易亮

同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092

0 引言

渤海陸架是新生代亞洲大陸東部一系列邊緣海發(fā)育的最年輕部分[1-2]；平均水深約18 m，僅其東面與黃海相通處的狹窄水道深度超過80 m[3]。新近紀(jì)—第四紀(jì)時(shí)期，渤海盆地持續(xù)沉降[4-6]，所堆積的數(shù)千米厚度的湖相、河流相、海相等地層，為追溯東亞大陸邊緣的海陸相互作用、太平洋板塊向亞洲板塊俯沖和青藏高原隆升過程與效應(yīng)等關(guān)鍵科學(xué)問題提供了重要素材[3,7-9]。近年來隨著各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的不斷突破與完善，越來越多的證據(jù)表明渤海陸架所經(jīng)歷的演化歷程既有大區(qū)域環(huán)境過程的一致性，又具有自身區(qū)域的特殊性。根據(jù)地理位置的不同，渤海可劃分為五個(gè)部分，即北部遼東灣、西部渤海灣、南部萊州灣、中部中央海盆和東部廟島群島（圖1）。不同部分的沉積背景顯著不同；其中，萊州灣地區(qū)因物源較近、物質(zhì)供給豐富、沉降過程穩(wěn)定等特點(diǎn)，過去海平面變化等地質(zhì)、環(huán)境事件未能造成較大的沉積間斷，因而較為連續(xù)地記錄了區(qū)域環(huán)境過程的歷史[10-11]。

圖1 渤海盆地與研究鉆孔位置Fig.1 Bohai Basin and the study sites

近半個(gè)世紀(jì)以來，渤海地區(qū)的鉆孔巖心研究已經(jīng)在一定程度上揭示了區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、水文過程、資源狀況[3,7,9,11]。例如，趙松齡等[10]根據(jù)數(shù)十支鉆孔巖心構(gòu)建了晚第四紀(jì)中國東部三次海侵的沉積學(xué)基本框架，并探討了海侵的空間范圍，這一成果得到了后續(xù)一系列研究的支撐[2,12-25]。盡管不同年代學(xué)方法標(biāo)定的海侵時(shí)間并不完全相同[10-11]，但框架也已應(yīng)用于黃東海地區(qū)[7,26-35]。另一方面，長鉆孔的沉積學(xué)與古環(huán)境研究[36-43]揭示出渤海盆地由古湖向陸架的演化導(dǎo)致了區(qū)域環(huán)境和生物群落重組[1-2,44-45]，包括水系調(diào)整、鹵水資源富集和動(dòng)物遷徙等。這些研究成果，極大地推進(jìn)了對(duì)渤海陸架演化及其潛在影響的認(rèn)識(shí)。

然而，由于陸架沉積與環(huán)境過程的復(fù)雜性，渤海盆地獲得的長序列記錄仍顯不足，早更新世至更早時(shí)期的地層對(duì)比也未能充分展開。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文嘗試在整理萊州灣現(xiàn)有鉆孔巖心結(jié)果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建萊州灣第四紀(jì)地層與年代的基本框架，進(jìn)而對(duì)比渤海盆地其他地區(qū)的已有成果，探討渤海陸架演化過程及其可能的環(huán)境效應(yīng)。

1 研究區(qū)域和研究方法

1.1 區(qū)域概況

萊州灣位于郯廬斷裂帶山東段（沂沭斷裂）的東西兩支之間，中新世中晚期以來整體處于穩(wěn)定的沉降環(huán)境，表現(xiàn)為地震剖面上不整合面以上同相軸基本平行、連續(xù)穩(wěn)定，地層無較大的起伏[46-47]。

萊州灣地區(qū)第四紀(jì)地層主要包含沖洪積、海積、湖積沉積層，由南向北、自東向西地層厚度逐漸增加，央子斷裂以北、白浪河—虞河一帶厚度最大，可劃分為平原組、濰北組、旭口組、臨沂組、沂河組等。晚第四紀(jì)三次主要海侵事件由趙松齡等[10]命名，從老到新包括滄州海侵（第三海侵層）、黃驊海侵（部分地區(qū)包括次級(jí)的渤海海侵）（第二海侵層）和獻(xiàn)縣海侵（第一海侵層）。

自西向東有小清河、彌河、白浪河、濰河、膠萊河等河流，自南向北注入萊州灣。這些河流發(fā)源于魯中山區(qū)，蜿蜒北流，河流長度多介于100～200 km，年輸沙量可達(dá)百萬噸。由于降水主要集中在夏季，這些河流的徑流量和輸沙量也以夏季為多，占全年的一半以上[19]；河水從魯中山區(qū)直接進(jìn)入山前平原地帶，形成面積廣大的沖洪積扇與古河道。

1.2 研究材料

用于本項(xiàng)研究的11 支鉆孔巖心取自萊州灣及沿岸（圖1），由天津地質(zhì)調(diào)查中心和自然資源部第一海洋研究所完成鉆進(jìn)取心。其中，HLL01、HLL02、BH1、BH2、Lz908、W5、W9 和GD02 等8 支已在此前的研究中有所涉及，G2、H5和X1孔是本研究首次報(bào)道。11 支鉆孔巖心的具體信息已在表1 中列出。

表1 研究鉆孔信息及其發(fā)表情況Table 1 Information and published reports for the studied cores in this study

1.3 古地磁測試

前人研究已指出，萊州灣沉積的載磁礦物主要是磁鐵礦，部分樣品含有少量的赤鐵礦成分[49]。因此，本研究中涉及的磁性地層研究選用交變退磁和熱退磁方法，對(duì)3支未定年鉆孔巖心的定向樣品進(jìn)行系統(tǒng)退磁。具體的測試內(nèi)容包括：（1）G2 孔，交變退磁46 塊（上部16 m），熱退磁242 塊；（2）H5 孔，交變退磁114塊（上部48 m），熱退磁364塊；（3）X1孔，交變退磁442 塊。剩磁測量在天津地質(zhì)調(diào)查中心和同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的低溫超導(dǎo)磁力儀2G-755K（2G Enterprises，USA）上完成。測量數(shù)據(jù)，采用PuffinPlot 數(shù)據(jù)處理軟件[50]，利用主成分分析法進(jìn)行特征剩磁方向的計(jì)算。特征剩磁方向通過線性擬合方式[51]獲得，每次擬合利用不少于4個(gè)連續(xù)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行，且最大角偏差（MAD）小于15°。

2 結(jié)果與分析

2.1 區(qū)域地層的基本特征

綜合已有鉆孔巖心結(jié)果，萊州灣地區(qū)已發(fā)表的沉積類型可大致劃分為三類，從下至上分別以河流—沖洪積相沉積、湖相沉積、海相沉積為主[1,11]。簡述如下（圖2）：（1）河流—洪積相。研究區(qū)內(nèi)的河流—沖洪積相沉積主要發(fā)育在第四紀(jì)地層的下部，棕黃色、棕灰色、雜色的中—粗沙（圖2c），偶見礫石混雜，無明顯層理發(fā)育。（2）湖相沉積。渤海地區(qū)湖相沉積在第四紀(jì)時(shí)期曾廣泛發(fā)育。萊州灣地區(qū)的湖相沉積，以青灰色、棕灰色、灰褐色的含黏土質(zhì)粉砂為特征（圖2b），發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核，部分層位發(fā)育2～5 mm 厚的微層理；產(chǎn)介形類，如Candoniella suzini蘇金小玻璃介、Ilyocypris salebrosa粗糙土星介、Ilyocypris cornae柯氏土星介、Ilyocypris bradyi布氏土星介等（鉆孔未發(fā)表資料）。湖相沉積中（圖2b），青灰色、灰褐色沉積層較棕灰色沉積層更為致密、粒度更細(xì)、生物碎屑較少，可能指示較弱的動(dòng)力環(huán)境。（3）海相沉積。萊州灣地區(qū)的海相沉積以海侵—海退層序?yàn)橹饕卣?，包含灰色、青灰色、灰褐色的粉砂—?xì)砂（圖2a），發(fā)育水平層理，海侵層可見大量生物碎屑。區(qū)域內(nèi)海相沉積中含有豐富的有孔蟲與介形蟲化石。據(jù)鉆孔未發(fā)表資料，有孔蟲化石主要有Ammonia卷轉(zhuǎn)蟲、Elphidium advenum異地希望蟲、Cribrononion incertum易變篩九字蟲、Cribrononion porisuturalis孔縫篩九字蟲、Nonion akitaense秋田諾寧蟲、Quinqueloculinasp.塊蟲等潮下帶到淺海種；海相介形化石有Leguminocythereisspp.豆艷花介、Campylocythereissp.彎艷花介、Leguminocythereis hodgii.侯德豆艷花介、Cushmanideaspp.庫士曼介、Perissocytheridea sumatraensis蘇門答臘奇美花介、Perissocytheridea japonica日本奇美花介等；貝殼類生物化石有Arca subcrenata毛蛤、Meretrix文蛤、Aloidis laevis光滑蘭蛤等。

圖2 三類典型沉積的巖心照片與粒度特征（數(shù)據(jù)源自文獻(xiàn)[1]）（a）陸架沉積；（b）湖相沉積；（c）河流相沉積Fig.2 Core photographs and grain-size characteristics of the three sedimentary types (data from reference [1])

三類典型沉積不但表觀差異顯著，粒度特征也存在明顯不同。以研究程度較高的HLL02孔沉積物粒度特征為例（圖2）：海相沉積粒度分布的主峰位于50～100 μm 的粗粉砂—細(xì)砂區(qū)間，缺失或較少包含0.3～30 μm的黏土—細(xì)粉砂等較細(xì)顆粒；湖相沉積具有明顯的多峰特征，主要表現(xiàn)為10～100 μm 細(xì)粉砂—細(xì)砂為主的寬峰分布，同時(shí)包含較多的黏土質(zhì)組分和砂質(zhì)顆粒；河流—沖洪積相沉積的粒度特征在海相與湖相之間，主峰位于50～300 μm 的細(xì)砂—中砂區(qū)間，同時(shí)包含多個(gè)較顯著的細(xì)顆粒組分。此外，三類沉積的粒度參數(shù)線性關(guān)系也存在顯著差異（圖2）。這些粒度組分和參數(shù)的特征差異，與現(xiàn)代沉積所觀察到的現(xiàn)象具有較好的一致性，指示沉積物粒度特征在重建萊州灣地區(qū)古環(huán)境變化研究中的重要潛力[52-54]。

2.2 新增三支鉆孔巖心的古地磁結(jié)果

三支鉆孔巖心的系統(tǒng)退磁結(jié)果具有相似的特征。對(duì)于交變退磁樣品，在15～30 mT之前，剩磁強(qiáng)度降低較快，這代表低矯頑力磁性礦物（主要是磁鐵礦）的信號(hào)；在70～80 mT 時(shí)，樣品的剩磁強(qiáng)度衰減至天然剩磁的5%～20%（圖3），說明高矯頑力磁性礦物（赤鐵礦等）在部分樣品中也是重要的剩磁載體。對(duì)于熱退磁樣品，多數(shù)樣品的剩磁強(qiáng)度在500℃～600 ℃已衰減至天然剩磁的不足5%，少部分樣品在690 °C 已完全衰減（圖3）。這些退磁特征說明，20～60 mT、500 ℃～600 ℃或600 ℃～690 ℃區(qū)間的退磁數(shù)據(jù)可分離出線性較好的特征剩磁分量。根據(jù)這一特點(diǎn)，三支鉆孔巖心最終獲得了具有穩(wěn)定特征剩磁的磁極性序列（圖4），成功率分別為37%（G2，106/288）、42%（H5，200/478）和55%（X1，241/442）。在此基礎(chǔ)上，本研究定義的極性段至少包含極性相同的3個(gè)相鄰樣品，地層厚度超過1 m。

圖3 新增三支鉆孔巖心典型樣品的系統(tǒng)退磁結(jié)果空心圓上的數(shù)字代表退磁的交變場強(qiáng)mT或熱退磁溫度℃；實(shí)心方塊代表水平投影，空心圓代表垂直投影；NRM為天然剩磁Fig.3 Orthogonal diagrams of demagnetization results of the representative samplesnumbers on open circles=alternating fields in mT or thermal demagnetization temperature in ℃;open (solid) circles (squares)=vertical (horizontal) plane;NRM=natural remanent magnetization

圖4 新增三支鉆孔巖心的古地磁結(jié)果與對(duì)比方案N1～N6.古地磁正極性區(qū)間；MAD.最大角偏差；B.布容正極性時(shí)；M.松山負(fù)極性時(shí)；J.加拉米諾正極性亞時(shí)；CM.Cobb Mountain正極性事件；O.奧杜維爾正極性時(shí)；Ga.高斯正極性時(shí)；Gi.吉爾伯特負(fù)極性時(shí)；GPTS.國際地層極性年表[55]；以下各圖相同F(xiàn)ig.4 Magnetostratigraphy of three coresN1-N6.normal polarity chrons;MAD.maximum angular deviation;B.Brunhes chron;M.Matuyama chron;J.Jaramillo subchron;CM.Cobb Mountain excursion;O.Olduvai chron;Ga.Gauss chron;Gi.Gilbert chron;GPTS.geological polarity time scale[55];same in following figures

研究區(qū)構(gòu)造背景穩(wěn)定，且三支鉆孔巖心無明顯沉積間斷發(fā)育，本研究根據(jù)這新增三支鉆孔巖心的古地磁結(jié)果，同時(shí)參考萊州灣地區(qū)已發(fā)表的磁極性序列特征[1-2,11,48]，將已識(shí)別的磁極性區(qū)間初步（順序）對(duì)比至國際標(biāo)準(zhǔn)地層年表（GPTS）中第四紀(jì)磁極性序列[55]（圖4）。具體對(duì)比方案如下：（1）正極性區(qū)間N1對(duì)比至布容正極性時(shí)（C1n）；（2）正極性區(qū)間N2對(duì)比至加拉米諾正極性亞時(shí)（C1r.1n）；（3）N3可能對(duì)應(yīng)于Cobb Mountain 正極性事件（CM）；（4）N4 對(duì)應(yīng)至奧杜維爾正極性時(shí)（C2n）；（5）正極性區(qū)間N5～N6 僅記錄于G2 孔下部，且與基底風(fēng)化殼接近，考慮到此處變化與晚上新世古地磁場的變化情況相似，可能對(duì)應(yīng)于高斯正極性時(shí)（C2An）。根據(jù)這一對(duì)比方案，三支鉆孔巖心各時(shí)期的沉積厚度呈現(xiàn)明顯的向海（北）增加的趨勢，與已發(fā)表的成果一致（表1）。

2.3 萊州灣地層對(duì)比

2.3.1 地層年代對(duì)比

前人研究已指出，萊州灣地區(qū)第四紀(jì)地層主要包含下伏的湖相與上覆的海侵層沉積，河流—沖洪積相沉積少量發(fā)育，或發(fā)育于上新世[1-2,11,48]。對(duì)于上覆海侵層，地層年代學(xué)研究主要基于14C測年和古地磁漂移事件[10,21]，隨著釋光測年技術(shù)的發(fā)展，近年來的研究成果多基于光釋光年齡[25,56]。盡管不同年代學(xué)法所標(biāo)定的海侵事件年齡存在較大差異且各方法的適用性也仍需更多的檢驗(yàn)，Yiet al.[1]，易亮等[11]在對(duì)比不同年代技術(shù)優(yōu)劣勢的基礎(chǔ)上，認(rèn)為第一海侵層發(fā)生于全新世，不同測年方法的結(jié)果基本一致；第二海侵層應(yīng)始于氧同位素5 期（MIS 5），MIS 3期部分地區(qū)發(fā)育海相殘余沉積；第三海侵層始于MIS 7 期，可持續(xù)至MIS 6 期。因聚焦于整套第四紀(jì)地層的對(duì)比，上覆海侵層的特征與對(duì)比在此不再贅述。

相較于晚第四紀(jì)海侵的研究成果，中下更新統(tǒng)的相關(guān)研究由于受到長序列鉆孔不易獲取的客觀制約，對(duì)比框架尚未統(tǒng)一認(rèn)識(shí)[7,9,11]。

為揭示萊州灣地區(qū)第四紀(jì)地層的空間分布規(guī)律，本研究利用11支鉆孔巖心的古地磁結(jié)果，分別以布容正極性時(shí)和松山負(fù)極性時(shí)的底界為基準(zhǔn)進(jìn)行區(qū)域地層對(duì)比研究（圖5）。識(shí)別等時(shí)面是追蹤盆—山沉積體系演化的重要內(nèi)容[57-58]，通過等時(shí)面深度的對(duì)比，可以再現(xiàn)不同沉積單元的沉降差異，在以往的沉積地層研究中具有廣泛應(yīng)用[59-63]。結(jié)果顯示，松山—布容M/B 界限（中更新統(tǒng)埋深）普遍分布于50 m 左右，并向北（向海）方向逐漸增加（圖5a），指示了過去1 Ma 以來不同沉積單元沉降量差異較小，可能反映了較為穩(wěn)定的盆—山沉積背景。這一結(jié)果與渤海其他地區(qū)的結(jié)果類似[33,36-37,39-40,42-43,64-66]。不過，山前四支鉆孔巖心底部（W9孔、G2孔、GD02孔和W5孔）均發(fā)現(xiàn)了基巖風(fēng)化殼，表明盆地南緣基底埋深較淺，古隆起尚未完全消失。

圖5 萊州灣第四紀(jì)地層年代對(duì)比（a）布容等時(shí)線；（b）高斯等時(shí)線；HLL01孔（據(jù)文獻(xiàn)[48]）；HLL02、BH1、BH2孔（據(jù)文獻(xiàn)[1]）；Lz908孔（據(jù)文獻(xiàn)[2,19,52]）；W5、W9、GD02孔（據(jù)文獻(xiàn)[11]）；G2、H5、X1孔為本研究新增Fig.5 Chronostratigraphical correlation of Laizhou Bay in the Quaternarycore HLL01 (after reference [48]);cores HLL02,BH1,BH2 (after reference [1]);core Lz908 (after references [2,19,52]);cores W5,W9,GD02 (after reference [11]);cores G2,H5,X1 from this study

若將對(duì)比基準(zhǔn)下移至高斯—松山Ga/M 界限（更新統(tǒng)底界），不同地點(diǎn)的Ga/M埋深差異十分顯著（圖5b）。例如，BH1孔和BH2孔Ga/M界限埋深170 m左右；HLL01 孔和HLL02 孔的埋深接近，約140 m；X1孔和H5 孔未見Ga/M 界限，但根據(jù)上部地層的沉積速率推算，Ga/M 埋深可能超過200 m。然而，山前鉆孔巖心的情況則完全不同：Ga/M 界限與M/B 界限接近，高斯正極性時(shí)的頂部埋深40～80 m。

萊州灣鉆孔巖心兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的埋深差異與區(qū)域沉積背景密切相關(guān)?？紤]到盆—山界限附近W9 孔約36 m 處的剝蝕特征，本文推測萊州灣地區(qū)向海一側(cè)在早更新世曾經(jīng)歷顯著的沉降過程，導(dǎo)致盆地向山區(qū)一側(cè)廣泛擴(kuò)張。

2.3.2 第四紀(jì)地層序列

在綜合鉆孔巖心年代對(duì)比結(jié)果的基礎(chǔ)上，本文以河流、干湖（棕灰色、粒度稍粗的湖相沉積層）、沿海湖沼（有孔蟲化石數(shù)量較少）等三個(gè)次級(jí)沉積相指示低位域沉積體系，以海相（有孔蟲化石數(shù)量較多的沉積層）和湖沼相（青灰色—灰褐色、粒度較細(xì)的湖相沉積層）指示高位域（水進(jìn)域）。在磁性地層結(jié)果的制約下，結(jié)合已發(fā)表的生物化石結(jié)果[8,22,67]，通過11支鉆孔巖心從陸向海排列，將特征相似、年代相近的沉積層相連構(gòu)建等時(shí)面（近等時(shí)面），形成了萊州灣第四紀(jì)地層的初步框架[67]，并識(shí)別出17 個(gè)水退—水進(jìn)旋回（圖6）。具體劃分如下：（1）全新統(tǒng)。包含1 個(gè)海侵沉積序列，埋深10～20 m。（2）中更新統(tǒng)上部—上更新統(tǒng)。包含2 個(gè)海侵—海退序列，埋深20～60 m。（3）下更新統(tǒng)上部—中更新統(tǒng)。包含7個(gè)海侵/水進(jìn)—水退序列，埋深80～120 m。這些海侵/水進(jìn)旋回可與深海氧同位素曲線所指示的冰期—間冰期序列對(duì)應(yīng)，與渤海其他地區(qū)所報(bào)道的結(jié)果相似[36,42,64-65]。（4）下更新統(tǒng)。包含7 個(gè)水進(jìn)—水退序列，埋深差異較大。

圖6 基于11 支鉆孔巖心構(gòu)建的萊州灣地區(qū)第四紀(jì)地層初步框架（據(jù)文獻(xiàn)[67]修改）Fig.6 Stratigraphic framework of Laizhou Bay in the Quaternary from 11 drill cores (modified from reference [67])

根據(jù)這一劃分方案，近1 Ma以來10次水進(jìn)—水退旋回與地球公轉(zhuǎn)軌道參數(shù)偏心率的主周期一致，表現(xiàn)為0.1 Ma的韻律特征；第四紀(jì)早期的7個(gè)水進(jìn)—水退旋回則大致對(duì)應(yīng)了約0.2 Ma的準(zhǔn)周期特征。

早更新世晚期以來的區(qū)域相對(duì)水深定量重建顯示，萊州灣地區(qū)的相對(duì)水深變化基本與全球海平面變化一致[2]，均表現(xiàn)為0.1 Ma左右的冰期—間冰期旋回，與本文所劃定的10個(gè)海侵/湖進(jìn)—水退旋回一一對(duì)應(yīng)。

由于地球軌道參數(shù)變化的0.2 Ma 周期強(qiáng)度太弱，一般無法直接以主周期的形式表現(xiàn)在地質(zhì)記錄中[68]，使得萊州灣地區(qū)第四紀(jì)早期的約0.2 Ma準(zhǔn)周期的水進(jìn)—水退旋回在古氣候研究中并不常見[69-70]。盡管如此，過去全球變化研究還是報(bào)道了一些0.2 Ma為主周期的古氣候記錄[69,71-76]，這些古氣候研究將0.2 Ma 周期解釋為偏心率周期的變種[69,73-74]或地軸斜度周期的多種組合[70]。因此，未來在萊州灣地區(qū)開展早更新世湖相沉積演化的詳細(xì)研究，有可能進(jìn)一步發(fā)掘地層記錄的古氣候信息，為解譯0.2 Ma 準(zhǔn)周期提供新證據(jù)。

2.4 環(huán)渤海地區(qū)地層對(duì)比

參考萊州灣地區(qū)第四紀(jì)地層的初步框架，通過收集、整理渤海地區(qū)已有結(jié)果，同時(shí)考慮到最近一次“渤海古湖”解體與早期海侵開始于1 Ma 左右[11]，本文以加拉米諾正極性亞時(shí)的底部（～1 Ma）為對(duì)比基準(zhǔn)（等時(shí)面），開展環(huán)渤海地區(qū)的地層對(duì)比分析（圖7）。結(jié)果顯示，中更新世以來渤海盆地內(nèi)各單元沉降量的差異較小，而渤海灣北部和靠近廟島古隆起區(qū)域的沉降量十分可觀，指示了盆地東部和西北部邊緣主要在過去1 Ma 內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速擴(kuò)張，晚于萊州灣南緣的擴(kuò)張時(shí)間。盡管不同單元內(nèi)的沉積特征存在一定差異，渤海地區(qū)在2～1 Ma 湖相沉積發(fā)育相對(duì)穩(wěn)定，且較少受到來自河流—沖洪積等高能沉積環(huán)境的影響，可能對(duì)應(yīng)了最近一期“渤海古湖”發(fā)育[1]。

圖7 環(huán)渤海地層對(duì)比與中更新世盆地?cái)U(kuò)張（據(jù)文獻(xiàn)[1]修改）BH08孔（據(jù)文獻(xiàn)[36]）；MT04孔（據(jù)文獻(xiàn)[77]）；BZ2孔（據(jù)文獻(xiàn)[66]）；TJC1孔（據(jù)文獻(xiàn)[42]）；BH1孔和HLL02孔（據(jù)文獻(xiàn)[1]）Fig.7 Lithological and magnetostratigraphical correlations around Bohai Sea and Middle Pleistocene basin evolution(modified from reference [1])core BH08 (after reference [36]);core MT04 (after reference [77]);core BZ2 (after reference [66]);core TJC1 (after reference [42]);cores BH1 and HLL02 (after reference [1])

3 盆地演化及環(huán)境意義

受區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的控制[78]，西北太平洋海水被浙閩古隆起、千里巖古隆起和廟島古隆起分別阻擋于南黃海、北黃海和渤海之外[1,31]，黃—渤海地區(qū)在晚上新世—早更新世形成了類似于“三級(jí)水庫”的地理格局[11]。此后，伴隨三大古隆起的逐步解體，黃—渤海地區(qū)最終和東海連為一體，轉(zhuǎn)換為陸架沉積環(huán)境。

綜合上述沉積地層特征與年代對(duì)比結(jié)果，并結(jié)合區(qū)域已有的古環(huán)境與古地理重建[33,36-37,39-40,42-43,64-66]，推測渤海盆地可能經(jīng)歷了如下幾個(gè)主要階段。

（1）中新世晚期或更早，根據(jù)少數(shù)鉆孔巖心結(jié)果推測，渤海地區(qū)以河流沉積體系為主（粗顆粒沉積的沖洪積相），可能沒有形成持久的巨型湖泊。因湖水無法蓄積，推測渤—黃海盆地此時(shí)可能保持連通狀態(tài)。

（2）上新世晚期開始（據(jù)萊州灣地層對(duì)比推測時(shí)間為3.8～3.6 Ma），盆—山體系的差異沉降可能導(dǎo)致渤海盆地逐漸被孤立，造成區(qū)域河流無法排出、湖水蓄積。此時(shí)區(qū)域內(nèi)雖廣泛發(fā)育湖相沉積，但鉆孔巖心之間的精細(xì)對(duì)比相對(duì)困難（圖7）；同時(shí)湖相沉積中常夾有粒度較粗的河流—沖洪積薄層，可能說明此時(shí)區(qū)域古地理以湖群為主或湖泊規(guī)模較小，各單元的湖泊發(fā)育相對(duì)獨(dú)立。

（3）第四紀(jì)早期（2.0 Ma左右），區(qū)域內(nèi)大量鉆孔巖心資料顯示，以深灰色、青灰色細(xì)粒的深湖相為主，且不同單元內(nèi)獲得的環(huán)境代用指標(biāo)也具有較好的可比性[36-38,66]，指示了較為穩(wěn)定的湖相沉積發(fā)育。因此，此階段盆地內(nèi)湖泊規(guī)?？赡茌^大，且不同單元間連通性較好，可能對(duì)應(yīng)了最近一期“渤海古湖”發(fā)育[1]。不過，隨著堆積總量的增加，盆—山差異沉降產(chǎn)生的容積空間將逐步減少。

（4）早更新世晚期（1.0 Ma左右），區(qū)域內(nèi)少數(shù)鉆孔巖心的沉積物已出現(xiàn)海侵特征，如BH08 孔、TJC1孔和X1孔（圖5，7）。不過，盆地內(nèi)仍以棕灰色淺湖相沉積為主，夾有粒度較粗的河流—沖洪積薄層?？紤]到渤海盆地此時(shí)水位高于現(xiàn)代海平面4～6 m[2]，推測古湖開始萎縮，但廟島群島古隆起尚未完全解體[1]。

（5）中更新世晚期以來（0.3 Ma左右），渤海盆地周邊發(fā)生了三次重大海侵事件[10-11]。此時(shí)區(qū)域水位波動(dòng)頻繁，總體呈持續(xù)下降趨勢[2,52-54]，表明廟島隆起的“屏障”作用明顯消退。渤海盆地發(fā)展為內(nèi)陸架海，水位主要受控于全球海平面變化[2,52-54]。

因此，渤海盆地自上新世晚期可能經(jīng)歷了三個(gè)主要演化階段[11]，即3.8～3.6 Ma 之前，盆地以河流—沖洪積堆積為主；0.3 Ma 之前為“渤海古湖”發(fā)育（圖8），廟島古隆起地勢相對(duì)較高；～0.3 Ma 以來古湖消亡，陸架形成。

圖8 中國北方哺乳動(dòng)物、渤海地區(qū)植被群落與盆地演化哺乳動(dòng)物（據(jù)文獻(xiàn)[79]）；植被群落（據(jù)文獻(xiàn)[44,80]）；盆地演化（據(jù)文獻(xiàn)[1]）Fig.8 Mammals in northern China,vegetation communities and evolution of the Bohai Basinmammals (after reference [79]);vegetation communities (after references [44,80]);basin evolution (after reference [1])

渤海盆地的多階段演化模式，既伴隨著與北美五大湖區(qū)兩倍面積相當(dāng)?shù)木蘖亢木奂?，又?jīng)歷了古隆起的下沉和巨量湖水的外泄，是東北亞地質(zhì)、地理、氣候、環(huán)境格局演變的重要組成。從更大空間尺度來看，渤海盆地與廟島古隆起作為整個(gè)黃河流域的侵蝕基準(zhǔn)面，陸架形成的0.3 Ma 左右正是三門古湖[81-82]、大同盆地[83-84]、泥河灣盆地[85-87]等古湖消亡的時(shí)間耦合點(diǎn)。那么，廟島古隆起的解體與渤海古湖湖水的外泄，是否因顯著降低流域的侵蝕基準(zhǔn)面，加速了流域內(nèi)一系列古湖的消亡？回答這一問題有可能為揭示黃土高原、黃河流域、東部陸架演化的關(guān)聯(lián)性提供重要切入點(diǎn)。

從區(qū)域植被演替的角度來看（圖8），萊州灣南岸HLL02孔的孢粉記錄指示了研究區(qū)植物群落在上新世—早更新世早期呈現(xiàn)出蒿屬、藜科及禾本科為主的草原環(huán)境[80]，HLL02 孔與天津G3 孔的孢粉記錄則共同記錄了早更新世整體較為溫暖濕潤的森林環(huán)境[44,80]。進(jìn)入中更新世，渤海地區(qū)以櫟屬、松屬為主的針葉闊葉混交林明顯萎縮，森林在當(dāng)?shù)刂脖恢械谋壤掷m(xù)下降[44]。區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的這些變化，雖然主要受控于全球氣候變冷[44]，但渤海古湖的發(fā)育，有可能通過改善或延緩區(qū)域氣候環(huán)境的惡化，促成森林環(huán)境在早更新世的擴(kuò)張。

此外，第四紀(jì)人類和哺乳動(dòng)物對(duì)環(huán)境變化的進(jìn)化響應(yīng)長期以來一直存在爭議[88-89]。雖然大量證據(jù)表明動(dòng)物種群水平的變化通常不會(huì)導(dǎo)致新物種的起源[90]，但哺乳動(dòng)物的進(jìn)化速度在整個(gè)更新世顯著增加[91]。對(duì)比中國北方第四紀(jì)大型哺乳動(dòng)物演化[79]，哺乳動(dòng)物可能對(duì)植被演替和渤海演化的階段性存在一定的響應(yīng)，特別是1.2～0.7 Ma 期間（圖8），華北地區(qū)大型哺乳動(dòng)物物種總數(shù)大幅減少、動(dòng)物區(qū)系快速重組可能與大區(qū)域內(nèi)草地的擴(kuò)張有關(guān)[44,79]。三大古隆起的下沉也可能促進(jìn)了長江與鄰近沿海流域之間淡水魚類的基因交換[45]，顯著增加了陸架魚類種群的多樣性[92]。

4 結(jié)論

本研究通過萊州灣地區(qū)11支鉆孔巖心年代成果的集成，構(gòu)建了區(qū)域第四紀(jì)地層對(duì)比的初步框架，識(shí)別出17 個(gè)水進(jìn)—水退的旋回，發(fā)現(xiàn)萊州灣第四紀(jì)時(shí)期的首次海侵時(shí)間為～1.0 Ma。通過與渤海其他地域鉆孔巖心的對(duì)比研究，劃分了渤海盆地由陸到海轉(zhuǎn)化的主要階段，即3.8～3.6 Ma 之前，盆地以河流—沖洪積堆積為主，0.3 Ma 之前為“渤海古湖”發(fā)育，廟島古隆起相對(duì)地勢較高，～0.3 Ma 以來古湖消亡，陸架形成。在此基礎(chǔ)上，初步探討了渤海演化階段性與華北植被演替與大型哺乳動(dòng)物區(qū)系變化的潛在聯(lián)系，指出渤海古湖的古環(huán)境研究可能為揭示黃土高原、黃河流域、東部陸架演化的協(xié)同性提供新的視角。然而，因缺少生物化石序列、河湖相地層環(huán)境代用指標(biāo)序列等證據(jù)，此次所構(gòu)建的第四紀(jì)地層初步框架與環(huán)境影響的討論仍有很多局限性，這些初步結(jié)論尚需更多相關(guān)證據(jù)的檢驗(yàn)。

致謝 本文得益于許多老師和同學(xué)的幫助與討論，包括天津地質(zhì)調(diào)查中心田立柱研究員、姜興鈺高級(jí)工程師，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所鄧成龍研究員，中國科學(xué)院海洋研究所趙松齡研究員，自然資源部第一海洋研究所于洪軍研究員，自然資源部第四海洋研究所徐興永研究員，同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院李逸冰博士生等，以及萊州灣海水入侵與土壤鹽漬化野外科學(xué)觀測研究站的支持，在此深表謝意。