珠江三角洲中南部第四系沉积特征和古河道变迁①

2023-01-05杨伟彬何斌尼玛央金叶升明龙桂

化工矿产地质 2022年4期

杨伟彬何斌尼玛央金叶升明龙桂

广东省地质调查院，广东广州 510080

关于珠江三角洲形成、演化的研究，从柯威廉[1]开始历时已超过百年。自20世纪80年代以来，众多学者对珠江三角洲进行了第四纪地质研究，内容包括：地层划分、年代学、沉积学、海侵旋回、海平面变化史、古气候演化、新构造、古河道变迁等，积累了丰富的资料[2-5]。

中山市位于珠江三角洲核心区域，其第四系沉积特征和沉积过程也一定程度代表了整个珠江三角洲的第四纪地质特征。近年来，《1∶5万厚街圩等四幅区域地质调查》、《珠江三角洲基底断裂探查研究》、《广东省及香港、澳门特别行政区区域地质志》、《珠江三角洲晚第四纪地质环境演化及现代过程研究》等项目均有涉及该区域第四纪地质方面的调查工作，在第四纪沉积、构造活动特征、环境特征与演化过程等方面取得了大量成果与认识[6-9]。笔者作为骨干成员参与了《中山市多要素三维城市地质调查》项目的基础地质调查、三维模型构建等工作，根据项目所取得的钻孔数据和测试分析资料（项目施工201个，区内收集8298个，区外收集1651个，共计10150个），在结合前人研究成果的基础上，探讨珠江三角洲中南部地区-中山市第四系沉积特征和古河道变迁。

1 研究区概况

中山市位于广东省中南部，N22°11′～22°47′，E113°09′～113°46′，面积约1902km2。地质构造体系属华南褶皱束的粤中坳陷北段，区内主要发育有西江断裂、五桂山北麓断裂、五桂山南麓断裂及次一级断裂若干。研究区地形以平原为主（海拔高程一般小于2m），地势总体上中部高四周低，中部为低山丘陵，边缘发育冲洪积相河流沉积；北部、西部和东部地区受西江干流、小榄水道、鸡鸦水道、洪奇沥水道等多条河道及海湾的共同影响，形成低平的第四纪海积冲积平原；南部地区受五桂山岩体影响，形成山前洪积-海积冲积平原。区内河网广布，在河流、潮汐、海湾等共同作用下，第四纪沉积物多具同期异相、物质组成复杂、沉积厚度变化较大的特点。

2 第四系沉积特征

2.1 地层划分

大部分学者认为珠江三角洲第四系总体存在上更新统和全新统2个海相沉积旋回[1,10-11]（部分学者认为有3旋回[2,12-13]），局部存在LGM时期由于海平面大幅度下降形成的下切河谷河流相沉积[14-18]。结合中山市第四纪沉积物构造、颜色、岩性组合等特征，初步划分了中山市三角洲平原区第四纪沉积地层单位，并使用深海氧同位素阶段命名（MIS5与MIS3为北半球间冰期，研究区发生不同程度的海侵；MIS4、MIS2时期研究区发育网状水系，出现低水位泛滥平原沉积；MIS1为冰后期以来的沉积）[13,19]（表1）。

表1 中山市三角洲平原区第四纪沉积地层划分表 Table 1 Division of Quaternary sedientary formation in delta plain area of Zhongshan city

2.1.1 礼乐组（Qp3l）

不整合于基岩风化壳之上，主要由砂砾、砂、粘土等组成，自下而上可划分为南沙段、光明村层、石排段、西南镇段和三角层，时代属晚更新世，是约12.8万年（即大体相当于海洋氧同位素5阶段（MIS5））以来的沉积（表1），局部有多个沉积旋回，层底埋深0.5～94.0m，厚0.2～54.4m，厚度变化较大。依据厚度分布图，其沉积中心大致可分为两个带：一是东升镇-横栏镇-港口镇一带，平均厚约22.8m；二是阜沙镇-三角镇-民众镇一带，其沉积厚度最厚，平均厚约27.4m，分布也较为广泛（图1）。

图1 礼乐组厚度分布图 Fig.1 Thickness distribution map of Lile formation

2.1.2 桂洲组（Qhg）

桂洲组为平行不整合覆于礼乐组或超覆于基岩风化壳之上的一套地层，自下而上可划分为杏坛段、横栏段和灯笼沙段，时代属全新世，为约1.17万年（即大体相当于海洋氧同位素1阶段（MIS1））以来的沉积。该组分布范围最广，层底埋深0.9～84.6m，厚0～80.8m。根据厚度厚度分布图可以看出，沉积中心明显分三带，均为北西向展布：西部沿西江干流，在下游沉积最厚，平均厚约27.9m；中部夹持于小榄水道与鸡鸦水道之间，沿东凤镇-阜沙镇-港口镇一带展布，在横门沉积最厚，平均厚约24.8m；东部沿洪奇沥水道及支流，在黄圃镇-三角镇-民众镇-横门岛一带，平均厚约28.9m，形成多个中心，反映了全新世古河道及河间地块的展布特征（图2）。

图2 桂洲组厚度分布图 Fig.2 Thickness distribution map of Guizhou formation

2.2 沉积特征

对现有钻孔进行了第四系厚度的统计（统计时去除钻孔顶部的各类填土及底部的残坡积层），根据统计的数据制作了第四系厚度分布图（图3）。

图3 第四系厚度分布图 Fig.3 Thickness distribution map of Quaternary System

统计结果显示区内第四系厚度变化较大，呈北东厚南西薄，最厚处为94m，最薄处为0.3m，平均厚度为22.4m。存在多个沉积中心，主要呈北西向线性展布。依据第四系分布特征大致将研究区划分为4个沉积区：

（1）北部沉积区，平均厚约33.8m，沿东凤镇-阜沙镇-港口镇-三角镇-民众镇-横门岛一带展布。第四系主要为海相沉积物夹部分河流相沉积物，海相沉积物整体磨圆度、分选性较好，岩性以淤泥或粘土为主；河流相沉积物整体磨圆度、分选性较差，岩性以砂或卵砾石为主。中山市北部为地堑式断陷盆地，第四纪期间有较大幅度沉降，不同时代沉积上下叠置，沉积厚度大，整体呈面状分布，该区域水道、断裂发育，部分沉积中心与现代河道交叉重叠。

（2）南部沉积区，平均厚约29.2m，沿西江下游磨刀门水道展布，与西江断裂带吻合，整体呈带状分布。第四系由河流相沉积物结合海相沉积物组成，沉积中心位于西江下游。

（3）西部沉积区，平均厚约22.1m，沿小榄镇-古镇镇-东升镇-横栏镇-大涌镇一带展布。第四系主要由海相沉积物组成，无明显沉积中心。

（4）东部沉积区，平均厚约10.4m，分布于南朗镇-三乡镇-坦洲镇一带。主要为山前洪冲积物夹部分海相沉积物，颗粒较粗，无明显沉积中心。

2.3 生物特征

生活在古环境的有孔虫、介形虫、硅藻等生物，其分布受水深、水温、盐度和水动力条件等影响十分明显，根据钻孔中各类生物属种分布的差异性，可以为研究区海平面升降、生物地层划分和沉积环境演化提供重要依据。笔者依据前人对中山市生物特征的研究成果[14,20-21]，综合各种资料，进行了系统的生物分析。

有孔虫动物群中，以广盐种为主，浅海种次之。其中轮虫科的Ammonia beccarii vars（毕克卷转虫变种）、Ammonia dominicana（圆形卷转虫）为优势分子，希望虫科Elphidium advenum（异地希望虫）、Elphidium magellanicum（缝裂希望虫）、Elphidium hispidulum（粗糙希望虫）等次之，再次为Globigerinita glutinata（粘连近抱球虫）、Globigerina bulloides（泡抱球虫）、Globorotalia menardii（敏纳圆幅虫）等。有孔虫的丰度和分异度变化较大，水体盐度是影响本区有孔虫分布的最主要因素；其次是水动力条件（或底质类型）；水深对有孔虫分布也有一定影响，潮汐作用带来部分异地埋藏分子。根据沉积物岩性和有孔虫分布特征，推测研究区经历了河流相沉积、河口海湾、潮间带等各阶段沉积环境演变，期间曾不同程度暴露于地表遭受风化剥蚀[21]。

介形虫动物群中，以广盐种-浅海种为主。其中Sinocytheridea impressa（典型中华美花介）、Bicornucythere bisanensis（美山双角花介）、Sinocythere sinensisChen（中国中华花介）最为常见，次为Neomonoceratina chenaeZhao et Whatley（陈氏新单角介）、Loxoconcha hemicrenulataGuan（半月弯贝介）等。介形虫丰度变化较大，分异度不高，无论属种数及个体总数都比有孔虫少得多，同时也反映研究区经历了河流相沉积、河口海湾、潮间带等各阶段沉积环境演变。

硅藻以半咸水种为主，海相种次之，淡水种极少。研究区硅藻属种以沿岸的半咸水种类Cy-clotella striata、Paralia sulcata、Coscinodiscus divisus、Coscinodiscus oculatus为优势种，多数不含或者极少出现热带-亚热带海水种类，如Azpeitia nodulifera、Coscinodiscus excentricus和Coscinodiscus radiatus等，反映了受海水影响较小的沿岸河口环境[21]。

部分地区和层位埋藏有海水种贝壳类，如Paphiaa undulate（波纹巴非蛤）、Donixsp.（豆斧蛤）、Potamocorbula laevis（光滑河蓝蛤）、Ostrea pestigrisHanley（猫爪牡蛎）、Crassostrea rivularis（近江重牡蛎）等，反映了当时海水到过该地区。

2.4 古气候演化

地层中孢粉分布状况及其组合特征是确定古植被类型、气候冷暖干湿变化、进行古气候分期的依据之一。一般来说温暖时期植物茂盛、孢粉比较丰富，以阔叶树花粉为主；寒冷期孢粉较少，以喜冷的针叶树为主，或以草本花粉为主。晚更新世LGM期间植被凋零、孢粉贫乏、浓度极低，与上覆、下伏地层相比均有明显区别，可作为气候地层的分界标志，但其丰度受到沉积环境影响。区域稳定的海侵期次也是古气候变化的标志[22]。

通过研究和总结孢粉分布状况及组合特征，大致推测出研究区气候变化。距今约11.7ka，埋深在5.8～39.5m，孢粉组合特点是栎属-栲属-三缝孢-禾本科，年均气温20.3～22.3℃，气候基本以暖湿为主，总体趋势是凉干-热湿-温凉[23]；距今约29ka，埋深在9.3～33.8m，气候基本以干冷为主，年均气温12～16℃[24]，此阶段世界洋面大幅度下降，普遍处于风化剥蚀阶段，孢粉不易保存；距今约32ka，埋深在20～57.8m，象征热带植被的孢粉蓬勃发展，如陆均松属、阿丁枫属、金缕梅科、桑科、野桐属和大戟科等，气候基本以暖湿为主[22]；距今约50ka，埋深在16.95～47m，气候基本以干冷为主，孢粉组合为松属-栎属-单缝孢-三缝孢，显示气候干冷、海平面下降[22]；距今约70ka，埋深在24.7～55.2m，该段孢粉组合为栲属-栎属-松属-蕨[25]，气候基本以暖湿为主。

上述特征表明，从距今约70～11.7ka研究区气候经历了暖湿-干冷-暖湿-干冷-暖湿（偏凉干）的变化，印证了第四纪自然界的最大特点是旋回性变化，即冰期与间冰期、海退与海侵、地壳抬升与下降、剥蚀与堆积等交替出现。

3 古河道变迁

珠江三角洲自晚更新世以来至少发生过两次海侵[1,10-11]，第一次发生在晚更新世（约27kaBP），第二次发生在全新世（约7.5kaBP）。冰期海退期间，河流向外延伸，下蚀陆架形成河道；海侵期间，河口退缩，河道被淤积掩埋在海底之下，形成埋藏古河道[26]。研究古河道不但可以了解一个地区的河流地貌演变历史，并且也为地下空间开发、地下水利用和国土空间规划等提供重要参考。

古河道最重要的特征是它伴生的河床相沉积，底部为卵石或粗砂层，向上过渡为砂层或粉砂层[27]。在垂直剖面上，其颗粒大小的顺序是下粗上细；在纵剖面上，则上游粗下游细。目前对于古河道研究手段主要有遥感、物探、地表工程等，本次工作在区内现有的8499个标准化第四系钻孔研究基础上，统计了上更新统和全新统河流相砂（卵砾石）层厚度以及基岩埋深等数据，并制作了相应的厚度分布图，大致划分出了研究区古河道分布范围，按形成时间的早晚分为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远，底板埋深在19.1m以下，沉积物厚1.5～20.5m，区内共2043个钻孔有所揭露。以大于12m厚度的区域为晚更新世古河道主流带（图4），并结合参考第四系厚度分布图（图3）后发现：古河道集中在南头镇-东凤镇-阜沙镇-三角镇-民众镇一带，最终沿五桂山东缘进入海域，河道自北西向南东方向展布，与区内断裂带方向基本一致；河道呈“网状”分布，将陆地分割成块（阜沙镇-民众镇呈“岛”状）；沉积物底部为卵砾石、圆砾或砾砂，中部为粗砂、中粗砂夹砾石，顶部为中砂、细纱和粉质粘土，二元沉积结构明显，海相淤泥、淤泥质砂整合于顶部之上，与全新世古河道沉积体相分隔；沉积中心多集中在河道汇集或改道处，最厚处达42.1m；受地形影响明显，北部平原区地势平坦、无地形约束、河道宽阔，中东部地势较高、河道迅速缩窄、改道。

图4 晚更新世河流相砂层厚度及古河道分布图 Fig.4 Map of thickness of river phase sand layer and distribution of ancient riverway in Late Pleistocene

据其分布特征，区内晚更新世古河道大致分为东、西、中三支，分述如下：

（1）东支（图4）：由黄圃镇雁企村进入，沿南东方向经介元村-三星围，在三角镇新洋村和卢四顷与中支汇合，而后进入伶仃洋。河道宽大于1.6km，于民众镇北西侧与中支相互交叉，形成“网状河”。

（2）西支：自古镇镇西侧进入，经横栏镇-板芙镇-神湾镇直至珠海进入南海海域。受地形、构造影响明显，流向、规模与现代西江基本一致。因西支仅极少部分流经区内，故对其规模、宽度等信息调查有限。

（3）中支（图4）：由东凤镇广安围进入，经和泰村-永龙社至东罟村分支成南西和南东支流，此处河流下蚀明显，河道宽度最宽、沉积物最厚，而后主流带经高桥头村-阳光村-白花村-二顷八，河道宽3～4km，至民众镇与东支汇合形成“网状河”，河道宽度缩窄至1～1.8km，最终流入伶仃洋。

3.2 全新世古河道

全新世古河道形成年代近，埋藏浅（底板埋深7.6m以下）、沉积物薄（厚1～12.7m）、宽度窄（1～1.5km），区内共682个钻孔有所揭露。以大于6m厚度的区域为全新世古河道主流带（图5），结合现代地形地貌等特征发现：古河道主要集中在南头镇-小榄镇-阜沙镇-三角镇-民众镇一带，河道曲折呈“树枝状”，整体自北西向南东方向展布，与区内断裂带方向基本一致；沉积物厚度由西至东逐渐变厚，西部最厚达15.4m，东部最厚达26.1m；古河道与现代河道有部分交叉和继承；沉积物基底为（含砾）粗砂或中砂，顶部为粉质粘土或细砂。

图5 全新世河流相砂层厚度及古河道分布图 Fig.5 Map of thickness of river phase sand layer and distribution of ancient riverway in the Holocene

据其分布特征，区内全新世古河道大致分为东、西两支，分述如下：

（1）东支（图5）：区内最大古河道，有四个分支：支1宽约1.1km，经四埠村-元丰围，在绩西村处改道呈北东方向展布，后经和泰村与支2汇合；支2宽约0.7km，经广安围-和泰村-七娘庙，在阜安村与支3汇合；支3宽约1.2km，经低沙村-黄圃镇-七娘庙，在阜沙镇处改道呈北东东方向展布并在卢四顷处与支4汇合；支4宽约1.8km，经聚豪新村-新锋村-陈十顷-卢四顷，汇入主河道。四个分支汇合后形成宽约2.3km、沉积物厚大于12m的主河道，经新建村-同富围，由南沙区十八涌流入伶仃洋。

（2）西支：受地形与构造限制，范围与晚更新世古河道和现代河道基本一致。