魏乃頤,楊獻忠,于俊杰,蔣仁,趙玲,張宗言,馬雪,勞金秀

(南京地質礦產研究所,江蘇南京210016)

長江三角洲頂部冰后期地層的沉積特征*

魏乃頤,楊獻忠,于俊杰,蔣仁,趙玲,張宗言,馬雪,勞金秀

(南京地質礦產研究所,江蘇南京210016)

鉆探證實,鎮(zhèn)江市諫壁鎮(zhèn)長江北岸高橋鎮(zhèn)北部埋藏硬粘土層,之上為冰后期松散沉積物。沉積物主要為粉砂、粘土質粉砂、砂泥互層,中部局部夾含細礫中細砂,頂部見淤泥質粘土;夾數(shù)十層植物炭屑層;以水平紋理為主,局部見小型交錯層理、波狀層理。表明冰后期以來該地處于水動力較弱的河湖環(huán)境,為多期湖沼相沉積夾汊道河流相沉積,局部有海相沉積物加入。根據(jù)碳化植物碎屑14C年齡,推測冰后期底界年齡約13 000 aBP,海侵到達該地的時間約為9 000 aBP,海侵最高位時間約為6 500 aBP。冰后期平均沉積速率約為4.9m/ka,湖沼相3.4～6m/ka,河流相10～15m/ka。對全新統(tǒng)的底界年齡和海相層的埋藏深度進行了討論。

長江三角洲;冰后期地層;全新世;松散沉積層;14C年齡;鎮(zhèn)江市

1 前言

晚更新世末(玉木冰期),氣候寒冷,全球性海面下降,最低海面時東海大陸架約有500～600 km露出水面,長江約在現(xiàn)在-150 m處注入大陸坡,即海岸線退至今天陸架外緣水深150 m處[1～6]。冰后期通常指最后一次冰川(玉木冰期)開始退縮以來的時期,它的標志之一就是世界海平面的上升。冰后期海侵大約始于距今15 000年[1],從而在東部沿海地區(qū)開始堆積了冰后期沉積層。冰后期的海進海退過程在三角洲地區(qū)是極為普遍的現(xiàn)象,必然反映在整個三角洲的地層層序上[2～4]。出于不同的研究目的和需要,目前長江三角洲江陰以下河口段及其兩側鉆孔資料、測年數(shù)據(jù)較多,因此研究程度也相對較高,并建立了較為準確的地層年代格架。頂部的鎮(zhèn)江-揚州-泰州河段僅有少量依據(jù)工程地質鉆探資料的巖石地層總結及少量14C測年數(shù)據(jù)[7,8],不但難以全面建立三角洲頂部全新世以來年代地層標尺,也難以全面描繪其沉積相細節(jié)、古地理地貌乃至新構造運動的特征。

基于正在開展的中國地質調查項目鉆孔資料,本文擬就長江三角洲頂部鎮(zhèn)江地區(qū)長江北岸鉆孔巖芯及生物和14C測年資料,分析討論冰后期沉積層的沉積特征。

2 鉆孔特征

2.1 巖性特征

在開展中國地質調查局“江蘇1∶5萬揚中市、江都縣、諫壁鎮(zhèn)、泰州市幅區(qū)調”項目過程中,為探討末次盛冰期以來長江河口的沉積特征及古河谷的地層層序、查明地表工程地質特性,項目組在鎮(zhèn)江市諫壁鎮(zhèn)長江北岸布置了數(shù)個地質及工程地質鉆孔,其中C24孔位于鎮(zhèn)江市諫壁鎮(zhèn)丹徒區(qū)高橋鎮(zhèn)北部的京江村(圖1)。該孔孔口海拔高程3.3m,終孔深度66m,并于64.7 m處鉆遇硬質粘土層。

圖1 C24孔位置示意圖Fig.1 Location of C24 drilling hole

2.2 地層劃分

根據(jù)沉積物特征、沉積相分析及微體古生物特征和14C年齡測定結果(表1),可以將該孔自下而上劃分出上更新統(tǒng)湖組和全新統(tǒng)如東組。

表1 C24孔巖芯碳化植物碎屑14C測年結果Table 1 14C dating data of carbon ized plant fragments in drill cores from C24 drilling hole

64.70～66.00 m,灰綠色、向下逐步過渡為黃褐色含粉砂粘土。頂部灰綠色含粉砂粘土較松散,可能系地下水浸泡所致,或發(fā)生短暫的風化剝蝕;未見長江侵蝕作用形成的底礫,表明該處硬粘土層形成后很快接受上覆地層的沉積。下部含灰綠色斑塊,見鐵錳質結核和浸染;偶見鈣質結核。綜合顏色、質地、巖性及成分等特征,表明該層為硬質粘土層。上覆地層63.45～63.50 m處碳化植物碎屑的14C年齡為12 588±310 aBP(表2),因此該層屬于上更新統(tǒng)。推測更新統(tǒng)與冰后期松散沉積層之間的界線約距今13 000 aBP。該硬粘土層的存在表明,該地沉積環(huán)境屬長江三角洲古河間地。

2.2.2 全新統(tǒng)如東組(Qhr)

(1)如東組下段(Qhr1):55.20～64.70 m,青灰色、褐灰色粉砂,夾少量褐灰色、棕紅色粉砂質粘土條帶;見大量碳化植物碎屑層;未見海相微體生物。其沉積環(huán)境為淡水湖沼相邊灘-漫灘沉積,局部為牛軛湖相。56.70～56.75 m處碳化植物碎屑的14C年齡為10 454±300 aBP,60.40～60.42 m處為11258±310 aBP,63.45～63.50 m處為12 588±310 aBP。因此本層歸屬如東組下段,推測其頂界年齡約距今9 000 aBP。

(2)如東組中段(Qhr2)

中段早時(Qhr2-1):33.90～55.20 m,據(jù)顏色和巖性,可分成三層:

下層40.10～55.20 m,灰色粉砂,水平紋理發(fā)育。頂部見少量泥質斑塊或條帶,含少量碳化植物炭屑,為湖沼相沉積。中下部見畢克卷轉蟲A mm onia beccariivars.(L ineé)等廣鹽性有孔蟲,底部見孔縫篩九字蟲Cribrononion polisuturalisHo,Hu etW ang等低鹽水體有孔蟲,但數(shù)量較少,海相性程度較低,顯示海水注入的時間短暫,為濱海潮坪相沉積。49.80～49.90 m段碳化植物碎屑14C測年為6 775±184 aBP,估計海侵在距今6 500 aBP左右達到最高位。

中層36.00～40.10m,為灰色粉砂與褐灰色粘土質粉砂-粉砂質粘土互層,水平紋理發(fā)育。底部偶見軟體動物碎片,為湖沼相漫灘沉積。

上層33.90～36.00m,為黃灰色-灰黃色中細砂,中部含少量中細礫,見大量腹足類、雙殼類碎片,及雙殼類光滑藍蛤A loides laevis(A.A dam s)較完整個體,為濱海河口汊道河流相沉積,局部伴隨強風浪搬運沉積。

49.80～49.90 m處碳化植物碎屑的14C年齡為6 775±184 aBP,因此該層歸屬全新統(tǒng)如東組中段早時,推測其頂界年齡約距今4500 aBP。根據(jù)沉積物特征分析,全新統(tǒng)中段早期是一套海進式濱海河口相沉積,上部被汊道河流沉積物所覆蓋。

中段晚時(Qhr2-2):3.60～33.90 m,根據(jù)顏色和巖性,又可分成兩期:

早期17.30～33.90 m,主要由兩個沉積旋回構成。每一旋回的上部均為黃灰色-灰黃色細砂,局部夾少量泥質斑塊,顯示汊道河流相沿岸砂壩沉積;旋回下部均為青灰色粉砂-青灰色粉砂與褐灰色、棕紅色粉砂質粘土互層,夾少量碳化植物碎屑。下部旋回見彎曲玻璃介Candona sinuosaHuang,Hou et Yang和布氏土星介,顯示靜水沉積的湖沼相環(huán)境,上部旋回見大量腹足類、雙殼類碎片,顯示浪基面附近存在波浪搬運作用;為濱海河口相邊灘-漫灘沉積,局部受河流、海水潮汐影響。

晚期3.60～17.30 m,主要為灰色-深灰色或青灰色粉砂,中下部夾少量棕灰色-褐紅色含粉砂粘土;水平紋理發(fā)育,并見小型波狀層理、交錯層理;見大量碳化植物碎屑層,為湖沼相牛軛湖靜水沉積環(huán)境。8.20～8.25 m處碳化植物碎屑的14C年齡為2387±140 aBP, 24.30～24.40 m處為3139±140 aBP,31.60～31.80 m處為3774±175 aBP,因此將該層歸屬全新統(tǒng)如東組中段晚時,推測其頂界年齡為1 600 aBP。

早期兩個旋回的沉積物粒度具有上粗下細特征,晚期沉積物粒度從上到下具有粗-細-粗的變化,具有典型的河口砂壩層序,表明中段晚時是一套河進海退式三角洲平原相邊灘-漫灘(潮間淺灘)沉積,局部牛軛湖相沉積。

(3)如東組上段(Qhr3):0～3.60 m,2.00～3.60 m為深灰色-灰黑色淤泥質粘土,含少量粉砂,夾少量未碳化-半碳化植物碎屑,屬近代河塘沉積,后被人工填土所填埋。根據(jù)全新統(tǒng)如東組中段頂界年齡,將該層歸屬全新統(tǒng)如東組上段。

2.3 沉積速率

根據(jù)14C測年結果(表1)以及推測的年齡(表2),計算得出冰后期全新統(tǒng)下、中、上三段和不同沉積相之沉積速率(表2,圖2)。全新統(tǒng)下段,由于為湖沼相沉積環(huán)境,沉積速率明顯較低,僅為2.5 m/ka;全新統(tǒng)中段,由于河流相、海相物質的加入以及局部的波浪搬運作用,沉積速率較高約7 m/ka;全新統(tǒng)上段,由于人類活動的干擾,難以得出真實的沉積速率,估計在8～10 m/ka之間。總體趨勢上,全新統(tǒng)從下到上,沉積速率逐步增大。沉積相上,湖沼相沉積速率最小在3.4～6 m/ka之間,全新統(tǒng)中段晚時,由于河流相沉積物的加入及波浪影響,局部湖沼相沉積速率較高為8 m/ka;河流相沉積速率一般高達15 m/ka左右,全新統(tǒng)晚時早期局部受湖沼相影響而變低,為10.5 m/ka左右。由于該孔從下到上多為河湖相,局部有汊道河流相、海相物質的加入,因此總體上沉積速率略偏低,冰后期平均沉積速率大約為4.9 m/ka。

圖2 C24孔冰后期松散層沉積速率Fig.2 Deposition rates of post glacial strata shown in C24 drilling hole

3 冰后期沉積層的形成過程

位于長江三角洲頂部鎮(zhèn)江市諫壁鎮(zhèn)丹徒區(qū)高橋鎮(zhèn)南部在大理冰期低海面時,形成了一套質地堅硬的含粉砂粘土(硬土層)。冰后期,海面上升,基面抬高,導致長江古河谷及古沖溝的充填。本孔硬土層以上疏松沉積物底層碳化植物碎屑層14C年齡為12 588±310 aBP年,因此該孔整個冰后期沉積層是距今12 600～13 000 aBP年以來的產物。

冰后期海面上升對河口及三角洲地區(qū)的影響,不僅表現(xiàn)為海水的進侵,還包括河口以上的回水及河床水面比降減緩而引起的溯源堆積等因素。海面上升初期,鎮(zhèn)江地區(qū)沉積層底部主要是溯源堆積和回水影響的產物,是一套海進河床充填層序[7]。鎮(zhèn)江海侵以長江三角洲河間地逐漸被淹沒為特征,自東向西,自古河谷向兩側逐漸擴展接受濱海沉積。在古河谷的低洼處,海平面上升使排水不暢,積水而成淡水沼澤,局部出現(xiàn)淡水湖泊沉積,明顯地反映出陸相特征[9]。鎮(zhèn)江市諫壁鎮(zhèn)丹徒區(qū)高橋鎮(zhèn)南部鉆孔正是在這樣的海進背景下充填的產物。該孔在埋深51.15 m處開始出現(xiàn)海相微體生物,主要為含畢克卷轉蟲A mm onia beccariivars. (L ineé)等廣鹽性有孔蟲和孔縫篩九字蟲Cribrononion polisuturalisHo,Hu etW ang等低鹽水體有孔蟲,說明此時海水進侵已達這一地區(qū),但數(shù)量較少,海相性程度不高,表明當時長江三角洲頂部鎮(zhèn)(江)揚(州)地區(qū)是一個廣闊的濱海河口灣。根據(jù)14C年齡和沉積率推算,海水到達此地的時間約為距今9 000 aBP年,與前人的研究[10～12]基本相吻合。因此在距今13000～9 000 aBP期間,鎮(zhèn)江地區(qū)冰后期沉積層為海進充填的陸相層。

但是,與其他地區(qū)沉積特征所不同的是,該孔從冰后期接受沉積以來,似乎一直處于與外界隔絕的“封閉”的湖沼環(huán)境。大約在埋深36 m才經受一次河流相充填并伴隨風暴潮搬運,沉積了一套黃灰色-灰黃色含細礫中細砂,見大量腹足類、雙殼類碎片及少量雙殼類光滑藍蛤A loides laevis(A.A dam s)較完整個體,未發(fā)現(xiàn)有孔蟲等海相生物標志,在33.60～33.70 m處見彎曲玻璃介Candona sinuosa Huang,Hou et Yang和布氏土星介,仍然顯示靜水沉積環(huán)境。大約在埋深30m,沉積了一套青灰色粉砂,浪基面附近存在波浪搬運作用且可能受風暴潮影響,見大量腹足類、雙殼類碎片,也未發(fā)現(xiàn)有孔蟲等海相生物標志,進一步表明當時長江三角洲頂部鎮(zhèn)(江)揚(州)地區(qū)是一個廣闊的濱海河口灣,局部為汊道河流沉積,暗示全新統(tǒng)中段晚時環(huán)境的變化與動蕩。全新統(tǒng)上段,三角洲沖積平原形成后,大幅度的沉積與侵蝕水動力條件已不具備,但局部以升降為主的新構造運動及地形、微地貌的改變均影響著河谷的均衡調整。

長江北岸三角洲平原地勢平坦,入江水道密集,季節(jié)性徑流攜有大量泥沙入江,粘土、粉砂質粘土及粘土質粉砂不斷疊積,使北岸淤積速度加快,灘地日愈拓寬,長江主航道逐步南移,南岸近鄰鎮(zhèn)江市諫壁鎮(zhèn)大港地區(qū)的崗地及山,地勢雖起伏較大,但入江泥沙量遠少于北岸,在落潮流強大的沖刷力作用下,致使岸線依然向陸退縮。大約在2600 aBP后,該地再次轉入以牛軛湖相為主的沉積環(huán)境,并見大量碳化植物碎屑層。由此可見,冰后期以來該地處于水動力很弱的河湖環(huán)境,主要是多期湖沼相沉積疊加夾汊道河流沉積,高海侵時有少量海相沉積物加入。

綜上所述,長江三角洲頂部的沉積層是距今年13 000 aBP以來形成的松散沉積層,在剖面上自下而上表現(xiàn)出河湖相→海陸過渡相→汊道河流相→湖沼相→牛軛湖相的變化,反映出冰后期三角洲地區(qū)海侵海退的統(tǒng)一過程。

4 討論

4.1 關于海相層埋深

對長江三角洲而言,玉木冰期最盛時,海平面低于現(xiàn)今海面約130m,東海陸架當時為一廣闊的平原。距今15 000 aBP前,海面開始上升,直到距今11 000 aBP前海平面已上升到現(xiàn)代海面的-60m處,形成一道古海濱砂體,其14C年齡為11 340±550 aBP。以后,隨著海面的上升,海水同時沿喇叭形的長江古河谷上溯。海相層則繼續(xù)由東向西擴展。在長江三角洲東部啟東地區(qū),埋深28～31.5 m處的貝殼砂堤14C年齡為10 100±160 aBP年[13],在長江三角洲頂部南岸鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)距長江約南岸2 km處,在埋深13.5 m以上才出現(xiàn)海相生物,海侵到達的時間為8 900 aBP年左右[7]。雖然在長江古河谷地區(qū)自東向西冰后期海侵到達的時間有先后之分,海相層的埋深也不同,即東部地區(qū)海相層開始堆積的時間較早,其埋深較大,西部地區(qū)則形成時間較晚、埋深也淺。但是,對于本孔而言,在埋深55.15m處就已經出現(xiàn)海相生物,推測的海侵到達時間大約距今9 000 aBP。同為鎮(zhèn)江丹徒地區(qū),一個在長江南岸(距離長江約2 km),本孔在長江北岸,在海侵達到時間基本相同的情況下,為什么海侵層的埋深會有如此大的差距?而且,該孔所見硬粘土層的埋深在64.7m,較東部長江兩側第一硬粘土層埋深于25 m以淺[14]要深得多。這些現(xiàn)象是暗示該地處于持續(xù)的構造下沉環(huán)境,還是與南部長江斷裂帶活動有關?值得進一步深入研究。

4.2 全新統(tǒng)底界年齡

冰后期的標志之一就是全球海平面的上升,其海侵時間大約始于距今15 000 aBP[1]。我國東部沿海地區(qū)也在這一時期開始堆積冰后期沉積層。目前,全新統(tǒng)的底界年齡一般為距今12 000～10 000 aBP[15],但這一年齡與本文推測的該孔冰后期沉積層的底層13 000 aBP略有差異。本孔硬粘土層頂部較為松散,其上覆松散層主要為處于還原沉積環(huán)境的灰色-褐灰色、含大量碳化植物碎屑層并夾少量粘土質的粉砂,未見河流相砂礫滯留沉積。因此,硬粘土層之上松散沉積物均為冰后期沉積,其中15 000～12 000 aBP大致為冰消期沉積,但本孔缺失15 000～13 000 aBP沉積物,可能在硬粘土層頂部存在短時間的沉積間斷。

由于我國東部沿海地區(qū)冰后期海相層受離岸遠近以及原始地貌的控制構成一個不等時面,即冰后期海侵層的形成過程中存在著時間上的差異,因此今后的研究應綜合考慮同位素年齡、沉積旋回、氣候、生物等多種因素,才能達到較合理、較準確劃分和對比東部沿海地區(qū)第四紀晚期地層特別是冰后期沉積層的目的[16]。

5 結論

(1)鉆探證實,鎮(zhèn)江市諫壁鎮(zhèn)長江北岸高橋鎮(zhèn)北部,埋藏硬粘土層之上為冰后期松散沉積物。沉積物主要為粉砂、粘土質粉砂、砂泥互層,中部局部夾中細砂,頂部見淤泥質粘土,夾數(shù)十層植物炭屑層;以水平紋理為主,局部見小型交錯層理、波狀層理。表明冰后期以來該地處于水動力較弱的河湖環(huán)境,為多期湖沼相沉積夾汊道河流相沉積,局部有海相沉積物加入。

(2)根據(jù)鉆孔巖芯特征、生物特征、碳化植物碎屑14C年齡,推測該地冰后期底界年齡約距今13 000 aBP,海侵達到該地的時間約距今9 000 aBP,最大海侵約距今6 500 aBP。推測冰后期平均沉積速率約為4.9 m/ka,湖沼相3.4～6 m/ka,河流相10～15 m/ka。

(3)在海侵時間基本相同的條件下,該地海侵層埋深較已有報道存在著較大差異,表明該處長期處于斷陷盆地內,為邊沉積、邊沉降的沉積環(huán)境。是否屬于長江斷裂帶一部分,值得進一步研究。

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Sedi mentary features of postglacial strata at the top of Changjiang River Delta

W EIN ai-yi,YAN G Xian-zhong,YU Jun-jie,J I AN G Ren ZHAO L ing,ZHAN G Zong-yan,MA Xue,LAO Jin-xiu
(N anjing institute of Geology and M ineral R esources,N anjing,210016,China)

It is confirmed by borehole data that the sediments above the buried hard clay layer in northern Gaoqiao town,Zhenjiang city,north bank of Yangtze R iver,are postglacial loose sediments.Sediments are mainly silt,clayey silt and sand intercalated w ith mud(sandmud);the medium-fine sand w ith fine gavel is found in the m iddle part and the puddly clay at the top.There are tens of carbonized plant fragment interbeds in sediments.The lam ination types of postglacial strata are primarily horizontal lam ination and locally smallscale cross lam ination and wave lam ination,indicating weak hydrodynam ic fluviolacustrine deposition environment since postglacial period and sedimentary facies dom inated by multiphase lake basin bog facies intercalated w ith limnetic facies and branch fluvial facies locally w ith marine sediments added in early stage.A ccording to14C ages of carbonized plant fragments,it is inferred that the boundary age between Pleistocene and postglacial strata is about 13 000 aBP,the transgression arrived at 9 000 aBP and the high est transgression position appeared at about 6 500 aBP.The deposition rate of postglacial strata is about 4.9 m/ka,that of limnetic facies about 3.4～6 m/ka and that of fluvial facies about 10～15 m/ka.The boundary age of Holocene and the buried depth of marine layer are also discussed.

Changjiang R iver Delta,postglacial strata,Holocene,loose sediment layer,14C age,hard clay layer,Zhenjiang city

book=79,ebook=1

P534.63

A

2009-09-03

中國地質調查局地質調查項目(項目編號:1212010781020)資助。

魏乃頤(1952～),男,教授級高工,主要從事沉積學及第四紀地質研究。