北部灣全新世海侵演進(jìn)及其與氣候、冰川關(guān)系分析

黃向青, 梁 開(kāi), 習(xí) 龍, 夏 真, 張順枝

自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局, 廣東廣州 510075

北部灣為南海西北部一個(gè)大型半封閉海灣, 沿岸大小徑流發(fā)育, 與印度洋東北部以中南半島相隔,以北廣大腹地為高原向丘陵過(guò)渡地帶, 東被雷州半島和海南島所阻, 整體呈扇形向南部海洋開(kāi)張, 海盆沉積環(huán)境穩(wěn)定, 最大水深為 100 m, 海底地形自岸向中部、自北向南逐步加深, 由于地處東亞低緯度季風(fēng)區(qū), 亦為夏季風(fēng)和北方冷空氣交匯地帶。前人分析了全新世北部灣沉積環(huán)境等(李珍等, 2005;Li et al., 2010; 崔振昂等, 2017), 但總體來(lái)看, 對(duì)其形成及其與氣候、冰川等內(nèi)在關(guān)系研究未有開(kāi)展。北部灣為全新世海侵而成, 把握該灣的形成和演進(jìn)特征是進(jìn)一步保護(hù)、開(kāi)發(fā)和預(yù)測(cè)北部灣環(huán)境資源等的重要基礎(chǔ), 其形成與海平面變化相互聯(lián)系。Sr/Ba

比值可應(yīng)用于沉積環(huán)境、海平面變化等對(duì)比劃分研究之中, 且與海平面具有相關(guān)性, 可表示海陸相互作用(韋桃源等, 2006; 岳軍等, 2011; 張輝等,2019)。該灣地處南海西北一隅, 南海海盆向西南快速擴(kuò)張而導(dǎo)致對(duì)巽他陸架向北延伸有所收窄和阻隔,從而擴(kuò)大了北部灣作為南海北部陸架的范疇, 其主要受南海海盆體系海水上溯影響, 該灣遠(yuǎn)離臺(tái)灣海峽和粵東海域、呂宋海峽、中南半島以南的巽他陸架等而具有一定獨(dú)立性, 上述 Sr/Ba可用以表示以南熱帶海洋溫暖高鹽海水及其向陸進(jìn)侵, 而微體古生物有孔蟲(chóng)和硅藻同樣廣泛應(yīng)用于海洋古環(huán)境和重建。本文圍繞北部灣南部海盆STAT22巖芯地球化學(xué)元素測(cè)試以及有孔蟲(chóng)、硅藻微體古生物鑒定結(jié)果以及年代測(cè)定, 對(duì)比分析了它們的分布、變化、氣候關(guān)系以及指示意義等。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

北部灣于全新世接受海侵之前為風(fēng)化剝蝕陸相沉積環(huán)境, 區(qū)域廣布硅酸鹽巖類及其碎屑巖類以及石灰?guī)r類, 有華力西期、印支期火成巖并出露玄武質(zhì)巖類。第四系地層廣布, 湛江組和北海組等巖性較為松散, 沿海分布有第四系海積、洪積、坡洪沉積物等。從地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)來(lái)看, 屬于印支板塊東緣、華南板塊西緣交匯地帶, 第四紀(jì)玄武巖漿噴發(fā)隆起的火山運(yùn)動(dòng)規(guī)模范圍小, 主要以北部的潿洲島為代表, 該島最晚在全新世約7.0 ka再次火山爆發(fā),屬于南海盆地地幔熱柱延伸分支點(diǎn)能量釋放而使得北部灣其它噴發(fā)和隆起并不活躍。古地層發(fā)育有北西和南北走向深大斷裂紅河斷裂(組)、北東走向潿西南斷裂(組), 發(fā)育有鶯歌海、河內(nèi)和北部灣盆地,受到裂陷作用和河流輸入巨量物質(zhì)的超壓效應(yīng), 下凹負(fù)海拔與周邊西、北、東的中南半島、十萬(wàn)大山、海南島等隆起形成強(qiáng)烈垂直反差, 周緣有受盆地下陷應(yīng)力影響的第四系沉降帶。鶯歌海盆地、北部灣盆地還多發(fā)育淺斷層, 埋藏古河道交錯(cuò)疊置, 主要走向與盆地、斷裂走向基本一致, 末次冰盛期(LGM)以來(lái)的倒三角沉積錐體位置與盆地中心可對(duì)應(yīng), 表明淺層仍然存在深層裂陷等下沉應(yīng)力和板塊錯(cuò)動(dòng)潛在影響, 在地表面貌上形成河盆(湖盆)、谷地、河道等各級(jí)廣闊低地體系, 并且鶯歌海盆地與瓊東南盆地相連通, 加強(qiáng)了低地體系敞開(kāi)向南海海盆西北陸坡傾斜, 紅河為同屬西藏高原造山帶的橫斷山脈所發(fā)育斷裂并經(jīng)河流下切流至北部灣入海。

2 資料與方法

2009年 10月在北部灣南部海盆水域進(jìn)行了STAT22巖芯重力取樣, 該巖芯長(zhǎng)度 310 cm, 底部310—305 cm 屬晚更新統(tǒng), 以上為全新統(tǒng)且?guī)r性和沉積物連續(xù), 自下往上相間出現(xiàn)砂質(zhì)黏土、黏土、粉砂質(zhì)黏土, 為灰色和深灰色, 質(zhì)軟呈較強(qiáng)黏性,下部多見(jiàn)貝殼碎片等, 對(duì)上述位置巖芯進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)描述(圖1a, 表1)。按照不同深度甄選了7個(gè)浮游有孔蟲(chóng)Globigerinoides ruber樣品, 對(duì)其鈣質(zhì)殼體進(jìn)行碳同位素 AMS14C測(cè)年, 由北京大學(xué)核物理與核技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及 Beta實(shí)驗(yàn)室完成, 使用Calib 7.0.1軟件進(jìn)行年齡校正, 海洋碳庫(kù)效應(yīng)選取西沙群島 3個(gè)已知點(diǎn)平均值進(jìn)行校正, 得出全新世年齡的 2σ年齡為 0.72～11.2 ka, 年齡分布為830～11 110 a, 并采用線性插值方法得到年齡框架(表1, 圖1b)。對(duì)上述位置所取巖芯主要按照5 cm距離原則分樣, 共取得沉積物樣品62個(gè), 由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局實(shí)驗(yàn)測(cè)試所進(jìn)行了微量元素Sr和Ba、微體古生物測(cè)試鑒定工作。考慮到沉積物碎屑物質(zhì)對(duì)游離態(tài)化學(xué)元素的影響, 對(duì)經(jīng)低溫烘干處理的樣品剔揀出生物殘殼, 并對(duì)樣品加入鹽酸浸泡之后過(guò)濾以去除殘?jiān)? 濾液蒸發(fā)至干再以鹽酸調(diào)整酸度之后待用。測(cè)試過(guò)程采用BSA224S高精度電子天平稱取0.05 g試樣, 加硝酸和氫氟酸式樣進(jìn)行160～180℃加熱分解, 冷卻之后再加2 mL鹽酸加熱消解鹽類,再冷卻之后加0.5 mL銠內(nèi)標(biāo)溶液80℃保溫之后再冷卻至室溫, 采用硝酸移至50 mL容量瓶并備制工作曲線標(biāo)準(zhǔn)溶液備測(cè), 測(cè)試依據(jù)為 GB/T20260—2006, 設(shè)備為ICP-OES 4300DV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀; 有孔蟲(chóng)鑒定: 取干樣6.0～10.0 g, 經(jīng)清水充分浸泡分散后, 用0.063 mm標(biāo)準(zhǔn)銅篩篩洗, 取篩上樣品烘干, 鑒定、統(tǒng)計(jì)和挑選大于0.15 mm的個(gè)體, 豐度換算為個(gè)/(10 g)。硅藻鑒定: 每個(gè)樣品取干樣1.0 g, 放入100 mL燒杯, 加入過(guò)氧化氫約20 mL充分反應(yīng), 純凈水沖洗至中性, 再倒入 50 mL的離心管,晾干后采用比重為 2.4的重液進(jìn)行浮選, 把浮選液收集到10 mL離心管并進(jìn)行稀釋, 用滴管取1/n滴, 用中性樹(shù)膠制成固定片, 在 Zeiss Axio.Imager.A1相差顯微鏡下進(jìn)行鑒定, 其豐度換算為個(gè)/g。

圖1 STAT22巖芯位置以及巖芯年齡-深度關(guān)系Fig. 1 Location map and age-depth frame of sediments core STAT22

表1 現(xiàn)場(chǎng)巖芯沉積物描述和有孔蟲(chóng)G.ruber的AMS14C測(cè)年結(jié)果Table 1 Sediments description and G.ruber aging data at different depth of sediments core STAT22

3 研究成果

3.1 海侵及演變階段劃分

巖芯微體古生物化石豐富, 浮游有孔蟲(chóng)共有7屬13種, 底棲有孔蟲(chóng)為35屬54種, 前者主要為表層和近表層暖水種, 混入少量冷水種, 后者主要為近岸淺海種。硅藻有19屬29種, 主要為淺海廣溫種, 混入一些外海種。在把握上述巖性的基礎(chǔ)上,現(xiàn)依據(jù)巖芯 Sr/Ba階段性變化轉(zhuǎn)折特征, 并結(jié)合浮游、底棲有孔蟲(chóng)和硅藻豐度和含量等變化特征, 再對(duì)比前人9.5 ka以來(lái)的δ18O數(shù)據(jù)(崔振昂等, 2017),現(xiàn)將北部灣海侵及演變分為以下幾個(gè)主要階段。

3.1.1 古河口灣階段(11.1—9.0 ka)

該巖芯全新統(tǒng)以黏土質(zhì)粉砂為主, 底部年齡為11.1 ka, 下伏沉積物屬晚更新統(tǒng)末期, 年齡為18.0 ka, 兩者風(fēng)化界面明顯且不整合, 年齡差距亦較大, 顯示了陸相風(fēng)化剝蝕之后海侵及海相環(huán)境的穩(wěn)步建立。海侵首先是快速侵入低地古河盆或者古湖盆而形成古河口灣, 地貌形態(tài)為開(kāi)口向南的袋狀水域, 自前述巖性可見(jiàn)接近底部含有大量蚌、螺、蜆等生物殼體碎片。前人認(rèn)為北部灣海侵始于11.7 ka(Li et al., 2010), 與本巖芯的11.1 ka基本一致。北部灣以南的巽他陸架約自11.0～10.0 ka開(kāi)始侵沒(méi)(Xu et al., 2017), 顯示當(dāng)時(shí)南海海洋同步向西和向北快速推進(jìn)。該階段北部灣 Sr/Ba快速升高,范圍介于0.88～1.11, 平均為1.00, 總體處于高值階段(圖2a)。上升趨勢(shì)斜率為0.11/ka, 以相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差衡量的變化幅度為 17.04%; 該階段有孔蟲(chóng)含量較高, 浮游和底棲有孔蟲(chóng)平均豐度依次為368個(gè)/(10 g)、2674個(gè)/(10 g)(圖 2b–c)。浮游有孔蟲(chóng)表層暖水種Globigerinoides quadrilobatus、G.ruber為優(yōu)勢(shì)種, 含量共計(jì) 75.49%, 又以前者含量略高,少量見(jiàn)有近表層暖水種 G.sacculifer, 冷水種Globigerina bulloides尚未出現(xiàn), 故含量為零(圖2d–g), 但另外混入少量其它冷水種或深水種Neogloboquadrina pachyderma、N.dutertrei, 平均共計(jì)為15.60%, 零星見(jiàn)有暖水種G.conglobatus。底棲有孔蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)種有近岸淺海種 Textularia foliace、Pseudorotalia schroeteriana以及南海暖流指示種Bigenerina nodosaris(圖 2h–j), 另外還有 Heterolepa praecineta, 共計(jì) 49.30%, 次優(yōu)勢(shì)種有近岸淺海種Elphidium advenum、Pseudorotalia indopacifica、Quinqueloculina seminula(圖 2k–m), 共計(jì) 22.50%,以上優(yōu)勢(shì)種和次優(yōu)勢(shì)種共為 71.80%。散見(jiàn)有T.stricta、Siphonaperta agglutinans、Hanzawaia mantaensis、Triloculina tricarinata、Florilus decorus等。可能由于巖芯所處環(huán)境變化原因, 該階段未見(jiàn)保存有硅藻化石, 其豐度和含量為零(圖2n–t)。以上表明由于升溫冰消和氣候改善而使得海水向陸快速侵進(jìn)。

3.1.2 古海灣階段(9.0—4.0 ka)

氣溫繼續(xù)上升并進(jìn)入大暖期, 隨后大暖期結(jié)束出現(xiàn)新冰期, 全球氣候、冰川變化背景因素導(dǎo)引了北部灣海平面波動(dòng)變化, 再可劃分為以下兩個(gè)亞階段。

(1)古河口灣擴(kuò)張形成古海灣(9.0—6.0 ka)

海侵繼續(xù)擴(kuò)張并與瓊州海峽完成了貫通。早期認(rèn)為 10.6—7.1 ka是瓊州海峽形成主要時(shí)期, 近來(lái)得出其最終形成約為8.0 ka之前(陳亮等, 2014; 倪玉根等, 2014), 綜合可知瓊州海峽于8.0—7.0 ka形成并與北部灣連通。該階段Sr/Ba介于0.93—1.11,平均為 0.99, 于高峰有所波動(dòng), 但總體仍然保持高值(圖 2a), 對(duì)比可見(jiàn) δ18O 為最高, 達(dá)到–2.40‰(V-PDB, 下同), 表明海侵最強(qiáng)。Sr/Ba先升后跌, 下降趨勢(shì)斜率為0.07/ka, 變化幅度為10.72%;該階段浮游、底棲有孔蟲(chóng)豐度進(jìn)一步升高并出現(xiàn)峰值, 平均依次為 575個(gè)/(10 g)、4098個(gè)/(10 g)(圖2b–c), 優(yōu)勢(shì)種進(jìn)一步加強(qiáng), G.quadrilobatus、G.ruber含量相近, 共計(jì)93.50%占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), G.sacculifer降低, G.bulloides仍然未見(jiàn)(圖 2d–g), N.pachyderma 等減少, 零星見(jiàn)有黑潮種 Pulleniatina obliquiloculata為 0.50%。此間底棲有孔蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)種 T.foliace、P.schroeteriana、B.nodosaris波動(dòng)變化(圖 2h–j), 再加上Asterorotalia subtrispinosa、H.praecineta共計(jì)50.23%, 次優(yōu)勢(shì)種 E.advenum、P.indopacifica、Q.seminula圍繞平均值10%左右波動(dòng)變化(圖2k–m),再加上 H.mantaensis、T.stricta共計(jì) 27.77%, 以上合計(jì) 78.00%, 散見(jiàn)有近岸淺海種 Elphidium hispidulum、Quinqueloculina reticulate、Brizalina spp.、Textularia spp.等; 本階段出現(xiàn)了硅藻, 最高豐度為80個(gè)/g, 為廣溫種廣鹽種 Cyclotella striata和C.stylorum, 前者最高含量達(dá)到 100%, 而其它硅藻尚未出現(xiàn)(圖 2n–t)。以上可見(jiàn)海侵進(jìn)一步發(fā)展并走向鼎盛。

(2)古大海灣(6.0—4.0 ka)

Sr/Ba于 6.0—5.0 ka劇烈波動(dòng), 并于約 6.0 ka首現(xiàn)大幅度下跌, Sr/Ba平均為0.78, 下降趨勢(shì)斜率為 0.14/ka, 相對(duì)變化幅度 14.45%高于上述兩個(gè)階段。經(jīng)過(guò)劇烈震蕩之后, 5.0—4.0 ka再次明顯下降,Sr/Ba平均為0.77, 下降趨勢(shì)斜率為0.14/ka, 相對(duì)變化幅度為10.09%, 兩者下降斜率均達(dá)到全新世最高(圖2a), 而δ18O同樣有所降低更為趨負(fù), 為–2.62‰,同樣具有海平面轉(zhuǎn)折變化的指示意義。上述階段亦為我國(guó)全新世古氣溫大幅波動(dòng)階段的氣候惡化階段,北大西洋染赤鐵礦粒出現(xiàn)全新世最大極差, 即出現(xiàn)最高峰值和最低谷值, 也是4號(hào)至3號(hào)冷事件階段(候光良和方修琦, 2011), 這是由于西風(fēng)帶推進(jìn), 南北氣候系統(tǒng)爭(zhēng)持進(jìn)退; 浮游、底棲有孔蟲(chóng)豐度依次為211個(gè)/(10 g)、1427個(gè)/(10 g), 呈現(xiàn)總體降低趨勢(shì)(圖 2b–c), 浮游優(yōu)勢(shì)種 G.quadrilobatus、G.ruber 含量相近, 共為 80.12%, 較上個(gè)階段有所下降,G.sacculifer在低值區(qū)間波動(dòng), 主要冷水種或生產(chǎn)力種 Globigerina bulloides出現(xiàn)(圖 2d–g), 還有N.dutertrei, 兩者共計(jì) 12.34%, 表明降溫和陸地向海輸入加強(qiáng)。底棲優(yōu)勢(shì)種T.foliace、P.schroeteriana、B.nodosaris波動(dòng)變化, 既為南海暖流種亦是陸架淺海種的后者增加明顯, E.advenum為下降趨勢(shì)而退為次優(yōu)勢(shì)種, 淺海種 P.indopacifica亦增加明顯(圖2h–l), 優(yōu)勢(shì)種再加上 H.praecineta共計(jì) 57.31%, 次優(yōu)勢(shì)種 Q.seminula波動(dòng)變化但總體為下降(圖 2m),其它次優(yōu)勢(shì)種還有 Textularia atrata、A.subtrispinosa、T.stricta等, 合為 29.57%, 以上共計(jì) 86.88%, 散見(jiàn)有近岸淺海種 Quinqueloculina lamarckiana、Triloculina trigonula、F.decorus、Quinqueloculina reticulate、Textularia spp.、Spiroloculina communis等; 硅藻豐度緩慢上升, 優(yōu)勢(shì)種和廣溫種 C.striata波動(dòng)明顯, 平均為 39.39%,C.stylorum卻未有出現(xiàn), 而Melosira sulcata首次出現(xiàn)并維持波動(dòng)變化, 還散見(jiàn)有廣溫種 Coscinodiscus nodulifer(圖 2n–r), M.sulcata、Thalassiosira pri-malabiata、Thalassionema nitzschioides三者為次優(yōu)勢(shì)種合為30.99%, 與以上優(yōu)勢(shì)種共計(jì)70.38%, 外海熱性種 Campylodiscus brightwellii、Pyxidiscula weyprechtii少量出現(xiàn), 但均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖 2s–t),還有散見(jiàn)有 Coscinodiscus blandus、Rhizosolenia bergonii、Tryblioptychus cocconeiformis 等, 共為0.77%～4.90%, 另外還見(jiàn)有 Surirella fluminensis、Diploneis weissflogii等。以上表明陸地向海輸入開(kāi)始加強(qiáng), 海侵陸續(xù)達(dá)到鼎盛之后而醞釀轉(zhuǎn)折,但冷暖系統(tǒng)仍然進(jìn)退爭(zhēng)持, 由于陸源養(yǎng)分輸入增加使得冷水種和上升流種(生產(chǎn)力種)增加, 近岸淺海種和廣溫種進(jìn)一步適應(yīng)淺海環(huán)境并變得更為豐富。

3.1.3 近現(xiàn)代和現(xiàn)代海灣階段(4.0—0 ka)

(1)近現(xiàn)代北部灣(4.0—1.0 ka)

繼上述海平面轉(zhuǎn)折下降勢(shì)能釋放之后, 經(jīng)歷了4.0—3.0 ka自階段性最低點(diǎn)有所恢復(fù)、3.0—2.0 ka有所海退、2.0—1.0 ka再有所恢復(fù)的階段性波動(dòng)調(diào)整, 再于 1.0 ka出現(xiàn)趨勢(shì)明顯的海退, 總體屬于維持并醞釀轉(zhuǎn)折階段。盡管存在階段性小幅波動(dòng), 但4.0—1.0 ka總體來(lái)說(shuō)較為穩(wěn)定, Sr/Ba為0.64～0.74,平均為 0.68, 斜率接近于 0.00, 總體呈現(xiàn)橫向波動(dòng)態(tài)勢(shì), 變化幅度為 3.26%而達(dá)到全新世最低(圖 2a),該階段 δ18O亦達(dá)到最低值–3.01‰。浮游和底棲有孔蟲(chóng)豐度依次為 169個(gè)/(10 g)、500個(gè)/(10 g)(圖2b–c), 浮游有孔蟲(chóng) G.quadrilobatus和 G.ruber為前者低后者略高, 共計(jì) 74.87%而再次進(jìn)一步降低,G.sacculifer有所升高, 冷水種G.bulloides波動(dòng)顯著,但總體有所提高(圖 2d–g), 其加上冷水種N.dutertrei共為 15.15%。底棲有孔蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)種T.foliace、P.schroeteriana、B.nodosaris三者波動(dòng)上升或波動(dòng)維持(圖 2h–j), 加上 H.praecineta為58.81%。次優(yōu)勢(shì)種 E.advenum、P.indopacifica、Q.seminula波動(dòng)變化, 但后者呈現(xiàn)降低趨勢(shì)(圖2k–m), 次優(yōu)勢(shì)種還包括近岸淺海種 Textularia atrata、T.stricta、F.decorus等共為24.48%, 以上共計(jì) 83.29%, 零散見(jiàn)有 Ammonia beccarii、Brizalina spp.、Spiroloculina orbis等; 硅藻豐度總體上大幅上升并出現(xiàn)全新世峰值, 但總體上來(lái)說(shuō)先高后低。C.striata進(jìn)一步鞏固優(yōu)勢(shì)地位, 平均達(dá)到 68.30%,M.sulcata則轉(zhuǎn)為零星分布, 次優(yōu)勢(shì)種 M.sulcata、C.nodulifer、C.brightwellii波動(dòng)變化, 而前期的次優(yōu)勢(shì)種 P.weyprechtii則為零星出現(xiàn)(圖 2n–t)。次優(yōu)勢(shì)種還有廣溫種 C.blandus、T.primalabiata共為24.41%, 以上共計(jì)90.83%, 余下混雜有廣溫種、潮間帶種以及熱性種 S.fluminensis、C.stylorum、Triceratium favus、 Rhizosolenia bergonii、D.weissflogii、Hyalodiscus radiatus等。該階段近岸淺海特征進(jìn)一步確立鞏固, 水溫較低的近岸水團(tuán)向海擴(kuò)張, 海陸相互作用達(dá)到基本平衡。

(2)現(xiàn)代北部灣(1.0 ka以來(lái))

自維持上述波動(dòng)之后, Sr/Ba約自1.0 ka之后轉(zhuǎn)為明顯下降, Sr/Ba平均為 0.68, 下降趨勢(shì)斜率為0.06/ka, 相對(duì)變化幅度為 3.60%, 呈現(xiàn)緩慢小幅波動(dòng)下降趨勢(shì)(圖2a), δ18O在1.0—0.9 ka短暫維持高值, 自 0.9 ka快速轉(zhuǎn)折下降, 至 0.8 ka達(dá)到1.0—0.0 ka階段最低值–3.41‰, 之后有所恢復(fù)但仍在低值區(qū)波動(dòng); 浮游和底棲有孔蟲(chóng)豐度依次為377 個(gè)/(10 g)、808 個(gè)/(10 g)(圖 2b–c), 浮游有孔蟲(chóng)G.quadrilobatus、G.ruber含量相近, 共計(jì) 69.62%顯示又再次降低, 尤其是后者, G.sacculifer波動(dòng)變化, G.bulloides從低值快速升高又再快速下降(圖2d–g), 但與 N.dutertrei兩者含量提高到 17.50%,其它暖水種和冷水種零星分布, 顯示出現(xiàn)緩慢海退并近岸水體再次向海推進(jìn)。底棲有孔蟲(chóng)種近岸屬性更強(qiáng)的 T.foliace上升, 而 P.schroeteriana、Bigenerina nodosaris波動(dòng)下降, 三者共為52.54%(圖 h–j), E.advenum、P.indopacifica 兩者均已不到 10%, 次優(yōu)勢(shì)種 Q.seminula同樣波動(dòng)變化(圖2k–m), 加上其它次優(yōu)勢(shì)種Siphonaperta agglutinans、Textularia atrata共為21.76%, 以上優(yōu)勢(shì)種和次優(yōu)勢(shì)種共計(jì) 74.30%, 散見(jiàn)有 H.mantaensis、T.stricta、Textularia spp.、A.beccarii、T.lateralis等; 硅藻豐度再次明顯上升, C.striata波動(dòng)下降,但仍然維持其優(yōu)勢(shì)地位, 平均 68.60%與上階段相近, C.stylorum、C.nodulifer呈現(xiàn)零星分布, 次優(yōu)勢(shì)種 M. sulcata大幅上升并波動(dòng)變化(圖 2n–r),M.sulcata與其它次優(yōu)勢(shì)種 T. favus、C.stylorum、C.brightwellii等為 20.68%, 與以上優(yōu)勢(shì)種共計(jì)89.30%。還可見(jiàn)外海熱性種C.brightwellii在后階段快速上升, 而 P.weyprechtii則消失(圖 2s–t)。以上還綜合可見(jiàn), 北部灣海盆作為海陸過(guò)渡水域, 在海侵過(guò)程中的暖水種浮游有孔蟲(chóng) G.quadrilobatus、G.ruber, 底棲近岸淺海種有孔蟲(chóng) T.foliace、P.schroeteriana、P.indopacifica等, 以及硅藻廣溫種C.striata既為優(yōu)勢(shì)種亦為重要指示種, 指示著海侵進(jìn)退和沉積環(huán)境變化特征, 其它含量偏低或者較為分散, 但圍繞上述優(yōu)勢(shì)種隨氣候變化而有所增減,相機(jī)出現(xiàn)并不斷適應(yīng)環(huán)境和海陸相互作用過(guò)程。以上分析還可見(jiàn)Sr/Ba與δ18O兩者具有可比性, 相關(guān)系數(shù)為 0.92, 兩者總體上均為下降, 相對(duì)趨勢(shì)斜率依次為0.01/ka、0.03/ka。

3.2 海侵演進(jìn)的重要特征

3.2.1 構(gòu)造性低地體系導(dǎo)引

紅河三角洲于 10.0 ka 之前為河口灣前緣,10.0—6.0 ka 變?yōu)殚_(kāi)闊海灣(Tanaka et al., 2011;Nguyen et al., 2020)。本巖芯處于古河盆(湖盆), 均為一級(jí)低地體系并最早接受海侵, 即構(gòu)造成因的地表低地體系導(dǎo)引了自南往北先由一級(jí)低地, 再向次級(jí)低地和臺(tái)地?cái)U(kuò)張的海侵進(jìn)程。就位于東北部的低地體系來(lái)說(shuō), 則在導(dǎo)引海侵向北推進(jìn)和貫通瓊州海峽亦起到了重要作用。對(duì)比現(xiàn)代等深線(崔振昂等,2017), 其等深線簇最大曲率連線走向亦為東南轉(zhuǎn)東北走向, 與深層構(gòu)造的鶯歌海盆地—北部灣盆地走向基本一致, 實(shí)際上是海侵主體行進(jìn)路徑之指示,當(dāng)然還存在向河內(nèi)盆地進(jìn)侵紅河三角洲分支, 均構(gòu)成了北部灣主體, 并與瓊州海峽低地實(shí)現(xiàn)于中全新世早期的連通。

3.2.2 海侵垂向效應(yīng)

上述低地體系還有利于形成長(zhǎng)寬比例適宜的近似于長(zhǎng)方形海盆, 潮波傳播能形成有利的反射共振, 而現(xiàn)代無(wú)潮點(diǎn)分布于灣口外越南沿岸(順安),指示灣內(nèi)潮流流速較強(qiáng), POM模擬得出主要分潮為0.3～0.8 m/s, 余流為 0.05～0.10 m/s(崔振昂等,2017)。根據(jù)底棲有孔蟲(chóng)水深控制律, 水深(d)和有孔蟲(chóng)含量存在經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)線性關(guān)系即ln(d)=a+b·P, 式中常數(shù)a=3.2,b=0.024,P為底棲有孔蟲(chóng)含量(崔振昂等,2017)。結(jié)果可見(jiàn)古水深在全新世呈上升趨勢(shì), 先期為緩慢上升, 后期自 6.0 ka開(kāi)始快速波動(dòng)上升, 根據(jù)前述年齡-深度框架得出的沉積速率亦是如此,但截距和斜率前者遠(yuǎn)高于后者, 兩者速率(斜率)依次是 3.091 m/ka、0.046 m/ka, 依次高出 95.07、66.20倍(圖3a, b)。可見(jiàn)由于南海海盆海水不僅通過(guò)周期性古潮波進(jìn)行水平傳播侵蝕岸線擴(kuò)張和穩(wěn)固水域, 底層流速和水質(zhì)點(diǎn)周期運(yùn)動(dòng)在宏觀上同步進(jìn)行淘蝕、夷平、搬運(yùn)等動(dòng)力地貌作用, 沖刷效應(yīng)維持著海水主體和納潮量的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程, 形成了當(dāng)今較為陡峭岸坡、寬闊平緩海底平原和中央淺槽的海底地貌組合。前述亦可見(jiàn)Sr/Ba和有孔蟲(chóng)、硅藻優(yōu)勢(shì)種含量雖然波動(dòng)變化, 但其圍繞其平均值軸線又具備穩(wěn)定性和連續(xù)性, 是北部灣海水主體得以維護(hù)鞏固之指示。

圖3 STAT22巖芯古水深(a)和沉積速率(b)分布Fig. 3 Distribution of palaeo-depths (a) and sedimentation rate (b) along sediments core STAT22

3.2.3 中全新世海盆主體高海面

根據(jù)全新世冰川綜合研究(Solomina et al.,2015), 圍繞 6.0 ka約±0.3 — ±0.4 ka是全新世無(wú)冰進(jìn)記錄且前后間距最寬時(shí)期, 期間融冰量維持或者增加。該時(shí)期亦處于大暖期鼎盛期, 勞倫冰席(LIS)亦達(dá)到最小面積, 還有模擬結(jié)果顯示南極冰席(AIS)于6.0 ka停止融化而融冰量達(dá)到峰值。利用冰量靜力模型(GIA)進(jìn)行印度—太平洋海平面模擬(Mann et al., 2019), 可見(jiàn)北部灣和其它部分海域于6.0 ka之后自最高海平面下降。6.0 ka亦是全球海平面變化的重要節(jié)點(diǎn), 當(dāng)然實(shí)際上各水域會(huì)受到岸線、地形等局地影響, 其響應(yīng)還有所前后之分。依據(jù)以上Sr/Ba變化曲線, 北部灣海盆似乎早期出現(xiàn)高海面,但Sr/Ba比值仍于5.9 ka、5.6 ka出現(xiàn)短暫階段性次峰值, 相對(duì)低谷的增幅分別為39.89%、16.11%, 浮游有孔蟲(chóng)、底棲有孔蟲(chóng)豐度增幅達(dá)到峰值, 分別為344.7%、140.12%, 亦具有海水持續(xù)推進(jìn)和累積之指示意義(表2)。這類高海面具有一定的短暫性, 處于前述全新世6.0—5.0 ka氣候格局重要轉(zhuǎn)折階段, 海平面在冷暖天氣系統(tǒng)劇烈交互中受到擠壓推舉, 加之還存在岸線約束和淺水摩擦拖曳效應(yīng)。該期亦屬氣候大暖期鼎盛期后期, 其氣溫同樣具有明顯波動(dòng)之內(nèi)在特征。

表2 STAT22巖芯6.0—5.0 ka階段Sr/Ba比值等的峰值特征Table 2 Growth percentage of Sr/Ba and foraminifera abundance during 6.0–5.0 ka of sediments core STAT22

3.2.4 中全新世近岸海侵

早期海水快速侵沒(méi)一級(jí)低地之后, 在強(qiáng)盛熱帶天氣系統(tǒng)偏南季風(fēng)推動(dòng)下, 加之受到口袋狀岸線約束和淺水效應(yīng), 高海面勢(shì)能逐步堆積且維持。全新世夏季風(fēng)于早中全新世達(dá)到強(qiáng)盛, 但于6.5—6.0 ka前后開(kāi)始醞釀轉(zhuǎn)折, 南海北部陸架亦以6.3 ka為水力傳輸和風(fēng)力(冬季風(fēng))傳輸?shù)姆纸缇€(Li et al., 2017;張肖劍和靳立亞, 2018)。可見(jiàn)中全新世后期熱帶天氣系統(tǒng)開(kāi)始減弱南撤, 維持北部灣高海面的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)因子衰減, 海平面高位勢(shì)轉(zhuǎn)換為重力自由波, 開(kāi)始向岸次級(jí)低地傳播動(dòng)能而形成近岸海侵。與北部灣以中南半島相隔的孟加拉灣亦存在對(duì)海岸低地侵沒(méi)的中全新世海侵(mid-Holocene transgression) (Ranasinghe et al., 2013)。

約7.0 ka之前的海平面上升是全球融冰驅(qū)動(dòng)型(Smith et al., 2011), 而7.0—5.0 ka全球逐漸降溫之后, 北部灣中全新世近岸海侵應(yīng)屬高海面能量釋放傳播型。北部灣東北部珊瑚礁于6.7—6.2 ka開(kāi)始明顯生長(zhǎng)和海平面上升, 北部沿岸海積沙堤序列顯示明顯海侵發(fā)生于 5.3 ka, 防城港灣外接受快速海侵稍晚于5.8 ka。根據(jù)同期在北部近岸自西向東的三角洲河口灣、近岸淺海環(huán)境的多個(gè)巖芯全新統(tǒng)巖性分析(夏真等, 2019), 下部即早中期均為沼澤沉積相。以上述多個(gè)巖芯之中位于廉州灣口冠頭嶺近岸ZK5鉆孔為例, 其全新統(tǒng)深度為 6.5 m以上, 由于巖性差異可進(jìn)行多個(gè)分層, 由于其地處古河谷, 全新世初期由于氣候恢復(fù)改善使得河流發(fā)育和海平面上漲導(dǎo)致有海水混入, 出現(xiàn)廣溫廣鹽種硅藻C.striata等, 但水動(dòng)力偏弱, 為黏土質(zhì)粉砂, 為河流-沼澤環(huán)境, 全新統(tǒng)地層與下伏更新統(tǒng)地層存在強(qiáng)風(fēng)化不整合界面(圖 4)。其明顯海侵發(fā)生于約3.60 m 深度之后, 有孔蟲(chóng) Cavarotalia annectens、E.hispidulum等出現(xiàn)并較為富集, 由于浪、流動(dòng)力使得顆粒變粗, 砂組分增加, 形成了淺海灣相沉積環(huán)境(圖 4)。其 Sr/Ba比值的分布呈現(xiàn)兩個(gè)高值區(qū)間階段,前者高值對(duì)應(yīng)上述早期海水溯入, 后者繼低值區(qū)間之后于1.4—1.3 m深度開(kāi)始較為快速的增加, 有孔蟲(chóng)豐度出現(xiàn)全新世峰值和次峰值的 2337個(gè)/(20 g)、2176個(gè)/(20 g), 結(jié)合1.7—1.5 m年齡7.9 ka可見(jiàn)應(yīng)為中全新世海侵所致(圖4); ZK7鉆孔位于廣西中部順直岸線營(yíng)盤近岸水域, 以東分布有鐵山港溺谷海灣, 作為相對(duì)隆起的臺(tái)地受到海侵而形成的近岸淺海相沉積環(huán)境, 周邊全新世地層厚度均較薄。該巖芯自5.90 m以上為全新統(tǒng), 早期海水雖然能溯進(jìn)河谷, 但相對(duì)高程的臺(tái)地則難以達(dá)到, 下部沉積物顯示河流下切流經(jīng)并沉積有土黃色沖積沉積物砂等,質(zhì)地有稍密、偏軟, 未見(jiàn)有有孔蟲(chóng)和半咸水種硅藻。但自 1.7 m以來(lái), 沉積環(huán)境明顯發(fā)生變化, 水深加深和水動(dòng)力減弱, 出現(xiàn)青灰色黏土質(zhì)砂, 有孔蟲(chóng)快速增加, 為 C.annectens、B.nodosaris、Cellanthus craticulata等廣西近岸常見(jiàn)者, 亦出現(xiàn)近岸種硅藻C.striata、Hyalodiscus radiatus等, 為近岸淺海灣相環(huán)境(圖5), Sr/Ba亦呈快速升高態(tài)勢(shì)。該巖芯下部的第一個(gè)強(qiáng)風(fēng)化界面成因如同ZK5鉆孔, 但往上第二個(gè)強(qiáng)風(fēng)化界面是河漫灘等受到快速?gòu)?qiáng)烈海侵而致,這種雙風(fēng)化界面具有代表性(圖5)。

圖4 北部灣北部近岸ZK5鉆孔巖性特征Fig. 4 ZK5 sediments core at near-shore of northern Beibu Gulf

圖5 北部灣北部近岸ZK7鉆孔巖性特征Fig. 5 ZK7 sediments core at near-shore of northern Beibu Gulf

3.2.5 古大北部灣

除了包括紅河三角洲等的一級(jí)低地、河谷等在早期已有海水溯入, 次級(jí)低地則于中全新世不同程度地接受快速海侵和出現(xiàn)海岸高海面, 北部灣水域范圍再次擴(kuò)張。海盆充分釋放能量、Sr/Ba逐漸達(dá)到全新世低值至4.0 ka, 因此推測(cè)有古大北部灣出現(xiàn)于6.0—4.0 ka, 屬于中全新世的中期至末期, 亦對(duì)應(yīng)格陵蘭冰席(GIS)面積最為縮小并停滯的維持階段。模型結(jié)果亦顯示全新世海面的早中期海面上升與極區(qū)融冰有關(guān), 而南極冰席(AIS)于6.0 ka停止融化, 約7.0 ka勞倫冰席(LIS)融化止步(Mauz et al.,2015), 對(duì)印—太陸架海水的輸出堆積已經(jīng)達(dá)到極限, 該階段亦對(duì)應(yīng)大暖期鼎盛期至大暖期結(jié)束, 也是中國(guó)古積溫達(dá)到峰值階段。勘查顯示北部灣北部海岸遺跡多屬中全新世, 南流江三角洲于6.0—4.0 ka維持高海面, 近岸全新統(tǒng)淺海相巖芯Sr/Ba曲線多有突出峰值, 而東北部雷州半島沿岸珊瑚礁高海平面序列陸續(xù)出現(xiàn)于中晚全新世, 但最高者為中全新世7.2—4.2 ka, 海南島西北部珊瑚礁高海面集中于6.0—3.0 ka期間(姚衍桃等, 2009; 夏真等, 2019), 紅河三角洲于6.0—4.0 ka處于高海面階段, 向陸沿河道遺留有巨大的古沙堤, 為海退所營(yíng)造并高出現(xiàn)今海平面10 m(Funabiki, 2012)。紅河三角洲考古和紅樹(shù)林濕地孢粉分析得出, 沿岸5.5—4.0 ka高海面相對(duì)穩(wěn)定, 爾后出現(xiàn)下降并維持(O’Donnell et al., 2020)。綜合以上認(rèn)為, 與上述海岸高海平面以及中全新世海侵相聯(lián)系的古大北部灣存在于6.0—3.0 ka或者6.0—4.0 ka, 本文取兩者結(jié)束點(diǎn)中間值即6.0—3.5 ka, 即中全新世結(jié)束和晚全新世肇始。古大北部灣的出現(xiàn)可能有時(shí)間的同一性, 也可為不同時(shí)段不同岸段的先后擴(kuò)張的總體疊加。

3.2.6 晚全新世海退

前述海灣小幅波動(dòng)調(diào)整階段(4.0—1.0 ka)屬于晚全新世, 期間亦出現(xiàn)了全球和區(qū)域晚全新世冰期(Neoglacial), 冰川運(yùn)動(dòng)和冰進(jìn)活躍, 前人對(duì)北部灣以北區(qū)域石筍的研究亦認(rèn)為4.0—3.5 ka出現(xiàn)顯著降溫為新冰期之建立。前述Sr/Ba值隨海平面上升-下降-上升的亞階段小幅波動(dòng), 總體來(lái)說(shuō)變化不大, 但為醞釀?wù){(diào)整之兆示。紅河三角洲于4.0 ka海平面下降和海退, 3.7 ka已經(jīng)出露大面積陸相環(huán)境, 結(jié)合上述Sr/Ba值顯示海盆于4.0 ka開(kāi)始小幅調(diào)整, 4.0—3.0 ka可能為北部灣陸續(xù)海退之起點(diǎn), 還可見(jiàn)紅河三角洲高海面再于2.0 ka出現(xiàn)快速下降(Nguyen et al., 2020; O’Donnell et al., 2020)。結(jié)合前述北部灣北部近岸多個(gè)巖芯全新統(tǒng)巖性, 其沉積序列連續(xù),Sr/Ba呈現(xiàn)升降波動(dòng)的連續(xù)變化, 為接受中全新世海侵之延續(xù), 但 Sr/Ba在巖芯頂部段同樣呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 其深度由于所處地區(qū)沉積環(huán)境不同而存在差異, 根據(jù)已有14C測(cè)年插值均為晚全新世后期, 線性趨勢(shì)擬合下降斜率為0.48/m ～ 2.34/m, 下降幅度為22.30%～46.20%, 顯示海退較為明顯(表3), 海退同時(shí)陸地淤進(jìn), 顆粒總體趨細(xì), 分選普遍較差等。前人分析亦表明, 南海北部沿岸海平面同樣約于1.2 ka開(kāi)始下降, 岸線推進(jìn)并營(yíng)造出海退地貌沙堤,北部灣北部潿洲島晚全新世出露灘巖平均年齡為1.3 ka, 紅樹(shù)林孢粉化石分析顯示1.1 ka欽州灣快速海退(夏真等, 2019; Xia et al., 2019)。可見(jiàn), 近現(xiàn)代北部灣與晚全新世海退有關(guān), 亦是進(jìn)入現(xiàn)代北部灣的醞釀階段。

表3 北部灣北部近岸鉆孔全新統(tǒng)地層晚全新世后期Sr/Ba變化Table 3 Sr/Ba changes in sediments cores along near-shore of northern Beibu Gulf in Late Holocene

3.3 北部灣海平面變化和氣候關(guān)系

3.3.1 Sr/Ba指示的海平面和氣候變化關(guān)系

本巖芯Sr/Ba線性趨勢(shì)斜率在全新世為總體下降, 不僅與前人采用其它方法得出的海平面變化趨勢(shì)一致, 亦相同于全新世古氣溫自快速恢復(fù)以來(lái)的下降趨勢(shì), 非線性多項(xiàng)式模擬為上升-(高海面之后)下降-略有上升-再次下降的多階段變化特征, 與中國(guó)全新世古氣溫上升(氣候恢復(fù)和進(jìn)入大暖期)-(鼎盛期后)下降-(中晚全新世)有所恢復(fù)-(進(jìn)入前小冰期和小冰期)下降亦基本對(duì)應(yīng)(圖6a)。同為南海北部的珠江口低海面亦與降溫、冰進(jìn)等氣候因素有關(guān),模型(GIA)顯示海平面經(jīng)過(guò)早期快速上升之后于中全新世達(dá)到最高, 并總體呈現(xiàn)線性下降趨勢(shì)(彭杰等, 2014)(圖 6b); 可代表印—太海域的東北澳大利亞大堡礁全新世相對(duì)海平面變化亦是如此, 依據(jù)其94個(gè)珊瑚礁高精度測(cè)年數(shù)據(jù)回歸模型結(jié)果同樣是總體下降(Leonard et al., 2018), 約于6.0—5.0 ka的Sr/Ba劇烈波動(dòng)并下降與同期中國(guó)古氣溫明顯震蕩并呈下降趨勢(shì)亦相對(duì)應(yīng), 相對(duì)海平面同樣是波動(dòng)極差達(dá)到全新世最大。全球冰進(jìn)個(gè)數(shù)(Solomina et al.,2015)線性趨勢(shì)斜率為上升, 與上述海平面下降呈反相變化(圖 6c–d)。

圖6 巖芯Sr/Ba比值等序列趨勢(shì)模擬以及與珠江口等比較Fig. 6 Sr/Ba regression fit of sediments core STAT22 and comparison with Pearl River Delta and other areas

3.3.2 北部灣形成過(guò)程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制

以上均表明北部灣海平面變化與氣候關(guān)系密切。自全新世初期氣候恢復(fù)和相繼出現(xiàn)大暖期之后,降溫、冰進(jìn)和海水收縮、熱帶天氣系統(tǒng)南撤, 使得維持海平面物質(zhì)和能量減少和衰減, 海平面總體呈下降趨勢(shì)。前述北部灣演進(jìn)的古河口灣和古海灣、古大北部灣、近現(xiàn)代北部灣、現(xiàn)代北部灣階段分別對(duì)應(yīng)冰進(jìn)活動(dòng)零星的冰消期、冰進(jìn)恢復(fù)、加強(qiáng)、達(dá)到最強(qiáng), 岸線塑造隨著海平面變化擴(kuò)張和收縮而變化, 演進(jìn)階段及其氣候、冰川特征進(jìn)一步總結(jié)如下(表 4)。

表 4 北部灣全新世海Table 4 Summary of sea level change and driving factors

3.4 北部灣與印—太海域海平面變化模式關(guān)系

盡管印—太地區(qū)海域廣袤, 但具有中全新世達(dá)到高海面和晚全新世海退的情況, 對(duì)全新世印—太近岸和陸架水域代表性站點(diǎn)古海平面序列進(jìn)行擬合, 顯示 5.5—4.5 ka海面達(dá)到最高值區(qū)間之后波動(dòng)下降(Woodroffe and Horton, 2005)。Malay-Thai半島(馬來(lái)半島)全新世海平面于6.0—4.5 ka出現(xiàn)最高海面, 孟加拉沿海最高海面出現(xiàn)于中全新世6.0 ka, 高于現(xiàn)代4.5～5.0 m之后呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 約自 1.5 ka以來(lái)構(gòu)建現(xiàn)代海岸(Rashid et al., 2013)。印度西部Saurashtra海岸中晚全新世以來(lái) 4.7—2.8 ka海平面較高, 爾后逐漸降低而于1.5 ka進(jìn)入現(xiàn)代岸線配置時(shí)期(Banerji et al.,2015)。越南東南部海岸在中全新世 6.7—5.0 ka達(dá)到最高海面, 隨后下降并于 0.60 ka趨于穩(wěn)定(Stattegger et al., 2013)。泰國(guó)灣沿岸海蝕洞的中全新世最高海面高于現(xiàn)代(2.5±0.5) m (Oliver and Terry, 2019)。可見(jiàn)北部灣海平面變化特征與以上相近。這是由于印—太海域陸架寬闊和岸線曲折,并與印度洋、南太平洋和南極大陸依次相連, 直接受到南北極融冰排泄影響, 熱帶天氣系統(tǒng)偏南季風(fēng)與岸線形成迎風(fēng)交角又利于壅水形成高海面,而熱帶氣候系統(tǒng)減弱之后, 難以為繼的高海面向岸波動(dòng)釋放能量而降低, 而海岸作為巖石圈剛性界面而堆積的高海面, 在達(dá)到峰值但又處于降溫期和冰期無(wú)持續(xù)補(bǔ)充狀況下, 隨后亦進(jìn)入了下降調(diào)整階段。海水作為連續(xù)介質(zhì), 在淺海陸架受到海底和岸線的約束, 在驅(qū)動(dòng)海平面波動(dòng)的天氣系統(tǒng)、重力場(chǎng)作用下形成了陸架(海盆)-海岸傳播反饋的質(zhì)量平衡、能量守恒的內(nèi)在機(jī)械力學(xué)聯(lián)系機(jī)制。

3.5 現(xiàn)代北部灣形成之氣候背景因素

2.0 ka為晚全新世以來(lái)全球氣候變化重要時(shí)間點(diǎn), 而隨后1.0—0.0 ka又為其新的一個(gè)重要變化階段, 總體來(lái)說(shuō), 北部灣進(jìn)入現(xiàn)代模式應(yīng)不早于2.0 ka。前述近現(xiàn)代北部灣為冰進(jìn)開(kāi)始走向興盛時(shí)期,而現(xiàn)代北部灣起點(diǎn)約為1.0 ka以來(lái)則是全球冰進(jìn)達(dá)到全新世最盛, 亦是北部灣岸線完成全面修整和鞏固、奠定當(dāng)今北部灣面貌的關(guān)鍵所在, 有必要進(jìn)一步討論其氣候背景驅(qū)動(dòng)因素。

3.5.1 全球性降溫

根據(jù)南半球高緯度60°S的6.0 ka以來(lái)的洋面水溫(SOT)(Crosta et al., 2018), 夏季、冬季以及過(guò)渡季節(jié)在 1.0 ka之前的變化曲線分離變化, 但約自1.0 ka開(kāi)始共同轉(zhuǎn)折快速下降。根據(jù)全球平均氣溫距平(Solomina et al., 2015), 其在2.0 ka下降并形成谷底, 然后回升至 1.0 ka達(dá)到階段性峰值, 旋即再次快速轉(zhuǎn)折下降并波動(dòng)維持。2.0 ka以來(lái)全球氣溫集成結(jié)果顯示, 2.0 ka的第二個(gè)千年較第一個(gè)更為低溫, 延續(xù)了后者的降溫趨勢(shì)(鄭景云等, 2021)。1.0 ka氣候階段性轉(zhuǎn)折變化在北大西洋格陵蘭GISP2冰芯氧同位素、IRD(北大西洋冰漂礫)、NAO(北大西洋濤動(dòng))等重要?dú)夂蛑笜?biāo)亦有顯示, 在區(qū)域海洋和陸區(qū)也是如此, 均表示降溫變化和夏季風(fēng)減弱(表5, 表 6)。

表5 1.0 ka以來(lái)的全球重要?dú)夂蛑笜?biāo)變化特征Table 5 Global climatic indicators’ variation characteristics from 1.0 ka

表6 1.0 ka以來(lái)區(qū)域海洋重要?dú)夂蛑笜?biāo)變化特征Table 6 Regional climatic indicators’ variation characteristics from 1.0 ka

3.5.2 冰川活動(dòng)

(1)前小冰期和小冰期

如前所述, 海平面變化與冰川活動(dòng)存在密切關(guān)系, 尤其是近2.0 ka冰川活動(dòng)又與氣候基本同步。中全新世以來(lái)除了一些典型的冰進(jìn)事件, 還存在著與1.0 ka時(shí)間相近的前小冰期冰進(jìn), 亦有稱為中世紀(jì)冰進(jìn)。格陵蘭于1.3—1.2 ka出現(xiàn)冰進(jìn), 可能存在前小冰期冰盛期, 晚全新世冰進(jìn)與GISP2冰芯降溫紀(jì)錄也對(duì)應(yīng)較好(Winsor et al., 2014; Schweinsberg et al., 2018)。冰島北部存在晚全新世最為旺盛的前小冰期冰進(jìn)(Fernandez-Fernandez et al., 2019)。法國(guó)阿爾卑斯山脈分布于 Etages冰磧測(cè)年為(0.92±0.02) ka (AD 1085 ± 20), 同樣屬于前小冰期的中世紀(jì)冰進(jìn)(High Medieval Advance, HMA),該類冰進(jìn)在部分阿爾卑斯湖區(qū)冰川也存在(AD 1093±65), 冰進(jìn)范圍接近小冰期盛期。南美洲低緯度高海拔 Patagonian的冰原等于 1.0 ka之前出現(xiàn)活躍冰進(jìn)(Kaplan et al., 2016)。小冰期(LIA)是約自0.6 ka出現(xiàn)于全球的冰進(jìn)活動(dòng), 在部分地區(qū)達(dá)到全新世最盛, 在我國(guó)亦廣泛出現(xiàn)(張嫻等, 2013),我國(guó)祁連山、念青唐古拉山則普冰川、貢嘎山等同樣于1.0 ka前后出現(xiàn)冰進(jìn)和后續(xù)小冰期。

(2)喜馬拉雅山—西藏高原造山帶冰進(jìn)

古里雅冰芯δ18O自 3.0 ka波動(dòng)上升以來(lái)于1.0 ka出現(xiàn)階段性大幅突降, 形成深窄“U”形, 有所恢復(fù)隨即又下跌, 后者屬小冰期降溫, 普若崗日冰芯δ18O滑動(dòng)平均則自 1.0 ka以來(lái)維持于低值區(qū)(何元慶等, 2003; 段克勤等, 2012)。不僅南美洲低緯度、高海拔地區(qū)自1.0 ka以來(lái)冰進(jìn)活躍(Solomina et al., 2015), 喜馬拉雅造山帶同樣如此, 1.0 ka喜馬拉雅山脈中部 Bangni山谷冰川活躍, 相對(duì)于ELA(平衡線海拔)明顯擴(kuò)張, 繼末次冰盛期和早全新世、中全新世冰階再次確立第三次冰階 BGS-III,后續(xù)出現(xiàn)的小冰期同樣活動(dòng)強(qiáng)盛(Sati et al., 2014;Prakash et al., 2014), 對(duì)喜馬拉雅山脈西部研究認(rèn)為(Kumar et al., 2021), 不僅在晚第四紀(jì), 在晚全新世西風(fēng)帶仍然控制了冰川進(jìn)退波動(dòng)。東南西藏高原和橫斷山脈、中部喜馬拉雅山脈亦發(fā)生1.0 ka冰進(jìn)(Saha et al., 2019), 不丹地區(qū)在AD 1 230±80出現(xiàn)顯著冰進(jìn)和小冰期(Peng et al., 2020)。全球冰川綜合分析亦指出, 地處喜馬拉雅山脈以東橫斷山脈的中國(guó)西南地區(qū), 自 1.0 ka以來(lái)冰進(jìn)時(shí)間分布最為密集(Owen, 2009)。

(3)冰川活動(dòng)效應(yīng)

不僅以上分析顯示的全球性降溫趨勢(shì), “世界屋脊”喜馬拉雅造山帶、橫斷山脈處于中低緯度氣候敏感地帶, 其冰川活動(dòng)指示了高空西風(fēng)環(huán)流南擴(kuò)和極渦加強(qiáng)之環(huán)流背景, 迫使推進(jìn)和維持海水堆積擴(kuò)張的熱帶天氣系統(tǒng)減弱南退, 中心位置位于西藏高原的南亞高壓南北移動(dòng)指數(shù)(張肖劍和靳立亞,2018)同樣明顯趨負(fù)即向南移動(dòng)。綜合可見(jiàn)1.0 ka以來(lái)為晚全新世氣候和環(huán)流變化的一個(gè)重要階段性轉(zhuǎn)折點(diǎn), 前述亦可知冰進(jìn)達(dá)全新世最盛致使排泄量收縮。冰進(jìn)亦可指示出高原冷氣團(tuán)聚集并在高度落差效應(yīng)作用下, 對(duì)次級(jí)過(guò)渡階地的北部灣區(qū)域形成西路入侵, 偏北風(fēng)分量對(duì)海水亦具離岸推動(dòng)作用。前述硅藻豐度自晚全新世長(zhǎng)期處于低值區(qū)以來(lái)驟升,為初期的 14.00倍, 是由于冷空氣活躍南侵并與暖濕氣流交綏造成降水, 增大了徑流量和向海輸入,這同為北部灣進(jìn)入新發(fā)展階段之體現(xiàn)。

3.5.3 現(xiàn)代北部灣海平面亞階段

自1.0 ka以來(lái)Sr/Ba有所波動(dòng)變化, 但總體上線性下降趨勢(shì)明顯, 結(jié)合前述本巖芯Sr/Ba、δ18O以及前人氣候、冰川研究結(jié)果(Owen, 2009; Prakash et al., 2014), 再可將現(xiàn)代北部灣劃分為三個(gè)亞階段(表7), 可見(jiàn)其變化趨向明顯和對(duì)應(yīng)性較好, 并自0.2 ka工業(yè)革命溫室效應(yīng)以來(lái), Sr/Ba明顯轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙劬€,屬現(xiàn)代海平面上升范疇。

表7 現(xiàn)代北部灣海平面和氣候、冰進(jìn)旋回亞階段劃分Table 7 Sub-phases of modern Beibu Gulf from 1.0 ka

4 結(jié)論

(1)全新世北部灣演進(jìn)經(jīng)歷了早中期古河口灣和古海灣、中晚期古大海灣直至近現(xiàn)代和現(xiàn)代海灣,海侵主體在一級(jí)低地導(dǎo)引之下快速擴(kuò)張, 有孔蟲(chóng)表層暖水種G.quadrilobatus、G.ruber以及T.foliace、H.praecineta、P.schroeteriana等以及廣溫廣鹽種硅藻C.striata等為優(yōu)勢(shì)種, 其含量高低變化與海侵和陸進(jìn)/海退進(jìn)程有關(guān)。海侵有兩大基本階段, 早中期快速升溫的熱帶天氣系統(tǒng)推進(jìn)并堆積能量的主動(dòng)式海侵, 中晚期該系統(tǒng)縮退的勢(shì)能釋放轉(zhuǎn)化并侵沒(méi)海岸次級(jí)低地的被動(dòng)式海侵。

(2)中全新世北部灣應(yīng)存在積累性高海面, 以及與高海面和次級(jí)低地接受中全新世海侵相聯(lián)系的古大北部灣。而晚全新世以來(lái)北部灣普遍發(fā)生海退而岸線有所收縮整固, Sr/Ba變化特征屬于印—太模式。古水深呈現(xiàn)的上升趨勢(shì), 顯示南海不僅通過(guò)古潮流水平運(yùn)動(dòng)延續(xù)擴(kuò)張, 亦通過(guò)垂向斷面過(guò)水沖刷以維護(hù)海盆。

(3)北部灣對(duì)氣候變化響應(yīng)敏感, 海面變化與冰川旋回有關(guān), 海盆約 1.0 ka以來(lái)再次海退, 該階段亦為全球性降溫和冰進(jìn)階段, 為形成現(xiàn)代北部灣之起始, 與以喜馬拉雅—西藏高原造山帶為代表的低緯度、高海拔地區(qū)活躍冰進(jìn)等存在遙關(guān)聯(lián), 其指示了極渦加強(qiáng)和西風(fēng)帶擴(kuò)張。地質(zhì)構(gòu)造背景條件和氣候驅(qū)動(dòng)是北部灣形成的關(guān)鍵因素。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (Nos. DD20190308 and 1212010914027).