彭杰，楊小強*，強小科，劉春蓮，李劍，林清龍，翁元忠，周綺嫻，丁潔瑩

1 中山大學(xué)地球科學(xué)與地質(zhì)工程學(xué)院，廣州　510275 2 中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所，黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國家重點實驗室，西安　710061 3 浙江省地質(zhì)調(diào)查院，杭州　311203

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錢塘江河口周邊鉆孔磁性地層學(xué)研究及意義

彭杰1，楊小強1*，強小科2，劉春蓮1，李劍3，林清龍3，翁元忠1，周綺嫻1，丁潔瑩1

1 中山大學(xué)地球科學(xué)與地質(zhì)工程學(xué)院，廣州510275 2 中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所，黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國家重點實驗室，西安710061 3 浙江省地質(zhì)調(diào)查院，杭州311203

長江三角洲地區(qū)的沉積歷史和特征，是揭示我國東部沿海區(qū)域新生代以來構(gòu)造演化與地理格局形成過程的重要窗口.本文基于磁性地層學(xué)方法，結(jié)合AMS14C和光釋光測年數(shù)據(jù)以及該地區(qū)硬質(zhì)黏土標(biāo)志層，對分布于錢塘江河口兩側(cè)的五個鉆孔建立年代地層框架.結(jié)果表明，除河口北部一個鉆孔底部年齡至高斯正極性期外，其余鉆孔顯示南部地區(qū)約200 ka BP以來才開始沉積，最南端晚至約60 ka BP.與該地區(qū)已有鉆孔磁性地層學(xué)資料進行對比，認為長江三角洲部分區(qū)域沉積年齡超過百萬年和“北厚南薄、東厚西薄”的特征，主要是受早期區(qū)域構(gòu)造背景的影響，而長江三角洲大范圍的沉積發(fā)生自約200 ka BP以來，受構(gòu)造緩慢沉降和海平面變化控制的細顆粒(黏土-粉砂粒級)從晚更新世才開始沉積，約60 ka BP以后擴大至整個三角洲區(qū)域.

錢塘江河口；磁性地層學(xué)；沉積物年代框架；沉積歷史

1　引言

長江三角洲是東亞第一大河流——長江流入東海的海陸交匯產(chǎn)物(Li et al.,2000).研究其發(fā)育歷史和沉積特征可以揭示長江三角洲地區(qū)構(gòu)造運動(周積元和鄭家欣，1987；Chen and Stanley,1995;Li et al.,2002;Ren et al.,2002)和中國東部海平面升降規(guī)律(朱玉榮，2000；沈明潔，2002)等重要科學(xué)問題.諸多學(xué)者對長江三角洲沉積特征和地層年代進行了長期研究，既得到了一些共識，也存在著重要的爭議.比較一致的認識：(1)長江三角洲存在北厚南薄、東厚西薄的特征，其最早沉積中心是第三紀(jì)開始沉積的蘇北地區(qū)，南部除太湖凹陷附近，其他區(qū)域均從第四紀(jì)開始以上海崇明島地區(qū)為中心沉積(Chen and Stanley,1995;陳中原，2001).(2)長江三角洲南北翼沉積特征存在巨大差異，原因之一可能是古長江在上新世以前是流經(jīng)蘇北盆地而向東注入黃海(賈軍濤等，2010；Zheng et al.，2013).(3)河間地風(fēng)化形成的土壤層，一般稱為硬質(zhì)黏土層(陳中原，2001)是很好的地層對比標(biāo)志層，在劃分中更新世與晚更新世界限、晚更新世與全新世界限方面都起到了重要作用(王張華等，2008；李保華等，2010)等等.

在長江三角洲沉積的研究中，主要的問題和爭議之一是地層年代的不確定性.例如：缺乏足夠的年齡數(shù)據(jù)來系統(tǒng)分析三角洲演化的歷史(邢歷生等，1986)；長江三角洲大規(guī)模沉積是始于中更新世還是晚更新世晚期(陳靜等，2007；張丹等，2009)等存在不同的認識.另外一方面，作為地層對比標(biāo)志層的“硬質(zhì)黏土層”由于容易遭受侵蝕而在某些地區(qū)缺失，選擇其作為地層劃分標(biāo)志層是否可靠等有待進一步研究(李保華等，2010；張平等，2013).

在長江三角洲沉積物研究的歷史過程中，鉆孔沉積物缺乏充足而精準(zhǔn)的測年物質(zhì)來建立地層年代框架，而根據(jù)巖性相對變化建立的空間對比方案則缺乏足夠的說服力(李保華，2010).磁性地層學(xué)在長江三角洲地層年代框架建立及其對比方面發(fā)揮了重要的作用，大部分鉆孔沉積物都記錄了布容期、松山期和高斯期三個地磁極性區(qū)間，表明這些松散沉積物底部的年齡為2.5—3.6 Ma(邢歷生等，1986；鄒松梅等，2000；黃湘通等，2008；繆衛(wèi)東等，2008；張平等，2013).然而分析不同鉆孔巖性特征，不難發(fā)現(xiàn)所有鉆孔中部至底部存在大量的古河流相沉積，且不同地區(qū)鉆孔巖性隨時間的變化并不具有一致性和統(tǒng)一性，這說明整個長江三角洲地區(qū)伴隨著穩(wěn)定構(gòu)造下沉而發(fā)生大規(guī)模沉積的時間并非那么早.而且，對長江三角洲南部——錢塘江河口地區(qū)，特別是錢塘江南岸地帶，比較系統(tǒng)的沉積學(xué)研究相對較少，不利于對整個長江三角洲沉積特征進行全面認識.因此，研究錢塘江河口地區(qū)，通過地磁漂移或事件建立比較完整而準(zhǔn)確的沉積地層年代框架，并與北部以至整個長江三角洲地區(qū)進行對比，可以較深入了解長江三角洲南部地區(qū)的沉積歷史特征，從而闡述整個長江三角洲沉積發(fā)育史，分析該地區(qū)受構(gòu)造背景、海平面升降和區(qū)域構(gòu)造下沉等因素控制而帶來的沉積規(guī)律，為該地區(qū)進行進一步的構(gòu)造演化和古氣候、古環(huán)境變化等科學(xué)問題研究提供參考.

2　地質(zhì)背景

錢塘江河口位于中國東部長江三角洲南翼地區(qū)，通常分為三段，分別為近口段、河口段和杭州灣(張伯虎和曹穎，2013).本次研究鉆孔位于后兩段流經(jīng)區(qū)域.該地區(qū)西部和南部為山丘，東部和北部為沖積平原，經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運動和復(fù)雜的演化(姚琪等，2010)，屬于中國東部新華夏構(gòu)造體系(Lin et al.，2005).從第四紀(jì)開始，杭州灣地區(qū)處于浙北持續(xù)上升與三角洲穩(wěn)定下降的過渡地帶(Lin et al.,2005).浙江省內(nèi)最大的北東向江山—紹興斷裂穿越該區(qū)，以此斷層為界劃分了東南的華夏地塊和西北的揚子準(zhǔn)地臺(丁伯陽等，2003).鉆孔所在區(qū)域最顯著的斷層如圖1所示，為北西向的長興—奉化斷裂帶(自浙江湖州市長興縣至浙江奉化市)(姚琪等，2010)，而距杭州灣東北45 km的地區(qū)，有許多走向為西北向、傾角大于45°的中更新世斷裂(火恩杰等，2003).該區(qū)自燕山晚期火山活動后，新構(gòu)造運動比較微弱，山區(qū)地帶緩慢上升，平原地帶緩慢下降，構(gòu)造運動引起的地殼升降速度遠小于海平面升降速度(Lin et al.,2005).該地區(qū)氣候?qū)儆趤啛釒С睗駳夂?，年平均溫?5 ℃，年降水量1000～1800 mm(王建華等，2006).

本次研究選擇的五個鉆孔巖心來源于2010年開始的浙江省第四系地質(zhì)調(diào)查項目(由浙江省地質(zhì)調(diào)查研究院實施).鉆孔位于浙江省北部、錢塘江河口段—杭州灣的南北側(cè)(見圖1)，均鉆至基巖風(fēng)化層.基巖為白堊紀(jì)灰色砂巖或紫紅色火山凝灰?guī)r(黃湘通等，2008).其中，CSB-4鉆孔(120°23′32″E，30°45′20″N)位于湖州市，孔長150 m；CSB-6鉆孔(120°38′00″E，30°31′39″N)位于嘉興海寧市，孔長193 m；此兩鉆孔位于錢塘江河口北部地區(qū).CSB-7鉆孔(120°38′00″E，30°31′39″N)位于紹興市，孔長63 m；CSB-8鉆孔(120°50′18″E，30°08′50″N)位于紹興上虞市，孔長105 m；CSB-9鉆孔(121°04′18″E，30°13′15″N)位于寧波余姚市，孔長146 m.此三鉆孔位于錢塘江河口南部地區(qū).鉆孔巖性以黏土、粉砂質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土和泥質(zhì)粉砂、粉砂、砂、礫為主.

3　實驗樣品和方法

3.1樣品采集

將巖心垂直剖開，分別進行巖心描述和取樣.用具有方向標(biāo)記的2 cm×2 cm×2 cm的立方體古地磁專用塑料盒進行取樣.CSB-6鉆孔采樣間隔為10 cm，CSB-4、CSB-7、CSB-8、CSB-9鉆孔采樣間隔為20 cm.個別層位因受擾動或者巖性為含礫中粗砂和礫石而無法進行采樣，以及為減少重復(fù)測試，在不影響年代框架建立這一前提下，某些鉆孔頂部至一定深度內(nèi)未進行古地磁取樣.獲得的樣品主要以黏土、粉砂質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土和泥質(zhì)粉砂、粉細砂為主，最終共取得古地磁樣品1931個.其中，CSB-4鉆孔取樣深度為22.5～125.8 m，共取樣389個；CSB-6鉆孔取樣深度為2.1～182 m，共取樣845個；CSB-7鉆孔取樣深度為23.1～55.9 m，共取樣159個；CSB-8鉆孔取樣深度為1.1～69 m，共取樣209個；CSB-9鉆孔取樣深度為35.1～132.9 m，共取樣329個.樣品取回后裝箱密封，放至0 ℃的恒溫冰柜進行冷藏直至測試.

圖1　研究鉆孔位置及穿越鉆孔區(qū)域主要斷裂帶(丁伯陽等，2003；姚琪等，2010)示意圖● 本次研究鉆孔；▲ 前人磁性地層學(xué)研究鉆孔.Fig.1　Locations of drill boreholes and major faults (Ding et al.,2003;Yao et al.,2010)● Cores of this study;▲ Cores of previous work.

3.2實驗方法與結(jié)果

3.2.1古地磁測試

古地磁測試于2013年在中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所古地磁與環(huán)境磁學(xué)實驗室進行.在2G-760 U-Channel巖石超導(dǎo)磁力儀測量樣品的天然剩磁(NRM)和特征剩磁.根據(jù)樣品天然剩磁強弱情況不同，選擇兩種交變(AF)退磁梯度步驟，分別為(0 mT、5 mT、10 mT、15 mT、20 mT、25 mT、30 mT、35 mT、40 mT、50 mT、60 mT、70 mT、80 mT)及(0 mT、5 mT、10 mT、15 mT、20 mT、25 mT、30 mT、35 mT、40 mT、45 mT、50 mT).受限于儀器精度，對于磁性較弱的樣品，均在其強度退至10-10Am2數(shù)量級即停止退磁.

3.2.2巖石磁學(xué)測試

為了解磁性礦物的種類，選取典型樣品進行巖石磁學(xué)測試.測試于2015年在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所古地磁實驗室進行，測試儀器為美國普林斯頓儀器公司生產(chǎn)的MicroMag 3900，樣品分別進行磁滯回線、等溫剩磁獲得曲線(IRM)及剩磁矯頑力(Bcr)測量.并將所有樣品在中山大學(xué)地球科學(xué)與地質(zhì)工程學(xué)院進行低頻(470 Hz)磁化率測量，測量儀器為英國生產(chǎn)的Bartington MS-2型雙頻磁化率儀.

3.2.3同位素年齡測試

(1)AMS14C測年

在各鉆孔選取有機質(zhì)豐富的巖心段樣品篩選測年物質(zhì).主要包括：貝殼、貝殼碎屑、木屑、植物碎屑等.對于沒有篩選到有效測年物質(zhì)的樣品取全巖樣品，送至西安交通大學(xué)西安加速器質(zhì)譜中心和北京大學(xué)考古文博學(xué)院加速器質(zhì)譜實驗室進行測年.最后，測量數(shù)據(jù)用Calib701軟件校正至日歷年齡.

(2)光釋光(OSL)測年

在CSB-4和CSB-9鉆孔分別選取2個含粉砂、細砂巖心段，用不銹鋼管在避光條件下取樣，并用黑色塑料袋密封，在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所光釋光(OSL)測年實驗室進行OSL測年.實驗過程中，首先在暗室內(nèi)去掉表面2～3 cm可能曝光的樣品，在超聲波洗滌儀中去顆粒附著物.然后加入過量的10%濃度鹽酸(HCl)去除碳酸鹽，加入30%濃度雙氧水(H2O2)去除有機質(zhì)，取粒徑為90～125 μm的樣品用重液分別浮選出鉀長石和石英.最后加入40%濃度的HF溶蝕雜質(zhì)，得到較高純度的鉀長石和石英進行測量.

4　實驗結(jié)果

4.1測年結(jié)果

AMS14C數(shù)據(jù)基本上提供了約45 ka以來沉積物的年代(表1).樣品CSB6-C5、CSB8-C3的測年結(jié)果呈新老倒置現(xiàn)象，根據(jù)長江三角洲地區(qū)其他鉆孔的地層年齡情況，以及地磁極性序列(下文將討論)，確定這兩個樣品年齡應(yīng)該都已大于50 ka，已超出AMS14C有效測量范圍，其結(jié)果不作為鉆孔年代框架建立的依據(jù).光釋光測年結(jié)果提供了約80 ka以來的沉積物年代約束(表2).

4.2巖石磁學(xué)結(jié)果

IRM獲得曲線表明(如圖2)，所有樣品在約80 mT處達到飽和等溫剩磁(SIRM，即在1 T的場強下獲得的IRM)的80%；樣品矯頑力在6～16 mT之間，剩磁矯頑力在22～40 mT之間，都在較低區(qū)間變化，反映軟磁組分為樣品剩磁的主要貢獻者.

表1　AMS14C測年結(jié)果

表2　CSB-4和CSB-9鉆孔光釋光(OSL)測年結(jié)果

圖2　典型樣品巖石磁學(xué)參數(shù)(a)IRM獲得曲線;(b)磁滯回線(已進行順磁校正).Fig.2 Rock magnetic properties of some typical samples(a)IRM acquisition curve;(b)Hysteresis loops (corrected for paramagnetism).

用Dave Heslop 的Irmunmix V2.2軟件分析IRM獲得曲線特征剩磁載體組分類別.中值矯頑力(Mean Coercivity，MC)表示某組分礦物獲得SIRM一半時的場強.其結(jié)果表明，CSB4-100樣品含有兩種組分，MC為40.6 mT組分相對含量為69.4%，59.3 mT的組分為29.3%；CSB6-121樣品基本由單一組分構(gòu)成，MC為37.7 mT組分相對含量為96.3%，CSB8-168樣品含兩種組分，MC為44.4 mT組分相對含量為51.2%，60.2 mT的組分為47.7%，CSB8-199樣品主要分為3種組分，14.1 mT組分相對含量為10.4%，33～42 mT組分為36.8%，51～65 mT組分相對含量為35.9%.組分分析表明剩磁載體基本由低矯頑力的亞鐵磁性礦物組成.磁滯回線結(jié)果顯示曲線在400 mT后完全閉合，并且無典型“細腰型”樣品，也表明這些樣品低矯頑力的亞鐵磁性礦物占絕對比例，僅含很少量高矯頑力磁性礦物.磁化率結(jié)果表明，鉆孔不同深度樣品的磁化率在一定范圍內(nèi)變化，范圍主要為1～50(單位10-5SI).磁化率變化規(guī)律鉆孔間橫向?qū)Ρ确治鰧τ贑SB-7和CSB-8鉆孔年代框架的建立具有重要的輔助意義，詳見下文.

所有樣品天然剩磁(NRM)均在10-7～10-10Am2之間變化，次生組分在5～15 mT之前可以完全清洗.1931個古地磁樣品中，594個樣品退磁矢量數(shù)據(jù)散亂，無法進行數(shù)據(jù)分析，78個樣品疑因受沉積擾動或者取樣不規(guī)范造成數(shù)據(jù)明顯異常而剔除，剩余1261個樣品均獲得4個以上(包括4個)退磁投影點(呈線性且基本趨向原點)，對其進行主成分分析獲得樣品的特征剩磁組分，最大角偏差均小于8°.圖3和圖4分別為典型樣品交變(AF)退磁歸一化剩磁強度變化圖和正交矢量投影圖，從圖中可以看到NRM的中等退磁場(MDF)一般為30 mT左右，表明樣品的矯頑力較低，經(jīng)80 mT的交變(AF)磁場退磁后，絕大部分樣品下降至天然剩磁(NRM)的10%左右.打鉆過程中沒有標(biāo)定鉆孔方位角，無法獲得鉆孔沉積物代表的磁偏角特征.統(tǒng)計每個鉆孔不同傾角范圍的頻率，其頻率分布直方圖如圖5所示，磁傾角期望值根據(jù)地心軸向偶極子(Geocentric Axial Dipole,GAD)經(jīng)驗公式：tanI=2tanλ(I為傾角，λ為緯度)(Tauxe，2003)求得，其結(jié)果表明，該地區(qū)正傾角基本以期望值為中心呈正態(tài)分布，極少部分樣品偏離應(yīng)是打鉆壓實作用和取樣操作引起.各個鉆孔傾角隨深度變化如圖6—10的d部分.

5　討論

5.1鉆孔地磁事件和漂移以及年代框架的建立

(1)CSB-4鉆孔

如圖6所示，CSB-4鉆孔125.8 m的巖心含3個負磁傾角段，分別標(biāo)記為R1(57～62.6 m)、R2(76.5～80.7 m)、R3(120.9～123.3 m)，其余磁傾角全部為正，所以該孔沉積物屬于布容正向極性期內(nèi)的沉積.在40.9 m處AMS14C測年結(jié)果大于45 ka，在61.5～61.7 m和69.7～69.9 m處光釋光(OSL)年齡分別為62.4±4.8 ka和62.7±4.3 ka，因此，對比地磁非穩(wěn)定極性年表(Singer，2014)判斷R1對應(yīng)Norwegian-greenland sea (～62 ka)地磁漂移，不過該事件的確定性目前還存在一些爭議(Nowaczyk et al.,1994).鉆孔在78.7～83.5 m段為灰綠色硬質(zhì)塑性黏土，其上巖性為灰、灰黃色細砂、中粗砂，這與長江三角洲地區(qū)普遍存在的中更新世與晚更新世地層分界線——第二硬質(zhì)黏土層及其臨近地層特征完全一致，該地層普遍記錄了Blake地磁事件(王張華等，2008；黃湘通等，2008)，因此，R2應(yīng)為Blake事件，地層年代距今約為120 ka (Broecker et al.,1968).根據(jù)地磁非穩(wěn)定極性年表，R3(120.9～123.3 m)應(yīng)為Iceland Basin(～188 ka)地磁漂移(Channell et al.,1997).該地層已經(jīng)接近底部基巖(134.6 m處為全風(fēng)化粉砂巖)，根據(jù)上部巖心與年齡進行沉積速率推算，本鉆孔底部沉積年齡接近約210 ka.

圖3　典型樣品交變退磁歸一化剩磁強度變化圖Fig.3　Normalized intensity decay of AF demagnetization of some typical samples

圖4　典型樣品交變退磁正交矢量投影圖空心(實心)符號代表垂直(水平)分量投影.Fig.4　Orthogonal projection of AF demagnetization of some typical samplesThe open (solid)circles represent vertical (horizontal).

(2)CSB-6鉆孔

如圖7所示，CSB-6鉆孔2.1～81.3 m段主要為正磁傾角，屬于布容正極性期沉積，其下81.3 m至120.4 m為負傾角段，故認為81.3 m為布容正極性期(B)/松山反極性期(M)界限.分析巖性特征也可以發(fā)現(xiàn)，75.6～79 m為本鉆孔第三個硬質(zhì)黏土層，這與DY03鉆孔相應(yīng)的第三層硬質(zhì)黏土層同為B/M界限具一致性(黃湘通等，2008).負磁傾角段R1(5.1～9.9 m)對應(yīng)的AMS14C測年結(jié)果約為6—7 ka BP，其退磁數(shù)據(jù)顯示此段每個樣品均能獲得5～7個連續(xù)趨向原點的剩磁分量投影點，其古地磁結(jié)果應(yīng)具有一定的可靠性，但是目前還沒有發(fā)現(xiàn)與之對應(yīng)的全球性古地磁極性事件，當(dāng)然也不能排除因取樣人為造成的誤差.AMS14C測年數(shù)據(jù)表明，41.2 m處測年結(jié)果為42.095 cal ka BP，由此推斷其上部負磁傾角段R2(33.6～34 m)為Laschamp(～41 ka)漂移(Bonhommet and Babkine,1969).巖心記錄表明51.3～56.8 m處為灰黃、青灰色硬質(zhì)塑性黏土，符合長江三角洲地區(qū)Blake事件對應(yīng)的標(biāo)志層特征(張平等，2013；繆衛(wèi)東等，2008)，故磁傾角反向段R3(56～58.2 m)可確定為Blake(～120 ka)事件(Broecker et al.,1968).其余負傾角段R4、R5、R6巖性變化非常大，磁傾角變化較混亂，沉積物存在大量的鐵錳質(zhì)結(jié)核和云母碎片界面，或者含反映水動力較強的貝殼碎片和有機質(zhì)團塊，表明存在多次沉積間斷或沉積不穩(wěn)定時段，又缺乏其他測年結(jié)果約束，因此無法判別其是否對應(yīng)某些地磁事件或漂移.在120.9～145.3 m段為礫石或含粗砂，無法取得古地磁樣品而無數(shù)據(jù)，但是從145.3 m開始絕大部分樣品為正傾角，巖性特征表明，144～154.8 m為本鉆孔第五個硬質(zhì)粉砂質(zhì)黏土層，而DY03孔第五個硬質(zhì)黏土層即為松山反極性期(M)/高斯正極性期(G)界限，且J9、SZ04孔M/G界限都存在硬質(zhì)黏土層(黃湘通等，2008；繆衛(wèi)東等，2008；張平等，2013)這一標(biāo)志層，因此，該鉆孔144 m處應(yīng)為M/G界限.值得注意的是，張平等(2013)認為由于SZ04孔缺失第一硬質(zhì)黏土層、J9孔缺失第二硬質(zhì)黏土層，所以利用硬質(zhì)黏土層作為地層對比標(biāo)志需要謹慎.CSB-6鉆孔磁性地層學(xué)分析表明，將地磁極性序列對比和硬質(zhì)黏土層標(biāo)志層對比進行綜合分析，將使地層對比更具說服力.綜上所述，CSB-6鉆孔年代比較長，底部沉積物已至高斯正極性早期，鉆孔年齡超過2.56 Ma.

圖5　鉆孔樣品磁傾角值頻率分布直方圖(正負傾角分別統(tǒng)計)(a1)CSB-4正傾角；(a2)CSB-4負傾角；(b1)CSB-6正傾角；(b2)CSB-6負傾角；(c1)CSB-7正傾角；(c2)CSB-7負傾角；(d1)CSB-8正傾角；(d2)CSB-8負傾角；(e1)CSB-9正傾角；(e2)CSB-9負傾角.Fig.5　Histogram of frequency distribution of magnetic inclinations for 5 cores (positive and negative dips counted separately)

圖6　CSB-4鉆孔磁性地層結(jié)果Fig.6　Magnetostratigraphy results of borehole CSB-4

圖7　CSB-6鉆孔磁性地層結(jié)果(陰影部分因為礫石層而無法獲得數(shù)據(jù))Fig.7　Magnetostratigraphy results of borehole CSB-6(shaded area means no data due to gravel beds)

(3)CSB-7、CSB-8鉆孔

如圖8和圖9所示，古地磁結(jié)果表明CSB-7和CSB-8鉆孔巖心都屬于布容正極性期內(nèi)的沉積，雖然CSB-7鉆孔僅56.6 m即到達基巖風(fēng)化層，而 CSB-8鉆孔沉積物厚度達到94 m.但其差別僅僅在于CSB-8鉆孔底部多了57～94 m段河流相砂礫沉積.鑒于CSB-8鉆孔在55.6 m處測年結(jié)果出現(xiàn)倒置異常，在28.6 m后便無AMS14C測年數(shù)據(jù)，但兩鉆孔地理距離較近，磁化率變化特征相似，因此可互相對比建立年代框架.CSB-7鉆孔共存在兩個負磁傾角段，分別為R1(40.1～41.1 m)和R2(53.3～54.1 m).在36.8 m處AMS14C測年結(jié)果為40.429 cal ka BP，因此，R1應(yīng)為Laschamp (～41 ka)事件(Bonhommet and Babkine,1969)，對比地磁非穩(wěn)定極性年表，R2應(yīng)該為Norwegian-greenland sea(～62 ka)地磁漂移(Nowaczyk et al.,1994).CSB-8鉆孔共存在5個負磁傾角段，分別為：R1(1.1～1.9 m)、R2(3.1～4.6 m)、R3(22.1～22.9 m)、R4(36.1～36.9 m)、R5(54.7～55.3 m).磁傾角反向段R1和R2距離地表較近，其地層年代應(yīng)為全新世早期，或為人工擾動的原因而導(dǎo)致傾角為負.19.9 m處AMS14C測年結(jié)果為9.199 cal ka BP，因此R3磁傾角反向段應(yīng)為Gothemburg (～12 ka)地磁漂移，目前該地磁漂移事件的確定性也尚具有一定爭議(Morner and Lanser,1974).CSB-7鉆孔和CSB-8鉆孔在深度30～56 m段，巖性、磁化率特征均有較好的一致性，表明兩鉆孔此段沉積環(huán)境相同，應(yīng)為同一時期的沉積，因此推斷CSB-8鉆孔負磁傾角段R4為Laschamp (～41 ka)事件(Bonhommet and Babkine,1969)，R5為Norwegian-greenland sea(～62 ka)地磁漂移(Nowaczyk et al.,1994).綜上所述，CSB-7鉆孔沉積底部年齡約為62 ka，根據(jù)沉積速率推算，CSB-8鉆孔沉積底部年齡不早于120 ka，兩鉆孔都是從晚更新世以后才開始接受沉積.

(4)CSB-9鉆孔

如圖10所示，CSB-9鉆孔古地磁取樣深度為35.1～132.9 m，磁傾角以正極性為主，處于布容正極性期.共有R1(79.5～83.5 m)、R2(112.3～112.5 m)兩個負磁傾角段.根據(jù)熱釋光測年數(shù)據(jù)，39.7～39.9 m測年結(jié)果為78.6±5.9 ka，44.2～44.3 m測年結(jié)果為81.8±7.3 ka，且80～87.4 m巖心為青灰色硬質(zhì)黏土層，因此磁傾角反向段R1(79.5～83.5 m)為Blake地磁事件(Broecker et al.,1968).磁傾角反向段R2僅有2個連續(xù)負傾角樣品，而緊鄰其上部是6 m厚度的礫石層，無法取古地磁樣品，但這2個負傾角樣品磁偏角與臨近上下地層一致，且緊鄰其下部的巖心退磁結(jié)果也都較穩(wěn)定，可排除取樣過程造成的誤差，因此，根據(jù)地磁非穩(wěn)定極性年表，推斷R2可能為Iceland Basin地磁漂移(Channell et al.,1997).根據(jù)鉆孔沉積速率推斷，底部年齡約為230 ka BP.

圖8　CSB-7鉆孔磁性地層結(jié)果Fig.8　Magnetostratigraphy results of borehole CSB-7

圖9　CSB-8鉆孔磁性地層結(jié)果Fig.9　Magnetostratigraphy results of borehole CSB-8

圖10　CSB-9鉆孔磁性地層結(jié)果Fig.10　Magnetostratigraphy result of borehole CSB-9

5.2地磁事件和漂移對比及其意義

我們將本次5個鉆孔進行地磁漂移或事件橫向?qū)Ρ?，如圖11所示，CSB-6、CSB-7和CSB-8鉆孔都記錄Laschamp地磁事件；CSB-4、CSB-7和CSB-8鉆孔都記錄了Norwegian-greenland sea地磁漂移；CSB-4、CSB-6和CSB-9鉆孔都記錄了Blake地磁事件；CSB-4和CSB-9鉆孔都在其臨近底界處記錄了Iceland Basin地磁漂移.最為突出的是CSB-4和CSB-9鉆孔在5個研究鉆孔中，地理位置上相距最遠，但Blake事件和Iceland Basin漂移都在相近深度被共同記錄.不同鉆孔包含共同記錄，反映該地區(qū)在40—180 ka BP期間沉積相對穩(wěn)定，從晚更新世以來不存在長時間的沉積間斷而造成地磁事件或漂移記錄的缺失遺漏.這應(yīng)該是杭州灣地區(qū)晚第四紀(jì)后位于華北活動斷塊區(qū)和華南活動斷塊區(qū)之間的過渡地帶，構(gòu)造活動較少的原因(鄧起東等，2002；張培震等，2003).而地磁事件或漂移對應(yīng)的深度十分相近，表明在這段時間內(nèi)錢塘江南北兩側(cè)地區(qū)沉積速率相近，沉積作用相對統(tǒng)一.這可能是由于杭州灣形成于末次冰期(20—15 ka BP)低海平面時期(張桂甲和李從先，1995)，在這之前該地區(qū)除大的構(gòu)造斷裂帶外，沉積物供給和沉積速率受統(tǒng)一構(gòu)造沉降和海平面波動的影響為主(Li et al.,2000).海平面上升時，海水到達陸地形成灰、灰綠色含貝殼碎屑、波狀層理和水平層理的粉砂質(zhì)、粉砂質(zhì)黏土等瀉湖、濱海相沉積，海水上升幅度更大時形成灰綠色黏土為主，含較多的鐵錳質(zhì)結(jié)核和海相生物，呈水平層理的淺海相沉積.而海平面下降時，發(fā)育富含有機質(zhì)和含水率較大的灰綠-灰黃色粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)湖沼相沉積，或者具韻律的灰色-灰黃色粉砂質(zhì)、砂質(zhì)三角洲平原相沉積，局部地區(qū)因為河流發(fā)育而形成分選和磨圓都較好的黃色-灰黃色砂、礫河流相沉積.

總的來說，磁性地層年代框架表明，CSB-4、CSB-9鉆孔沉積底部年齡都在約20 ka BP左右，它們的一致性說明長江三角洲南部沉積起始時間大約在此時.而CSB-7和CSB-8鉆孔處于三角洲最南端，沉積起始時間更晚，CSB-7鉆孔底部沉積對應(yīng)Norwegian-greenland sea地磁漂移，僅有62 ka BP左右，CSB-8鉆孔底部年齡按沉積速率推算約為120 ka BP(由于沒有記錄到Blake事件和出現(xiàn)硬質(zhì)粉砂質(zhì)黏土層，表明不早于120 ka BP).

圖11　鉆孔古地磁極性柱和磁化率對比圖(注：Norwegian-Greenland sea偏移的確定性存在爭議)Fig.11　Comparison of magnetic polarity columns and magnetic susceptibility (Norwegian-Greenland sea′s migration remains controversial)

本次研究的5個鉆孔中CSB-6鉆孔與其他鉆孔沉積歷史差別很大，底部沉積已至高斯正極性早期，年齡超過2.56 Ma.鉆孔自103.5 m以下地層沉積了大量磨圓和分選都較好的河流相沉積物，沉積歷史遠遠比其他鉆孔長.構(gòu)造分析表明，杭州灣地區(qū)在新生代生成了北西向的長興—奉化斷裂帶(見圖1)，該斷裂帶西起長興煤山，經(jīng)桐鄉(xiāng)、海寧、余姚、寧波，向東南延伸入海.長興—奉化斷裂參與控制了區(qū)域次級斷裂和陸相盆地的形成，所以在這些地區(qū)形成了第三系的沉積地層(姚琪等，2010).CSB-6鉆孔位于海寧市，所以可能正是由于位于斷裂區(qū)域，其接受沉積歷史遠比其附近的CSB-4鉆孔和錢塘江南岸的其他三個鉆孔時間更長.由此表明，區(qū)域性的地質(zhì)構(gòu)造背景可能是控制長江三角洲地區(qū)沉積特征的主要因素，是造成沉積厚度和年齡在不同區(qū)域產(chǎn)生較大差異的重要原因，直至第四紀(jì)后期由于該地區(qū)變?yōu)榉€(wěn)定而緩慢下沉構(gòu)造運動，才開始發(fā)生較穩(wěn)定的大范圍沉積.

5.3錢塘江河口地區(qū)與長江三角洲其他區(qū)域鉆孔對比及意義

在長江三角洲地區(qū)地質(zhì)研究過程中，磁性地層學(xué)研究資料比較詳盡的鉆孔主要有：東部的DY03鉆孔(繆衛(wèi)東等，2008)、中部的SZ04鉆孔(張平等，2013)、北部的J9鉆孔(張丹等，2009)和西部的ZK04鉆孔(鄒松梅等，2000)，這些鉆孔下部年齡都達到了M/G界限.將這些鉆孔與CSB-6進行比較，如圖12.不難發(fā)現(xiàn)，北部J9鉆孔不同極性期的沉積總厚度遠遠大于其他地區(qū)，而中部SZ04鉆孔和東部DY03鉆孔相類似，沉積厚度處于中等，南部CSB-6鉆孔次之，西部ZK04鉆孔沉積厚度最小.表明長江三角洲地層“北厚南薄、東厚西薄”這一特征確實相當(dāng)明顯，而且很多地區(qū)沉積年齡也達到數(shù)百萬年，但是這些鉆孔巖性特征表明，每個鉆孔從底部開始，都具有較多的砂礫質(zhì)粗顆粒且磨圓度較好的河流相沉積段，但不同鉆孔這些沉積段在沉積年齡上并不具備一致性，表明它們并非長江三角洲大面積沉積產(chǎn)物.各個鉆孔區(qū)細粒物質(zhì)開始沉積的年代，應(yīng)是最近一次河流相物質(zhì)的沉積結(jié)束年代.分析表明，東部的DY03孔從頂部開始，在約50 m深度巖性變?yōu)橹屑毶暗暮哟蚕喑练e，其年代對應(yīng)古地磁Blake事件(繆衛(wèi)東等，2008).中部的SZ04孔從頂部開始，在50 m附近變?yōu)榍嗷疑[粉砂，礫石磨圓度較好，而在53 m處光釋光測年值約為100.7 ka BP(張平等，2013).北部的J9鉆孔從頂部開始，140～150 m段為最近一次灰色細中粗砂段，而緊鄰其下部的沉積物為晚更新世底界的標(biāo)志層——硬質(zhì)黏土層(張丹等，2009).西部的ZK04孔從頂部開始，在68 m深度附近變?yōu)楹[中粗砂的河床相沉積，該深度段對應(yīng)于古地磁Jamaica Pringle Falls反地磁事件，年齡約為205—215 ka BP(鄒松梅等，2000).總的來說，這些代表性鉆孔，最后一次河流相沉積大部分都在晚更新世初期.而本文南部地區(qū)的鉆孔中，CSB-4鉆孔和CSB-8鉆孔在約62.2 ka BP、CSB-9鉆孔在約81.8 ka BP還有分選性和磨圓度較好的砂、礫河床相沉積段，表明直到約60 ka BP以后才普遍開始進行細顆粒物質(zhì)沉積.

前人研究表明，控制長江三角洲沉積的另一關(guān)鍵因素是長江的變遷(Zheng et al.,2013；賈軍濤等，2010).關(guān)于長江到達現(xiàn)在位置的時間，已取得很多地球化學(xué)分析的相關(guān)證據(jù)和結(jié)論，賈軍濤等(2010)通過對DY03鉆孔鋯石U-Pb年齡分析，發(fā)現(xiàn)沉積物中鋯石在3.2 Ma之后來自長江上游，表明長江從那時起開始影響長江三角洲地區(qū)的沉積.Yang等(2006)研究表明長江發(fā)育成一條大河的時間不晚于1.1 Ma.這些結(jié)果都說明，長江流經(jīng)現(xiàn)今長江三角洲區(qū)域時間確實超過上百萬年.但是，這些并不能表明長江三角洲在當(dāng)時就發(fā)生較普遍沉積.可能由于長江三角洲流域地殼穩(wěn)定下沉的時間并沒有那么早，所以相當(dāng)長一段時間內(nèi)由早期構(gòu)造背景控制沉積環(huán)境，只在局部分布有大小不一的河流分支系統(tǒng)和沉積坳陷的地區(qū)才較早發(fā)生沉積.例如，古長江最早流經(jīng)蘇北盆地使得北部J9鉆孔沉積厚度最大，CSB-6鉆孔因位于長興—奉化斷裂帶而成為南部地區(qū)記錄至高斯正極性期的唯一鉆孔.直至晚更新世時期，沉積才主要受構(gòu)造緩慢沉降和海平面升降共同控制，形成較大面積范圍內(nèi)的沉積，形成各種湖沼相、三角洲平原相、河口灣相、濱海相等沉積，而南端開始沉積的時間更晚，約從60 ka BP左右才開始.

圖12　CSB-6與長江三角洲其他地區(qū)鉆孔地磁漂移或事件深度對比(鄒松梅等，2000；繆衛(wèi)東等，2008；張丹等，2009；張平等，2013)Fig.12　Depth comparison of paleomagnetism drifts between borehole CSB-6 and other boreholes at different locations in the Yangtze River Delta (Zou et al.，2000；Miao et al.，2008；Zhang D et al.，2009；Zhang P et al.，2013)

6　結(jié)論

(1)結(jié)合AMS14C、光釋光(OSL)測年結(jié)果和地磁事件和漂移，建立錢塘江河口區(qū)域五個鉆孔比較可靠的年代地層學(xué)框架，表明除錢塘江河口灣北側(cè)的CSB-6鉆孔因位于長興—奉化斷裂坳陷區(qū)的原因而沉積了大量早期的河床相和河漫灘相、底部年代超過2.56 Ma B.P外，其他鉆孔表明長江三角洲南部在約200 ka BP左右以后才開始接受沉積.也即說明長江三角洲地區(qū)大范圍的沉積始于此時.而越往南端起始時間更晚，約60 ka BP才開始沉積.

(2)通過與長江三角洲地區(qū)北部、中部、東部、西部前人研究鉆孔進行對比，表明長江三角洲地區(qū)沉積物厚度呈現(xiàn)北厚南薄、西薄東厚的這一總體特征的原因，主要是受早期構(gòu)造背景影響，特別是受局部早期特殊的盆地和構(gòu)造斷裂影響.而受構(gòu)造緩慢沉降和海平面上升共同影響而形成的較大面積的湖沼相、三角洲平原相、河口灣相、濱海相等細顆粒沉積在晚更新世才開始，到達南端最晚，約從60 ka BP開始，從此形成長江三角洲的現(xiàn)代沉積特征和格局.

(3)本次研究中CSB-6和CSB-8鉆孔全新世早、中期的地磁磁傾角反向，是研究過程中的誤差，還是具有區(qū)域以至全球普遍性意義? 有待我們繼續(xù)關(guān)注和研究.另外，長江三角洲地區(qū)普遍沉積以及細顆粒物質(zhì)沉積更詳實的變化特征和影響因素，以及對于古氣候環(huán)境的響應(yīng)特征，有待進一步的工作進行揭示.

致謝感謝中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所鄭厚田碩士、高新博博士、陳艇博士和中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所孫繼敏研究員、李仕虎博士、吳百靈博士、龔志軍博士、研究生袁杰在實驗過程中給予的指導(dǎo)和幫助，感謝中山大學(xué)唐琦蓉、劉也博、宣飛鴻在對樣品測試中的協(xié)助，以及吳潔博士和殷鑒博士提供樣品微古生物方面的參考，感謝評審專家和編輯提出的寶貴意見.

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(本文編輯何燕)

Magnetostratigraphy characteristics of several cores around the Qiantang River mouth and its significance

PENG Jie1,YANG Xiao-Qiang1*,QIANG Xiao-Ke2,LIU Chun-Lian1,LI Jian3,LIN Qing-Long3,WENG Yuan-Zhong1,ZHOU Qi-Xian1,DING Jie-Ying1

1 School of Earth Science and Geological Engineering,Sun Yat-sen Univeristy,Guangzhou 510275,China 2 State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology,Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences,Xi′an 710061,China 3 Zhejiang Institute of Geological Survey,Hangzhou 311203,China

The sedimentary history and characteristics of the Yangtze delta can help understanding the tectonic and geomorphological evolution in the coast areas of East China since Cenozoic.In this study,palaeomagnetic dating,AMS14C dating,optically stimulated luminescence (OSL)dating as well as the hard clay layer analysis were jointly used to establish a chronostratigraphy framework of five drilling cores from the coast area of the Qiantang River estuary.Results show that the age of the bottom of core CSB-6 suggests Gauss normal polarity chron.While for other cores,the deposition time only started from 200—60 ka BP.Combined with referenced magnetostratigraphy of cores in this area,we suggest that it is the regional tectonic movement at the earlier age that resulted in the much longer depositional age in some parts of the Yangtze River Delta as well as the sedimentary characteristics of thick in north and thin in south,and thick in east and thin in west.In conclusion,a wide range of deposition in the Yangtze River Delta occurred since ～200 ka BP.The deposition of fine particles (clay-silt),which was controlled by slow tectonic subsidence and sea-level changes,started form the Late Pleistocene and began to expand to the whole delta region after ～60 ka BP.These data provide a time scale for further study on the changes of geology,paleoclimate and paleoenvironment of the Yangtze delta.KeywordsQiantang River mouth；Magnetostratigraphy；Chronological framework;Sedimentation history

彭杰，楊小強，強小科等.2016.錢塘江河口周邊鉆孔磁性地層學(xué)研究及意義.地球物理學(xué)報，59(8):2949-2964,

10.6038/cjg20160819.

Peng J,Yang X Q,Qiang X K,et al.2016.Magnetostratigraphy characteristics of several cores around the Qiantang River mouth and its significance.Chinese J.Geophys.(in Chinese),59(8):2949-2964,doi:10.6038/cjg20160819.

國家自然科學(xué)基金項目(41274072)；長江三角洲重點地區(qū)三維地質(zhì)調(diào)查聯(lián)合資助.

彭杰，男，1988年生，博士研究生，從事第四紀(jì)地質(zhì)與環(huán)境方面研究.E-mail：pengjie1018@126.com

楊小強，男，1972年生，教授，博士，主要從事古地磁和第四紀(jì)地質(zhì)與環(huán)境方面研究.E-mail：eesyxq@mail.sysu.edu.cn

10.6038/cjg20160819

P318

2015-10-30，2016-06-15收修定稿