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温州沿海平原晚更新世以来的海相地层特征及沉积环境

吴同 杨振京 王一鸣 王攀 彭培好 张培新 仓飞

吴同, 杨振京, 王一鸣, 王攀, 彭培好, 张培新, 仓飞. 温州沿海平原晚更新世以来的海相地层特征及沉积环境[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2019, 39(4): 148-162. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2019010703
引用本文: 吴同, 杨振京, 王一鸣, 王攀, 彭培好, 张培新, 仓飞. 温州沿海平原晚更新世以来的海相地层特征及沉积环境[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2019, 39(4): 148-162. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2019010703
Tong WU, Zhenjing YANG, Yiming WANG, Pan WANG, Peihao PENG, Peixin ZHANG, Fei CANG. Marine stratigraphy since Late Pleistocene on Wenzhou coastal plain and its depositional environment[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2019, 39(4): 148-162. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2019010703
Citation: Tong WU, Zhenjing YANG, Yiming WANG, Pan WANG, Peihao PENG, Peixin ZHANG, Fei CANG. Marine stratigraphy since Late Pleistocene on Wenzhou coastal plain and its depositional environment[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2019, 39(4): 148-162. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2019010703

温州沿海平原晚更新世以来的海相地层特征及沉积环境


doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2019010703
详细信息
    作者简介:

    吴同(1993—),男,硕士研究生,研究方向为第四纪地质学,E-mail:wtsycamore@163.com

    通讯作者: 杨振京(1966—),男,博士,研究员,研究方向为第四纪地质学,E-mail:yangzhenjing1966@163.com
  • 基金项目:

    浙江省地质矿产专项资金项目“浙江省温州市城市群环境地质调查” [省资]2016008

    中国地质科学院基本科研业务费项目 YYWF201627

  • 中图分类号: P736.21

Marine stratigraphy since Late Pleistocene on Wenzhou coastal plain and its depositional environment

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-07
  • 修回日期:  2019-04-21
  • 刊出日期:  2019-08-28

温州沿海平原晚更新世以来的海相地层特征及沉积环境

doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2019010703
    作者简介:

    吴同(1993—),男,硕士研究生,研究方向为第四纪地质学,E-mail:wtsycamore@163.com

    通讯作者: 杨振京(1966—),男,博士,研究员,研究方向为第四纪地质学,E-mail:yangzhenjing1966@163.com
基金项目:

浙江省地质矿产专项资金项目“浙江省温州市城市群环境地质调查” [省资]2016008

中国地质科学院基本科研业务费项目 YYWF201627

  • 中图分类号: P736.21

摘要: 沿海地区的海相地层记录了极其丰富的环境信息,研究海相层的地层特征和沉积环境,对理解古环境演变的过程、探讨沉积记录对海陆变迁的响应机制具有重要意义。QTZ1孔位于温州瓯江口北侧平原,根据岩石地层和磁性地层资料,钻孔34 m处为Qh/Qp3界线,91.5 m处为Qp3/Qp2界线。综合考虑刺甲藻、环纹藻的环境意义,钻孔沉积物粒度及微体化石组合的分析结果表明,温州沿海平原晚更新世以来共识别出3套海相地层单元,第二海相层和第三海相层之间发育有完整的陆相沉积层。沉积动力条件经历了低能(Qp3)→中低能(Qp3)→中高能(Qp3)→低能(Qp3)→高能(Qp3)→中低能(Qp3)→中低能(Qp3)→低能(Qp3)→低能(Qh)的演化过程。受海平面变化影响,研究区晚更新世沉积相变化频繁,以海陆过渡相、陆相和局部的浅海相为主,全新世沉积相以浅海相为主,全新世末期逐渐转为滨海相。

English Abstract

  • 在全球变暖的气候背景下,海平面变化作为全球变化研究的重要课题之一,受到国内外学者的广泛关注[1, 2]。基于全球变化研究,地球系统科学已成为新的研究热点[3]。沿海平原地区作为地球陆地系统和海洋系统的重要界面,其沉积环境研究具有举足轻重的学术地位[4]。在强烈的海陆相互作用的影响下,沿海地区的古环境变迁对海平面变化的反应极其敏感[5-8]。晚第四纪以来,受气候及海平面变化影响,浙江东南沿海平原地区存在交替性的海进-海退[9, 10],导致区域内产生了多个海相层,其复杂的沉积地层中包含了很多沉积环境和沉积演化过程信息。此前对浙江沿海全新世海滩岩的研究,进一步反映出海平面变化对沉积相的影响[11, 12]。因此了解该地区的沉积地层研究,可以对研究全球变化及地球系统科学的研究提供重要信息。

    20世纪80年代,对温州沿海地区海相沉积地层有较多的研究。汪品先等对浙江东部沿海地区的海侵地层进行过集中研究[13-15],并对海相地层的判别依据进行过详细的论述[16-18]。然而当时的研究主要依据微体化石组合和岩相特征,缺乏孢粉资料、粒度数据、古地磁数据,因而未曾进行多指标对比分析[14]。近年来温州地区的研究重点大多是针对全新世气候变化和古环境演变等问题进行的讨论[19-21]。基于此背景,对温州沿海平原的海相地层研究,在多指标对比的基础上,进行综合分析将会取得更可靠的成果。

    沉积物粒度特征是判别沉积环境的良好标志,粒度分析方法在研究沉积环境演变、沉积水动力条件等方面有着广泛的应用[22, 23]。沉积物中不同颗粒粒径的百分含量及其粒度分布特征,不仅具有地层学意义,而且可以为探讨沉积环境的成因及演变提供依据[24, 25]。研究沉积物的粒径分布对探索天然水生态系统环境下沉积物产生、运输和沉积过程具有重要意义[26]。近几年来,Weltje等提出对沉积物粒度数据进行分解的端元分析模型,在反演沉积动力环境方面效果显著[27],由Efron等运用统计方法提出的Bootstrap分析方法也得到了认可[28]。然而这些方法的研究样本尚缺乏沿海地区的研究成果,对于沿海平原地区,特别是有河流作用介入的复杂滨海沉积环境,是否具有可靠的参考价值尚不明确,因此本文采用图解参数法进行沉积物粒度分析。20世纪50年代以来,Folk-Ward图解参数法成为了粒度分析的经典方法,CM图、粒度参数离散图以及因子分析方法得到了广泛应用,经过数十年研究,对该方法的研究已相当成熟并沿用至今[29],众多研究者运用频率分布曲线、概率累积曲线等图式的变化规律分析探讨了各地区滨海、河流、湖沼相沉积环境[30-32],具有充分的参考依据。同时,张璞等通过在福建省的厦门、漳州、泉州三地的研究,分别对当地的沉积环境作出了解释[33-35],表明图解参数法在沿海地区的普适性。

    粒度特征对水动力细微变化的反应虽然灵敏,但难以用于单独解释沉积环境。部分研究人员为了尽可能获取古地理的全貌,在粒度分析的同时,加入了其他环境指标进行综合分析[10, 36]。由于海洋微体古生物对环境依赖性较强,其生态特征具有典型的海洋环境指示意义[37]。分析化石分布特征可作为海岸线变迁、相对海深等指示标志[38],对温州地区海相地层的研究具有重要意义。因此,作者基于浙江省温州市瓯江入海口北侧海岸QTZ1孔的沉积物粒度分析,结合微体化石垂向上的分布特征,研究温州沿海平原晚第四纪以来的海相地层,并综合考虑岩石地层资料,运用磁性地层学方法确定海相层地质年代,重建该地区沉积环境演变过程,探讨河口湾附近的海相地层与其他海岸的沉积地层有何异同。

    • 温州地区地势自西南向东北倾斜,平原海拔约5~30m,以冲洪积地层为主,滨海地区低洼地带则广泛发育河流相、海相、滨海湖沼相沉积[39]。沿海平原地貌发育深受构造运动、岩性、气候、河水、海流、潮汐等诸多因素影响,第四纪以来在东南部沉积了广袤海积平原,沉积物由长江入海泥沙经沿岸流搬运至河口落淤[40]

      瓯江为浙江省第二大河流,发源于龙泉县,止于东海。河道全长388km,流域面积可达1.79×104km2,河口属于强潮环境,具有广阔的潮间带[41]。表层沉积物以淤泥质为主。根据前人研究成果,温州地区第四系疏松沉积层厚度可达150m左右[14],其中下更新统普遍缺失[42],中更新统存在部分缺失,而上更新统厚度较大,通常缺失较少。全新统发育最为完整,厚度也最为稳定,海相标志沉积层发育较为良好,可为海相地层识别与划分以及研究区微沉积环境的划分提供有利条件[43, 44]。沿海平原第四系发育主要受地貌、新构造运动和海平面变化控制。全新世以来,原湾内平原渐次淤积,由陆向海逐渐增厚,前缘地带持续淤涨,海相地层发育,形成广阔的滨海平原[40]。根据前人研究成果。全新统厚度为30~60m[40, 45],其岩性、组成结构体态、后生变化等方面均具有明显的分段特征。

    • 本次研究样品来源于浙江省温州市第四纪地质钻孔QTZ1(图 1)。钻孔坐标位置为28°00′11.2″N、120°56′58.6″E,共取得岩芯126.3m,选取深度为2~91.5m的岩芯进行沉积物粒度测试、微体古生物化石鉴定及古地磁测试。

      图  1  温州湾沿海平原沉积地貌图及钻孔位置

      Figure 1.  Geomorphological map of Wenzhou Bay and borehole location

      目前,沉积物粒度的测试方法有很多种,其中激光粒度分析法是目前国际上应用最为广泛的粒度测试方法[46, 47]。样品的粒度测试在中国地质科学院水文地质环境地质研究所粒度实验室进行,使用的设备是MALVERN公司研发的MasterSizer 2000型激光粒度仪。该设备的粒径测量范围为0.2~2000μm,重复测量的相对误差<1%,具备高效的数据采集与信息处理功能,并具有智能化的操作模式[48]。烧杯中加入约2g样品,使用浓度为30%的H2O2约10mL处理样品中的有机质,再以过量浓度为38%的HCl,在加热条件下处理碳酸盐组分。至清洗样品溶液至中性,加入六偏磷酸钠作为分散剂进行超声震荡,确保样品颗粒呈分散状态后上机测试[49]

      微体古生物样品的鉴定是在中国地质科学院水文地质环境地质研究所实验室完成,鉴定内容包括有孔虫和介形虫。将沉积物样品在不超过80℃的条件下进行烘干。称取50g样品,置入烧杯中,并加入适量蒸馏水浸泡约2~3d,使样品充分散开。将样品用孔径为63μm的筛网进行多次筛分,仅保留直径>63μm的样品,并再次以≤80℃的条件进行烘干及称重。称重后,样品用SZX16体视显微镜进行微体古生物化石鉴定。本文所用微体古生物化石均进行全样鉴定,以期取得更加准确的鉴定结果。

    • 本文的粒级划分方案采用国际上应用较为广泛的伍登-温特华斯粒级标准(Udden-Worth Grade Scale)[50, 51],并以谢帕德法为标准对沉积物进行命名[52]

      在岩芯91.5~2m区间内处理样品117件。根据实验结果,绘制粒度参数变化图和钻孔柱状图(见图 2图 3),按照沉积物粒度参数曲线变化规律将其自下而上划分为4个粒度带,并通过频率分布曲线、概率累积曲线、众数曲线,结合粒度参数变化探讨沉积动力条件,并对沉积环境进行初步分析。

      图  2  沉积物粒度参数图

      Figure 2.  The column diagram of grain size parameters

      图  3  QTZ1钻孔柱状图及典型频率分布曲线、概率累积曲线

      Figure 3.  Column of QTZ1 borehole with typical frequency distribution curves and probability accumulation curves

      QTZ1钻孔沉积物粒径范围变化较大,按MasterSizer 2000激光粒度仪的测试要求,筛除粒径>2000μm的颗粒后,样品粒径在0.2~2000μm均有出现。沉积物岩性以淤泥质的粉砂质黏土、砂质粉砂、粉砂质砂为主,沉积物颗粒成分变化相对频繁,推测与钻孔位置处在河口附近有关。

    • QTZ1钻孔的频率分布曲线变化较大,曲线形态以单峰为主,对称性较好,同时存在少量双峰形态曲线,双峰频率曲线主要呈现出驼峰状的“伪单峰”形态。双峰形态在89~76和69~53m层段较为集中,表明该时期研究区存在两次其他物源参与沉积的过程。各粒度带的沉积物粒度参数见表 1

      表 1  沉积物粒度参数

      Table 1.  Grain size parameters of the borehole

      平均粒径/ϕ 标准差 偏度 峰态 黏土/% 粉砂/% 砂/%
      粒度带Ⅳ 6.82 1.38 0.55 3.50 18.82 80.42 0.76
      粒度带Ⅲ 7.15 1.4 0.37 2.66 27.05 72.62 0.33
      粒度带Ⅱ 4.67 2.07 0.88 3.32 10.48 34.77 54.75
      粒度带Ⅰ 5.57 1.88 0.62 2.93 13.20 60.90 25.90

      粒度带Ⅰ:埋深91.5~70m,共21个样品。本带沉积物各粒级含量变化非常频繁,频率分布曲线形态复杂。该粒度带底部,深度91.5~89m,频率曲线为单峰,且近正态分布,峰态较宽,岩性对应粉砂质黏土;该粉砂质黏土层之上,覆盖厚度达2.6m的贝壳富集层,贝壳占比达80%。富贝壳层的粒度样品在使用2000μm的筛网过筛后,测试所得曲线形态表现为近似平峰形态的三峰曲线,为异常结果。富贝壳层样品的粒径分布无实际意义,但可据此推测该时期存在海侵事件;该粒度带中上部,87~74m范围,曲线形态过渡到双峰,次峰不明显,峰值为9~11μm,众数70~80μm,岩性为粉砂质砂,其中粉砂含量占明显优势,平均含量52.68%,砂含量稍低,平均含量35.26%。该层段样品偏度为正偏,对称性不好,在细粒端可见明显长尾,本段自下而上黏土含量逐渐增加,砂含量逐渐减少,在74m处黏土含量超过砂粒级组分。本带顶部砂含量降低,频率曲线回归单峰形态。

      粒度带Ⅱ:埋深70~53m,共16个样品。该段下部为粉砂质黏土,曲线形态为单峰,与粒度带Ⅰ相比,平均粒径增加,砂含量极高,平均值为54.75%,总体粒径变化存在波动但幅度较小;频率曲线以双峰形态为主,峰值粒径较粒度带Ⅰ有明显增加。本段粒径范围变化较大,变化范围7.6~112.8μm,偏度均属正偏态,形态差异较大。本带分选性较差,水动力条件为高能。

      粒度带Ⅲ:埋深53~29.5m,共36个样品。该层段曲线形态均为单峰,众数范围7~14μm,平均粒径10.63μm。与粒度带Ⅰ、Ⅱ相比,该段砂含量发生突变,平均含量仅0.28%,粉砂平均含量增加,达到72.62%,黏土含量增至27.05%,各粒级组分含量变化小。偏度值较小,近似正态分布,峰态较宽。砂质沉积物消失,沉积水动力由高能突变为低能,并逐渐趋于稳定。推测钻孔地区由陆相沉积过渡为滨海相沉积,保持稳定且较低能的水动力条件。

      粒度带Ⅳ:埋深29.5~2m,共46个样品。频率曲线均为单峰态,平均粒径增加至13.51μm,粉砂平均含量增至81.22%,黏土平均含量稍有降低,为17.95%,砂含量仍趋于0。众数范围6.957~17.672μm,偏度值有所增加,均为正态分布,岩性为淤泥质粉砂质黏土。与粒度带Ⅲ相比,水动力条件有所增强,且存在波动。推测该时期为河、海交互沉积,以海相为主。

    • 概率累积曲线分析方法,采用曹伯勋提出的以3ϕ(粒径d=0.125mm)为界,将正态分布的概率累积曲线第一截点所对应的粒径<3ϕ,且砂砾含量大于50%的称为粗粒型,反之则称细粒型,概率累积曲线的不同特征具有不同的环境意义[51]

      QTZ1钻孔粒度样品的概率累积曲线符合滨海河口沉积相的基本特征,根据样品的概率累积曲线特征可分为三组,91.5~74m粉砂质砂层主要为细二段型;74~53m砂质粉砂为粗三段型,53~2m淤泥质粉砂质黏土均为细一段、细二段型。

      第一组:91.5~74m,对应于粒度带Ⅰ,以细二段型为主,少数为粗三段型。细粒型样品第一截点约在3.5ϕ,跳跃组分占40%~50%,滚动组分偏少,悬移总体略少于跳跃总体,但跳跃总体的分选性好于悬移总体。粗粒型样品仅在74和89m处出现,第一截点均在1.8ϕ左右,跳跃组分占50%以上,悬移组分较少。本段沉积环境变化大,水动力较强。

      第二组:74~53m,对应于粒度带Ⅱ层段,该段全部样品均为粗三段式,第一截点约2.5ϕ,其跳跃组分达到57%,悬移组分稳定在12%,跳跃组分分选性较好,整体粒径偏粗,水动力条件较高能。该层段样品表现为河流相的砂含量较高的砂质粉砂沉积物,跳跃总体含量在74~69m段由低到高,滚动总体含量极低。而该层段上部跳跃总体则呈由高到低变化趋势,滚动总体含量变化较大。相应沉积动力条件表现为弱→强的过程。

      第三组:53~2m,对应于粒度带Ⅲ、Ⅳ,该段样品多为细一段或细二段式,第一截点4~6ϕ,跳跃组分占比较高,滚动组分极少。该层段自下而上跳跃组分呈逐渐增加,第一截点粒径逐渐变细,表明水动力较低能且逐渐增强。

      综上分析,QTZ1钻孔区域晚第四纪以来其水动力条件的整体变化与频率分布曲线表现出的结果基本一致。

    • 众数是频率曲线上具有明显集中趋势点的粒径值。众数的变化控制了沉积物的分选性、峰态、偏度等粒度参数变化[53],对沉积物物源区域研究影响深远,同时能反映沉积物的沉积趋势。

      QTZ1钻孔的总体众数粒径为7~145μm,在垂向上具有明显的变化规律,自下而上可分为三组:第一组:91.5~70m,对应粒度带Ⅰ。自深度86.5m向上,岩性主要为粉砂质砂,由于粉砂和砂含量的变化,该组众数曲线波动明显;第二组:70~53m,对应粒度带Ⅱ,岩性为砂质粉砂,众数出现峰值,砂含量高且稳定;第三组:53~2m,对应粒度带Ⅲ、Ⅳ,平均众数粒径仅为10.62μm,底部为粉砂质黏土,中上部为淤泥质粉砂质黏土,整体粒径偏细。

      观察发现,钻孔在86.5~53m范围出现两段砂含量极高的地层,可划分出高能且不稳定的水动力条件下形成的两个沉积旋回,这一结果与钻孔岩芯柱状图中的岩性描述一致。含砂层沉积动力复杂,推测有洪积、冲积等作用参与,其沉积特征为瓯江口地区的河流沉积和滨海波浪沉积共同作用的结果。

      浙江东部沿海平原地区,均不同程度遭受过第四纪海侵影响。末次海侵后,内陆架泥砂经河流搬运在河口落淤,借助波浪和潮汐作用向滨海平原区搬运[40]。钻孔中全新统具有典型的滨海淤积沉积特征,这与前文所得出的全新世水动力条件低能且逐渐增强的结论相吻合。温州沿海平原地区粒度变化自下而上呈较粗→中等→粗→细→较细的沉积韵律,水动力条件具有由高能且动荡过渡为低能且稳定的演化趋势。

    • 根据微体化石鉴定结果,QTZ1钻孔有孔虫见38属117种,介形虫见22属27种。基于有孔虫在垂向上的分布特征,自下而上可划分为5个含有微体化石组合带,以及2个微体化石缺乏带ⅠL和ⅡL(图 4),微体化石群组合特征及环境意义如下:

      图  4  QTZ1孔特殊藻类及主要有孔虫化石分布图式

      Figure 4.  Distribution of special algae and foraminifera fossils in QTZ1 borehole

      组合带Ⅰ:本带埋深90~78m,地层岩性为青灰色粉砂质砂,底部贝壳富集,局部富含贝壳碎片。有孔虫丰度为136~360瓣/20g,Ammonia beccarii毕克卷转虫10.71%、Ammonia aomoriensis奥茅卷转虫10.13%,Cribrononion gnythosuturatum凹坑筛诺丁虫8.26%。其他有孔虫以陆架浅海种为主,主要成分为Elphidium advenum异地希望虫、Elphidium hispidulum粗糙希望虫、Bolivina robusta强壮箭头虫等种,Ammonia tepida暖水卷转虫出现较少。本带底部存在Ammonia beccarii含量峰值(36.45%),化石数量自下而上逐渐减少,Ammonia aomoriensis在本带顶部显著增加(18.32%)。本带介形虫优势种为Sinocytheridea impressa凹陷中华美花介、Bicornucythere bisanensis皮桑双角花介、Neomonoceratina dongtaiensis东台新单角介,均为浅海或滨岸环境指示种(孔维瀚)。基于类彦立等(2015)对Ammonia beccariiAmmonia aomoriensis分布特征的研究,并根据地层岩性,综合考虑微体古生物分布特征,可认为本带底部为潮间带,逐渐过渡为水深<20m的浅海陆架环境。由于Ammonia beccarii分布特征与海水温度呈负相关,故推测该时期海水温度具有变暖的趋势。

      组合带Ⅱ:本带埋深72.5~67.5m,地层岩性底部为青灰色粉砂,中部为青灰色粉砂质砂,顶部为青灰色砂质粉砂,局部可见钙质结核、贝壳类碎片。有孔虫丰度较低,为5~396瓣/20g,优势种为Asterorotalia pulchella普勒星轮虫(26.79%)、Elphidium advenum异地希望虫(11.44%)、Ammonia aomoriensis奥茅卷转虫(9.08%),Asterorotalia pulchella垂向分布具有差异性,底部未发现该种,但顶部含量极高。本带有孔虫种类较少,除上述优势种,仅见少量Ammonia beccariiAmmonia annectenceAmmonia maruhasii等种。本带几乎不含介形类化石,且有孔虫丰度变化较大,仅69、67.5m两处具有代表性,根据其分布特征分析,推测本带为浅海陆架环境。

      组合带Ⅲ:本带埋深50~34m,地层岩性为青灰色粉砂质黏土,上部存在淤泥质沉积物,局部可见贝壳碎片。有孔虫丰度为31~2496瓣/20g,本带Ammonia aomoriensis奥茅卷转虫占绝对优势(46.59%),其次为Cribrononion gnythosuturatum凹坑筛诺丁虫(18.33%)、Elphidium hispidulum粗糙希望虫(8.01%)、Ammonia tepida暖水卷转虫(7.44%)、Elphidiella kiangsuensis江苏小希望虫(5.11%),Ammonia beccarii毕克卷转虫分布极少。介形类化石中广生种Sinocytheridea impressa凹陷中华美花介占绝对优势,同时在本带顶部出现了大量Loxoconcha binhaiensis滨海湾背介和Bicornucythere bisanensis皮桑双角花介。因此,根据Ammonia aomoriensis分布和本带顶部介形类化石特征,推测本带以潮间带环境为主,顶部为水深较浅的滨海沉积环境。

      组合带Ⅳ:本带埋深34~15.5m,地层岩性为淤泥质青灰色粉砂质黏土,贝壳类碎片丰富。有孔虫丰度为77~416瓣/20g,优势种为Quinqueloculina akneriana圆形短五玦虫(26.74%)和Quinqueloculina semimula半缺五玦虫(21.26%)。同时本带Ammonia aomoriensis奥茅卷转虫和Cribrononion gnythosuturatum凹坑筛诺丁虫化石几乎消失,Ammonia annectence同现卷转虫(10.52%)成为Ammonia spp.卷转虫诸种的主要成分,另可见少量Elphidium advenum异地希望虫(8.67%)和Ammonia tepida暖水卷转虫。本带介形虫化石主要为Sinocytheridea impressa凹陷中华美花介、Wichmannella bradyi布氏威契曼介、Wichmannella sp.威契曼介未定种、Bicornucythere bisanensis皮桑双角花介。根据微体化石分布特征,可推断本带为浅海相环境,水深20~50m,Quinqueloculina spp.五玦虫诸种极高的含量表明该时期水温较暖,海水盐度较高。

      组合带Ⅴ:本带埋深15.5~3.5m,地层岩性为淤泥质青灰色粉砂质黏土。有孔虫丰度为94~556瓣/20g,本带Ammonia aomoriensis奥茅卷转虫和Cribrononion gnythosuturatum凹坑筛诺丁虫重新出现,分别占17.7%和15.68%,Ammonia tepida暖水卷转虫占比达到峰值(12.98%)。其他有孔虫主要为Elphidium hispidulum粗糙希望虫、Quinqueloculina akneriana圆形短五玦虫、Quinqueloculina semimula半缺五玦虫和Elphidium advenum异地希望虫。介形虫化石主要为Sinocytheridea impressa凹陷中华美花介和Loxoconcha binhaiensis滨海湾背介。

      根据本带Quinqueloculina spp.五玦虫诸种、Elphidium advenum异地希望虫、Loxoconcha binhaiensis滨海湾背介的分布特征,将本带划分为两个亚带:

      组合亚带Ⅴ-1 (15.5~9.5m):本带Quinqueloculina spp.五玦虫诸种占绝对优势,Elphidium advenum异地希望虫含量稳定,Ammonia spp.卷转虫诸种较少。介形虫主要为Sinocytheridea impressa凹陷中华美花介和Neomonoceratina dongtaiensis东台新单角介,其他介形类化石极少。推测本带为温暖高盐的度浅海环境,水深较组合带Ⅳ略浅。

      组合亚带Ⅴ-2 (9.5~3.5m):本带Quinqueloculina spp.五玦虫诸种和Elphidium advenum异地希望虫几乎消失,Ammonia aomoriensis奥茅卷转虫、Ammonia tepida暖水卷转虫、Cribrononion gnythosuturatum凹坑筛诺丁虫、Elphidium hispidulum粗糙希望虫显著增多。介形虫分布特征表明,Loxoconcha binhaiensis滨海湾背介含量显著增加,表明本带沉积环境已趋向于浅海—海湾相,顶部表现出潮间带环境特征。

    • 第四纪沉积物中微体藻类化石类型丰富,某些特殊藻类的沉积记录能作为第四纪海相划分的依据。Spiniferitaceae刺甲藻属咸水种,多分布于近海地区,具有典型的海相地层指示意义[54]Concentricystis环纹藻为淡水种,通常分布于湖相或河漫滩相沉积物中[54, 55]。基于QTZ1钻孔特殊藻类在垂向上的浓度图式(图 4),结合微体古生物组合特征,自上而下可划分出3个海相层。其中第一海相层与第二海相层在垂向上沉积连续,但微体化石组合特征存在显著差异,故将其划为两个不同的海相地层。

      第一海相层(对应微体化石组合带Ⅳ、Ⅴ)

      本层的Spiniferitaceae刺甲藻化石浓度较高,基本具有海相地层指示意义,底部出现峰值,自下而上浓度逐渐减小。Concentricystis环纹藻化石极少,主要集中在本层中上段。有孔类和介形类化石的浓度和分异度均有较高水平,其中喜温暖高盐环境的Quinqueloculina spp.五玦虫诸种含量极高,海相程度较高。综合考虑化石特征,第一海相层海相程度较高,海水温暖,为盐度较高的浅海陆架沉积环境,局部可能发育河口湾或湖沼等淡水环境,同时本层海水深度表现出逐渐变浅的趋势。

      第二海相层(对应微体化石组合带Ⅲ)

      本层Spiniferitaceae刺甲藻化石总体浓度略高于第一海相层,其分布特征与第一海相层中上段相仿,海相地层指示意义明确。Concentricystis环纹藻化石浓度较第一海相层显著增加,且垂向分布相对均匀,与第一海相层存在显著的差异性,表明该层淡水环境存在相当规模。结合本层微体古生物分布特征,可推断第二海相层以潮间带环境为主,局部发育滨海湖沼,顶部过渡为浅海—滨岸环境。该时期海水温度略低于第一海相层所对应的时期,盐度基本正常。

      第三海相层(对应微体化石组合带Ⅰ、Ⅱ)

      本层可见少量Spiniferitaceae刺甲藻化石,其分布主要集中在90~73m,在71~55m仅零星出现。Concentricystis环纹藻化石浓度较低,垂向上波动极大。在本海相层中仅73.5~70.5m可见,且在73.5m处出现峰值,Concentricystis在地层上的分布特征与组合带Ⅰ和组合带Ⅱ之间不含有孔虫的层位对应。有孔虫化石以浅海陆架种为主,Ammonia spp.卷转虫诸种的丰度表明该时期存在海相地层。特殊藻类浓度较低,说明第三海相层的水深较浅,海相程度不高,属于温度盐度正常的近岸海区,中部发育滨海湖沼相沉积,以淡水环境为主。

    • 在温州平原已有的资料中,汪品先通过研究温州、黄岩平原4个钻孔的海相地层,发现了4个海侵层的记录,并指出该地区第四纪以来海侵地层的海相程度自下而上逐渐增强[14]。本文研究发现,QTZ1孔的海相层能够与其他海相层进行良好的对比(图 5),QTZ1孔第一、第二海相层与温黄29孔、温2孔的第Ⅰ、Ⅱ海侵层对应,其岩性特征及地层埋深的吻合度较高。QTZ1孔第三海相层可对应温黄29孔的第Ⅲ海侵层,海相性较弱,该层在与QTZ1孔地理位置更近的温2孔中没有记录,表现出了一定的差异性。

      图  5  QTZ1孔海相层与温州邻近地区其他钻孔海相层对比

      Figure 5.  Correlation of marine strata in QTZ1 borehole and other boreholes in the vicinity of Wenzhou

      需要说明的是,QTZ1孔的微体化石具有丰富的广盐广温性的有孔虫记录,但明显缺少窄盐海相化石,这一特征在第三海相层中尤其明显。因此可以认为,QTZ1孔具有海相地层指示意义,但其地理位置邻近瓯江河口,海相沉积存在一定干扰,微体组合带Ⅰ、Ⅱ化石稀少。因此根据有孔虫化石组合认定QTZ1孔的“海相”地层存在误判,第三海相层应以海陆过渡相为主[15]

    • 基于对海相层的划分与对比研究,为了确定QTZ1孔海相层的地质年龄,本文以岩石地层资料为基础[43, 44],结合磁性地层方法进行年代分析。结果显示,钻孔剖面上部为一套颗粒较细的灰色淤泥质沉积层,沉积连续,基本符合已有岩石地层资料的描述。同时,根据前人对浙江沿海平原海侵层的研究,普遍认为第一海相层发育在10ka左右[9],而QTZ1孔第一海相层的微体化石组合中突然出现大量暖水种有孔虫,该种群结构突变所反映的气候变化,与全新世气候变暖的趋势及前人研究结果相吻合。因此,综合考虑QTZ1钻孔Qh/Qp3界线约在34m。由于缺乏AMS14C测年结果,在仅用古地磁数据和岩石地层资料的情况下,对全新统范围的准确界定显得尤为重要。为验证QTZ1孔Qh/Qp3界线划分的准确性,需要与浙江沿海地区其他钻孔进行对比。已知浙江沿海泥质沉积物在全新世的平均沉积速率约为3.47m/ka[56],在此基础上,通过对温州[45]、宁波[55, 57]、杭州[58]等地的研究,发现全新统底界埋深均位于30~50m。因此,可认为本文对Qh/Qp3界线的界定具有合理性。

      基于以上分析,不难推断QTZ1孔磁极性序列中40m处的磁性倒转事件是哥德堡极性亚时(Gothenburg,12ka)(图 6)。按照时间序列分析,拉尚极性亚时(Laschamp,41ka)约在57m,第三海相层底部对应的极性亚时为布莱克事件(Blake,114~108ka),可作为QP3/Qp2界线的判定依据。此外,在深度10~15m范围内出现的多次极性倒转记录,可能与“宁波亚时”有关[57]

      图  6  QTZ1孔磁极性序列及与标准极性柱的对比

      Figure 6.  Magnetic polarity sequence in QTZ1 borehole and correlation with standard polarity column

    • 粒度带Ⅰ能够与微体化石带Ⅰ、微体化石带Ⅱ及两个微体带之间的层段良好对应。微体带Ⅰ以广盐广温性的滨岸种—浅海种化石为主,海相指示意义明确。但本带出现的双峰频率曲线及概率累积曲线揭示的较高能且动荡的水动力条件,均反映出对应的第三海相层除海相沉积特征外,还存在其他沉积作用及物源。因此沉积环境不完全表现为海相沉积,以海陆过渡相为主,推测河口湾地区存在河流作用影响。微体化石带Ⅱ化石较少,特定层位高丰度浅海种化石可以指示浅海相沉积环境,在微体化石带Ⅰ和带Ⅱ之间,环纹藻化石的含量表明该层存在湖沼沉积环境。

      微体化石带Ⅱ和带Ⅲ之间不含微体化石的层段可以对应粒度带Ⅱ,高能但稳定的沉积动力及极少的微体化石,表明该带为陆相沉积。

      粒度带Ⅲ可对应微体化石带Ⅲ和带Ⅳ底部。该时期物源单一,水动力低能且稳定,刺甲藻和环纹藻均有一定浓度,微体化石以广盐广温种为主。以上特征表现为典型的河口湾—潮间带环境,滨海—滨海湖沼相广泛发育,局部发育浅海相。

      粒度带Ⅳ对应微体化石带Ⅳ的中上部和带Ⅴ。全新世温度变暖,喜暖高盐种化石大量沉积,同时由于全新世存在多次局部海平面变化[59],相较于粒度带Ⅲ,相对不稳定的粒度特征和略有增加的沉积物粒径,为全新世局部变化的响应。第二海相层和第一海相层,在时间尺度上能够很好地与汪品先等学者的研究成果相对应[14]

      综上所述,沉积物粒度与微体化石特征分析的结果基本吻合。因此,综合考虑QTZ1孔的沉积物粒度、微体化石分析结果,结合岩石地层、磁性地层对海相层年代的划分,总结温州沿海平原晚第四纪以来的沉积环境记录见图 7所示。

      图  7  QTZ1孔沉积环境综合图

      Figure 7.  Comprehensive column diagram of sedimentary environment of QTZ1 borehole

    • (1) 根据海相地层的对比分析,结合岩石地层、磁性地层资料,认为QTZ1孔的Qh/Qp3界线在34m,Qp3/Qp2界线在91.5m附近。

      (2) 根据对QTZ1孔的微体古生物分布特征及特殊藻类分析结果,温州沿海平原晚更新世以来发育三套海相沉积单元,海相程度自下而上逐渐增加。第一海相层属全新世,为浅海—海湾沉积相,微体化石组合以喜暖高盐种和广温广盐种为主,符合中国东部沿海全新世气候变暖趋势;第二海相层属晚更新世晚期,为滨海—滨海湖沼沉积相,微体化石组合以广温广盐种为主。该层与第一海相层在沉积地层上连续,但其化石组合具有显著差异;第三海相层为晚更新世早期,以海陆过渡相为主,局部发育河流—湖沼等淡水沉积相。微体化石较少,多为广生种,海相程度不高。

      (3) QTZ1钻孔地层剖面自下而上,黏土含量普遍较低,且相对稳定;粉砂含量总体较高,与砂含量呈此消彼长的态势;砂含量经历两次低—高—低的变化过程,在深度53m处降低至0。平均粒径随深度的改变变化较大,整体分选性较差,偏度以正偏为主,且近似正态分布居多,峰态有逐渐增大的趋势。沉积水动力条件自下而上经历了低能(Qp3)→中低能(Qp3)→中高能(Qp3)→低能(Qp3)→高能(Qp3)→中低能(Qp3)→中低能(Qp3)→低能(Qp3)→低能(Qh)的变化过程。

      (4) 晚更新世以来的气候变化引起的海平面升降是该区域沉积环境的主要控制因素。温州沿海平原地区晚更新世沉积特征复杂,以海陆过渡相、陆相为主,局部存在海相沉积层,全新世属于滨海—浅海相沉积。晚更新世以来其沉积环境经历了如下演化过程:海陆过渡相(Qp3)→滨海—浅海相(Qp3)→河流—湖沼相(Qp3)→浅海相(Qp3)→陆相(Qp3)→滨海—滨海湖沼相(Qp3)→浅海相(Qh)→浅海—海湾相(Qh)→海陆过渡相(Qh)。

      (5) QTZ1孔的微体化石特征和沉积环境与前人研究存在一定的差异性,与浙江沿海地区诸多钻孔相比,其差异性主要表现在微体化石的丰度和分异度普遍低于正常滨海平原剖面,窄盐海相有孔类化石缺失。因此可以认为,瓯江河流作用对QTZ1孔的沉积相存在一定程度的干扰。

      综上所述,本次对QTZ1钻孔的海相地层研究为瓯江入海口、温州沿海平原地区的沉积环境演变研究补充了粒度、特殊藻类和古地磁数据。然而沉积环境是自然地理、构造、气候、沉积介质条件共同作用的结果,目前,尚缺乏AMS14C测年数据对地层的年龄进行精确划分,本文对地质年代划分的精确程度仍存在疑虑,如能在现有基础上进一步补充测年数据和孢粉资料,运用多种分析手段,应当能取得更可靠的沉积环境解释。

参考文献 (59)

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