizhou Bay. Through drilling holes study, only Holocene Huanghua transgression can be found, while Cangzhou marine transgression and Xianxian transgression are corresponding with coastal deposition layers.

Key wordsGrain size analysis; magnetic susceptibility; late Pleistocene; south coastal zones of Laizhou Bay