渤海灣北岸海相貝殼AMS 14C測(cè)年與“駐留時(shí)間”

陳永勝，李建芬，楊朋，王福，田立柱

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170；2.中國地質(zhì)調(diào)查局海岸帶地質(zhì)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300170）

地層中埋藏的貝殼是放射性碳十四（AMS14C）測(cè)年的常見材料，用來指示地層的沉積年代[1-6]。通常測(cè)得的貝殼AMS14C年齡是生物死亡距今經(jīng)歷的時(shí)間，也就是說，如果貝殼死亡后被原地埋藏，其AMS14C年齡可以代表地層形成年代。但大多數(shù)貝殼死亡前后都不同程度地被水體搬運(yùn)而埋藏，這一再搬運(yùn)過程可能會(huì)經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間，即地層沉積時(shí)間與貝殼的AMS14C年齡之間存在一段“駐留時(shí)間”[7]。因此，地層中貝殼AMS14C“駐留時(shí)間”校正是提高地層年代學(xué)精度的重要環(huán)節(jié)。近年來，對(duì)渤海灣西岸貝殼堤“駐留時(shí)間”的研究表明，同一單層同種貝殼的閉合殼—單瓣殼—貝殼碎片的年齡通常具有逐漸變老的次序，初步獲得單瓣貝殼的“駐留時(shí)間”經(jīng)驗(yàn)值是440 yr，貝殼碎屑的“駐留時(shí)間”經(jīng)驗(yàn)值是650 yr[8,9]。但貝殼堤作為海岸線演化的特殊地質(zhì)體，其沉積環(huán)境、搬運(yùn)營力多元，通過貝殼堤中不同形態(tài)的貝殼所總結(jié)的“駐留時(shí)間”經(jīng)驗(yàn)值，其是否適用于其它海岸的沉積環(huán)境研究，鮮有驗(yàn)證。

本文選取渤海灣地區(qū)曹妃甸沿海全新統(tǒng)埋藏貝殼為研究對(duì)象，通過對(duì)比同一層位中不同形態(tài)貝殼的AMS14C年齡，初步總結(jié)貝殼形態(tài)-年齡序列并討論成因。

1 樣品采集與方法

2018-3孔和2018-4孔位于渤海灣北岸曹妃甸地區(qū)，鉆孔上部25 m以淺巖心為灰棕色粘土質(zhì)粉砂或粉細(xì)砂沉積，受全新世海面上升影響，河口、潮灘環(huán)境發(fā)育，貝殼含量相對(duì)豐富（圖1，2）。在2個(gè)鉆孔的14個(gè)層位中共采集了34個(gè)不同形態(tài)的貝殼樣品進(jìn)行AMS14C測(cè)年。樣品所在層位厚度2～15 cm，在同一層位提取到雙殼閉合的、單瓣的、腹足類、貝殼碎屑中的兩種或多種材料（單瓣和碎屑樣品盡可能選用同種雙殼類），對(duì)每個(gè)樣品拍照，記錄屬種及形態(tài)大小。測(cè)年由美國Beta實(shí)驗(yàn)室完成，半衰期以5 568年計(jì)，測(cè)定結(jié)果按照國際14C委員會(huì)推薦的通行方法（CALIB軟件）進(jìn)行校正后以日歷年齡表達(dá)（yr cal BP）。海洋貯存庫效應(yīng)校正值是-178±50 yr[10,11]。本次共測(cè)得14組年齡對(duì)比數(shù)據(jù)，以此為依據(jù)對(duì)研究區(qū)地層中全新世貝殼的駐留時(shí)間初加討論，提高年代學(xué)研究精度。

圖1 鉆孔位置圖Fig.1 Map showing the borehole locations

2 結(jié)果與討論

圖2 AMS 14C測(cè)年貝殼樣品Fig.2 Shell materials for AMS 14C dating

AMS14C測(cè)年結(jié)果見表1。按照校正年齡中值計(jì)算，2018-4鉆孔埋深6.70～6.68 m地層年齡為4 644～3 927 yr cal BP。埋深7.93～7.90 m地層年齡為5 482～5 016 yr cal BP。2018-3鉆孔埋深6.77～6.16 m地層年齡為1 455～589 yr cal BP，埋深22.00～23.60 m，地層年齡為9 564～6 307 yr cal BP。地層年齡由下向上逐漸年輕，自洽性良好，結(jié)果可信。

表1 2018-4和2018-3鉆孔貝殼AMS 14C測(cè)年材料與結(jié)果Table 1 AMS14C dating materials and results for the shells of Boreholes 2018-4 and 2018-3

14組測(cè)年材料中，11組樣品含碎屑形態(tài)貝殼，其中樣品2018-3（19），貝殼碎屑年齡7 842 yr cal BP，閉合雙殼年齡7 822 yr cal BP，兩種形態(tài)貝殼年齡基本一致；2018-4（5）和2018-3（6）兩組樣品顯示貝殼碎屑年齡比腹足類或單瓣殼的年齡偏大，樣品2018-4（5）貝殼碎屑年齡4 644 yr cal BP，完整腹足類昌螺年齡4 312 yr cal BP，完整單殼年齡3 927 yr cal BP，呈碎屑年齡、整腹足類年齡、完整單殼年齡依次變小序列；樣品2018-3（6）貝殼碎屑年齡7 907 yr cal BP，完整單殼年齡7 741 yr cal BP，雖然貝殼碎屑較完整單殼年齡偏大，但兩種形態(tài)貝殼年齡以2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的校正年齡部分一致；其余8組含碎屑形態(tài)貝殼的年齡結(jié)果表明，同一層位中貝殼碎屑年齡均比單瓣殼和腹足類年齡偏小，以校正年齡中值計(jì)算，年齡差值總體介于104～466 yr。以2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的校正年齡對(duì)比，不同形態(tài)貝殼的年齡雖有部分接近，但主體仍呈現(xiàn)貝殼碎屑年齡偏小的特征（圖3）。

圖3 不同形態(tài)貝殼測(cè)年結(jié)果對(duì)比圖Fig.3 Comparison chart of the dating results for different shapes of shells

14組測(cè)年材料中，6組含有完整腹足類樣品，其中2018-3（18）和2018-4（5）兩組腹足類殼體年齡介于貝殼碎片和完整單殼之間，其余4組腹足類殼體年齡均大于貝殼碎片或完整單殼年齡，年齡差值總體介于52～466 yr。

14組測(cè)年材料中，3組含有完整閉合雙殼，其中2018-3（5）和2018-3（18）兩組樣品完整雙殼年齡介于貝殼碎屑和單殼（腹足類）之間，但在2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的校正范圍內(nèi)，年齡部分接近，2018-3（19），兩種形態(tài)貝殼年齡基本一致。3組含有完整閉合雙殼年齡無明顯偏小特征。

上述數(shù)據(jù)表明在研究區(qū)同一地層中，用于測(cè)年的腹足類-單瓣殼-貝屑3種形態(tài)貝殼的年齡通常具有依次變小的特征，這一結(jié)果明顯不同于渤海灣西岸貝殼堤中同一單層同種貝殼的閉合殼-單瓣殼-貝殼碎片的年齡逐漸變老的次序。

貝殼堤是多成因的海岸演化過程產(chǎn)物，渤海灣西岸年輕貝殼堤可大致分為三部分，下部發(fā)育于潮下帶上部一潮間帶，由潮流、波浪簸選、堆積而成，常為毫米級(jí)貝殼碎屑與泥沙的混合物；中部發(fā)育于潮間帶上部一潮上帶，由高動(dòng)能的風(fēng)暴潮和越流水裹挾堆積而成，貝殼碎片一般數(shù)厘米并有大量單瓣貝殼。上部為風(fēng)力吹揚(yáng)不斷加高的沿海沙丘，由直徑數(shù)毫米的貝屑組成[12-16]。即用于研究貝殼堤駐留時(shí)間效應(yīng)的14C測(cè)年樣品通常取自高潮灘面或平均大潮高潮位相對(duì)平靜與風(fēng)暴浪—高潮水交替的高動(dòng)能沉積環(huán)境。如此較強(qiáng)的水動(dòng)力使得雙殼類貝殼在搬運(yùn)、進(jìn)入貝殼堤或成為貝殼夾層的埋藏過程中，原來閉合的2個(gè)半殼很容易開裂分開，隨著機(jī)械外力強(qiáng)度的增加，繼而進(jìn)一步破碎，因此，貝殼堤中貝殼的閉合殼、單瓣殼和貝殼碎片的3種保存形態(tài)中，閉合殼經(jīng)歷的再搬運(yùn)和外力破壞最輕微，碎片最強(qiáng)烈，而單瓣殼介于二者之間，從而形成閉合殼-單瓣殼-貝殼碎片的年齡逐漸變老的次序。

本次研究位于渤海灣北岸曹妃甸地區(qū)，區(qū)內(nèi)全新統(tǒng)為一套灰色、黃灰色沖積、海積、湖沼相沉積物，以粉土、粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂為主，夾有淤泥層或海相層，含少量分散鈣與鈣核，質(zhì)地疏松，厚度26～30 m[17-20]。2018-3孔和2018-4孔全新世以來隨著海平面上升，經(jīng)歷了洪泛沼澤-潮間帶-潮下淺海-近岸河口等沉積環(huán)境，沉積物總體偏細(xì)，以粘土質(zhì)粉砂或粉砂為主，發(fā)育潮汐層理，無明顯侵蝕界線，反映了較弱或穩(wěn)定的水動(dòng)力條件。地層中貝殼以牡蠣為主，部分層位含殼體較薄的紋蛤和光滑河籃蛤，且體形普遍較小，幼體富集，該生物組合通常生活在潮間帶下部及潮下淺海地區(qū)，洽與研究區(qū)沉積環(huán)境相符。通過地層的巖相及生物組合特征可推測(cè)在較弱的水動(dòng)力條件下，大部分貝殼死后未經(jīng)歷遠(yuǎn)距離搬運(yùn)而就近被埋藏，甚至部分貝殼死亡后原地沉積，在壓實(shí)過程中殼體發(fā)生破損。樣品2018-3（19）完整閉合雙殼年齡與同種的貝屑年齡基本一致，或多組樣品不同形態(tài)貝殼年齡以2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的校正年齡部分接近，可近一步支持這一推測(cè)。

在近距離搬運(yùn)或往復(fù)水流弱動(dòng)力淘選中，腹足類殼體較厚耐搬運(yùn)，在死亡后較長(zhǎng)時(shí)間能夠保持形態(tài)完整，雙殼類特別其幼體殼薄，死亡后較短時(shí)間內(nèi)開裂進(jìn)而破碎，因此同一層位中腹足類年齡多老于雙殼類年齡。同理，雙殼類較大個(gè)體較幼體殼耐搬運(yùn)，在死亡后較長(zhǎng)時(shí)間能夠保持完整，而本次測(cè)年采用的貝殼碎片多為較小個(gè)體或幼體殼的一部分，極易破碎，同種雙殼類單殼年齡常大于其幼體的碎片年齡。

3 結(jié)論

渤海灣北岸曹妃甸地區(qū)2018-3孔和2018-4孔AMS14C測(cè)年結(jié)果顯示，在研究區(qū)同一地層中，用于測(cè)年的腹足類—單瓣殼—貝屑3種形態(tài)貝殼的年齡通常具有依次變小的特征，以校正年齡中值計(jì)算，年齡差值總體介于52～466 yr。以2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的校正年齡對(duì)比，不同形態(tài)貝殼的年齡部分接近。這一結(jié)果明顯不同于渤海灣西岸貝殼堤中同一單層同種貝殼的閉合殼—單瓣殼—貝殼碎片的年齡逐漸變老的次序。這種貝殼形態(tài)-年齡序列的差別系沉積環(huán)境不同，搬運(yùn)營力及距離差異性導(dǎo)致。