鄧程文，張 霞，林春明，徐振宇，于 進(jìn)

(1.內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院, 江蘇 南京 210046; 2. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心, 江蘇 南京 210016)

長(zhǎng)江三角洲ZK01孔末次盛冰期以來(lái)沉積物粒度特征及環(huán)境演化

鄧程文1，張 霞1，林春明1，徐振宇2，于 進(jìn)1

(1.內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院, 江蘇 南京 210046; 2. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心, 江蘇 南京 210016)

根據(jù)長(zhǎng)江三角洲ZK01孔的粒度資料，從粒度參數(shù)、斜體圖、概率累積曲線和頻率分布曲線等對(duì)末次盛冰期以來(lái)的沉積物粒度特征進(jìn)行了詳細(xì)分析，并結(jié)合沉積物的巖性、沉積構(gòu)造和有孔蟲(chóng)的分布特點(diǎn)，探討了該區(qū)末次盛冰期以來(lái)的沉積環(huán)境演化。分析表明，ZK01孔末次盛冰期以來(lái)，沉積物自下而上可分為5段：河床沉積物以砂和礫質(zhì)砂為主，粒度概率累積曲線為以跳躍總體為主的兩段式；河漫灘相為砂質(zhì)和黏土互層，概率累積曲線呈以懸浮總體為主的具過(guò)渡的兩段式，頻率分布曲線為雙峰或多峰式；河口灣沉積物的粒度參數(shù)變化顯著，在C-M圖上表現(xiàn)為粗細(xì)分異明顯的兩類，對(duì)應(yīng)兩種兩段式累積曲線，頻率分布曲線亦有單峰和雙峰式兩類；淺海相主要為淤泥質(zhì)黏土，粒度參數(shù)較穩(wěn)定，概率累積曲線為一段式，幾乎均為懸浮總體；三角洲沉積物以細(xì)砂和粉砂為主，概率累積曲線為以跳躍總體為主的具過(guò)渡的兩段式。研究區(qū)該時(shí)期依次經(jīng)歷了河床、河漫灘、河口灣、淺海和三角洲等5種沉積環(huán)境。

長(zhǎng)江三角洲; 末次盛冰期; 粒度特征; 環(huán)境演化

前人對(duì)長(zhǎng)江三角洲的研究已歷時(shí)一百多年，目前已有大量的鉆孔資料，在地層學(xué)[1-2]、古生物學(xué)[3-4]、沉積學(xué)[5-6]等方面也取得了豐富成果。但在長(zhǎng)江三角洲沉積物粒度研究方面，早期的研究程度尚且有限。近年來(lái)對(duì)上海浦東、崇明島、如東等地區(qū)的沉積物粒度特征與沉積環(huán)境及演化關(guān)系有一些比較系統(tǒng)、深入的研究[7-9]。

粒度作為沉積物最基本和最主要的結(jié)構(gòu)特征，決定了沉積物的類型和性質(zhì)，可以衡量沉積介質(zhì)能量的大小，判別沉積時(shí)水動(dòng)力條件和自然地理環(huán)境。因此，分析沉積物的粒度特征對(duì)認(rèn)識(shí)沉積時(shí)的水動(dòng)力條件、識(shí)別沉積物的搬運(yùn)方式、判別最原始的沉積環(huán)境具有重要的參考價(jià)值。近年來(lái)，作為沉積物粒度測(cè)試的重要方法，依托計(jì)算機(jī)技術(shù)的激光粒度分析法因其測(cè)試結(jié)果快速精準(zhǔn)、重現(xiàn)性高的特點(diǎn)[10]，可以通過(guò)粒度手段解譯出大量高分辨率的古環(huán)境信息，使得粒度分析在恢復(fù)沉積環(huán)境[11-12]、指示古氣候特征和古水流方向[13-14]、反映沉積水動(dòng)力條件[15-17]等研究方面的應(yīng)用愈加廣泛。本文以長(zhǎng)江三角洲啟東地區(qū)ZK01孔沉積物為研究對(duì)象，根據(jù)該孔的沉積物粒度測(cè)試結(jié)果，結(jié)合沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和有孔蟲(chóng)特征，對(duì)研究區(qū)末次盛冰期以來(lái)的沉積環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)分析。該研究在一定程度上豐富了研究區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)工作，為其它地區(qū)粒度特征和沉積環(huán)境研究提供參考資料。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)江三角洲地區(qū)為廣闊的沖積平原，地形總趨勢(shì)為西高東低，原始坡降約萬(wàn)分之一[18]。該區(qū)處于構(gòu)造沉降帶，其西部為山地丘陵。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為局部上升，沿海平原區(qū)表現(xiàn)為緩慢沉降，年沉降率以1～2 mm居多，兩者的過(guò)渡帶大致在鎮(zhèn)江、揚(yáng)州一帶。長(zhǎng)江三角洲可分為主體和南、北兩翼(圖1)，主體區(qū)域的南界大致在鎮(zhèn)江、江陰、福山及沿長(zhǎng)江南岸一線，北界大致沿?fù)P州、泰州、曲塘、呂四一線。主體區(qū)域相當(dāng)于末次盛冰期以來(lái)形成的長(zhǎng)江下切河谷發(fā)育地帶，其下切河谷層序以不同的沉積相組合被較完整地保存了下來(lái)。此區(qū)曾為長(zhǎng)江口擺動(dòng)的地帶，現(xiàn)存多期河口壩，有的在地形上可以顯示出來(lái)，黃橋高亢的沙地尤為突出[19-20]。

啟東地區(qū)位于121°25′～121°55′ E， 31°41′～31°17′ N，屬長(zhǎng)江三角洲主體區(qū)域[18](圖1)，南瀕長(zhǎng)江入?？诒敝В瑬|、北瀕臨黃海，西與海門市毗鄰。地處東南季風(fēng)的活動(dòng)帶，氣候溫和濕潤(rùn)，四季分明，為典型的亞熱帶季風(fēng)氣候。區(qū)內(nèi)地勢(shì)沿海低平，地形略有起伏，地面高程在2.00～3.14 m之間，大部分為第四系地層所覆蓋。

圖1 長(zhǎng)江三角洲分區(qū)圖[18]

Fig.1 Division of the Changjiang delta(modified from Li Congxian et al., 1998)

2 樣品采集與分析方法

ZK01孔位于長(zhǎng)江口北岸啟東市北新鎮(zhèn)民新村(121°33′24.08″ E，31°50′26.74″ N，圖1)，孔口標(biāo)高2.05 m，孔深112.00 m，頂部0.50 m為耕作層。因本次研究層位為末次盛冰期以來(lái)的沉積地層，故僅對(duì)83.40 m以淺的巖心進(jìn)行取樣，取樣間隔為0.50～2.00 m不等，共采集粒度樣品70個(gè)。

沉積物粒度測(cè)試在南京大學(xué)海岸與海島開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試儀器為英國(guó)Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度儀，該儀器粒徑分析范圍為0.02～2000μm，重復(fù)測(cè)量誤差不超過(guò)1%。因ZK01孔沉積物的部分樣品中生物殼體碎屑較為豐富，有少量的鈣質(zhì)膠結(jié)物，有機(jī)質(zhì)含量較低，故在上機(jī)測(cè)試前對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行如下流程的預(yù)處理：(1) 取3～5 g樣品放入燒杯中，為除去碳酸鹽，在燒杯中加入適量濃度為0.1 mol/L的鹽酸，浸泡至不產(chǎn)生氣泡為止；(2) 去除上層反應(yīng)廢液，給燒杯中加滿蒸餾水，靜置24 h，直至所有顆粒沉降下來(lái)、溶液清亮為止；(3) 去除上層清液，加入0.5 mol/L的六偏磷酸鈉溶液浸泡24 h，使樣品顆粒彼此分散。對(duì)同一樣品進(jìn)行多次測(cè)量，挑選重合度最高的曲線以0.25 Φ的粒徑間距輸出0.02～2000μm粒徑區(qū)間的沉積物百分?jǐn)?shù)含量，依據(jù)矩算法數(shù)學(xué)公式[21]計(jì)算出樣品的平均粒徑、分選系數(shù)、偏態(tài)、峰態(tài)等4個(gè)粒度參數(shù)。

3 結(jié)果分析

3.1 巖性與粒度特征

沉積物粒度組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)造是判別其沉積環(huán)境的重要指標(biāo)，在作為追溯沉積物形成的力學(xué)性質(zhì)、物質(zhì)來(lái)源、輸送介質(zhì)的依據(jù)的同時(shí)，也是沉積物命名的定量依據(jù)[22]。根據(jù)Udden-Wentworth分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將粒度類型分為：礫(<-1Φ)、砂(-1～4Φ)、粉砂(4～8 Φ)和黏土(>8Φ)。本文對(duì)ZK01孔末次盛冰期以來(lái)沉積物的顏色、巖性、沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征進(jìn)行了詳細(xì)觀察(表1)，并從粒度參數(shù)、C-M圖、概率累積曲線和頻率分布曲線等方面對(duì)其粒度特征進(jìn)行了分析，將其自下而上劃分為5段16層(圖2)。

3.1.1 V段

位于孔深83.40～70.40m，相當(dāng)于第1～3層。該段沉積物顆粒具下粗上細(xì)的正粒序特點(diǎn)。下部(83.40～75.60m)沉積物主要為礫質(zhì)粗砂、含礫粉砂質(zhì)砂和礫石層，夾少量細(xì)砂薄層。礫石粒徑多在-1.00～-3.50Ф之間，沉積物大小混雜，分選性差；上部(75.60～70.40m)沉積物不含礫石，以砂質(zhì)沉積物為主，砂組分含量約17.60%～93.37%，平均為67.89%。粉砂和黏土平均含量分別為25.66%和6.45%(圖2和表2)。平均粒徑為2.77～6.29Ф，但大多數(shù)分布在3～4Ф之間，平均值為3.79Ф。分選系數(shù)為1.15～2.37，平均1.83，說(shuō)明沉積物分選性較好。偏態(tài)變化較大，多為正偏，主要在1.50～2.50之間，平均值為1.54，表明沉積物粒度分布的尾端組分以粗組分為主。峰態(tài)值為2.14～3.17，平均可達(dá)2.71，說(shuō)明顆粒粒級(jí)較集中。上部砂質(zhì)沉積物的粒度概率累積曲線主要有2種類型：(1)以跳躍總體為主的兩段式(圖3A)，跳躍總體含量一般在90%以上，最少為70%，對(duì)應(yīng)直線段傾角約為65°～75°，分選較好。懸浮總體很少，包含多個(gè)粒度次總體組成，直線段傾角約25°～30°。跳躍總體的細(xì)截點(diǎn)在4Φ左右，相應(yīng)的頻率分布曲線主要為單峰式(圖3B)，主峰眾數(shù)值分布在3Φ左右；(2)懸浮總體居多的兩段式，懸浮總體含量約40%～70%，一般由多個(gè)懸浮次總體組成，對(duì)應(yīng)直線段傾角約25°～30°，分選性較差。跳躍總體含量為30%～60%，有時(shí)包含兩個(gè)跳躍次總體，直線段傾角為50°～70°，跳躍和懸浮總體的截點(diǎn)在1～2Φ之間。頻率分布曲線具雙峰特征，主峰眾數(shù)值為2～3Φ，次峰眾數(shù)值約為6～7Φ。整體上，本段沉積物粒度較大，主要為細(xì)砂和礫石，以跳躍搬運(yùn)為主，分選性變化較大，反映出沉積期的水動(dòng)力條件較強(qiáng)，搬運(yùn)介質(zhì)擾動(dòng)強(qiáng)度較大。

表1 南通市啟東地區(qū)ZK01孔末次盛冰期以來(lái)沉積物特征描述

Table 1 Description of the sediments characteristics indicated by the ZK01 borehole samples from the Changjiang delta since the latest glacial maximum

層號(hào)深度(m)沉積物特征段號(hào)160.00～0.50棕黃色耕作土,見(jiàn)少量植物根系150.50～1.75棕黃色含粉砂黏土,塊狀構(gòu)造,頂部見(jiàn)黃褐色鐵錳浸染斑點(diǎn)141.75～8.20青灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂偶夾灰黃色黏土薄層,局部層段為青灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂與灰黃色黏土薄互層,發(fā)育平行層理,見(jiàn)貝殼碎片138.20～10.00上部1.30m為青灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂與褐色黏土不等厚互層;下部0.50m為黃灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂與青灰色黏土薄互層1210.00～12.00青灰色、灰黃色粉砂質(zhì)細(xì)砂,偶夾粉砂質(zhì)黏土,見(jiàn)平行層理1112.00～16.00黃灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂夾青灰色黏土層,局部為黃灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂與灰黃色黏土層薄互層,平行層理、交錯(cuò)層理發(fā)育1016.00～19.40青灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂與灰黃色黏土層薄互層,局部夾泥質(zhì)團(tuán)塊,發(fā)育平行層理、千層餅構(gòu)造,見(jiàn)白云母和破碎貝殼,與下伏地層呈漸變接觸I919.40～48.00深灰色淤泥質(zhì)黏土,夾細(xì)砂、粉砂薄層,富含有機(jī)質(zhì),具輕微臭味,水平層理、塊狀層理、透鏡狀層理發(fā)育,見(jiàn)貝殼碎片、生物擾動(dòng)和蟲(chóng)孔構(gòu)造848.00～52.00灰色淤泥質(zhì)黏土與細(xì)砂互層,局部見(jiàn)粉砂質(zhì)細(xì)砂薄層,塊狀層理、千層餅構(gòu)造發(fā)育752.00～58.00塊狀深灰色淤泥質(zhì)黏土,夾細(xì)砂、粉砂薄層和團(tuán)塊,與下伏地層界線明顯II658.00～61.65上部0.80m為青灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂,夾黏土質(zhì)條帶,底部見(jiàn)沖刷面;下部2.85m為灰色塊狀黏土與砂質(zhì)粉砂不等厚互層,發(fā)育水平層理、平行層理和千層餅構(gòu)造561.65～68.10灰色塊狀黏土,夾灰白色薄層細(xì)砂、粉砂條帶及團(tuán)塊,局部層段夾中層灰色砂質(zhì)粉砂,水平層理發(fā)育,粉砂層中偶見(jiàn)極破碎貝殼III468.10～70.40灰色黏土與中層灰色、青灰色粉砂質(zhì)砂、粉砂不等厚互層。68.90～68.60m為雜色礫質(zhì)粗砂,見(jiàn)少量螺和牡蠣殼體,礫石含量約占5～10%,粒徑約2～5mm,次圓狀。水平層理發(fā)育,與下伏地層呈突變接觸IV370.40～73.00上部1.60m為灰色、青灰色中層粉砂質(zhì)砂,其中砂主要由細(xì)砂和中砂組成,塊狀層理發(fā)育;下部1.00m為灰黃色粉砂質(zhì)細(xì)砂與灰色黏土薄互層273.00～75.60上部0.45m為灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂;下部2.15m為灰色粉砂質(zhì)砂,局部可見(jiàn)較完整的螺殼體,底部有約10cm厚的炭屑薄層175.60～83.40灰、灰黃色礫質(zhì)或含礫粗砂,礫石粒徑2～15mm不等,次圓狀-次棱角狀,礫石含量和粒徑大小向下遞增,局部夾棕黃色黏土和礫石層,底部見(jiàn)沖刷面V

圖2 長(zhǎng)江三角洲ZK01孔末次盛冰期以來(lái)沉積物綜合柱狀圖

Fig.2 Generalized column of the sedimentary strata through the ZK01 borehole in the Changjiang delta since the latest glacial maximum

表2 長(zhǎng)江三角洲ZK01孔末次盛冰期以來(lái)沉積物粒度參數(shù)

注:3.3～5.61/ 4.25(18) 表示最小值～最大值/平均值(樣品數(shù))

圖3 長(zhǎng)江三角洲ZK01孔沉積物概率累積曲線與頻率分布曲線

Fig.3 Grain size probability accumulation curves and frequency distribution curves for the ZK01 borehole samples from the Changjiang delta since the latest glacial maximum

3.1.2 IV段

位于孔深70.40～68.10 m，相當(dāng)于第4層。僅68.90～68.60 m為礫質(zhì)粗砂，礫石含量約10%，粒徑約-1.00～-2.32 Ф，其余為砂質(zhì)沉積。砂質(zhì)沉積物主要為砂和粉砂組分，其中，砂含量在32.60%～62.49%之間，平均值為47.79%；粉砂含量在30.30%～55.36%之間，平均為42.6%；黏土平均含量為9.61%。粒徑分布在3.64～5.17 Ф之間，平均值為4.47 Ф(圖2和表2)。分選系數(shù)為2.4～2.52，平均2.45，值較大且波動(dòng)較小。偏態(tài)為1.13～2.41，均為正偏，平均值為1.85。峰態(tài)在2.95～3.24之間，平均值為3.08。概率累積曲線為具過(guò)渡段的兩段式(圖3C)，以懸浮總體為主，含量為50%～80%，由多個(gè)粒度次總體組成，直線段傾角在25°～35°之間，分選較差。跳躍總體含量約為10%～30%，直線段傾角70°左右，過(guò)渡段與跳躍總體的截點(diǎn)在0～1 Φ之間，與懸浮總體的截點(diǎn)處于1～2 Φ之間。粒度頻率呈顯著的不對(duì)稱雙峰或多峰式分布，主峰眾數(shù)值為2～3 Φ，次峰眾數(shù)值大致為4～6 Φ。相比于V段，本段沉積物砂含量減少，粉砂和黏土含量增加，顆粒平均粒徑變小，主要為中細(xì)砂。以懸浮搬運(yùn)為主，分選性變差，說(shuō)明本時(shí)期水動(dòng)力條件有所減弱，搬運(yùn)介質(zhì)的擾動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較小，沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定。

3.1.3 III段

位于孔深68.10～58.00 m，相當(dāng)于第5～6層。沉積物主要組分為粉砂，含量在31.51%～76.55%之間，平均值為55.22%。砂和黏土平均含量分別為29.98%和14.8%。粒徑分布在4.23～6.73 Ф之間，平均5.51 Ф(圖2和表2)。分選系數(shù)為1.72～2.55，平均值為2.05，分選性變化較多。偏態(tài)在-2.18～2.31之間，平均值為1.29，正偏態(tài)居多，表明沉積物主要組分出現(xiàn)粗、細(xì)兩類。峰態(tài)為2.25～3.43，平均2.70。在C-M圖上，該段沉積物主要分布在水動(dòng)力條件較弱的 VI、 VII區(qū)和水動(dòng)力更弱的VII區(qū)(圖4)。概率累積曲線可分為2種類型：(1) 以跳躍總體為主的兩段式(圖3E)，跳躍總體含量約50%～60%，由2個(gè)跳躍次總體組成，直線段傾角為75°～80°，分選性較好。懸浮總體含量為40%～50%，直線段傾角35°～45°，兩個(gè)粒度總體的截點(diǎn)在2～4 Φ之間。粒度頻率分布曲線一般為雙峰式，有時(shí)可呈單峰式，主峰眾數(shù)值為3 Φ左右，次峰眾數(shù)值約6～7 Φ；(2) 以懸浮總體為主的兩段式，懸浮總體含量一般大于95%，由多個(gè)粒度次總體組成，粒度主要分布在4～10 Φ之間，直線段傾角在55°～65°之間，分選性差，跳躍總體含量極低。頻率分布曲線呈單峰式(圖3F)，主峰眾數(shù)值在6～7 Φ之間。本段沉積物主要為粉砂，次為細(xì)砂，與 V、IV段相比，沉積物粒度更小，偏態(tài)波動(dòng)更大。C-M圖顯示出粒度粗細(xì)分異明顯的兩類沉積物，主要搬運(yùn)方式有懸浮和跳躍兩種，總體分選較差，表明沉積期水動(dòng)力條件整體相對(duì)較弱。粗細(xì)顆粒組分交替沉積，這可能是沉積物在規(guī)律性增強(qiáng)和減弱的水動(dòng)力條件影響下搬運(yùn)和分選所致[23]。

3.1.4 II段

位于孔深58.00～19.40 m，相當(dāng)于第7～9層。沉積物以粉砂為主，該組分含量在17.29%～80.43%之間，平均為65.36%，砂和黏土平均含量分別為18.24%和16.4%。平均粒徑分布在3.51～7.23 Ф之間，平均值為5.91 Ф(圖2和表2)。分選系數(shù)為1.54～3.31，平均值為1.82。偏態(tài)為-2.62～2.37，以正偏態(tài)為主，主要在1～2之間，平均值為1.16。峰態(tài)為2.02～3.95，平均2.47。C-M圖顯示沉積物主要分布在水動(dòng)力條件很弱的VIII區(qū)(圖4)，部分處于水動(dòng)力強(qiáng)度極低的靜水懸浮沉積區(qū)域。概率累積曲線為一段式(圖3G)，呈略向上拱起的弧形，幾乎全為懸浮總體，由3～4個(gè)粒度次總體組成，粒徑主要分布在5～10 Φ之間，直線段傾角為55°～65°。粒度頻率呈單峰式分布，主峰眾數(shù)值一般在6～8 Φ之間。相比于其他層段，該段整體粒度明顯減小，主要為粉砂和黏土，偏態(tài)、峰態(tài)均較低，分選性差。C-M圖顯示出懸浮沉積特征，這表明本段沉積物沉積期的水動(dòng)力條件弱且較為穩(wěn)定，可能是該時(shí)期的水深增加所致。

圖4 長(zhǎng)江三角洲ZK01孔II和III段沉積物C-M圖

Fig.4C-Mpatterns for the sediments from II and III segments of the ZK01 borehole in the Changjiang delta

3.1.5 I段

位于孔深19.40～0.50 m，相當(dāng)于第10～16層。沉積物以砂為主，粉砂次之，砂組分含量在15.18%～84.53%之間，平均值為58.06%。粉砂含量在13.61%～71.60%之間，平均值為36.31%。黏土平均含量為5.63%。沉積物平均粒徑分布在3.30～5.61 Ф之間，平均4.25 Ф(圖2和表2)。分選系數(shù)為1.33～2.17，平均值為1.77，較其他段分選性相對(duì)較好。偏態(tài)變化較小，集中分布在1.46～2.12之間，平均1.92，為正偏，表明沉積物粒度分布的尾端組分以粗顆粒組分為主。峰態(tài)為2.29～3.05，平均值為2.62。概率累積曲線為具過(guò)渡段的兩段式(圖3H)，以跳躍總體為主，含量約50%～70%，最高可達(dá)90%，對(duì)應(yīng)直線段傾角為65°～75°。分選性較好，懸浮總體含量約30%，直線段傾角約20°～35°，過(guò)渡段與跳躍總體的截點(diǎn)在4 Φ左右，與懸浮總體的截點(diǎn)在5 Φ之間。頻率分布曲線一般為單峰式，有時(shí)可呈雙峰，主峰眾數(shù)值一般在4 Φ左右。本段沉積物顆粒粒級(jí)較 II段變粗，分選性變好，主要為細(xì)砂和粗粉砂，以跳躍搬運(yùn)為主，表明該沉積期的水動(dòng)力條件較強(qiáng)。

3.2 沉積相分析

全球性的海平面變化控制了地層沉積的發(fā)展，

末次盛冰期以來(lái)東海海平面經(jīng)歷了末次盛冰期低海平面—冰后期早期快速海侵—冰后期中晚期高海平面3次大的變化，整體上為一個(gè)海平面逐漸升高并趨于穩(wěn)定的過(guò)程[24]。在ZK01孔沉積物巖性特征、沉積構(gòu)造和粒度特征分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合有孔蟲(chóng)分布特征，可以判別出河床、河漫灘、河口灣、淺海和三角洲相等5種沉積相(圖2)。

3.2.1 V段(83.40～70.40 m)

與下伏地層以沖刷面接觸，沉積物主要為礫質(zhì)或含礫粗砂、粉砂質(zhì)砂、粉砂質(zhì)細(xì)砂(圖5A)，粒度總體上表現(xiàn)出下粗上細(xì)的正粒序。礫石成分復(fù)雜，主要為石英巖、石英砂巖等，磨圓較差，呈次圓-次棱角狀，類似于短源搬運(yùn)的河床相礫石。但與河床滯留沉積形成的礫石不同的是，礫石層厚度較大，自下而上礫石的粒徑逐漸減小。砂質(zhì)沉積物的分選系數(shù)反映分選性較好，概率累積曲線顯示沉積物主要為跳躍搬運(yùn)，頻率分布曲線多為雙峰分布，主峰眾數(shù)值代表的粒徑大，這表明本段沉積物沉積時(shí)的水動(dòng)力強(qiáng)度較大。此外，該段發(fā)育塊狀層理，缺乏潮汐影響所形成的如砂泥互層等典型沉積構(gòu)造，表明當(dāng)時(shí)的沉積動(dòng)力環(huán)境已經(jīng)超出了潮流作用的范圍[25-26]。沉積物中未見(jiàn)有孔蟲(chóng)殼體[20]，偶見(jiàn)炭屑薄層(圖5F) 和貝殼殼體。根據(jù)沉積物粒度向上變細(xì)、強(qiáng)水動(dòng)力條件和無(wú)有孔蟲(chóng)殼體等特征，推測(cè)該段地層沉積物形成環(huán)境基本未受海洋環(huán)境影響，可能是冰后期因海平面迅速上升，之前形成的下切河谷的河口地區(qū)發(fā)生回水，致使河流的縱比降減小，流速降低，礫、砂、粉砂沉積物溯源堆積依次上移、疊置，形成粒度向上變細(xì)的河床相沉積物[19, 27]。

3.2.2 IV段(70.40～68.10 m)

沉積物主要為灰色黏土與灰、青灰色粉砂質(zhì)砂和粉砂不等厚互層(圖5B) ，局部為礫質(zhì)粗砂，其內(nèi)見(jiàn)少量螺(圖5G) 和牡蠣殼體，廣泛發(fā)育水平層理。與V段沉積物相比，粉砂和黏土含量有所增加，分選系數(shù)值較大但分布集中，反映出沉積水動(dòng)力較V段變小且穩(wěn)定。沉積物以懸浮搬運(yùn)為主，粒度頻率顯示雙峰或多峰式分布特點(diǎn)。偶見(jiàn)極少量底棲有孔蟲(chóng)化石，豐度為8枚/ 50 g干樣，其種數(shù)和豐度極低，幾乎可以忽略不計(jì)，種屬主要為Ammoniabeccariivars.和Florilusdecorus[20]。綜上所述，認(rèn)為該段地層沉積時(shí)水動(dòng)力較弱，推測(cè)為隨著海平面上升，海洋因素的影響逐漸向陸延伸，河水漫出河床，在河谷中形成的河漫灘相沉積，并受漲潮流的影響，出現(xiàn)少量海相微體化石[19]。

3.2.3 III段(68.10～58.00 m)

本段主要為灰色塊狀黏土和粉砂、砂質(zhì)層沉積物(圖5C)，水平層理和平行層理發(fā)育，底部見(jiàn)沖刷面。塊狀黏土具輕微臭味，富含有機(jī)質(zhì)，常夾砂質(zhì)薄層，見(jiàn)極破碎白云母和貝殼碎片。平均粒徑、偏態(tài)等粒度參數(shù)出現(xiàn)明顯反復(fù)波動(dòng)。概率累積曲線有以跳躍總體為主的兩段式和懸浮總體居多的兩段式兩種，其中以跳躍總體為主的兩段式的跳躍總體由兩個(gè)粒度次總體組成，這可能與波浪的沖流和回流作用有關(guān)，說(shuō)明盡管水動(dòng)力減弱但沉積環(huán)境仍較動(dòng)蕩，水動(dòng)力條件有周期性的強(qiáng)弱變化特征。該段沉積物中有孔蟲(chóng)豐富，底棲有孔蟲(chóng)主要為瓷質(zhì)殼和玻璃殼，以Ammoniabeccariivars.、Florilusdecorus、Quinqueloculinaspp.和Elphidiummagellanicum等廣鹽性種屬為優(yōu)勢(shì)種[20]。浮游有孔蟲(chóng)的豐度和含量也比較大，有孔蟲(chóng)群落特征顯示此階段沉積環(huán)境受海水影響明顯。據(jù)上述分析，推測(cè)此段受潮流作用的影響較強(qiáng)[26]，系因海平面繼續(xù)上升，海水漫出古河谷，由河漫灘沉積轉(zhuǎn)化所形成的河口灣相沉積[19]。

3.2.4 II段(58.00～19.40 m)

沉積物以深灰色淤泥質(zhì)黏土為主，夾灰色細(xì)砂、粉砂條帶和團(tuán)塊(圖5D)。本段下部為淤泥質(zhì)黏土與細(xì)砂、粉砂互層形成千層餅構(gòu)造(圖5H)，淤泥質(zhì)黏土富含有機(jī)質(zhì)，有輕微臭味；上部為塊狀淤泥質(zhì)黏土夾少量細(xì)砂、粉砂薄層和團(tuán)塊，粉砂薄層單層厚度在1～20 mm之間，局部可達(dá)10～30 mm。水平層理、塊狀層理、透鏡狀層理普遍發(fā)育，砂質(zhì)團(tuán)塊中偶見(jiàn)平行層理(圖5I)，貝殼碎片、生物擾動(dòng)和蟲(chóng)孔構(gòu)造常見(jiàn)。概率累積曲線為一段式，以黏土為主的懸浮總體含量最高，粒度頻率分布范圍寬廣。

圖5 長(zhǎng)江三角洲ZK01孔末次盛冰期以來(lái)沉積相典型特征

A.河流沖刷面(83.40 m):a.末次盛冰期河漫灘相淡褐色黏土;b.末次盛冰期以后河床相灰黃色礫質(zhì)粗砂；B.河漫灘相:a.青灰色粉砂質(zhì)砂;b.灰色黏土；C.河口灣相:a.灰白色細(xì)砂；b.灰色黏土；D.淺海相：a.灰色粉砂；b.深灰色淤泥質(zhì)黏土；E.三角洲相：a.青灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂；b.灰黃色黏土薄層；F.河床相炭屑層，75.40 m；G.河漫灘相沉積物中的螺貝殼和礫石，68.70 m；H.淺海相發(fā)育千層餅構(gòu)造，45.10 m；I.淺海相細(xì)砂團(tuán)塊中見(jiàn)平行層理，38.40 m；J.三角洲相粉砂質(zhì)細(xì)砂夾泥質(zhì)條帶，12.60m：a.交錯(cuò)層理；b.泥質(zhì)條帶；c.平行層理

Fig.5 Typical characteristics of individual sedimentary facies indicated by the ZK01 borehole samples from the Changjiang delta since the latest glacial maximum

本段沉積物中底棲有孔蟲(chóng)豐富，以Ammoniabeccariivars.、Elphidiummagellanicum、CribrononionvitreumWang、Florilusdecorus、Quinqueloculinaspp.和Protelphidiumtuberculatum(d’Orbigny) 等廣鹽性種屬為主[20]，與現(xiàn)代東海、黃海、杭州灣和渤海灣地區(qū)淺海相有孔蟲(chóng)群落相似[26, 28- 29]，故可知該段沉積期受海水影響程度較強(qiáng)，海水相對(duì)較深、較暖。根據(jù)巖性、粒度、沉積構(gòu)造和有孔蟲(chóng)特征，推測(cè)此段地層是在高海平面背景下，水深進(jìn)一步增加，在較穩(wěn)定環(huán)境中形成的以淤泥質(zhì)黏土為主的淺海相沉積。

3.2.5 I段(19.40～0.50m)

本段沉積物主要為灰黃、青灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂，常與黏土不等厚互層或夾黏土薄層(圖5E)，巖性總體上表現(xiàn)為下細(xì)上粗的反粒序。沉積構(gòu)造多樣，發(fā)育平行層理、塊狀層理、交錯(cuò)層理(圖5J)、包卷層理等，上部見(jiàn)鐵錳浸染現(xiàn)象，局部見(jiàn)貝殼和白云母碎片。平均粒徑、分選系數(shù)和偏態(tài)等粒度參數(shù)較穩(wěn)定，概率累積曲線為以跳躍總體為主的具過(guò)渡的兩段式。在ZKO1孔5段沉積層中，本段有孔蟲(chóng)豐度最高，仍主要為廣鹽性底棲種，豐度為21～42688枚/ 50g干樣，但種數(shù)和復(fù)合分異度降低，優(yōu)勢(shì)種以Ammoniabeccariivars.、Elphidiumnaraensis、Florilusdecorus、Protelphidiumtuberculatum(d’Orbigny) 和Elphidiummagellanicum為主[20]。根據(jù)以上分析，認(rèn)為在此階段水動(dòng)力條件較 II段加強(qiáng)，推測(cè)其為海平面上升速率減小、河口沉積速率超過(guò)海平面上升速率的條件下形成的三角洲相沉積[19]。

4 結(jié)論

(1)ZK01孔末次盛冰期以來(lái)的地層自下而上分別為河床、河漫灘、河口灣、淺海和三角洲相。河床沉積物由礫石、砂和粉砂組成，概率累積曲線呈以跳躍總體為主的兩段式，頻率分布曲線為雙峰或單峰式，沉積期水動(dòng)力強(qiáng)度較大；河漫灘相以中細(xì)砂和黏土為主，分選性較差，主要為懸浮總體，粒度頻率顯示不對(duì)稱雙峰或多峰式分布特征，水動(dòng)力較河床相小且穩(wěn)定；河口灣相主要為黏土和粉砂，粒度參數(shù)出現(xiàn)明顯的波動(dòng)變化，粗細(xì)組分分別集中分布在C-M圖上的兩個(gè)區(qū)域，可對(duì)應(yīng)于分別以跳躍和懸浮總體為主的兩類兩段式概率累積曲線，相應(yīng)的頻率分布曲線為雙峰式和單峰式，水動(dòng)力條件減弱但較動(dòng)蕩；淺海沉積物主要為淤泥質(zhì)黏土，在C-M圖上分布于弱水動(dòng)力區(qū)，概率累積曲線呈一段式，分選性很差，幾乎全為懸浮總體，粒度頻率分布呈單峰式；三角洲沉積物以細(xì)砂和粉砂為主，概率累積曲線為具過(guò)渡段的兩段式，分選相對(duì)較好，跳躍總體為主，頻率分布曲線主要為單峰式，水動(dòng)力條件較強(qiáng)。

(2)末次盛冰期時(shí)，氣候寒冷，海平面下降，研究區(qū)河流下蝕切割老地層形成下切河谷。末次盛冰期以后氣候回暖，海平面上升使得侵蝕基準(zhǔn)面被抬高，海水沿下切河谷內(nèi)侵，河流攜帶的砂礫沉積物溯源堆積，依次上移、疊置，致使河谷被充填形成河床相沉積序列。海平面繼續(xù)上升，海洋因素的影響逐漸向陸延伸，形成可受漲潮流影響的河漫灘相沉積序列。隨著海侵發(fā)展，河漫灘相沉積向上轉(zhuǎn)化為河口灣相沉積序列。海侵達(dá)到鼎盛時(shí)，本區(qū)水深達(dá)到最大，形成淺海相沉積序列。及至海平面趨于穩(wěn)定，河口沉積速率超過(guò)海平面上升速率，沉積物向海方向推進(jìn)，形成三角洲相沉積序列。

致謝：在此衷心地感謝袁靜、范代讀老師和劉世昊、王濤工程師等人對(duì)本研究工作給予的熱忱指導(dǎo)，感謝馮振興同學(xué)在粒度測(cè)試實(shí)驗(yàn)中給予的幫助。

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Grain size analysis and environmental evolution indicated by the ZK01 borehole samples in the Changjiang delta since the latest glacial maximum

DENG Cheng-wen1, ZHANG Xia1, LIN Chun-ming1, XU Zhen-yu2, YU Jin1

(1.StateKeyLaboratoryforMineralDepositsResearch,SchoolofEarthSciencesandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing210046,Jiangsu,China; 2.NanjingCenter,ChinaGeologicalSurvey,Nanjing210016,Jiangsu,China)

The present paper gives a detailed description of grain size analysis on the basis of grain size parameters,C-Mpatterns, grain size probability accumulation curves and frequency distribution, and the environmental evolution according to lithology, sedimentary structures and foraminifera distribution in the Changjiang delta since the latest glacial maximum. The sediments herein can be divided into five segments from bottom to top. The riverbed deposits consist of sand and gravelly sand, and display the two-part grain size probability accumulation curves dominated by saltation populations. The floodplain deposits are made up of the interbeds of sand and clay, and display the two-part grain size probability accumulation curves represented by the suspension-dominated populations, and the bimodal or multimodal frequency distribution curves. The estuarine deposits display sharp changes of grain size parameters andC-Mpatterns, two-part grain size probability accumulation curves and unimodal or bimodal frequency distribution curves. The neritic deposits comprise muddy clay, and display one-part grain size probability accumulation curves represented by suspension populations. The delta deposits are significantly made up of fine sand and silt, and display the two-part grain size probability accumulation curves represented by saltation populations. The study area once underwent the evolution of river bed, floodsplain, estuary, shallow sea and delta sedimentary environments during the latest glacial maximum.

Changjiang delta; latest glacial maximum; grain size; environmental evolution

1009-3850(2016)03-0037-10

2015-07-26； 改回日期： 2015-10-07

鄧程文(1991-)，男，碩士研究生，主要從事沉積學(xué)研究。E-mail：xiaoyu2391@126.com

林春明(1964-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事沉積學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)教學(xué)與研究。 E-mail：cmlin@nju.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金(41402092、41572112)、江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20140604)聯(lián)合資助

P534.63

A