東莞盆地第四紀(jì)地層研究

盛 強(qiáng) ，郭良田 ，王 萍

(1.廣東省地震局，廣東 廣州 510070；2.中國地震局地震監(jiān)測與減災(zāi)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州510070；3.廣東省地震預(yù)警與重大工程安全診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （籌），廣東 廣州 510070；4.中國地震局地質(zhì)研究所地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

0 前言

東江自東而西流經(jīng)東莞盆地，構(gòu)成平坦的、以赤嶺峽西口為頂點(diǎn)的東江三角洲。東江三角洲與西、北江三角洲共同構(gòu)成廣闊的珠江三角洲平原。東莞盆地位于東莞市的北部和廣州市的東南部，近東西方向展布，面積約500 km2，盆地內(nèi)第四紀(jì)地層廣泛發(fā)育[1～3]。自1934年陳國達(dá)[4]對(duì)珠江三角洲進(jìn)行初步研究以來，涉及東莞盆地第四紀(jì)地層的研究眾多，其中以黃鎮(zhèn)國等[5]指出珠江三角洲是經(jīng)3次海進(jìn)-海退而成，廖示庭等[6]認(rèn)為東莞盆地第四紀(jì)地層由3個(gè)旋回組成，并劃分了7個(gè)巖石地層單位。

本文是“東莞市石龍－厚街、南坑－虎門斷裂探測與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”項(xiàng)目的專題成果之一①“東莞市石龍－厚街、南坑－虎門斷裂探測與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”項(xiàng)目專題8：標(biāo)準(zhǔn)孔與第四紀(jì)地層剖面報(bào)告,。通過對(duì)地層層序的劃分和對(duì)比以及巖心樣品的14C和光釋光（OSL）測年，建立了東莞盆地第四紀(jì)地層綜合剖面。對(duì)珠江三角洲的發(fā)育和演化、古氣候和古海平面變化以及活動(dòng)斷裂研究等方面具有重要的意義。

1 地層沉積特征與沉積相

在東莞盆地共布設(shè)7個(gè)鉆孔（圖1），其中位于麻涌的ZK3鉆孔的第四系厚度可達(dá)31.2m。

圖1 東江三角洲第四系等厚線及鉆孔位置圖[1]Fig.1 Isopachous lines of the quaternary and position map of the drills of Dongjiang River Delta[1]

如圖2所示：根據(jù)巖性和粒度變化，ZK3可分為5層，自下而上為：①埋深24.8～31.2 m，厚度6.4 m的河流沖積層，下部以灰白色砂礫石為主，下部中細(xì)砂為主，埋深28.8 m處OSL年齡值為135.6±3.6 ka；② 埋深14.2～24.8m，厚度10.6 m的海相沉積層，由灰黑色淤泥、淤泥質(zhì)粘土和粉細(xì)砂組成。孢粉非常豐富，以蕨類孢子占絕對(duì)優(yōu)勢，主要為中華里白、金毛狗屬和水龍骨屬。間或見有海相的微有孔蟲和具刺溝鞭藻。沉積環(huán)境應(yīng)為間或海侵的邊緣海。埋深22.6 m處OSL年齡值為98.3±3.7 ka；19.6m處OSL年齡值為65.0±4.0 ka；16.8 m處14C年齡值為＞46 ka；15.1m處OSL年齡值為47.8±2.4 ka；③埋深13.3～14.2 m，厚度0.9 m的陸相硬土層，由灰白、黃褐色花斑狀粘土組成，為海退期間出露地表的殘留古風(fēng)化殼層，代表較長時(shí)期的沉積間斷，為珠江三角洲地區(qū)上更新統(tǒng)與全新統(tǒng)之間分解的標(biāo)志層；④埋深13.3～6.3 m，厚度7.0 m，由灰-灰黑色淤泥、粘土或粘土質(zhì)粉細(xì)砂等組成，含腐木、貝殼和海相硅藻化石，連續(xù)見有海相的微有孔蟲，以海相細(xì)粒沉積為主，埋深8.1 m處14C年齡為6390±35 aBP；⑤埋深0～6.3 m的海陸交互相沉積，以灰褐色粉細(xì)砂、粘土為主，埋深6.1 m處OSL年齡為2.3±0.1 ka。

根據(jù)地層結(jié)構(gòu)及測年資料來看， (1)～(2)層為全新統(tǒng)，(3)～(5)層為上更新統(tǒng)。

其他6個(gè)鉆孔巖性的基本特征如下。

ZK1：第四系厚23.5m，上部（0～4.8 m）為黑灰色含淤泥質(zhì)的中砂、粉細(xì)砂等組成，埋深9.8 m處腐木的14C年齡為：7 240±35 aBP。下伏第三系風(fēng)化泥巖。

ZK2：第四系厚11.3 m，為黑灰-灰色淤泥和淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，下伏第三系強(qiáng)風(fēng)化泥巖。

ZK4：第四系厚29.8 m，可分上下兩套地層。上部地層，埋深2.0～18.9 m，為灰色淤泥、淤泥質(zhì)粉砂和含礫中細(xì)砂等，底部見海螺殼。埋深3.8 m處14C年齡值560 aBP；11.5 m處OSL年齡值：4.5±0.2中、ka；16.6 m處14C年齡值：3905 aBP。下部地層，埋深18.9～30.8 m，為黃色砂礫石層。埋深26.8 m、28.8 m處腐木14C年齡分別為：41575 aBP和 ＞43 ka。下伏白堊系灰色強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖。其中埋深2.0-18.9 m的上部地層中，含豐富的孢粉，以蕨類孢子占絕對(duì)優(yōu)勢，主要為中華里白河水龍骨屬，次有鱗蓋蕨、鳳尾蕨、海金沙屬，14.8 m以下主要為松屬；被子植物少量，主要為禾本科。間或見有海相微有孔蟲和具刺溝鞭藻囊孢。樣品中斷續(xù)見有海相化石，山地類型的松屬相對(duì)較多，為接近山地的全新世間或海侵的邊緣沉積。上部地層段與下部地層段的年齡突變，反映其間存在沉積間斷。

圖2 ZK3鉆孔綜合柱狀圖Fig.2 Synthesis column map of ZK3 boreholes

ZK5：第四系厚17 m，可分4層，① 埋深0～4.0 m，為素填土；② 埋深4.0～12.2 m，為灰色淤泥質(zhì)粉砂、中細(xì)砂，夾黃色中細(xì)砂層。埋深10.04 m處14C年齡值：3245 aBP；11.8 m處OSL年齡值：5.1±0.3 ka；12.05 m處14C年齡值：6270 aBP。③ 埋深12.2～14.8 m，為黃色中砂，含多層鐵質(zhì)侵染層。④ 埋深14.8～17.0 m，為灰色淤泥質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，底部含細(xì)礫。埋深15.8 m處OSL年齡值：63.9±2.9 ka；16.38 m處14C年齡值：39505 aBP。下伏第三系紅色風(fēng)化砂巖。4.0～12.2 m地層段含較豐富孢粉，以蕨類孢子占絕對(duì)優(yōu)勢，主要為中華里白河水龍骨屬，次有鱗蓋蕨屬金毛狗屬等；裸子植物花粉少量，主要為松屬；被子植物花粉少量，主要為禾本科和莧科。海相化石微有孔蟲和具刺溝鞭藻間或少量可見。反映為全新世間或海侵的邊緣海沉積。12.2～17.0 m，為陸相沖積和河間凹地堆積。

ZK6：第四系厚29.8 m。頂部2.2 m為素填土。埋深2.2～24.3 m，為灰色-深灰色淤泥、和淤泥質(zhì)粘土，夾中細(xì)砂等，含豐富的腐木、泥炭和貝殼。埋深24.3～29.8 m，為含礫粘土、含礫中細(xì)砂和粘土質(zhì)粉細(xì)砂等，礫石成分為紫紅色粉砂巖，礫徑＞2 cm，含木屑、貝殼碎片。下伏紫紅色風(fēng)化砂巖。

ZK7：第四系厚7 m。埋深0～1.0 m為素填土；埋深1.0～7.0 m，為灰色淤泥、淤泥與粉砂互層，含腐木、貝殼。

2 地層的沉積時(shí)代

前人在珠江三角洲及南海沿海地區(qū)已獲得上千個(gè)14C數(shù)據(jù)，最大14C年代為距今4萬年左右。因此，一般認(rèn)為珠江三角洲形成于晚更新世中期約4萬年以來。

而準(zhǔn)確、可靠的年代數(shù)據(jù)是鉆孔探測最為關(guān)鍵性的技術(shù)指標(biāo)之一。東莞盆地鉆孔巖芯中富含可作14C等測年的腐木和腐殖質(zhì)等，同時(shí)也廣泛存在可作OSL測年的含石英、長石礦物的晚第四紀(jì)碎屑物。本文對(duì)鉆孔巖芯的絕對(duì)年齡測定采用了14C和細(xì)顆粒石英OSL測年。

14C的半衰期為5568年，理論上，可以測出10倍半衰期長時(shí)間跨度的樣品年齡，對(duì)于年代更久遠(yuǎn)的樣品，利用14C測年法是無法測定出來的。北京大學(xué)于1975年建成國內(nèi)第一個(gè)液體閃爍方法的碳十四測年實(shí)驗(yàn)室，1993年建成了北京大學(xué)加速器質(zhì)譜計(jì)。14C測量靈敏度達(dá)到6×10-15，相當(dāng)于測年上限為四萬三千年。因此，受測年上限制約，北大實(shí)驗(yàn)室14C技術(shù)是無法給出珠江三角洲地區(qū)＞43 ka地層的年代。

因此，14C年齡僅具有參考意義，珠江三角洲地層年代需要其它獨(dú)立的測年手段予以驗(yàn)證和修正。

對(duì)于晚第四紀(jì)沉積物測年，光釋光測年是目前國際上各實(shí)驗(yàn)室的首選方法，其年齡值代表了樣品最后一次曝光距今的時(shí)間，也即其沉積年齡。其測年上限理論上可達(dá)數(shù)十萬年。本次工作完成了13個(gè)OSL樣品的年代測試。采用細(xì)顆粒石英簡單多片再生法方法[7]進(jìn)行了等效劑量的測試，用飽和指數(shù)方法進(jìn)行擬合，認(rèn)為本批樣品測試數(shù)據(jù)基本可信。

3 鉆孔地層孢粉分析結(jié)果

第四紀(jì)孢粉分析的主要對(duì)象是各種松散沉積物（如淤泥、粘土、泥炭等）所含的花粉及孢子，孢粉組合分析是恢復(fù)古氣候、古地理環(huán)境的最常用的傳統(tǒng)方法之一。生物化石不僅可以鑒定地層的地質(zhì)年代，還是進(jìn)行沉積環(huán)境分析的重要標(biāo)志，本項(xiàng)目對(duì)微體古生物樣品的分析有助于更好地區(qū)分海洋與陸地沉積環(huán)境。

ZK3鉆孔選取了15份孢粉－微體古生物樣品送往中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所進(jìn)行分析。樣品分布于3.5～26.5 m，除ZK3-WT-3（10.5 m）和ZK3-WT-13（12.0 m）兩塊樣品孢粉較少外，均含有豐富的孢粉，大致分為兩個(gè)組合：

（1）3.5～12.0 m，孢粉以蕨類孢子占絕對(duì)優(yōu)勢，主要為中華里白、鱗蓋蕨、鳳丫蕨、鳳尾蕨、水龍骨屬和槲蕨屬；裸子植物花粉少量，主要為松屬；被子植物花粉含中等量，主要為草本禾本科；另外，連續(xù)見有海相的微有孔蟲。孢粉為南亞熱帶至熱帶第四紀(jì)常見類型，顯示為氣候炎熱，應(yīng)為第四紀(jì)全新世沉積，樣品中連續(xù)有海相化石，推測應(yīng)為全新世邊緣海侵環(huán)境。

（2）13.0～26.5 m，孢粉非常豐富，以蕨類孢子占絕對(duì)優(yōu)勢，主要為中華里白、金毛狗屬和水龍骨屬，裸子植物花粉稀少，主要為松屬；被子植物花粉亦較少，主要為莧科，其它較常見有胡桃屬、楓香屬和禾本科。間或見有海相的微有孔蟲和具刺溝鞭藻。除植物中有較多金毛狗和莧科和楓香屬外，面貌與上面一段（3.5～12.0m）基本相當(dāng)，反映氣候與上基本相同，推測時(shí)代為晚更新世。沉積環(huán)境應(yīng)為間或海侵環(huán)境。

此外，還選取了13份孢粉樣品送中國地震局地質(zhì)研究所進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示鉆孔區(qū)域總體上為水域環(huán)境，孢子較多、花粉顆粒較少。以蕨類孢子為主，喬木、灌木和草本花粉居次要地位。

上述孢粉植物群演化序列中松粉含量反映研究區(qū)附近可能沒有松林分布，區(qū)域上分布有少量松的疏林草原植被景觀，以栲和櫟為主的少量闊葉樹分布于研究區(qū)周圍。總體上，以上2個(gè)孢粉組合帶都以局地水生蕨類孢子為主，體現(xiàn)無論冰期還是間冰期，鉆孔周邊均有相當(dāng)范圍的水域分布，氣候變化對(duì)沉積環(huán)境影響較小。

4 結(jié)論與討論

根據(jù)上述對(duì)東莞盆地鉆孔剖面的地層沉積特征、沉積年齡、孢粉分析結(jié)果的論述，可以看出，三者均表現(xiàn)了較為明顯的分層、分段性質(zhì)，且互相之間吻合較好。由此，可以得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）東莞盆地第四系不整合覆蓋于凹凸起伏的基巖風(fēng)化殼之上。第四系可分為上下兩套地層（表1）。上部地層為全新世沉積，以灰黑色淤泥、粘土和粉細(xì)砂為主，地層年齡<8 000 a。下部地層為晚更新世沉積，地層最老年齡達(dá)13.5萬年。

表1 東江三角洲第四系地層綜合剖面Table 1 Comprehensive profiles of the quaternary stratum in Dongjiang delta

（2）東江三角洲第四系由上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)組成，分別對(duì)應(yīng)晚更新世與全新世兩次海侵旋回時(shí)期。與前人主要根據(jù)14C年齡得到東江三角洲沉積小于4萬年的認(rèn)識(shí)不同，OSL測年結(jié)果顯示上更新統(tǒng)的年齡值為4.7～13.5萬年。珠江三角洲地區(qū)第一次海侵旋回可能發(fā)生于距今4～10萬年時(shí)期。

（3）東莞盆地花斑粘土層與珠江三角洲地區(qū)一樣，呈斷續(xù)分布，在7個(gè)孔中僅在ZK3鉆孔中有所發(fā)育。如ZK3孔在第一次海侵旋回與第二次海侵旋回之間 （埋深13.3～14.2 m）發(fā)育一厚度不足1 m的含鈣花斑粘土，孔深15.1 m處OSL年齡值為47.8±2.4 Ka，孔深10.6 m處OSL年齡為6.9±0.3 ka。反映兩次海侵之間，本區(qū)處于風(fēng)化與剝蝕環(huán)境，導(dǎo)致長時(shí)期的地層間斷?；ò哒惩翆硬粌H野外易于識(shí)別，而且是區(qū)分全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)的重要標(biāo)志層。

（4）隨著測年技術(shù)的發(fā)展，OSL測年已成為第四紀(jì)年代學(xué)研究的重要方法。其測年上限（能測的最老年齡）理論上可達(dá)數(shù)十萬年，然而受到釋光信號(hào)飽和、釋光信號(hào)穩(wěn)定性和環(huán)境輻射場強(qiáng)度（放射性核素含量）影響，一般認(rèn)為，對(duì)＞100 ka的光釋光年齡結(jié)果的解釋和使用需要謹(jǐn)慎。對(duì)于河流沉積物來說，釋光測年可能存在不均勻曬退導(dǎo)致年齡偏老、等效劑量離散性大導(dǎo)致年齡不確定等問題。對(duì)于10萬年左右的老年齡還需要開展更多的檢驗(yàn)工作，進(jìn)一步開展珠江三角洲地區(qū)的地層年代學(xué)研究十分必要。

致謝：本文14C數(shù)據(jù)由北京大學(xué)14C實(shí)驗(yàn)室完成，OSL由國土資源部水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所釋光年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成，孢粉分析由中國科學(xué)院南京古生物研究所和中國地震局地質(zhì)研究所孢粉實(shí)驗(yàn)室完成。在此一并表示誠摯的謝意！

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