魯慶偉

(天津華北地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所，天津 300170)

0 引言

2020年4月30日自然資源部發(fā)布的《2019年中國(guó)海平面公報(bào)》[1]顯示，1980—2019年中國(guó)沿海海平面上升速率為3.4 mm/a，預(yù)測(cè)未來(lái)30 a，中國(guó)沿海海平面將上升51～179 mm?！稓夂蜃兓械暮Ｑ蠛捅鶅鋈μ貏e報(bào)告》[2]評(píng)估了區(qū)域海平面上升對(duì)低海拔(<10 m)沿海地區(qū)和社會(huì)的影響以及相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)[3]。因此，加強(qiáng)古環(huán)境、海平面變遷研究，對(duì)沿海城市防災(zāi)減災(zāi)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。引起海岸線大范圍變化的原因主要有3個(gè)∶海面的變化、地殼的升沉與河流的堆積。國(guó)家海岸帶和海洋地質(zhì)計(jì)劃認(rèn)為，海岸帶問題的解決需要向內(nèi)陸擴(kuò)展，向流域、山脈探尋地質(zhì)作用根源[4]。研究區(qū)作為“源-匯”過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是研究海侵和海平面變化的天然實(shí)驗(yàn)室，晚第四紀(jì)以來(lái)沉積地層中記錄了具有古海岸線指示意義的3期海侵(自上而下依次為第1、2、3海侵層)[5-14]和貝殼堤地質(zhì)遺跡[15-18]。對(duì)于全新世海侵邊界(第1海侵層)追蹤探討已有相關(guān)研究： 李鳳林[18]根據(jù)微地貌、微體古生物、考古學(xué)、地層及年代學(xué)進(jìn)行地層對(duì)比，圈定了渤海灣西岸全新世海侵最大邊界； 方晶等[19]通過(guò)鉆孔黏土混濁水電導(dǎo)率，結(jié)合貝類及有孔蟲鑒定等，探討了天津市西南全新世最大海侵的特征； 劉艷霞等[20]結(jié)合鉆孔與探地雷達(dá)的測(cè)量方法探測(cè)了渤海西南岸全新世最大海侵界線。然而，對(duì)于晚更新世海侵(第2、3海侵層)缺乏由海向陸的追蹤研究。本文通過(guò)研究區(qū)ZKQ1孔和ZK1孔沉積特征、測(cè)年(AMS14C)及微體古生物(有孔蟲、介形類)等綜合分析，并與該區(qū)域前期3個(gè)鉆孔(ZKQ4孔、CGZ5孔、CGZ7孔)進(jìn)行聯(lián)合追蹤對(duì)比研究，探討了MIS3階段海侵(第2海侵)邊界以及最大影響邊界，為今后該區(qū)古地理演化、海平面變遷研究以及水工環(huán)地質(zhì)勘查等提供重要的基礎(chǔ)地學(xué)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于渤海灣西部、天津市南部平原區(qū)，北靠燕山，西為太行山，屬中新生代斷陷盆地。重力資料[21]顯示，該斷陷盆地存在NE向隆坳相間的構(gòu)造格架，分別為冀中坳陷、滄縣隆起和黃驊坳陷3個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。該區(qū)無(wú)基巖出露，鉆孔揭露地層有新生界第四系、新近系和古近系以及更老地層。坳陷區(qū)和隆起區(qū)新生界底界埋深分別為3～4 km和1～2 km[22]。第四系底界埋深約在130～340 m[9，13-14]。受全球性氣候變化引起的海平面波動(dòng)和岸線的頻繁遷移，研究區(qū)第四紀(jì)以來(lái)歷經(jīng)海陸的變化，形成了海相和陸相沉積物交替出現(xiàn)的地層以及貝殼堤遺跡[15-18]，為海侵事件、海岸線變遷及海面變化等研究提供了天然的理想實(shí)驗(yàn)室。

本文研究的ZKQ1孔(孔深400 m)和ZK1孔(孔深300 m)，分別位于天津市靜海區(qū)西長(zhǎng)屯村和三呼莊村，構(gòu)造位置屬于滄縣隆起(圖1)。兩孔均選取50 m以淺地層進(jìn)行研究，鉆孔口徑110 mm，取心率87%，孔斜<1°。

圖1 鉆孔位置、MIS3階段海侵邊界及構(gòu)造分區(qū)

2 材料與實(shí)驗(yàn)流程

2.1 AMS 14C測(cè)年

在ZKQ1孔和ZK1孔中取3件樣品(表1)。

表1 AMS 14C測(cè)年結(jié)果

采樣對(duì)象為鉆孔新鮮巖心中無(wú)污染的泥炭，及時(shí)密封并送至北京大學(xué)考古實(shí)驗(yàn)室完成測(cè)試。樹輪校正所用曲線為IntCal13 atmospheric curve[23]，所用程序?yàn)镺xCalv4.2.4。AMS14C測(cè)年結(jié)果見表1。

2.2 微體古生物鑒定

取樣品20 g放入量杯中并用雙氧水加水浸泡開，用280目篩淘洗，篩上物置于蒸發(fā)皿并放入烤箱烘干，利用顯微鏡分門別類挑選、鑒定和統(tǒng)計(jì)，包括有孔蟲、介形類、雙殼類以及腹足類等。制作統(tǒng)計(jì)曲線圖(圖2)，結(jié)合沉積特征進(jìn)行沉積環(huán)境判別。

3 鉆孔沉積環(huán)境分析

3.1 ZKQ1孔沉積環(huán)境分析

(1)0～2.90 m層段(U8)。黃棕色粉砂質(zhì)黏土，為泛濫平原沉積。

(2)2.90～8.10 m層段(U7)。下部為銹黃色夾潛育化黏土質(zhì)粉砂，波狀層理; 上部為灰色、灰黑色粉砂質(zhì)黏土，水平層理,含零星裂縫希望蟲、豐滿陳氏介以及小玻璃介、布氏土星介等廣鹽低鹽種組合，指示有淡水注入的濱海湖沼相沉積。

(3)8.10 ～10.55 m層段(U6)。深灰色黏土質(zhì)粉砂，波狀層理，透鏡狀層理； 底部見生物潛穴，略顯生物擾動(dòng)，10.15 m處獲得AMS14C校正年齡8 910 cal.a BP，時(shí)代屬于中全新世(據(jù)國(guó)際年代地層表V2018/08); 含光滑九字蟲、裂縫希望蟲等有孔蟲以及豐滿陳氏介、典型中華美花介等海相介形類，為MIS1階段海相(潮間帶)沉積。

(4)10.55～13.10 m層段(U5)。淺灰色粉砂質(zhì)黏土，水平層理; 含純凈小玻璃介、布氏土星介等非海相介形類以及白小旋螺等淡水腹足類; 為海侵發(fā)生之前貧營(yíng)養(yǎng)湖沉積(U5至U6層位為貧營(yíng)養(yǎng)湖→富營(yíng)養(yǎng)湖→海侵沉積)。

(5)13.10～19.65 m層段(U4)。上部為銹黃色黏土質(zhì)粉砂； 下部為黃色粉砂。波狀層理，底部可見沖刷侵蝕面; 為分支河道沉積。

(6)19.65～29.10 m層段(U3)。上部為灰棕色粉砂質(zhì)黏土，弱潴育化，局部可見近垂直的生物潛穴和生物輕擾動(dòng)，見毛蚶和光滑河藍(lán)蛤等海相生物，為高潮坪沉積； 中部為淺黃灰色粉砂質(zhì)黏土，局部砂質(zhì)含量略高，波狀層理，含零星鈣質(zhì)結(jié)核和少量有機(jī)質(zhì)斑點(diǎn)； 下部為灰色、灰黑色黏土質(zhì)粉砂。28.30 m處獲得AMS14C校正年齡29 460 cal.a BP，相當(dāng)于MIS3階段沉積。含光滑抱環(huán)蟲、阿卡尼圓形五玦蟲、光滑九字蟲、裂縫希望蟲、畢克卷轉(zhuǎn)蟲變種等有孔蟲; 海相介形類以典型中華美花介為主且含少許中華潔面介、布氏純艷花介、陳氏新單角介等； 含零星布氏土星介、柯氏土星介、雙折土星介等非海相介形類； 見白小旋螺、副豆螺等淡水腹足類生物殼體，為濱海湖沼沉積。

(7)29.10～39.70 m層段(U2)。以黃色粉砂為主，上部黏土質(zhì)粉砂，波狀層理，底部可見沖刷侵蝕面，為河道沉積。

(8)39.70～50.00 m層段(U1)。上部為棕色粉砂質(zhì)黏土，見生物擾動(dòng)及生物潛穴被銹黃色粉砂充填； 中下部為黃棕色夾淺灰色粉砂質(zhì)黏土，含零星布氏土星介和純凈小玻璃介等非海相介形類，泛濫平原夾湖(沼)相，MIS5階段沉積。

3.2 ZK1孔沉積環(huán)境分析

(1)0～6.05 m(U8)。中上部為棕黃色黏土質(zhì)粉砂，略顯水平層理； 下部為棕色粉砂質(zhì)黏土，塊狀構(gòu)造，為泛濫平原沉積。

(2)6.05～13.10 m(U7)。淺灰色黏土質(zhì)粉砂； 波狀層理、交錯(cuò)層理； 含少量光滑九字蟲、畢克卷轉(zhuǎn)蟲變種、有孔蟲以及少量典型中華美花介、豐滿陳氏介等海相介形類和零星疏忽玻璃介、布氏土星介等非海相介形類，以及豆螺未定種、白小旋螺等非海相腹足類，為濱海湖沼相沉積。

(3)13.10～13.85 m(U6)。灰色粉砂質(zhì)黏土，波狀層理、透鏡狀層理； 含較多光滑九字蟲、畢克卷轉(zhuǎn)蟲變種； 少見粉砂充填的生物潛穴，底部見有機(jī)質(zhì)泥炭層，獲得AMS14C日歷年齡7 930 cal. a BP，為MIS1階段海相沉積。

(4)13.85～14.60 m(U5)。淺灰色黏土質(zhì)粉砂，波狀層理，含零星白小旋螺，為湖相沉積。海平面上升，末次盛冰期下切河谷(U4)首先接受沉積，自淡灰色(U5)到灰色、黑色(U6)，符合海侵發(fā)生之前，由貧營(yíng)養(yǎng)湖因降水增大、有機(jī)質(zhì)分解增強(qiáng)，逐漸積累到接近泥炭(即海侵層下伏的基底泥炭)的旋回。

(5)14.60～25.50 m(U4)。黃色粉砂，水平層理，局部見生物碎屑富集，底部可見沖刷侵蝕面，為分支河道沉積。

(6)25.50～30.10 m(U3)。淺灰色粉砂質(zhì)黏土，局部夾棕色黏土和棕黃色黏土質(zhì)粉砂； 水平層理、塊狀層理； 含淡水雙殼類麗蚌，為MIS3階段湖相沉積,并反映出湖水水位波動(dòng)性。

(7)30.10～35.00 m(U2)。銹黃色黏土質(zhì)粉砂，塊狀層理、透鏡狀層理，略具水平潴育化銹染，為泛濫平原沉積。

(8)35.00～50.00 m(U1)。棕黃色粉砂質(zhì)黏土夾淺黃灰色—淺灰色粉砂質(zhì)黏土，41.05～41.70 m處可見淡水雙殼類麗蚌，應(yīng)為湖相，下部灰色層位，未見生物殼體，塊狀層理，推測(cè)為積水洼地。總體為泛濫平原夾湖相沉積，屬于MIS5階段。

4 MIS3階段海侵邊界探討

對(duì)于第2海侵的發(fā)生時(shí)間存在爭(zhēng)議，依據(jù)有機(jī)質(zhì)14C測(cè)年，其時(shí)代為MIS3階段[7]，王福等[24]和商志文等[25]第在Ⅱ海相層獲得的14C樣品年齡均大于43.5 ka BP,形成于MIS3早期或MIS5。而依據(jù)光釋光(Optically Stimulated Luminesecence,OSL)測(cè)年，其時(shí)代可能為MIS3或MIS5[26-29]； 依據(jù)地層和氣候特征，其時(shí)代為MIS3階段[10]。與全新世海侵層基底泥炭相似，第2海侵發(fā)生之前亦形成基底泥炭，是海面變化控制下的一個(gè)重要層位。ZKQ1孔28.30 m處獲得AMS14C校正年齡29 460 cal. a BP(表1)，該研究青縣滕莊子ZKT1孔[14]在25.35 m獲得AMS14C校正年齡為 36 770 cal. a BP，在靜海、唐官屯幅以及蔡公莊鄉(xiāng)幅、南臺(tái)幅、中旺鎮(zhèn)幅 、太平鎮(zhèn)幅四幅等1∶5萬(wàn)區(qū)調(diào)項(xiàng)目等20多個(gè)鉆孔中，獲得樣品的AMS14C測(cè)年均在22～40 ka BP(表2)，可以籠統(tǒng)稱為40 ka BP以來(lái)沉積[30]，應(yīng)屬于MIS3階段。

表2 AMS 14C測(cè)年結(jié)果

關(guān)于MIS3階段第2海侵最大影響邊界，研究鉆孔沉積特征表明，ZK1孔(25.50～30.10 m)U3層段為淺灰色粉砂質(zhì)黏土，見較多淡水麗蚌生物殼體，為湖相沉積(圖2)。ZKQ1孔19.65～29.10 m層段(U3)，上部為灰棕色潴育化粉砂質(zhì)黏土，見近垂直的生物潛穴和生物擾動(dòng)現(xiàn)象，為高潮坪沉積； 下部為灰色、灰黑色黏土質(zhì)粉砂。含光滑抱環(huán)蟲、阿卡尼圓形五玦蟲、光滑九字蟲、裂縫希望蟲、畢克卷轉(zhuǎn)蟲變種等有孔蟲。海相介形類以典型中華美花介為主，少許中華潔面介、布氏純艷花介、陳氏新單角介等； 含零星布氏土星介、柯氏土星介、雙折土星介等非海相介形類； 見白小旋螺、副豆螺等淡水腹足類生物殼體。為濱海湖沼沉積。由此可知，推測(cè)出MIS3階段第2海侵最大影響邊界在ZK1孔和ZKQ1孔之間，該位置即是現(xiàn)今黑龍港河一帶，也曾是古河道故道，推測(cè)該期海侵影響范圍受到了古河道制約。

同時(shí)，本次研究鉆孔(ZKQ1，ZK1)與前期鉆孔(CGZ7，CGZ5，ZKQ4)形成E→W(?！?區(qū)域聯(lián)合鉆孔對(duì)比剖面(圖3)，對(duì)第2海侵邊界進(jìn)行追蹤，MIS3海侵層位穩(wěn)定[13-14]。其中CGZ7孔28.9～31.2 m有孔蟲極豐富，以畢克卷轉(zhuǎn)蟲、光滑九字蟲、光滑抱環(huán)蟲為主，介形類主要有典型中華美花介和陳氏新單角介，為潮間帶沉積。CGZ5孔28.90～31.60 m為黏土質(zhì)粉砂，含蟶子、毛蚶等生物殼體，上覆河口相砂壩沉積，含較多光滑藍(lán)蛤等，底部為還原環(huán)境的灰色粉砂，為潮間帶沉積。ZKQ4孔24.60～27.60 m為棕黃色夾淺灰色粉砂質(zhì)黏土，含零星畢克卷轉(zhuǎn)蟲變種等有孔蟲和純凈小玻璃介、布氏土星介等非海相介形類，以及白小旋螺等,為濱海湖相沉積。

圖3 MIS3階段海侵鉆孔對(duì)比剖面

綜上鉆孔地層沉積特征可知，該區(qū)域E→W方向MIS3海侵層位依次表現(xiàn)為海相(CGZ7孔、CGZ5孔)→過(guò)渡相(ZKQ4孔、ZKQ1孔)→陸相(ZK1孔)，推測(cè)該區(qū)MIS3階段海侵邊界應(yīng)在靜海區(qū)的東尚碼頭村(CGZ5孔)和高家莊(ZKQ4孔)之間一帶。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)ZKQ1和ZK1鉆孔沉積特征、AMS14C測(cè)年及微體古生物和生物殼體等綜合研究，推測(cè)該區(qū)MIS3階段最大海侵影響邊界在靜海區(qū)西長(zhǎng)屯至三呼莊一帶(ZKQ1孔和ZK1孔之間)，且受到古河道制約。

(2)與該區(qū)域前期3個(gè)鉆孔(ZKQ4孔、CGZ5孔、CGZ7孔)建立E→W(?！?聯(lián)合鉆孔海侵追蹤對(duì)比剖面，表明該區(qū)MIS3海侵層位依次由濱海新區(qū)至靜海區(qū)東尚碼頭的海相(CGZ7孔、CGZ5孔)→靜海區(qū)的高家莊至西長(zhǎng)屯西一帶的過(guò)渡相(ZKQ4孔、ZKQ1孔)→靜海區(qū)三呼莊的陸相(ZK1孔)相變，推測(cè)該區(qū)MIS3海侵邊界應(yīng)在靜海區(qū)的東尚碼頭村(CGZ5孔)和高家莊(ZKQ4孔)之間一帶。