AMS~(14)C测年揭示的渤海湾沿海低地第Ⅱ海相层年龄(Ⅱ)

在初步获得渤海湾海河南部沿海低地第Ⅱ海相层年龄大于43.5ka BP的基础上,在沧州北部和海河北部的沿海低地又利用6个新的机械钻孔岩心,建立了2条垂直于现代岸线的长剖面。根据沉积物岩性和有孔虫查明了第Ⅱ海侵层在剖面中的空间分布,并获得一组新的AMS~(14)C年龄数据。结果显示,在第Ⅱ海相层中新获得的9个AMS~(14)C年龄同样均大于43.5ka BP。至此,渤海湾3条垂直现代岸线剖面10个钻孔的第Ⅱ海相层的21个AMS~(14)C年龄均大于43.5ka BP,进一步证实了普遍发育于渤海湾沿海低地的第Ⅱ海相层形成于MIS 3阶段早期或MIS 5阶段,而不是前人认为的23~39ka BP。     

渤海湾西岸现代岸线钻孔记录的全新世沉积环境与相对海面变化

以渤海湾西岸现代岸线附近的NP3、CH110和BT113三个钻孔全新世岩心为研究对象,采用沉积岩石学、AMS ¹⁴C(accelerator mass spectrometry ¹⁴C,加速器质谱¹⁴C)测年、微体生物聚类分析等方法精细判别沉积相,重建渤海湾西岸全新世沉积演化历史,并利用微体生物组合分带对水深变化的指示,定量讨论全新世相对海面变化。结果表明:渤海湾西岸全新世受海陆交互作用影响,经历了沼泽-潮滩-浅海-前三角洲-三角洲前缘-三角洲平原环境的演化过程。全新世初始阶段,研究区中部和北部发育沼泽环境,南部未见沉积,与上更新统河流相沉积呈不整合接触。全新世早期,研究区潮滩环境发育。潮滩层厚度约1 m,历时数百至1千余年。至7000 cal BP前后水深增大,研究区进入浅海环境。约6000 cal BP,沿岸南北两端先后进入三角洲过渡环境,中部三角洲环境约开始于1500 cal BP。渤海湾西岸地区全新世的环境演化同时记录了该地区的相对海面变化:约10000 cal BP前后,渤海湾相对海平面已接近21.3~20.4 m。约8000 cal BP,相对海平面介于18.6~17.0 m。约6000 cal BP时相对海平面低于6.8 m,5000~1000 cal BP,相对海平面高于-2.5 m,1000~800 cal BP,相对海平面介于-1.3~-0.4 m。8000~5000 cal BP时,相对海面上升约15.0 m,上升速率达5 m/1 ka。     

渤海湾巨葛庄贝壳堤与下伏泥层有孔虫组合的海面变化意义

根据巨葛庄贝壳堤及下伏泥层的有孔虫研究,讨论了贝壳堤底板和下伏泥层各类沉积环境的海面意义,以此作为海面标志点重建的古海面误差范围为±0.225~±0.625m。结合该贝壳堤底板和下伏泥层顶板的年龄数据,重建了3900~3300cal BP时的海面高度为-2.955~-2.715m。     

渤海湾西岸全新世海岸变迁

渤海湾西岸有几条古海岸线的遗迹—贝壳堤。查明贝壳堤形成的时代和位置变迁对研究本区气候变迁的历史、新构造运动的特征以及海岸带的演变过程都有很大意义。因此,许多地质、地理和考古学者从各个方面人手对贝壳堤做了大量的调查研究。对贝壳堤所反映的地质、地貌问题阐述了自己的看法。     

渤海湾西岸全新世沉积速率对河流供给的响应

渤海湾西岸由北向南获取了3个钻孔,以全新世海相岩心为研究对象,采用AMS14C(Accelerator Mass Spectrometry14C,加速器质谱14C)测年方法建立年代框架并计算平均沉积速率,结合沉积物粒度组成及沿岸古河流三角洲发育历史,探讨了沉积速率对沿岸河流供给变化的时空响应。结果表明,早全新世—中全新世初期(11~6ka),渤海湾西岸整体沉积速率偏低,仅0.03~0.07cm/a,沉积物粒度较粗;中全新世6.43~4.97ka cal BP期间,NP3孔平均沉积速率为0.60~0.93cm/a,高于同期沿岸南部的CH110孔和BT113孔。沉积物组成以粉砂为主,粘土含量低,向上逐渐变粗,具三角洲反粒序特征。该时段的高沉积速率系渤海湾西北岸对潮白河、永定河及滦河沉积物供给的响应;中全新世晚期3.68~2.67ka cal BP期间,BT113孔沉积速率为0.27~1.4cm/a,高于同期沿岸北部CH110孔和NP3孔,沉积物组成以粉砂为主,粘土含量较NP3孔高,向上逐渐变粗,具三角洲反粒序特征。该时段的高沉积速率系渤海湾西岸南部对黄河沉积物供给的响应;晚全新世2.29~0.24ka cal BP期间,沿岸中部CH110孔沉积速率为0.55~0.91cm/a,高于同期沿岸南部的BT113孔和北部的NP3孔,该高沉积速率为渤海湾西岸中部对黄河和海河供给沉积的先后响应。     

渤海湾西岸BT113孔35ka以来的沉积环境演化与海陆作用

根据渤海湾西岸有孔虫和介形虫与年代学(AMS14C和OSL测年)研究,将该段岩心自下而上划分为6个沉积单元(U1—U6),它们依次形成于晚更新世的河流及全新世的潮滩、浅海、前三角洲、三角洲前缘和三角洲平原沉积环境,结束于约35 ka的U1单元的陆相环境,证实晚更新世低海面时渤海湾西岸未受海水影响。U1和U2单元之间,存在历时约27 ka的沉积间断(35～8.5 ka cal BP),研究区因此缺失早全新世沉积。U2单元的潮滩环境指示全新世海侵于8.5 ka cal BP到达渤海湾西岸,当时相对海平面为-16.7 m。U3单元为浅海环境,约6 ka cal BP时相对海平面上升到-6.8～-1.8 m。8.5～6 ka cal BP期间的海面上升速率是0.4～0.6 cm/a,可能与MWP1C事件有关。U4—U5单元,转为三角洲环境,沉积速率增大,反映自3.7 ka cal BP河流输入影响加强,约1.3 ka cal BP时成陆,形成U6单元。晚更新世35 ka以来的陆海环境演化,总体上是对气候变化控制下的海面变化的响应。     

渤海湾全新世贝壳堤与牡蛎礁:古气候与海面变化

讨论了早全新世晚期以来渤海湾西岸贝壳堤平原成堤、西北岸牡蛎礁平原(及毗邻浅海区)建礁过程的同时性特征和气候变化与这一特征之间的关系,以及堤、礁记录的相对海面变化。堤、礁大致同时发育,可分为6期,依次分别被寒冷事件5、4、3、2和1分隔。堤底板前、后缘高差大致对应3m的大潮差、礁顶板大致对应海平面。据二者分别重建了南部贝壳堤平原、北部牡蛎礁平原的相对海面变化:南部自7ka cal BP以来基本与现代海平面等高,小的波动在±1m之间,压实固结作用抵消了中全新世的相对高海面;北部中全新世的相对海平面位置因新构造和固结压实双重下沉作用的影响,已位于现代海平面2~3m以下。     

渤海西南岸全新世最大海侵界线及其地貌特征

结合钻孔与探地雷达探测古海相层尖灭点的测量方法与图像处理原则,本研究在沿渤海西南岸分布的8个相关钻孔附近开展了探测,经图像处理、与钻孔对比分析以及在特征位置钻探浅钻的方式,获得了5处最大海侵尖灭点的位置、地层剖面形态以及高程等信息.结合6ka B.P.、2ka B.P.左右和现代黄河流路变迁史及沿岸贝壳堤分布情况,揭示了最大海侵时期小清河向北至漳卫新河范围主要为古黄河形成的广阔三角洲潮滩地貌,海侵线远离海岸线深入内陆,其上的贝壳堤形成主要与黄河流路变迁相关;而渤海湾西南岸黄骅、沧州附近及以北主要为沼泽-潟湖-沙坝海岸地貌特征,海侵线由潟湖的陆侧边缘向海逐渐推进,沿岸分布的6ka B.P.左右贝壳堤的形成则是基于沿岸堤,并伴随风暴作用发育而来.莱州湾南岸依据埋藏古河道古湖泊的分布情况,推断该区全新世最大海侵前后具有与现代相似的海岸地貌特征,海侵时,海水直抵当时最大高潮线附近,使得海岸线与海侵线几乎相当.依据剖面地形校正结果可知,最大海侵时,海水侵入内陆至现代地表高程5.8～ 10.3m范围,后期新构造运动造成的隆起与下沉的区域差异,使得不同区域海侵层高程发生相应的变化,该结果为进一步估算海平面变化提供重要基础.     

渤海湾西南部平原DC01孔晚更新世以来的地质环境变化

通过对渤海湾西南部平原DC01孔的岩石地层学、生物地层学及年代地层学和地球化学研究,重建了该地区自晚更新世以来的地质环境演化过程。全新世之前,研究区经历了由河流-盐沼-潮间带上部/低盐沼-河口湾-泻湖-淡化泻湖的环境转化过程;进入全新世之后,该区经历了由湖沼到河流的环境转化过程。埋深22.4~12.7m发育近10m厚的弱海相沉积,AMS~(14)C年龄表明,该层沉积形成时间早于4.35ka cal BP,可能属于MIS 3早期(6.0~5.5ka cal BP)或更早的MIS 5期(12~8ka cal BP)。恢复了该时期的相对古海面,最高可达-13.31m。DC01孔缺失MIS 4~2或MIS 2时期的沉积。     

渤海西岸全新世气候演化与海陆变迁

应用第四纪地质学和海相生物等化石数量统计,以天津马棚口海岸带BQ1孔化石鉴定与统计结果,对古气候、古事件进行对比研究。通过岩芯编录,在岩性层中划分出4个海相层、5个过渡层、9个海面波动。结合研究区广泛分布的贝壳堤和牡蛎礁,利用其大量的测年资料,重现了6道海岸线;根据海相化石个体统计数,画出全新世气候演化曲线,与孢粉和物候所画的古气候演化曲线大体一致。研究历代海陆变迁,必然涉及到历史上长期争论不休的西汉大海侵等问题,谭其骧（1965）圈定的大海侵范围、海岸线分布以及考古结果几乎都能联系在一起,因此,大海侵之谜终于尘埃落定。考古界对河北平原自东汉—金的空白也有了初步答案,同时,发现中国朝代兴衰与气候冷暖有明显的对应,从而建立了气候分期。     

渤海湾西岸南大港、北大港中晚全新世潟湖底板虚拟重建

约400km^2的1：5万白水头-歧口镇幅是渤海湾西岸南大港与北大港古湖的组成部分。以1：5万白水头-歧口镇幅175个区域地质调查点的多维数据——点的坐标、点的地表与所揭露的潟湖底板的高程和区域性年代学框架——为基础，对南、北大港古潟湖其余约880km^2未实测区域布设控制贝壳堤和潟湖底板高程的虚拟三维地质点275个(虚拟点的坐标、贝壳堤顶部与湖底板的高程)。应用C-Tech公司EVS Pro软件的三维技术处理实测与虚拟的450个地质点，获得了约5000年以来、面积约1280km^2的南、北大港古潟湖底板与贝壳堤的模拟形态。     

渤海湾西岸贝壳堤堆积与海陆相互作用*

渤海湾西岸淤泥质海岸已见两类砂体,滨外坝先形成于水下,而后随着海岸进积和在海洋动力作用下,逐渐出露于潮间带和陆地上; 另一种普遍出现的是具沿岸堤意义的贝壳堤,而且是在海岸进入弱侵蚀期即形成。研究发现,在海岸进积和海-陆相对稳定条件下,海岸线附近中潮坪-高潮坪受向岸风和波浪作用也可形成雏形贝壳堤砂体。目前研究区海岸上的贝壳堆积有3类,即:风暴潮堆积的沿岸堤型贝壳堤,主要堆积在中潮坪-高潮坪-滨海低平原上; 潮沟~潮汐河道型"贝壳堤",为潮汐河口湾顶或潮道外侧风暴贝壳堆积(自潮汐通道水下堆积延续到低地); 以及沿海低平原在大潮或风暴潮天气背景下出现的无序贝壳堆积。贝壳堤堆积既有风暴潮大浪瞬时、高能幕式堆积,又有大浪、向岸风综合作用下堆积的可能,贝壳测年及贝壳堤层序表明其形成是复杂的再堆积过程,不宜解释为海平面变化。在三角洲不均衡推进过程中,有可能形成不规则的海岸线,向岸风浪对不同地貌岸段的作用,可导致形成并非与现代海岸线平行的贝壳堤。贝壳堤术语的随意使用,已经造成海岸线变迁研究的简单化。严格使用沿岸堤的贝壳堤概念,可进一步划分三角洲叶瓣变迁,但是事件堆积必须剔除。将贝壳堤的研究与三角洲顶面泥炭测年相结合,可能更精确重塑海岸形成过程。     

渤海湾西南岸古黄河三角洲全新世地层层序和演化过程

对渤海湾西南岸6个钻透全新统的钻孔进行了详细的沉积学研究和年代测定,利用160个粒度和94个微体古生物样品共同确定沉积相,并利用22个泥炭的常规14C年代,依据层序地层学原理划分了全新世地层层序,恢复了演化过程.渤海湾西南岸全新世黄河三角洲地层主要包括海侵层序、高海面层序和加积层序,海侵层序包括滨海沼泽、滨海砂坝和下切河谷,时代为8.5ka B.P.至全新世底界;高海面层序下段西部为滨海湖沼和积水洼地等滨海相,东部为潮成沙脊、前三角洲和潮下带等海相,时代为7.6～8.5kaB.P.;高海面层序上段西部为河间洼地、沼泽和分支河道等泛滥平原相,东部为河口砂坝、潮间带和潮成沙脊,时代为3.0～7.1ka B.P.;加积层序主要为分支河道、决口扇和河间洼地等沉积相,时代为3.0ka B.P.至今.渤海湾西南岸在9.0ka B.P.开始受海水影响,形成滨海湖沼;7.1～7.6ka B.P.达到最大海侵,位于旧城和盐山之间;海岸线于5.6ka B.P.时位于黄骅苗庄贝壳堤一带,于3.0ka B.P.时位于YS4和NP3孔之间,于2.0ka B.P.时形成现今岸线.古黄河于8.5～9.0ka B.P.时经YS3孔和NP1孔入海;于7.6～8.5ka B.P.时经YS4和NP3孔入海,于1.9～2.6kaB.P.时经YS7和NP1孔入海.5.6～7.1ka B.P.时期,研究区为当时古黄河三角洲的侧翼,形成河口砂坝,废弃之后形成潮成沙脊和苗庄贝壳堤.1.9ka B.P.至今,黄河在研究区外侧入海.     

柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面沉积地球化学与环境变化

通过对柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面沉积物中总有机碳、有机质碳同位素及碳酸盐含量、碳氧同位素的分析, 并结合粒度数据, 将研究剖面所记录的古湖泊环境演化过程划分为5个阶段.其中254 (连续古湖泊沉积开始与第八层底部) ~210cm (距今39.7~35.8ka BP之间) 为湖泊发育期.210~185cm (距今35.8~33.6ka BP之间), 185~112cm (距今33.6~27.2ka BP之间) : TOC、CaCO₃含量较高、δ18 O值偏正, δ13 C_org偏负, Mz值较低, 反映了当时温度较高, 湖水水位较高; 而112~55cm (距今27.2~22.3ka BP之间) 和55~0cm (距今22.3~17.5ka BP之间) : TOC、CaCO₃含量较低、δ18 O值偏负, δ13 C_org偏正, Mz值较高, 表明了温度相对较低(但气候仍较温暖), 湖水水位较低, 湖泊处于退缩时期.其间分别在距今32.2~32.4ka BP、30.4~29.8ka BP和28.4~27.2ka BP出现了3次较大的退缩过程, 约22ka BP出现了一次气候突变.贝壳堤剖面揭示在39.7~18.5 14C ka BP之间柴达木盆地气候较温暖湿润, 形成高湖面.从18.2ka BP开始, 湖泊进入退缩阶段.到17.5ka BP快速形成盐壳, 高湖面持续历史结束.      

冰后期以来长江水下三角洲层序地层特征及沉积环境演化*

长江水下三角洲层序地层学研究有助于全面了解长江三角洲地层特征和沉积环境演化模式。通过对长江水下三角洲下切河谷区YD0901和YD0903孔岩心的详细沉积物粒度、特征元素比值(Cl/Ti和Zr/Rb)、沉积相对比分析,恢复了冰后期以来长江水下三角洲层序地层格架。研究区冰后期以来自下而上依次出现河流相、潮汐河流相、河口湾相、浅海相和三角洲相的沉积相序。末次冰期海平面下降,古长江形成下切河谷,古河间地发育硬黏土层,构成五级Ⅰ型层序界面。之后海平面回升,分别于15 cal ka BP和8.0 cal ka BP形成最大海退和最大海侵界面,水下三角洲区域最大海侵发生时间略滞后于平原区,约为7.5 cal ka BP。据此3个层序界面将冰后期地层划分为低位体系域、海侵体系域和高位体系域。钻孔岩心记录揭示了14.8 cal ka BP海侵到达研究区;14.8~13 cal ka BP期间,受MWP-1A冰融水事件影响海平面快速上升,海岸线向陆推进速率可达71.9,km/ka;海退期间各钻孔沉积速率较低,直至2 cal ka BP开始,沉积速率明显增加。     

冰后期以来长江水下三角洲层序地层特征及沉积环境演化

长江水下三角洲层序地层学研究有助于全面了解长江三角洲地层特征和沉积环境演化模式。通过对长江水下三角洲下切河谷区YD0901和YD0903孔岩心的详细沉积物粒度、特征元素比值(Cl/Ti和Zr/Rb)、沉积相对比分析,恢复了冰后期以来长江水下三角洲层序地层格架。研究区冰后期以来自下而上依次出现河流相、潮汐河流相、河口湾相、浅海相和三角洲相的沉积相序。末次冰期海平面下降,古长江形成下切河谷,古河间地发育硬黏土层,构成五级Ⅰ型层序界面。之后海平面回升,分别于15 cal ka BP和8.0 cal ka BP形成最大海退和最大海侵界面,水下三角洲区域最大海侵发生时间略滞后于平原区,约为7.5 cal ka BP。据此3个层序界面将冰后期地层划分为低位体系域、海侵体系域和高位体系域。钻孔岩心记录揭示了14.8 cal ka BP海侵到达研究区;14.8~13 cal ka BP期间,受MWP-1A冰融水事件影响海平面快速上升,海岸线向陆推进速率可达71.9km/ka;海退期间各钻孔沉积速率较低,直至2 cal ka BP开始,沉积速率明显增加。     

河北雄县全新世中期海侵地层的发现

渤海湾全新世海侵是第四纪晚期全球气候变化的重要事件,以往研究表明渤海湾西岸全新世海侵已经深入到文安县。本次研究在文安县西北30km的雄县15BZ02剖面第8层底部灰褐色粉砂中发现大量缢蛏新种,壳体呈斜交或垂直层面产出,反映了潮间带中下部的内湾、河口环境。同时,在该层段发现了海相介形虫Tanella opima。由此推断,渤海湾西岸海侵于全新世中期(6970～6670cal a BP)达到最大范围,海水曾经到达雄县北。     

渤海湾西岸全新世海面变化

在讨论海面标志点基本定义的基础上,从渤海湾西岸534个原始数据中获得了136个指示高水位、潮间带或低水位的海面变化标志点,并重建了它们的相对海平面时空分布,进而获得了渤海湾西岸全新世相对海平面变化带.约10cal.ka B.P.时,相对海平面变化带达到-25m,以约6m/1000a(即约6mm/a)的平均速率上升,在6cal.ka B.P.前后达到现代海面的高度;6cal.ka B.P.至今,变化带的高度介于+1m～-2m之间,未发现中全新世相对高海面.再搬运海相贝类和陆相泥炭类样品的14C年龄,分别存在约600年和660年的驻留时间.经过驻留时间校正的新海面变化年代学序列,将渤海湾相对海平面达到现代高度的时间点确定为约6cal.ka B.P.,从而与全球海面变化的对比更为准确.渤海湾盆地的长期稳定下沉和沉积自重压实的共同作用,可能抵消了冰川均衡调整(GIA)引起的中全新世数米高的相对高海面.     

天津古贝壳堤、牡蛎滩的沉积特征及其环境意义

天津海岸带位于华北平原的东北部,渤海湾西岸,是海陆相互作用十分强烈的地区,以堆积地貌为主,沉积物组成以粘土质粉砂、粉砂质粘土和极细砂等组成,在海岸类型划分上属于沉降平原粉砂淤泥质海岸(天津市海岸带和海涂资源综合调查报告,1987)。本文主要对上古林古贝壳堤、驴驹河古贝壳堤和宁河命俵口村进行了现场实地考察和研究,结合前人对古贝壳堤的研究成果(蔡爱智,1981;王宏等,2000;徐家声,1994;     

渤海湾西岸的几道贝壳堤

渤海湾西岸出露或埋藏了多道贝壳堤,通过地质调查发现:贝壳堤的平面分布结构是沿着(或随着)渤海湾海岸由老至新(从岸—海)与海岸呈大致平行排列。贝壳堤的划分方案有两种,一种是从新至老,另一种是从老至新,本文采取后一种划分方法:即第Ⅰ道(老)—第Ⅵ道(新)贝壳堤。本文对每道贝壳堤的物质(岩性特征)组成与堆积特征进行了描述(图2～图7);对贝壳堤的几何形态特征进行了数理统计(表2);对贝壳堤形成的年代特征进行了对比分析(表3);对贝壳堤的生物组合特征等资料进行了归纳和整理;对贝壳堤的分道方案进行了对比分析(表1),揭示了贝壳堤的赋存状态、形成的年代及第Ⅰ道—第Ⅵ道贝壳堤所处的潮位变化(图8)。以形成贝壳堤这一独特的地质载体为基础,试图从渤海湾宏观整体的角度分析并揭示贝壳堤的成因机制(表4,图9),笔者认为广义的渤海湾是内陆的半泻湖(海),也可以视为局部海:山东庙岛列岛—辽东半岛构成了渤海的障壁海岸,在障壁海岸这样的自然地理和地貌条件下,通过大量的资料综合分析认为只有障壁海岸才是形成"科珀河型三角洲与喙状三角洲"的必然条件,而"科珀河型三角洲与喙状三角洲类型"等是形成障壁砂坝(障壁岛,障壁滩)—贝壳堤的或然条件,这就是贝壳堤成因的主要机制。