东海长江口外陆架YZ06孔沉积环境演化及其对海平面变化的响应

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由冰期旋回引起的海平面振荡是控制陆架沉积体系的重要基本因素。第四纪期间,全球海平面曾发生多次波动,海平面的波动影响着世界各地河口和大陆架的地形演化和沉积物分布,之前的的研究表明全球各大陆架沉积体系域及地层层序与全球海平面变化之间的联系紧密。东海陆架作为世界上最宽阔的陆架之一,是西太平洋典型的河控型边缘海陆架,接受来自长江和黄河的巨量陆源碎屑物质,是中国东部大陆边缘主要的陆源沉积汇。因此,东海陆架沉积记录了丰富的地质和古环境信息,是研究沉积环境演化对晚第四纪海平面变化响应的最佳区域之一。  从全球海平面升降曲线来看,自晚更新世以来有3次不同程度的海侵,其中MIS5时期与现今相当或更高;MIS3时期,海平面则比现今低30~70m。东海陆架随海平面变化发育多次海进海退旋回,形成相应的海进海退沉积体系。学者们对东海陆架晚第四纪沉积地层、古河道沉积与下切河谷充填沉积、潮流沙脊沉积等对海平面变化的响应取得较多研究成果。但是,东海陆架第四纪沉积地层的研究主要集中在三角洲平原区及长江水下三角洲地区,关于中、外陆架区域沉积环境演化相对较少。因此探讨如下问题对正确认识陆架沉积环境将有重要的意义和价值:1、第四纪的海平面变化对长江口外东海陆架沉积环境产生了怎样的影响;2、该区域对海平面变化是如何响应的。  本文选取长江口外陆架作为研究区域,以YZ06孔(30°07.4932N,123°33.5980E)为重点研究对象,主要通过分析钻孔沉积相,并与邻近区域的钻孔进行对比(主要是DZQ4孔,DC2孔和SG7孔),研究长江口外地层结构、沉积体系和环境演化,分析晚第四纪以来长江口外沉积环境对海平面变化的响应,以期解决上面提出的问题。  YZ06孔自下而上可划分出5个沉积单元。U5沉积单元位于YZ06孔的最底部,由河流相组成,是本孔最早的海退沉积序列,是东海陆架的标志层,形成于MIS6阶段。U4沉积单元出现在YZ06孔41.5~58.7m,覆于U5河流相沉积之上,厚17.2m,发育浅海相→河流相→滨-浅海沉积,组成海进—海退—海进层序。在长江三角洲平原相变为滨海湿地及湖相沉积。根据沉积相分布特征以及3个>43ka B.P.的14C年龄,推测U4单元发育于MIS5阶段。U3单元由河流相沉积组成,厚约8.5m,同期出现长江三角洲地区的第2硬黏土层,推测U3单元形成于MIS4阶段。U2单元位于钻孔的8.3~33.0m,由河口三角洲以及浅海相组成,其他钻孔也都发育浅海-河口-近岸浅海相沉积,结合该钻孔获得的2个光释光测年数据,认为U2单元属于MIS3阶段。U1单元位于YZ06孔顶部0~8.3m,为中陆架浅海相,根据14C测年数据,U1单元形成于全新世3ka B.P.之后。  纵观整个孔的粒度,沉积物以砂和粉砂为主,平均含量为67.1%和29.3%,黏土平均含量为3.6%。粒度参数在垂向上具有明显的变化规律,自上而下由细变粗再变细,最后又变粗。YZ06孔平均粒径介于0.994~7.231Φ,平均为3.416Φ。分选系数介于0.573~3.347,平均为1.858,分选较差。偏态系数在介于-0.20.6~0.687,平均值为0.415,属正偏。峰态系数介于0.640~2.761,平均值为1.303,属窄峰态。砂含量在0.9~98.8%间波动,粉砂含量在29.4~84.6%间波动,黏土在3.6~25.3%间波动。从YZ06孔中每个沉积单元中典型的频率曲线发现除了外陆架浅海相纯黏土沉积物的曲线外,其余频率曲线均存在着大于4Φ的细尾,说明河口区域存在着的大量的细颗粒悬浮沉积物,可随波浪和潮汐作用扩散到研究区域。  根据对YZ06孔所测磁化率的趋势线拟合,较高的磁化率常出现在3Φ(细砂)附近的区间,且相对很少出现低值。磁化率与粒度的对应关系认为粉砂和黏土沉积物中的磁化率普遍较低,砂沉积物中的磁化率较高。磁化率与环境对应关系认为河流沉积环境(U4-2沉积单元)中磁化率最高,浅海环境(U1和U4-3)中的磁化率最低,进一步推论较低能的沉积环境磁化率较低,较高能的沉积环境磁化率较高。  YZ06孔的沉积物所含细粒物质较多时,有机质含量也相对较高,如浅海相沉积(0~8.3m和58.7~66.5m),反之粗粒沉积物中则较低,如河流相沉积(66.5~80.6m)。当沉积物以中细砂或粗砂为主,在强波浪、潮流环境或河流环境等高能环境,不利于有机质的富集,含量普遍较低,尤其在含砾粗砂中含量最低。碳酸盐的变化规律也亦如此,碳酸盐含量在海相的黏土—粉砂沉积物中含量较高(>3%),这主要与沉积中的有孔虫壳体有关。而在砂质沉积和陆相堆积中含量较低,但波动更为剧烈,暴露环境出现的钙质结核是碳酸盐含量变高的主要原因之一。  沉积演化研究发现,MIS6低海平面时期,东海陆架呈暴露状态,广泛发育了河流湖沼沉积。研究区发育河流相沉积,在河流层间出现约10cm的细粒层,含有丰富的有孔虫,可能与MIS6时期一次短暂的回暖有关。在MIS5(约128~75ka B.P.)阶段的高海平面时期,MIS5.5时期海平面上升,淹没前期由河流作用形成的下切河谷,填充浅海沉积,海平面上升至最高后,MIS5.4发生海退,研究区发育短暂的河流环境。MIS5.3~MIS5.1阶段,海平面再次上升,充填MIS5.4期间的下切河谷,发育滨-浅海沉积,当时长江三角洲滨岸平原区发育滨岸湿地环境。MIS4阶段(75~60ka B.P.),海平面下降,研究区发育河流相环境,内陆架暴露,发育以河流湖沼相为主的陆相沉积。在长江三角洲滨海平原常出现以MIS5顶部的沉积为母质,发育形成的笫二硬黏土层。  从MIS3.3至MIS2,海平面波动下降,研究区主要发育河口三角洲环境。MIS2阶段(约25~15ka B.P.),海平面开始大幅下降,长江河口向陆架不断延伸,当时东海的海岸线可能在140~160m等深线处(不考虑海底沉降和沉积物压实等因素)。整个东海暴露发育宽阔平坦的东海大平原。在平原的低洼处,发育湖泊,穿越平原的河流众多,发育河道、河口沉积。  MIS1阶段(约15ka B.P~至今),冰后期全球气候回暖,海平面开始快速回升。12ka B.P.前已经回升到现今60m等深线附近。大约在7kaB.P.接近现今的海面高度,开始发育长江三角洲。自3ka以来,研究区发育中陆架沉积环境,沉积了一套细颗粒的黏土和粉砂质黏土沉积。  MIS6阶段的东海大陆架,在全球气候变冷的大环境下,发生大幅度海退,在陆架上广泛发育了河流、湖泊沼泽陆相沉积层,范围广,厚度相对稳定,可作为东海陆架第四纪地层对比的标准层或标志层。随后MIS5阶段,海平面上升,填充MIS6期形成的下切河谷,海侵程度与现在相当。当时现今长江三角洲平原和内、外带浅海区从前期的陆相沉积开始发育不同的环境,出现明显海陆环境差异。
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