蔣 仁，于俊杰，勞金秀，曾建威，彭 博

（南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，南京 210016）

長江三角洲北翼ZKA4鉆孔剖面第四紀(jì)磁性地層特征及其意義

蔣 仁，于俊杰，勞金秀，曾建威，彭 博

（南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，南京 210016）

對(duì)長江三角洲北翼南通地區(qū)ZKA4鉆孔巖心進(jìn)行了磁性地層學(xué)研究，結(jié)果表明，302．7 m的巖心記錄了布容正向極性時(shí)（Brunhes）、松山負(fù)向極性時(shí)（Matruyama）和部分高斯正極性時(shí)（Gauss）。在系統(tǒng)古地磁樣品采集、處理和測(cè)試的基礎(chǔ)上，應(yīng)用磁性地層、AMS14C加速器測(cè)年等方法，結(jié)合巖性特征，對(duì)ZKA4鉆孔剖面進(jìn)行了詳細(xì)地層劃分，分別確定了下更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)的埋深及沉積厚度，其中Q／N界線位于291．72 m處，Qp1／Qp2、Qp2／Qp3、Qp3／Qh界線分別定位于189．39m、132．44m和26．14m處。本項(xiàng)研究結(jié)果為該區(qū)域第四紀(jì)地層劃分對(duì)比、古地理環(huán)境演化及岸線變遷等相關(guān)研究提供了可靠的地層年代框架。

長江三角洲北翼；第四紀(jì)；ZKA4孔；磁性地層

0 引言

長江三角洲是我國重要的經(jīng)濟(jì)區(qū)。隨著全球氣候變化、海陸交互作用及其環(huán)境響應(yīng)研究的不斷深入，長江三角洲及毗鄰地區(qū)第四紀(jì)以來海陸演變已成為研究熱點(diǎn)［1－3］。研究表明，第四紀(jì)以來，長江三角洲歷經(jīng)海陸變化，形成了以陸相河流沉積為主，間夾海相沉積層［4－5］；其沉積厚度一般在200～400 m［6－7］。近年來的研究主要集中在河口晚第四紀(jì)、尤其末次冰期以來的沉積分區(qū)的劃分、沉積序列的識(shí)別、層序地層格架的建立、事件沉積的探討，以及對(duì)長江三角洲發(fā)育模式和控制因素等。

由于磁性地層、氣候地層、生物地層之間存在著明顯的相關(guān)性，目前第四紀(jì)地質(zhì)工作者都認(rèn)識(shí)到，確定第四紀(jì)下限和地層劃分必須要有磁性地層的依據(jù)。筆者等在長江三角洲北翼以地質(zhì)鉆探方法為主開展了較系統(tǒng)的第四紀(jì)地質(zhì)調(diào)查，選取南通市通州區(qū)騎岸鎮(zhèn)第四紀(jì)地質(zhì)鉆孔ZKA4，以巖石地層為基礎(chǔ)，在地層年代的約束下，利用層序地層的方法對(duì)鉆孔巖心進(jìn)行劃分，為該地區(qū)第四系底界的確定、地層劃分及其長江古（分支）河道的演化提供一種區(qū)域性對(duì)比的尺度和年代依據(jù)。

1 鉆孔巖性特征

ZKA4鉆孔位于南黃海內(nèi)陸架陸緣、長江三角洲沉積結(jié)構(gòu)單元的北翼（圖1）。地貌上屬長江下游沖積平原，區(qū)域地形自西向東傾斜。

圖1 鉆孔位置圖Fig．1 Locality of borehole

新近紀(jì)以來，長江三角洲北翼是以蘇北地區(qū)為中心的一個(gè)巨大的沉積盆地（蘇北盆地），向東延伸至南黃海，其北部東臺(tái)為沉降中心之一，沉積厚度可達(dá)1 400 m以上。第四紀(jì)以來，沉積中心由蘇北盆地向南遷移，鉆孔北部海安地區(qū)為沉降中心之一，第四紀(jì)地層厚度達(dá)330 m左右［7］。

本區(qū)基巖構(gòu)造斷裂活動(dòng)頻繁，其中印支—燕山期最為活躍。斷層通常表現(xiàn)為NE向和NW向2組，控制了整個(gè)三角洲地區(qū)前新生代的基底構(gòu)造格局［8］。

ZKA4鉆孔孔口高程2．81 m，孔深302．7 m，巖心采用油壓式鉆機(jī)，全孔取芯率達(dá)90%以上，實(shí)際巖心直徑可達(dá)100 mm。取芯率和巖心狀況滿足磁性地層學(xué)研究的要求。ZKA4鉆孔巖性為：頂部海相砂質(zhì)沉積，中、上部以三角洲河口相砂為主，下部以陸相黏土沉積為主。自上而下可分為8個(gè)巖性組合段。

（1）0～26．14 m巖性段。頂部0．4 m為耕作層，向下為灰、青灰色粉砂，夾灰褐色粉砂質(zhì)黏土，為潮間帶沉積序列。

（2）26．14～68．33 m巖性段。頂部為“第一硬土層”，黃褐色黏土夾粉砂，反映晚更新世晚期海侵、海退反復(fù)沉積過程；向下粒度逐漸變粗，由粉砂—中砂組成，底部混雜堆積，含大量鈣質(zhì)結(jié)核及貝殼碎屑；三角洲平原沉積。

（3）68．33～102．35 m巖性段。深灰、灰黑色黏土、含淤泥質(zhì)黏土，底部粗砂層氧化較強(qiáng)，呈黃褐色?？傮w呈正粒序沉積；水平層理；三角洲平原淺水湖相沉積為主。

（4）102．35～132．44 m巖性段。以青灰、深灰色粉細(xì)砂為主，底部少量粗砂層斜層理發(fā)育。總體略顯反粒序沉積；三角洲河口沉積。

（5）132．44～186．34 m巖性段。頂部為三角洲平原黃褐、暗綠色黏土；向下逐漸變粗，由粉砂—中砂組成；底部為水下分流河道沉積的砂礫；總體呈正粒序沉積，三角洲河口地區(qū)沉積序列。

（6）186．34～252．60 m巖性段。為棕黃、棕紅及暗綠色黏土；中部深灰色粉細(xì)砂；底部3 m為粗砂層；總體可細(xì)分為兩個(gè)正粒序沉積旋回。頂部淺水湖相，中、下部河流相沉積。

（7）252．60～291．72 m巖性段。頂部暗綠色黏土；中部粉砂層局部固結(jié)成巖；下部砂礫層；總體呈正粒序沉積。

（8）291．72～302．70 m巖性段。暗綠色黏土，多呈半固結(jié)狀泥巖，含大量白色鈣質(zhì)結(jié)核；頂部與上覆層不整合接觸；深水湖相沉積，未見底。

2 古地磁采樣與測(cè)試

2．1 測(cè)試方法

系統(tǒng)采集了古地磁有效樣品749塊，其中黏土采樣間隔20 cm，粒度較粗的砂層采樣間隔50 cm左右。均在現(xiàn)場(chǎng)剖開巖心，用直徑2．54 cm的無磁性塑料圓盒裝載，標(biāo)注頂、底方向，單件樣品質(zhì)量平均約10 g。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試在中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心古地磁實(shí)驗(yàn)室完成。其中剩磁測(cè)量采用美國Schonstedt儀器公司生產(chǎn)的“DSM－2”型數(shù)字旋轉(zhuǎn)磁力儀；磁化率采用“HKB－1”高精度磁化率儀測(cè)試，測(cè)試精度2×10－7SI；交變退磁采用“GSD－5”交變退磁儀，退磁峰值場(chǎng)最高值可達(dá)到100 mT，全部樣品均進(jìn)行了從5～90 mT交變磁場(chǎng)的逐步退磁。根據(jù)樣品的退磁曲線分析，樣品的退磁值多數(shù)選在10～50 mT之間。樣品的天然剩余磁化強(qiáng)度在10－1～10－4A／m之間。測(cè)試過程中對(duì)單個(gè)樣品進(jìn)行剩磁分析，以交變退磁后的數(shù)據(jù)結(jié)果作為最終的分析依據(jù)。

對(duì)交變退磁數(shù)據(jù)分析，獲得了單個(gè)樣品磁傾角結(jié)果；同時(shí)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行了必要的篩選，舍棄了部分沉積物粒度較粗的磁傾角數(shù)據(jù)，主要利用沉積物粒度較細(xì)的黏土層、粉砂層進(jìn)行分析，減小對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響；最終利用572塊樣品的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行地層磁性分析。

2．2 AMS14C測(cè)年

本次對(duì)ZKA4鉆孔晚更新世晚期以來的地層進(jìn)行了絕對(duì)年齡測(cè)試?？紤]到泥炭和腐殖泥易受到上游較老沉積物［9］、河流沖刷和年輕沉積物的污染［10］，本次盡量采集上部50 m以淺的原生泥炭樣品，測(cè)年樣品在北京大學(xué)文博與考古學(xué)院14C加速器測(cè)年實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試結(jié)果較好地控制了晚更新世與全新世地層界線（表1）。

表1 鉆孔樣品的AMS14C測(cè)年結(jié)果Tab．1 AMS14C dating using bu lk sam p les from borehole ZKA4

3 討論

3．1 磁性地層劃分

地層劃分和第四紀(jì)下限的厘定是第四紀(jì)地質(zhì)研究的重要內(nèi)容。由于磁性地層、氣候地層、生物地層之間存在著明顯的相關(guān)性，確定第四紀(jì)下限和地層劃分必須要有古地磁磁性地層的依據(jù)［11］。

以布容／松山（Brunhes／Matruyama，B／M）、松山／高斯（Matruyama／Gauss，M／G）2次全球性極性倒轉(zhuǎn)事件來標(biāo)定鉆孔巖心早更新世和中更新世、第四紀(jì)和新近紀(jì)地層界線。由于研究區(qū)河流沉積作用較強(qiáng)、沉積物粒度較粗等原因?qū)诺卮艤y(cè)試的影響，導(dǎo)致地層以及測(cè)試數(shù)據(jù)的不連續(xù)性。因此，本次對(duì)區(qū)域性極性倒轉(zhuǎn)事件不作討論。結(jié)合鉆孔沉積物特征，對(duì)樣品的磁性測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析整理，編制了鉆孔磁極性柱、鉆孔古地磁特征及極性世劃分對(duì)比圖（圖2）。

圖2 ZKA4鉆孔巖性柱及古地磁結(jié)果Fig．2 Histogram and paleomagnetism of borehole ZKA4

ZKA4鉆孔第四紀(jì)以來河流沉積作用較強(qiáng)，沉積物粒度較粗，對(duì)古地磁結(jié)果影響較大。經(jīng)過數(shù)據(jù)的處理及篩選，剔除部分中、粗砂層數(shù)據(jù)干擾，鉆孔剖面總體磁極性特征、尤其全球性倒轉(zhuǎn)引起的磁極改變較明顯；其中0～189．39 m段以正極性為主，為布容正極性世；189．39～291．72 m段頂部磁極性正、負(fù)擺動(dòng)較頻繁，可能為上覆河床相地層侵蝕導(dǎo)致部分地層缺失、以及區(qū)域性磁極漂移事件的影響，底部以河床相砂礫層為主，粒度較粗，對(duì)古地磁測(cè)試有一定影響，結(jié)合巖石地層特征及區(qū)域?qū)Ρ龋摱慰傮w以負(fù)極性為主，為松山負(fù)極性世；291．72 m以下呈正極性，為高斯正極性世。該孔古地磁極性結(jié)果表明，與早更新世地層相比，中更新世以來地層沉積速率較高，這與該鉆孔所處的長江河口地區(qū)特殊的沉積環(huán)境有關(guān)。

3．2 年代地層學(xué)與地層界線

第四紀(jì)以來，ZKA4鉆孔所處區(qū)域受海陸交互作用，早期陸相沉積作用占主導(dǎo)，中期逐漸過渡為海陸交互沉積，晚期則主要為海洋沉積作用。綜合對(duì)比鉆孔巖性及沉積構(gòu)造特點(diǎn)，結(jié)合古地磁特征，對(duì)第四紀(jì)地層進(jìn)行了劃分。

下更新統(tǒng)（Qp1）：埋深291．72～189．39 m，底界對(duì)應(yīng)古地磁松山／高斯（M／G）界線，底部為河流相，對(duì)下伏新近紀(jì)地層侵蝕界面即為第四系與新近系不整合接觸界面。河流是控制該時(shí)期沉積的主要因素，總體可分3個(gè)韻律旋回。單個(gè)旋回底部河床亞相為灰、淺灰色粗砂、含礫砂，上部邊灘亞相多為深灰、黃灰色粉細(xì)砂，頂部漫灘亞相則以棕黃、黃褐、青灰色黏土、粉質(zhì)黏土為主，組成河流“二元結(jié)構(gòu)”。但總體砂／泥比小于1，表明該時(shí)期河流水動(dòng)力作用較弱。

中更新統(tǒng)（Qp2）：埋深189．39～132．44 m，底界對(duì)應(yīng)古地磁布容／松山（B／M）界線。該時(shí)期隨著全球氣候的轉(zhuǎn)暖、海平面上升，東區(qū)逐漸由陸相河流沉積過渡為海陸交互的三角洲沉積。總體為一個(gè)大的沉積旋回，下部灰、淺灰色粗砂、砂礫，為水下分流河道沉積的河口砂壩；向上漸變?yōu)槿侵奁皆瓉喯?，以深灰色粉砂、含黏土粉砂為主；頂部為黃褐、青灰色黏土，分別代表其氧化環(huán)境的三角洲平原亞相和還原環(huán)境的深水湖相。

上更新統(tǒng)（Qp3）：埋深132．44～26．14 m，該時(shí)期以海陸相互沉積為主，沉積作用受控于海平面變化，即海平面下降，河流水動(dòng)力強(qiáng)，河谷下切，以侵蝕作用為主；海平面上升，海侵進(jìn)入該區(qū)域，河流水動(dòng)力減弱，河道以滯留沉積和溯源堆積為主。總體按巖性以及沉積物色調(diào)可分為上、中、下3套沉積旋回。下部旋回為“下細(xì)上粗”沉積層序，由深灰色粉砂向上過渡為中粗砂、粗砂，為河口砂壩進(jìn)積作用形成；中、上部旋回均為“下粗上細(xì)”沉積層序，由底向上呈粗砂—中細(xì)砂—粉砂—黏土變化，反映河流三角洲相沉積；上部則為淺海、濱海相沉積。頂部為黃褐、深灰色硬黏土層，為河間洼地、湖沼相沉積。

全新統(tǒng)（Qh）：埋深26．14～0 m，下伏為晚更新世末期硬黏土層，26．6 m處AMS14C測(cè)年為（13 245±30）a B．P．。該時(shí)期地層受海洋沉積作用較強(qiáng)，下部為青灰色粉砂夾黏土，為全新世海侵早期潮間帶沉積；中部以灰、黃灰色粉砂為主，為濱淺海相地層；上部黏土與粉砂呈紋層狀，為潮間帶沉積。

長江三角洲地區(qū)晚更新世末期普遍發(fā)育的青灰、黃褐、暗綠色硬黏土層被稱為“第一硬土層”，已成為劃分更新統(tǒng)與全新統(tǒng)的良好標(biāo)志層［12－14］。本次AMS14C測(cè)年結(jié)果表明上更新統(tǒng)頂部深灰色黏土層即為“第一硬土層”，形成時(shí)代在13 245 a左右。

結(jié)合區(qū)域第四紀(jì)地層對(duì)比分析，第四紀(jì)早期，ZKA4鉆孔處于深切河谷區(qū)，屬長江三角洲地區(qū)主河道［15－18］。本次巖石地層及磁性地層的劃分對(duì)比表明，ZKA4鉆孔第四系底界較南、北兩側(cè)埋深略深，其落差近20 m，符合該區(qū)域第四紀(jì)早期處于古河道之說。

4 結(jié)論

通過古地磁、AMS14C測(cè)試結(jié)果分析，結(jié)合ZKA4鉆孔巖石的地層特征，劃分出下更新統(tǒng)（Qp1）、中更新統(tǒng)（Qp2）、上更新統(tǒng)（Qp3）和全新統(tǒng)（Qh）4個(gè)地層單元。其中，埋深291．72 m的新近系與第四系不整合接觸界線對(duì)應(yīng)于M／G極性倒轉(zhuǎn)界線，年齡為2．59 Ma；埋深189．39 m的下、中更新統(tǒng)界線對(duì)應(yīng)于B／M界線，其年齡為0．78 Ma。根據(jù)ZKA4鉆孔地層特征及區(qū)域資料分析，第四紀(jì)早期該地區(qū)受河流侵蝕下切較深，為古河道所在位置。另外，AMS14C測(cè)年結(jié)果印證了該區(qū)域晚更新世末期低海面時(shí)，即末次盛冰期沉積的“第一硬土層”是劃分晚更新世與全新世地層的標(biāo)志層。

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Characteristics and Implications of the Quaternary Magneto stratigraphy in Borehole ZKA4 from the Northern Flank of Yangtze River Delta

JIANG Ren，YU Jun－jie，LAO Jin－xiu，ZENG Jian－wei，PENG Bo
（Nanjing Institute of Geology and Mineral Resources，Nanjing 210016，China）

The broehole ZKA4 locates in Nantong area of the northern flank of Yangtze River Delta．Quaternary magneto stratigraphy studies show that the 302．7 m core taken from broehole ZKA4 has recorded Brunhes normal polarity chron，Matruyama reversed polarity chron and Gauss normal polarity chron．After systematic sampling，treating and measuring，the vertical distribution depth of the Lower Pleistocene，Middle Pleistocene，Upper Pleistocene and Holocene in broehole ZKA4 are determined by magneto stratigraphic study，AMS14C dating and core observation．The Q／N，Qp1／Qp2，Qp2／Qp3and Qp3／Qh boundary locates at291．72m，189．39m，132．44m and 26．14m respectively．These provide a reliable chronostratigraphic framework for regional research on stratigraphic division and correlation，paleogeographic environment aswell as coastline changes in Quaternary．

the north flank of Yangtze River Delta；Quaternary；borehole ZKA4；magneto stratigraphy

P539．3

：A

：2095－8706（2015）07－0030－05

（責(zé)任編輯：常艷）

2015－05－13；

2015－10－26。

中國地質(zhì)調(diào)查局“江蘇1∶5萬洋口農(nóng)場(chǎng)、豐利鎮(zhèn)、北坎鎮(zhèn)、如東縣、大同鎮(zhèn)幅區(qū)調(diào)（編號(hào)：1212011220541）”項(xiàng)目資助。

蔣仁（1981—），男，助理研究員，主要從事第四紀(jì)地質(zhì)研究工作。Email：jiangren2004＠126．com。