渤海湾北岸海相贝壳AMS 14C测年与“驻留时间”

陈永胜，李建芬，杨朋，王福，田立柱

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津 300170；2.中国地质调查局海岸带地质环境重点实验室，天津 300170）

地层中埋藏的贝壳是放射性碳十四（AMS14C）测年的常见材料，用来指示地层的沉积年代[1-6]。通常测得的贝壳AMS14C年龄是生物死亡距今经历的时间，也就是说，如果贝壳死亡后被原地埋藏，其AMS14C年龄可以代表地层形成年代。但大多数贝壳死亡前后都不同程度地被水体搬运而埋藏，这一再搬运过程可能会经历较长的时间，即地层沉积时间与贝壳的AMS14C年龄之间存在一段“驻留时间”[7]。因此，地层中贝壳AMS14C“驻留时间”校正是提高地层年代学精度的重要环节。近年来，对渤海湾西岸贝壳堤“驻留时间”的研究表明，同一单层同种贝壳的闭合壳—单瓣壳—贝壳碎片的年龄通常具有逐渐变老的次序，初步获得单瓣贝壳的“驻留时间”经验值是440 yr，贝壳碎屑的“驻留时间”经验值是650 yr[8,9]。但贝壳堤作为海岸线演化的特殊地质体，其沉积环境、搬运营力多元，通过贝壳堤中不同形态的贝壳所总结的“驻留时间”经验值，其是否适用于其它海岸的沉积环境研究，鲜有验证。

本文选取渤海湾地区曹妃甸沿海全新统埋藏贝壳为研究对象，通过对比同一层位中不同形态贝壳的AMS14C年龄，初步总结贝壳形态-年龄序列并讨论成因。

1 样品采集与方法

2018-3孔和2018-4孔位于渤海湾北岸曹妃甸地区，钻孔上部25 m以浅岩心为灰棕色粘土质粉砂或粉细砂沉积，受全新世海面上升影响，河口、潮滩环境发育，贝壳含量相对丰富（图1，2）。在2个钻孔的14个层位中共采集了34个不同形态的贝壳样品进行AMS14C测年。样品所在层位厚度2～15 cm，在同一层位提取到双壳闭合的、单瓣的、腹足类、贝壳碎屑中的两种或多种材料（单瓣和碎屑样品尽可能选用同种双壳类），对每个样品拍照，记录属种及形态大小。测年由美国Beta实验室完成，半衰期以5 568年计，测定结果按照国际14C委员会推荐的通行方法（CALIB软件）进行校正后以日历年龄表达（yr cal BP）。海洋贮存库效应校正值是-178±50 yr[10,11]。本次共测得14组年龄对比数据，以此为依据对研究区地层中全新世贝壳的驻留时间初加讨论，提高年代学研究精度。

图1 钻孔位置图Fig.1 Map showing the borehole locations

2 结果与讨论

图2 AMS 14C测年贝壳样品Fig.2 Shell materials for AMS 14C dating

AMS14C测年结果见表1。按照校正年龄中值计算，2018-4钻孔埋深6.70～6.68 m地层年龄为4 644～3 927 yr cal BP。埋深7.93～7.90 m地层年龄为5 482～5 016 yr cal BP。2018-3钻孔埋深6.77～6.16 m地层年龄为1 455～589 yr cal BP，埋深22.00～23.60 m，地层年龄为9 564～6 307 yr cal BP。地层年龄由下向上逐渐年轻，自洽性良好，结果可信。

表1 2018-4和2018-3钻孔贝壳AMS 14C测年材料与结果Table 1 AMS14C dating materials and results for the shells of Boreholes 2018-4 and 2018-3

14组测年材料中，11组样品含碎屑形态贝壳，其中样品2018-3（19），贝壳碎屑年龄7 842 yr cal BP，闭合双壳年龄7 822 yr cal BP，两种形态贝壳年龄基本一致；2018-4（5）和2018-3（6）两组样品显示贝壳碎屑年龄比腹足类或单瓣壳的年龄偏大，样品2018-4（5）贝壳碎屑年龄4 644 yr cal BP，完整腹足类昌螺年龄4 312 yr cal BP，完整单壳年龄3 927 yr cal BP，呈碎屑年龄、整腹足类年龄、完整单壳年龄依次变小序列；样品2018-3（6）贝壳碎屑年龄7 907 yr cal BP，完整单壳年龄7 741 yr cal BP，虽然贝壳碎屑较完整单壳年龄偏大，但两种形态贝壳年龄以2倍标准偏差的校正年龄部分一致；其余8组含碎屑形态贝壳的年龄结果表明，同一层位中贝壳碎屑年龄均比单瓣壳和腹足类年龄偏小，以校正年龄中值计算，年龄差值总体介于104～466 yr。以2倍标准偏差的校正年龄对比，不同形态贝壳的年龄虽有部分接近，但主体仍呈现贝壳碎屑年龄偏小的特征（图3）。

图3 不同形态贝壳测年结果对比图Fig.3 Comparison chart of the dating results for different shapes of shells

14组测年材料中，6组含有完整腹足类样品，其中2018-3（18）和2018-4（5）两组腹足类壳体年龄介于贝壳碎片和完整单壳之间，其余4组腹足类壳体年龄均大于贝壳碎片或完整单壳年龄，年龄差值总体介于52～466 yr。

14组测年材料中，3组含有完整闭合双壳，其中2018-3（5）和2018-3（18）两组样品完整双壳年龄介于贝壳碎屑和单壳（腹足类）之间，但在2倍标准偏差的校正范围内，年龄部分接近，2018-3（19），两种形态贝壳年龄基本一致。3组含有完整闭合双壳年龄无明显偏小特征。

上述数据表明在研究区同一地层中，用于测年的腹足类-单瓣壳-贝屑3种形态贝壳的年龄通常具有依次变小的特征，这一结果明显不同于渤海湾西岸贝壳堤中同一单层同种贝壳的闭合壳-单瓣壳-贝壳碎片的年龄逐渐变老的次序。

贝壳堤是多成因的海岸演化过程产物，渤海湾西岸年轻贝壳堤可大致分为三部分，下部发育于潮下带上部一潮间带，由潮流、波浪簸选、堆积而成，常为毫米级贝壳碎屑与泥沙的混合物；中部发育于潮间带上部一潮上带，由高动能的风暴潮和越流水裹挟堆积而成，贝壳碎片一般数厘米并有大量单瓣贝壳。上部为风力吹扬不断加高的沿海沙丘，由直径数毫米的贝屑组成[12-16]。即用于研究贝壳堤驻留时间效应的14C测年样品通常取自高潮滩面或平均大潮高潮位相对平静与风暴浪—高潮水交替的高动能沉积环境。如此较强的水动力使得双壳类贝壳在搬运、进入贝壳堤或成为贝壳夹层的埋藏过程中，原来闭合的2个半壳很容易开裂分开，随着机械外力强度的增加，继而进一步破碎，因此，贝壳堤中贝壳的闭合壳、单瓣壳和贝壳碎片的3种保存形态中，闭合壳经历的再搬运和外力破坏最轻微，碎片最强烈，而单瓣壳介于二者之间，从而形成闭合壳-单瓣壳-贝壳碎片的年龄逐渐变老的次序。

本次研究位于渤海湾北岸曹妃甸地区，区内全新统为一套灰色、黄灰色冲积、海积、湖沼相沉积物，以粉土、粉质粘土、粉细砂为主，夹有淤泥层或海相层，含少量分散钙与钙核，质地疏松，厚度26～30 m[17-20]。2018-3孔和2018-4孔全新世以来随着海平面上升，经历了洪泛沼泽-潮间带-潮下浅海-近岸河口等沉积环境，沉积物总体偏细，以粘土质粉砂或粉砂为主，发育潮汐层理，无明显侵蚀界线，反映了较弱或稳定的水动力条件。地层中贝壳以牡蛎为主，部分层位含壳体较薄的纹蛤和光滑河篮蛤，且体形普遍较小，幼体富集，该生物组合通常生活在潮间带下部及潮下浅海地区，洽与研究区沉积环境相符。通过地层的岩相及生物组合特征可推测在较弱的水动力条件下，大部分贝壳死后未经历远距离搬运而就近被埋藏，甚至部分贝壳死亡后原地沉积，在压实过程中壳体发生破损。样品2018-3（19）完整闭合双壳年龄与同种的贝屑年龄基本一致，或多组样品不同形态贝壳年龄以2倍标准偏差的校正年龄部分接近，可近一步支持这一推测。

在近距离搬运或往复水流弱动力淘选中，腹足类壳体较厚耐搬运，在死亡后较长时间能够保持形态完整，双壳类特别其幼体壳薄，死亡后较短时间内开裂进而破碎，因此同一层位中腹足类年龄多老于双壳类年龄。同理，双壳类较大个体较幼体壳耐搬运，在死亡后较长时间能够保持完整，而本次测年采用的贝壳碎片多为较小个体或幼体壳的一部分，极易破碎，同种双壳类单壳年龄常大于其幼体的碎片年龄。

3 结论

渤海湾北岸曹妃甸地区2018-3孔和2018-4孔AMS14C测年结果显示，在研究区同一地层中，用于测年的腹足类—单瓣壳—贝屑3种形态贝壳的年龄通常具有依次变小的特征，以校正年龄中值计算，年龄差值总体介于52～466 yr。以2倍标准偏差的校正年龄对比，不同形态贝壳的年龄部分接近。这一结果明显不同于渤海湾西岸贝壳堤中同一单层同种贝壳的闭合壳—单瓣壳—贝壳碎片的年龄逐渐变老的次序。这种贝壳形态-年龄序列的差别系沉积环境不同，搬运营力及距离差异性导致。