黄东海区域晚第四纪海陆交互沉积地层的释光年代学研究

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晚第四纪黄东海内陆架及江苏沿海平原处于海—陆交互作用地带,河流—平原—海岸—浅海沉积环境呈现复杂的交替与过渡状态。多种沉积环境下形成的沉积地层及其建造的地貌单元是研究沿海地区晚第四纪海陆交互作用历史的良好载体。多年以来,前人在研究区通过沉积地质学、生物地层学、层序地层学等对区域晚第四纪沉积过程和古环境演化开展了大量的研究工作。然而,受绝对定年技术的限制,研究尺度多局囿于3~4万年。研究区在更长时间尺度海陆变迁过程、古长江黄河迁徙路径与入海河口以及同时期发育的古江河大三角洲地貌与环境演化、晚第四纪海侵历史及驱动机制等重大科学问题,因缺乏可靠的年代学证据,一直悬而未决。  本文以黄东海陆架地区YZ08、YZ07、YZ05、YZ06和YZ02孔,苏北沿海平原地区EGWY02、ZKA2、ZKB4和ZKA1孔和长江三角洲平原地区YD006、YD014、YD016和EGQD14孔,共计13支长序列钻孔为研究材料,以研究区晚第四纪海陆交互作用的沉积地层与环境演化特征为研究目标,应用石英释光(optically stimulated luminescence,OSL)和最新的钾长石两步红外释光(post-IR IRSL,pIRIR)定年技术,结合沉积学、地层学、年代方法学等多学科研究内容,构建区域的释光年代地层学体系、分析研究区250ka以来沉积环境特征与演变动态,探讨距今128ka(MIS5)海侵历史等多个科学问题,为揭示区域沉积演化模式以及影响机制提供新的年代地层学证据。本研究获得以下主要结论:  1.通过研究区钻孔沉积物的释光测年方法学研究认为:(1)部分粗颗粒(90-200μm)常规的OSL测年因受长石包裹体带来的释光信号污染,导致OSL年龄低估。(2)脉冲释光(POSL)测年法可以有效解决粗颗粒石英年龄低估问题,获得可靠的OSL年龄。(3)细颗粒(4-11μm)石英OSL测年具有较好的测年效果。(4)粗/细颗粒石英对比研究表明,两者在误差范围内一致,作为交互检验的方式,表明研究区OSL测年样品总体晒退较好。(5)钾长石红外释光测年法(pIRIR流程)对约束研究区老地层年代具有较好的应用潜力,可以将地层年代拓展到“倒二冰期”及更老时段。  2.以YZ07孔为例,将OSL和14C两种独立定年技术获得的年代结果进行对比研究表明:(1)YZ07孔高分辨率OSL年代序列与地层层序变化序列相一致,而14C年代序列出现上下层位严重倒置现象,说明在陆架浅海-滨海平原地区,受强水动力以及再沉积作用影响,14C年代常出现严重倒置,导致其可信程度降低。(2)对研究区绝对多数钻孔中老于>43000a的地层,14C无法获得可靠的地层年龄,以往年代地层和古环境演化研究工作多止步于14C测年上限~4万年的时间尺度,而石英OSL及钾长石pIRIR定年技术依然可以约束中更新晚期或晚更新早期以来的地层年龄。因此,在陆架和沿海第四纪古环境演化研究中,需要将释光定年技术与14C定年结合,从而提供强有力的年代学支撑。  3.钻孔沉积地层层序特征表明:(1)在黄东海陆架区YZ05/YZ06/YZ02孔,沉积地层大体经历陆地河流相-洪泛平原相—滨海相-陆架浅海相-滨海相-陆架浅海相。(2)南黄海西部江苏海岸带YZ08/YZ07孔地层层序自下而上主要经历陆地河流相—洪泛平原或陆地湖泊相—浅海相—河流或洪泛平原相—滨海或浅海相—滨岸潮滩相。(3)苏北海岸平原钻埋深在~55m以上的钻孔(EGWY02/ZKA2/ZKB4/ZKA1孔)地层层序自下而上主要包括滨浅海相—陆地河湖/洪泛平原相—滨浅海相—湖泊洼地相—滨浅海相-滨岸潮滩平原相。(4)长江三角洲地区的钻孔(YD006/YD014/YD016/EGQD14孔)沉积地层层序自下而上经历河床相—河漫滩相—滨海到浅海相—三角洲相—陆地平原相。这些钻孔沉积地层序列充分反映了地质历史时期研究区存在多期海-陆交互旋回,海陆交互作用频繁,陆相河流地貌、陆架浅海地貌和三角洲地貌发育。  4.构建的(释光)年代地层学体系清晰地表明:在垂向序列上,研究区各钻孔沉积地层存在多期和长时间尺度的沉积间断;在横向空间分布上,沉积地层出现的时空分布也表现为间断和不连续性。这些具体的年代地层序列特征表现在:(1)全新世期间,陆架海区残留早全新世薄层(<10m)沉积地层,缺失中-晚全新世地层,如YZ02/YZ05/YZ06孔;苏北平原地区保留中-晚全新世薄层沉积地层(<10m),缺失早全新世地层,如EGWY02/ZKA2/ZKB4/ZKA1),在江苏海岸和长江三角洲地区全新世年代地层序列相对连续和完整,沉积厚度较大(约20~50m)。(2)LGM阶段,研究区地层以沉积间断为主。(3)在末次冰期MIS4-MIS3阶段均存在不同程度的沉积间断。黄东海陆架和苏北平原钻孔年代地层序列特征表明MIS3阶段区域地层似乎比MIS4阶段存在更严重缺失;(4)横向空间上,MIS5阶段海相地层虽在整个研究区均有分布,但出现时间并不同步。另外,在垂向序列上,各钻孔表现不一,出现浅海到滨海相多次波动。(5)MIS6阶段晚期江苏苏北平原和海岸带为陆相地层,陆架地区发育浅海相地层;早于MIS6阶段晚期,研究区以陆地河流相-洪泛平原沉积为主,地层存在间歇性的沉积间断。  5.通过对垂直于海岸方向的5条纵向剖面和平行于海岸方向的3条横向剖面的一系列钻孔记录对比分析,重建了250ka以来研究区的沉积环境:(1)距今250~128ka,黄东海陆架及苏北平原地区总体上经历了早期(MIS7)的滨-浅海环境到中-晚期(MIS6)的陆地河流相环境转变,但可能由于不同钻孔所在地貌部位古地形差异,沉积环境亦表现出有所差异。(2)在128~75ka之间,纵横剖面的钻孔揭示黄东海陆架及沿海平原地区沉积环境总体由128ka之前的陆相环境转为滨海-浅海沉积环境,但这些浅海相地层的出现的时段并不一致,浅海相地层连续性也不一致,出现多次浅海-滨海交替,反映了全球海面的波动旋回特征。(3)在75~30ka时段分为2阶段,MIS4阶段早期,海岸线位置对应于当前黄东海陆架水深~30m(Z2剖面)。MIS3阶段研究区陆架地带北部发育水下三角洲,中部为潮滩环境,南部为河口环境,反映了海岸前缘不同地带部位河流与海洋影响强弱程度。(4)30-20ka之间,陆架出露,河流及下切河谷发育。(5)末次冰消期到全新世,受冰融水影响,海面上升,海岸呈阶段性向后退却,直至8~7ka到达江苏海岸平原,发育全新世最大海侵,随后海面下降,研究区南部长江三角洲发育,中部形成苏北滨海平原海岸地貌,北部形成废黄河三角洲,并在江苏岸外发育水下辐射沙脊地貌。  6.晚更新以来研究区仅存在两次能影响到当前海岸平原地带的大规模海侵,即MIS5阶段海侵和全新世(MIS1)海侵。前人报道的MIS3阶段发生海侵的年代地层证据不足。影响晚更新世海侵发生规模和历史的主要驱动因素可能为全球性海面波动变化。新构造运动因素并不是晚更新世MIS5和MIS3阶段有无海侵及影响强弱的主要因素。但新构造运动造成的古地形导致了研究区海侵时期沉积地层厚薄分布不均。海侵地层总体表现为“西薄东厚”的沉积格局。
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