萊州灣南岸XZK2鉆孔晚更新世以來的沉積環(huán)境探討

黃永波，侯建華，朱學(xué)強(qiáng)，任天龍，楊仕鵬

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南　250013)

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地質(zhì)與礦產(chǎn)

萊州灣南岸XZK2鉆孔晚更新世以來的沉積環(huán)境探討

黃永波，侯建華，朱學(xué)強(qiáng)，任天龍，楊仕鵬

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南250013)

摘要：通過鉆孔巖性特征、沉積構(gòu)造及沉積物粒度、磁化率與測(cè)井曲線對(duì)萊州灣南岸XZK2鉆孔上部晚更新世以來的松散沉積物進(jìn)行了沉積相劃分，結(jié)合14C同位素年齡測(cè)定，劃分了深海氧同位素階段，表明該地區(qū)沉積物磁化率與砂含量曲線具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，結(jié)合已有研究，證明該地區(qū)晚更新世以來古環(huán)境經(jīng)歷了三次冷暖交替，而萊州灣西南海岸所發(fā)現(xiàn)的相當(dāng)于滄州海侵、獻(xiàn)縣海侵和黃驊海侵的三次海侵事件，鉆孔上僅見全新世黃驊海侵，滄州海侵、獻(xiàn)縣海侵相應(yīng)層位為濱海沉積。

關(guān)鍵詞：粒度分析；磁化率；晚更新世晚期；萊州灣南岸

引文格式：黃永波，侯建華，朱學(xué)強(qiáng)，等.萊州灣南岸XZK2鉆孔晚更新世以來的沉積環(huán)境探討[J].山東國(guó)土資源，2016,32(7)：7-11.HUANG Yongbo, HOU Jianhua, ZHU Xueqiang, etc. Discussion on Depositional Environment of XZK2 Borehole in South Costal Zone of Laizhou Bay since Late Pleistocene[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(7)：7-11.

自20世紀(jì)70年代F. oldfield和R. Thompson[1]創(chuàng)立環(huán)境磁學(xué)以來，磁化率已經(jīng)作為比較重要的環(huán)境指標(biāo)廣泛應(yīng)用于海洋、湖泊沉積物，尤其是黃土沉積的古環(huán)境研究中[2-7]。國(guó)內(nèi)外諸多研究表明，碎屑沉積物磁化率值主要受其含有的磁鐵礦及赤鐵礦等磁性礦物的影響。R. Thompson、劉秀銘、王建等通過對(duì)不同粒度碎屑沉積物中各種磁性礦物的含量與磁化率的關(guān)系研究表明，沉積物磁化率與其粒度密切相關(guān)，并在很大程度上反映了沉積物源、動(dòng)力條件及沉積次生條件變化的影響[1，8-9]。

該文擬通過對(duì)萊州灣南岸XZK2鉆孔上部沉積物磁化率與粒度的分析，對(duì)該海岸范圍內(nèi)磁化率、粒度及其與古環(huán)境變化關(guān)系進(jìn)行初步的探討。

1區(qū)域概況與研究進(jìn)展

萊州灣為渤海三大海灣之一，西岸、南岸為濱海平原，是華北平原的重要組成部分[10]。萊州灣南岸平原又稱為濰北平原，自新生代以來區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)以差異性沉降為主，主要地貌類型為山前洪沖積平原與沖積海積平原[11]，因賦存油氣、鹵水及各類礦產(chǎn)資源而備受關(guān)注，沿海區(qū)域因存在大范圍的海咸水入侵問題，其引起的環(huán)境保護(hù)與治理問題更值得深入研究。地下鹵水資源的賦存狀況及海咸水入侵的產(chǎn)生與古環(huán)境演化有密切的聯(lián)系[12-14]。呂厚遠(yuǎn)、韓有松、莊振業(yè)、劉恩峰等分別通過對(duì)沉積物巖性特征、微體古生物分布及孢粉分析結(jié)合14C、光釋光測(cè)年手段對(duì)該區(qū)晚更新世以來的古環(huán)境變化及海侵海退進(jìn)行了初步研究[10，15-20]。目前對(duì)萊州灣南岸沉積物粒度、磁化率等氣候代用指標(biāo)的引入還未見報(bào)道。

該次取樣鉆孔為1∶5萬辛安莊等五幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目開展的鉆探工作，位于萊州灣南岸平原，昌邑市灶戶村北西方向，距現(xiàn)代海岸線11km(圖1)。

圖1　區(qū)域概況及鉆孔位置圖

2樣品采集分析與鉆孔巖性特征

該次研究在在部分層位采取14C樣品，測(cè)試工作在北京大學(xué)考古文博學(xué)院完成，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1　XZK2鉆孔AMS14C結(jié)果

由于測(cè)試對(duì)象主要為沉積物中的軟體動(dòng)物殼體，考慮到軟體動(dòng)物殼體作14C測(cè)年的局限性，貝殼殼體可能來源于下伏地層，導(dǎo)致14C年代有可能比實(shí)際地層年代偏老。

在XZK2上部40m巖心中，以約20cm的間隔采集并測(cè)量粒度樣品110件(其中17.2～31.2m缺樣)。粒度分析采用激光粒度分析法，測(cè)試步驟為取適量的10%的H2O2和0.5%的HCl，分別去除沉積物中的有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽，處理過后的樣品經(jīng)多次洗鹽，加入偏磷酸鈉后，經(jīng)超聲波分散，最后上機(jī)測(cè)試。

沉積物粒度采用等比制(Φ值標(biāo)準(zhǔn))粒級(jí)分類，XZK2沉積物粒級(jí)組分由砂(<4Φ)、粉砂(4～8Φ)、黏土(>8Φ)組成。通過對(duì)XZK2孔上部巖心沉積物的詳細(xì)觀察和分析，包括巖性、顏色、含水量、軟體動(dòng)物殼體情況及沉積構(gòu)造等特征，并結(jié)合粒度數(shù)據(jù)，將該孔自上而下分為25層，鉆孔分層巖性分層見表2(已將原始層位進(jìn)行合并，沉積物顏色以蒙賽爾比色卡為標(biāo)準(zhǔn))。XZK2孔上部巖性柱狀圖與巖心照片見圖2。

圖2　XZK2上部巖性柱狀圖與巖心

磁化率測(cè)量的采樣間距為0.5～1m，共采集樣品60件，以2cm×2cm×2cm無磁塑料盒盛放，在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)所用BartingtonMS2磁化率儀分別樣品進(jìn)行了磁化率測(cè)量。

3結(jié)果分析

將XZK2鉆孔上部鉆孔巖性與粒度分析、磁化率結(jié)合測(cè)井曲線進(jìn)行綜合分析，可以看出粒度分布曲線與磁化率呈較為明顯的正相關(guān)關(guān)系，可以分為3個(gè)階段：

(1)0～8.80m砂含量曲線相對(duì)高值，具有一定波動(dòng)，振幅相對(duì)較小，此時(shí)磁化率曲線也在相對(duì)高值波動(dòng)；對(duì)應(yīng)巖性為灰棕色—灰色粉砂，含大量貝殼碎屑，為濱海沉積。

(2)8.80～12.30m砂含量曲線平穩(wěn)低值，磁化率數(shù)據(jù)亦處于低值附近，對(duì)應(yīng)巖性為淺黃棕色—深灰色粘土，發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核，為硬土層，對(duì)應(yīng)干冷期的泛濫平原相沉積。

(3)12.30～17.20m砂含量曲線變化強(qiáng)烈，磁化率曲線也是震蕩強(qiáng)烈，對(duì)應(yīng)巖性為黃棕—淺黃棕色粉砂、粘土質(zhì)粉砂及含粉砂粘土，局部可見雜色及鐵染現(xiàn)象，顯示水位變化迅速，氧化還原環(huán)境交替出現(xiàn)，為泛濫平原相沉積?？傮w上磁化率與粒度分布曲線表現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性，兩者與自然伽馬、自然電位曲線及巖性具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。綜合測(cè)井、粒度分析及磁化率數(shù)據(jù)，結(jié)合鉆孔巖性特征對(duì)鉆孔進(jìn)行了沉積相劃分(圖3)。

表2　XZK2鉆孔巖性分層描述

圖3　XZK2鉆孔上部地層沉積相劃分

4討論

(1)自晚更新世以來，隨著冰期、間冰期氣候變化并伴隨全球海平面多次升降，渤海發(fā)生了滄州、獻(xiàn)縣和黃驊三期大范圍的海侵事件以及它們之間的海退事件[21]，萊州灣南岸濱海平原亦相應(yīng)形成了海、陸相間的沉積地層結(jié)構(gòu)[13,18,22]。

已有研究表明，萊州灣南岸晚更新世以來的孢粉記錄與渤海南部ZK228孔孢粉組合基本一致，經(jīng)歷了3次氣候冷暖交替[15]。反映在XZK2鉆孔巖性上，自下而上經(jīng)歷了由棕黃色→淺灰棕色→棕黃色→深灰、淺黃棕色→灰色的沉積旋回。50～24ka B.P.和10～4ka B.P.兩次明顯的暖濕期分別對(duì)應(yīng)于晚更新世末期的“獻(xiàn)縣海侵”和全新世“黃驊海侵”。冰后期氣候轉(zhuǎn)暖，大約于11kaB.P.海平面開始快速上升，大約于8.5kaB.P.進(jìn)入渤海，并于7kaB.P.左右達(dá)到現(xiàn)岸線附近，至6kaB.P.左右到大海侵最大范圍，渤海從8.5kaB.P.至今被水淹沒，稱為黃驊海侵，沉積了H1海相層[18]。對(duì)比XZK2孔，冰后期以來為潮間帶沉積，至4020aB.P.為濱海湖沼相沉積，表明至晚4000aB.P.海平面開始退至灶戶以北。

50～24 ka B.P.階段的獻(xiàn)縣海侵鉆孔相應(yīng)地層為一套棕黃色粉砂質(zhì)粘土為主夾含粘土粉砂及粉砂，發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核的泛濫平原相沉積。晚更新世早期的滄州海侵在鉆孔相應(yīng)層位上僅出現(xiàn)一層灰色粘土層，為濱海湖沼相沉積，表明海侵范圍尚在XZK2孔以北。

(2)通過鉆孔沉積物粒度分析與磁化率數(shù)據(jù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩者間有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，沉積物磁化率表現(xiàn)出與砂含量曲線(<4Φ)同步變化的特點(diǎn)，表明該區(qū)粒度0.063mm以上的沉積物鐵磁性礦物對(duì)磁化率具有最大貢獻(xiàn)。磁化率曲線的變化特征在不同沉積環(huán)境下具有較大差異，對(duì)以磁化率曲線結(jié)合巖性及沉積構(gòu)造進(jìn)行準(zhǔn)確的沉積相劃分提供了可能。但沉積物磁化率受控于沉積物來源及區(qū)域沉積環(huán)境的不同，其與粒度及古環(huán)境的相關(guān)關(guān)系并不是一成不變的，在進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意所在區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境的分析。

(3)該文為山東省1∶5萬辛安莊等五幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目的階段性成果，結(jié)果分析及行文過程中難免有疏漏不足的地方，敬請(qǐng)批評(píng)指正。

致謝：該文樣品數(shù)據(jù)分析及鉆孔沉積相劃分對(duì)比中得到了天津地質(zhì)調(diào)查中心王強(qiáng)先生的無私指導(dǎo)。在此表示感謝！

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收稿日期：2016-01-14；

修訂日期：2016-03-15；編輯：王敏

基金項(xiàng)目：該文為中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目1∶5萬辛安莊、海滄、昌邑、新河、朱里幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號(hào)：1212011220485)和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局山東省地質(zhì)系列圖件編制項(xiàng)目(編號(hào)：1212010811029)成果

作者簡(jiǎn)介：黃永波(1984—)，男，山東諸城人，工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與研究工作；E-mail：wingboo@sohu.com

中圖分類號(hào)：P53

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Discussion on Depositional Environment of XZK2 Borehole in South Costal Zone of Laizhou Bay since Late Pleistocene

HUANG Yongbo, HOU Jianhua, ZHU Xueqiang, REN Tianlong, YANG Shipeng

(Shandong Geological Surveying Institute, Shandong Jinan 250013, China)

AbstractThrough study on drilling lithology, sedimentary structures, grain size, magnetic susceptibility and logging curve, loose sediments of XZK2 borehole in south coastal zones of Laizhou Bay since late Pleistocene have been divided. Combining with14C isotopic age determination, the oxygen isotope stages in deep sea have been divided. It is showed that the curve of magnetic susceptibility of sediments and sand content has significant positive correlation. Combining with existing research, it is proved that the ancient environment has experienced in this area three alternating cold and warm since late Pleistocene. Three transgression events which are equivalent to Cangzhou marine transgression transgressive, Xianxian marine transgression transgressive and Huanghua marine transgression have been found in the southwest coast of Laizhou Bay. Through drilling holes study, only Holocene Huanghua transgression can be found, while Cangzhou marine transgression and Xianxian transgression are corresponding with coastal deposition layers.

Key wordsGrain size analysis; magnetic susceptibility; late Pleistocene; south coastal zones of Laizhou Bay