南黄海西部陆架冰后期三种典型沉积类型的沉积演化研究

摘要

南黄海是冰后期海侵形成的典型陆架海，在全新世期间接受了大量的陆源物质，形成了类型众多的沉积类型，是研究陆架沉积过程与沉积机制的理想靶区。近几十年来，对南黄海海岸带-陆架晚第四纪沉积记录的研究较多，对古环境演化、海平面变化、沉积物来源、古流系的变化等方面的研究都取得了重要进展。但仍有一些问题有待解决，在这些问题中，本文选择南黄海西部海岸带-陆架区冰后期沉积演化过程中的3种典型沉积类型(陆架残留砂、南黄海西岸辐射状潮流沙脊的远端沉积以及老黄河(1128-1855年)水下三角洲)进行综合地质研究，以期深入探讨南黄海西部陆架区冰后期海侵过程和沉积作用。
　　 论文利用南黄海西部陆架区约4100 km的高分辨浅地层剖面、多个钻孔和柱状样岩心资料，开展浅地层剖面解译、岩心沉积物的岩性特征、粒度、底栖有孔虫和介形虫组合等综合分析以及AMS14C测年与210Pb和137Cs测试分析，并结合国内外最新研究成果开展对比研究，深入探索南黄海西部陆架区的全新世早期残留沉积、全新世晚期南黄海西岸辐射状潮流沙脊的远端沉积以及1128-1855年的老黄河水下三角洲沉积的沉积特征、成因与发育演化。
　　 研究表明，南黄海西部陆架区的海底残留砂质沉积物厚度较薄(0.4 m左右)，直接覆盖在全新世早期的滨岸沼泽或潮坪沉积之上，两者之间为一个明显的侵蚀界面；海底残留砂质沉积物的中上部或全部在现代环境条件下被改造，沉积速率为0.20-0.30 cm/yr；残留砂质沉积物的粒度频率曲线为双峰曲线，粗粒的主峰(3-4()之间)非常尖锐，而细粒的次峰(7()左右)不太明显；概率累积曲线图上跃移组分含量约为70-80％，悬移组分含量约为20-30％；在现代环境条件下被改造的砂质沉积物中，底栖有孔虫和介形虫组合表现出近岸广盐性浅水种和相对较深水种(内陆架-中陆架常见种)混合的特征。残留砂质沉积物底部的侵蚀界面被解释为全新世早期随海平面上升临滨带向陆后退形成的区域性海侵面，海底残留砂质沉积物的形成则归因于冰消期海侵过程中海洋沉积动力对海岸带沉积物的簸选、再改造而留下相对粗粒的砂质沉积物堆积在海侵面之上，而残留砂质沉积物中较高的悬浮组分含量说明在其后期改造过程中有少量外来细粒物质加入。根据上述沉积特征，可以认为研究区的残留砂实际上是“准残留沉积”。
　　 研究表明，南黄海西岸辐射状潮流沙脊的远端形成于自约2.5 cal kyr BP至今，其内部的反射层向东、东北方向倾斜而下超至沙脊的底界面上。沙脊内部的前积反射层倾角一般<0.2°，大多呈上凸形态，与底部的侵蚀界面相切。远端沙脊总体上显示从下至上逐渐变粗的反粒序，砂质沉积物中跃移组分达到80％以上，悬浮组分不到20％，分选性较好。在老黄河从苏北入海期间(1128-1855)，潮流沙脊远端的沉积速率较之前明显增加，即由0.28～0.77 cm/yr增加到1.10cm/yr。在老黄河于1855年再次改道入渤海后，沙脊远端的沉积速率明显下降，减少至为0.23 cm/yr。根据以往的研究，长江古河口湾和苏北东台为辐射状潮流沙脊顶点的发育时间分别为8 ka BP和6 ka BP，至约2.5 calyr BP潮流沙脊由这两处向海进积至SYS-0702孔位所在的远端沙脊，其直线平均进积速率分别约为61.7 m/yr和65.9 m/yr。自约2.5 cal kyr BP以来沙脊远端进一步向离岸方向进积的速率大为降低(约4 m/yr)，可能与深水区潮流作用减弱、沉积物供应减少有关。
　　 通过对南黄海西部陆架区老黄河水下三角洲的综合地质研究，对其分布范围、沉积特征、主控因素及其下伏楔形体有了深入的探索。在1128-1855年，老黄河在南黄海西部陆架形成了复合楔形体地貌，即陆上/水下三角洲复合系统。陆上三角洲(subaerial delta)包含现今的陆上三角洲平原和向海延伸至水深约17m的三角洲前缘，水下三角洲(subaqueous delta)则包括宽广而缓倾的顶积层、相对狭窄但较陡倾斜的前积层以及平缓的底积层。该水下三角洲覆盖了陆架的大片区域，从岸线向海延伸约160 km，在地貌上表现为向老黄河口南偏的不对称形态。顶积层宽约25-100 km，分布于水深10-25 m范围，厚度一般不超过3m；前积层则狭窄得多，厚度也大得多，宽约5-30 km，分布于水深10-45 m范围，厚度一般4-16 m，最大可达20 m，在浅地层剖面上显示为向海倾斜的反射层(倾角一般0.3-0.5°)。水下三角洲顶积层-前积层转折点所处水深范围为10-25 m。根据柱状样210Pb和137Cs测年方法得到的最大沉积速率(1.06和2.16 cm/yr)位于前积层，低沉积速率(<0.64 cm/yr)位于顶积层和周围海域。1855年后由于老黄河三角洲的废弃，海洋侵蚀作用和20世纪30年代后的人工修堤对陆上三角洲前缘和水下三角洲的沉积速率有明显影响。通过沉积物收支估算，发现大约42.6％的老黄河沉积物(>97％)沉积在陆上三角洲，沉积在水下三角洲的老黄河沉积物只占约12.8％。1128-1855年形成的老黄河水下三角洲覆盖在一个大型楔形体之上，该楔形体厚约4-13m，其内部向海倾斜的反射层的倾角(<0.3°)要明显小于其上覆的水下三角洲前积层中的向海倾斜的反射层。基于该楔形体最顶部沉积物的测年数据和其表面深度变化，可以确定其形成年龄是介于2.5和9.8 calkyr BP之间的。较强的海洋沉积动力(波浪、潮汐和沿岸流)作用和1128-1855年期间老黄河充足的沉积物供给是形成垂向海岸分布的水下三角洲地貌形态的主要因素。潮流和波浪(SE-SSE)是促使老黄河入海沉积物垂向海岸输运的主要营力，而NE-NNE向的波浪和沿岸流对于形成该水下三角洲相对老黄河口南偏的不对称地貌形态起到了重要作用。