孔祥超，盧文姬，孫景耀*，劉歡，魯浩

(1.山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺 264000；2.中國冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘查院，山東 濟南 250000)

0 引言

第四系是氣候變化、沉積作用、地貌過程等信息的載體，也是第四紀古地理、古環(huán)境變化研究的關(guān)鍵[1]，而第四紀沉積物具有廣泛性、多樣性的特點，多以松散碎屑沉積物為主，因此需要更為細致的研究方法和更全面的采樣測試分析[2-5]。

本文依托山東省1∶5萬景芝、康莊幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目，在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對第四系巖心資料對比研究，通過系統(tǒng)采集孢粉、粒度、14C、自然重砂等樣品，確立了研究區(qū)第四紀格架，對第四紀沉積特征進行研究和探討。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)橫跨山東省濰坊市下轄的高密市、諸城市及安丘市，地勢上表現(xiàn)為西北高、東南低的特點，區(qū)內(nèi)濰河、渠河及五龍河等河流自南西向北橫穿而過，第四紀松散沉積物在研究區(qū)大面積分布(圖1)。構(gòu)造單元屬于華北板塊(Ⅰ)膠遼隆起區(qū)(Ⅱ)膠萊盆地西部(Ⅲ)高密-諸城斷陷(Ⅳ)高密-景芝凹陷(Ⅴ)區(qū)。區(qū)域上處于沂沭斷裂帶北段[6-8]，昌邑-大店斷裂及景芝斷裂在研究區(qū)斷續(xù)展布，出露的前第四紀地層為萊陽群及青山群[9]。

1—白云湖組；2—黑土湖組；3—臨沂組；4—方戈莊組；5—石前莊組；6—八畝地組；7—后夼組；8—田家樓組；9—水南組；10—杜村組；11—楊家莊組；12—止鳳莊組；13—英安斑巖；14—鉆孔編號及位置；15—斷裂構(gòu)造；16—研究區(qū)位置；17—高密-景芝凹陷；18—金冢子凹陷；19—膠州-蘭底凹陷

研究區(qū)橫跨丘陵和河流平原兩大地貌單元。受河流沖刷改造及氣候變化等影響，第四紀沉積物類型復(fù)雜，巖性巖相多變，地層結(jié)構(gòu)局部變化明顯。

2 地層特征

2.1 巖石地層

根據(jù)沉積物巖性、沉積類型、時代以及疊置關(guān)系等，將研究區(qū)第四系自下而上劃分為羊欄河組、于泉組、大站組、臨沂組、黑土湖組、沂河組及白云湖組7個地層單位，其中地表可見臨沂組、黑土湖組及白云湖組。羊欄河組巖性為灰白色、淺灰色含礫黏土、含礫含鈣質(zhì)結(jié)核粉砂質(zhì)黏土、含礫粉砂質(zhì)黏土等，為沖洪積相。于泉組地表無出露，多分布于古河流流經(jīng)區(qū)域，巖性為粉砂質(zhì)細砂、含黏土細砂、粗砂、含礫粗砂、含粉砂黏土等，粒度具下部粗上部細的正粒序?qū)永?。大站組分布面積較為廣泛，巖性為黃棕色、棕色黏土、粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂為主，局部夾有砂層，偶見礫石層，廣泛發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核等特征，為風(fēng)成沉積，區(qū)域上與馬蘭黃土相當，其分布與晚更新世以來古地理環(huán)境的變遷關(guān)系密切。臨沂組在研究區(qū)中部山前平原區(qū)大面積出露，主要沿河流兩側(cè)分布，形成河流的Ⅰ級階地，為河流相，具二元結(jié)構(gòu)。黑土湖組與白云湖組均為湖沼相沉積，巖性為灰—深灰色黏土、粉砂質(zhì)黏土。沂河組主要為現(xiàn)代河道沉積，沉積物多為沖積形成的礫石、中粗砂及黏土等。

2.2 年代地層

研究區(qū)主要以晚更新世—全新世以來沉積為主，考慮到第四紀松散沉積物的特殊性質(zhì)，故本次采用14C測年法進行地層測年。其年齡數(shù)據(jù)為研究區(qū)全新世以來，尤其是MIS3階段以來地層的劃分對比提供了直接的依據(jù)。共采集樣品10件，樣品全部采自鉆孔巖心，采樣深度及巖性見表1。通過樣品分析，有6件樣品年齡值介于1208～1926BP，2件年齡樣品介于2064～2716BP，1件樣品年齡介于3000～4000BP,1件樣品介于9965～10154BP，時代均屬晚更新世-全新世。其中，樣品ZK37-1取自于黑土湖組，取樣位置為3.3～4.0m處，巖性為含生物碎屑黏土，顏色呈灰、深灰色，測試年齡為10154～9965BP，表明黑土湖組沉積期早于10154BP；而該樣品周邊采集的14C樣品，如ZK33-1、ZK27-1，其年齡多為1600-3500BP，說明黑土湖組沉積受地形影響較大，沉積范圍較小，呈不連續(xù)帶狀展布；依據(jù)樣品ZK5-1、ZK5-2及樣品ZK10-1，采樣深度分別為1.3m、19.9m、14.5m，而樣品測試年齡僅相差僅100年左右，說明其物質(zhì)來源較充足，具快速堆積特點。

表1 研究區(qū)14C數(shù)據(jù)一覽表

2.3 氣候特征

第四紀是離人類最近的一個全球性寒冷氣候期，氣候變化研究從氣候標志入手，可以推斷第四紀不同時間尺度的氣候性質(zhì)等，在第四紀氣候變化影響下，植物群會發(fā)生緯向或高度的遷移，所以根據(jù)植物(孢粉)類型的演替可以推斷古氣候的演化[10-11]。本次選取代表性鉆孔(ZK4)中系統(tǒng)采集的孢粉樣品分析(圖2)，可將研究區(qū)氣候劃分為3個相帶：Ⅲ帶包含1件樣品，樣品編號為ZK4BF10，采樣深度為18.30m，樣品含木本植物花粉為松屬、櫟屬和榆屬等，草本植物花粉主要為菊科和藜科，另外樣品中出現(xiàn)了藻類盤星藻屬，推測當時出現(xiàn)水體，植被以落葉闊葉林為主，氣候整體上溫涼偏干；Ⅱ帶包含7件樣品，樣品編號為ZK4BF09-ZK4BF03，采樣深度為4.8～15.9m。木本植物以櫟屬、榆屬為主，松屬含量與Ⅲ帶相比有所下降，并且出現(xiàn)了喜暖喬木楓香屬，草本植物主要為蒿屬，部分樣品中出現(xiàn)了葎草屬、蓼科和濕生草本香蒲屬等，該帶部分樣品含藻類盤星藻屬，氣候環(huán)境相對溫暖濕潤；Ⅰ帶包含2件樣品，編號分別為ZK4BF01-ZK4BF02，采樣深度分別為2.1m、4.2m，包含木本植物主要榆屬。樣品ZK4BF01中木本植物花粉類型相對豐富，同時出現(xiàn)了松科、樺木屬等，草本植物主要為藜科、菊科、毛茛科等，推測氣候環(huán)境趨于溫涼。結(jié)合巖性、孢粉保存狀態(tài)及氣候年代學(xué)，樣品的沉積時代為晚更新世--全新世。

圖2 研究區(qū)ZK4綜合鉆孔柱狀圖

2.4 粒度分析

粒度分析作為研究沉積環(huán)境的重要手段之一，可以對其物質(zhì)來源、沉積區(qū)水動力環(huán)境、輸移能力、路線、物質(zhì)運輸方式和沉積環(huán)境進行綜合反映[12-14]，本次在于泉組中采集粒度樣品28件，對其沉積環(huán)境進行分析。

結(jié)果顯示，于泉組沉積物粒度變化較大，介于0.075～20mm之間，可分為砂礫、粗砂、中--細砂及粉砂4組，其中中--細砂占比最高，根據(jù)樣品采樣深度及特征，總體具有下粗上細的特點，指示早期水動力較強，晚期水動力較弱。

樣品頻率分布曲線均呈單峰態(tài)(圖3)，表明沉積物成分相對單一，沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，水動力條件較簡單。砂礫組樣品粒徑峰值集中在-1～1φ段，頻率曲線均呈正偏態(tài)，細礫部分“拖尾”明顯，說明該組樣品以粗礫組分為主，分選性較差。粗砂組樣品粒徑峰值同樣集中在-1～1φ段，但其<1φ段含量明顯低于砂礫組，且1～2φ段含量較砂礫組略高，頻率曲線呈正偏態(tài)，細粒部分有一“拖尾”，指示該組樣品仍以粗粒組分為主。中--細砂組樣品粒徑峰值多集中在1～2φ段和-1～1φ段兩個區(qū)間內(nèi)，頻率曲線多呈正態(tài)或者略正偏態(tài)，個別樣品出現(xiàn)細?！巴衔病爆F(xiàn)象，說明該組樣品沉積物粒度變化較小，分選性相對較好。粉砂組樣品粒徑峰值集中在2～4φ段，曲線呈明顯負偏態(tài)，說明該組樣品以細粒組分為主，分選型較差。

圖3 于泉組頻率累計分布曲線圖

從累積曲線上來看，砂礫組和粗砂組樣品呈現(xiàn)二段式，分為跳躍組分和懸浮組分，缺少推移組分；樣品跳躍組分分選較好，含量較高，最高達到90%，懸浮組分分選較差，占比較低，說明沉積物粒度分布廣泛，粗粒組分含量多于細粒組分，總體粒度偏粗，對應(yīng)高能水動力條件。中--細砂組樣品累積曲線大多呈二段式，個別樣品呈三段式，總體來看，中--細砂組同樣顯示出跳躍組分含量高于懸浮組分，二者占比大概為8∶2，說明樣品粒度總體偏粗。粉砂組樣品累積曲線總體呈現(xiàn)三段式，跳躍組分粒徑分布范圍為1～4φ，含量占優(yōu)，推移組分含量低于5%，懸浮組分含量較其他組樣品增加，樣品整體分選性優(yōu)于其他3組。

通過頻率分布直方圖(圖4)，可以得出各組樣品的眾數(shù)值，砂礫組和粗砂組樣品的眾數(shù)值均為-1～1φ區(qū)間內(nèi)，中--細砂組樣品眾數(shù)值大多在1～2φ區(qū)間內(nèi)，少數(shù)樣品在-1～1φ區(qū)間內(nèi)，粉砂組樣品眾數(shù)值在2～4φ區(qū)間內(nèi)。根據(jù)樣品眾數(shù)值分布特征，可以看出于泉組沉積物粒度整體偏粗，對應(yīng)中高水動力的沉積環(huán)境。結(jié)合研究區(qū)野外特征及樣品粒度頻率分布曲線、累積曲線等特征，于泉組下部沉積物自下而上依次為砂礫、含礫粗砂、粗砂、中--細砂、粉砂，頻率曲線均表現(xiàn)為單峰態(tài)，概率累計曲線以二段式為主，總體指示了簡單高能的沉積環(huán)境；上部沉積物主要為砂質(zhì)黏土，主要由極細砂、粗粉砂及黏土組成，認為該段為復(fù)雜中低能沉積環(huán)境。綜合分析，于泉組上細下粗，沉積物組成復(fù)雜，水動力條件相對單一，判斷其沉積環(huán)境為河床--河漫灘環(huán)境。

圖4 于泉組頻率分布直方圖

在臨沂組樣品粒度從下至上整體由粗變細，其中，下部主要為粗砂質(zhì)，上部主要為泥質(zhì)及粉砂成分，為一套正韻律沉積旋回。臨沂組下部為河床亞相邊灘沉積微相，上部為河漫亞相河漫灘沉積微相，大致經(jīng)歷了由簡單高能—復(fù)雜中能—中低能—簡單中低能—復(fù)雜中低能的水動力沉積環(huán)境變化。

2.5 重砂分析

重礦物耐磨蝕，穩(wěn)定性強，能夠保留較多的地質(zhì)信息，在盆地分析、物源分析、地層劃分與對比等方面可廣泛應(yīng)用。重礦物屬碎屑物質(zhì)的重要組成部分，伴隨其他一些碎屑物質(zhì)產(chǎn)生、搬運、沉積的全部過程，因此重礦物分析是最直觀、有效揭示源區(qū)母巖、構(gòu)造、沉積過程等重要信息的一種手段[15-16]。研究區(qū)內(nèi)選擇了6個鉆孔10件樣品，統(tǒng)計各樣品中重礦物重量、體積百分比及特征。常見重礦物主要為鋯石、金紅石、榍石、重晶石、白鈦礦、鈦鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、綠簾石、黝簾石、電氣石等10余種礦物，單斜輝石、藍晶石、角閃石、綠泥石、海綠石、矽線石等含量較低。

鋯石、金紅石、電氣石、銳鈦礦等穩(wěn)定性較強的礦物在樣品中普遍存在，多呈柱狀、次棱角狀，磨圓度較差，晶型相對較好，說明這些礦物來自于研究區(qū)南側(cè)膠南基巖隆起區(qū)，搬運距離較短。大部分樣品中都可以見到重晶石，呈白色板狀或次棱角狀，粒度相對較粗，與研究區(qū)白堊紀重晶石礦脈有關(guān)。

磁鐵礦、赤鐵礦、鈦鐵礦、板鈦礦形態(tài)和粒度變化較大，顯著遭受過磨蝕，亦有尚保存部分晶形或未曾磨蝕的，其來源主要是基巖地層，可能包含著原始機械沉積、化學(xué)沉積(赤鐵礦)及變質(zhì)成因(部分磁鐵礦、鈦鐵礦、板鈦礦)；這些礦物含量相對較高，多可占重礦物部分的20%～40%，個別樣品高達70%。反映了研究區(qū)內(nèi)近代氧化作用強烈的氣候特點。褐鐵礦、白鈦礦具有半金屬光澤、油脂光澤、土狀光澤，粒徑變化較大，主要是由含鐵、鈦的礦物或巖石氧化形成的次生礦物，盡管分布較普遍，但不能指示原巖具體特征性，物源不定。樣品中普遍存在綠簾石和黝簾石，含量較高，并且樣品之間礦物含量基本接近，另外部分樣品中見透閃石、陽起石等蝕變礦物，說明物源區(qū)原巖經(jīng)歷過一定程度的熱液蝕變作用。石榴石均呈淺粉色、橙紅色，為鐵鋁石榴石系列，是典型的變質(zhì)礦物，常見于各種片巖和片麻巖中。結(jié)合鉆孔分布情況可以看出，自北向南石榴石含量逐漸降低，說明沉積物源區(qū)可能來自研究區(qū)北部的粉子山群。另外，個別樣品中見少量單斜輝石、角閃石、黑云母，可能來自于區(qū)內(nèi)青山群中基性火山巖；個別樣品中見少量海綠石，指示物源區(qū)原巖部分為海相沉積巖；ZK39ZR01樣品中少量矽線石的存在，說明原巖經(jīng)歷了高溫變質(zhì)作用，可能與區(qū)域上郯廬斷裂帶有關(guān)。

3 沉積相特征

在地表調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用大量露頭剖面及第四系鉆孔資料，通過巖石地層、年代地層對比分析，再以粒度、孢粉分析結(jié)果做進一步修訂，建立了研究區(qū)第四紀沉積格架。依據(jù)巖石組合特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)成果，研究區(qū)主要發(fā)育曲流河相、風(fēng)成相、沖洪積相及湖沼相。

高密一帶鉆孔位于研究區(qū)中東部，即康莊—闞家鎮(zhèn)一帶，上部巖性多以黏土、含礫粉砂質(zhì)黏土為主，色調(diào)上呈灰—深灰色，為白云湖沉積，沉積厚度為0.5～1.5m，沉積相為湖沼相；白云湖組下部為臨沂組沉積，巖性為黏土質(zhì)粉砂、粉細砂夾少量的中粗砂，以河漫灘沉積為主，沉積厚度自南向北逐漸增厚；中部為大站組沉積，沉積厚度以10～15m為主，且呈連續(xù)帶狀展布，前人對該風(fēng)成黃土成因進行過大量研究表明[17-22]：該套黃土物源為海退期裸露的陸架海相沉積土，形成于晚更新世中晚期，年齡距今15～80kaBP，相當于第四紀末次冰期；下部為羊欄河組。該區(qū)地形整體呈東西部高，中間低的特點，水系以五龍河為主，河流規(guī)模較小，且為季節(jié)性河流，沉積環(huán)境與水系分布及地形地貌有密切關(guān)系。而根據(jù)研究區(qū)第四系等厚圖可知，其沉積厚度變化呈一“U”字型，即第四系沉積厚度由兩側(cè)向中間逐漸增厚，且由南向北厚度遞增，沉積厚度最厚位置位于仁和村一帶，最厚可達30.6m，表明沉積中心位于研究區(qū)東北角一帶。參考鄰區(qū)成果及高密縣志記載資料，現(xiàn)今仁和村以北一帶為古高密湖位置。而河流由南向北流經(jīng)該區(qū)，受地形制約，研究區(qū)第四紀以來，無明顯古河道變遷(圖5)。

1—礫石層；2—含礫中細砂；3—細砂；4—含礫粉砂質(zhì)黏土；5—粉砂質(zhì)黏土；6—黏土；7—前第四系；8—地表浮土；9—湖沼相；10—河漫灘相；11—風(fēng)成相；12—邊灘沉積；13—河床滯留沉積；14—沖洪積相

景芝一帶鉆孔位于研究區(qū)景芝幅東北，跨渠河、濰河，剝除地表浮土，上部巖性以粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)粉砂為主，為臨沂組河漫灘及邊灘沉積；中部巖性則主要為含鈣質(zhì)結(jié)核粉砂質(zhì)黏土、中細砂及含礫粗砂等，分別為大站組及于泉組斷續(xù)沉積；下部巖性為含礫粉砂質(zhì)黏土、中細礫石層等(圖6)。

1—粉砂質(zhì)黏土；2—含礫粉砂質(zhì)黏土；3—細砂；4—粗砂；5—含礫粗砂；6—礫石層；7—地表浮土；8—河漫灘沉積；9—邊灘沉積；10—風(fēng)積相；11—河床滯留沉積；12—前第四紀

景芝地貌上以低山丘陵及沖積平原為主，其中在巴山、臨甘泉村及城陽村一帶，第四系沉積厚度較薄，由于濰河下游處于沂沭斷裂帶內(nèi)的地塹構(gòu)造中，且地塹構(gòu)造內(nèi)基底呈階梯狀向北降低，新生代以來地塹沉積厚度不斷加大，形成了濰北凹陷，濰河在這一狹長地帶區(qū)域內(nèi)左右擺動，形成了巨厚的沖洪積扇體[6]。在渠河及濰河流經(jīng)區(qū)域第四系厚度由中心位置向兩側(cè)遞減，其沉積物來源主要為濰河、渠河沖積沉積(圖7)。沉積厚度最厚部位位于南張洛村一帶，沉積厚度大于23m，自南向北沉積厚度逐漸增厚，其濰河河道有向東遷移趨勢。

1—萊陽群礫巖；2—萊陽群含礫砂巖；3—砂巖；4—沖積扇；5—現(xiàn)代河床；6—湖沼相

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)晚更新世—全新世沉積類型較豐富，發(fā)育有早期的沖洪積相，中期風(fēng)成相，晚期以曲流河和湖沼相為主；其中，東北區(qū)風(fēng)成相及湖沼相發(fā)育，西南區(qū)受濰河等影響，河流相發(fā)育。

(2)研究區(qū)晚更新世—全新世氣候大致經(jīng)歷了三期，分別為早期的溫涼偏干燥性氣候，中期較溫暖濕潤，晚期氣候趨于溫涼。

(3)研究區(qū)粒度分析結(jié)果表明于泉組沉積環(huán)境為河床--河漫灘沉積；臨沂組為河漫灘沉積，1500～3500BP為主要沉積時期。

致謝：感謝張增奇研究員對本文提出寶貴修改意見。