楊偉彬 何斌 尼瑪央金 葉升明 龍桂

廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510080

關(guān)于珠江三角洲形成、演化的研究，從柯威廉[1]開始?xì)v時(shí)已超過百年。自20世紀(jì)80年代以來，眾多學(xué)者對(duì)珠江三角洲進(jìn)行了第四紀(jì)地質(zhì)研究，內(nèi)容包括：地層劃分、年代學(xué)、沉積學(xué)、海侵旋回、海平面變化史、古氣候演化、新構(gòu)造、古河道變遷等，積累了豐富的資料[2-5]。

中山市位于珠江三角洲核心區(qū)域，其第四系沉積特征和沉積過程也一定程度代表了整個(gè)珠江三角洲的第四紀(jì)地質(zhì)特征。近年來，《1∶5萬厚街圩等四幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查》、《珠江三角洲基底斷裂探查研究》、《廣東省及香港、澳門特別行政區(qū)區(qū)域地質(zhì)志》、《珠江三角洲晚第四紀(jì)地質(zhì)環(huán)境演化及現(xiàn)代過程研究》等項(xiàng)目均有涉及該區(qū)域第四紀(jì)地質(zhì)方面的調(diào)查工作，在第四紀(jì)沉積、構(gòu)造活動(dòng)特征、環(huán)境特征與演化過程等方面取得了大量成果與認(rèn)識(shí)[6-9]。筆者作為骨干成員參與了《中山市多要素三維城市地質(zhì)調(diào)查》項(xiàng)目的基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、三維模型構(gòu)建等工作，根據(jù)項(xiàng)目所取得的鉆孔數(shù)據(jù)和測(cè)試分析資料（項(xiàng)目施工201個(gè)，區(qū)內(nèi)收集8298個(gè)，區(qū)外收集1651個(gè)，共計(jì)10150個(gè)），在結(jié)合前人研究成果的基礎(chǔ)上，探討珠江三角洲中南部地區(qū)-中山市第四系沉積特征和古河道變遷。

1 研究區(qū)概況

中山市位于廣東省中南部，N22°11′～22°47′，E113°09′～113°46′，面積約1902km2。地質(zhì)構(gòu)造體系屬華南褶皺束的粵中坳陷北段，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有西江斷裂、五桂山北麓斷裂、五桂山南麓斷裂及次一級(jí)斷裂若干。研究區(qū)地形以平原為主（海拔高程一般小于2m），地勢(shì)總體上中部高四周低，中部為低山丘陵，邊緣發(fā)育沖洪積相河流沉積；北部、西部和東部地區(qū)受西江干流、小欖水道、雞鴉水道、洪奇瀝水道等多條河道及海灣的共同影響，形成低平的第四紀(jì)海積沖積平原；南部地區(qū)受五桂山巖體影響，形成山前洪積-海積沖積平原。區(qū)內(nèi)河網(wǎng)廣布，在河流、潮汐、海灣等共同作用下，第四紀(jì)沉積物多具同期異相、物質(zhì)組成復(fù)雜、沉積厚度變化較大的特點(diǎn)。

2 第四系沉積特征

2.1 地層劃分

大部分學(xué)者認(rèn)為珠江三角洲第四系總體存在上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)2個(gè)海相沉積旋回[1,10-11]（部分學(xué)者認(rèn)為有3旋回[2,12-13]），局部存在LGM時(shí)期由于海平面大幅度下降形成的下切河谷河流相沉積[14-18]。結(jié)合中山市第四紀(jì)沉積物構(gòu)造、顏色、巖性組合等特征，初步劃分了中山市三角洲平原區(qū)第四紀(jì)沉積地層單位，并使用深海氧同位素階段命名（MIS5與MIS3為北半球間冰期，研究區(qū)發(fā)生不同程度的海侵；MIS4、MIS2時(shí)期研究區(qū)發(fā)育網(wǎng)狀水系，出現(xiàn)低水位泛濫平原沉積；MIS1為冰后期以來的沉積）[13,19]（表1）。

表1 中山市三角洲平原區(qū)第四紀(jì)沉積地層劃分表 Table 1 Division of Quaternary sedientary formation in delta plain area of Zhongshan city

2.1.1 禮樂組（Qp3l）

不整合于基巖風(fēng)化殼之上，主要由砂礫、砂、粘土等組成，自下而上可劃分為南沙段、光明村層、石排段、西南鎮(zhèn)段和三角層，時(shí)代屬晚更新世，是約12.8萬年（即大體相當(dāng)于海洋氧同位素5階段（MIS5））以來的沉積（表1），局部有多個(gè)沉積旋回，層底埋深0.5～94.0m，厚0.2～54.4m，厚度變化較大。依據(jù)厚度分布圖，其沉積中心大致可分為兩個(gè)帶：一是東升鎮(zhèn)-橫欄鎮(zhèn)-港口鎮(zhèn)一帶，平均厚約22.8m；二是阜沙鎮(zhèn)-三角鎮(zhèn)-民眾鎮(zhèn)一帶，其沉積厚度最厚，平均厚約27.4m，分布也較為廣泛（圖1）。

圖1 禮樂組厚度分布圖 Fig.1 Thickness distribution map of Lile formation

2.1.2 桂洲組（Qhg）

桂洲組為平行不整合覆于禮樂組或超覆于基巖風(fēng)化殼之上的一套地層，自下而上可劃分為杏壇段、橫欄段和燈籠沙段，時(shí)代屬全新世，為約1.17萬年（即大體相當(dāng)于海洋氧同位素1階段（MIS1））以來的沉積。該組分布范圍最廣，層底埋深0.9～84.6m，厚0～80.8m。根據(jù)厚度厚度分布圖可以看出，沉積中心明顯分三帶，均為北西向展布：西部沿西江干流，在下游沉積最厚，平均厚約27.9m；中部夾持于小欖水道與雞鴉水道之間，沿東鳳鎮(zhèn)-阜沙鎮(zhèn)-港口鎮(zhèn)一帶展布，在橫門沉積最厚，平均厚約24.8m；東部沿洪奇瀝水道及支流，在黃圃鎮(zhèn)-三角鎮(zhèn)-民眾鎮(zhèn)-橫門島一帶，平均厚約28.9m，形成多個(gè)中心，反映了全新世古河道及河間地塊的展布特征（圖2）。

圖2 桂洲組厚度分布圖 Fig.2 Thickness distribution map of Guizhou formation

2.2 沉積特征

對(duì)現(xiàn)有鉆孔進(jìn)行了第四系厚度的統(tǒng)計(jì)（統(tǒng)計(jì)時(shí)去除鉆孔頂部的各類填土及底部的殘坡積層），根據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)制作了第四系厚度分布圖（圖3）。

圖3 第四系厚度分布圖 Fig.3 Thickness distribution map of Quaternary System

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)第四系厚度變化較大，呈北東厚南西薄，最厚處為94m，最薄處為0.3m，平均厚度為22.4m。存在多個(gè)沉積中心，主要呈北西向線性展布。依據(jù)第四系分布特征大致將研究區(qū)劃分為4個(gè)沉積區(qū)：

（1）北部沉積區(qū)，平均厚約33.8m，沿東鳳鎮(zhèn)-阜沙鎮(zhèn)-港口鎮(zhèn)-三角鎮(zhèn)-民眾鎮(zhèn)-橫門島一帶展布。第四系主要為海相沉積物夾部分河流相沉積物，海相沉積物整體磨圓度、分選性較好，巖性以淤泥或粘土為主；河流相沉積物整體磨圓度、分選性較差，巖性以砂或卵礫石為主。中山市北部為地塹式斷陷盆地，第四紀(jì)期間有較大幅度沉降，不同時(shí)代沉積上下疊置，沉積厚度大，整體呈面狀分布，該區(qū)域水道、斷裂發(fā)育，部分沉積中心與現(xiàn)代河道交叉重疊。

（2）南部沉積區(qū)，平均厚約29.2m，沿西江下游磨刀門水道展布，與西江斷裂帶吻合，整體呈帶狀分布。第四系由河流相沉積物結(jié)合海相沉積物組成，沉積中心位于西江下游。

（3）西部沉積區(qū)，平均厚約22.1m，沿小欖鎮(zhèn)-古鎮(zhèn)鎮(zhèn)-東升鎮(zhèn)-橫欄鎮(zhèn)-大涌鎮(zhèn)一帶展布。第四系主要由海相沉積物組成，無明顯沉積中心。

（4）東部沉積區(qū)，平均厚約10.4m，分布于南朗鎮(zhèn)-三鄉(xiāng)鎮(zhèn)-坦洲鎮(zhèn)一帶。主要為山前洪沖積物夾部分海相沉積物，顆粒較粗，無明顯沉積中心。

2.3 生物特征

生活在古環(huán)境的有孔蟲、介形蟲、硅藻等生物，其分布受水深、水溫、鹽度和水動(dòng)力條件等影響十分明顯，根據(jù)鉆孔中各類生物屬種分布的差異性，可以為研究區(qū)海平面升降、生物地層劃分和沉積環(huán)境演化提供重要依據(jù)。筆者依據(jù)前人對(duì)中山市生物特征的研究成果[14,20-21]，綜合各種資料，進(jìn)行了系統(tǒng)的生物分析。

有孔蟲動(dòng)物群中，以廣鹽種為主，淺海種次之。其中輪蟲科的Ammonia beccarii vars（畢克卷轉(zhuǎn)蟲變種）、Ammonia dominicana（圓形卷轉(zhuǎn)蟲）為優(yōu)勢(shì)分子，希望蟲科Elphidium advenum（異地希望蟲）、Elphidium magellanicum（縫裂希望蟲）、Elphidium hispidulum（粗糙希望蟲）等次之，再次為Globigerinita glutinata（粘連近抱球蟲）、Globigerina bulloides（泡抱球蟲）、Globorotalia menardii（敏納圓幅蟲）等。有孔蟲的豐度和分異度變化較大，水體鹽度是影響本區(qū)有孔蟲分布的最主要因素；其次是水動(dòng)力條件（或底質(zhì)類型）；水深對(duì)有孔蟲分布也有一定影響，潮汐作用帶來部分異地埋藏分子。根據(jù)沉積物巖性和有孔蟲分布特征，推測(cè)研究區(qū)經(jīng)歷了河流相沉積、河口海灣、潮間帶等各階段沉積環(huán)境演變，期間曾不同程度暴露于地表遭受風(fēng)化剝蝕[21]。

介形蟲動(dòng)物群中，以廣鹽種-淺海種為主。其中Sinocytheridea impressa（典型中華美花介）、Bicornucythere bisanensis（美山雙角花介）、Sinocythere sinensisChen（中國(guó)中華花介）最為常見，次為Neomonoceratina chenaeZhao et Whatley（陳氏新單角介）、Loxoconcha hemicrenulataGuan（半月彎貝介）等。介形蟲豐度變化較大，分異度不高，無論屬種數(shù)及個(gè)體總數(shù)都比有孔蟲少得多，同時(shí)也反映研究區(qū)經(jīng)歷了河流相沉積、河口海灣、潮間帶等各階段沉積環(huán)境演變。

硅藻以半咸水種為主，海相種次之，淡水種極少。研究區(qū)硅藻屬種以沿岸的半咸水種類Cy-clotella striata、Paralia sulcata、Coscinodiscus divisus、Coscinodiscus oculatus為優(yōu)勢(shì)種，多數(shù)不含或者極少出現(xiàn)熱帶-亞熱帶海水種類，如Azpeitia nodulifera、Coscinodiscus excentricus和Coscinodiscus radiatus等，反映了受海水影響較小的沿岸河口環(huán)境[21]。

部分地區(qū)和層位埋藏有海水種貝殼類，如Paphiaa undulate（波紋巴非蛤）、Donixsp.（豆斧蛤）、Potamocorbula laevis（光滑河藍(lán)蛤）、Ostrea pestigrisHanley（貓爪牡蠣）、Crassostrea rivularis（近江重牡蠣）等，反映了當(dāng)時(shí)海水到過該地區(qū)。

2.4 古氣候演化

地層中孢粉分布狀況及其組合特征是確定古植被類型、氣候冷暖干濕變化、進(jìn)行古氣候分期的依據(jù)之一。一般來說溫暖時(shí)期植物茂盛、孢粉比較豐富，以闊葉樹花粉為主；寒冷期孢粉較少，以喜冷的針葉樹為主，或以草本花粉為主。晚更新世LGM期間植被凋零、孢粉貧乏、濃度極低，與上覆、下伏地層相比均有明顯區(qū)別，可作為氣候地層的分界標(biāo)志，但其豐度受到沉積環(huán)境影響。區(qū)域穩(wěn)定的海侵期次也是古氣候變化的標(biāo)志[22]。

通過研究和總結(jié)孢粉分布狀況及組合特征，大致推測(cè)出研究區(qū)氣候變化。距今約11.7ka，埋深在5.8～39.5m，孢粉組合特點(diǎn)是櫟屬-栲屬-三縫孢-禾本科，年均氣溫20.3～22.3℃，氣候基本以暖濕為主，總體趨勢(shì)是涼干-熱濕-溫涼[23]；距今約29ka，埋深在9.3～33.8m，氣候基本以干冷為主，年均氣溫12～16℃[24]，此階段世界洋面大幅度下降，普遍處于風(fēng)化剝蝕階段，孢粉不易保存；距今約32ka，埋深在20～57.8m，象征熱帶植被的孢粉蓬勃發(fā)展，如陸均松屬、阿丁楓屬、金縷梅科、?？啤⒁巴俸痛箨频?，氣候基本以暖濕為主[22]；距今約50ka，埋深在16.95～47m，氣候基本以干冷為主，孢粉組合為松屬-櫟屬-單縫孢-三縫孢，顯示氣候干冷、海平面下降[22]；距今約70ka，埋深在24.7～55.2m，該段孢粉組合為栲屬-櫟屬-松屬-蕨[25]，氣候基本以暖濕為主。

上述特征表明，從距今約70～11.7ka研究區(qū)氣候經(jīng)歷了暖濕-干冷-暖濕-干冷-暖濕（偏涼干）的變化，印證了第四紀(jì)自然界的最大特點(diǎn)是旋回性變化，即冰期與間冰期、海退與海侵、地殼抬升與下降、剝蝕與堆積等交替出現(xiàn)。

3 古河道變遷

珠江三角洲自晚更新世以來至少發(fā)生過兩次海侵[1,10-11]，第一次發(fā)生在晚更新世（約27kaBP），第二次發(fā)生在全新世（約7.5kaBP）。冰期海退期間，河流向外延伸，下蝕陸架形成河道；海侵期間，河口退縮，河道被淤積掩埋在海底之下，形成埋藏古河道[26]。研究古河道不但可以了解一個(gè)地區(qū)的河流地貌演變歷史，并且也為地下空間開發(fā)、地下水利用和國(guó)土空間規(guī)劃等提供重要參考。

古河道最重要的特征是它伴生的河床相沉積，底部為卵石或粗砂層，向上過渡為砂層或粉砂層[27]。在垂直剖面上，其顆粒大小的順序是下粗上細(xì)；在縱剖面上，則上游粗下游細(xì)。目前對(duì)于古河道研究手段主要有遙感、物探、地表工程等，本次工作在區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的8499個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化第四系鉆孔研究基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)了上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)河流相砂（卵礫石）層厚度以及基巖埋深等數(shù)據(jù)，并制作了相應(yīng)的厚度分布圖，大致劃分出了研究區(qū)古河道分布范圍，按形成時(shí)間的早晚分為晚更新世古河道和全新世古河道。

3.1 晚更新世古河道

晚更新世古河道形成年代久遠(yuǎn)，底板埋深在19.1m以下，沉積物厚1.5～20.5m，區(qū)內(nèi)共2043個(gè)鉆孔有所揭露。以大于12m厚度的區(qū)域?yàn)橥砀率拦藕拥乐髁鲙В▓D4），并結(jié)合參考第四系厚度分布圖（圖3）后發(fā)現(xiàn)：古河道集中在南頭鎮(zhèn)-東鳳鎮(zhèn)-阜沙鎮(zhèn)-三角鎮(zhèn)-民眾鎮(zhèn)一帶，最終沿五桂山東緣進(jìn)入海域，河道自北西向南東方向展布，與區(qū)內(nèi)斷裂帶方向基本一致；河道呈“網(wǎng)狀”分布，將陸地分割成塊（阜沙鎮(zhèn)-民眾鎮(zhèn)呈“島”狀）；沉積物底部為卵礫石、圓礫或礫砂，中部為粗砂、中粗砂夾礫石，頂部為中砂、細(xì)紗和粉質(zhì)粘土，二元沉積結(jié)構(gòu)明顯，海相淤泥、淤泥質(zhì)砂整合于頂部之上，與全新世古河道沉積體相分隔；沉積中心多集中在河道匯集或改道處，最厚處達(dá)42.1m；受地形影響明顯，北部平原區(qū)地勢(shì)平坦、無地形約束、河道寬闊，中東部地勢(shì)較高、河道迅速縮窄、改道。

圖4 晚更新世河流相砂層厚度及古河道分布圖 Fig.4 Map of thickness of river phase sand layer and distribution of ancient riverway in Late Pleistocene

據(jù)其分布特征，區(qū)內(nèi)晚更新世古河道大致分為東、西、中三支，分述如下：

（1）東支（圖4）：由黃圃鎮(zhèn)雁企村進(jìn)入，沿南東方向經(jīng)介元村-三星圍，在三角鎮(zhèn)新洋村和盧四頃與中支匯合，而后進(jìn)入伶仃洋。河道寬大于1.6km，于民眾鎮(zhèn)北西側(cè)與中支相互交叉，形成“網(wǎng)狀河”。

（2）西支：自古鎮(zhèn)鎮(zhèn)西側(cè)進(jìn)入，經(jīng)橫欄鎮(zhèn)-板芙鎮(zhèn)-神灣鎮(zhèn)直至珠海進(jìn)入南海海域。受地形、構(gòu)造影響明顯，流向、規(guī)模與現(xiàn)代西江基本一致。因西支僅極少部分流經(jīng)區(qū)內(nèi)，故對(duì)其規(guī)模、寬度等信息調(diào)查有限。

（3）中支（圖4）：由東鳳鎮(zhèn)廣安圍進(jìn)入，經(jīng)和泰村-永龍社至東罟村分支成南西和南東支流，此處河流下蝕明顯，河道寬度最寬、沉積物最厚，而后主流帶經(jīng)高橋頭村-陽光村-白花村-二頃八，河道寬3～4km，至民眾鎮(zhèn)與東支匯合形成“網(wǎng)狀河”，河道寬度縮窄至1～1.8km，最終流入伶仃洋。

3.2 全新世古河道

全新世古河道形成年代近，埋藏淺（底板埋深7.6m以下）、沉積物薄（厚1～12.7m）、寬度窄（1～1.5km），區(qū)內(nèi)共682個(gè)鉆孔有所揭露。以大于6m厚度的區(qū)域?yàn)槿率拦藕拥乐髁鲙В▓D5），結(jié)合現(xiàn)代地形地貌等特征發(fā)現(xiàn)：古河道主要集中在南頭鎮(zhèn)-小欖鎮(zhèn)-阜沙鎮(zhèn)-三角鎮(zhèn)-民眾鎮(zhèn)一帶，河道曲折呈“樹枝狀”，整體自北西向南東方向展布，與區(qū)內(nèi)斷裂帶方向基本一致；沉積物厚度由西至東逐漸變厚，西部最厚達(dá)15.4m，東部最厚達(dá)26.1m；古河道與現(xiàn)代河道有部分交叉和繼承；沉積物基底為（含礫）粗砂或中砂，頂部為粉質(zhì)粘土或細(xì)砂。

圖5 全新世河流相砂層厚度及古河道分布圖 Fig.5 Map of thickness of river phase sand layer and distribution of ancient riverway in the Holocene

據(jù)其分布特征，區(qū)內(nèi)全新世古河道大致分為東、西兩支，分述如下：

（1）東支（圖5）：區(qū)內(nèi)最大古河道，有四個(gè)分支：支1寬約1.1km，經(jīng)四埠村-元豐圍，在績(jī)西村處改道呈北東方向展布，后經(jīng)和泰村與支2匯合；支2寬約0.7km，經(jīng)廣安圍-和泰村-七娘廟，在阜安村與支3匯合；支3寬約1.2km，經(jīng)低沙村-黃圃鎮(zhèn)-七娘廟，在阜沙鎮(zhèn)處改道呈北東東方向展布并在盧四頃處與支4匯合；支4寬約1.8km，經(jīng)聚豪新村-新鋒村-陳十頃-盧四頃，匯入主河道。四個(gè)分支匯合后形成寬約2.3km、沉積物厚大于12m的主河道，經(jīng)新建村-同富圍，由南沙區(qū)十八涌流入伶仃洋。

（2）西支：受地形與構(gòu)造限制，范圍與晚更新世古河道和現(xiàn)代河道基本一致。

4 結(jié)論

（1）將中山市三角洲平原區(qū)第四系劃分為禮樂組和桂洲組，并繪制了第四系厚度分布圖，直觀地表達(dá)了其分布規(guī)律和特征，主要體現(xiàn)在：厚度變化較大，呈北東厚南西??；存在多個(gè)沉積中心，主要呈北西向線性展布，可劃分為4個(gè)沉積區(qū)。

（2）研究區(qū)有孔蟲以廣鹽種為主、淺海種次之；介形蟲以廣鹽種-淺海種為主；硅藻以半咸水種為主、海相種次之。

（3）依據(jù)孢粉分布狀況及組合特征分析，從距今約70～11.7ka研究區(qū)氣候經(jīng)歷了暖濕-干冷-暖濕-干冷-暖濕（偏涼干）的變化。

（4）據(jù)古河流相砂層的分布，繪制了晚更新世和全新世時(shí)期古河道分布圖并研究了其特征，晚更新世時(shí)期古河道在寬度、深度、沉積物厚度等方面都高于全新世時(shí)期。