渤海灣西岸全新世以來沉積物地球化學(xué)與黏土礦物特征及其對(duì)環(huán)境和氣候的響應(yīng)

楊士雄，葉思源，何磊，袁紅明，趙廣明，丁喜桂，裴紹峰，路晶芳

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局濱海濕地生物地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島海洋地質(zhì)研究所，青島 266071

2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，青島 266061

海岸帶-陸架區(qū)是海陸交互作用最為強(qiáng)烈和敏感的地區(qū)，是大陸邊緣“源”到“匯”系統(tǒng)中一個(gè)極其重要的環(huán)境單元[1]。海岸帶沉積作為古環(huán)境變化記錄的重要載體，它不僅記錄了過去的沉積環(huán)境變化，同時(shí)也揭露了氣候波動(dòng)、海洋與河流的變遷、生態(tài)環(huán)境演化，以及人類對(duì)環(huán)境的影響等諸多信息[2-3]，已經(jīng)成為近年來地學(xué)研究熱點(diǎn)之一。21世紀(jì)以來，氣候變暖導(dǎo)致的海平面上升及極端的自然災(zāi)害（例如洪澇、風(fēng)暴或海嘯）已嚴(yán)重威脅到近海區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人類活動(dòng)。因此，深入開展海岸帶-陸架地區(qū)的歷史變化研究不僅是地球科學(xué)研究的需要，而且有助于沿海地區(qū)的開發(fā)與保護(hù)，有利于沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

渤海西岸地處新生代以來持續(xù)下沉的華北沉降帶，沉積了厚達(dá)500余米的第四紀(jì)沉積物[4]，全新世地層厚度為10～32 m[5]，受全球性冰期-間冰期氣候的影響，曾發(fā)生數(shù)次海進(jìn)與海退[6-9]，并在海岸地貌和沉積地層中留下大量遺跡和記錄，包括古海蝕崖、貝殼堤、牡蠣礁、海相層等[10]，為研究海侵歷史、海岸環(huán)境演化和海平面變化提供了重要依據(jù)。近十多年來，該地區(qū)進(jìn)行了大量關(guān)于地層與古環(huán)境演變研究[7-9,11-20]，而針對(duì)全新世以來該區(qū)氣候變化研究略顯薄弱[10,21-22]。全新世以來的氣候變化與現(xiàn)代人類面臨的未來挑戰(zhàn)密切相關(guān)。因此，開展該區(qū)全新世以來氣候環(huán)境變化研究尤為必要。

陸源碎屑中的黏土礦物粒徑細(xì)，搬運(yùn)距離長(zhǎng)，對(duì)物源變化具有良好的指示作用[23]。其組合特征與物源區(qū)氣候演變有著密切的關(guān)系[24-30]，已成為區(qū)域古氣候和古海洋環(huán)境重建的有效工具[31-33]。地球化學(xué)元素的分布、分配、聚集和遷移規(guī)律與源巖、沉積環(huán)境及氣候條件關(guān)系緊密，沉積物元素地球化學(xué)研究，有助于正確提取古環(huán)境、古氣候及物源變化信息[34-36]。盡管渤海灣泥質(zhì)海岸帶沉積地質(zhì)過程已有大量研究成果[18-20,37-38]，然而，仍缺乏通過精確定年、多指標(biāo)、多鉆孔綜合對(duì)比全新世以來該區(qū)沉積環(huán)境過程的研究。因此，本文利用渤海西岸BXZK11孔沉積物，基于AMS14C年代結(jié)果，開展了沉積物粒度、黏土礦物、元素地球化學(xué)分析，結(jié)合沉積物中有孔蟲數(shù)據(jù)[39]，闡述渤海西岸地區(qū)全新世以來沉積物特征及風(fēng)化程度，并與區(qū)內(nèi)多個(gè)鉆孔進(jìn)行對(duì)比，揭示全新世以來區(qū)域沉積演化過程對(duì)物源及氣候變化的響應(yīng)。

1 研究區(qū)概況

渤海灣位于渤海西部（圖1），與萊州灣、遼東灣并稱渤海的三大海灣。灣口北起河北省大清河河口，南至山東半島北岸的黃河口[40]。渤海灣西岸平原地區(qū)為新生代一直處于沉降狀態(tài)的華北沉降帶，地勢(shì)平坦，坡度僅為1/30 000～1/20 000，是華北沿海一帶地勢(shì)最低平的地方[41]。地表廣泛地被第四紀(jì)濱海沖積、湖積或海積層覆蓋，沉積物以黏土與粉砂為主，沿海岸呈帶狀分布[42]。第四紀(jì)地層以河湖相沉積為主，夾有多個(gè)海相地層，最大厚度近500 m[43]。晚更新世以來，海平面發(fā)生多次升降變化和頻繁的岸線遷移，渤海灣及相鄰沿岸低地經(jīng)歷了3次大的海陸交替過程[44]。自下而上普遍發(fā)育3套海相地層[4,6-7]。其中，第I海相層記錄了距今約1萬年以來的全新世海侵，地層保存完整，信息記錄最為豐富[45]，為本研究的關(guān)注重點(diǎn)。

圖1 渤海灣西岸BXZK11孔和其他研究孔[20, 38]位置圖Fig.1 The location of core BXZK11 and other studied cores in the west coast of Bohai Bay

渤海灣西岸平原入海河流主要為灤河、薊運(yùn)河、海河以及黃河等[40]。區(qū)內(nèi)屬華北平原暖溫帶落葉闊葉林-草原植被區(qū)，由于人類活動(dòng)致使原始植被無存[21]。該區(qū)冬冷夏熱，四季分明。1月份氣溫最低，平均氣溫為-2 ℃，7月份氣溫最高，平均氣溫為25 ℃，年平均氣溫為 12 ℃，年溫差較大，達(dá) 27 ℃[40]。降水量呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性變化，主要集中于7和8月份，兩個(gè)月份降水量達(dá)到全年降水量的58%，春季則少雨，年平均降水量為500～600 mm[40]。

2 材料和方法

鉆孔 BXZK11（38°27′29.39″N、117°38′16.53″E，高程2.67 m）（圖1）于2016年7月在渤海西岸的黃驊市南排河鎮(zhèn)趙家堡附近使用鉆孔機(jī)械回旋取芯方法獲取。鉆孔共30.76 m長(zhǎng)，取芯率為88.7%。鉆孔上部3.4 m為人工填土，下部主要為自然沉積，全新世沉積物主要以黏土質(zhì)粉砂為主，具體巖性變化特征如圖2。

BXZK11孔9個(gè)測(cè)年樣品均采自巖芯中保存較完整且磨損程度較低的貝殼和少部分泥炭或植物根莖碎屑，對(duì)樣品進(jìn)行AMS14C測(cè)年。貝殼化石一般是先鑒定再進(jìn)行測(cè)年，年代測(cè)試在美國(guó)邁阿密Beta實(shí)驗(yàn)室完成。渤海灣地區(qū)區(qū)域海洋碳庫(kù)效應(yīng)校正值為 ΔR=-178±50a[46]，選擇 CALIB 7.0.2 軟件進(jìn)行年代校正[47]，詳細(xì)年代信息見表1。年代模式主要通過兩個(gè)AMS14C年齡之間的線性差值以及向外延伸方法獲得，年代深度模型通過R軟件生成（圖3）。

粒度樣品以10 cm間距取樣，總共獲取237個(gè)粒度樣品。粒度分析采用常規(guī)處理方法，用10%的H2O2去除有機(jī)質(zhì)，處理后的樣品用英國(guó)Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度儀測(cè)定，粒級(jí)分辨率為0.01Φ，儀器測(cè)量范圍為0.02～2 000 μm，重復(fù)測(cè)量相對(duì)誤差＜1%。沉積物粒度數(shù)據(jù)采用尤登-溫德華氏等比值粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將粒徑大小歸納為三類，由粗到細(xì)分別為砂（63～2 000 μm）、粉砂（4～63 μm）、黏土（＜4 μm）。采用謝帕德（Shepard）沉積物三角分類法對(duì)沉積物進(jìn)行分類和命名[48]。粒度分析測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所測(cè)試中心完成。

圖2 BXZK11鉆孔巖性描述、AMS14C測(cè)年與沉積相劃分Fig.2 Lithology description, AMS14C dates and sedimentary facies division of core BXZK11

表1 BXZK11孔14C年代測(cè)試數(shù)據(jù)Table 1 AMS 14C dating of core BXZK11

圖3 BXZK11孔年代-深度模型Fig.3 Age-depth model of core BXZK11

常量元素以20 cm間距取樣，共分析樣品107個(gè)。常量元素分析由青島海洋地質(zhì)研究所測(cè)試中心完成，對(duì)不同指標(biāo)采用不同的分析測(cè)試方法。Al2O3、TFe2O3、CaO 、K2O 、Na2O 、MgO 、TiO2、P2O5和MnO等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定方法為：采用熔片法將試樣用混合熔劑熔融，以硝酸銨為氧化劑，加少量溴化鋰作為脫模劑，試樣與熔劑的質(zhì)量比為1∶12；在熔樣機(jī)上于1 050 ℃熔融，制成玻璃樣片，用X射線熒光光譜儀（XRF）進(jìn)行測(cè)定。用硅氟酸鉀容量法測(cè)定SiO2；容量法（VOL）測(cè)定FeO。CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定方法為：將試樣加8%的乙酸溶液；在沸水浴上加熱40分鐘后，取濾液用等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）測(cè)定[49]。

黏土礦物樣品以20 cm間距取樣，本次共分析樣品102個(gè)。黏土礦物XRD測(cè)試在青島海洋地質(zhì)研究所測(cè)試中心完成，測(cè)試儀器為D/Max-2500型X射線衍射儀，CuK α輻射，管壓40 kV，管流125 mA。取10 g左右樣品，先后用體積含量為30% 的H2O2和1 mol /L 的HCl反應(yīng)去除有機(jī)質(zhì)和鈣質(zhì)，加去離子水清洗兩次，使樣品有抗絮凝作用。根據(jù)Stoke原理所確定的沉淀時(shí)間[27]，抽取上部小于2 μm的懸浮液，離心濃縮，分別制成自然定向片和乙二醇飽和定向片，使用X射線儀進(jìn)行測(cè)試分析。黏土礦物的鑒定和解釋主要依據(jù)3種測(cè)試條件下獲得的XRD疊加圖譜的綜合對(duì)比[50]。每個(gè)波峰參數(shù)的半定量計(jì)算使用MacDiff軟件在乙二醇曲線上進(jìn)行，黏土礦物相對(duì)含量主要為（001）晶面衍射峰的面積比。其中，蒙脫石和伊利石相對(duì)含量分別用17?衍射峰面積×1和10?衍射峰面積×4表示；高嶺石和綠泥石相對(duì)含量之和為7?峰強(qiáng)的面積×2，再利用3.57?和3.54?峰面積的比值即可換算出樣品中高嶺石和綠泥石的相對(duì)含量[51]。

3 結(jié)果

從沉積物粒度組成與平均粒徑分布特征（圖4）可以看出，沉積物樣品由砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂和粉砂質(zhì)黏土組成，平均粒徑為2.4～8.3Φ，平均值為5.6Φ。黏土礦物以伊利石為主，其相對(duì)百分含量為50.7%～62.7%，平均為56.4%；其次為綠泥石，含量為18.5%～32.6%，平均為24.3%；再次為高嶺石，含量為11.4%～20.1%，平均為15.1%；蒙脫石含量最低，含量為0.9%～9.4%，平均為4.2%。黏土礦物組合形式為伊利石-綠泥石-高嶺石-蒙脫石。常量元素主要以SiO2為主，其次為Al2O3、CaO、TFe2O3、Na2O、MgO、K2O、TiO2、MnO 和P2O5（圖5）。微量元素主要為Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、As、La、Ce、Pr、Nd、Sm 等（圖6）。根據(jù)巖性變化特征，將該鉆孔剖面劃分為5個(gè)沉積單元。

U1（30.76～16.7 m）：沉積物主要為淺灰色砂質(zhì)粉砂和灰色粉砂質(zhì)砂。該階段兩個(gè)AMS14C都超出了AMS測(cè)年范圍，可能是由于沉積物主要通過河流搬運(yùn)而來導(dǎo)致年代較老。通過上部年代模式可推測(cè)該階段年齡可能為末次盛冰期到早全新世過渡期。沉積物粒度自下而上由粗變細(xì)。沉積物中伊綠石、高嶺石與蒙脫石含量呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)，而綠泥石含量則呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。常量元素Al2O3、CaO、MgO、K2O、TiO2、P2O5、MgO 和TFe2O3自下而上呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，而SiO2和Na2O含量變化則呈現(xiàn)相反趨勢(shì)；微量元素總體含量呈現(xiàn)由低到高逐漸增長(zhǎng)的規(guī)律。

圖4 BXZK11孔沉積物粒度組分與黏土礦物含量綜合圖Fig.4 The vertical distribution of grain size composition and clay mineral content of core BXZK11

圖5 BXZK11孔常量元素含量垂向分布Fig.5 The vertical distribution of major elements in core BXZK11

圖6 BXZK11孔微量元素含量垂向分布Fig.6 The vertical distribution of trace elements in core BXZK11

U2（16.7～14.9 m）：沉積物主要以灰色——淺灰色粉砂質(zhì)黏土為主，平均粒徑為6.8Φ。16.6 m處植物碎屑和14.95 m處貝殼AMS14C年齡分別為7 950±30 cal.aBP和5 660±30 cal.aBP。黏土礦物伊利石含量平均為57.4%，綠泥石含量為22.8%，高嶺石含量為15%，蒙脫石含量為4.8%。常量元素Al2O3（15.4%）、CaO（7.8%）、MgO（3.4%）、TiO2（0.7%）、P2O5（0.14%）和TFe2O3（6.3%）在整個(gè)剖面中含量相對(duì)較高；SiO2（48%）和Na2O（3.5%）在整個(gè)剖面中含量相對(duì)較低。微量元素 Cu（37.8 mg/kg）、Pb（30 mg/kg）、Zn（96 mg/kg）、Cr（75 mg/kg）、Ni（34 mg/kg）、Co（14 mg/kg）、As（12 mg/kg）、La（34 mg/kg）、Ce（67 mg/kg）、Pr（8 mg/kg）、Nd（30 mg/kg）和 Sm（5.5 mg/kg）等在整個(gè)剖面中含量相對(duì)較高。

U3（14.9～9.8 m）：沉積物主要以灰色粉砂質(zhì)黏土為主，平均粒徑為6.7Φ，與U2數(shù)值相當(dāng)。10.3 m處貝殼AMS14C年齡為3 580±30 cal.aBP。黏土礦物伊利石含量平均為56.7%，綠泥石含量為21.6%，相對(duì)上階段略有降低；而高嶺石含量為16.3%，蒙脫石含量為5.5%，相對(duì)上階段略有增加。常量元素Al2O3（15.7%）、CaO（6.9%）、MgO（3.4%）、TiO2（0.65%）、P2O5（0.14%）和TFe2O3（6.0%）較上階段略有降低或者變化不大；SiO2（49%）和 Na2O（4.3%）呈現(xiàn)少量增加的趨勢(shì)。微量元素Cu（34.3 mg/kg）、Pb（27.8 mg/kg）、Zn（92 mg/kg）、Cr（74 mg/kg）、Ni（33.3 mg/kg）、Co（13.7 mg/kg）和 As（12 mg/kg）較上階段略有降低；而 La（36 mg/kg）、Ce（70 mg/kg）、Pr（8.3 mg/kg）、Nd（31 mg/kg）和 Sm（5.7 mg/kg）較上階段略有增加。

U4（9.8～6.18 m）：沉積物仍以灰色粉砂質(zhì)黏土為主，平均粒徑為4.9Φ，沉積物粒度較上階段略細(xì)。7.76 m處和6.58 m處貝殼AMS14C年齡分別為3 540±30 cal.aBP 和 3 400±30 cal.aBP。黏土礦物伊利石含量（55.5%）較上階段略有降低，而綠泥石（23.9%）、高嶺石（16.5%）和蒙脫石（7.5%）含量較上階段略有增加。常量元素Al2O3（12.9%）、CaO（7.5%）、MgO（2.3%）、TiO2（0.5%）、P2O5（0.13%）和 TFe2O3（4.0%）較上階段含量較低；SiO2（56.8%）和Na2O（5.0%）較上階段含量增加。微量元素Cu（18 mg/kg）、Pb（20 mg/kg）、Zn（57 mg/kg）、Cr（54 mg/kg）、Ni（21 mg/kg）、Co（9 mg/kg）、As（9 mg/kg）、La（27 mg/kg）、Ce（51 mg/kg）、Pr（6 mg/kg）、Nd（23 mg/kg）和Sm（4 mg/kg）較上階段整體顯著降低。

U5（6.18～3.4 m）：沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)橐曰疑尹S色粉砂質(zhì)砂為主，平均粒徑為5.8Φ，沉積物粒度較上階段略有變粗。6.1 m處貝殼AMS14C年代為2 700±30 cal.aBP。黏土礦物伊利石含量（59%）較上階段增加，而綠泥石（21%）、高嶺石（15.8%）和蒙脫石（3.9%）含量較上階段略有降低。常量元素Al2O3（14.5%）、MgO（2.7%）、TiO2（0.7%）、P2O5（0.15%）和 TFe2O3（4.8%）含量較上階段略有增加，CaO（6.4%）、SiO2（55.5%）和Na2O（4.4%）含量較上階段略有降低。微量元素 Cu（26 mg/kg）、Pb（22 mg/kg）、Zn（72 mg/kg）、Cr（65 mg/kg）、Ni（27 mg/kg）、Co（11 mg/kg）、As（13 mg/kg）、La（34 mg/kg）、Ce（67 mg/kg）、Pr（8 mg/kg）、Nd（30 mg/kg）和 Sm（5.5 mg/kg）較上階段整體顯著增加。

4 討論

4.1 渤海灣西岸全新世沉積環(huán)境演化

全新世以來渤海灣西岸受海陸交互作用的影響，普遍經(jīng)歷了潮坪-淺海-前三角洲-三角洲前緣-三角洲平原環(huán)境的演化過程[52]，但從北向南沿岸或者由陸向海方向各沉積環(huán)境的發(fā)育時(shí)間不盡相同。即使在同一時(shí)間內(nèi)，渤海灣西岸沿現(xiàn)代岸線方向或者由陸向海方向的沉積環(huán)境表現(xiàn)出不同程度的差異。

末次盛冰期到8 830 cal.aBP（U1），鉆孔沉積物為粉砂到粉砂質(zhì)黏土轉(zhuǎn)變，沉積物中未出現(xiàn)有孔蟲。此時(shí)期渤海海水到達(dá)現(xiàn)代渤海中部地區(qū)，但仍未達(dá)到鉆孔區(qū)域[53]（圖7）。且黃河在10.8～8.5 cal.kaBP左右流經(jīng)黃驊和海豐之間，大致垂直現(xiàn)今海岸線向東北注入渤海灣[20]。說明研究區(qū)可能為黃河古河道，沉積環(huán)境可能為河道向沖積平原再向分流河道沉積轉(zhuǎn)變[20]。鉆孔以北近岸的兩個(gè)鉆孔NP3和BT113沉積也記錄與該鉆孔相似的河道沉積環(huán)境[52]（圖8）。

8 830～6 255 cal.aBP（U2），該階段鉆孔底部出現(xiàn)一層泥炭層沉積，向上主要為灰色粉砂質(zhì)黏土。沉積物中有孔蟲的含量高，大量貝殼碎屑出現(xiàn)。有孔蟲主要以Ammonia tepida和A.beccariivars.底棲有孔蟲為主[39]。在渤海灣西岸，大量鉆孔發(fā)現(xiàn)了全新世海侵期開始前有一個(gè)厚度不等的泥炭層出現(xiàn)[53]。這層泥炭層可能與冰后期海平面上升過程中存在較短停滯期，并在渤海西岸形成大面積湖泊或者沼澤沉積[54-55]。由于后期海平面快速上升，導(dǎo)致鉆孔沉積區(qū)快速轉(zhuǎn)變?yōu)槌逼旱綔\海環(huán)境。與之相鄰鉆孔BXZK09、BXZK10、BT113、CH110和NP3沉積記錄中也出現(xiàn)了相似沉積環(huán)境，說明此時(shí)期海平面相對(duì)較高，海水淹沒陸地范圍較廣[20,38,52-53]（圖8）。

6 255～3 650 cal.aBP（U3），沉積物仍以粉砂質(zhì)黏土為主，但黏土含量從底部向上部逐漸降低，砂含量卻呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)，與之相鄰沿岸鉆孔NP3和BT113沉積物也呈現(xiàn)類似趨勢(shì)[38,52]。沉積物中有孔蟲主要以Ammonia beccariivars.、A.tepida和Nonionsp.為主[39]。此時(shí)段海平面高度較上階段降低，海岸線向海方向逐漸退卻[53]，但鉆孔位置仍為海水所淹沒，沉積環(huán)境主要為前三角洲沉積。渤海西岸眾多鉆孔沉積環(huán)境研究表明，鉆孔位置此時(shí)期主要為黃河三角洲的一期超級(jí)葉瓣階段，時(shí)間大約為5 500～3 600 cal.aBP[20]。

3 650～2 780 cal.aBP（U4）, 沉積物由下部砂質(zhì)粉砂逐漸向上部粉砂質(zhì)砂過渡，且SiO2含量顯著增加，可能是粗粒級(jí)石英類礦物增加所致，說明此時(shí)期沉積環(huán)境較上階段已經(jīng)改變。底部沉積物含少量有孔蟲，頂部有孔蟲缺失[39]。在垂直海岸帶方向，由海向陸的鉆孔BXZK09和BXZK10沉積剖面缺失了本研究鉆孔所記錄的該層沉積，為沖積平原環(huán)境[20]。由于該鉆孔距離現(xiàn)代海岸線較近，此時(shí)期鉆孔位置還處于3 000 cal.aBP古海岸線內(nèi)[53]，海水仍覆蓋鉆孔區(qū)，但由于三角洲的進(jìn)積作用，此時(shí)期鉆孔位置水深較淺，屬于三角洲前緣環(huán)境。近岸鉆孔NP3與BT113也清晰地記錄了類似沉積環(huán)境變化[38, 52]。

圖7 鉆孔位置和北黃海與渤海海域12 000 cal.aBP以來的海岸線變化[53]Fig.7 Location of core BXZK11 and coastline changes in the North Yellow Sea and the Bohai Sea since 12 000 cal.aBP

圖8 渤海灣西岸由陸向海以及沿海岸線分布鉆孔剖面對(duì)比圖鉆孔位置圖見圖1[20, 52]。Fig.8 Stratigraphic panel comparison of cores from land to sea andalong the coastal shoreline in the west coast of Bohai Bay The location of cores is shown in figure 1[20.52].

2 780 cal.aBP至今（U5），沉積物主要為棕色——淺黃棕色粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂和粉砂，其間夾有灰色粉砂到細(xì)砂層，并發(fā)現(xiàn)蟲孔結(jié)構(gòu)。3.8 m處發(fā)現(xiàn)微紅色銹斑，表明此時(shí)期主要為三角洲平原沉積。與海岸線平行鉆孔BXZK13、NP3和BT113也清晰記錄了類似沉積環(huán)境特征[20,38]。此時(shí)期海平面趨于穩(wěn)定且與現(xiàn)在海平面位置接近，由于黃河此時(shí)期由此入海，三角洲進(jìn)積導(dǎo)致該區(qū)海岸線向現(xiàn)代海方向推進(jìn)[53]。前人研究也證實(shí)了黃河三角洲超級(jí)葉瓣（700BC——11AD）在研究區(qū)的發(fā)育[20]。

4.2 黏土礦物與地球化學(xué)揭示的氣候特征

黏土礦物是母巖風(fēng)化的產(chǎn)物，其形成和轉(zhuǎn)變受氣候、環(huán)境和時(shí)間的控制[54]。前人研究表明，伊利石與綠泥石多分布于高緯地區(qū)及沙漠地區(qū)，反映弱化學(xué)分化作用的干旱寒冷氣候。在潮濕溫暖的氣候條件下，母巖受強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化與淋濾作用的影響，形成大量的高嶺石和蒙脫石[55]，因此，高嶺石與蒙脫石組合指示強(qiáng)烈風(fēng)化作用下的溫濕氣候[56]。黏土礦物組合的變化反映了源區(qū)氣候冷暖周期性旋回，記錄了搬運(yùn)、再沉積等環(huán)境演化的重要信息，為古環(huán)境再造、古季風(fēng)變遷以及海陸對(duì)比提供了有力證據(jù)[57]。此外，前人利用Al/Si值來反映沉積物礦物成分成熟度[58]，同時(shí)也利用其比值大小來指示氣候冷暖變化以及化學(xué)風(fēng)化程度的強(qiáng)弱，比值越大，氣候越相對(duì)濕潤(rùn)，化學(xué)風(fēng)化程度越強(qiáng)；比值越小,氣候越相對(duì)干冷，化學(xué)風(fēng)化程度越弱[34,59]。一般說來，在化學(xué)風(fēng)化過程中，Na比Al、K、Ba活潑，更易從母巖中遷移出來，因此，Al/Na的高值代表較強(qiáng)的化學(xué)風(fēng)化，其低值代表較弱的化學(xué)風(fēng)化[34]。本文主要通過蒙脫石/（伊利石+綠泥石）、Al/Si和Al/Na比值來探討該區(qū)全新世以來的氣候變化。

末次盛冰期以來，隨著全球氣溫回暖，海平面快速上升。至8 830 cal.aBP，海平面上升到約-15 m[60]，海水即將到達(dá)鉆孔區(qū)域。鉆孔沉積物蒙脫石/（伊利石+綠泥石）比值相對(duì)較高，Al/Si和Al/Na比值也相對(duì)較高，表明此時(shí)期氣候相對(duì)暖濕。中國(guó)季風(fēng)區(qū)孢粉濕潤(rùn)指數(shù)呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)[61]，石筍所反映的東亞夏季風(fēng)也呈現(xiàn)出一個(gè)逐漸加強(qiáng)的過程[62]。附近地區(qū)的四海龍灣瑪珥湖年平均溫度與年平均降水量相對(duì)低[63]。河北地區(qū)孢粉記錄顯示全新世早期氣候以溫涼半干早為主[64]。這可能與北半球太陽輻射增強(qiáng)、熱帶輻合帶北移，促使東亞季風(fēng)增強(qiáng)有關(guān)[65]。

8 830～6 255 cal.aBP，黏土礦物蒙脫石/（伊利石+綠泥石）比值相對(duì)上階段有所降低，但仍相對(duì)較高。可能是由于海平面快速上升，鉆孔區(qū)水深較深，距離岸線較遠(yuǎn)[53]，陸源物質(zhì)輸入量減少所致。Al/Si和Al/Na比值與上階段含量相當(dāng)，氣候相對(duì)暖濕。此時(shí)期海侵達(dá)到最大范圍[53]，孢粉濕潤(rùn)指數(shù)達(dá)到整個(gè)剖面最高[61]，附近四海龍灣年平均溫度也達(dá)到了最高值[63]，表明此時(shí)期氣候最為暖濕，進(jìn)入全新世大暖期[66]。華北地區(qū)其他研究也顯示了該時(shí)段降水較多[67-68]。渤海灣西岸孢粉分析表明此時(shí)期主要為以松屬、櫟屬和樺木屬為主的落葉闊葉混交林以及混交林-草原植被[22]，氣溫較現(xiàn)在略高2～3 ℃[66]。

6 255～3 650 cal.aBP, 黏土礦物蒙脫石/（伊利石+綠泥石）比值與上階段相當(dāng)，Al/Si和Al/Na比值較上階段整體呈下降趨勢(shì)，氣候溫涼。總體來說，該時(shí)期水熱條件仍較好，氣候總體溫暖偏濕，但溫度和濕度有所下降。渤海西岸海岸線也逐漸向當(dāng)代海岸線方向收縮，該區(qū)海侵范圍變小[53]，海平面由最高海平面下降至現(xiàn)今高度[60]。此時(shí)期東亞夏季風(fēng)逐漸減弱[62]，受東亞氣候驅(qū)動(dòng)的四海龍灣地區(qū)氣溫也呈現(xiàn)降低的特點(diǎn)[63]。白洋淀和岱海地區(qū)沉積記錄也揭示了溫濕的氣候特征[67-68]。

3 650 cal.aBP至今，沉積環(huán)境由三角洲前緣向三角洲平原轉(zhuǎn)變，Al/Si和Al/Na比值總體相對(duì)較低,蒙脫石/（伊利石+綠泥石）比值也相對(duì)較低。此時(shí)期東亞季風(fēng)較弱[62]，季風(fēng)區(qū)孢粉濕潤(rùn)指數(shù)也呈現(xiàn)低值[61]，氣候溫涼偏干。鄰近地區(qū)四海龍灣瑪珥湖也記錄了低的年平均氣溫和降水量[63]。海平面穩(wěn)定，但黃河三角洲向海進(jìn)積導(dǎo)致渤海灣海岸線向海方向推進(jìn)[53]，到達(dá)現(xiàn)今位置。氣溫與現(xiàn)今接近。

從整個(gè)鉆孔沉積剖面氣候替代性指標(biāo)分析我們可以得出（圖9），元素Al/Si和Al/Na比值與董哥洞石筍氧同位素曲線變化有很好的對(duì)應(yīng)性。Al/Si和Al/Na比值越大，氣候相對(duì)暖濕[34]，由此說明該區(qū)氣候環(huán)境變化與東亞季風(fēng)變化密切相關(guān)。東亞季風(fēng)強(qiáng)盛，降雨豐沛，氣候相對(duì)濕熱。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)沉積物黏土礦物蒙脫石/（伊利石+綠泥石）比值以及元素Al/Si和Al/Na比值對(duì)氣候變化有較好的響應(yīng)。其中元素Al/Si和Al/Na比值與石筍氧同位素曲線有很好的對(duì)應(yīng)性，說明該區(qū)氣候環(huán)境變化與東亞季風(fēng)變化密切相關(guān)。

圖9 BXZK11孔黏土礦物蒙脫石/（伊利石+綠泥石）、元素Al/Si和Al/Na比值與四海龍灣瑪珥湖年平均降水量和年平均溫度[63]、中國(guó)季風(fēng)區(qū)孢粉重建濕潤(rùn)度指數(shù)[61]、萊州灣南岸相對(duì)海平面[60]和董哥洞石筍氧同位素[62]對(duì)比Fig.9 Correlation of the ratio value of smectite/（ilulite+chlorite）of clay mineral, elements Al/Si and Al/Na from core BXZK11, the mean temperature of the warmest month and the mean annual precipitation of Shihailongwan Maar Lake, the pollen-based moisture index in monsoonal China, the relative sea level of the southern coast of Laizhou Bay, and the stalagmite δ18O data from Nuanhe Cave

（2）自末次盛冰期到8 830 cal.aBP，沉積物主要為粉砂和粉砂質(zhì)黏土，沉積物中未出現(xiàn)有孔蟲，黏土礦物蒙脫石/（伊利石+綠泥石）以及元素Al/Si和Al/Na比值相對(duì)較高，沉積環(huán)境主要為黃河的古河道沉積，氣候溫涼。8 830～6 255 cal.aBP，沉積物主要由底部的典型泥炭層和灰色粉砂質(zhì)黏土組成，Al/Si和Al/Na比值相對(duì)較高，氣候溫暖濕潤(rùn)。此時(shí)期海平面達(dá)到最大高度，海侵范圍達(dá)到最大，沉積區(qū)主要為潮坪——淺海環(huán)境。6 255～3 650 cal.aBP，海平面逐漸降低，沉積物仍以粉砂質(zhì)黏土為主，蒙脫石/（伊利石+綠泥石）值相對(duì)較高，元素Al/Si和Al/Na比值較上階段降低，沉積環(huán)境主要為前三角洲沉積，氣候轉(zhuǎn)為溫涼。3 650～2 780 cal.aBP，沉積物由下部粉砂質(zhì)砂向上部的砂質(zhì)粉砂轉(zhuǎn)變，蒙脫石/（伊利石+綠泥石）以及元素Al/Si和Al/Na比值較低，氣候溫涼，海平面逐漸降低，為三角洲前緣沉積環(huán)境。2 780 cal.aBP至今，古黃河三角洲不斷進(jìn)積，該區(qū)變成三角洲平原環(huán)境，氣候涼干，與現(xiàn)今相似。