林春明張　霞鄧程文王　紅馮旭東劉芮岑

（1.內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室南京大學地球科學與工程學院 南京 210046；2.中國地質調查局青島海洋地質研究所 山東青島 266071）

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江蘇南通地區(qū)晚第四紀下切河谷沉積與環(huán)境演變

林春明1張霞1鄧程文1王紅2馮旭東1劉芮岑1

（1.內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室南京大學地球科學與工程學院 南京 210046；2.中國地質調查局青島海洋地質研究所 山東青島 266071）

摘 要采用層序地層學基本原理，以海平面升降旋回為主線，根據(jù)鉆井巖芯、古生物、測年和分析化驗等資料，探討了江蘇南通地區(qū)晚第四紀地層層序、層序界面、沉積特征及沉積環(huán)境的演變。結果表明，研究區(qū)晚第四紀發(fā)育三期下切河谷，形成了三套沉積層序，自下而上三個層序的地質時代分別相當于晚第四紀早期、晚第四紀中期和晚第四紀晚期。由于后期河流的強烈下切破壞，早期沉積層序往往被剝蝕殆盡，僅殘留下部的河床相粗粒沉積，造成不同期河床相的疊置；相對而言，晚第四紀晚期形成的下切河谷沉積層序以不同的沉積相組合被保存下來，自下而上劃分為河床、河漫灘、河口灣、淺海和三角洲5種沉積相類型，表現(xiàn)為一個較完整的沉積層序。晚第四紀晚期下切河谷底界面，是末次冰期海面下降，河流下切形成的侵蝕面，與河間地古土壤層頂面的沉積間斷面同屬一個地史期的產(chǎn)物，一起構成區(qū)域不整合面，界面上下巖性突變，其上的冰后期地層屬同一個海平面變化旋回，可互相對比，因而具有年代地層學意義。三期下切河谷層序的套疊結構表明，晚第四紀以來，研究區(qū)存在三次“低海面—海侵—高海面—海退”周期性海面變化。

關鍵詞晚第四紀地層 沉積特征 層序界面 下切河谷 江蘇南通

0 引言

下切河谷（incised valley）一詞最早由Fisk提出，用于描述密西西比河三角洲第四紀晚期下切河谷的特征［1］。一般是指因海平面下降、河流向盆地擴展并侵蝕下伏地層的下切河流體系，在海平面上升時期被充填的長條狀地形，以區(qū)域性的地層不整合面為底界［2］。從前寒武紀到現(xiàn)代，各個地質時期都有下切河谷形成，下切機制多與海平面升降有關［2-3］。近年來，許多作者研究了從晚第四紀低海平面到現(xiàn)代的下切河谷及其沉積充填過程［4］。最早報道晚第四紀以來下切河谷存在的是密西西比河地區(qū)，下切河谷的寬度最大達80 km，深逾120 m［1］，然后有法國的Gironde、Rhone、Charente和Leyre河［5-6］，美國東海岸的James河［7］，加拿大 Salmon河［8］等相繼報道了晚第四紀下切河谷的存在。我國晚第四紀以來下切河谷的研究起步較晚，主要從上世紀80年代開始，相繼在長江及東海大陸架［9-12］、錢塘江［13-15］、珠江［16］等河口三角洲地區(qū)發(fā)現(xiàn)了晚第四紀下切河谷。由此可見，晚第四紀下切河谷的研究得到人們越來越多的重視，是當前第四紀地質學、層序地層學和過去全球變化研究的熱點和重要內容。隨著20世紀80年代初層序地層學的興起，對下切河谷的研究也日漸深入。下切河谷和河口灣在近海沉積物的層序地層學解釋方面有重要作用，下切河谷的關鍵界面、充填物沉積特征是建立年代地層格架的主要鑰匙，也是層序地層學的焦點問題，它們一旦被認識，便可更好地理解淺海及非海相沉積環(huán)境的地層成因和分布。利用下切河谷充填物陸相和海相界限的變化，以及精確的測年分析可以確定古海平面位置，建立較為準確的海平面變化曲線，河谷的切割深度和沉積特征是研究海平面變化的最好素材。另外，下切河谷也常常是油氣及金、鉛、鋅等的富集場所，是勘探的重要目標［17］。因此，對下切河谷的進一步研究有著重要的理論和現(xiàn)實意義。

本文根據(jù)鉆井巖芯、古生物、測年和分析化驗等資料，探討了江蘇南通地區(qū)晚第四紀地層結構、下切河谷層序、層序界面的確定、沉積特征及沉積環(huán)境的演變。

1 研究方法

1.1 巖芯觀察與樣品采集

本次我們在江蘇南通地區(qū)海門市南海路南側利用旋轉鉆井進行了 ZK02孔全取芯工作（圖1）。ZK02孔地面標高2.3 m，鉆孔總進尺128 m，獲得無擾動巖芯111 m，取芯率87％。巖芯觀察、取樣時，首先將巖芯沿縱向剖開，一半作為檔案資料留存，一半用于沉積物顏色、巖性、沉積構造、上下層接觸關系等的描述、拍照和各類分析化驗樣品的采集。自孔深0.12 m至128.00 m分別采集了50個粒度、50個有孔蟲、4個測年樣品。

圖1　長江三角洲分區(qū)和晚第四紀晚期下切河谷分布圖（修改自參考文獻［10］）I.三角洲主體，II.三角洲南翼，III.三角洲北翼Fig.1 Subdivision of the Changjiang River delta area and distribution of the late stage of Late Quaternary incised-valley（modified from reference［10］）

1.2 粒度分析及參數(shù)計算

對于粒徑小于2 000μm的組分，采用英國Malven公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000激光粒度儀測試其粒度組成，該儀器粒徑分析范圍為0.02～2 000μm，粒徑分辨率為0.1φ。具體分析流程［18］為：①取3～5 g樣品放入燒杯中，加入適量濃度為0.1 mol/L的鹽酸，浸泡至不產(chǎn)生氣泡為止，以去除樣品中的碳酸鹽；②用吸管輕輕吸出上層反應廢液，在燒杯中加滿蒸餾水，靜置24小時，直至所有顆粒沉降下來、溶液清亮為止；③用吸管將上層清液吸出，在燒杯中加入適量濃度為10％的雙氧水，去除樣品中的有機質，不斷攪動待反應充分后靜置24小時直到氣泡不再產(chǎn)生為止；④小心去除上層反應廢液，給燒杯中加滿蒸餾水，靜置至溶液清亮；⑤用吸管將上層清液吸出，在燒杯中加入適量濃度為0.5 mol/L的六偏磷酸鈉溶液浸泡24 h，使樣品顆粒彼此分散；⑥用清水將儀器清洗3～5遍，洗凈儀器內的殘留樣品；⑦在儀器專用燒杯中注入清水，開啟激光粒度儀測量背景值；⑧將適量預處理后的樣品加入測量燒杯，用進樣器自帶的超聲波振蕩樣品3分鐘，以形成高分散的顆粒懸濁液供測定；⑨對樣品進行測量，同一樣品重復測量多次，挑選重合度最高的曲線以0.25φ間距輸出0.02～2 000 μm粒徑區(qū)間的沉積物百分含量。

對粒徑大于2 000μm的組分，采用篩析法進行粒度分析。取70 g樣品放入燒杯中，加入適量濃度為0.5 mol/L的六偏磷酸鈉溶液，用玻璃棒攪拌并靜置24小時后，用1φ間隔的多個標準篩進行篩分，然后對各粒級樣品烘干、稱重，并計算各粒級組分沉積物的百分含量。該實驗在南京大學海岸與海島開發(fā)教育部重點實驗室完成。

粒度參數(shù)的計算利用GRADISTAT程序［19］。平均粒徑和分選系數(shù)的計算公式如下：

式中，f為每組粒級的頻率百分數(shù)；m為對應粒級的中值粒徑。粒度和分選系數(shù)分級分別參考Udden-Wentworth標準和Folk-Ward分級方案［18］。

1.3 有孔蟲分析

所有有孔蟲鑒定樣品的處理均采用微體古生物學定量分析標準方法。將沉積物濕樣置于溫度為60℃的烘箱內烘干后，稱取適量干樣浸泡于自來水中2～3天，然后以250目銅篩沖洗掉其中的細粒組份，將剩余粗組分濕樣置于60℃烘箱內烘干、稱重。最后用100目銅篩（孔徑154μm）對粗組份進行干篩，并對大于 154μm組份中的有孔蟲進行挑選和鑒定［18］。有孔蟲的分類鑒定標準參考汪品先等［20］，鄭守儀和傅釗先［21］的屬種描述。

1.4 測年分析

本次ZK02孔沉積物定年采用加速器質譜放射性同位素碳測年（AMS14C）方法，是用以確定原先存活的動物和植物年齡的一種方法，與14C常規(guī)的測年方法相比，AMS14C定年所需樣品量小、工作效率高，適用的樣品品種豐富，是晚更新世以來地層定年最常用、最可信測年方法之一，其適用測年范圍主要為200～50 000年有機物質的年代。本次AMS14C定年材料選取貝殼和木屑，由美國BETA實驗室完成測試，以1950年為計時零年，14C半衰期取5568年，為了與前人測年數(shù)據(jù)對比，ZK02孔測年采用的是慣用年齡。

2 實驗結果

2.1 沉積特征

通過對ZK02孔巖芯沉積物顏色、巖性、沉積構造等特征的詳細觀察，結合粒度分析結果，將取芯井段巖芯自上而下劃分為18層（圖2），巖性描述如下：

（1）0.00～0.12 m，棕黃色耕作土，含植物根系。

（2）0.12～3.20 m，上部0.82 m為灰黃色黏土，見鐵質浸染和白云母碎片；下部2.20 m為灰色黏土夾粉砂薄層，黏土含量約為80％，2.50 m處見氧化斑現(xiàn)象。

（3）3.20～8.10 m，灰色粉砂質細砂與灰綠色砂質粉砂互層，夾黏土薄層。粉砂質細砂為主，約占60％，含較多白云母碎片，平行層理發(fā)育，砂質粉砂約占35％，黏土單層厚度約4～10 mm，7.75 m處夾炭屑薄層。

（4）8.10～16.00m，為灰黃色砂質粉砂夾灰色黏土薄層，平行層理、波狀砂紋層理發(fā)育。頂部0.30 m為深灰色黏土夾粉砂條帶，8.40～8.90 m和11.20～11.70 m砂泥層因生物擾動強烈而變形。8.50～8.70 m、9.24 m、9.31 m、14.30 m、14.55 m、15.20 m等多處夾炭屑薄層，單層厚度約5～10 mm，局部夾碳屑斑點，直徑約4 mm。

（5）16.00～21.40 m，灰褐色黏土與灰色粉砂質細砂薄互層，黏土層單層厚度約1～4 cm，18～19m段砂質含量明顯升高，19.30 m處夾砂質脈體，厚度約50 mm，主要成分為細砂，20.80 m處夾約10 mm厚的炭屑。

（6）21.40～23.00m，上部1.10 m為青灰色細砂夾黏土薄層和條帶，細砂中見較多極為破碎的貝殼碎片，偶見完整者，大小約5 mm×2 mm；下部0.50 m為灰色砂質粉砂夾黏土薄層和條帶，粒度變細，砂質主要為細砂。

（7）23.00～36.00m，上部9.38 m為深灰色淤泥質黏土，夾灰白、灰色細砂、粉砂薄層和團塊，富含有機質，26.30 m、26.75～27.00 m、30.50～30.75 m、31.75 ～32.00m處夾細砂，其中含較多極為破碎的貝殼碎片，偶見完整者，大小約5 mm×3 mm，壁厚約1mm。下部3.62 m為深灰色黏土與粉砂互層，局部夾細砂，富含有機質，發(fā)育波狀-水平層理。

（8）36.00～44.10m，上部1.70 m為灰色粉砂質砂，夾泥質條帶和團塊，發(fā)育塊狀層理。下部6.20m主要為灰色黏土，夾薄層灰白、灰色含礫粗砂、細砂質中砂、粉砂質砂、細砂等，黏土富含有機質，可與細砂、粉砂互層，發(fā)育波狀—水平層理、塊狀層理、平行層理。

圖2　江蘇省南通地區(qū)ZK02孔綜合柱狀圖a.晚第四紀早期地層：V3—河床相；b.晚第四紀中期地層：V2—河床相，IV2—河漫灘相；c.晚第四紀晚期地層：V1—河床相，IV1—河漫灘相，III1—河口灣相，II1—淺海相，I1—三角洲相Fig.2 The columnar section of ZK02 borehole in the Nantong area of Jiangsu Province，China

（9）44.10～51.05 m，上部2.15 m為青灰色細砂質中砂和粉砂質砂，夾泥質條帶和團塊，見鐵質浸染現(xiàn)象。下部4.80 m為灰黃、灰白色礫質粗砂，礫石含量約10％～15％，礫徑約2～10 mm，次圓狀，分選較好。46.25～47.85 m段有較多炭屑薄層和斑點，炭屑薄層可達160 mm厚，偶見較完整貝殼，大小約5 mm ×10mm，壁厚約2mm。

（10）51.05～54.85 m，本層為兩個上細下粗的旋回，上部旋回上部0.95 m為灰色黏土夾細砂、粉砂薄層和條帶，黏土單層厚度約10～30 mm，細砂、粉砂約2～12mm厚，發(fā)育韻律層理；下部0.85m為青灰色粉砂質細砂，局部夾砂質粉砂團塊。下部旋回上部0.95 m為灰色黏土夾細砂、粉砂薄層或團塊；下部1.05 m為青灰色粉砂質細砂，53.80～54.00 m見鐵錳浸染現(xiàn)象。

（11）54.85～62.90 m，灰色粉砂質黏土夾灰白色粉砂薄層，發(fā)育水平層理。黏土含量約占70％，粉砂單層厚度約2～20 mm。

（12）62.90～67.35 m，由青灰色細砂質中砂、中砂質細砂、粉砂質細砂等構成，局部夾少量薄層炭屑和灰黃色泥質條帶或團塊，65.30 m處炭屑層厚約10 cm，發(fā)育塊狀層理、平行層理。

（13）67.35～81.30 m，灰黃、青灰、灰色礫質粗砂、含礫粗砂、礫質細砂、細砂、粉砂質砂、砂質粉砂等，以礫質粗砂為主，礫石多為次棱角—次圓狀，分選一般或較差，塊狀層理和平行層理發(fā)育。整體構成多個下粗上細的正旋回，旋回上部為粉砂質砂、細砂等，下部為礫質粗砂、礫質砂等，旋回底界上下巖性突變，為流水沖刷面。

（14）81.30～88.65 m，深灰色黏土、粉砂質黏土、黏土質粉砂，可見零星貝殼碎片分布，84.80～84.50 m黏土因有機質含量升高而顯黑色。

（15）88.65～103.70 m，主要為灰、青灰色中砂質細砂，少量細砂質中砂、砂質粉砂等，發(fā)育塊狀層理、平行層理和交錯層理，含較多白云母碎片。89.64 m、92.47 m、95.25 m處分別發(fā)育8 cm、3 cm、5 cm厚的粉砂質黏土，96.68～97.10 m為灰色砂質粉砂，96.25 ～96.40m段常夾3～10mm厚炭屑，102.50m處夾17 cm灰黑色木屑層。

（16）103.70～113.00 m，黑灰、青灰、灰褐色砂礫石、礫質粗砂。砂礫石和礫質粗砂層礫徑一般2～10 mm不等，少數(shù)可達15～30 mm，磨圓度為次棱角狀、次圓狀，分選較差—中等，自下而上，礫石礫徑變小，含量減少。104.80 m處見貝殼碎片，偶見完整者，大小約12 mm×10 mm。104.45～104.60 m為灰褐、灰黑色木屑層，木屑呈塊狀，易剝成片狀。

（17）113.00～117.60m，灰、灰黃色礫質粗砂、礫質細砂，局部夾黏土層。礫石粒徑一般為2～5 mm，泥礫粒徑最大可達35 mm，磨圓度為次棱角—次圓狀，分選性差。

（18）117.60～128.00 m，青灰色細砂質中砂、中砂質細砂、粉砂質砂等，120.00～121.50 m段含少量泥質團塊和條帶，126.28～126.34 m為灰黃色黏土層，含白云母碎片。

2.2 有孔蟲特征

對ZK02孔1.71～126.60 m段共50個沉積物樣品做了有孔蟲分析，孔深63.70 m以下13個樣品中未見到有孔蟲殼體，63.70 m以上地層除54.80 m樣品未見有孔蟲外，其余樣品都見到有孔蟲殼體，62.30 m以淺地層開始大量出現(xiàn)有孔蟲，但有的層段有孔蟲數(shù)量很少（圖2）。

沉積物中的有孔蟲類型以底棲有孔蟲為主，豐度從數(shù)百枚/50 g干樣到數(shù)萬枚/50 g干樣不等，平均約為5 438枚/50 g干樣。底棲有孔蟲類型較豐富，單個樣品從僅含1種到最多45種不等，以30～40種居多。孔深63.70 m以上沉積物樣品中共發(fā)現(xiàn)71種底棲有孔蟲，以Ammonia beccarii（Linné）vars.、Elphidium magellanicum Heron-Allen et Earland、Epistominella naraensis（Kuwano）、Cribrononion vitreum Wang、Bolivina robusta Brady、Florilus decorus（Cushman et McCulloch）、Protelphidium tuberculatum（d＇Orbigny）、Bulimina marginata d＇Orbigny、Elphidium nakanokawaense Shirai、Nonionella atlanticus（Cushman）、Brizalina striatula（Cushman）、Astrononion tasmanensis Carter等為優(yōu)勢種。

浮游有孔蟲數(shù)量很少，不足有孔蟲總量的1％，且殼體細小，均為幼殼。

3 討論

3.1 晚第四紀地層結構與層序界面

3.1.1 地層結構及其控制因素

長江三角洲處在構造沉降帶，新構造運動在山區(qū)表現(xiàn)為局部上升，在沿海平原區(qū)主要表現(xiàn)為緩慢沉降運動，年沉降率以1～2 mm居多［22］。持續(xù)的構造沉降使之接受大量的河流沉積物，形成厚200～300 m的第四紀松散沉積層，上部100～150 m為陸、海相交互沉積層，以下為河流相沉積層［10］。中國沿海地區(qū)經(jīng)歷了多次海侵［23］，鉆井巖芯、測年等資料表明（表1），長江三角洲晚第四紀形成了三個下切河谷層序，自下而上三個層序的地質時代分別相當于晚第四紀早期、中期和晚期［24］，晚第四紀早期地層主要是距今125 000～60 000 yr B.P.期間沉積的，中期地層主要是距今60 000～25 000 yr B.P.期間沉積的，晚期地層為距今25 000 yr B.P.以來形成的。三期向東南延展的下切河谷具有明顯繼承性，河谷主體位置逐漸南移，規(guī)模也漸次變小，早期下切河谷十分寬廣，寬度超過150 km，深度80～140m；中期下切河谷寬55～80 km，深度70～120 m；晚期下切河谷寬20～70 km，深度30 ～100 m（圖1）［10，24］。早期形成的下切河谷層序往往被后期河谷的下切所破壞，僅殘留下部的河床相粗粒沉積，造成河床相的疊置，每個侵蝕面的上、下則出現(xiàn)年齡的突變［25］；相對而言，晚第四紀晚期（末次冰期以來）形成的下切河谷層序以不同的沉積相組合被保存下來（圖2）。下切河谷的形成主要經(jīng)歷了深切、充填和埋藏三個演化階段［15］，三期下切河谷層序的套疊結構表明，晚第四紀以來，研究區(qū)存在三次“低海面—海侵—高海面—海退”周期性海面變化。海平面下降時期是下切河谷的形成階段，海平面上升期是下切河谷的充填階段，下切河谷主要由河流侵蝕作用形成，并受基巖地質、氣候、植被、構造運動和河道作用控制［10，15］。研究表明，下切河谷充填具有復雜性，其沉積物可以從非海相經(jīng)由河口灣相，一直變化為開闊海相［4］。河口灣相疊加在河流相之上，河流相通常是盛冰期之后的海侵期下切河谷充填物（圖2）。下切河谷及其相關河口灣的沉積演化主要受沉積物供給、水動力條件、氣候和海平面變化控制［15，26-28］。下切河谷多分布在現(xiàn)代河口三角洲、陸架淺緩坡海洋沉積環(huán)境中，河口灣沉積是下切河谷系統(tǒng)的主要組成部分，是下切河谷體系被海淹沒部分，接受來自陸地和海域的沉積物，含潮汐、波浪和河流影響的沉積相，灣頂是潮汐沉積物分布的上限，灣口是海岸沉積相分布的下限［2］。河口灣僅形成于在相對海平面上升期（即海侵期），一般是海侵過程中，海水溢出下切河谷形成海灣，之后隨著沉積物堆積、海灣收縮而成，因此，河口灣在地質上是短暫的［2］，它是下切河谷充填的延續(xù)。加積使得河口灣遭受充填和破壞，河口灣變成三角洲。一旦河口灣沉積保存下來，就提供了海岸線和環(huán)境變化的重要信息。海侵河口灣沉積，一般在垂向剖面底部為河道砂，中部為河—海泥混合物，頂部是潮汐砂，然而，河口灣中沉積相垂向序列取決于河口灣類型和河口灣部位［29］。3.1.2 層序界面

層序界面是確定沉積層序的主要依據(jù)，下切河谷兩側壁和底部皆有河流基準面下降及降至最低點時形成的侵蝕面，該侵蝕面通常是識別下切河谷的主要依據(jù)，也是劃分下切河谷沉積層序，研究其結構的參考依據(jù)［30］。

根據(jù)地層顏色、巖性、古生物、測年和地層層序特征，ZK02孔鉆遇長江三角洲晚第四紀早期、中期和晚期三套下切河谷地層（圖2、表1），區(qū)分不同時期下切河谷沉積層序的主要依據(jù)其的底部侵蝕面，即層序界面。ZK02孔鉆識別出晚第四紀晚期和中期2個層序界面，晚第四紀晚期沉積層序底界在81.30 m處，為一河流侵蝕不整合面，侵蝕面之下為晚第四紀中期河漫灘相深灰色黏土，之上為晚第四紀晚期河床相灰黃、灰色礫質粗砂、含礫粗砂，巖性及顏色突變明顯（圖2），較易識別。長江三角洲下切河谷的兩翼為古河間地，古河間地曾經(jīng)暴露地表，發(fā)生沉積間斷，形成了硬黏土（古土壤），其頂界的沉積間斷面雖然與侵蝕面高程相差很大，但它們?yōu)橥粫r期產(chǎn)物［10，14］，一起構成區(qū)域不整合面，是劃分晚第四紀沉積層的可靠標志。不整合面在淺層橫波地震剖面上有著較為清楚的響應，而使用簡易物探方法，如EH-4電法所得到的電阻率等值線圖中，能夠將層序界面起伏形態(tài)更加清晰地反映出來［32］。

冰盛期，海平面下降的幅度大，增加了河流梯度、增強了河流下切作用，河流強烈下切造成河谷底部侵蝕面出現(xiàn)凸凹不平，沿河谷下切方向或自河間地向河谷中部方向有個逐漸變深的自然坡度。從區(qū)域上看，黃橋HQ03孔晚第四紀晚期下切河谷層序界面在71.70 m，南通九圩港05孔為80.50 m，崇明CH4孔為88.60 m，在往東南的長興島CX03孔為89.80 m［30］，再往東南的水下三角洲 C38孔已經(jīng)超過 100 m了［33］，此外啟東ZK01孔為83.40 m［34］，從上可見該界面自西北向東南傾斜，而且下切河谷主弘線偏南，在現(xiàn)今的長江入海主流線方向（圖1），形成了下切河谷西北部埋藏淺，東南部深，中部埋藏深，兩翼埋藏淺的地貌特征。

ZK02孔晚第四紀中期層序界面在113.00 m處，為一河流侵蝕不整合面，侵蝕面之下為晚第四紀早期河床相深灰、灰黃色礫質粗砂、礫質細砂，之上為晚第四紀中期河床相黑灰、青灰色砂礫石層，顏色和巖性突變明顯（圖2）。位于ZK02孔西北部的南通九圩港05孔，晚第四紀中期層序界面為108.50 m深處（表1），同晚第四紀晚期層序界面相似，自西北向東南逐漸變深。

表1　江蘇南通及相鄰地區(qū)晚第四紀沉積物測年數(shù)據(jù)Table 1 Dating of the Late Quaternary sediments from the ZK 02 borehole in the Nantong and ad jacent regions of Jiangsu Province，China

一般來說［14-15］，研究區(qū)暴露成陸始于冰期海平面下降之時，暴露自西向東依次推遲。冰消期海平面上升，發(fā)生海侵，海侵自東向西、自下切河谷向兩側漫溢，古地面自東向西逐漸淹沒，并接受沉積，因此區(qū)域不整合面自海向陸為一穿時面。海平面上升，海侵首先波及河床，下切河谷內開始接受沉積，隨后下切河谷內水體逐漸漫溢于河間地，河間地開始接受沉積，因此區(qū)域不整合面在平行海岸線方向上也是不等時面。當海平面相對上升速度變慢，逐漸達到其最大位置，海岸線向陸推移最遠，此時海底的沉積界面便為最大海泛面。最大海泛面位于淺海沉積層中，是沉積層序中唯一的等時面。最大海泛面之下地層自下而上為河床相、河漫灘、河口灣和淺海相，具有海水逐漸加深和海洋因素影響逐漸變強的特點，它們構成海侵沉積層序；最大海泛面之上地層為淺海相和三角洲相，具有海水逐漸變淺和海洋因素影響逐漸變弱的特點，它們構成海退沉積層序（圖2）。

3.2 沉積環(huán)境解釋

ZK02孔可識別出晚第四紀早期地層河床相（V3），晚第四紀中期河床（V2）和河漫灘相（IV2），以及晚第四紀晚期地層，即自下而上劃分為河床（V1）、河漫灘（IV1）、河口灣（III1）、淺海（II1）和三角洲（I1）5種沉積相類型，表現(xiàn)為一個較完整的沉積層序（圖2），各沉積相特征如下。

（1）晚第四紀早期河床相（V3） 位于孔深113.00～128.00m，相當于第17～18層。下部10.40m為青灰色細砂質中砂、中砂質細砂，局部夾黏土薄層和團塊，發(fā)育塊狀層理；上部4.60 m主要為灰、灰黃礫質粗砂，見泥礫（圖3a）。下部沉積物巖性均勻、分選較好，粒度分布集中，表明沉積期水動力條件較強、沉積環(huán)境較穩(wěn)定，而上部沉積物粒度變化較大，其中砂質沉積物的砂組分含量占絕對優(yōu)勢，顆粒粒度粗，分選性變化較大但總體較好（表2），說明水動力較下部增強，搬運介質擾動較大。該段沉積物顆粒較粗，無有孔蟲殼體和貝殼，沉積構造簡單，水動力條件較強且未受海洋環(huán)境影響，反映了河床相的沉積特征。

（2）晚第四紀中期河床相（V2） 位于孔深88. 65～113.00 m，相當于第15～16層，沉積層底界為一河流侵蝕不整合面。沉積物主要為黑灰、青灰、灰褐色礫石層、砂礫層、礫質或含礫粗砂、中砂質細砂組成，見多層木屑（圖3b）和炭屑薄層，整體含白云母碎片。該層段由多個沉積正旋回組成（圖2），旋回內部沉積物粒度向上逐漸減小，礫石含量減少（圖3c）。砂礫石層分選較差，而砂質沉積物顆粒較粗、分布較集中、分選較好（表2）。砂質沉積物概率累積曲線為以跳躍總體為主的兩段式，跳躍總體含量一般在70％以上，對應直線段傾角約為65°～70°，懸浮總體不超過30％，由2～3個粒度次總體組成，直線段傾角約20°～30°，跳躍與懸浮總體的截點在2～3φ之間；頻率分布曲線主要為單峰式，少數(shù)為雙峰，主峰眾數(shù)值主要分布在1.5～3.0φ之間，次峰眾數(shù)值多分布在4～6φ之間（圖4）。該段沉積物沒有見到有孔蟲和軟體動物殼體，也缺乏潮汐影響所形成的諸如砂泥互層等典型沉積構造，反映出當時沉積的動力環(huán)境已經(jīng)超過了潮流作用的限制，是一種未受海洋環(huán)境影響的水動力較強的河床相沉積。104.50 m木屑層的AMS14C測年大于43 500 yr B.P.（表1）。

（3）晚第四紀中期河漫灘相（IV2） 位于孔深81.30～88.65 m，相當于第14層，與相V2為連續(xù)沉積。沉積物主要為塊狀深灰色黏土、粉砂質黏土、黏土質粉砂，可見少量極為破碎的貝殼，84.80～84.50 m有機碳含量較高，黏土呈黑色（圖3d），88.60m處可見炭屑斑點。砂質沉積物以粉砂為主，平均粒徑明顯較相V2細，偏態(tài)波動很大，峰態(tài)較穩(wěn)定（表2）。相應的概率累積曲線形態(tài)大致為以懸浮總體為主的兩段式，懸浮總體含量可高達99％，由多個粒度次總體組成，對應直線段傾角約為50°～60°，分選性較差，跳躍總體極少，一般在1％左右，懸浮與跳躍總體的截點在4φ左右；頻率分布曲線主要為單峰式，主峰眾數(shù)值在7.0～8.5φ之間（圖4）。與相V2相比，本段的水動力條件變弱，未受海洋環(huán)境影響，具有典型河漫灘相的沉積特征［30］。

表2　江蘇南通地區(qū)ZK 02孔晚第四紀沉積物粒度特征參數(shù)Table 2 Grain-size parameters of Core ZK02 sediments of the Late Quaternary in the Nantong area of Jiangsu Province，China

圖3　江蘇南通地區(qū)ZK02孔典型沉積特征a.灰黃色礫質粗砂中泥礫，116.35m，相V3；b.灰褐、灰黑色木屑層，易剝成片狀，104.45 m，相V2；c.砂礫石向上漸變?yōu)榧毶百|中砂，103.90 m，相V2；d.黏土因富含有機質而顯黑色，84.80m，相IV2；e.次棱角狀礫石，粒徑約20 mm，77.50 m，相V1；f.灰色粉砂質黏土夾灰白色粉砂薄層，57.10 m，相IV1；g.灰色粉砂質砂與黏土不等厚互層，41.50m，相III1；h.灰白色礫質粗砂夾含炭屑薄層的灰色黏土，47.55 m，相III1；i.深灰色黏土與粉砂構成波狀—水平層理，34.75m，相II1；j.細砂層中夾較多白色貝殼碎片，30.60m，相II1；k.包卷層理，11.40m，相I1；l.灰黑色炭屑薄層，14.30m，相I1。Fig.3 Selected photographs of typical sedimentary characteristics from ZK02 borehole in the Nantong area of Jiangsu province，China

（4）晚第四紀晚期河床相（V1） 位于孔深62.90 ～81.30 m，相當于第12～13層，沉積層底界為一河流侵蝕不整合面。沉積物主要為礫質砂，其次為砂礫層、粉砂質砂、細砂質中砂和中砂質細砂等，礫石含量約5％～30％，礫徑在2～15 mm之間，最大可達30 mm，成分以石英巖和石英砂巖為主（圖3e），局部可見泥礫。與相V2沉積特征相似，由多個粒度向上變細的沉積旋回組成，所不同的是砂質沉積物平均粒徑變小、砂組分含量降低、分選性變差、峰態(tài)值升高且波動更大（表2）。沉積物概率累積曲線和頻率分布曲線特征與相V2相似?？傊?，該段沉積物以粗組分為主、分選較差、水動力較強、未受海洋環(huán)境影響，具有與現(xiàn)代河流沉積相似的巖性和沉積序列，因此可解釋為河流體系中的河床沉積［35-36］。

圖4　江蘇南通地區(qū)ZK02孔晚第四紀中期沉積物概率累積曲線和頻率分布曲線特征Fig.4 Probability accumulation and frequency distribution curves of sediments of themiddle stage of Late Quaternary in Core ZK02，Nantong area，Jiangsu province，China

（5）晚第四紀晚期河漫灘相（IV1） 位于孔深51.05～62.90 m，相當于第10～11層，與相V1呈整合接觸。該段下部為灰色、灰褐色粉砂質黏土夾灰白色粉砂薄層（圖3f），上部由兩個下粗上細的正旋回組成，均由青灰色粉砂質細砂向上漸變?yōu)榛疑ね翃A細砂、粉砂薄層或團塊，黏土無明顯臭味，巖芯較松散，整體色質均勻，本段頂部53.80～54.00 m沉積物見鐵錳浸染現(xiàn)象，說明沉積物遭受過氧化過程，可能為間斷性暴露地表。偶見姜結石，粉砂質黏土與粉砂互層而呈波狀-水平層理，并見平行層理、韻律層理和交錯層理。黏土中砂質沉積物以粉砂和砂為主，較相IV2，其平均粒徑變粗，分選性更差，峰態(tài)波動范圍更大（表2）。沉積物概率累積曲線和頻率分布曲線特征與相IV2相似。有孔蟲開始大量出現(xiàn)，但局部層位未見有孔蟲殼體，底棲有孔蟲豐度為321～10 432枚/ 50 g干樣，優(yōu)勢種以A.beccarii vars.、E.magellanicum、E.naraensis和C.vitreum為主，浮游有孔蟲的豐度也較大，有孔蟲群落特征顯示此階段沉積環(huán)境受海水影響明顯。綜上所述，此段沉積物可能為間斷性暴露地表、受海水影響的河漫灘相沉積。

（6）晚第四紀晚期河口灣相（III1） 位于孔深36.00～51.05 m，相當于第8～9層，與相IV1為連續(xù)沉積。該段下部6.95 m為灰黃色、灰白色礫質粗砂和青灰色細砂質中砂、粉砂質砂，礫質粗砂中的礫石含量約10％～15％，礫徑約2～10 mm，次圓狀，分選較好；上部8.10 m為灰色粉砂質砂和黏土（圖3g），夾薄層灰白、灰色含礫粗砂、細砂質中砂、細砂等，砂中常夾泥質條帶和團塊，黏土富含有機質，具輕微臭味，與細砂、粉砂互層，發(fā)育波狀—水平層理、塊狀層理、平行層理，見少量白云母碎片。47.85～46.25 m有較多炭屑薄層和斑點（圖3h），炭屑薄層最厚可達16 cm，偶見較完整的貝殼，大小約5mm×10mm，壁厚約2mm，含少量白云母碎片。對本段的砂質沉積物進行粒度分析，結果顯示以砂和粉砂組分為主，沉積物各組分含量、平均粒徑、偏態(tài)、峰態(tài)等粒度參數(shù)波動范圍較大且頻繁（表2）。概率累積曲線主要為兩段式，以跳躍總體為主，含量約70％，對應直線段傾角在70°左右，懸浮總體約30％，由2～3個粒度次總體組成，直線段傾角在20°～30°之間，跳躍與懸浮總體的截點在1～2φ之間；頻率分布曲線為雙峰式，主峰眾數(shù)值在2φ左右，次峰眾數(shù)值約為5φ（圖5）。沉積物粒度特征表明該沉積時期水體較為動蕩，沉積環(huán)境不穩(wěn)定。有孔蟲含量較高，但豐度和種數(shù)波動較大，底棲豐度為4～17 728枚/50 g干樣，優(yōu)勢種主要為A. beccarii vars.、C.vitreum、E.naraensis、E.magellanicum、F.decorus、B.robusta、B.marginata和A.tasmanensis，有孔蟲特征表明該沉積期受海水影響強烈。47.1 m貝殼的AMS14C測年10 950±40 yr B.P.（表1）。

圖5　江蘇南通地區(qū)ZK02孔晚第四紀晚期沉積物概率累積曲線和頻率分布曲線特征Fig.5 Probability accumulation and frequency distribution curves of sediments of the late stage of Late Quaternary in Core ZK02，Nantong area，Jiangsu province，China

（7）晚第四紀晚期淺海相（II1） 位于孔深23.00 ～36.00 m，相當于第7層，直接覆蓋在相III1之上。該層段沉積物下部3.62 m由4～10 mm左右的深灰色黏土與粉砂不等厚互層組成，局部夾細砂，富含有機質，具輕微臭味，發(fā)育波狀-水平層理（圖3i）；上部9.38 m為深灰色淤泥質黏土夾灰白色、灰色細砂、粉砂薄層和團塊，富含有機質，具輕微臭味，細砂夾層中含較多極為破碎的貝殼碎片（圖3j），偶見完整者，大小約5 mm×3 mm，壁厚約1 mm。砂質沉積物以粉砂組分為主，黏土和砂含量較少，平均粒徑較相III1細，分選性差，偏態(tài)以正偏為主且有少量負偏，峰態(tài)較穩(wěn)定（表2）。概率累積曲線呈略向上凸的一段式，幾乎均為懸浮總體，由多個粒度次總體組成，粒徑主要分布在5～9φ之間，直線段傾角在50°左右；頻率分布曲線主要為單峰式，粒度分布較寬，主峰眾數(shù)值在6～8φ之間（圖5）。上述特征反映出沉積期是弱水動力條件，沉積環(huán)境相對穩(wěn)定。

該層段有孔蟲豐度相對穩(wěn)定，底棲有孔蟲為462 ～12 192枚/50 g干樣，以A.beccarii vars.、C.vitreum、E.naraensis、E.magellanicum、F.decorus和P.tuberculatum（d'Orbigny）為優(yōu)勢種，底棲有孔蟲豐度較低，一般為26～992枚/50 g干樣。底棲有孔蟲以廣鹽性近岸生活的溫帶型和廣溫屬種居多，化石群與中國東部沿岸海域的現(xiàn)代生物群相似，屬種相當，生活在淺海區(qū)［23］。31.8 m貝殼的 AMS14C測年7 150±30 yr B.P.（表1）。

（8）晚第四紀晚期三角洲相（I1） 位于孔深0.12～23.00 m，相當于第2～6層。該段沉積物由砂質粉砂、粉砂質細砂、泥質粉砂、中砂質細砂、含細砂粉砂、含中砂細砂構成，以砂質粉砂、粉砂質細砂為主，水動力條件復雜，沉積構造多樣，發(fā)育水平層理、平行層理、塊狀層理、爬升波紋層理、包卷層理（圖3k）、波狀沙紋層理等，整體見白云母碎片，上部見多層炭屑薄層（圖3l）和鐵質浸染現(xiàn)象，局部見貝殼碎片。見多層炭屑薄層，單層厚度約5～10 mm，局部夾炭屑斑點，直徑約4 mm。粒度分析表明沉積物主要為砂、粉砂組分，與相II1相比，平均粒徑變粗，分選性變好，偏態(tài)更穩(wěn)定（表2）。概率累積曲線為以跳躍總體為主的兩段式，跳躍總體含量約80％～90％，對應直線段傾角在65°～70°左右，懸浮總體含量約占10％～20％，直線段傾角在20°左右，跳躍和懸浮總體的截點約為5φ；頻率分布曲線主要為單峰式，主峰眾數(shù)值主要分布在4～5φ之間（圖5）。該段沉積物顆粒較粗，分選性較好，以跳躍搬運為主，反映當時水體較為動蕩，水動力條件相對較強。底棲有孔蟲最為豐富但豐度變化范圍較大，一般在4枚/50 g干樣到22 272枚/50 g干樣之間，優(yōu)勢種以 E.naraensis、A. beccarii vars.、B.robusta、C.vitreum、E.magellanicum、F. decorus和B.marginata為主，浮游有孔蟲豐度最大可達4 992枚/50 g干樣。22.3 m貝殼的AMS14C測年2 710±30 yr B.P.（表1），這與前人認為三角洲相主要是在距今3 000年以來形成的觀點一致［37］。

4 結論

（1）以下切河谷底部的侵蝕面及河間地古土壤層頂面為層序界面，據(jù)此將江蘇南通地區(qū)晚第四紀地層劃分為三個層序，主體為三個下切河谷層序，自下而上三個層序的地質時代分別相當于晚第四紀早期、中期和晚期。三期向東南延展的下切河谷具有明顯繼承性，河谷主體位置逐漸南移，規(guī)模也漸次變小，早期下切河谷十分寬廣，寬度超過150 km，深度80～140m；中期下切河谷寬55～80 km，深度70～120 m；晚期下切河谷寬20～70 km，深度30～100 m。

（2）晚第四紀晚期下切河谷底界面，是末次冰期海面下降，河流下切形成的侵蝕面，界面上下巖石顏色和巖性都發(fā)生突變，與河間地古土壤層頂面的沉積間斷面同屬一個地史期的產(chǎn)物，可互相對比，一起構成區(qū)域不整合面，因而具有年代地層學意義。侵蝕面起伏不平，沿河谷下切方向或沿河谷邊緣向中部方向有個逐漸變深的自然坡度，即出現(xiàn)下切河谷西北部埋藏淺，東南部深，中部埋藏深，兩翼埋藏淺的地貌特征。

（3）早期形成的下切河谷層序往往被后期河谷的下切所破壞，僅殘留下部的河床相粗粒沉積，造成河床相的疊置，相對而言，晚第四紀晚期形成的下切河谷層序以不同的沉積相組合被保存下來，自下而上劃分為河床、河漫灘、河口灣、淺海和三角洲5種沉積相類型，表現(xiàn)為一個較完整的沉積層序。三期下切河谷層序的套疊結構表明，晚第四紀以來，研究區(qū)存在三次“低海面—海侵—高海面—海退”周期性海面變化。

致謝 本論文研究過程中得到徐振宇、魏乃頤、殷勇、殷啟春、蔣義敏、魯超、汪謙等人熱忱指導和幫助，在此致以衷心的感謝！

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Sedimentary Characteristics and Environmental Evolution of the Late Quaternary Incised-Valley Fills in the Nantong Area of Jiangsu Province，China

LIN ChunMing1ZHANG Xia1DENG ChengWen1WANG Hong2FENG XuDong1LIU RuiCen1
（1.State Key Laboratory for M ineral Deposits Research，School of Earth Sciences and Engineering，Nanjing University，Nanjing 210046，China；2.Qingdao Institute of Marine Geology，China Geological Survey，Qingdao 266071，China）

Abstract：This paper studies the sedimentary characteristics，stratigraphic sequence，sequence boundary and environmental evolution of the Late Quaternary incised-valley fills in the Nantong area，Jiangsu Province，based on the detailed analyses of core lithology，paleontology，14C dating，and so on.The results show that there are three episodes of incised valley developed in the study area resulting in the formation of distinct sedimentary sequences，which correlate to the early stage，themiddle stage，and late stage of late Quaternary，respectively，and showing three episodic sealevel change“l(fā)ow sea level-transgression-high sea level-regression”.The early two systems are incomplete due to the late strong incision and erosion，and are characterized by the superposition of fluvial sediments；while the last postglacial sequence is relatively completewith five sedimentary facies generated，i.e.，the fluvial channel，floodplain，estuary，shallowmarine，and delta.The basal erosionalsurface of the lastglacial incised valley fill，which was formed during the Last Glacial Maximum due to fluvial incision，can be correlated with the surface of stiff clay on the interfluves，indicating a significant chronostratigraphic nature.

Key words：Late Quaternary stratum；sedimentary characteristics；sequence boundary；incised valley；Nantong area of Jiangsu province

第一作者簡介林春明 男 1964年出生 博士 教授 沉積學和石油地質學教學與研究 E-mail：cmlin@nju. edu.cn

通訊作者張 霞 女 助理研究員 E-mail：zhangxiananjing@163.com

中圖分類號P534.63

文獻標識碼A

文章編號：1000-0550（2016）02-0268-13

doi：10.14027/j.cnki.cjxb.2016.02.006

收稿日期：2015-09-14；收修改稿日期：2015-11-11

基金項目：國家自然科學基金項目（41572112，41402092）；江蘇省自然科學基金項目（BK20140604）；南京大學“內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室”自主研究基金項目（ZZKT-201321）；中國石油大學（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室開放課題（PRP/open-1306）［Foundation：National Natural Science Foundation of China，No.41572112，41402092；Natural Science Foundation of Jiangsu Province，No. BK20140604；independent research foundation of State Key Laboratory for Mineral Deposits Research，No.ZZKT-201321；Open Fund of State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，No.PRP/open-1306］