陆丰、惠来地区第四纪沉积物粒度、微体古生物与沉积相分析及其对古环境的指示意义

许冠军，吴梓源，龙 桂，方梓彬，陈浩权，唐海燕，陈禹聪，刘岳昕，涂 华，赖忠平

（1.广东省地质调查院，广东 广州 510080；2.汕头大学海洋科学研究院，广东 汕头 515063）

1 研究背景

粤东地区是研究华南沿海古地貌演化及其古气候响应的重要窗口.李平日[1]将广东东部（珠江口以东）划分为韩江三角洲区、滨海平原区和珠江三角洲区.陆丰及惠来地区即位于滨海平原区.该区域河流短小，泥沙来源较少，以波浪及沿岸流作用为主，风的吹扬作用较显著[1].陆丰地区的最大河流是螺河，全长仅102 km[2].基于发表的少量14C 年代结果，滨海平原区第四纪地层主要为晚第四纪以来的沉积，厚度普遍为15-30 m[1，3]，以河流相砂砾层、花斑粘土层和老红砂作为上更新统和全新统的分界[1，4]，且全新统沉积主要受控于海平面变化、河流搬运能力和障壁- 潟湖体系[1，3，5-6].

当前，陆丰、惠来地区的第四纪沉积资料仍然欠缺.本研究在研究区获取了六个钻孔岩芯，并进行了粒度测试和统计以及微体古生物鉴定，以揭示第四纪沉积物的特征.根据岩性、粒度和微体等特征，将沉积物划分为不同的沉积相类型，从而推测沉积环境和沉积过程[7].本研究初步推断了陆丰、惠来地区经历的重要古环境变迁，弥补了陆丰、惠来地区沉积物粒度和微体古生物数据的空缺，为进一步深入了解地层特征、沉积环境和地貌演化提供了依据.

2 研究区概况及研究材料

研究区构造活动相对活跃，处于持续隆升过程[8-11]；海平面与气候变化也对其沉积环境影响显著[8-10，12-14].东溪、螺河、龙江等河流通过输沙和冲积作用，为研究区供应了大量的沉积物.河流的输沙作用与潮汐的周期性沉积相互作用，进一步塑造了沉积物分布[5].此外，沿海岸线，强大的风力会形成风成沉积物，通常以沙丘、沙地和沙脊的形式存在，丰富了地表地貌的多样性[4，6，15-16].

图1 （A）研究区（方框）所处位置；（B）研究区地图及钻孔位置

图2 各钻孔的岩性图

3 粒度分析

本文中粒度数据由汕头大学海洋地质团队粒度实验室测试.沉积物的粒度分布与沉积物的物质来源、搬运过程和沉积作用有关，利用粒径参数是研究沉积特征及鉴别沉积环境的方法之一.本文采用的粒度分析指标包括沉积物的粒度组分[17]、平均粒径（MZ）、标准偏差（φ1）、偏态（SK1）和峰态（KG1）.粒度组分是沉积物中不同粒径颗粒的含量.根据粒径的大小，沉积物颗粒可分为不同的粒度组分，通常使用Φ 值[17]或毫米（mm）作为单位来表示.

表1 各粒度组分粒径范围

平均粒径MZ（Mean Size）（式1）指示沉积物粒径频率分布中心趋向的参数，其大小反映沉积物的平均动能情况[18-19].

标准偏差（Standard Deviation，φ1）指示沉积物粒度的分选程度，即颗粒大小的均匀性[19-20].若粒级少、主要粒级突出，分选就好，标准偏差的数值低；反之，则分选就差，标准偏差数值高.物质来源也影响沉积物分选的程度，如风成沙丘、海或湖滨、河流、冰川的沉积物分选程度依次递减[21].表2 为各标准偏差范围对应的样品分选性分级.

表2 不同标准偏差范围对应的样品分选性等级

偏态（Skewness，SK1）（表3）指示粒度分布的不对称程度[19，22-23]，可分为以下三类：（1）对称；（2）正偏态：沉积物以粗组分为主，只含少量细组分；（3）负偏态：沉积物以细组分为主，只含少量粗组分.偏态计算方式如下.

表3 不同偏态数值范围对应的样品对称性等级

峰态KG1（Kurtosis，KG1）描述粒度分布曲线的尖锐程度[17]. 考虑到正态分布下，Φ95 与Φ5 之间的粒度间距是Φ75 与Φ25 之间的粒度间距的2.44 倍，故正态分布态曲线的KG1＝1.

表4 不同峰态范围对应的样品尖锐程度等级

钻孔HLZK01 上部11.4 m 粒度分布如图3 所示.结果显示，上部11.4 m 粒径变化范围为1.92～5.41 Φ，平均值为2.73 Φ；标准偏差变化范围为0.45～2.64 Φ，平均值为0.94 Φ；偏态变化范围为-0.20～0.69；峰态变化范围为0.68～2.37.沉积物的主要成分为砂，其平均含量为92.8%，说明沉积于高能沉积环境.11.4～5 m 层段分选性为中等至很差，粒度分布从近于对称至很正偏态，峰态为中等尖锐至很尖锐.5～0 m 层段沉积物分选性较好，粒度分布总体为正态分布.

图3 HLZK01 上部11.4 m 粒度分布特征

钻孔HLZK02 上部42.7 m 粒度分布特征如图4 所示.其中，41.95～34.35 m（基岩风化壳）和28.3～21.8 m（砾石层）处样品未进行粒度测试.34.3～28.3 m 为含砾黏土质粉细砂层.28.3～21.8 m 为砾石层，说明沉积环境动荡.21.8～11.2 m 出现两段沉积旋回，说明高低能沉积环境出现交替变化.11.2～7.8 m 平均粒径自下而上逐渐增加.7.8～0 m 为砂层，砂组分含量为100%，平均粒径的变化范围为1.59～2.66 Φ；标准偏差范围在0.52～2.11 Φ，总体分选性中等；偏态波动区间为-0.16～0.34，说明粒度分布总体近于对称；峰态波动范围为0.89～1.61，接近正态分布.

图4 HLZK02 上部42.6 m 粒度分布特征

钻孔LFZK03 上部15.2 m 粒度分布特征见图5.0.65～5.7 m 处、11.85～12.20 m 处未进行粒度测试.根据粒度测试结果，上部15.2 m 平均粒径介于3.81～8.04 Φ，以粉砂为主，说明沉积于低能环境；标准偏差为1.33～3.53 Φ，分选性为差至很差；偏态介于-0.31～0.65，样品间偏态差异较大，多数为负偏态，部分为正偏态、极正偏态；峰态介于0.65～1.21 之间，平坦、正态和尖锐形态都有囊括.

图5 LFZK03 上部15.2 m 粒度分布特征

钻孔LFZK04 上部17.4 m 粒度分布特征见图6.根据粒度测试结果，上部17.4 m 平均粒径介于2.28～8.53 Φ，主要为黏土质细粉砂，说明其主要沉积于低能环境；标准偏差为0.53～4.05 Φ，分选性多为差至很差；偏态介于-0.50～0.66，不同深度样品间偏态差异较大，包含从很负偏到很正偏；峰态介于0.62～2.17 之间.

图6 LFZK04 上部17.4 m 粒度分布特征

钻孔LFZK05 上部16.7 m 粒度分布特征如图7 所示. 根据粒度测试结果，上部16.7 m 平均粒径介于1.58～7.75 Φ；标准偏差为0.47～3.52 Φ；偏态介于-0.50～0.67；峰态介于0.63～2.55 之间.6.55～0 m 主要为砂层，砂组分含量平均可达90.4%；6.55 m以下粉砂组分含量平均达52.3%，平均粒径显著低于6.55 m 以上的部分.推测从6.55 m处起，由低能沉积环境转变为高能沉积环境.

图7 LFZK05 上部16.7 m 粒度分布特征

钻孔LFZK07 上部37.8 m 粒度分布特征如图8 所示.根据粒度测试结果，上部37.8 m平均粒径介于1.46～8.16 Φ；标准偏差为0.51～3.41 Φ；偏态介于-0.45～0.71；峰态介于0.63～2.41 之间.37.8～17.8 m 段沉积物主要为粉砂级，平均粒径为2.20～8.16 Φ；标准偏差介于0.54～3.41 Φ，分选性为差至很差；偏度为-0.45～0.66；峰度介于0.63～1.94.17.8～0 m 主要为砂层，砂组分含量平均为90.7%，平均粒径介于1.46～4.67 Φ，主要包含细砂和中砂，说明该段主要沉积于高能环境；标准偏差的范围0.51～2.90 Φ，分选性为中等至很差；偏态范围为-0.15～0.71，粒度分布从负偏态至很正偏态；峰态在0.67～2.41 内变化，粒度分布主要呈正态分布.

图8 LFZK07 上部37.8 m 粒度分布特征

4 微体古生物分析

本文中微体古生物数据由广东省地质调查院提供.本研究获取了HLZK02 和LFZK07两个钻孔的微体古生物数据.样品中有孔虫、介形虫、硅藻的分析处理和鉴定均按照《海洋调查规范－海洋地质地球物理调查（GB/T12763.8-2007）》的要求进行.HLZK02 和LFZK07钻孔中所含的有孔虫、介形虫和硅藻化石均属于第四纪常见种.

HLZK02 钻孔微体古生物取样深度区间为7.75～21.65 m，共取样27 个，部分层位样品未发现有孔虫化石.含有孔虫化石的样品中，保存状况中等到差，优势种和分异度变化不明显，丰度介于1-11 200 个/10 克.个别层位零星见有浮游有孔虫化石，可能是潮汐作用带来的异地埋藏分子.底栖类以希望虫Elphidium group、毕克卷转虫（变种）Ammonia beccarii vars、日本仿轮虫Pararotalia nipponica 和Rotalidium annectens 等主要分布于近岸浅水区域的半咸水型属种较丰富. 毕克卷转虫（变种）Ammonia beccarii vars 是世界上分布最广的广盐性滨岸种，是我国内陆架及其以浅的各种半咸水体中的优势成分[24].茸毛希望虫Elphidium hispidulum 和异地希望虫E. advenum 为典型的暖水沿岸种，多分布于15～50 m 的内陆架区.日本仿轮虫Pararotalia nipponica 在现代东海主要见于40 m以浅的内陆架区，呈块状分布[24]. Rotalidium annectens 主要分布于水深20 m 以浅的水域，在现代珠江口中则为5～10 m，常见于颗粒较粗的砂质基底中.

钻孔岩芯中仅7.75～7.80 m 层位零星见有介形虫化石，包括布氏形纯艳花介Pistocythereis bradyformis 和候德小凯伊介Keijella hodgii.布氏形纯艳花介Pistocythereis bradyformis 是西太平洋边缘最广布和最常见的广温浅水种之一，10～50 m 水深的内陆架区最为集中[24]，属典型的广盐喜半咸水种.

钻孔岩芯中硅藻化石很少或无. 在7.75～7.80 m 层位有星脐圆筛藻Coscinodiscus asteromphalus 碎片，在21.60～21.65 m 层位有大筛盘藻Ethmodiscusrex 碎片存在，其余层位未观察到硅藻化石.

图9 钻孔HLZK02 有孔虫分布

LFZK07 钻孔取样深度区间为3.65～34.75 m，共取样44 个.岩芯中仅3.65～6.85 m和22.80～23.60 m 层段见有少量底栖有孔虫化石，如毕克卷转虫（变种）Ammonia beccarii vars 和Rotalidium annectens 等近岸种[24].

钻孔岩芯中仅20.55～20.60 m 层位零星见有介形虫化石美山双角花介Bicorncythere bisanensis.

钻孔岩芯中硅藻化石很少或无.在32.90～32.95 m 层位见有少量卵菱形藻Nitzschia cocconeifromis，其余层位未观察到硅藻化石.

5 钻孔沉积相分析

综合岩性、粒度分布和微体古生物分析，本文初步对各钻孔沉积相进行判断.本研究中钻孔岩芯展示出多个氧化- 还原旋回，有时含花斑粘土层.根据潮汕地区、珠江三角洲等地区的研究资料[1，25-29]推断，最上层的花斑粘土层可能为末次冰期低海平面时受长期风化的产物，被视作全新世和晚更新世的分界线.

5.1 钻孔HLZK01

20～16 m 层段为花岗岩.

16～14.45 m 层段为灰黄色基岩风化壳.

14.45～11.40 m 层段含砾黏土- 粗砂沉积.该层砾石磨圆较差，判断其为近源河流相沉积[21，30].顶部成砖红色，可能在低海平面时期，长期风化作用所至.

11.40 m 以上主体为黄褐色细沙，夹3 个灰绿色细沙层.上部5 m 分选性较好，粒度分布多呈正态分布（图3）；下部分选性较差，粒度分布多呈总体较为正偏（图3）. 钻孔HLZK01 距海仅约1.5 km，且该层均位于海平面之上.综上，判断该层段主体为海岸风成沙[21，30].灰绿色的层位黏土含量略有增加，可能是龙江越堤洪水形成的[21，30].

5.2 钻孔HLZK02

45～33.5 m 层段为含带黏土夹层的基岩风化壳.

33.5～21.85 m 层段主体为含砾砂层，呈弱氧化色至还原色.其中，在33.5～25.4 m段由灰白色渐变为黄褐色.25.4～21.8 m 呈灰色，砾石为次棱角至近圆，判断为河床沉积.

21.85～18.8 m 主体为黄褐色黏土质砂，未见有孔虫，说明几乎不受海影响，推测为河漫滩相沉积，和底部砾石层呈河流二元结构[21，30].

18.8～7.8 m 主体为还原相黏土质粉细砂，有2-3 个弱氧化色薄层.其中11.2～7.8 m层段主体为深灰色- 灰绿色中细砂，总体自下而上平均粒径和砂含量增加，含砂泥薄互层，含贝壳碎屑，结合有孔虫数据（图10）判断该层段主体为河口湾或潮滩沉积.从有孔虫组合（图10）结合岩性变化来看，该地区至少经历了三次海侵—海退旋回（图2，图10），海退时期海平面下降幅度较大，采样区暴露遭受较强风化作用，形成了比较明显的三层氧化相粘土层（对应层段为18.5～17.6 m、15.95～15.8 m、12.3～11.6 m）.

7.8～0 m 层段主体为松散的黄褐色细砂，分选性较好，粒度分布多呈正态分布（图4），钻孔HLZK02 距海＜1 km，判断该层段为海岸风成沙丘相沉积.

5.3 钻孔LFZK03

20～14.5 m 层段为黑色泥岩，上部1 m 为黑色黏土质粉砂，可能为基岩风化产物.

14.5～11.1 m 层段主要为褐色、浅褐黄色黏土，推测为陆相沉积；

11.1～6.45 m 层段为灰色、深灰色黏土质细粉砂，与上层突变接触，推测可能为海相沉积.

6.45～0.2 m 层段主体为氧化色含砾黏土质粉砂，由下至上呈砖红色、褐黄色和褐红色.推测可能是冰期海平面下降导致河流下切，河间地遭受强烈风化氧化的产物[1，21，25-30].

0.2～0 m 层段为灰褐色黏土质粉砂，可能为河漫相，即全新世海平面稳定后的洪水泛滥期间，水流漫溢天然堤，流速降低，使河流悬浮沉积物大量堆积.

5.4 钻孔LFZK04

20.0～17.5 m 层段为黑色泥岩或泥岩风化壳.

17.5～16.9 m 层段为含砂灰黑色黏土质粉砂，推测为河口湾沉积或基岩风化物质经过改造之后的产物.

16.9～6.5 m 层段主要为氧化相的黏土质粉砂.其中，16.9～13.0 m 为褐黄色和褐色黏土质粉砂，13.0～9.4 m 为花斑黏土层，9.4～6.5 m 呈砖红色.该段沉积物可能是冰期海平面下降导致河流下切，河间地遭受强烈风化氧化的产物[1，21，25-30].其顶部海拔与钻孔LFZK05 最上层花斑黏土层相近，推测二者都为末次冰期的产物.

6.5～4 m 层段主要为深灰色灰绿色黏土质粉砂.由于LFZK04 位于螺河旁，顶部海拔为5 m，此深度大致为海平面深度，因此可能是水下三角洲（海相）沉积.

4～1.15 m 层段主要为粗砂层，说明沉积环境能量较下层增强，可能为冲积扇/三角洲平原沉积.

1.15～0 m 层段为人工回填土.

5.5 钻孔LFZK05

30.0～20.6 m 层段为基岩风化产物.

20.6～16 m 层段主体为粗砂或粗砂质黏土，胶结，含少量细砾，砾石磨圆度差，呈棱角状.20.6～20 m 为砖红色，20～18 m 为浅褐红色，18～16 m 为灰黄色或浅褐红色，黏土含量显著增加.沉积物氧化程度由下向上逐渐减弱，这可能是因为覆盖于该段沉积物上的还原性黏土、粉砂，促使了沉积物中氧化物的还原反应，越接近于上层的部分，还原的程度越高.

16～10 m 层段主要为黏土质粉砂，颜色包含灰色、深灰色、灰绿色、灰褐色、花斑色，含两套花斑黏土层，可能为不同冰期时的风化产物.还原相部分，判断为海相沉积（图2）.

10～8.75 m 层段为具备锈黄色、灰绿色铁染的黏土质粉砂，含贝壳碎屑，判断其经历了海平面波动造成的氧化、还原环境交替.

8.75～6.5 m 层段为含大量贝壳碎片的灰绿色黏土质粉砂，8.6～8.75 m 为灰黑色粘土层，判断为沼泽相沉积，沉积环境可能为潟湖环境在潮间带中形成的红树林沼泽[21，30].8.6～6.5 m 可能为海相沉积.

6.5～4.7 m 层段为灰褐色、灰黑色松散细砂，与下层渐变接触，判断可能为障壁岛相.

4.7～0 m 层段为黄褐色至浅褐红色中细砂，判断为海岸沙丘相.

5.6 钻孔LFZK07

49.3～38.55 m 层段为基岩风化产物.

38.55～38 m 层段沉积物为浅褐黄色和灰白色含砾黏土，砾石磨圆度差，可能是基岩风化壳经改造的结果.

38～34.6 m 为褐色- 灰褐色粗砂层，顶部40 cm 为粉砂质黏土，推测为河流相沉积.

34.6～20.5 m 层段多为灰色黏土质粉砂或黏土质细砂，判断主体为浅海相沉积（图2），其中32～30 m 为灰白- 灰色粗砂沉积，可能是河流作用加强的产物，27.0～25.9 m 见还原相为主的潴育化（花斑粘土）层，可能经历了海退时期的风化过程[1，21，25-30].因此，可将该段沉积分为两个海相层（图2）.

20.5～18.6 m 层段为具备锈黄色、灰绿色铁染的黏土质粉砂，沉积环境为氧化环境.

18.6 m～17.3 m 层段为灰黑色、黑色粉砂质黏土或黏土质粉砂，17.90 m 处含大量贝壳碎屑，判断为沼泽相，沉积环境可能为潟湖环境在潮间带中形成的红树林沼泽.

17.3 m～8 m 层段结构松散无层理，主要为黄褐色细砂，顶部（8.7～7 m）主要为灰褐色细砂，氧化程度普遍较强.钻孔顶部海拔为18 m，因此该段地层高出现在海平面，结合沉积学和周围地貌判断其为海岸沙丘沉积.

8～0 m 层段结构松散无层理，主要为黄褐色、褐色细砂，推测为风成沙丘.

6 结论与展望

结合陆丰、惠来地区六个钻孔的粒度分布数据和两个代表性钻孔（HLZK02 和LFZK07）的微体古生物资料，本研究初步探讨了各钻孔岩芯的沉积相及其对古环境的指示意义.主要结论如下：

1.本研究中钻孔岩芯往往具备多个氧化- 还原旋回，部分钻孔含花斑粘土层，可能与第四纪以来的冰期- 间冰期旋回联系.根据潮汕地区、珠三角等地区的研究资料[1，25-29]，钻孔中最上层的花斑粘土层可认为是末次冰期低海平面时受长期风化的产物，亦可被视作全新世和晚更新世的分界线[31]，这一推论仍需进一步进行年代学研究，加以验证.

2.通过沉积相分析，推断钻孔HLZK02、LFZK05 岩芯中可能含三个海相层.因此，研究区在第四纪以来，至少有过三次海侵事件.最上层海相层在LFZK04、LFZK07 中都得到记录（图2）.在LFZK02 和LFZK04 中，该海相层处于最上层花斑黏土之上，据此推断其沉积年代应为全新世. 该全新世海相层也存在于LFZK04，但海拔相近的LFZK03不具备同时期海相沉积，这可能说明在陆丰地区，全新世海侵未到达LFZK03 位置（距海沿螺河上游约10 km 处）；也不能排除钻孔LFZK03 中，全新世海相层可能被之后的河流活动侵蚀而没有保留下来.厘定这一问题，亟需进一步开展年代学研究.