面朝大海,春暖花开

作者:xiaokcehui2021-12-25 1:04分类: others

写黄渤海路由方案和报告,需要搜集海域的地质环境资料。前段时间搜集了一些黄渤海沉积地层的论文,其中有些论文还挺新的,现在摘录编纂以飨读者。

中国陆架海MIS5(74~128 ka)以来地层及其沉积环境王中波等2020.10

MIS是Marine isotope stages的缩写,即marine oxygen-isotope stages或者oxygen isotope stages(OIS)是根据反映温度变化的氧同位素数据【这些数据从深海岩芯样品数据获得】推断出的地球古气候中的冷暖交替阶段。我们将现代标记为MIS第1阶段。回溯过去的地质阶段,会看到:偶数阶段通常具较高水平的18O,为寒冷的冰期,而奇数阶段【18O数据较低】则为温暖的间冰期。这些数据来源于花粉和遗留在有孔的海洋沉积物岩芯或腐泥里的有孔虫(一种浮游生物)壳体和其他一些反映历史气候的数据;这些都被称为“(气候)指标”。这个理论最初是在二十世纪五十年代由美国芝加哥大学的凯撒·埃米利亚尼教授(Cesare Emiliani)提出的,现如今已广泛应用于史前考古学和其他涉及第四纪地质测年的领域当中了。

摘要基于中国海陆架28 个晚第四纪钻孔实测数据和典型高分辨率地震剖面的综合地层分析,对比区内已有46 个钻孔的研究成果,系统地开展晚第四纪地层特征识别和沉积环境重建。研究表明,MIS5 以来中国海陆架沉积记录了3 次明显的海侵过程,发育了3 个相对完整的海相地层。其中,渤海和东海MIS3 和MIS1 相对较薄,而黄海海相地层较厚。
晚第四纪是全球气候变化的重要时期,在这一时期,冰期-间冰期转换和海平面大幅升降等变化,导致陆架的范围和沉积环境发生变化。因此,中国海陆架及沿海平原晚第四纪沉积最大的特点是存在多个在冰期-间冰期旋回形成的海侵层。前人对于中国边缘海陆架沉积晚第四纪海侵期次、地层记录和沉积环境等开展了大量研究工作。

近年来研究发现,中国海域晚更新世以来普遍发育3 次大规模海侵(王靖泰等,1980;汪品先等,1981;杨子赓,1993;王强等,1999;Shi et al.,2009;高茂生等,2018),分别对应:全新世“第I 海相层”、MIS3 时期的“第II 海相层”和MIS5 时期的“第III海相层”。

已有研究揭示渤海第四系厚度介于300~600m,海陆交互沉积是这一地质时期的重要沉积特征(秦蕴珊等,1985);且晚更新世以来甚至全新世以来的构造活动强烈(李西双等,2010;王洪聚等,2011);陆源物质供应丰富,黄河、辽河、滦河等河流入海带来的巨量陆源碎屑物质在渤海陆架堆积(秦蕴珊等,1985;Liu et al., 2009)。第四纪冰期-间冰期转换引起的海平面波动与气候变化控制着渤海的沉积格局(Marsset et al., 1996; Liu et al., 2009;Yiet al., 2012)。现有研究对渤海及周边地区晚第四纪以来发生过3 次海侵的事实基本不存在争议,但对3次海侵发生的时间却产生了两种不同的观点。一种观点认为渤海及周边平原地区晚第四纪以来3 次大规模海侵事件分别发育于MIS7、MIS5 和MIS1的高海面时期,因为受全球海面及渤海海峡地貌的共同影响,MIS3 期发生大规模海侵的可能性较小(姚政权等,2006;肖国桥等,2008;施林峰等,2009;Yi et al., 2012;高茂生等,2018)。另一种观点则认为渤海地区晚第四纪以来3 次大规模海侵分别对应MIS5、MIS3 和MIS1 期的高海面时期(秦蕴珊等,1985;杨子赓等, 1993;Liu et al., 2009),并认为MIS3 海侵范围明显大于MIS5 高海面时期(王强等,1999)。

黄海第四纪地层研究主要集中在南黄海,而北黄海的研究相对薄弱。Liu et al.,(2010)通过山东半岛水下斜坡沉积体的两个钻孔(NYS101 和NYS102)进行地层研究,发现其全新世沉积的厚度分别是20 m 和36 m,而且均记录了MIS1 和MIS3两期海侵。南黄海中西部年代地层研究的代表性钻孔是QC2 孔,其全新世的厚度接近18 m,为潮流沙脊沉积。南黄海西部其他钻孔研究揭示该区全新世地层的厚度变化受控于陆源物质的输入,即两侧靠近陆地的钻孔的全新世沉积较厚,中部钻孔全新世明显变薄,厚度都在10 m 以内(杨子赓等,1993)。这些钻孔基本都有MIS1、MIS3 和MIS5 的海侵记录,部分地区MIS1 期缺失,如青岛岸外的QDZ01 孔。此外,南黄海中部底层流的存在,导致某些区域的全新世地层遭受到侵蚀甚至是缺失,如DLC70-3 孔。1995 年开始的黄海地质地球物理综合调查获取的YSDP102、103、104、105、1061 和107钻孔,首次揭示了黄海东侧陆架的晚第四纪地层特征,重建了MIS3 以来的沉积过程(刘健等,1999;Wang et al., 2014)。

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渤海是一个典型的半封闭陆架浅海,位于新生代的裂陷盆地-华北盆地,新构造运动活动强烈,水深较浅,平均水深18 m,水深大于30 m的海域集中于渤海海峡北部的老铁山水道,沉积物主要来自周围黄河、辽河及滦河等入海河流携带的陆源碎屑物质(Liu et al., 2009)。黄海平均水深91 m,海底较平坦,大部分水深在60 m以上,也是典型的半封闭陆架浅海,和世界上其他陆架浅海(如北海和白令海)相比,其特点是陆源物质供应十分丰富,在风、浪、环流系统(黄海暖流、沿岸流及冷水团)和潮流的共同作用下,形成了现今黄海海底多种类型的沉积物。

渤海TJC-1 孔
渤海TJC-1 孔岩心沉积物特征和测年数据对比分析,揭示了第四纪以来的沉积相及其地层框架(李翔等,2016)。TJC-1 孔下段200.20~51.50 m为2.28 Ma 以来至MIS6 的陆相沉积,主要以陆相介形虫分布为主,地层几乎不含海相微体化石,个别层位零星见海相介形虫,且壳体不新鲜,为再沉积搬运的产物,相应层位中未见有孔虫。本文对渤海TJC-1 孔上段51.50 m 的晚更新世地层进行划分(图2),自下而上分别是MIS5 浅海—滨海—陆相交替沉积、MIS4 早期滨海相沉积、MIS4 早期河流—河流充填相沉积、MIS3 滨—浅海相沉积、LGM河流相—河流充填相沉积、全新世滨海—浅海相沉积。

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MIS4早期滨海相沉积:沉积物为灰褐色、黄褐色中砂—细砂,微体古生物主要为底栖有孔虫,优势种以浅水种Textularia foliacea Heron-Allen et Earland与Ammonia compressiuscula(Brady)为主,27.04~27.06 m段的AMS14C年龄大于43500 a BP,显示该阶段对应MIS4海平面下降过程中的滨海相沉积。

MIS4 晚期河流—河道充填相沉积:沉积物为黄棕色、灰褐色黏土,该段地层微体古生物化石极少,仅上部零星出现。结合测年数据,该段为MIS4 期晚期海平面上升过程中的河流—河道充填相沉积,且与下伏地层存在明显的沉积间断。
MIS3 早中期滨—浅海相沉积:沉积物为灰黑色黏土,除下部分布有透镜体状粉砂外,沉积物较为均一。微体古生物化石丰度与分异度较高,且自下而上有明显增加的趋势。底栖有孔虫优势种以冷水种Buccella frigida (Cushman)与Protelphidium turberculatum (d'Orbigny) 、浅水种Elphidiumadvenum (Cushman) 、Elphidium magellanicum(Heron-Allen et Earland)为主,上部层位冷水种丰度达到全孔最高。海相介形虫优势种以陆架浅水种Echinocythereis bradyformis Ishizaki、Bicornucythere
bisanensis (Okubo)为主。该孔21.08~21.10 m、19.36~19.38 m、18.54~18.56 m、17.88~17.90 m段的AMS14C 年龄分别为(34130 ± 240)a B.P.、(33050 ±210)a B.P.,(36020 ± 280)a B.P.、(20730 ± 70)a B.P.,显示该阶段自下而上水深逐渐增加,对应MIS3早中期海平面逐渐升高过程中的浅海相沉积。

末次冰盛期—全新世之前的河流—河道充填相沉积:沉积物为灰褐色粉砂—细砂,夹7 cm厚的黑色泥炭层。该段地层零星出现底栖有孔虫以Textularia foliacea Heron- Allen et Earland、Ammoniacompressiuscula(Brady)、Ammonia becarii(Linne)var.为主,介形虫以淡水种Ilyocypris bradyi Sars 最多。岩心的4.74 m、6.41 m、10.64 m和14.98 m处的OSL 测年结果分别为(11.3±0.9)ka B.P.、(9.3±0.7)ka B.P.、(11.0±1.0)ka B.P.、(10.1±0.8)ka B.P.,15.58~15.60m段的AMS14C 年龄为(8630 ± 40)a B.P.,表明该阶段为末次冰盛期后的河流—河道充填沉积。
全新世早中期滨—浅海相沉积:沉积物由灰黑色粉砂质黏土逐渐过渡为黏土质粉砂。底部底栖有孔虫与介形虫的丰度及分异度较低。底栖有孔虫优势种主要包括浅水种Textularia foliaceaHeron- Allen et Earland、Ammonia compressiuscula(Brady)、Elphidium advenum (Cushman) 和冷水种Protelphidium turberculatum (d'Orbigny),且自下而上冷水种逐渐增加,浅水种逐渐减少。测年数据表明该阶段对应全新世早中期海平面逐渐上升至最高海平面的滨—浅海相沉积。
黄海CSDP-1 孔

黄海CSDP-1 孔岩心沉积物特征分析和测年结果对比分析,揭示出MIS5 以来的沉积相及其地层框架(图3)。
单元6(33.90~48.99 m),沉积物以粉砂为主,为浅海相沉积,沉积物中有冷水团指示种的底栖有孔虫和介形虫,本层位为MIS5.5 高海平面发育的浅海相冷水团沉积。单元5(28.30~33.90 m)沉积物较单元6 明显变粗,为MIS5.1~5.4 发育的浅海陆架沉
积。单元4(26.30~28.30 m)未见海相有孔虫化石,为MIS4 发育的河漫滩河流相沉积。单元3(16.57~26.30 m)为MIS3 期早期发育的浅海陆架沉积。单元2(3.40~16.57 m)为MIS3 中晚期发育的三角洲前缘相沉积。单元1(0~3.40 m)为MIS1 期发育的全
新世浅海相沉积。

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选取渤海湾TJC-1 孔、辽东湾YKC-2 孔及渤海东部DLC70-1 孔的沉积地层与浅地层剖面声学地层的对比分析,以及前人研究成果BH08 等孔资料(图6);选取南黄海CSDP-1 孔对比SYS-0702孔、QC2 孔的综合地层对比(图7)。


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渤海陆架的晚第四纪钻孔沉积特征、年代框架与高分辨率声学特征显示,MIS5 以来该区发生了陆相到浅海相的剧烈变迁,不但与海平面变化密切相关,还受控于构造活动因素。同时,渤海海峡早全新世以来受到强潮流的侵蚀作用水深明显增加(Liu et al., 2009),这一因素对渤海晚第四纪以来的沉积环境造成不可忽视的影响。

晚更新世以来,渤海及周边平原地区大部分地层形成于MIS5(渤海湾至东部可推迟至MIS4 晚期)、MIS3、MIS1 的3 次高海面时期,对应3 次明显的海侵事件,发育3 期海相地层(图6,图9)(高茂生等,2018),对应海侵体系域或高水位体系域的沉积。自辽东湾至渤海湾至渤海东部,3 期海相地层的厚度明显增加、海相性增强(图6)。3 期海相地层之间广泛发育河流—河流充填相沉积,分别形成于MIS4 与MIS2 低海面时期,对应低水位体系域的沉积,与下伏地层之间发育明显沉积间断。周边钻孔中第2 海相层(MIS3)未见沉积记录(阎玉忠等,2006;姚正权等,2006;肖国桥等,2008;Yao et al.,2014),主要由于末次冰盛期的低海面时期,陆架裸露,河流下切作用造成在某些地区该海相层的缺失(图6)。渤海MIS3 海侵强度明显大于MIS5,主要由于MIS3 庙岛群岛和渤海盆地的持续沉降所致,这一时期的构造活动性在浅地层剖面上有明显的显示(陈晓辉等,2020)。

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北黄海中西部陆架采集的4916 km高分辨率浅地层剖面的声学记录与北黄海目前最深、取心最完整的DLC70-2 孔沉积地层的对比分析,揭示了研究区晚第四纪(MIS6)以来的地层框架,该孔完整地记录了MIS1、MIS3 和MIS5 三期海侵(图9)(陈晓辉等,2014)。南黄海CSDP-1 孔的综合地层分析揭示出下部150 m 属于陆相地层,海相地层都位于150m 上部,但MIS5 以来的地层记录相对完整(Liu etal., 2016)。

MIS5 早期,海平面上升,海水由东海漫过宽广陆架,最终穿过渤海海峡侵入渤海,发生海侵,最大海侵范围可达渤海西岸的近岸平原,MIS6 时期形成的陆相地层被充填埋藏,在黄海和东海形成以海相沉积为主地层,渤海形成以滨岸相与海相沉积交替的地层,该沉积在东海、黄海及渤海的钻孔中均有显示(图9)。底栖有孔虫和海相介形虫在众多钻孔中普遍出现,而广盐性的近岸浅水种则降至很低水平,这一阶段基本对应晚第四纪以来全球海平面最高时期(图10)。这一时期辽东湾地势明显高于渤海其他海区,造成辽东湾钻孔中MIS5 期地层海相性较渤海其他海域明显偏弱(图11)

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MIS5 中晚期至MIS4 早期,海平面开始逐渐下降,这期间海水仍可通过渤海海峡侵入渤海,形成的滨海相地层在渤海东部DLC70-1 孔与渤海湾TJC-1 孔沉积记录中得以保存(图6,图11),大量的陆源碎屑物质在该区形成滨岸沉积(Liu et al.,2009;蓝先洪等,2015)。

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南黄海西部陆架区SYS-0803孔上部岩心的粒度特征及其环境意义,孔祥淮等2014.10
摘要:对取自南黄海西部陆架区的SYS-0803孔上部的岩心样品进行了粒度分析,分离出了对沉积环境变化较敏感的粒度组分,并将粒度参数的垂向分布序列与浅地层剖面反射特征进行了对比研究。结果表明,岩心样品的粒度变化特征较好地指示了该区域古环境的演化过程,自下而上依次经历了滨浅海沉积—河流沉积—河口湾沉积—滨浅海沉积—陆架沉积等环境。

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南黄海西部陆架区SYS-0804孔MIS6以来地层和沉积演化,张军强等,2015
摘要:利用南黄海西部陆架区SYS-0804(孔深65.10m,水深38m)钻孔岩心和高分辨率的浅地层剖面资料,开展浅地层剖面解译、岩心沉积物的岩性特征和有孔虫组合综合分析以及AMS14 C测年,并结合国内外最新研究成果开展对比研究,深入探讨南黄海西部陆架残留沉积区氧同位素6(MIS 6)期以来的地层、沉积环境演化以及与海平面变化的关系。研究结果表明,SYS-0804钻孔可划分为DU 1和DU 4~DU 8共6个沉积单元,对应于MIS6、MIS5、MIS4、MIS3和MIS1早期的沉积地层,缺失DU2和DU3(包括MIS2期以及MIS3和MIS1晚期的沉积)。MIS6期(128~189cal.kaBP)研究区为河流沉积(河漫滩)环境。MIS5早期(115~128cal.kaBP),研究区为近岸浅海沉积环境,发育海洋冷水团沉积。MIS5中-晚期—MIS4(60~115cal.kaBP)研究区沉积环境从早期的滨海沉积向近岸浅海沉积以及河流沉积过渡。MIS3早-中期(40~60cal.kaBP),早期为滨海-浅海沉积,中期发育潮道充填沉积。MIS2末期—MIS1中期(11.5~13.0至0.7cal.kaBP),研究区在11.5~13.0cal.kaBP形成冰后期海侵界面,随后随着海平面的进一步上升,为滨海-浅海环境,发育冰后期海侵沉积序列。



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北黄海陆架晚第四纪地层结构与物源环境演变研究_陈晓辉博士论文,2014

根据北黄海中西部海区 4916  km 高分辨率浅地层剖面所显示的地震相标志,包括反射结构、波组特征和上超、下超、顶超、削蚀、缺失等地层反射终止方式等,发现研究区晚第四纪声学地层中存在 10 个主要的连续或不连续追踪的声学地层反射界面,从上到下依次为 T0、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9 (图 4-2~4,图 4-6~9)。
T0 界面:为海底反射面,以强振幅和高连续性为特征,代表地层和海水层的分界面,其起伏形态反映了海底地形的变化。
T1 界面:为最大海泛面,中等振幅,研究区内可进行连续追踪,代表全新世海平面达到最高时由滨海环境转换为浅海环境的反射界面,没有明显的错段和差异性升降,其上为高水位体系域的沉积。
T2 界面:为一海进侵蚀面,中强振幅,对下伏地层侵蚀消截,该界面上有明显的侵蚀痕迹,代表研究区晚更新世末次冰期晚期陆相地层与全新世海相地层的分界面,它将反射特征不同的海相与陆相地层分开。该界面以上属全新统,为冰后期海侵体系域的沉积,界面以下属晚更新统,为末次冰期晚期陆相沉积。
T3 界面:为一侵蚀间断面,强振幅,形态上表现为 U 型起伏,侧向并不连续,界面上有明显的侵蚀记录,代表 MIS2 期陆相沉积与下部 MIS3 期海相沉积的分界面,其上为低水位体系域同期的陆相沉积,古河道或河流充填相发育。
T4 界面:为一中等振幅、较连续分布的海进侵蚀面,在近岸被上部地层侵蚀而消失。代表
MIS3 期海相沉积与 MIS4 期晚期陆相地层的分界面。
T5 界面:为一强振幅、起伏较大、侧向不连续的侵蚀间断面,在研究区广泛分布,代表 MIS4 期内部地层的分界面。该界面对下伏地层侵蚀削截作用十分明显,是一个起伏的侵蚀不整合面,将两套结构截然不同的地层分开,反映了沉积相和沉积环境的转换,研究区表现为河流或河流充填相沉积。
T6 界面:为一中等振幅、变化平缓、较连续的反射界面,代表研究区 MIS4 期早期滨海相沉积与 MIS5 期晚期浅海相地层的不整合分界面。
T7 界面:为一中强振幅、弱起伏、连续分布界面,代表了研究区 MIS5 期内部反射地层从滨海相至浅海相过渡的侵蚀面。
T8 界面:为一强振幅、平缓连续分布的反射界面,代表了研究区 MIS5 期内部反射地层从浅海相至滨海相的过渡的假整合分界面。
T9 界面:为一强振幅、平缓连续分布的反射界面,为一海进侵蚀面,代表了研究区 MIS5 期海相沉积与 MIS6 期陆相沉积的分界面。
除上述声学反射界面外,本论文还识别出了基岩面,该界面在浅地层剖面上表现出强振幅的反射特征,其埋藏深度在北黄海西部近岸海区相对较浅,渤海海峡东部海域有基岩直接出露海底,在辽东半岛大连湾以北的近岸海域上覆全新世泥质沉积,埋深1-14m。

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