（第四纪地质学专业论文）杭州湾晚第四纪沉积记录与环境演变研究.pdf

杭州湾晚第四纪沉积记录与环境演变研究 专业：第四纪地质学 学生：周洋 指导老师：王建华教授 摘要 河口是海陆相互作用的沉积地貌，是反映环境气候变化灵敏的地带，对揭示 气候变化、环境演化、沉积作用过程都有重要意义。杭州湾地处我国东海陆架边 缘，属强潮型河口湾，其在晚第四纪以来发育和演化过程中受到陆地和海洋因素 的综合作用，记录着丰富的区域、全球环境演化信息，这就为恢复该区的环境演 变及其全球变化研究提供了良好的信息载体。 论文主要对杭州湾跨海大桥工程详勘z k l 6 9 钻孔岩芯作了较为详细的研究。 采用多学科协同研究的方法，通过年代学分析( 共测试1 8 个样品) 、沉积物粒度 分析( 2 7 6 个样品) 、粘土矿物分析( 4 8 个样品) 、微体古生物有孑l 虫( 4 8 个样 品) 及孢粉分析( 1 2 4 个样品) 、环境磁学分析( 1 0 6 3 个数据1 等指标的综合研究， 恢复了z k l 6 9 孔自晚更新世早期约1 0 万年来的沉积环境演变。在此基础上，通 过与邻区其他有较为详细测年或沉积相等其他指标研究的钻孔进行对比，并结合 其他地区的研究成果对杭州湾地区晚更新世以来的沉积记录和环境演化作了较 为深入的分析。 岩性、粒度、磁化率、有孔虫等指标的分析表明，z k l 6 9 孔晚更新世早期基 本以河流湖泊交替的沉积环境为主。微体古生物反映期间曾受海侵影响。晚更新 世中晚期主要沉积了的滨海泻湖、浅海相、古河口湾相沉积物。全新世以古河口 湾相和现代河口湾相沉积物为主。 多项研究指标的分析表明杭州湾中部地区自晚更新世1 0 万年以来共经历三 次较大的海侵海退旋回：大约距今1 0 0 7 0 k ab p 万年问，气候波动频繁，该区 有一次较弱的海侵事件但海侵影响范围、强度均较小，可能仅分布于z k l 6 9 孔 以东地势较低的古河谷地区；距今约7 0 6 0 k ab e ，气候温凉干燥，海平面下降， 该区以陆相河流一洪泛平原环境为主；晚更新世中期的海侵大约在距今6 0 2 0 k ab p ，本次海侵分两个阶段：距今6 0 5 0 k ab e 的第一阶段海侵较弱，起初温 度仍较低，化学淋滤作用强，呈现滨海湖泊一河漫滩环境，而后气温回升，演变 为滨海泻湖环境。其后有一次气温降低事件，在距今4 0 3 0 k ab e 开始第二阶段 海侵，海侵强度较强，范围较广，微体古生物特征反映该次海侵海平面有较大波 动；全新世海侵开始于距今1 0 9k ab e ，海侵范围较广。在7 6 k ab p 海平面 达到最大，5 4 k a b p 杭州湾河口湾逐渐形成，本次海侵对杭州湾地区的沉积环 境具有明显的控制作用。3 次海侵分别对应于长江三角洲的太湖海侵、涌湖海侵、 和镇江海侵。 z k l 6 9 孔孢粉、粘土矿物等资料的分析表明杭州湾地区自1 0 力n 以来气候变 化经历了一次末次间冰期至末次冰期完整的旋回：晚更新世早期气候波动较为频 繁，温暖湿润与温凉干燥的气候交替出现。晚更新世中期由温凉寒冷干燥的气候 逐渐变得暖热湿润，期间有较大波动；晚更新世晚期气候由温暖湿润变得温凉寒 冷干燥；到全新世气候整体以温热湿润到温暖湿润气候为主，整体而言气候变化 与海平面升降、沉积物相变有较好的对应关系。 关键词：河口杭州湾沉积环境演变 t h er e s e a r c ho nt h el a t e - q u a t e r n a r ys e d i m e n t a r yr e c o r d a n de n v i r o n m e n t a le v o l u t i o ni nh a n g z h o ub a y s p e c i a l i t y ：q u a t e r n a r yg e o l o g y m a s t e rs t u d e n t ：z h o uy a n g s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gm a nh u a a b s t r a c t t h ee s t u a r yi st h ea r e aw h i c ht h ed e p o s i ti sc o n t r o l l e db yb o t hl a n da n do c e a n f a c t o r s i ti ss e n s i t i v et ot h ec h a n g e so ft h ee n v i r o n m e n ta n dt h ec l i m a t e t h es t u d yo n t h ee s t u a r yi sv e r yi m p o r t a n tt od i s c o v e rt h eg l o b a lc l i m a t i cc h a n g e s ，e n v i r o n m e n t a l e v o l u t i o na n dt h e s e d i m e m a r ys c i e n c e t h e e v o l u t i o no ft h et i d a l - d o m i n a t e d h a n g z h o ub a yw h i c hb e s i d et h eo u t e rs h e l fo ft h ee a s tc h i n as e ai nt h el a t e q u a t e m 盯yh a sb e e nc o n t r o l l e db yb o t hl a n da n do c e a nf a c t o r sw h i c hd o m i n a t e d r e s p e c t i v e l y a td i f f e r e n ts t a g e s i t st h eg o o dp o s i t i o nt ou n d e r s t a n d i n go fr e g i o n a l e n v i r o n m e n t a le v o l u t i o na n dp a l e o c l i m a t ea n dg l o b a lc h a n g ei n d u c e db yt h e l a t e q u a t e m a r y o u rs t u d yi sc h i e f l yb a s e do na8 3 7m e t e r - l o n gb o r e b o l er e c o v e r e df r o mt h e h a n g z h o ub a y w e c h o i c e d e i g h t e e ns a m p l e s f o r a g e sa n a l y s i s ；t w o h u n d r e d s e v e n t y - s i xs a m p l e sw e r es e l e c t e d f o rg r a i ns i z e a n a l y s i s ；f o r t y e i g h t s a m p l c sw e r et a k e nf o rc l a ym i n e r a la n a l y s i sa n dm i c r o f o s s i l sf o r a m i n i f c ra n a l y s i s r e s p e c t i v e l y o n eh u n d r e da n df i f t e e ns a m p l e sw e r ef o rp o l l e n s p o r ea n a l y s i s i n a d d i t i o n ，o n et h o u s a n da n ds i x t yt h r e es a m p l e sw e r ed o n ef o rp a l e o m a g n e t i s m a b a s e do nt h i sd a t ea n dt h eo t h e r sp a r t i c u l a rc o r e sn e a rt h eh a n g z b o ub a y , w e r e c o n s t r u c tt h el a t e q u a t e r n a r ys t r a t i g r a p h ys e d i m e n t a r ys e q u e n c e s ，t r a n s g r e s s i o ni n a s s o c i a t i o nw i t ht h ep a l e o - c l i m a t ef l u c t u a t i o n so fh a n g z h o ub a y t h es t r a t i g r a p h ys e d i m e n t a r ys e q u e n c e s 、g r a i ns i z ec o m p o s i t i o n s ，m a g n e t i s m a n a l y s i sa n dt h ea s s e m b l a g eo fb e n t h o n i cf o r a m i n i f e r sr e v e a l e dt h es e d i m e n t a r y s e q u e n c e si nt h ec o r eo fz k l 6 9 ：t h ee a r l ys t a g eo ft h el a t e - p l e i s t o c e n ec o n s i s t i n go f g r a ya n dc e l a d o nc o a r s et of m es a n d sa n ds a n d yc l a yr o c l 【，s e d i m e n t a r y 蠡c i e si n c l u d e r i v e rb e da n dl i m n e t i c ；m u ds t o n ea n ds a n d yc l a yr o c kd e p o s i t e di nt h em i dt ol a t e s t a g eo ft h el a t e - p l e i s t o c e n e 。s e d i m e n t a r yf a c i e si n c l u d el i t t o r a l , n e r i t i e ，r i v e rm o u t h ， a n dr i v e rb e d t h eh o l o c e n es t r a t ac o m p r i s et h ey e l l o wa n dg r a yg r a v e l l ys a n da n d s t i r f i n es a n da n dm u d s s e d i m e n t a r yf a c i e si n c l u d er i v e rm o u t ha n dn e r i t i c b a s e do nt h es t r a t i g r a p h i co r g a n i z a t i o n ，t h es e d i m e n t a r yc h a r a c t e r i s t i c sa n do t h e r m u l t i p l ee n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ，w ec a nc o n c l u d e t h a tt h e r ew e r ea b o u tt h r e e r e g r e s s i v e - t r a n s g r e s s i v ec y c l e sa n ds e v e r a ld i s c o n t i n u t i e s o nt h ed e p o s i t i o nf r o m l a t e p l e i s t o c e n ep r o c e s s e s ：a b o u t1 0 0 7 0 k ab e ，t h ec l i m a t ec h a n g e sf r e q u e n t l y , t r a n s g r e s s i o nw a se v i d e n c e db ys p o r a d i c a l l yd i s t r i b u t i o no fm a r i n ef o s s i l s ，a n dt h e t r a n s g r e s s i o ni st h ew e a k e s tp h a s ei no u rs t u d y , t h es e al e v e lo n l ya r r i v e da tt h ee a s t r e g i o n so f t h eq i a n t a n g j i a n g i n c i s e d v a l l e y ；a b e u t 6 0 2 0 k ab p ，t h es e c o n d t r a n s g r e s s i o nw a st h em o s ts i g n i f i c a n te v e n ti nt h es t u d ya r e a t w oc y c l e s ( 6 0 5 0 k a b p a n d4 0 - 2 0 k ab p ) c a nb ef u r t h e rd e f i n e db ym i c r o f o s s i l s ，d r o w n e dv a l l e ya n d c o a s tw a sd o m i n a t e dd u r i n g6 0 - 5 0 k ab p f o l l o w e db yw e a kr e g r e s s i o nd u r i n g 5 0 4 0 k ab es e al e v e lr o s er a p i d l yd u r i n g4 0 - 3 0 k ab p i n c l u d i n gm o s ta r e ao ft h e h a n g z h o ub a y i nr e s p o n s e ，s h a l l o wm a r i n eo c c u r r e dt h r n u g h a f t e r w a r d st h ec o a s t a l e n v i r o n m e n tp r e v a i l e dd u r i n g3 0 2 0 k a t h eh o l o c e n et r a n s g r e s s i o no c c u r r e da b o u t 1 0 - 9 k ab 只，t h es e al e v e la r r i v e dt h eh i g h e s to nt h e7 - 6 k ab p ，a b o u t5 - 4k ab p ，t h e h a n g z h o ub a ys e p a r a t e df r o mc h a n g j i a n gb a ya n ds e q u e n tr e s u l ti nt h ef o r m a t i o no f m o d e r nh a n g z h o ub a y t h et h r e et r a n s g r e s s i o ni ss i m i l a rt ot a i h ut r a n s g r e s s i o n ( e a r l y p l e i s t o c e n e ，1 0 0 8 0 k ab p ) g e h ut r a n s g r e s s i o n ( m i d p l e i s t o c e n e ，6 0 - 2 0 k ab p ) ，a n d z h e n g j i a n gt r a n s g r e s s i o n ( h o l o c e n e ，1 0 k ab p ) o ft h ec h a n g j i a n gd e l t a m u l t i p l ee n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ( p o l l e nd a t a , c l a ym i n e r a la n a l y s i sa n do t h e r s ) o f z k l 6 9c o r er e c o r dt h e p r o c e s sa n dc h a r a c t e r s o fp a l a c o c l i m a t ee v o l u t i o no f h a n g z h o ub a yd u r i n gt h ep a s tl o o k a d u r i n gt h ep e r i o d ，t h ep a l a e o c l i m a t eo f h a n g z h o ub a ya r e ah a sp a s s e ds e v e r a lp h a s e s ，1 0 0 7 0 k ab p ，h u m i da n da r i dp e r i o d a l t e r n a t e f r e q u e n t l y , b u tm a i n l yr e l a t i v e l ya b o u th u m i dp e r i o d ；7 0 - 6 0 k ab p r e l a t i v e l ya r i dp e r i o d ；6 0 2 0 k ab b t h ec l i m a t ec h a n g e sf r o mc o o la r i dt ow a r ma n d h u m i dp e r i o d ，w i t hs o m el i t t l ef l u c t u a t i o n ；1 0 加k ab p ，t h ec l i m a t ei s m a i n l ya b o u t w a r m h o ta n dh u m i d e t h ec l i m a t ec h a n g e sh a v eag o o dc o r r e s p o n d i n gt ot h es e a i n v a s i o na n dr e g r e s s i o n i naw o r d ，s e ai n v a s i o n r e g r e s s i o na s s o c i a t e dw i t hc l i m a t e c h a n g ew a s t h em a j o rf a c t o rs i n c el a t ep l e i s t o c e n ei nt h eh a n g z h o ub a y k e y w o r d ：e s t u a r yh a n g z h o ub a y e n v i r o n m e n t a le v o l u t i o n 第一章前 言 1 1 研究意义 第1 章前言 随着全球气候变暖、酸雨危害、臭氧层空洞、荒漠化加剧、生物多样性锐减 等问题的出现，人类对自身的生存环境越来越关注，人们要对未来的环境演化进 行预测，就需要对过去历史时期的环境演变进行研究，揭示其规律。现在已经有 许多国际性的研究计划如世界气候研究计划( w o r l dc l i m a t er e s e a r c hp r o g r a m m e ， 简称w c r p ) 1 1 、国际地圈一生物圈计划( i g b p ) 和全球环境变化中的人类作用因 素研究计划( i h d p ) 、国际过去气候变化研究( p a g e s ) 等1 1 。3 墩力于全球变化、气候 变迁、以及资源、环境与人类社会可持续发展的研究。 在全球变化研究中，恢复地质历史时期气候和环境的变化历史，是了解气候 和环境变化原因及其机制，建立可靠性预测模型的基础。而寻找替代性环境指标 和气候要素值的复原是其关键环节。黄土、湖积物、沙漠沉积、冰芯、海洋沉积、 树木年轮、以及地层中的生物化石和有关历史记录都是气候变化和古环境研究很 好的信息载体【“】。 作为海陆交汇之地和人类活动的重要地带，海岸带河口湾一直是地学界关注 的重点，也是对全球变化特别是海面变化反映最为敏感的地带【3 1 。为此国际地圈 生物圈计划( i g b p ) 专门成立了以海岸带海陆相互作用( l o i c z ) 为核心的研究项 目。 河口湾作为淹没河谷体系的向海部分，接受河床相和海相沉积，含有受潮汐、 波浪和河流作用影响的岩相，其范围包括从其湾头潮汐相的向陆限制区到河口处 滨岸相的向海限制区【7 删。河口湾由一套变化明显的复杂亚环境组成，它沿现代 海岸带很常见，是海陆相互作用的沉积地貌。其下切河谷的负地形，使其中的地 质记录得到很好的保存，并忠实地记录在其地层序列中，为研究海平面变化、环 境演变、河口过程和沉积学的重要根据【”i 。 在晚第四纪全球环境激烈变化的过程中，河口环境受海平面升降和古气候变 杭州湾第四纪沉积记录与环境演变研究 化的影响，堆积了不同成因和性质的沉积层，对这些沉积物的时代、沉积相及其 分布、间断面及性质、蕴涵的气候信息等的高分辨率解译可以了解区域第四纪古 环境古地理在全球变化大背景下的演化，并了解河口本身这一特殊地貌单元的形 成发育的过程和条件。在我国，沿海陆地的海相第四纪地层集中在河口三角洲区， 连内陆架海底的第四系也多属三角洲相，因此河口三角洲是我国海陆相互作用研 究的重点地区吼 河口湾作为大陆和大洋的结合部和相互作用带，它的沉积特征和沉积环境演 化历史具有其鲜明的区域性特点，同时又受全球变化共同规律的制约。杭州湾( 钱 塘江口) 是世界上著名的强潮型河口湾，是我国大陆沿海地区第四系厚度较大的 沉积区之一，是研究我国东海沿岸第四纪地质的理想地区。本文是在鉴于上述背 景和研究的重要意义和现有河口理论研究的基础之上，在国家自然科学基金委资 助项目杭州湾第四纪沉积作用与古环境演变的高分辨率研究( 项目号： 4 0 2 5 2 0 0 4 ) 和上海地震局杭州湾晚新生代地质研究合作项目支持下完成的。 通过对钱塘江杭州湾河口进行钻孔取芯，结合区域地质资料，开展以地层、沉积 相和区域气候变化相结合的综合研究，为杭州湾第四纪演化的研究提供较为详细 的依据。力求在建立杭州湾第四纪沉积作用演化模式、吉环境演化模式，分析杭 州湾形成发育模式等方面作一些努力，从而进一步丰富河口沉积学的基本理论， 并为当地经济建设服务。 1 2 国内外相关研究 1 2 1 河口湾的定义和分类 由于河口湾具有复杂的水动力特征和沉积特征，其沉积层序复杂，通常多次 跨越滨岸和浅海环境。从系统论的观点来看，河口是一种系统。定义河口时，应 当包含有地貌、水文、地质生物、物理等表征河口特征的标准在内。不同研究入 员，有不同的划分方法。早在2 0 世纪5 0 年代。随着河口与海岸研究的发展，河 口的定义不断修正：k e t c h u m ( 1 9 5 1 ) 、p r i t c h a r d ( 1 9 5 2 ) 、e m e r y ( 1 9 5 7 ) 、d j o n n e ( 1 9 6 3 ) 、 c a m e r o n 和p r i t c h a r d ( 1 9 6 3 ) 在研究河口豹过程中，对弼口分掰进行了定义。其中， d i o n n e ( 1 9 6 3 ) 、p r i t c h a r d ( 1 9 6 7 ) 的河e l 定义较为广大河口专家接受f 引自文献参考 第一章前言 1 0 1 ) 。d i o n n e i 儿1 认为，河口是河流与海洋之间的通道，它向陆延伸到潮水的上限。 这个范围通常划分为三段：海洋段或河口下游段，与开阔的海洋自由连通；河口 中游段，此段盐淡水发生混合；河口上游段或河流段，主要为淡水控制，但每天 经受潮汐的影响。p r i t c h a r d 1 4 l 贝0 更强调盐度特征，将河口湾定义为占据了河口处 盐度范围约为0 0 1 3 ( 至3 5 ) 之间的广大区域。以上定义用于研究河流海 洋过渡带的化学和生物过程是有效的，但在古代沉积中其应用则很有限，这是因 为古代岩相的分布主要由物理过程来控制，而不是由盐度来控制。而后的k j e r f v 和m a g i l l 5 】的河口定义中，第一次表明河口是全新世海平面上升时海水入侵形成 的溺谷。d a l r y m p l e l 5 】对现代河口湾亚环境分布、河口相模式和水体动力学研究 后，从沉积地层学的角度出发认为：溺谷的向海部分接受了来源于河流和海洋的 沉积物，沉积相受潮流和河流水过程的影响，河口的范围向陆延伸到潮汐相的边 缘，向海则是海岸相的边缘：河口湾作为淹没河谷体系的向海部分，接受河床相 和海相沉积，含有受潮汐、波浪和河流作用影响的岩相，其范围包括从其湾头潮 汐相的向陆限制区到河口处滨岸相的向海限制区，从而将河口湾定义为：河口湾 是下切河谷体系被海淹没部分，接受来自陆地和海域的沉积物，含潮汐、波浪和 河口影响的沉积相，湾顶是潮汐沉积物分布的上限，湾口是海岸沉积相分布的下 限。这个定义暗示着河口湾仅仅形成在相对海平面上升期( 如一次海侵) ，并在相 对海平面缓慢上升或稳定状态下充填。如果相对海平面继续上升，则将完全被淹 没。 因为河口湾是一个受潮汐、波浪和河流作用影响的具有河道形态的沉积复合 体，它包含受上述三种水动力作用影响的岩相，所以目前大部分学者基本赞同 d a l r y m p l e 等对于河口湾的划分方案：浪控河口湾，以波浪作用为主，岩相三 分性明显，水体能量反映两个最大值，即以波浪作用为主的河口处和以河流作用 为主的河口湾头，其问被能量最小的河口湾中央地带所分隔；潮控河口湾，以 潮汐作用为主，岩相三分性不明显；浪控河口湾与潮控河口湾过渡带。按照其 化分方案，钱塘江河口为典型的强潮型河口湾【l l - 1 3 l 。 1 2 2 有关河口湾第四纪研究 河口在地貌上可以分为河口湾和三角洲，河口地层学研究始于三角洲沉积的 杭州湾第朋纪沉襁记录与环境演变研究 分析。三角洲沉积相和垂向层序的建立实际上是河口地层学的前提【1 7 】。而河口湾 的研究又是在三角洲研究的基础上发展起来的。目前，利用河口的厚层沉积研究 区域性海平面变化、古地理、古气候变化以及河口本身发育的历史和模式，成为 一般河口第四纪研究的重点。 河口三角洲沉积的研究中。关于末次河口深切河谷的报道最早见于密西珏比 河三角洲，3 0 4 0 年代f i s k 等对密西西比河口晚第四纪沉积和地层的研究，区 分出下切河谷和古河问地，被奉为大河河口研究的经典【1 8 , 1 9 1 。随后许多学者在墨 西哥湾、美国东海岸、加拿大、非洲、欧洲、澳洲等沿海地区发现的河口三角洲 沉积和沉积层序方面作了大量研究。到8 0 9 0 以来，随着石油钻探的兴起，层 序地层学得到了巨大发展，出现了较多层序地层学方法研究晚第四纪河口的典 型，如法国的g i r o n d e 河口等。我国办相继在珠江、长江、滦河、钱塘江等河口 三角洲地区，进行了冰期的下切古河谷的研究。 系列研究取得了可喜的成果，在认识河口地层的共性的基础上，并借助现代 河口湾沉积分布格局提出了河口地层的系列构架模型，形成了对第四纪河口环境 的变化较为统一的认识：河口的形成和发育与沉积充填由冰期一间冰期旋回引起 的海平面升降所导致的侵蚀基准丽变化控制；在海退一海进的海面变动旋回过程 中，形成了下切河谷一古河谷楔型充填一海泛沉积一河口湾充填的旋回，产生了 一套较完整的下切河谷体系。 但是，河口湾的演化及其复杂，不同类型的的河口其水动力条件，沉积类型 均不同，很难建立一种适用于整个下切河谷体系的“综合”相模式f 】9 】。其复杂性和 特殊性要求我们必须根据其特点来分析。杭州湾是强潮型河口湾，钱塘江河流涌 砂量大，沉积受长江等丰沙型河流的影响。其沉积物分布在湾口地区逐渐变细， 缺失湾口的潮成粗粒沉积区，不存在中央盆地细粒沉积区【1 7 l 。其沉积模型很难与 上述贫沙性河口模型对比，需考虑其特殊性。 1 2 3 钱塘江杭州湾河口研究现状 有关杭州湾第四系的研究，前人作了大量的研究性工作，积累了比较丰富的 相关资料，发表了众多与本课题有关的研究报告和学术论文，为开展本课题研究 第一章前占 奠定了良好的基础。目前对杭州湾地区第四系的研究大多都集中在钱塘江河口湾 西部地区、杭州湾南北岸沿岸平原等地区，杭州湾中部和东部零星分布。研究方 法包括传统的地层学方法、微体古生物、粒度分析、地球化学、磁化率、考古、 地震剖面等传统地质学分析方法，还包括了较为先进的层序地层学方法、静力触 探和数值模拟等方法。主要是通过对该区地层、岩相、沉积相等的划分和对比来 分析河口湾演化过程中的海陆相互作用、环境气候变化及其沉积动力学方面的研 究。通过部分孢粉、粘土矿物等的对比分析来研究其气候变化情况及沉积物来源 等。前期主要集中在全新世地层和某些沉积现象方面。研究表明杭州湾地区第四 系分布广泛，第四系沉积厚度从数米至三百余米不等，由南往北逐渐增厚，整体 具有海陆交替及韵律性沉积特征，第四系沉积复杂。大部分钻孔揭示了下更新统 以河床相、河湖相沉积的中细砂、砾砂、亚粘土构成，中上更新统以冲积相、冲 湖相、冲海相沉积为主的中细砂、亚粘土淤泥质亚粘土为主f 排捌。但是由于第四 纪地层的复杂性，同一海侵层的沉积相和深度在不同地区都有很大的差异，根据 不同的地层划分原则，划分的地层也不甚统一。比如在全新世的底界和全新统的 分段上和在古河谷地层划分上，按照岩石地层学原理将近岸浅海相划归全新统， 而下伏河漫滩相划归晚更新统；而按生物地层学观点，则把下部河床相砂砾层和 河漫滩相沉积分别归于晚更新统和全新统。从8 0 年代以来，随着天然气田的勘 探和工程建设的需要，大大促进了该区沉积相和沉积环境演变以及气候变化的研 究。层序地层学的发展促进了杭州湾沉积演化模式的研究，许多学者为此做出了 努力1 2 7 - 3 0 ，主要以海平面升降旋回为主线，以硬粘土层等特征沉积间断面作为沉 积旋回分界线，利用陆上钻孔、地震等资料并进行沉积相划分、对比与层序分析， 辅以系统性的微体古生物等物证分析，对钱塘江末次冰期下切河谷体系进行了较 为详细的研究，较好的恢复了全新世以来的地层演化过程和空间分布格局，解决 了生物地层学、岩石地层学、年代地层学等在地层划分对比中的矛盾和不足。 上述研究对于冰后期河口湾充填模式的认识、层序地层的分析和古环境、古 气候恢复的后续深入研究起到一个良好的基垫作用，但是由于历史和条件的原 因，有关的研究还有待于进一步深入。 由于受末次冰期以前的构造活动及全球海平面变动的影响，杭州湾地区实际 上应该不止一次经历了相对海平面下降到上升的过程，产生了多重切割和多重沉 杭州湾第四纪沉罂 记录与环境演变研究 积旋回。许多钻孔资料表明，在更新世地层中就有河床相沉积与海相沉积的交替 出现。因此，该区实际上又是一个复合的下切河谷体系，而现有的研究更多的只 集中研究了朱次冰期以来的下切河谷体系的演化及其气候特征，总体对末次冰期 以前的系统研究较少。 出于河口湾演化的复杂性，没有现成的理论模式可以套用。在这一研究领域 还有许多悬而未决的问题，有关杭州湾下切河谷的底部界面、海侵面、沉积层界 面与古地形之间的关系等方面还存在一些争议：对分靠于“硬粘土层”以下的巨厚 层更新世沉积物的成因、分布、时代及古环境信息尚少有人仔细研究。层序地层 学是将现代沉积体系研究的成果用于老地层后发展起来的，在河口地层的研究中 应用层序地层学的方法确定沉积问断和地层对比是一套行之有效的方法，但由于 河口地层变化的复杂性，钻孔间地层的对比必须依托准确的测年才能提高研究的 分辨率，在以往杭州湾第四系的研究中有准确测年的钻孔相对较少。 在研究区域方面，钻孔基本上位于陆地上，孢粉分析也集中在南北两岸，对 仍处于水下的杭州湾地带的沉积剖面了解不够。研究领域比较单一，多学科各领 域方面的系统研究和对比较少。 1 3 论文的研究内容、方法与技术路线 论文的目的在于通过对杭州湾地区的钻孔较为的详细分析，恢复杭州湾地区 的古环境。本次研究主要对杭州湾大桥工程提供的详勘孔z k l 6 9 ( 钻孔位鼍见国 2 - 1 ) 钻孔的岩芯进行了详细研究，采用多学科协同研究的方法，利用现代各种 先进的分析方法和手段，从年代学分析、沉积物粒度分析、粘土矿物分析、微体 古生物有孔虫和孢粉分析、环境磁学等分析方法，结合野外实地调查和新构造分 析，进行较高分辨率的解译，将湾内的沉积物分析与邻区陆地上的第四纪地质分 析相结合，为建立杭州湾第四纪沉积作用演化模式、古环境演化模式，分析杭州 湾形成发育的模式和该区的环境气候演变提供依据。其研究技术路线为： 1 取杭州湾大桥的钻孔岩芯进行系统的描述和对比，了解第四纪沉积层的 岩性、沉积构造、沉积间断面等； 2 ，进行c “、e s r 、t l 、o s l 溺年，确定各沉积层和沉积间断面的年代和 沉积速率，各沉积阶段的起止、沉积事件发生的时间，下沉的幅度等等： 6 第一章 前 言 3 通过对岩芯样品的沉积相分析( 粒度、粘士矿物、有孔虫分析、磁化率 等) ，确定各沉积层的沉积环境和沉积旋回： 4 通过孢粉分析、粘土矿物、磁化率等指标的分析并结合邻区及东海陆架 第四纪研究成果，恢复该区晚第四纪以来古气候的变化； 5 通过收集杭州湾及邻区研究较为详细或者有测年数据的钻孔及其其他 研究成果进行对比分析，初步确定该区自晚更新世以来的沉积环境演变 情况。 杭州湾第四纪沉积记录与环境演变研究 第2 章研究区区域概况 2 1 钱塘江与杭州湾概况 钱塘江发源于安徽省体宁县六股尖，河口位于浙江省北部海盐市澉漓长山东 南嘴至余姚市西三闸一线注入杭州湾，全长6 0 5 k i n ，其中在浙江省境内3 1 0 k m ， 流域面积4 9 9 x 1 0 4 k i t l 2 。自潮区界芦茨埠以下长2 7 0 k r n 的感潮河段，称为钱塘江 河e 1 区。河口区主要支流有浦阳江和曹娥江。潮区上界为芦茨埠，下界约在仓前 附近，上下两界间距约为l l o k m ；潮流上界在桐庐上游7 k m 的榴子滩，下界在 海宁上游1 2 k i n 的老赫仓附近上下两界间距约1 1 5 k m 。芦茨埠至闻家堰为近口 段，长约8 3 k m ，该河段以径流作用为主，基本上不受海洋来沙影响；闻家堰至 澉浦，长约l o l k m ，称为河口段。该段径流和潮流相互作用，河床宽浅，涌潮汹 涌，河床变化剧烈；澉浦以下称杭州湾，以海洋动力作用为主，径流影响微弱， 湾长9 0 k m ，呈喇叭状，河底充淤变化相对缓漫，属口外海滨。 杭州湾是典型的喇叭口形海湾，其地理位置独特，从大范围来看，其位于我 本湖，。? ， l 斋 i ? 夕hj ，i i、t 势i j 茹f +，望0 _ f 乏t 。i- 湖州 ，一! 一 一i 嘉并 蛊之嘴， f ，一春乍浦 月、 海宁j ，7杭州湾k 。 ，蔓、峨。i曩。海l + _ 。、羔+- z k l 6 9 一、抖 ，磐oy _ 一，7 一蕊。、 午一褥岛 j ；蔷 ，、o j 一。一一 绍妥弋、中波受r 绍妥 、 余姚 帆，j 一辽、乙1 、t ，、r j 波， _ 7 舌 。 7 一 r l 一鲨一。上立? 一一i 第二章研究区区域概况 国东部沿海的中段，浙江省中、北部，北邻长江三角洲，南依姚北平原，东临星 罗棋布的盘山群岛，西以澉浦为界与钱塘江相接，其北有我国最大的工业与港口 城市一上海，南有浙江省重要的开放港口城市一宁波，西有浙江省会杭州，地理 位置独特，面积约5 0 0 0 k i n 2 ，平均水深9 - 1 0 m 湾顶在澉浦断面，面宽约2 0 k m 距湾顶9 5 k m 处为南汇嘴一镇海断面，习称湾口，面宽约1 0 0 k m 。i 3 1 - 3 3 1 ( 见图2 - 1 ) 。 2 2 气象水文特征 2 2 1 温度 钱塘江杭州湾地区位于北亚热带南缘，属北亚热带湿润气候区，东亚季风盛 行，四季分明。杭州站3 0 年( 1 9 5 1 1 9 8 0 ) 的年平均气温为1 5 6 1 7 2 ，慈溪站 为1 5 5 - - 1 6 4 1 2 。河口极端最高气温出现在7 、8 两个月，杭州站极端最高气温 为3 9 9 c ，慈溪为3 8 。5 。c ；极端最低气温，杭州站为9 6 ( 二月) ，慈溪为9 3 ( 1 月) 。杭州湾多年平均气温为1 5 4 1 6 4 c ，南岸( 1 6 0 1 6 5o c ) 高于北岸的 ( 1 5 7 1 5 9 ) 。气温的年平均气温3 2 4 9 。c ，最热月为8 月，平均气温在2 7 4 2 8 ，7 ，年温差为2 2 9 2 4 9 。c 。 2 2 2 降雨量 杭州湾地区域降水量充沛，常年降水量9 0 0 1 5 0 0 毫米之问，其分布趋势具 有南多北少、西多东多的特点。年平均降水量北岸为9 0 0 1 2 0 0 毫米，南岸为 9 0 0 1 0 0 0 毫米，湾顶为1 4 0 0 1 5 0 0 毫米。杭州湾两岸降水目数较多，约为1 4 0 1 6 0 次年a 钱塘江江水区域西部高于东部，南岸高于北岸。该区降水量年变化大， 降水期主要集中在3 - 9 月，占全年降水量的7 3 7 6 ；7 - 8 月降水强度大，时 间短，且多为局部雷雨；1 0 月到次年2 月，降水稀少，5 个月的降水总量约为 2 7 0 3 7 0 毫米，占全年降水量的2 4 2 7 。 钱塘江口冬季( 1 0 月一2 月) 盛行西北风，夏季( 4 月。8 月) 盛行偏南风，春秋为 转换过渡时期；多年平均风速为2 2 3 4 m s ，并具有河口东部大、西部小的特 点，风速年变化东部亦大于西部；夏、春季风速最大为3 7 m s ，冬季次之，秋季 最小。钱塘江口各站年平均大风( 风速高于1 7 m s ) h 数较少，为3 1 4 天。历年最 杭州湾第四虬沉霹 记录与环境演变研究 大风速为乍浦站2 0 3 m s ，e 向；杭州站1 8 0 m s ，n n w 向；慈溪1 9 0 m s ，w n w 向。 大风日均出现在8 9 月的热带气旋最盛期。而到杭州湾区平均风速2 3 7 3h i 秒，最大风速3 2 4 2 米，秒，以辐射雾最多，雾常出现在午夜和凌晨，年平均 1 6 3 8 天，且北岸多于南岸。 2 2 3 水动力特征 钱塘江口为强潮河口，河口段平均潮差大于4 m ，乍浦至尖山河口段平均潮 差在4 5 m 以上；澉浦的平均潮差5 5 m ，最大潮差可达8 9 3 m 。潮差由东向西增 大，至澉浦和尖山问增至最大，在向西减小，在闸口，平均潮差仅0 5 m 。口外 海滨段，南北两岸潮差差异明显，一般表现为北岸大、南岸小。平均潮差的月变 化明显，通常冬季小，夏季大，如金山嘴，冬夏差值为0 4 m 。钱塘江河口的潮 汐属正规半日浅海分潮，一天内二高二低的潮汐现象明显；潮流性质为正规半同 潮流，运动形式为显著的往复流。流速自口外滨海向西增大，白海宁以上沿程递 减。澉浦以东平均流速l 2 m s ，秦山附近实测最大流速为3 9 7 m s ，最大涨潮 流速为2 - 4 m s ，落潮最大流速为2 2 2 5 m s ；澉浦至海宁段平均流速一般为2 3 m s ，实测最大垂线平均流速约5 m s ；四工段流速0 7 1 5 m s ；闸口涨、落潮流 8 l 【m 奉贤。南誓形j 。3 r 一 拓奠辱l 二二z j ，7 。 海o 知善p 滞舢瞅籼 甏渗j | _ _ i 一烈 1 0 第一章研究区区域概况 速均很小，在0 4 m s 以下。涨、落潮流速比沿程变化大，自口外向河口增大， 涨潮流速明显大于落潮流速，在海宁以上涨潮流速大于落潮流速一倍以上：潮流 的垂向变化, h i 3 引。 钱塘江河口涌潮现象显著，每月两次大潮汛都有涌潮发生，秋季和春季较大， 以农历八月十六至十八大潮期间最大，若此段时闻持续东风，涌潮尤烈。涌潮潮 头通常高1 - 2 m ，实测垂线平均流速4 5m s ，最大可达9 6 m s ，急流最大点达 1 2 0 m s ( 于肖山县新湾海塘观测1 。涨、落潮流速明显不等，在海宁以上涨潮流速 比落潮流速大倍以上，在涌潮接近消失的闸口，涌潮压力1 8 k p a ，流速为1 8 m s 。 杭州湾平均水深仅1 0 m 左右，浅海分潮显著。湾内潮汐性质可分三类：涌江 口附近属不正规半日潮海区；大戢山附近海域属于正规半日潮海区：湾内大部分 海区属于浅海半日潮类型。杭州湾水浅，海底地势平坦，呈喇叭形，地形的集能 作用使湾内潮流速和潮差向湾顶递增，湾口潮流流速平均为2 5 m s 左右，湾内 曾观测到的最大流速值达4 m s 以上，基本属于强潮流区。此外，表层流速大于 底层流速，流速的垂直梯度自东向西增加【3 5 】( 如图2 2 ) 。 2 3 研究区沉积物分布特征 现今杭州湾内水、沙运