长江三角洲前缘晚第四纪层序特征及冰后期海平面波动沉积响应

赵宝成

（上海市地质调查研究院，上海 200072）

长江三角洲前缘晚第四纪层序特征及冰后期海平面波动沉积响应

赵宝成

（上海市地质调查研究院，上海 200072）

利用位于长江三角洲前缘南汇边滩水下砂体的HYK16钻孔的测年、岩性、微体古生物化石资料，分析末次冰期长江下切河谷阶地的晚第四纪层序特征及冰后期海平面波动控制下的沉积环境演变。钻孔沉积物自下而上记录了末次冰期以来的发育的3套沉积体系：河流体系（海拔-47～-31m，晚更新世晚期低水位体系域）、河口湾体系（海拔-31～-21m，早全新世海侵体系域）和三角洲体系（海拔-21～-3.6m，中晚全新世高水位体系域）。岩性、有孔虫、花粉记录共同揭示了10～7.7ka BP在海平面快速上升作用下钻孔所在地经历了滨海湖沼至滨海的快速转变，尤其是9～8.5ka BP期间，海面的大幅度上升使得河口快速向陆移动，导致钻孔所在地水深明显变大。钻孔所在地约7.7ka BP开始发育水下三角洲，约1.07ka BP开始变为潮滩。

长江三角洲前缘；层序地层；古海平面；第四纪地质；沉积环境

随着海洋经济的发展，近年来海岸带地质环境调查成为上海市基础地质调查的重要工作内容[1]。过去几十年来，基于长江三角洲陆域的大量第四纪钻孔，确立了地层与沉积环境格架，尤其是具有精确地质年龄约束的晚第四纪地层层序和沉积演化模式。李从先等利用长江三角洲南北两翼平原600多个钻孔，识别了末次冰期和冰后期沉积旋回，揭示了末次冰期海退期间长江三角洲陆域发育了宽约60～70km、深约70～90m的下切河谷，下切河谷两侧古河间地经历了长期暴露成土作用，下切河谷和古河间地古地理格局影响了冰后期海平面上升背景下的沉积物的分布和沉积环境的模式[2]。这种认识为深化开展工程地质调查与研究提供了重要依据[3]。然而，长江口海域晚第四纪沉积地质学研究仍相对薄弱，上世纪八九十年代在长江口外实施的钻孔识别度不高且缺乏精确年龄的控制[4]。最近几年长江口外水下三角洲相继报道了高分辨的钻孔[5,6]，与陆域下切河谷、三角洲平原高辨率沉积记录进行了较好的对比，共同揭示了长江三角洲陆域和海域冰后期沉积演化受到了气候频繁波动和海平面阶段性上升事件的主导控制。

长江口5m水深海域分布有水下砂体，是长江三角洲主体自全新世发育后不断向海进积的结果。拦门沙是上海重要的砂体资源潜力区，该区域的晚第四纪层序变化和千年尺度沉积演化规律对于理解砂体资源的动态演化十分重要。此外，水下三角洲晚第四纪层序特征也是研究冰后期海侵海退沉积演化、长江三角洲发育和生长规律以及估算历史时期长江泥沙“从源到汇”和“从汇到源”的搬运、堆积和再扩散过程的基本依据[7,8]。

本文利用上海市地质调查研究院2008年在南汇边滩水域实施的HYK16孔（图1）的测年、岩性、有孔虫和孢粉测试资料，探讨长江口水下砂体晚第四纪层序特征及其海平面波动沉积响应，为上海地区开展海陆地层对比和研究近岸水域砂体资源地质演化规律提供参考数据和理论依据。

1 材料和方法

HYK16孔位于南汇边滩，钻探地点水深3.6m，岩芯长度44m。孔深（自水底（海拔-3.6m）起算，下同）27.5m见上更新统顶部标志层，标志层下伏砂质沉积，上覆泥质沉积，至顶部又为砂质沉积。对钻孔沉积物组成、沉积构造进行了观察，总结了层序变化特征（图2）。对上更新统砂体进行了光释光(OSL)测年，在中国地质科学院水文地质环境地质研究所完成。选取全新统地层螺壳、贝壳、泥炭进行了AMS14C测年，测试在中国科学院地球环境研究所加速器质谱中心进行，并对贝壳、螺壳样品进行了海洋碳库校正，本文仅列举1σ测年值。OSL和AMS14C测年结果见图2。按照0.5m间距采集91件粒度样品，测试在华东师范大学河口与海岸国家重点实验室完成。按照控制岩性和沉积序列变化的原则采集30个微体古生物化石（有孔虫化和孢粉）样品，化石鉴定在中国地质大学（武汉）完成，多数样品化石统计数量大于100粒，共检查出26种有孔化石和73种类孢粉化石（图3）。有孔虫化石计算了丰度（枚/50g）和分异度（种类）指标，孢粉化石计算了各类型含量（以孢粉和藻类总和为基数），仅列举垂向变化明显且沉积环境指示意义明确的化石类型，包括藜科(Chenopodiaceae)、麻黄(Ephdra)、禾本科(Poceae)、莎草科(Cyperaceae)以及以香蒲为主的水生草本(Aquatic)。

图1 研究区范围和钻孔位置Fig.1 Study area and borehole location

图2 HYK16孔岩性综合柱状图Fig.2 Composite depth of borehole HYK16 showing calibrated age, lithology, microfossil assemblage and interpreted sedimentary facies

环选择孢粉类型的指示意义说明如下：长江三角洲地区晚新生代以来地层沉积先后分别受到了构造沉降和气候-海平面的主导控制，沉积环境变化十分频繁且横向多不连续[9]，地层沉积物中的孢粉对沉积环境指示意义更加明显[10]。草本花粉和蕨类孢子传播距离较短，多指示局地环境，在河口、陆架地层研究中多用于揭示沉积地点距岸远近或海水入侵的影响[11]。长江三角洲平原及河口表土花粉研究表明，藜科和麻黄可指示盐碱生植物群落，莎草科、禾本科分别可指示沼泽湿地植物和芦苇植物群落，水生植物花粉和蕨类孢子在湖沼环境含量较高，但受到水流搬运影响可以在河道、浅滩以及口外海域广泛分布，可以指示长江径流扩散[12]。

图3 HYZK16孔微体古生物分布特征Fig.3 The vertical distribution of the microfossil in the sediment of borehole HYK16

2 沉积物岩性、微体古生物化石和地质年龄

H Y K 1 6孔自下而上划分为5个沉积序列（SU1～SU5），各沉积层序沉积物岩性、微体古生物化石和地质年龄分布如下（图2）：

2.1 沉积序列SU1（孔深27.5～44m）

下部（孔深29.4～44m）灰黄色、棕黄色细砂夹少量泥质粉砂薄层，层厚3～5mm至1～2cm，平均粒径53～81μm，孔深29.4m处OSL测年36.8±2.4ka BP。顶部（孔深27.5～29.4m）以暗绿色泥质粉砂为主，底部0.4m为杂色粘土，平均粒径＜63μm，与下伏砂层渐变接触，平均粒径约50～150μm，孔深27.6m处OSL测年20.1±1.1 ka BP。

仅个别层位出现有孔虫化石，孔深35.5m和36.8m各发现1枚Globigerina sp.和Ammonia becarri.var。孔深38.3m和39.7m水生草本花粉含量约10%，Poceae和Cyperaceae含量不足5%。

2.2 沉积序列SU2（孔深21.6～27.5m）

以灰色粉砂质泥为主，平均粒径9～29μm，富含炭化植物碎屑，含量由下而上减少，尤其底部2m炭化植物碎十分丰富，局部见泥炭和泥质结核，与下伏暗绿色泥质粉砂不整合接触，侵蚀面明显，底部27.35m处泥炭AMS14C日历年龄10.26±0.03ka BP。顶部（孔深25m以上）出现少量有孔虫化石，丰度不足50枚/50g，分异度小于10，组合类型为Ammonia beccarii.(var)-Cribrononion kiangsansis。指示性孢粉组合类型为Aquatic-Cypearae-Poceae，含量分别接近15%、10%和5%，盐生类型花粉仅底部层位少量出现。

2.3 沉积序列SU3（孔深17.6～21.6m）

均匀灰色粉砂质泥，平均粒径9～41μm，底部与下伏地层接触处见厚约1cm贝壳碎屑层。由下而上逐渐出现粉砂纹层（2～3mm），并见含贝壳碎屑的粉沙、细砂团块，顶部见明显的生物扰动痕迹，孔深20.6m处出现长约10cm垂向延伸的虫孔，其内充填细砂和少量贝壳碎屑。有孔虫化石丰富，丰度和分异度较下伏地层提高，分别100～150枚/50g和12～13，组合类型为Ammonia beccarii(var)-Quinqueloculina seminula-Cribrononion kiangsansis。指示性孢粉组合类型为Chenopodiacea-Ephdra，含量分别高达40%和10%，水生、湿生类型均不足5%。

2.4 沉积序列SU4（孔深7.45～17.6m）

灰色粉砂质泥夹少量粉砂纹层（1～2mm），局部见少量贝壳碎屑和粉砂团块，平均粒径7～38μm，底部与下伏地层渐变接触。孔深16.65m和8.9m处AMS14C日历年龄分别7.02±0.12ka BP和1.34±0.09ka BP。有孔虫化石丰富，约100枚/50g；分异度10～15，局部可达25。仅上部层位检查出孢粉化石，组合类型为Ammonia beccarii(var)-Quinqueloculina seminula-Elphidium advenum。指示性孢粉组合类型为Cypearae-Poceae-Aquatic，含量均接近10%，相比之下盐生类型花粉含量不足5%。

2.5 沉积序列SU5（孔深0～7.45m）

以黄灰色、灰色细砂为主，由下而上粒径总体明显变粗，下部以细砂夹泥质粉砂薄层（0.5～1cm）为主，平均粒径多50～80μm，局部以粉砂质泥为主，顶部3m明显变粗，黄灰色细砂、中砂为主，但1～1.55m为粉砂质泥夹层，砂层中含大量贝壳碎屑，平均粒径110～159μm，泥层夹少量细砂薄层（1～2cm），平均粒径38～57μm。微体古生物化石面貌与下伏SU4相类似，仅有孔虫丰度、分异度略有波动和优势花粉的含量有所降低。

3 分析讨论

3.1 年代地层、沉积演化解释及层序地层划分

根据长江三角洲地区晚第四纪沉积物大量研究成果以及地层和沉积环境模式[13]，HYK16孔沉积物记录了末次冰期海退—低水位体系域、冰后期海侵体系域和高水位体系域，分别对应了河流体系、河口湾体系和三角洲体系。

SU1，下部灰黄色细砂夹泥质粉砂薄层，上覆暗绿色粘土和灰绿色泥质粉砂，有孔虫化石匮乏，推断沉积环境由下而上经历了河流边滩—河漫滩；偶见有孔虫化石反映偶受微弱海水影响。根据暗绿色粘土层底和下伏砂体层顶OSL测年，下部灰黄色砂体形成于MIS3中晚期，暗绿、灰绿色泥属于MIS2。该层序特征类似于长江三角洲南翼平原大量钻孔揭示的MIS3～2海退过程中的河流相环境[14]，类似于陆区广泛分布的第一硬土层，顶部河漫滩相沉积可能经历了后期海退暴露成土作用。根据层序地层观点，该层序属于晚更新世晚期海退—低水位河流相沉积体系。

SU2，有机质泥和大量植物根茎揭示了湖沼相环境，水生草本和湿生、沼生植物花粉占优势以及属种单调以及典型的潮上带广盐有孔虫化石组合揭示了滨海湖沼相特点。底部泥炭AMS14C日历年龄显示该层形成于早全新世。

SU3，均匀泥中出现数量丰富、种类较多的有孔虫，典型的江浙滨海种Elphidium advenum以及常见的滨海浅水种Quinqueloculina seminula指示了一定水深的滨海环境，喜盐植物花粉的大量出现，揭示了海侵作用的加强。根据上覆地层螺壳AMS14C日历年龄和沉积速率推算，该层层顶年龄约7.7ka BP，属全新世早期。

SU2和SU3与在长江三角洲南翼平原全新世早期海侵形成的湖沼—滨海沉积特征相似，属于冰后期早期海侵河口湾沉积体系。

SU4，均匀泥中出现少量毫米级粉砂纹层，数量和种类丰富的有孔虫以及指示河口、滨岸浅水的Ammonia beccarii(var)、Quinqueloculina seminula占优势，以及出现Bolivina cochei、Globigerina bulloides等陆架窄盐种，指示了前三角洲相环境，局部见贝壳碎屑层和粉沙团块，指示了潮流的强烈作用。顶底螺壳AMS14C日历年龄显示该层属于全新世中晚期。

SU5，底部细砂夹泥薄层为主，显示了三角洲前缘潮流的作用，根据长江三角洲主体进积、长江河道和南翼平原岸线演变历史[17]，推断沉积环境为水下分流河道。顶部块状层理状细砂、中砂且含量大量贝壳碎屑，反映了潮流、波浪的强烈淘洗，属于河口砂坝相环境。根据SU4的AMS14C日历年龄和沉积速率估算，该层底部形成于1.07ka BP。

SU4和SU5属于全新世中期最大海泛以来高水位的三角洲沉积体系。

3.2 冰后期海平面波动沉积响应

末次盛冰期结束后，随着冰川消融，于末次冰期晚期开始至全新世早期出现了三次明显的融水事件，导致了海平面数百年短期内发生了大幅度快速上升，即MWP-1A(18.3～18.1ka BP)、MWP-1B(11.4～11.2ka BP)、MWP-1C(9～7ka BP)，这种现象在澳大利亚沿海珊瑚礁记录[15]、亚洲边缘海陆架和河口地层沉积物[16～21]普遍得到揭示，冰消期海平面波动控制了河口地区的沉积体系发育，体现在下切河谷充填和三角洲发育[22,23]。

长江三角洲陆区下切河谷遭受海侵开始于11ka BP，下切河谷及三角洲平原冰后期沉积演化主要受到了MWP-1B以来的海平面波动的控制。HYK16孔沉积序列和沉积记录特征揭示约10ka BP开始发育湖沼沉积，SU2下部高含量的水生、湿生植物花粉以及缺乏有孔虫化石揭示了偏淡水环境，至顶部开始出现属种单调的潮上带环境有孔虫，指示了海平面快速上升导致海侵开始波及现南汇边滩。SU3喜盐类花粉大量出现，有孔虫出现种类增加，并以滨海浅水类型占优势，指示了海平面的快速上升导致沉积地点水深变大。而SU4中喜盐类花粉含量大幅度降低，有孔虫种类进一步增加且出现较多类型的窄盐种，反映了SU3至SU4海平面出现了大幅度的上升，导致河口范围迅速向陆方向扩大、沉积中心迁移，河口泥沙供给相对匮乏，导致了沉积地点水深较大而堆积了均质泥沉积。根据SU3层顶推断年龄7.7ka BP，上述SU3至SU4沉积记录变化揭示了MWP-1C海平面快速上升事件，黄河三角洲和湄公河三角洲沉积记录显示9～8.5 ka BP期间海平面上升了约16～25m[24]。MWP-1C海平面快速上升在下切河谷和长江口外水下三角洲均有记录，表现为9～8.5ka BP沉积速率显著降低，甚至出现沉积间断。红河三角洲和新加坡沿海沉积记录显示MWP-1C海平面快速上升可能延续到7.5～7ka BP，在此期间发生了3～5m幅度的海面上升。

7.7ka BP以来随着海平面上升速率最终减缓和最大海泛的结束，长江水下三角洲开始在现南汇边滩发育，直至1.07ka BP三角洲前缘河口砂坝推进到沉积地点。

4 结论

HYK16孔钻孔沉积物岩性和微体古生物化石以及地质年龄共同揭示了长江口南汇边滩水下砂体晚第四纪层序特征和冰后期海平面波动控制下的沉积环境演化，主要认识如下：

（1）沉积地点埋深海拔约-30～-47m揭露了末次冰期中晚期海退—低水位河流沉积体系，-30m以上自下而上分别为冰后期海侵河口湾沉积体系和高水位三角洲沉积体系。

（2）有孔虫和孢粉记录揭示MWP1-B至MWP-1C海平面快速上升使得现南汇边滩在10～7.7ka BP沉积环境由滨海湖沼迅速向滨海转变，尤其是MWP-1C期间的海平面上升使得河口范围短时间内大幅度向陆扩大，导致了沉积地点水深明显增加。钻孔所在地约7.7ka BP开始发育水下三角洲，约1.07ka BP开始变为潮滩。

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Late Quaternary Sequence Stratigraphy of the Yangtze River Delta-Front Area with Special Reference to the Response of the Sedimentary Environment to Postglacial Sea-Level Change

ZHAO Bao-Cheng
(Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai 200072, China)

Late Quaternary stratigraphic sequences controlled by postglacial sea level fluctuations are examined in the last glacial terrace of the paleo-Yangtze River incised valley. The sedimentary evolution of the sequences is revealed by dating and analysis of sediments and microfossils from borehole HYK16 located in the Nanhui shoal in the Yangtze River deltafront. The borehole sediment records three depositional systems since the last glacial, which in ascending order are: fluvial (to sea level 47-31m, Late Pleistocene regression system tract and lowstand); estuarine (to sea level 31-21m, early Holocene transgression system tract); and deltaic (to sea level 21-3.6m, mid-late Holocene highstand). The sedimentary environment changed remarkably from marsh to near-shore during ～10-7.7 ka BP as a result of rapid stepped sea-level rise. In particular, a very rapid rise in sea level during ～9-8.5 ka BP caused the paleoestuary to shift quickly landward and be immersed under deeper water, and a possible hiatus (several hundred years long) occurred at the studied depositional site. The subaqueous delta was initiated at ca. 7.7 ka BP and the tidal flat developed at ca. 1.07 ka BP at the depositional site.

Yangtze River delta front; sequence stratigraphy; ancient sea level; Quaternary geology; sedimentary environment

P534.63

A

2095-1329(2013)02-0050-05

10.3969/j.issn.2095-1329.2013.02.012

2013-04-16

2013-05-22

赵宝成(1981-),男,博士,主要从事环境地质研究.

电子邮箱：bczhao_1981@126.com

联系电话：021-56618043

国家公益性行业科研专项(201011019)