地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (5): 877-888
引用本文
王强. 天津—河北沿海钻孔地层中的末次盛冰期下切河谷[J]. 地质力学学报, 2019, 25(5): 877-888.
WANG Qiang. INCISED VALLEY OF LAST GLACIAL MAXIMUM STAGE IN THE DRILLING STRATA ON THE TIANJIN-HEBEI COASTAL PLAIN[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(5): 877-888.
天津—河北沿海钻孔地层中的末次盛冰期下切河谷
王强1,2     
1. 中国地质调查局天津地质调查中心, 天津 300170;
2. 自然资源部中国地质调查局海岸带地质环境重点实验室, 天津 300170
摘要:文章回顾了1965年李四光先生追寻末次冰期对环境影响的讲话,以及40余年来在天津-河北沿海钻孔地层中、末次盛冰期下切河谷的发现过程。在源到汇过程中,起码自晚更新世以来,研究区已经是古黄河沉积区,多处发现的末次盛冰期下切河谷底板多位于30~32 m深度,低于全新统底板一般在20 m的深度;与长江口地区钻孔末次盛冰期下切河谷深62 m相比,研究区下切河谷规模不如前者,也没有一个统一的大河口。末次盛冰期下切河谷最远地点,是距现代海岸约80 km的河北省孟村回族自治县县城北侧,即西汉黄河亚三角洲叶瓣顶部。众多钻孔见早全新世快速沉积,只能是黄河支流有这样充足的泥沙供给,在局部顶托了早全新世海侵作用发生。
关键词末次盛冰期    下切河谷充填    源到汇    泥质沉积对海侵的抵抗    陆海相互作用    天津—河北沿海平原    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.05.072     文章编号:1006-6616(2019)05-0877-12
INCISED VALLEY OF LAST GLACIAL MAXIMUM STAGE IN THE DRILLING STRATA ON THE TIANJIN-HEBEI COASTAL PLAIN
WANG Qiang1,2     
1. Tianjin Center of Geological Survey, China Geological Survey, Tianjin 300170, China;
2. Key Laboratory of Coast Geo-environment, China Geological Survey, Ministry of Natural Resources, Tianjin 300170, China
Abstract: This paper reviewed the Prof. J.S. Lee's speech on how the Last Glacial Stage climate affected the environment in 1965, as well as the discovery process of the incised valley of the Last Glacial Maximum(LGM)Stage in the drilling strata on the Tianjin-Hebei coastal plain over 40 years. In the source-to-sink processes, at least since Late Pleistocene the study area had been the palaeo-Huanghe (Yellow) River sedimentary area, and the bottom of incised valley of LGM which had been found at many sites were generally at the depth of 30~32 m, lower than that of 20 m of the common Holocene series in the study area. Compared with the depth of 62 m of LGM incised valley in the Changjiang (Yangtze) River estuary area, the range of LGM incised valley in the study area was not as large as the former and there was no unified large estuary. The farthest LGM incised valley occurred at the north urban area of the Mengcun Hui autonomous county of Hebei Province, 80 km from the present coastline, i.e. the top of the Huanghe(Yellow)River sub-delta lobe in Western Han Dynasty. At the same time, the rapid deposition of Early Holocene happened at some drilling holes. It appears that in the study area, only the tributaries of palaeo-Huanghe (Yellow) River could provide such abundant supply, which partly supported the happening of Early Holocene transgression at some areas.
Key words: Last Glacial Maximum    incised valley filling    source-to-sink    resistance of argillaceous sediments to transgression    land-ocean interaction    Tianjin-Hebei coastal plain    
0 引言

1977年,得以拜读1965年李四光先生与地质力学研究所、华北地质科学研究所(即现天津地质调查中心)成昆铁路第四纪冰川队谈话的记录,当时李先生提出要探索大理冰期气候状况下对沉积地层的影响问题。如果加上自末次间冰期期间的高频多变事件,这些问题就是晚更新世以来气候-环境变迁内容了。

随着1960年代国际大洋钻探项目的开展,14C测年和古地磁学技术的广泛使用,以及全球海洋氧同位素分期划分地层的认识日臻成熟,经与国际研究进展对比,中国大理冰期明确为10~70 ka的末次冰期;同时,沿海平原自1970年代开始进行第四纪海侵研究,使得末次间冰期海侵归为海洋氧同位素分期(Marine Isotope Stage)MIS5,末次冰期中的间冰阶海侵[1-4]发生在MIS3[5]、甚至是MIS3后期[6]。近年在山地冰川与环境研究中,亦明确使用了MIS2/3/4的分期[7]

1990年代,国际沉积学界集结了两部专著讨论下切河谷问题,同济大学李从先教授应邀撰文介绍了中国长江三角洲地区的同类工作。及到近年,在南亚的巽他海峡,也通过大区域三维地震和钻探验证,对下切河谷现象的产生及其充填演化过程进行研究,深化认识[8]。无疑,河口区所见末次冰期中的下切河谷判别,成为沿海平原新一代编图工作的重要内容。

十余年来中国东部沿海平原区域地质调查项目,所谓“以最先进的地质科学理论指导”,其实首要地就是汲取沉积学的进展,对沿海下切河谷沉积体系进行判别,继而再指导地层结构与地下水资源评价工作,以及古环境与古地理演化等工作。

由于全球海面变化是大气圈-水圈综合变化的结果,随全球性海平面下降,在入海河流河口区发生溯源侵蚀,形成了下切河谷,本质上说来是大气圈-水圈综合变化影响到岩石圈。这样的认识,突破了以为被动大陆边缘沉降海岸皆为水平沉积地层的见解。

海陆联合研究,则是以由末次盛冰期(LGM=Last Glacial Maximum)最低海面位置起始,追索海面上升、渐次淹没大陆架和陆地的完整过程。

结合多年来相关项目的工作,文章报道了冀东滦河三角洲地区地表残留的末次盛冰期下切河谷地貌,天津—河北沿海多处因全球海面变化形成的末次盛冰期下切河谷。

1 地表残留末次盛冰期以来古地貌

在冀东滦河三角洲Ⅰ3期冲积扇[9]上,现代卫片显示滦河阶地最南端在滦南县殷庄村北侧,其间为大致近南北向的分支河道切割。依据民间访问得知,五十多年前殷庄村南约五百米尚有一块阶地,后毁掉。1970年代初,在国内尚无14C测年的条件下,野外工作中将该阶地顶部黑土作为全新世“黑垆土”,下伏地层归为晚更新世。2012年,在殷庄村北冰后期的陡坎下部有机质黏土层中,获AMS14C表观年代1760±30 a BP数据,剖面上部似可进一步明确为晚全新世(图 1),但这与区域宏观判断出入过大。北方沿海平原尚无最近2 ka以来形成4 m厚地层的实例,仅见钱塘江下切河谷SE2孔16 m获AMS14C测年1340±136 Cal. a BP数据[10],但该孔位于杭州湾常年易冲刷、再沉积的部位,明显与殷庄剖面水上沉积-堆积的地质背景不同,殷庄测年数据科学逻辑上是说不通的。

图 1 河北省滦南县殷庄村北河流阶地剖面及其中AMS14C测年 Fig. 1 The alluvial terrance section and AMS14C dating datum in the north of Yinzhuang village, Luannan county, Hebei Province

由于14C测试材料易受年轻碳“污染”,故殷庄村北剖面不足2 ka的数据有待验证。

2015年,北京市地质研究所执行的区调项目,在殷庄村西施工QZ003孔,在孔深20.6 m和22.5 m棕灰色黏土层样品中,分获14C表观年龄18520±1970 a BP和24070±2190 a BP的数据,确认该地存在下切河谷[11]

殷庄西北3 km远处小贾庄,村东莲台寺遗址所在阶地剖面顶部明显高于西侧、北侧民房;剖面上部有机质黏土层AMS14C测年15270±60 a BP(16625 Cal. a BP)(图 2),符合长期以来认为此类阶地形成于晚更新世末—全新世的判断。

图 2 河北省滦南县小贾庄村东河流阶地剖面及其中AMS14C测年 Fig. 2 The alluvial terrance section and AMS14C dating datum in the east of Xiaojiazhuang village, Luannan county, Hebei Province

小贾庄村东西向长不足300 m,村西养鱼池剖面见两层有机质黏土,获14C测年900±210 a BP和3525±105 a BP(图 3),指示晚全新世洪泛平原中的湖沼相沉积。区调项目在此施工QZ005孔,采集19.5 m、21.5 m和24.5 m处淤泥质粉细砂和砂质黏土样品,分获14C 23760±468 a BP、>20760 a BP和>32740 a BP的数据[11],基本证实该地也存在着下切河谷。

图 3 河北省滦南县小贾庄村西冲积平原剖面及其中有机质黏土层14C测年 Fig. 3 The alluvial plain section and 14C dating data collected from the organic clay layers in the west of Xiaojiazhuang village, Luannan county, Hebei Province
2 末次盛冰期下切河谷深度

末次盛冰期(LGM)下切河谷的深度涉及到海面上升变化细节判断,至于更精准的古海面变化高度判别,则是以钻孔地层中全新统底部基底泥炭作为高位泥炭,以其埋深判断当时的高潮位;抑或以海侵层顶部泥炭测年及埋深,指示海退作用的发生时间和古海面高度[12]

表 1 露头剖面14C测年样品数据 Table 1 14C dating data on the outcrop section

北方沿海下切河谷年代判别最早见于1987年施工的天津塘沽东突堤东端灯塔钻孔中,30 m深孔连续出现棕灰色砂层,取孔底有机质粉砂样测14C年代,为9 ka余[13]。后在其西海河中游二道闸两个钻孔,30 m深度砂层中的碳质植物碎屑14C测年位11~12 ka,明显低于邻近钻孔17~18 m深、14C测年8 ka、9 ka的两层基底泥炭[14],属于LGM下切河谷再充填。

天津北塘蓟运河口、海河口、海河以南的原塘沽盐场,以及北大港水库以南局部地点[15],天津市区西南部张家窝镇、静海大邱庄地区,皆有LGM下切河谷的出现。河北省黄骅、海兴沿海直到冀鲁交界的大口河地区,也有几处出现MIS1和MIS3海侵层下伏的下切河谷,如黄骅八里庄、羊二庄、沧州旧城等地。天津海河以南—河北、鲁北沿海平原,起码晚第四纪以来主要是黄河输砂对成陆起着重要贡献。鉴于黄河输砂能力最强,故推断这些下切河谷是可能的古黄河分支。目前发现的LGM下切河谷最大深度在钻孔地层30~32 m深处,比上海浦东钻孔62 m所见的泥炭(测年14500±450 a BP)[14]指示的下切河谷明显要浅很多。

与长江三角洲下切河谷多见14C测年相比,北方沿海LGM下切河谷底部至今很难发现基底泥炭,加之考虑到沉积物的再搬运,故未再轻易取河谷充填沉积地层底部样品测年,以致这一层位年代数据过少。

目前看,天津—河北沿海不存在像长江三角洲地区那样的统一大河口,下切河谷横向规模不宽,深度也比长江三角洲所见要浅[16]。这些都是依据下切河谷深度建立古海面变化曲线不可忽视的问题。

在冷期MIS2、即末次盛冰期,由于最低海平面的环境效应形成的下切河谷,成为后来的新沉积空间;进入气候转暖的末次冰消期MIS1后,这些地点即率先接受沉积、充填。这是二十余年来北方沿海平原钻孔地层晚第四纪研究已经普遍接受了的认识[17]

3 末次盛冰期下切河谷向陆地方向的延伸

依据天津地区地铁勘察、重大工程勘察千余个钻孔对比和测年资料,判断津—冀沿海一般全新统基底泥炭深度在20 m,30 m深度上下的泥炭层属于MIS3基底泥炭,60 m深度上下杂色黏土与下伏富钙质沉积可作为中更新统顶板[15]

在渤海湾西岸古黄河三角洲研究中,河北省地理所曾自邯郸、邢台地区向北东方向长距离钻探,进行地层结构研究,加之卫片、地貌解译,以1987年施工的孟村县城内水利局钻孔为据,提出以孟村为顶点的西汉亚三角洲叶瓣[18];笔者完成的其中微体古生物鉴定,确认海侵曾抵达此地。

2006年依据民访得知孟村县城以北见浅层咸水,故在城北2 km处砖厂3 m深采土坑内施工YS3孔(部分资料报道见文献[19])。该地大致距离最近的现代海岸线约80 km。由于远离海岸,各样所见微体古生物简单分异度(种数)低,最多见有孔虫、海相介形类各5、6种。

按照晚更新世以来三期海侵地层的总结[13],依据岩性和微体古生物鉴定,该孔自上而下分为U1~U6单元;大致相当MIS5的U5单元沉积物颜色比滨海钻孔所见变化频繁,且总体看来偏氧化的浊黄橙—浊黄棕色、乃至红棕色沉积物多见,应与远离海洋且受地下水位频繁变化有关:

U1单元(0~8.00 m):陡坎3.00 m为黄褐色黏土少夹薄层粉砂质黏土沉积,钻机开孔即下接3.00~8.00 m黄褐色块状黏土层,见有4层有机质黏土或泥炭,14C测年显示为7 ka余以来沉积,其中少见海相微体生物与淡水介形类,系中全新世7~8 ka以来泛滥平原夹湖沼相沉积(图 4图 5)。图 5中蓝色块大致反映海水相对深浅,绿色块大致表示依据微体生物确定的湖沼沉积。

图 4 河北省孟村回族自治县YS3孔微体古生物数景统计与沉积相/环境 Fig. 4 Quantity statistics of microfossils and sedimentaty facies/environment in borehole YS3 in Mengcun Hui autonomous county, Hebei Province

图 5 河北省孟村回族自治县YS3孔岩芯照片与柱状图 Fig. 5 Core photos and column in borehole YS3 in Mengcun Hui autonomous county, Hebei Province

U2单元(8.00~27.70 m):27.70 m处的冲刷面即层序界面,其上为块状无层理的粉砂层,系感潮河段,极少见的海相微体生物,为广温广盐种毕克卷转虫变种Ammonia beccarii vars. (Lineé),砂层为LGM下切河谷充填沉积[14];加上孔口之上陡坎高度,下切河谷深度低于现地面30.70 m。

U3单元(27.70~33.20 m):自下而上依次是淡灰色黏土—贫营养湖,黑色黏土—基底泥炭层,浅灰色黏土夹粉砂薄层,具中度生物扰动潜穴,31.45 m见贝屑风暴堆积(全孔30.10 m和61.30 m两个样见大量贝屑,图 5标本数量统计图中以150概略表示),为潮间带上部沉积;黄褐—黄棕色黏土夹粉砂薄层,具强烈生物扰动潜穴,系潮上带沉积特征;6个样见海相微体古生物数量不等,其中两样以大个体的瓷质壳普通抱环虫Spiroloculina communis Cushman居多,小个体的五玦虫诸种Quinqueloculina spp.少见,显示标本经历过水流的分选;30.90 m尚见少量指示较开放水域的茸毛希望虫Elphidium hispidulum Cushman;海相介形类见广盐低盐种针孔花形介Cytheromorpha acupunctata (Brady)、腹结细花介Leptocythere ventriclivosa Chen、丰满陈氏介Tanella opima Chen等。该单元自下而上反映了滨海平原逐渐积水、向上逐渐形成基底泥炭,再发生海侵及海退的完整序列,区域上对应MIS3海侵层。

U4单元(33.20~36.00 m):黄棕色块状黏土,局部夹5~10 cm厚粉砂薄层;黏土沉积整体呈显著的氧化颜色,未见微体生物,为缺乏有机质的浅水泛滥平原沉积,归为MIS4。

U5单元(36.00~64.25 m):频繁的氧化-还原状况变化层段,可细分为7个亚单元。

U5-1亚单元(36.00~37.50 m):自下而上为灰黑色黏土—黄褐色黏土—浅灰色黏土质粉砂,少见非海相淡水介形类,系河间洼地沉积。

U5-2亚单元(37.50~41.00 m):自下而上为黄褐色—黄棕色黏土,致密块状无层理,下部见两层3~5 cm厚粉砂,水平纹层发育,仅40 m样见2瓣广盐低盐种海相介形类典型中华美花介Sinocytheridea impressa (Brady),上部略见碳质、锰质斑点,中部两处略见钙核雏形,为极浅水泛滥平原沉积。

U5-3亚单元(41.00~48.00 m):底部2 m厚黄棕—黄褐色黏土层,明显见较多小钙质结核;其上为浅灰色—灰棕色粉砂层,局部显厚1 cm左右水平或斜层理;上部3处见10 cm厚黄棕色薄层黏土,可见顺层重度潴育化锈斑,自下而上指示干涸的泛滥平原、向上转为小型河流沙坝沉积(如图 5筛上物含量曲线所示)。顶部小型河道数度摆离此地,仅有两个样品少见非海相腹足类碎块,为再搬运所致。48 m样略见低盐种中华圆旋虫Pseudogyroidina sinensis Zheng和普通抱环虫,疑为下伏地层再搬运。

U5-4亚单元(48.00~52.00 m):自下而上有黄棕色向上渐变为黄橙色粉砂质黏土夹黏土层,水平纹层发育;下部多近垂向分布的中度潴育化锈斑,上部则多浅灰绿色潜育化斑与轻度潴育化斑混杂,显示频繁的水位波动。有孔虫最多见440枚,又仅为广盐低盐种毕克卷转虫变种,及典型低盐种清晰希望虫Elphidium limpidium Ho, Hu et Wang、秋田九字虫Nonion akitaense Asano和中华假圆旋虫共4种;海相介形类最多见百余瓣,以近正常盐度的美山双角花介Bicornucythere bisanensis (Okubo)、陈氏新单角介Neomonoceratina chenae Whatley et Zhao、低盐广盐的网纹中华花介Sinocythere reticulata Chen为主,典型中华美花介少见,同样证实该地既有原生半咸水低盐种群,又有短暂强潮涌入。结合岩性指示的复杂水位波动过程,判断该亚单元为河口边部沉积。

U5-5亚单元(52.00~56.00 m):自下而上依次为浅灰粽色粉砂质黏土、黄褐色少夹钙核黏土、浅灰粽黏土质粉砂-灰棕色具轻度潴育化锈染的黏土、灰粽-灰褐色黏土;大致每一米因水位的频繁波动都出现氧化还原状况导致的颜色变化,为泛滥平原—湖沼—泛滥平原的沉积;底部样略见典型湿地种多变小假九字虫Pseudononionella variabilis Zheng,顶部53 m略见广盐低盐海相介形类丰满陈氏介Tanella opima Chen,以及壳饰发育的玫瑰戳花介Stigmatocythere roesmani (Kingma)各一瓣。

U5-6亚单元(56.00~61.00 m):自下而上为浅黄棕色-灰棕色黏土质粉砂,水平纹层较发育;下部因中度潴育化多呈偏黄色调,中部夹杂偏灰色、多有机质沉积,局部亦可见顺层潴育化条带,顶部0.7 m厚棕红色黏土;6个样皆见海相微体生物,普通抱环虫连续稳定出现,略有数量变化,次之为毕克卷转虫变种、清晰希望虫、秋田九字虫、中华假圆旋虫、缝裂希望虫Elphidium magellanicum (Heron-Allen et Earland)等;海相介形类以潮上带种丰满陈氏介居多,其他另见针孔花形介、网纹中华花介、腹结细花介,以及偏正常盐度的三井耳形介Aurila cymba (Brady)。鉴于该亚单元多有机质积累,且潴育化锈斑普遍,判断为浅水澙湖沉积,顶部棕红色黏土为近水面的极浅水沉积。

U5-7亚单元(61.00~64.25 m):自下而上黄褐色黏土夹黏土质粉砂层,63.2~63.5 m为富有机质黏土,再转为淡褐色黏土-黄灰绿色黏土,普遍具中度潴育化锈斑;顶部0.20 m厚极碎的贝屑层,检出6碎块牡蛎Ostrea sp.,以及少量小个体阿卡尼圆形五玦虫Quinqueloculina akneriana rotunda(Gerke)、缝裂希望虫等标本;有机质积累状况多变,系浅水又有强风暴作用的澙湖相沉积。

U6单元(64.25~68.00 m):自下而上依次见灰黄色黏土夹小钙质结核,以及代表泛滥平原离子迁移活动较强的锰质斑点,为泛滥平原沉积;向上渐变为灰色黏土与浅灰色黏土质粉砂,少见潴育化锈斑;顶部为浊棕色黏土,略见锰质斑点;底部样见一二丰满陈氏介和眼点弯背介Loxoconcha ocellifera Kempf,皆为潮间带上部~潮上带的代表性属种,且干旱平原沉积中出现这两个个体是否属于风水鸟再搬运?尚存疑。该单元由底部干旱的泛滥平原,向上夹杂短暂湖泊沉积,顶部再成泛滥平原甚至古土壤层,无明显海侵证据,可归为MIS6。

与美国弗吉尼亚海岸工作[20]相比,YS3孔工作延续了微体古生物与钻孔岩芯照片相配合确定沉积相的方法[21];依据黏土层出现钙质结核,判断干旱的泛滥平原或低水位沉积;以有机质积累形成泥炭,与下伏灰绿色贫营养湖、上覆具生物扰动层理配合,以及海相微体生物出现,重塑MIS3期完整海侵-海退过程;以泛滥平原多夹灰色调有机质沉积,加之海相微体生物,建立有机质较高的澙湖沉积模式,而未见海相生物的则是泛滥平原上的湖沼相;可能的MIS5地层并非滨海常见的一期海侵层,而是澙湖或河口相沉积数度被泛滥平原—湖沼相地层穿插,构成新的MIS5分期模式。

4 早全新世可能的古黄河分支沉积

天津—河北、乃至到鲁北沿海作为黄河汇流区,与长江三角洲这样直面开放海的大河口相比,尚未发现大而统一的河口,而是多一些小河口及LGM下切河谷[17]。有下切河谷处,可自东海最低海面位置,到下切河谷底追溯海水上升的过程[22]。另一类无河口地区,则为广阔的低平原。低平原地区因海面上升带动地下水位抬升,除局部古地形高亢外,大多在末次冰消期因积水先形成贫营养湖沉积,且随地下水位抬升,有机质积累逐渐增多;及至地下水位足够高时,可以生长挺水植物,这些植物遭埋藏后即形成泥炭,上覆为海侵沉积[12, 14]。这样一个完整的由海面变化控制的沉积过程中,在早全新世海侵发生时,在天津塘沽—北塘地区钻孔地层中,海侵表现为潮下带—砂质带单元向陆地推进,超覆于早全新世基底泥炭层之上。在前述YS3孔MIS3海侵层,则是潮间带-砂泥混合带单元超覆于基底泥炭之上。

然而,河北黄骅港西10 km处1992年钻探的Hg6孔[23],与前述滨海低平原所见又有差异。

该孔14.5~20.0 m深度范围内,4个基底泥炭表观年龄显示为8~10 ka之间约2 ka的沉积,所见海相微体古生物不多,且有淡水介形类出现(图 6)。另一孔情况类似,只不过早全新世滨海低地层段海相微体古生物标本甚多,系受强潮搬运所致。

图 6 黄骅地区Hg6孔14C测年与微体古生物数量统计(据文献[23]重绘) Fig. 6 The 14C dating data and microfossils quantity statistics in borehole Hg6 in Huanghua area (Redrawn after reference [23])

这一现象意味着,当时有泥沙充沛的河流顶托了海水在该地的入侵,而能有这样高输沙量的河流只能是黄河分支。20余年来多处钻孔见此现象,使该问题越发明朗。

依据岩芯颜色,对图 6中Hg6孔柱状图进行了示意性的着色,蓝色块同样表示大致的海水相对深浅。全孔所见微体古生物分异度(种数)最多可达20种以上,典型正常盐度种有孔虫多变假轮虫Pseudorotalia gaimardii (d’Orbigny)、海相介形类布氏纯艳花介Pistocythereis bradyi (Ishizaki)几度以高峰值出现,冷水团标志种具瘤先希望虫Protelphidium tuberculatum (d’Orbigny)偶尔出现。结合海洋氧同位素分期,自上而下划分为U1~U7沉积单元:

U1单元(0~3.80 m):黄褐色黏土,少夹薄层黏土质粉砂,致密块状,局部略显纹理,仅见10余枚低盐广盐有孔虫毕克卷转虫变种Ammonia beccarii vars. (Lineé)、沼泽卷转虫A. limnetes (Todd et Bronnimann)、A. multicella Zheng多室卷转虫,共生有极少淡水介形类纯净小玻璃介Candoniella albicans (Brady)和布氏土星介Ilyocypris bradyi Sars,为泛滥平原沉积。

U2单元(3.80~14.50 m):自下而上依次出现灰色泥质粉砂—含泥质泥沙—细砂(7.50~9.70 m岩芯采取未成功)—黏土质粉砂—粉砂质黏土层,是宏观称为“海相层”的层段,也是微体古生物丰富段,正常盐度种多变假轮虫、布氏纯艳花介有数度高峰值出现。在天津上古林贝壳堤下伏滨海低地沉积中,多变假轮虫为优势种,显示其抗风浪分选。小个体的阿卡尼圆形五玦虫与管系发育抗风浪的多变假轮虫在该单元底部样共生,布氏纯艳花介又与低盐广盐种典型中华美花介在顶部样同时出现高峰值,皆显示了混杂的水动力状况。12.75 m细砂层出现,指示开始河口坝沉积,其后水动力转弱偏细粒沉积,延续到U1层段底板。

U3单元(14.50~20.00 m):浅灰色黏土及黏土质粉砂夹4层泥炭,14 C表观年龄显示8.5~10.5 ka期间为贫营养湖-滨海低地沉积,4~5个样品见少量有孔虫和海相介形类,淡水介形类也略有出现,显示曾有淡水注入或发生淡化;该单元与黄骅钻孔早全新世见多层泥炭的澙湖沉积[21]有相近之处,只不过后者含植物碎屑更多,有机质积累更高、颜色更深。

U4单元(20.00~24.50 m):自下而上浊黄橙色—浅黄褐色细砂,到黄褐色—黄灰绿色黏土—粉砂质粘土沉积,极少见广盐有孔虫;顶部21 m样品见较多的淡水介形类威调斗星介Cypridopsis vidua (Müller)、纯净小玻璃介、土星介等,显示由分支河道向上演变为湖沼。

U5单元(24.50~34.50 m):顶部24.50 m样多变假轮虫、布氏纯艳花介突然数量激增,显示可能有强潮搬运,中上部样品所见标本不多;下部31.40~34.30 m共4个样中生物最丰富,单个样品中广温广盐有孔虫毕克卷转虫变种等接近500个体,典型中华美花介、陈氏新单角介和布氏纯艳花介100~300瓣不等;32.40 m见350枚小个体的缝裂希望虫,几种海相介形类依然维持高数量出现。该层段整体自下而上海水逐渐变浅,整体为泥质浅海沉积。

U6单元(34.50~39.50 m):自下而上黄褐色黏土到黏土质粉砂层,系泛滥平原与小型决口扇沉积,顶部少见海相贝壳碎块,以及极少有孔虫和海相介形类,为风暴潮再搬运所致。

U7单元(39.50~50.25 m):自下而上为泛滥平原相黄褐色黏土夹黏土质粉砂层,上部约4 m厚粉砂含海相贝壳碎片,为河口相;顶部样品标本虽然很少,但连续3个样见暖水种有孔虫施罗德假轮虫Pseudorotalia schroeteriana (Parker et Jones)各数枚(图 6中以红线标出);总起来看上部是有孔虫居多,卷转虫诸种Ammonia spp.(主要为毕克卷转虫变种和暖水卷转虫Ammonia tepida Cushman)为主,42.00 m样中最多见500多枚,介形类数量一般,与河口有孔虫居多规律相符;下部则相反,海相介形类最多,而有孔虫数量相对减少,与内河口、澙湖有孔虫/海相介形类个体比例状况相符。

按照海侵层序,该孔揭示了MIS1~MIS5海侵,但由于孔深限制,未钻透MIS5地层。

5 冰后期术语的使用问题

1988年,长江三角洲第四纪地质工作总结中,基于对下切河谷沉积体系的认识上,依据与全球低海面时期研究对比,使用了冰后期术语;但其时限并非是1960—1970年代第四纪地质界几乎普遍接受的10 ka的认识,而是指从全球海面最低时间约15~16 ka以来[24],其后,进一步提出“河口地层学”的概念[25]。这一时限上的差异直到十年前才给予明确[15]

下切河谷形成后,随进入末次冰消期全球海面渐次抬升,下切河谷得以渐次充填,这一时限并非我国地层指南所说的全新世10 ka[26],更不是近年国际全新统新层型剖面的11 700 a的年代[27]。故而图 6中MIS1起始界线,严格说来自LGM硬土层顶板更合理。

如果说浦东钻孔依据基底泥炭测年,将下切河谷充填层序直接使用测年数据,称为15~16 ka以来沉积[12],北方是否依然可以含糊地称为冰后期,即如同文中图 1的处理方式?——该问题可能尚有待更多的斟酌。

6 结语

自李四光先生提出注意末次冰期环境问题五十余年来,在各系统、部门、单位的第四纪地质工作中,天津—河北滨海平原成为海陆变迁研究的重要场所,该地区不仅在晚更新世以来暖气候期发生大规模海进—海退现象,而且在极端寒冷的末次盛冰期,与长江三角洲一样出现下切河谷,且目前已经见于多处,最远在远离海岸约80 km的古西汉黄河三角洲叶瓣顶端见到,且钻孔中相当末次间冰期MIS5的U5单元7个沉积亚单元中,不仅有泛滥平原与湖沼沉积,尚有澙湖、河口沙坝、河口边部等受到海洋影响的层段,体现了海侵范围边缘海洋与河流的频繁相互作用,可以出现更高频的环境变迁事件;MIS5海侵期在靠陆方向发生更明显的垂向分期,丰富了自末次间冰期MIS5以来的环境变迁内容。

天津—河北沿海河流沉积,虽然在末次盛冰期受到全球寒冷气候下低海面的影响,形成下切河谷,但其深度规模,皆不如面对开放海的长江。

另一方面,也正是由于可能的黄河支流有充足的河流泥沙供给,导致许多地点钻孔地层出现早全新世快速沉积,顶托了海侵的发生,这是追索黄河对天津—河北海岸形成贡献的重要内容,对了解可能的黄河支流分布有重要意义。

参考文献/References
[1]
林景星. 华北平原第四纪海进海退现象的初步认识[J]. 地质学报, 1977, 51(2): 109-116.
LIN Jingxing. Preliminary notes of Quaternary transgression and regression in N. China Plain[J]. Acta Geological Sinica, 1977, 51(2): 109-116. (in Chinese with English abstract)
[2]
赵松龄, 杨光复, 苍树溪, 等. 关于渤海湾西岸海相地层与海岸线问题[J]. 海洋与湖沼, 1978, 9(1): 15-25.
ZHAO Songling, YANG Guangfu, CANG Shuxi, et al. On the marine stratigraphy and coastlines of the western coast of the gulf of Bohai[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 1978, 9(1): 15-25. (in Chinese with English abstract)
[3]
杨子赓, 李幼军, 丁秋玲, 等. 试论河北平原东部第四纪地质几个基本问题[J]. 地质学报, 1979, 53(4): 263-279.
YANG Zigeng, LI Youjun, DING Qiuling, et al. Some fundamental problems of Quaternary geology of eastern Hebei Plain[J]. Acta Geological Sinica, 1979, 53(4): 263-279. (in Chinese with English abstract)
[4]
王靖泰, 汪品先. 中国东部晚更新世以来海面升降与气候变化的关系[J]. 地理学报, 1980, 35(4): 299-312.
WANG Jingtai, WANG Pinxian. Relationship between sea-level changes and climatic fluctuations in east Chinasince late pleistocene[J]. Acta Geographica Sinica, 1980, 35(4): 299-312. DOI:10.3321/j.issn:0375-5444.1980.04.003 (in Chinese with English abstract)
[5]
刘泽纯. 我国东部更新世以来海侵与深海岩心对比[J]. 科学通报, 1980(17): 1062-1064.
LIU Zechun. The correlation between transgression and deep sea cores since Pleistocene in East China[J]. Chinese Science Bulletin, 1980(17): 1062-1064. (in Chinese)
[6]
施雅风, 于革. 40~30 ka B. P.中国暖湿气候和海侵的特征与成因探讨[J]. 第四纪研究, 2003, 23(1): 1-11.
SHI Yafeng, YU Ge. Warm-humid climate and transgressions during 40~30 ka B. P. and their potential mechanisms[J]. Quaternary Sciences, 2003, 23(1): 1-11. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.2003.01.001 (in Chinese with English abstract)
[7]
张威, 闫玲, 崔之久, 等. 东亚沿海山地末次冰期冰川与环境[J]. 地理学报, 2009, 64(1): 33-42.
ZHANG Wei, YAN Ling, CUI Zhijiu, et al. Glacial environment during the last glacial cycle in the mountains of East Asia[J]. Acta Geographica Sinica, 2009, 64(1): 33-42. DOI:10.3321/j.issn:0375-5444.2009.01.004 (in Chinese with English abstract)
[8]
ALQUAHTANI F A, JOHNSON H D, JACKSON C A L, et al. Nature, origin and evolution of a Late Pleistocene incised valley-fill, Sunda Shelf, Southeast Asia[J]. Sedimentology, 2015, 62(4): 1198-1232. DOI:10.1111/sed.12185
[9]
吴忱. 唐山地震区的喷水冒砂及其与冲积砂体的分布关系[J]. 地理学报, 1980, 35(3): 251-258.
WU Chen. Relationship of water and sand eruption to alluvial sand body in Tangshan earthquake area[J]. Acta Geographica Sinica, 1980, 35(3): 251-258. DOI:10.3321/j.issn:0375-5444.1980.03.007 (in Chinese with English abstract)
[10]
张霞, 林春明, 杨守业, 等. 晚第四纪钱塘江下切河谷充填物物源特征[J]. 古地理学报, 2018, 20(5): 877-892.
ZHANG Xia, LIN Chunming, YANG Shouye, et al. Provenance for the late Quaternary Qiantang River incised-valley fill[J]. Journal of Palaeogeography, 2018, 20(5): 877-892. (in Chinese with English abstract)
[11]
王山亮, 李良景, 胡福根, 等.河北1: 5万雷庄(J50E002019)、石门(J50E002020)、昌黎县(J50E002021)、滦南县(J50E003019)区域地质矿产调查[R]. 2015: 158-164.
WANG Shanliang, LI Liangjing, HU Fugen, et al. Investigation on 1: 50000 regional geology and mineral resources survey of Leizhuang (J50E002019), Shimen(J50E002020), Changli county(J50E002021), Luannan country(J50E003019) sheets[R]. 2015: 158-164. (in Chinese)
[12]
王强, 吕金福, 李汉鼎, 等.第十章, 海面变化与海岸变迁[M]//李汉鼎, 吕金福, 王强, 等.中国北方沿海泥炭与环境.北京: 海洋出版社, 1995: 109-128.
WANG Qiang, LV Jinfu, LI Handing, et al. Chapter 10, Eustacy and coastal movement[M]//LI Handing, LV Jinfu, WANG Qiang, et al. Peat and Environment on Coastal Area of the North China. Beijing: China Ocean Press, 1995: 109-128. (in Chinese)
[13]
王强, 田国强. 中国东部晚第四纪海侵的新构造背景[J]. 地质力学学报, 1999, 5(4): 42-48.
WANG Qiang, TIAN Guoqiang. The neotectonic setting of late Quaternary transgressions on the eastern coastal plain of China[J]. Journal of Geomechanics, 1999, 5(4): 41-48. DOI:10.3969/j.issn.1006-6616.1999.04.005 (in Chinese with English abstract)
[14]
王强, 李从先. 中国东部沿海平原第四系层序类型[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2009, 29(4): 39-51.
WANG Qiang, LI Congxian. The type of Quaternary sequence in the east China coastal plain[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2009, 29(4): 39-51. (in Chinese with English abstract)
[15]
鲁庆伟, 石文学, 郭维, 等. 渤海湾西岸全新统沉积特征及环境演化[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2017, 37(1): 59-66.
LU Qingwei, SHI Wenxue, GUO Wei, et al. Sedimentary characteristics and environment evolution of the Holocene on the west bank of Bohai Bay[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2017, 37(1): 59-66. (in Chinese with English abstract)
[16]
杨献忠, 魏乃颐, 王强, 等. 长江三角洲镇江--江都河段古河谷沉积特征[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2010, 30(5): 11-18.
YANG Xianzhong, WEI Naiyi, WANG Qiang, et al. Sedimentary characteristics of an ancient river channel in Zhenjiang-Jiangdu segment of Yangtze River delta[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2010, 30(5): 11-18. (in Chinese with English abstract)
[17]
李从先, 王强, 范代读.第十五章, 海洋三角洲沉积[M]//冯增昭.中国沉积学. 2版.北京: 石油工业出版社, 2013: 812-905.
LI Congxian, WANG Qiang, FAN Daidu. 15th Chapter, Marine deltaic sediment[M]//FENG Zengzhao. Sedimentology of China. 2nd ed. Beijing: Petroleum Industry Press, 2013: 812-905. (in Chinese)
[18]
吴忱, 陈萱, 许清海, 等.黄河三角洲的发现其与水系变迁的关系[M]//吴忱.华北平原古河道研究论文集.北京: 中国科学技术出版社, 1991: 237-253.
WU Chen, CHEN Xuan, XU Qinghai, et al. The discovery of ancient Huanghe River delta and its relationship of changes of river system[M]. Beijing: China Science and Technology Press, 1991: 237-253. (in Chinese)
[19]
胥勤勉, 胡云壮, 袁桂邦, 等. 渤海湾西南岸古黄河三角洲全新世地层层序和演化过程[J]. 第四纪研究, 2015, 35(2): 326-339.
XU Qinmian, HU Yunzhuang, YUAN Guibang, et al. Holocene sequence stratigraphy and evolution of the ancient Yellow River delta in southwestern coast of the Bohai Bay[J]. Quaternary Sciences, 2015, 35(2): 326-339. (in Chinese with English abstract)
[20]
PARHAM P R, RIGGS S R, CULVER S J, et al. Quaternary coastal lithofacies, sequence development and stratigraphy in a passive margin setting, North Carolina and Virginia, USA[J]. Sedimentology, 2013, 60(2): 503-547. DOI:10.1111/j.1365-3091.2012.01349.x
[21]
王强, 张玉发, 袁桂邦, 等. MIS3阶段以来河北黄骅北部地区海侵与气候期对比[J]. 第四纪研究, 2008, 28(1): 79-95.
WANG Qiang, ZHANG Yufa, YUAN Guibang, et al. Since MIS 3 stage the correlation between transgression and climatic changes in the north Huanghua area, Hebei[J]. Quaternary Sciences, 2008, 28(1): 79-95. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.2008.01.009 (in Chinese with English abstract)
[22]
李广雪, 杨子赓, 刘勇. 中国东部海域海底沉积环境成因研究[M]. 北京: 科学出版社, 2005: 1244.
LI Guangxue, YANG Zigeng, LIU Yong. Formation environment of the seafloor sediment in the eastern China seas[M]. Beijing: Science Press, 2005: 1244. (in Chinese)
[23]
王强, 郭盛桥.华北平原古气候演化与古环境重塑[M]//张宗祜, 邵时雄, 陈云, 等.中国北方晚更新世以来地质环境演化与未来生存环境变化趋势预测.北京: 地质出版社, 1999: 59-98.
WANG Qiang, GUO Shengqiao. Palaeoclimatic change and palaoenvironment reconstruct[M]//ZHANG Zonghu, SHAO Shixiong, CHEN Yun, et al. Geological Environment Change and Trend Prodiction of Future Living Environment. Beijing: Geol. Pub. House, 1999: 59-98. (in Chinese)
[24]
吴标云, 李从先. 长江三角洲第四纪地质[M]. 北京: 地质出版社, 1988: 12-151.
WU Biaoyun, LI Congxian. Quaternary geology of Changjiang River Delta[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1988: 12-151. (in Chinese with English abstract)
[25]
李从先, 汪品先, 等. 长江晚第四纪河口地层学[M]. 北京: 科学出版社, 1998: 50-122.
LI Congxian, WANG Pinxian, et al. Late Quaternary Estuary Stratigraphy of the Changjiang (Yangtze) Delta[M]. Beijing: Science Press, 1998: 50-122. (in Chinese)
[26]
全国地层委员会编. 中国区域年代地层(地质年代)表说明书[M]. 北京: 地质出版社, 2002: 4-12.
China Commission of Stratigraphy. Description of regional geological time scale in China[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2002: 4-12.
[27]
WALKER M J C, BERKELHAMMER M, BJÖRCKS S, et al. Formal subdivision of the Holocene Series/Epoch:A discussion paper by a Working Group of INTIMATE (integration of ice-core, marine and terrestrial records) and the Subcommission on Quaternary Stratigraphy (international Commission on Stratigraphy)[J]. Journal of Quaternary Science, 2012, 27(7): 649-659. DOI:10.1002/jqs.2565