黃河三角洲GJ1孔晚第四紀(jì)地層層序及全新世沉積單元?jiǎng)澐?

馬瑞罡， 胥勤勉， 褚忠信

(1．中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100； 2.同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092；3.中國地質(zhì)調(diào)查局天津調(diào)查中心，天津 300170)

黃河三角洲GJ1孔晚第四紀(jì)地層層序及全新世沉積單元?jiǎng)澐?

馬瑞罡1,2， 胥勤勉3， 褚忠信1**

(1．中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100； 2.同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092；3.中國地質(zhì)調(diào)查局天津調(diào)查中心，天津 300170)

黃河三角洲作為自然河流體系形成的大型河控三角洲，研究其地層結(jié)構(gòu)可更好地理解河控三角洲的層序框架、河流改道與海平面升降等。本文主要基于黃河三角洲上GJ1鉆孔沉積物的粒度以及測年數(shù)據(jù)，結(jié)合前人成果，利用巖性地層學(xué)、年代地層學(xué)等方法，劃分了GJ1鉆孔的沉積相，重點(diǎn)是全新統(tǒng)。GJ1鉆孔78 m長的巖心，形成年代為60 ka B.P.至今，沉積相自下而上依次為(1)三角洲-河流-三角洲沉積(49.2～78.0 m)；(2)河流沉積(45.9～49.2 m)；(3)濱海近岸-河流沉積(24.6～45.9 m)；(4)河流沉積(19.4～24.6 m)；(5)全新世河流-濱海-三角洲前緣-河流-分流間灣與河流沉積(19.4 m 以淺)，其中4.5 m以淺為1917—1926 年期間黃河行水的河床及廢棄河道沉積。此外本文嘗試將粒度數(shù)據(jù)與全新世古氣候變化記錄進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)全新世相對冷期GJ1孔平均粒徑較粗，在相對暖期平均粒徑較細(xì)的整體特征。且可以識(shí)別出6 500～6 000 cal yr B.P.,4 200～3 800 cal yr B.P.,3 500～2 500 cal yr B.P.三次明顯的北半球冰蓋擴(kuò)張，兩極變冷，赤道變干的氣候事件。

黃河三角洲；全新世；地層層序；沉積相；古氣候

地層的劃分與對比是沉積學(xué)的重要研究內(nèi)容，對位于平原海岸的河流三角洲而言，層序的劃分除了沉積學(xué)本身的意義，還對海平面變化、河流演變、氣溫變化等研究有重要的 指示意義。黃河三角洲作為大型的天然河流三角洲，其演化受控于河流輸沙量、河道演化、河流改道等因素[1-4]。早期的一些研究提出，在LGM全球干冷氣候條件下，在現(xiàn)代渤海區(qū)域內(nèi)形成了古沙漠環(huán)境，并認(rèn)為黃河在此期間并未流入渤海，或?qū)Σ澈５貐^(qū)環(huán)境影響較小。但 目前多數(shù)認(rèn)為古黃河在MIS3期(～40cal kyr)至MIS2 期流入南黃海，形成下切河谷[5]，期間古黃河在南黃海(形成蘇北黃河三角洲)和渤海之間多次更替，末次冰盛期(LGM)到早全新世流入渤海，黃河的頻繁改道和擺動(dòng)，在渤海西南岸以及黃海西岸形成了多期三角洲沉積[6-8]，并在對相關(guān)的歷史文獻(xiàn)、遙感資料和地貌特征等進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出黃河三角洲的演化與貝殼堤的形成相一致[6]。近年來對于蘇北黃河三角洲和渤海西南岸的現(xiàn)代黃河三角洲的沉積環(huán)境和沉積相特征的研究表明，兩者均屬于河流起主導(dǎo)作用的河控型三角洲，且從陸向海依次為上三角洲平原、下三角洲平原、三角洲前緣、三角洲側(cè)緣和前三角洲[7-12]。渤海灣西南岸的西漢古黃河三角洲分布于河北黃驊和海興之間[13-17]。全新世時(shí)期，黃河在渤海灣西岸和南岸共形成了9個(gè)超級葉瓣[6,9]，其中與GJ1鉆孔相關(guān)的為墾利(11AD～1048)與現(xiàn)代黃河三角洲(1855～至今)。利用粒度、微體鑒定、常規(guī)14C測年等數(shù)據(jù)，眾多學(xué)者對本區(qū)域內(nèi)的鉆孔進(jìn)行了沉積學(xué)研究，反映了高、低海面層序的多期旋回以及在晚第四紀(jì)與氧同位素(MIS)5、3、1期相對應(yīng)的3次海侵[18-22]，系統(tǒng)地描述了各沉積相沉積物的粒度參數(shù)以及構(gòu)造方面的特征。

本文利用取自黃河三角洲的GJ1深孔巖心，開展粒度測試與同位素測年，結(jié)合巖心的巖性結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征與前人成果，劃分該巖心的沉積地層，重點(diǎn)是全新統(tǒng)的沉積單元。

1 地質(zhì)概況

在沉積物來源上，黃河對渤海西南岸的影響最明顯。黃河攜帶大量泥沙，在入海口處堆積，形成了大規(guī)模的三角洲平原。在構(gòu)造上，渤海灣西南岸以羊二莊斷裂為分界斷裂，橫跨黃驊坳陷以及埕寧隆起[18,24-26]。古近紀(jì)主要為斷陷期，在坳陷和隆起區(qū)沉降差異較大；新近紀(jì)和第四紀(jì)主要為坳陷期，整體發(fā)生沉降[24-27]。渤海灣西南岸第四紀(jì)厚度在黃驊坳陷和呈寧隆起上有較大差異，位于黃驊坳陷區(qū)內(nèi)鉆孔確定厚度約400 m[21-23]，而位于埕寧隆起上鉆孔發(fā)現(xiàn)僅有300 m[14]，其中包括5期火山活動(dòng)[29-30]，最晚的火山活動(dòng)即晚更新世晚期噴發(fā)形成了小山[29]。渤海灣西南岸在晚第四紀(jì)共發(fā)生過3次海侵事件，并和海洋氧同位素(MIS)5、3和1階段相對應(yīng)[31-33]。

圖1 GJ1 鉆孔位置Fig.1 Location of GJ1 core site and main landforms of the study area

2 材料與方法

2.1 巖芯概況

本次研究所用的GJ1鉆孔位于渤海灣西南岸東營河口區(qū)六合村西北側(cè)(見圖1)，地理坐標(biāo)為38°0′54.91″N，118°24′41.50″E，孔深78 m。該巖心采用旋轉(zhuǎn)機(jī)械鉆，巖芯管直徑108 mm，成功采樣深度3～78 m，巖芯采取率達(dá)90%。巖心上部3m以淺，因采樣過程中沉積物液化，未能取樣。對該巖心根據(jù)巖性的差異以2～5 cm進(jìn)行分樣，開展粒度測試。

2.2 粒度

粒度樣品采用Malvern-2000激光粒度儀測試。對樣品中的貝殼碎屑、有機(jī)質(zhì)和鈣質(zhì)結(jié)核用H2O2進(jìn)行前處理；測試儀器為英國Mastersizer2000粒度儀，測量范圍為0.2～2 000 μm，重復(fù)測量的相對誤差<3%。粒度測試在南京大學(xué)地理與海洋學(xué)院完成。

粒度測試的流程如下。在儀器測試之前，樣品經(jīng)過預(yù)處理。主要步驟有：(1)取樣，加入蒸餾水并充分?jǐn)嚢琛?2)加入H2O2溶液，去除有機(jī)質(zhì)，并靜置24 h。(3)加蒸餾水至50 mL，靜置8 h，去除上層清液。(4)加入六偏磷酸鈉溶液約5 mL，震蕩分散。最后采用激光粒度儀進(jìn)行測定。粒徑采用烏頓-溫氏分類法，即底數(shù)為1/2的以mm為單位的粒徑的對數(shù)值，用φ表示。再用McManus矩法計(jì)算平均粒徑(MZ)、分選系數(shù)(或標(biāo)準(zhǔn)偏差δ)、偏態(tài)(SK)和峰態(tài)(KG)等粒度參數(shù)。沉積物的分類、定名，按照Shapard分類方案來進(jìn)行。

2.3 測年

采集GJ1鉆孔上部4.5～20 m深度的泥炭4件，在國土資源部青島海洋地質(zhì)研究所做常規(guī)14C測年。樣品14C測試的半衰期為5 730年，再換算為半衰期5 568年，其余采用INTCAL04校準(zhǔn)。另外引用相鄰的ZK1(37°51′01″N,118°28′01″E)[22]和ZK4[35](38°02′24″N，118°25′32″E)鉆孔測年結(jié)果(見表1)。

表1 測年結(jié)果Table 1 The 14C dating results

2.4 沉積單元?jiǎng)澐址椒?/p>

2.4.1 粒度參數(shù)判別 按照沉速理論，顆粒在水中的運(yùn)動(dòng)速度與粒度和流速有直接關(guān)系，因而沉積物的粒度分布是能量條件的反映。本文采用McManus提出的矩值法公式計(jì)算樣品的粒度參數(shù)[28]，給出了不同沉積環(huán)境下沉積物的平均粒徑Mz，標(biāo)準(zhǔn)偏差δ，偏態(tài)SK和峰態(tài)KG4個(gè)粒度參數(shù)的變化(見表2)。

表2 粒度參數(shù)判斷標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Qualitative description of the grain-size characteristics on the parameters

2.4.2 概率累積圖判別 表示粒度φ值的累積含量(%)。橫坐標(biāo)為沉積物粒徑，這里由粗粒(小φ值)向細(xì)粒徑(大φ值)累加。沉積物具有不同屬性，使得線段的數(shù)量，切點(diǎn)和斜率不同，比如：切點(diǎn)表示各粒徑沉積物含量和所占比例；斜率可表示其分選性，如果斜率較大，則分選相對較好，反之則分選性差。這種方法容易在視覺上直觀地比較沉積 物和沉積環(huán)境的差異。

3 結(jié)果

3.1 沉積物類型及粒度組成

根據(jù)Shapard沉積物分類方法，GJ1孔沉積物樣品的類型主要有4種：粉砂、砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂、砂。從沉積物組成來看，粉砂含量最高，平均含量62%；砂次之，占28.3%；黏土含量最少，平均含量9.6%(見圖2)。巖心4.5～7.8 m深度，粉砂含量為76.8%，砂僅占2.2%，遠(yuǎn)低于全孔砂含量平均值；8.4～11.8 m處，砂含量占優(yōu)勢，平均為60.5%，遠(yuǎn)高于全孔砂含量平均值，粉砂、黏土含量均較少；12.7～19.2 m處，粉砂含量最高，平均含量78.7%，高于粉砂含量平均值，多為砂質(zhì)粉砂或粉砂；19.4～23.4 m處，砂含量最高，平均含量83.1%，遠(yuǎn)高于全孔砂含量平均值，粉砂含量較少，幾乎不含黏土；24.4～28.8 m處，砂、粉砂含量相近，占35%～45%，以砂質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)砂為主；32.6～45.4 m處，粉砂含量最高，平均含量64.4%，多砂質(zhì)粉砂或粉砂；45.4～48.8 m處，砂含量明顯增加，平均含量70.0%，遠(yuǎn)高于全孔砂含量平均值，粉砂含量次之，黏土含量主要在5%左右；48.8～62.6 m，粉砂為主，沉積物類型多為砂質(zhì)粉砂或粉砂；62.6～71.6 m，沉積物各組分含量以及平均粒徑波動(dòng)較明顯；71.6～72.8 m處，粉砂含量最高，為59.7%～72.2%，略高于全孔粉砂含量平均值。整體來看，黏土和粉砂含量變化基本一致，兩者與砂的含量變化相反。各組分含量最值及最值深度見表3。

表3 GJ1巖心沉積物組分極值含量及深度Table 3 Maximum/minimum of sediment components of the GJ1 core

3.2 粒度參數(shù)特征

GJ1孔沉積物粒度參數(shù)的垂向變化如圖2所示。粒度參數(shù)包括平均粒徑、標(biāo)準(zhǔn)差、偏度和峰態(tài)，通過對這些參數(shù)特征的分析可以推測沉積條件和環(huán)境的變化。

(1)平均粒徑(MZ)：代表著粒度分布的集中趨勢，它在一定程度上取決于物源區(qū)的粒度分布，即可以解釋沉積物物質(zhì)來源與沉積動(dòng)力環(huán)境。GJ1孔的平均粒徑范圍為2.4～7.2φ，平均值為5.3φ。4.5～7.8 m處平均粒徑細(xì)，表明沉積動(dòng)力相對較弱，且變化幅度不大，說明沉積環(huán)境穩(wěn)定單一；7.8～9.4 m平均粒徑較粗，多為砂質(zhì)沉積，表明沉積動(dòng)力較強(qiáng)。9.4～12.4 m，平均粒徑范圍4.1～4.8φ，變化幅度小，粒徑較大；12.7～17.8 m處，平均粒徑范圍6.3～5.6φ，粒徑較細(xì)；17.8～25 m處平均粒徑明顯增粗，表明沉積動(dòng)力較強(qiáng)；25～46.8 m處，平均粒徑波動(dòng)明顯，表明沉積動(dòng)力不穩(wěn)定；46.8～67.7 m處，平均粒徑較細(xì)，且波動(dòng)不明顯，表現(xiàn)較為穩(wěn)定的弱動(dòng)力環(huán)境；67.7～68.9 m處，平均粒徑明顯變大，沉積動(dòng)力增強(qiáng)；向下再次變細(xì)。整體GJ1鉆孔平均粒徑的變化趨勢，由下至上為細(xì)-粗-細(xì)-粗-細(xì)，相應(yīng)的沉積動(dòng)力由下至上依次為弱-強(qiáng)-弱-強(qiáng)-弱。

(2)分選系數(shù)(δ)：或標(biāo)準(zhǔn)差，表示粒徑頻率曲線的擴(kuò)散程度，反映了沉積物分選性的好壞。GJ1孔的分選系數(shù)變化范圍為1.2～2.2，平均值為1.6，分選程度差或較差。其中，5.4～7.6 m之間，分選系數(shù)明顯較小，均值1.3，明顯低于全孔分選系數(shù)平均值，說明此段鉆孔沉積物主粒級較為突出；7.8～12.7 m處，分選系數(shù)較高，平均值為1.8，高于全孔分選系數(shù)平均值，分選較差；12.7～19.2 m處，分選系數(shù)較低，1.2～1.7，平均值為1.4，遠(yuǎn)低于全孔分選系數(shù)平均值，相對分選較好；19.4～28.4 m處，分選系數(shù)較高，平均值為1.8，說明該段物源供應(yīng)，水動(dòng)力條件等都較為復(fù)雜，導(dǎo)致沉積物分選性變差；28.4～46.8 m處，分選系數(shù)持續(xù)在較高位置上波動(dòng)，最高可達(dá)2.2，高于全孔分選系數(shù)平均值；47.4～50.4 m處，分選系數(shù)明顯突變，由1.9～2.0突變至1.3，說明此段沉積環(huán)境變化大，主粒級較突出，分選程度提高。

(3)偏態(tài)(SK)：表示沉積物粒度頻率分布曲線的對稱性。其數(shù)值反映了其數(shù)值為粒度平均值與粒度中位數(shù)的相對位置。對粒度分布而言，當(dāng)以Φ為單位時(shí)，正偏即意味著細(xì)偏，平均值在中位數(shù)偏細(xì)的一邊，粗粒物質(zhì)不足，同時(shí)分選性也相對較差，反映在標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值相對較高；反之負(fù)偏意味著粗偏，在頻率曲線上平均值位于中位數(shù)較粗方向的一邊，細(xì)粒物質(zhì)不足，分選性相對較好，反映在標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值相對較低。若偏度近似對稱，數(shù)值為零，稱為正態(tài)這時(shí)平均值與中位數(shù)往往重合。GJ1孔偏態(tài)值的范圍3.0～-0.6，極正(細(xì))偏明顯，少數(shù)范圍內(nèi)出現(xiàn)正態(tài)或負(fù)(粗)偏態(tài)。

(4)峰態(tài)(KG)：峰態(tài)表現(xiàn)沉積物粒度頻率分布曲線的尖銳程度，在頻率曲線圖上表現(xiàn)為曲線中峰值的凸的程度。正值時(shí)對應(yīng)窄峰態(tài)；反之，負(fù)值對應(yīng)寬峰態(tài)；正態(tài)曲線的峰值為1.0。GJ1孔沉積物峰態(tài)值的范圍為12.4～2.0，平均值為3.7。在8.4～9.2 m、19.6～23.4 m和47.4～48.8 m處峰態(tài)值大，峰區(qū)尖銳。

GJ1孔沉積物相關(guān)粒度參數(shù)的變化具有以下規(guī)律：在海相層，隨著平均粒徑的增粗，分選性逐漸變差，偏態(tài)多正(細(xì))偏，峰態(tài)逐漸變窄；反之，平均粒徑變細(xì)，則分選性隨之變好，偏態(tài)降低，可見正態(tài)-負(fù)(粗)偏態(tài)，峰態(tài)隨之變寬。而在河流相沉積，平均粒徑增粗，標(biāo)準(zhǔn)差變小，分選性更好，同時(shí)分選系數(shù)與偏態(tài)以及峰態(tài)的變化關(guān)系都與海相層相反。

4 討論

4.1 地層的劃分與對比

圖 2 GJ1孔粒度組分含量與粒度參數(shù)(圖中黑色粗虛線為參數(shù)平均值)Fig.2 Grain-size parameters of GJ1 core (the black bold lines denote data averages)

黃河三角洲位于渤海西南岸，本地區(qū)晚第四紀(jì)以來共發(fā)生過3次海侵[18-20]。第一次海侵范圍覆蓋至利津市和滄州市，時(shí)間較長，沉積了厚約25 m的海相沉積物，期間形成兩個(gè)海相層(H4、H3)。這一時(shí)期的海陸交替推測是本區(qū)域內(nèi)黃河形成的三角洲與海平面升降共同作用的結(jié)果，有待于更全面的資料進(jìn)一步研究其沉積亞相和沉積微相來確定；第二次海侵發(fā)生在43～30 kaB.P.，形成第二海相層(H2)；第三次海侵影響范圍至黃河三角洲地區(qū)時(shí)間約在8.8 kaB.P.，本區(qū)最高海平面出現(xiàn)的時(shí)間約在6 kaB.P.[31-32]。此次海侵形成的海相層，在黃河三角洲地區(qū)埋深20 m左右，稱第一海相層(H1)。

主要利用粒度參數(shù)，各段沉積物類型等巖性特征與14C測年，結(jié)合前人研究成果[20,24-25]，劃分了GJ1孔的沉積相。

(1)49.2～78.0 m為MIS5階段的沉積，包括2個(gè)海相層，深度分別在50.7～52.4 m與67.7～72.0 m，其余主要為河流相。

(2)45.9～49.2 m:沉積物中含較多鈣質(zhì)淀積，依照沉積年代判斷本段為MIS4(倒數(shù)第二冰期)的河流相，其粒度特征也與GJ1鉆孔上部的19.4～24.4 m的河流相相似。

(3)24.6～45.9 m為相對較暖的MIS3期沉積，其中的30.0～45.9 m為第二海相層，包括多種微相；24.4～30.0為MIS3后期河流相沉積。

(4)19.4～24.6 m：為MIS2階段沉積，沉積物從上至下分別為淺黃色粉細(xì)砂-黃灰色粉砂質(zhì)砂和灰黃色粉細(xì)砂互層-灰黃色粉砂質(zhì)泥夾粉砂薄層。本段河流相沉積物主要來自末次盛冰期黃河，具有代表性，反映了低海面時(shí)期的黃河泥沙性質(zhì)。

(5)0～19.4 m為全新統(tǒng)沉積物。12.4～19.4 m為濱海相，為第一海相層；12.4～9.4 m為三角洲前緣-河口沙壩；9.4～7.6 m為河流相沉積；7.6～3 m可見分流間灣沉積特征。

GJ1鉆孔地層與黃河陸上三角洲鉆孔S3[21]，ZK1[22]及黃河水下三角洲鉆孔HB-1[23]的地層對比見圖3。

(圖中顯示黃河三角洲的沉積差異：GJ1孔沉積速率較小，S3鉆孔缺失河流相沉積；不同地點(diǎn)的沉積速率相差很大：如在3～10 kaB.P.時(shí)期內(nèi)，ZK1、GJ1、HB-1孔分別沉積了約5 m、15 m、7 m，反映黃河對本地區(qū)沉積速率的影響差異。Graph shows the sediment imparity of Yellow River delta:GJ1 has slow rate of sediment, S3 missed the river facies of sediment; The deposition rates at each sites are very different. For example,ZK1,GJ1,and HB-1 pores are deposited in the 3～10 ka B.P. period, which are about 5m, 15m, and 7m, which reflect the difference of the deposition rate of the Yellow River.)

圖3 黃河三角洲GJ1孔與ZK1孔[22]、HB-1孔[23]、S3[21]孔的地層對比
Fig.3 Stratigraphic correlation in the Huanghe delta

4.2 GJ1孔全新世沉積單元?jiǎng)澐?/p>

根據(jù)測年結(jié)果，GJ1 鉆孔巖心24 m以淺為全新統(tǒng)。根據(jù)上述材料以及相應(yīng)的劃分方法，結(jié)合巖性特征(見圖4)，可將GJ1孔全新統(tǒng)自上而下劃分為5個(gè)沉積單元(Deposit Units)，對應(yīng)編號為DU1～5(見圖4)。GJ1 孔全新統(tǒng)的 5 個(gè)沉積單元對應(yīng)第一海相層H1[17]，并且與S3孔[21]、HB-1[23]孔的地層結(jié)構(gòu)較好對應(yīng)。粒度概率累積曲線能有效地揭示沉積物的搬運(yùn)方式，劃定懸浮、跳躍和滾動(dòng)組分，從而判別環(huán)境動(dòng)力條件，識(shí)別不同沉積單元沉積物的運(yùn)移過程和沉積作用[36]，通常以4φ作為判別懸移質(zhì)(懸浮組分)和推移質(zhì)(跳躍、滾動(dòng)組分)的標(biāo)準(zhǔn)，懸移質(zhì)粒徑大于4φ，推移質(zhì)粒徑小于4φ[34,36]。

(沉積物類型中刻度數(shù)字0～5分別代表黏土、粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂、粉砂、粉砂質(zhì)砂和砂；圖中白色間斷代表巖芯缺失。Number 0～5 represent clay, silty clay, clayish silt, silt, silty sand, sand; white blank represent stratum incompleteness.)

圖4 GJ1 孔全新世地層年代、沉積物類型、平均粒徑與沉積單元?jiǎng)澐?br/>Fig.4 Division of Holocenedepositeunitstogether with sediment types, mean grainsize and depositional age of GJ1 core

DU5：19.4～24.6 m，河流相沉積，灰黃色河流沉積粉砂與粉砂質(zhì)砂。砂組分為主(80%～90%)，其次為粉砂(10%～20%)，黏土含量最少(<5%)。該段各粒度參數(shù)變化幅度較小，平均粒徑2.7～3.1φ，分選系數(shù)介于1.5～1.8，偏態(tài)為1.7～2.5，峰態(tài)為5.3～9.6。指示極尖銳的極正(細(xì))偏型分布曲線。從粒度概率累計(jì)曲線來看(見圖5)，具有躍移組分含量較高的河道砂特征。

(縱坐標(biāo)為百分含量(%)，DU1～5表示5個(gè)沉積單元。Y-axis is %, DU1～5 represent 5 deposit units.)圖5 GJ1孔全新統(tǒng)典型沉積物粒度頻率累積曲線(左)與頻率分布曲線(右)Fig.5 Grain-sizecurves of cumulative frequency(left pannels) and frequency(right pannels) of GJ1 core during Holocene

DU4：12.4～19.4 m，濱海相，其中12.4～18 m段為前三角洲沉積。沉積物類型以灰黃色粉砂質(zhì)泥夾粉砂質(zhì)砂薄層為主，其中含明顯的貝殼碎屑。沉積物組成以粉砂為主(70%～80%)，其次為砂(15%～20%)，黏土含量相對較少(一般<15%)，多為粉砂或砂質(zhì)粉砂。該段各粒度參數(shù)變化幅度較小，平均粒徑5.1～7.0φ，分選系數(shù)介于1.6～1.2，偏態(tài)為-0.6～2.7，峰態(tài)為2.5～9.6。該沉積單元的粒度概率累計(jì)曲線主要由三個(gè)直線段構(gòu)成，說明含有滾動(dòng)、躍移以及懸移三種組分，其中，代表躍移組分的線段最長，斜率最大(見圖5)，說明躍移物質(zhì)是該沉積單元的主要組分，且分選較好。這是海浪來回運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，具有明顯的波浪帶濱海沙的特征。

DU3：9.4～12.4 m三角洲前緣-河口沙壩。從巖性上看，9.4～12.4 m為黃灰色粉砂質(zhì)砂與灰黃色粉細(xì)砂互層；該段各粒度參數(shù)變化幅度較小，平均粒徑5.9～6.3φ，分選系數(shù)介于1.2～1.6，偏態(tài)為0.1～0.6，峰態(tài)為2.8～4.3。該段沉積物的粒度頻率分布曲線非常尖銳，正態(tài)或正(細(xì))偏，具雙峰，但高低峰差異明顯(見圖5)。從粒度概率累積曲線來看，該段依然具有較多的躍移組分，具有三角洲沉積特征，其特點(diǎn)局于河流沉積與濱海沉積之間，坡度較陡，說明分選較好。

DU2：7.6～9.4 m，河流沉積，具體來說是狀河的河床-心灘沉積。淺黃色粉細(xì)砂，沉積物粒度較粗，砂為主(85%)，其次為粉砂(10%～15%)，黏土含量少(<5%)。該段各粒度參數(shù)變化幅度較小，平均粒徑3.4φ，分選系數(shù)1.6，偏態(tài)為2.2～2.3，峰態(tài)為7.3～7.5。粒度頻率分布曲線非常尖銳，極正(細(xì))偏。從概率累積曲線來看，該段具有明顯的河流沉積的特征，具體表現(xiàn)為躍移組分含量高，線段斜率較陡，分選中等。

DU1：0～7.6 m，分流間灣與河流沉積。從巖性上看，上層主要為黃棕色粉細(xì)砂，含明顯的腐殖質(zhì)，下層為黃棕色粉砂質(zhì)泥。4.5～7.6 m粉砂為主(80%～90%)，其次為黏土(10%～20%)，砂含量少(<5%)，該段各粒度參數(shù)變化幅度較小，平均粒徑5.1～7.0φ，分選系數(shù)介于1.6～1.2，偏態(tài)為-0.1～0.9，峰態(tài)為2.7～3.8，分布曲線正態(tài)-正(細(xì))偏，表明該沉積單元沉積動(dòng)力相對較弱，變化幅度不大，說明沉積環(huán)境穩(wěn)定單一，為分流間灣沉積物，4.5～3 m處，取樣時(shí)樣品遭受泥漿污染，未進(jìn)行粒度測試。在0～3 m深度，由于沉積物含水量很大導(dǎo)致液化未能成功采樣，據(jù)現(xiàn)場觀測，缺失的3 m以淺的巖性與3～4.5 m深度(含水量也較大)的巖性基本是一樣的。該鉆孔位于六合村北部黃河故道所形成的高地，是黃河在1917—1926年期間行水的河道(Google Earth衛(wèi)星影像也可看出)，故4.5 m以淺為河床沉積以及廢棄河道沉積。

4.3 全新世氣候變化對古黃河三角洲的影響

古氣候記錄表明，全新世(11 500 cal yr B.P.)以來全球共發(fā)生過6次快速氣候變化(圖6，藍(lán)色矩形)[37]。其中GJ1孔的粒度特征可在一定程度上反應(yīng)古黃河以及古黃河三角洲對全新世氣候變化的響應(yīng)，尤其對幾次以“兩極變冷，赤道干旱”為特征的變冷事件十分明顯，由于GJ1孔測試分辨率限制，本文就樣品數(shù)量較多的6 000～5 000 cal yr B.P.，3 500～2 500 cal yr B.P.和4 200～3 800 cal yr B.P.時(shí)期的氣候變化對古黃河三角洲的影響進(jìn)行討論。

圖6 北半球全新世氣候記錄(a)格陵蘭冰芯(GRIP2)氧同位素組成/‰[43]；(b-c)GISP2大氣環(huán) 流地球化學(xué)指標(biāo)(ppb)：Na+-冰島低壓，K+-西伯利亞高壓[39]；(d)全球冰川擴(kuò)張期[37]；(e)中國西北部古湖泊氧同位素溫度/℃[41]；(f)海洋Δ14C滯留[40]；(g)GJ1孔沉積物平均粒徑/φFig.6 Northern Hemisphere paleoclimate records (a) Gaussian smoothed (200 yr) GRIP d18O (x) proxy for temperature. (b) Gaussiansmoothed (200 yr) GISP2 sodium (Na+；parts per billion, ppb) ion proxy for the Icelandic Low. (c)Gaussian smoothed (200 yr) GISP2potassium(K+；ppb) ion proxy for the Siberian High (d)Episodes of distinct glacier advances (e) Isotopictemperature℃reconstructionbasedon δ18O of lacustrinecarbonates,lakesection from Hongshui River,northwest China (f)Δ14Cresiduals:rawdata(lightline)and with 200-yr Gaussian smoothing (bold line)(g)Average grain-size of GJ1 core

6 000～5 000 cal yr B.P.和3 500～2 500 cal yr B.P.是全新世兩次最為強(qiáng)烈的全球變冷事件，北半球的冰蓋快速擴(kuò)張、增厚，東亞夏季風(fēng)減弱[38]，伴隨北半球高緯地區(qū)大氣環(huán)流改變，冰芯的鈉鉀離子指示了瑞士低壓和西伯利亞高壓分別增強(qiáng)[39]；同時(shí)海水的Δ14C滯留(海洋14C年齡)也反映該時(shí)期日射量的顯著變化[40]。其中，6 000～5 000 cal yr B.P.時(shí)期GJ1孔粒度變化不明顯，而是在6 000～6 500 cal yr B.P.左右明顯變粗，對應(yīng)該時(shí)期研究區(qū)沉積環(huán)境為濱-淺海沉積，推測該變化與相對海平面的變化有關(guān)。且該區(qū)域內(nèi)不同鉆井沉積速率相差很大，測年結(jié)果的偏差可能是該段粒徑變化不明顯的主要原因。在5 070～3 230 cal yr B.P.騰格爾沙漠的地質(zhì)記錄指示了中國西北部地區(qū)氣候逐漸由干冷變濕熱，但在3 000 cal yr B.P.以來氣候快速惡化，沙漠化進(jìn)程加快，風(fēng)化剝蝕加強(qiáng)[41]，同時(shí)造成黃河負(fù)載升高，沉積物堆積造成黃河下游抬高，研究區(qū)域內(nèi)海岸線快速向海推進(jìn)30 km，處沉積序列由高水面期向海退期轉(zhuǎn)化階段[4]。3 500～2 500 cal yr B.P.這一時(shí)期對應(yīng)GJ1 孔全新世DU2沉積單元，為陸相河流沉積，且沉積速率較快，約為0.2 cm/a(～200 cm/1 000 a)，反映了該時(shí)期古黃河三角洲沉積物的快速填充。

在4 200～3 800 cal yr B.P.時(shí)期是一個(gè)相對較短的冷期，ITCZ帶的南移造成北半球低緯氣候干旱[42]，孢粉記錄表明4 300～3 740 cal yr B.P.時(shí)期騰格爾沙漠氣溫明顯降低，并與祁連-青藏高原冰川擴(kuò)張期耦合[41]。伴隨氣候變化，GJ1粒度發(fā)生小幅度變化，對應(yīng)該段DU3沉積單元，處于相對高水面期[4]，沉積物組分多為粉砂或粉砂質(zhì)砂，屬三角洲前緣相沉積。

考慮到本鉆孔的年齡數(shù)據(jù)較為粗糙，在與氣候變化事件的對比上可能存在一定偏差。但整體來看，在全新世氣候顯著波動(dòng)的背景下，GJ1孔的平均粒徑表現(xiàn)出在冰川擴(kuò)張的冷期較粗，在相對暖期較細(xì)的特征，這些變化主要通過沉積環(huán)境的改變來實(shí)現(xiàn)。本文希望做出這樣一種嘗試，即雖然沉積物的粒度特征無法直接記錄古氣候變化，但在一定程度上可與古氣候記錄進(jìn)行對比，尤其在海岸、河口三角洲等沉積環(huán)境對氣候變化的響應(yīng)較為敏感的地區(qū)，這種沉積學(xué)的方法研究古氣候是具有一定潛力的。

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TheLateQuaternaryStratigraphicSequenceandHoloceneDepositUnitofGJ1BoreholeintheHuanghe(YellowRiver)Delta

MA Rui-Gang1,2, XU Qin-Mian3, CHU Zhong-Xin1

(1.Key Lab of Submarine Geosciencesand Prospecting Techniques, Ministry of Education, College of Marine Geosciences, Ocean University of China, Qingdao 266100,China; 2.State Key Laboratory of Marine Geology,Tongji University, Shanghai 200092, China; 3.TianjinInstitute of Geology and Mineral Resources, Tianjin 300170,China)

The study of the stratigraphic structureof a large river-dominated delta formed by a natural river system is beneficial to understanding the delta sequence stratigraphy, river avulsion and sea-level rise. Using the data of grain-sizeand C-14 dating of a 78 m long drilling core in the Huanghe (Yellow River)Delta,together with previous studies, we divided sedimentary facies of GJ1 borehole from the late Quaternary by methods of sequence stratigraphyand chronostratigraphy. The GJ1 core formed during about 60 ka B.P. to present. From below to top, the sedimentary faciesof GJ1 core are, (1)delta, fluvial and delta deposits at depth of 49.2～78.0 m. (2)fluvial sediment (45.9～49.2 m), formed during MIS4period. (3)coastal, nearshore and fluvial deposits (24.6～45.9 m). (4)fluvial sediment (19.4～24.6 m). (5)Holocene fluvial, coastal, delta front, interdistributary bayandfluvial deposits(above19.4 m), including the riverbed during 1917-1926 and abandoned channel deposits above 4.5 m. In addition, this paper attempts to compare the grain size parameter with the Holocene climate change records, and we found that the average grain size of the GJ1 core is relatively coarsein the cold period and wise versa. And three period of “cool poles, dry tropics”events can be identified at 6 500～6 000 cal yr B.P.,4 200～3 800 cal yr B.P. and 3 500～2 500 cal yrB.P.

the Huanghe (Yellow River) Delta；holocene；sequence stratigraphy；sedimentary facies； paleoclimate

P539

A

1672-5174(2017)12-097-13

責(zé)任編輯 徐 環(huán)

10.16441/j.cnki.hdxb.20160193

馬瑞罡， 胥勤勉， 褚忠信. 黃河三角洲GJ1孔晚第四紀(jì)地層層序及全新世沉積單元?jiǎng)澐諿J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2017， 47(12)： 97-109.

MA Rui-Gang, XU Qin-Mian,ChU Zhong-Xin. The late quaternary stratigraphic sequence and holocene deposit unitof GJ1 borehole in the Huanghe (Yellow River) delta[J].Periodical of Ocean University of China, 2017, 47(12)： 97-109.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目-河流回水對黃河尾閭段決口的影響項(xiàng)目(41376052)資助

Supported by the National Natural Science Foundation of China(41376052)-Effect of Backwater on River Avulsions in the Yellow River Tail

2016-05-21；

2016-08-02

馬瑞罡(1992-)，男，碩士生。E-mail：maruigang@tongji.edu.cn

** 通訊作者:E-mail：zhongxinchu@ouc.edu.cn