中國(guó)南海北部陸架區(qū)更新世晚期沉積物年代學(xué)及古環(huán)境研究
——以DG鉆孔為例

張志亮 劉金瑞 張浩博 張中保

哈廣浩1） 閔 偉1） 聶軍勝2） 任治坤1）

1）中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，地震與火山災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2）蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，蘭州 730000

0 引言

大陸架是全球海陸相互作用最為活躍的地區(qū)之一，對(duì)全球性地質(zhì)事件的響應(yīng)也最為敏感，是進(jìn)行海陸地質(zhì)對(duì)比研究的橋梁和紐帶。作為大陸和深海大洋間的過(guò)渡地帶和陸源物質(zhì)向深海大洋輸送的主要通道，大陸架對(duì)海陸相互作用十分敏感，是研究“源－匯”和海陸相互作用的關(guān)鍵地區(qū)（Xuetal．，2012）。近海大陸架沉積不僅能夠有效地記錄大陸的構(gòu)造演化歷史，并且保存了海陸變遷、海平面升降以及氣候變化等地質(zhì)和環(huán)境方面的信息。同時(shí)，大陸架是人類重要的資源后備基地，查明其發(fā)展歷史與演化趨勢(shì)，對(duì)于探查陸架盆地的油氣資源和進(jìn)行海岸帶的開(kāi)發(fā)與保護(hù)、維系沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展都至關(guān)重要（梅西等，2015）。因此，對(duì)陸架沉積物的研究受到越來(lái)越多的關(guān)注。近年來(lái)，不同學(xué)者對(duì)中國(guó)渤海（劉建國(guó)等，2007；Liuetal．，2008）、黃海（Yangetal．，2007）、東海（Jiangetal．，2020）以及南海陸架沉積物（陳泓君等，2005）進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作，在沉積物空間展布、物質(zhì)來(lái)源、地球化學(xué)特征、沉積演化歷史以及古氣候變化方面取得了較大進(jìn)展（徐方建等，2010），為海洋學(xué)的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

南海是西太平洋最大的邊緣海，北部和西部毗鄰亞洲大陸，東部和南部被島鏈包圍，是一個(gè)半封閉的海盆（圖1）。由于新生代以來(lái)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，亞洲東南部及其島嶼向南海提供了大量的陸源碎屑沉積物，使南海成為全球海洋沉積作用最為活躍的地區(qū)之一，也是海陸相互作用最為典型的區(qū)域（汪品先，1995）。作為東亞大陸物質(zhì)的主要沉積區(qū)，南海已經(jīng)受到了學(xué)術(shù)界越來(lái)越多的關(guān)注。目前研究工作主要集中于沉積連續(xù)、信號(hào)記錄穩(wěn)定但沉積速率較慢、總體分辨率較低的深海區(qū)沉積物（Tianetal．，2004；Weietal．，2006；Sunetal．，2008；Duanetal．，2017；Gaietal．，2020）。相對(duì)而言，沉積速率較快、分辨率較高的淺海大陸架沉積為高分辨率年代學(xué)和古環(huán)境的研究提供了重要的地質(zhì)材料，但由于大陸架沉積環(huán)境動(dòng)蕩導(dǎo)致沉積信號(hào)記錄不穩(wěn)定甚至缺失。目前對(duì)于南海大陸架沉積的研究相對(duì)較少，尤其是對(duì)鉆孔沉積物高分辨率年代學(xué)及古環(huán)境的研究少見(jiàn)報(bào)道。本文選取位于南海北部陸架區(qū)的DG鉆孔，結(jié)合微體生物化石的鑒定結(jié)果，利用孢粉以及磁學(xué)指標(biāo)對(duì)該孔更新世晚期沉積物年代學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作，在此基礎(chǔ)上，初步探討了該區(qū)沉積物中蘊(yùn)含的古環(huán)境信息。

圖1 DG鉆孔位置圖Fig．1 The location of the Core DG．

1 研究區(qū)概況

南海的經(jīng)緯度范圍約為（3°～23°N，99°～122°E），EW 寬約1 000km，SN長(zhǎng)約2 000km，總面積＞350萬(wàn)km2，平均水深1 800m，最深處可達(dá)5 400m，是西太平洋最大的邊緣海之一。其西部和北部緊靠亞歐大陸，東至菲律賓群島，南至加里曼丹島，東北為臺(tái)灣島，整體水域較為封閉（圖1），主要通過(guò)一些海峽與外海相連通。南海北部大陸架基本輪廓呈NE向帶狀分布，長(zhǎng)約1 400km，最大寬度約310km，南北兩端坡度較大，中間較為寬緩。水深變化較為穩(wěn)定，等深線走向與華南大陸的展布方向基本一致（Zhangetal．，2013）。

南海北部周邊眾多河流的匯入，使其匯集了來(lái)自周邊陸地的巨量沉積物。南海表層海水的冬季風(fēng)環(huán)流以及沿岸流可將珠江等河流物質(zhì)向S輸入。同時(shí)，臺(tái)灣島西岸的河流輸入物可通過(guò)臺(tái)灣海峽，與南下的沿岸流攜帶的長(zhǎng)江物質(zhì)一起被帶入南海北部（Zhangetal．，2013）。此外，海南島獨(dú)特的地形和氣候條件十分有利于地表徑流的物質(zhì)剝蝕和搬運(yùn)入海，從而也可能為海南島周邊海域提供一定的沉積物質(zhì)（Zhangetal．，2013）。

2 材料與方法

本文研究的DG鉆孔位于南海北部大陸架（114.424°E，21.945°N），鉆孔處水深45.2m，鉆孔總深度為80m，可分為13層（圖2），各層特征詳細(xì)描述如下：

圖2 DG鉆孔沉積物特征Fig．2 Characteristics of the sediments in Core DG．

層1（0～5.1m）：灰色流泥，飽和流塑狀態(tài)，含少量貝殼碎屑及腐殖質(zhì)，有腥臭味。

層2（5.1～7.0m）：深灰色淤泥，飽和流塑狀態(tài)，含少量貝殼碎屑及腐殖質(zhì)，有腥臭味。

層3（7.0～9.2m）：淺灰色粗砂，飽和稍密狀態(tài)，級(jí)配良好，次棱角狀，上部含少量泥質(zhì)，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，含少量貝殼碎屑。

層4（9.2～10.8m）：灰色粉砂，飽和松散狀態(tài)，局部稍密，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，含少量貝殼碎屑。

層5（10.8～19.9m）：深灰色淤泥，飽和流塑狀態(tài)，含少量貝殼碎屑及腐殖質(zhì)，有腥臭味。

層6（19.9～28.5m）：灰色細(xì)砂，飽和稍密狀態(tài)，礦物成分為石英、長(zhǎng)石，含少量貝殼碎屑及腐殖質(zhì)。

層7（28.5～31.8m）：深灰色粉砂，飽和松散狀態(tài)，礦物成分為石英、長(zhǎng)石，含較多黏粒，見(jiàn)少量貝殼碎屑及腐殖質(zhì)。

層8（31.8～38.0m）：灰色細(xì)砂，飽和稍密狀態(tài)，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，上部夾有薄層淤泥質(zhì)土，含少量貝殼碎屑及腐木碎屑。

層9（38.0～46.0m）：灰色黏土，軟塑狀態(tài)，黏性好，夾有少量粉砂，含有腐殖質(zhì)，其中38.5～38.8m為粗砂，夾有腐木碎屑。

層10（46.0～54.1m）：褐黃色粗砂，底部淺灰色，飽和中密狀態(tài)，級(jí)配良好，次棱角狀，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，底部夾中砂薄層。

層11（54.1～59.0m）：褐黃色中砂，飽和中密狀態(tài)，級(jí)配良好，次棱角狀，主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石，含有貝殼碎屑。

層12（59.0～60.0m）：灰色細(xì)砂，飽和稍密狀態(tài)，礦物成分為石英、長(zhǎng)石。

層13（60.0～80.0m）：深灰色黏土，軟塑狀態(tài)，含有貝殼碎屑及腐殖質(zhì)，下部夾薄層粉質(zhì)黏土。

為限定DG鉆孔第四紀(jì)晚期沉積物的年代學(xué)框架并探討其古環(huán)境意義，我們對(duì)鉆孔沉積物進(jìn)行了連續(xù)采樣，共獲得562塊非定向樣品，并進(jìn)行系統(tǒng)的磁化率測(cè)試，同時(shí)利用平行散樣進(jìn)行色度等參數(shù)的測(cè)試工作。此外，選取了116個(gè)不同層位的樣品開(kāi)展孢粉鑒定工作，并選取16個(gè)代表性樣品進(jìn)行了微體古生物化石（包括底棲有孔蟲(chóng)、顆石藻和放射蟲(chóng)）鑒定。

樣品磁化率及色度的測(cè)試工作在國(guó)土資源部地下水礦泉水及環(huán)境監(jiān)測(cè)中心完成。使用英國(guó)Bartington公司的MS2 B型磁化率儀測(cè)量磁化率。樣品的色度采用CIE（國(guó)家發(fā)光照明委員會(huì)）1976Lab均勻顏色空間表示，其中L值代表亮度（L＝0表示黑色，L＝100表示白色），a值（正值偏向紅色，負(fù)值偏向綠色）和b值（正值偏向黃色，負(fù)值偏向藍(lán)色）代表色度。將樣品研磨至45μm的粉末，放置于WR（威福豎直立式）系列色差儀白底參數(shù)色板上，壓實(shí)壓平后，利用國(guó)產(chǎn)YT－ACM色度儀獲得色度指標(biāo)的均值。全部微體古生物分析工作在中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，鑒定工作依照微體古生物分析和研究工作的常規(guī)要求進(jìn)行。在50℃下恒溫烘干樣品，稱取全部干樣置于燒杯中，加約200m l清水浸泡，以使沉積物顆粒分散，靜置24h后，用孔徑0.154mm的標(biāo)準(zhǔn)銅篩沖洗，收集篩上的粗組分，再經(jīng)50℃恒溫烘干以備鏡下鑒定。鑒定工作在雙目實(shí)體顯微鏡（型號(hào)為Olympus SZX61）下進(jìn)行。顆石藻樣品的處理采用標(biāo)準(zhǔn)涂片法進(jìn)行，具體方法為：取少許沉積物放在蓋玻片上，滴數(shù)滴去離子水，用牙簽將沉積物涂抹均勻，然后放在電熱板上慢慢烘干，在載玻片上滴上1～2滴紫外光固化學(xué)膠（Norland Optical Adhesive 61），蓋上蓋玻片，放在紫外燈光下數(shù)分鐘即固定成片。將玻片置于偏光顯微鏡（Olympus BX53）下放大1 000倍進(jìn)行顆石藻化石觀察、屬種鑒定和統(tǒng)計(jì)。

3 主要結(jié)果

3.1 磁化率

DG鉆孔磁化率隨深度的變化曲線如圖3所示。磁化率整體變化幅度較大，最小值為3.8×10－8m3／kg，最大值為47.8×10－8m3／kg。根據(jù)整個(gè)鉆孔的磁化率隨深度變化曲線的特征，共可將其劃分為9段，包括5個(gè)高值段（深約5.1m以淺、9.2～19.9m、31.8～38.0m、60.0～68.0m以及75.0～80.0m）和4個(gè)低值段（深5.1～9.2m、19.9～31.8m、38.0～60.0m 以及68.0～75.0m）（圖3）。

圖3 DG鉆孔沉積物磁化率隨深度的變化曲線Fig．3 The curve ofmagnetic susceptibility versus depth of the sediments in Core DG．

3.2 色度

在DG鉆孔色度隨深度的變化曲線上（圖4），亮度L，紅度a和黃度b呈現(xiàn)出較為一致的變化趨勢(shì)：在鉆孔下段（深59.0～80.0m），3種指標(biāo)數(shù)值雖略有波動(dòng)，但均保持較低的數(shù)值，隨后從深約59.0m開(kāi)始出現(xiàn)較大幅度的增加，深59.0～43.0m段為高值段。亮度在約43.0m深處開(kāi)始顯著降低，而紅度和黃度數(shù)值明顯增大，在此之后呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)；至深度31.8m處，3個(gè)指標(biāo)的數(shù)值再次出現(xiàn)明顯下降；在DG鉆孔深約19.8m處，亮度和黃度顯著降低，紅度表現(xiàn)出增大趨勢(shì)。在鉆孔最上部（深3.7～5.1m處），亮度數(shù)值均較低，而紅度和黃度均出現(xiàn)另一高值段。因此，DG鉆孔的色度整體上可以分為7段，即：80.0～59.0m段，氣候相對(duì)較為濕熱，水體較深，還原作用較強(qiáng)，整體可能對(duì)應(yīng)于間冰期相對(duì)較為濕熱的氣候；59.0～43.0m段，氣溫顯著降低，水體變淺，氧化作用強(qiáng)烈，對(duì)應(yīng)于冰期干冷為主的氣候條件；43.0～31.8m段，溫度顯著升高，水體加深，雖然氧化作用仍較明顯，但逐漸變?nèi)酰?1.8～19.9m段，溫度明顯升高，水體進(jìn)一步變深，氧化作用減弱；19.9～9.2m段，當(dāng)?shù)貧鉁剡M(jìn)一步升高，水體較深；9.2～5.1m段，溫度急劇降低，水體變淺，氧化作用顯著增強(qiáng)，對(duì)應(yīng)于冰期的寒冷氣候條件；5.1～3.7m段，溫度顯著升高，水體深度明顯增大，但紅度和黃度出現(xiàn)另一高值，原因仍不明確。

圖4 DG鉆孔沉積物色度隨深度的變化曲線Fig．4 The curves of color parameters versus depth of the sediments in Core DG．

3.3 微體古生物化石

對(duì)采自DG鉆孔上的16個(gè)代表性樣品分別進(jìn)行了底棲有孔蟲(chóng)、顆石藻以及放射蟲(chóng)的鑒定工作。其中，共鑒定有孔蟲(chóng)1 238枚，發(fā)現(xiàn)有孔蟲(chóng)32屬48種（含未定種），所鑒定的有孔蟲(chóng)皆為底棲類，僅在個(gè)別層位零星發(fā)現(xiàn)浮游有孔蟲(chóng)。DG鉆孔底棲有孔蟲(chóng)化石的個(gè)體數(shù)量變化較大，總體上在深度10.0～15.0m和59.0～75.1m這2個(gè)段落中樣品數(shù)值較高，最低的段落位于該鉆孔中部深38.0～59.0m處。大量調(diào)查研究證明，有孔蟲(chóng)的個(gè)體數(shù)量與其生活的海洋沉積環(huán)境具有密切的關(guān)系，在陸架海區(qū)，有孔蟲(chóng)個(gè)體數(shù)在濱岸帶較低，隨著水深增加而增多，至陸架外緣達(dá)到最大值。因此，有孔蟲(chóng)個(gè)體數(shù)量顯示鉆孔深10.0～15.0m段和59.0～75.1m段沉積時(shí)海平面較高，而38.0～59.0m段沉積時(shí)海平面較低。此外，DG鉆孔中鑒定出的有孔蟲(chóng)殼質(zhì)類型以玻璃質(zhì)殼為主，其次為似瓷質(zhì)殼，表明沉積環(huán)境為淺海沉積。

在DG鉆孔的13個(gè)樣品中發(fā)現(xiàn)了顆石藻化石，3個(gè)樣品未見(jiàn)顆石藻化石，特征顆石藻化石的照片見(jiàn)圖5。在含有顆石藻化石的13個(gè)沉積物樣品中，以G．oceanica為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)屬種，平均含量為83.1%，其次為E．huxleyi，平均含量為14.2%，兩者占顆石藻群落化石數(shù)量的90%以上，其他屬種化石總數(shù)不足10%。顆石藻作為鈣質(zhì)超微化石最主要的門類，是重要的生物地層指標(biāo)，在石油勘探、大洋鉆探和海洋地質(zhì)科學(xué)研究中具有重要作用。鈣質(zhì)超微化石分布廣、演化快，是世界大洋生物地層鑒定最可靠的指標(biāo)之一。根據(jù)國(guó)際地質(zhì)年表Geologic Time Scale 2012（Gradsteinetal．，2012）和Martini標(biāo)準(zhǔn)超微化石地層分帶表（Martini，1971）可知，最年輕的鈣質(zhì)超微化石生物地層學(xué)事件為E．huxleyi初現(xiàn)面（First Occurrence of Emiliania huxleyi，0.29Ma）。在本次分析的DG孔最底部樣品DG－537（75.1m）中仍發(fā)現(xiàn)顆石藻E．huxleyi，位于鈣質(zhì)超微化石分帶NN21帶的內(nèi)部，表明該孔底部的年齡＜0.29Ma，屬于第四紀(jì)晚期沉積。

圖5 DG鉆孔特征顆石藻化石照片F(xiàn)ig．5 Photos of the characteristic coccolithophores in Core DG．

3.4 孢粉

該鉆孔樣品含有豐富的孢粉顆粒和植物碎屑如氣孔器、炭屑等，說(shuō)明為近岸沉積，其中在46.0～59.0m為褐黃色中粗砂，應(yīng)為陸相沉積，由于巖性較粗，未進(jìn)行測(cè)試。

共鑒定出85個(gè)孢粉科／屬。平均每個(gè)樣品統(tǒng)計(jì)了415?；ǚ?，計(jì)算孢粉的百分比時(shí)以陸生植物花粉總和為基數(shù)，計(jì)算蕨類孢子的百分比時(shí)以所有孢粉總和為基數(shù)。孢粉以木本植物花粉為主，常見(jiàn)松屬（Pinus）、云杉屬（Picea）、鐵杉屬（Tsuga）、羅漢松科（Podocarpaceae），零星出現(xiàn)的裸子植物類型還有柏科（Cupressaceae）和雪松屬（Cedrus）。闊葉類花粉類型常見(jiàn)櫟屬（Quercus）、水青岡屬（Fagus）、楓香屬（Liquidambar）、栗屬（Castanea）、榆屬（Ulmus）等，少量出現(xiàn)的類型還有楓楊屬（Pterocarya）、胡桃屬（Juglans）、阿丁楓屬（Altinga）、榿木屬（Alnus）、鵝耳櫪屬（Carpinus）、樺木屬（Betula）、山核桃屬（Carya）、榛屬（Corylus）、冬青屬（Ilex）、木樨科（Oleaceae）、蕓香科（Rutaceae）、無(wú)患子科（Sapindaceae）等。草本植物花粉類型包括莎草科（Cyperaceae）、禾本科（Poaceae）、藜科（Chenopodiaceae）、蒿屬（Artemisia）、蓼屬（Polygonum）等，少量出現(xiàn)的類型還有紫菀型（Aster）、香蒲屬（Typha）、毛茛科（Ranunculaceae）、草屬（Humulus）、夾竹桃科（Apocynaceae）、大戟科（Euphorbiaceae）等。蕨類孢子以光滑單縫孢最為豐富，還常見(jiàn)里白屬（Hicriopteris）、鳳尾蕨屬（Pteris）、水龍骨科（Polypodiaceae）、桫欏科（Cyatheaceae）、卷柏屬（Selaginella）、紫萁科（Osmundaceae）等。根據(jù)百分比的變化可分為6個(gè)帶，自下而上描述如下：

帶A（深80.0～59.2m）：本帶木本花粉含量占優(yōu)勢(shì)，其中含量較高的科屬有Pinus（23.9%～49.1%，平均36.8%）、Picea（4.6%～21.0%，平均9.3%）、Abies（1.6%～3.8%）、Tsuga（0.7% ～6.5%）、Podocarpus（0.5% ～10.6%）、Dacrydium（0.2% ～2.6%）、Quercus（10.0%～15.7%，平均13.1%）、Liquidambar（0.2%～4.3%）、Fagus（0%～2.0%）、Castanea（0.2%～1.0%）、Ulmus（0%～2.9%）、Carpinus（0%～1.8%）等。草本花粉含量約占21.9%，變化于12.2%～34.3%之間，常見(jiàn)的類型有Artemisia（2.5%～14.2%，平均8.9%）、Cyperaceae（2.3%～13.4%，平均6.2%）、Poaceae（0.6%～3.2%，平均2.0%）、Chenopodiaceae（0.6%～8.7%，平均2.4%）等。蕨類孢子以光滑單縫孢最為豐富（8.4%～17.0%，平均12.7%），其他還有Polypodiaceae（1.1%～4.4%）、Hicriopteris（0.2%～4.0%）、Pteris（0.1%～3.3%）、Cya theaceae（0.8%～3.2%）等。

本帶孢粉豐富，以木本植物花粉為主，喜熱的孢粉類型豐富，出現(xiàn)了亞熱帶雨林的Dacrydium等，推測(cè)氣候相對(duì)溫暖濕潤(rùn)，植被為針闊混交林，存在垂直分帶性。同時(shí)含有較多溝鞭藻。

帶B（深59.2～43.0m）：本帶只有1個(gè)樣品，以Artemisia占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，含量為88.3%，其余花粉含量很低，蕨類孢子極少。前已述及，本帶為褐黃色中粗砂，應(yīng)該指示海平面下降，此時(shí)為陸相沉積，植被退化，裸露的地表退化為草原。可能對(duì)應(yīng)冰期寒冷的氣候。

帶C（深43.0～31.9m）：本帶顯著的變化是木本中針葉類花粉的含量下降，平均為20.5%；闊葉類的含量升高至47.7%；草本花粉略有升高，含量為26.5%。顯著增加的類型有Quercus（21.7%～30.2%，平均24.3%）、Fagus（3.1%～16.5%，平均9.5%）、Liquidambar（2.3%～6.4%，平均4.4%）、Carpinus、Carya、Sapindaceae、Corylus等。草本植物花粉中Poaceae的含量升高至8.3%，Chenopodiaceae與Artemisia的含量顯著下降。蕨類孢子的含量略有升高。

這一階段對(duì)應(yīng)的氣候應(yīng)該比帶A暖濕，因?yàn)镕agus要求的濕度條件較高。但本段溝鞭藻的含量很低，巖心中出現(xiàn)了腐木碎屑，未發(fā)現(xiàn)顆石藻等海相化石，有孔蟲(chóng)含量很低，推測(cè)可能對(duì)應(yīng)間冰期暖濕的湖沉積。

帶D（深31.9～19.9m）：本帶闊葉類花粉的含量下降至36.0%，草本花粉的含量升高至37.2%。其中下降的類型有Quercus（20.4%）、Fagus（3.8%）、Liquidambar（2.9%），略有升高的有Castanea（3.8%）。草本花粉中Artemisia的含量升高至20.0%，Chenopodiaceae升高至1.3%，其他Asteraceae的含量增加至2.3%，而減少的類型有Cyperaceae（4.5%）和Poaceae（3.7%）。蕨類孢子的含量下降至17.8%。溝鞭藻少量出現(xiàn)。本階段氣候較帶C暖濕程度下降。

帶E（深19.9～9.1m）：本帶的草本花粉含量升高至43.3%，Poaceae的含量為11.4%，Cyperaceae的含量為7.6%。蕨類孢子的含量升高至26.2%，Hicriopteris的含量為8.6%，Pter is的含量為6.1%。其余科屬變化不大。禾本科花粉增加的原因尚不清楚。

帶F（9.1～3.8m）：本帶內(nèi)共有2個(gè)樣品，針葉類的含量增加至52.4%，Pinus的含量為45.9%；闊葉類的含量降低至18.9%，Quercus的含量降至13.4%；草本花粉的含量降低至27.8%，Cyperaceae的含量下降至2.6%，Artemisia的含量降至10.0%。蕨類孢子的含量最高，平均為38.8%，其中Hicriopteris的含量增加至22.8%，表明當(dāng)時(shí)氣候相對(duì)暖濕。

4 討論

4.1 DG鉆孔的年代學(xué)框架

中國(guó)南海一方面受青藏高原隆升及東亞季風(fēng)的影響，其地理位置決定了南海對(duì)環(huán)境變遷的敏感性。另一方面，南海通過(guò)狹窄的水道與太平洋連通，受全球性演化規(guī)律的制約，對(duì)全球海平面波動(dòng)、構(gòu)造活動(dòng)和氣候變化等反映極為敏感。因此，尋找有效的古氣候替代指標(biāo)，通過(guò)與已知標(biāo)準(zhǔn)深海同位素曲線的對(duì)比來(lái)限定其年代學(xué)框架是行之有效的方法。

礦物的磁學(xué)性質(zhì)與物源及沉積環(huán)境相關(guān)，故可根據(jù)沉積物的磁學(xué)差異反演沉積環(huán)境（劉青松等，2009）。由于磁化率的測(cè)量方法簡(jiǎn)單、快捷，該數(shù)據(jù)被越來(lái)越多地應(yīng)用于地層對(duì)比以及古氣候的研究。20世紀(jì)80年代，Heller等（1984）首次將洛川黃土－古土壤剖面磁化率和深海氧同位素曲線進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)黃土－古土壤旋回與冰期－間冰期旋回具有很好的對(duì)應(yīng)，進(jìn)而認(rèn)為磁化率可以揭示黃土－古土壤的古氣候演化歷史。近年來(lái)，磁化率也被廣泛應(yīng)用于各地黃土－古土壤古氣候（安芷生等，2006）以及海洋沉積物年代學(xué)限定等方面（Duanetal．，2017；Gaietal．，2020）的研究。

為系統(tǒng)限定DG鉆孔第四紀(jì)晚期沉積物的年代學(xué)框架，我們?cè)谖Ⅲw古生物化石、孢粉鑒定結(jié)果的基礎(chǔ)上，將該鉆孔的磁化率隨深度的變化曲線與國(guó)際大洋鉆探ODP 1146孔（Wanget al．，2016）和ODP 677孔（Shackletonetal．，1990）的深海氧同位素曲線進(jìn)行了系統(tǒng)對(duì)比（圖6）。如前文所述，顆石藻E．huxleyi在該鉆孔最底部樣品（約75.1m）中仍有發(fā)現(xiàn)，根據(jù)最年輕的鈣質(zhì)超微化石生物地層學(xué)事件為E．huxleyi的初現(xiàn)面（290ka）判斷，該孔下部（約75.1m）的沉積物年齡不會(huì)超過(guò)290ka。

圖6 DG鉆孔沉積物磁化率與ODP 1146和ODP 677深海氧同位素的對(duì)比Fig．6 The comparison between magnetic susceptibility of the sediments in Core DG and the marine oxygen isotope of ODP 1146 and ODP 677．紅色星形代表顆石藻E．huxleyi出現(xiàn)的位置

根據(jù)磁化率隨深度變化曲線的特征，我們將磁化率高值段與深海氧同位素曲線上的高值段，即間冰期相對(duì)應(yīng)，并將磁化率低值段與冰期相對(duì)應(yīng)：段1（3.7～5.1m）對(duì)應(yīng)于深海氧同位素階段1（Marine Isotope Stage 1，miS 1），段3（9.2～19.2m）對(duì)應(yīng)于miS 3，段5（31.8～38.0m）對(duì)應(yīng)于miS5e，段7（59.0～68.0m）對(duì)應(yīng)于miS7，最下部段9（75.0～80.0m）對(duì)應(yīng)于miS9。因此，DG鉆孔沉積物最底部年齡應(yīng)約為300ka，位于深海氧同位素9階，未見(jiàn)底。

在DG鉆孔沉積物中未見(jiàn)明顯的沉積間斷，應(yīng)為較連續(xù)的沉積。根據(jù)鉆孔的年代學(xué)框架和沉積厚度計(jì)算出鉆孔區(qū)300ka以來(lái)各階段的沉積速率分別為：miS 1的平均沉積速率為11.7cm／ka，miS 2的平均沉積速率為31.5cm／ka，miS 3的平均沉積速率為23.8cm／ka，miS 4的平均沉積速率為43.0cm／ka，miS5的平均沉積速率為22.6cm／ka，miS6的平均沉積速率為36.7cm／ka，miS 7的平均沉積速率為14.8cm／ka，miS 8的平均沉積速率為20.0cm／ka，miS 9的平均沉積速率為26.1cm／ka（miS 9未見(jiàn)底）（圖7）?？梢钥闯觯趦?nèi)的沉積速率明顯大于間冰期，這主要是由于冰期時(shí)海平面下降，陸架曝露，沉積區(qū)域離河口的距離縮短，更多的陸源碎屑物質(zhì)被河流搬運(yùn)到達(dá)沉積區(qū)，從而陸源沉積速率均呈現(xiàn)出冰期高而間冰期低的變化趨勢(shì)（鄭洪波等，2008）。同時(shí)，由于搬運(yùn)距離相對(duì)縮短，陸源碎屑經(jīng)過(guò)較短距離的搬運(yùn)即沉積下來(lái)，導(dǎo)致冰期沉積物粒度相對(duì)較粗（圖2）。

圖7 DG鉆孔300ka以來(lái)的沉積速率Fig．7 The sedimentary rate of sediments in Core DG since 300ka．

4.2 古環(huán)境意義

雖然大洋體系研究對(duì)于重建古氣候以及海陸相互作用有著關(guān)鍵意義，但由于深海沉積的分辨率較低，故沉積速率較高的邊緣海陸架沉積就成為了恢復(fù)第四紀(jì)以來(lái)古環(huán)境變化的有效工具（梅西等，2015）。目前南海地區(qū)第四紀(jì)沉積物年代學(xué)及古環(huán)境的研究主要集中于陸坡及海盆，相對(duì)而言針對(duì)陸架的研究非常少。因此，本研究在DG鉆孔更新世晚期沉積物年代學(xué)框架的基礎(chǔ)上，利用磁化率、色度，結(jié)合孢粉、微體古生物化石的鑒定結(jié)果，對(duì)其古環(huán)境意義進(jìn)行了初步探討，以期為南海陸架區(qū)第四紀(jì)沉積物定年和古環(huán)境研究提供補(bǔ)充和有益參考。

利用沉積物色度指標(biāo)研究古氣候變化是近年來(lái)古氣候研究中的一種重要方法。沉積物色度可以反映沉積物的宏觀顏色與氣候條件以及氧化還原環(huán)境之間的關(guān)系，因此可以作為第四紀(jì)沉積物高分辨率的氣候指標(biāo)（Williams等，1997）。近年來(lái)，色度指標(biāo)已被廣泛應(yīng)用于第四紀(jì)黃土（Yangetal．，2003；陳杰等，2018）、湖泊沉積（李明慧等，2007；吳健等，2009）以及新生代陸相沉積古氣候的研究中（Sunetal．，2017；Zhangetal．，2020）。

色度最常用的3個(gè)指標(biāo)是亮度L（L＝0表示黑色，L＝100表示白色）、紅度a（正值偏向紅色，負(fù)值偏向綠色）和黃度b（正值偏向黃色，負(fù)值偏向藍(lán)色）。L值主要與沉積物中總有機(jī)碳的含量、碳酸鈣含量以及Ca元素有關(guān)，L值高反映氣溫低，L值低則氣溫高；紅度a主要取決于沉積物中赤鐵礦含量的變化，兩者之間顯著的正相關(guān)可以反映氣候變干的過(guò)程（Sunetal．，2017）；黃度b主要受不同價(jià)態(tài)鐵的氫氧化物含量影響，可以反映水體深度和有效濕度的變化，b值高，表明水體較淺，氧化作用增強(qiáng)。

色度與孢粉鑒定結(jié)果表明兩者較為吻合且與磁化率之間存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖8）。帶A的氣候相對(duì)較為暖濕，亮度、紅度和黃度均較低，整體可與miS 7—miS 9段相對(duì)應(yīng)；帶B氣候較為寒冷，色度指標(biāo)顯著增大，可與miS6b—c相對(duì)應(yīng)；帶C為間冰期較為暖濕的氣候，可與miS 5e—miS 6a相對(duì)應(yīng)；帶D的暖濕程度較帶C下降，可與miS 4—miS 5d段相對(duì)應(yīng)；帶E基本可與miS 3對(duì)應(yīng)，而帶F對(duì)應(yīng)于miS1—miS2。同時(shí)，這也與有孔蟲(chóng)個(gè)體數(shù)量所指示的海洋沉積環(huán)境基本一致。有孔蟲(chóng)個(gè)體數(shù)量顯示，鉆孔10.0～15.0m段（miS 3）和59.0～75.1m段（miS7）沉積時(shí)海平面較高，而38.0～59.0m段（miS6）沉積時(shí)海平面較低。值得指出的是，孢粉、色度的分帶與磁化率并非完全吻合，一方面可能與樣品采集密度有關(guān)。另外，磁化率的最大值出現(xiàn)在43～59m段，數(shù)值之間的差距可能掩蓋了其他段的變化趨勢(shì)。

圖8 DG鉆孔孢粉、色度與磁化率的對(duì)比Fig．8 The comparison between pollen records，color parameters and magnetic susceptibility of the sediments in Core DG．淺色條帶、深色條帶和虛線分別表示孢粉、磁化率以及色度的分帶結(jié)果

綜上所述，DG鉆孔更新世晚期沉積物在磁化率、色度以及孢粉方面表現(xiàn)出明顯的冰期－間冰期旋回的特征。間冰期時(shí)，氣候相對(duì)較為暖濕，海平面升高，水深增大，以還原作用為主，主要形成強(qiáng)磁性的磁性礦物（如磁鐵礦等），導(dǎo)致沉積物磁化率的升高（Liuetal．，2012）。同時(shí)，暖濕的氣候條件導(dǎo)致陸地植被類型豐富，河流搬運(yùn)的陸源碎屑物質(zhì)中的有機(jī)質(zhì)含量增加，沉積物亮度、紅度和黃度均降低；而在冰期時(shí)，氣候較為寒冷，海平面顯著降低，水深減小，以氧化作用為主，主要形成弱磁性的磁性礦物（如赤鐵礦等）（Maher，1986；Liuetal．，2012；Gaoetal．，2018），導(dǎo)致沉積物磁化率的降低和紅度的升高。冰期時(shí)陸地植被的減少以及水體的變淺致使河流搬運(yùn)沉積物中有機(jī)質(zhì)含量減少，引起亮度的降低和黃度的升高。因此，更新世晚期以來(lái)，南海北部陸架區(qū)的沉積物磁化率可以反映東亞地區(qū)更新世晚期以來(lái)的冰期－間冰期旋回。

5 結(jié)論

本文在微體古生物化石的基礎(chǔ)上，利用磁化率對(duì)南海北部陸架區(qū)DG鉆孔更新世晚期沉積物的年代學(xué)框架進(jìn)行了限定，通過(guò)與深海氧同位素曲線的對(duì)比表明其底部年齡約為300ka，整體可對(duì)應(yīng)于深海氧同位素階段miS 1—miS 9（未見(jiàn)底）。磁化率表現(xiàn)出明顯的冰期－間冰期旋回的特征：冰期時(shí)氣候較為寒冷，水體變淺，以氧化作用為主，主要形成弱磁性的磁性礦物（如赤鐵礦），導(dǎo)致磁化率較低；間冰期時(shí)，氣候相對(duì)暖濕，水體變深，以還原作用為主，主要形成強(qiáng)磁性的磁性礦物（如磁鐵礦等），導(dǎo)致沉積物磁化率的顯著增強(qiáng)。

磁化率數(shù)據(jù)與深海氧同位素的對(duì)比作為一種相對(duì)定年技術(shù)，在南海北部陸架區(qū)更新世晚期沉積物定年中是適用且可靠的。在未來(lái)的工作中可以嘗試?yán)么呕蕦?duì)海洋沉積物進(jìn)行定年以及對(duì)比研究。

致謝中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所蘇翔、萬(wàn)隨和中國(guó)地震局地質(zhì)研究所徐紅艷在微體古生物化石和孢粉鑒定方面提供了幫助；審稿專家對(duì)本研究提出了寶貴意見(jiàn)。在此一并表示感謝！