（海洋地质专业论文）渤海湾全新世海侵前的古环境.pdf

学位论文完成日期：垒! ! 呈：蔓：墨 指导教师签字： 答辩委员会成员签字：专玄娶伊 魂莎矿 ，、0碍，电罱：了j。 学位论文作者签名：稠尹两签字日期：2 9 p 年6 月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下事项： 1 、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文 被查阅和借阅。 2 、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中国学 术期刊( 光盘版) 电子杂志社用于出版和编入c n k i 中国知识资源总库，授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库。( 保 密的学位论文在解密后适用本授权书) ，、， 学位论文作者签名：分i 广砂 导师签字： 签字日期：细佃年占月3 日签字日期：卅p 年二月3 日 ， ， ；， 一气 o、ji 】1j ，j。 二t 本文通过采自渤海湾海底c 2 1 4 、d - d l 的岩心样品，对其进行粒度、有孔虫、 介形虫、1 4 c 测年等分析，以及其他5 0 多个工程钻样品的对比分析，对渤海湾海 侵前的古环境进行了初步探讨。 根据渤海湾北部c 2 1 4 孔岩芯样品，进行了沉积地层学、生物地层学和年代 地层学分析测试，将该孔自上而下划分为海相一滨海相、陆相、海相、陆相4 个 地层。阐明了本区晚第四纪里经历了陆地、海洋、陆地、海洋四个环境演化阶段。 大约3 9 k a b p 献县海侵前，渤海湾为陆地平原环境，献县海侵时渤海湾水温较 现在高，海水范围较现在大，2 3 k a b p 之后海水退出渤海，全新世海侵前的盛冰 期里和冰消期渤海湾长期裸露成陆，北部以河湖沉积为主。全新世海侵约在8 9 k a b p 之间( 或8 5k a b p ) 海水开始淹没渤海湾，直至今日。 本文运用了岩性地层学、生物地层学、年代地层学、声学地层学特征，获得 了渤海湾自上而下第一间断界面丰富的古环境信息，对晚第四纪环境演化历史提 供了证据，并划分出渤海湾全新世海侵底界面，得到全新世海侵底界面多个埋深 高程点。通过对两界面的时空特征分析、钻孔岩芯对比和声学剖面解释及工程地 质物理指标参数的计算，绘出全新世海侵底界面古地形等值线图。结果表明，全 新世海侵前本区是一个西高、东低、南斜、东北洼的大平原，东西高程差仅仅 2 1 7 m ；东西向总坡度约0 7 ，与现今华北平原东西坡度相接近。 通过对c 2 1 4 孔陆相层上部的粒度分析，将之与现代湖泊不同沉积相带表层 样品的典型粒度主导组分频率特征、第四纪黄土一古土壤及河湖相沉积的平均粒 径、标准偏差、偏度和丰度等粒度判别参数进行了对比，初步对其成因和沉积环 境进行了探讨，尝试通过粒度特征对渤海全新世海侵前的水下黄土一河湖相沉积 进行识别，为全面了解湖泊的堆积过程、加深对渤海湾晚第四纪沉积体系的认识 及其古环境重建打下良好的基础。粒度特征分析结果表明，在全新世海侵前， c 2 1 4 孔附近曾经过湖滨一湖心一水下黄土的沉积环境，这与微体古生物学研究 的结果( 平原沼泽和干旱草地沉积环境) 是基本一致的；( 多c 2 1 4 孔附近湖泊沉 积环境中是存在水下黄土物质沉积的，其在粒度频率分布特征、各粒度参数上与 山东青州黄土和黄土高原黄土相近，与河流相样品相比差距较大，说明其来源为 风成物质，之后沉积于水下，未受强大水动力改造；通过粒度特征分析的方法 可以将水下黄土从典型湖泊沉积物中识别出来的。 根据浅地层声学剖面资料和岩性地层分析，并结合古河道水文参数经验公 ，解释了冰期低海面时的河谷地形，查明了古河道的分布状况，计算出本区河 的平原曲流河河性，包括古河道的河宽、河深、流速、流量和输沙量等古参数。 进一步推测：渤海湾分布有一条两古河道系统，其河宽大、汉道频，是流量较 的自s w 向n e 流的较大河系。 键词：渤海湾晚第四纪海侵古环境古河道 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so ft h eg r a i ns i z e ，f o r a m i n i f e r a , o s t r a c o d s ，1 4 cd a t i n ga n d m o r et h a n5 0o t h e rd r i l l i n gw o r k so ft h eb o r e h o l e sc 2 1 4 ，d d ls a m p l e sw h i c h d e p o s i t e da tt h eb o t t o mo fb o h a ib a y ，ap r e l i m i n a r ys t u d yo nt h ep a l e oe n v i r o n m e n t s e x i s t e db e f o r eb o h a ib a yt r a n s g r e s s i o nw a sc o n d u c t e d s e d i m e n t a r ys t r a t i g r a p h y , b i o s t r a t i g r a p h ya n dc h r o n o l o g yt e s t sw e r ec a r r i e d a c c o r d i n g t ot h eh o l ec 214c o r es a m p l e st h a td e p o s i t e do n a tt h eb o h a ib a y t h eh o l e w a sd i v i d e di n t of o u rs t r a t u mf r o mt h et o pt ot h eb o t t o m t h e yw e r cr e s p e c t i v e l y m a r i n e - l i t t o r a l ，c o n t i n e n t a lf a c i e s ，m a r i n ef a c i e sa n dc o n t i n e n t a lf a c i e s c o n s e q u e n t l y , i ti se l u c i d a t e dt h a tl a t eq u a t e r n a r yi nt h i sa r e ah a su n d e r g o n ef o u re n v i r o n m e n t a l e v o l u t i o ns t a g e s ，w h i c hw e r ea r el a n d ，s e a , l a n d ，m a r i n e ( e n v i r o n m e n t a le v o l u t i o n ) b e f o r e3 9 k a b e x i a nc o u n t yt r a n s g r e s s i o n ，t h eb o h a ib a yw a sap l a i nl a n d v i f h e n x i a nc o u n t yt r a n s g r e s s i o nh a p p e n e d ，t h ew a t e r st e m p e r a t u r eo ft h eb o h a ib a yw a s h i g h e ra n dt h es e aa r e aw a sl a r g e rt h a nt h a to fn o w s e aw a t e rw a sm o v e do u to ft h e b o h a is e aa f t e r2 3 k a b e l nt h el a s tg l a c i a lm a x i m u ma n dd e g l a c i a t i o nb e f o r e h o l o c e n et r a n s g r e s s i o nh 印p e n e d ，t h eb o h a ib a yw a sb a r ei n t ol a n df o ral o n gt i m e ， a n d ( w a s ) d o m i n a t e db yf l u v i a ld e p o s i t i o n t h eh o l o c e n et r a n s g r e s s i o nh 印p e n e d a p p r o x i m a t e l yf r o m8k a b pt o9 k a b p a n ds e aw a t e rb e g a nt of l o o dt h eb o h a ib a y a s o ft o d a y b yt h ea n a l y s e so ft h e c o r ei n c l u d es e d i m e n t ，m i c r o f o s s i l sa n dr a d i o c a r b o n d a t i n g ，t h ei n f o r m a t i o no fp a l e o e n v i r o n m e n ti nt h ef i r s ti n t e r f a c ew a so b t a i n e d ， e n v i r o n m e n t a le v o l u t i o ne v i d e n c ei nl a t eq u a t e r n a r yw a sp r o v i d e d ，t h eb u r i e dd e p t h o ft r a n s g r e s s i o ni n t e r f a c ei nh o l o c e n ew a ss u m m a r i z e d a c c o r d i n gt ob o r e h o l e s c 214m o s t l y , a n dc o n t r a s t i n gw i t ha n o t h e rb o r e h o l e s i tw a ss h o w nt h a tt h eb o h a i b a yw a sp l a i nd u r i n gt h ep e r i o d sw h e n b o h a is e aw a st e r r e n e ，a n di tw a sh i g hi nt h e w e s t ，i tw a sl o wi nt h ee a s t ，i tw a sg r a d i e n ti nt h es o u t h ，i tw a sd e p r e s s i o ni nt h e n o r t h e a s t ，r e s p e c t i v e l y t h ed i f f e r e n c eb e 伽e e nt h ee a s ta n dt h ew e s tw a s2 1 2 ma n d t h es l o p ew a s0 7 0 ，l i k et h en o r t hc h i n ap l a i ni nt h em o d e m g r a i ns i z ea n a l y s i sw a sb a s e do nt h eu p p e rt e r r i g e n o u sl a y e ro fh o l ec 214 w e u s ei tt oc o m p a r ew i t ht h ef r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c so ft h et y p i c a lg r a n u l a r i t y c o m p o n e n to fm o d e ml a k es u r f a c es a m p l e si nd i f f e r e n ts e d i m e n t sa n dt h es i z e d i s c r i m i n a t i o np a r a m e t e r si n c l u d i n ga v e r a g ep a r t i c l es i z e ，s t a n d a r dd e v i a t i o n ，s k e w n e s ， a b u n d a n c eo ft h eq u a t e r n a r yl o e s s p a l c o s o la n df l u v i a ls e d i m e n t s b a s i co nt h o s e ，a p r e l i m i n a r ys t u d yw a sc o n d u c t e do nt h ec a u s e sa n dt h ed e p o s i t i o n a le n v i r o n m e n t i d e n t i f i c a t i o nw a st r i e da c c o r d i n gt ot h es i z ec h a r a c t e r i s t i c so fu n d e r w a t e rl o e s s l a c u s t r i n ed e p o s i t i o nb e f o r et h eh o l o c e n et r a n s g r e s s i o nt h a th 印p e n e do nt h eb o h a i u n d e r w a t e r , a n dw a sn o tt r a n s f o r m e db y u n d e r w a t e rc a nb ei d e n t i f i e df r o mt y p i c a l a n a l y s i s s t r o n gh y d r o d y n a m i ca c t i o n l o e s s l a k es e d i m e n tb yw a yo fp a r t i c l es i z e w ea p p l i e dt h em a t e r i a l so fs h a l l o wa c o u s t i cs u r v e y i n ga n d b o r i n gs t r a t i a g r a p h y a n a l y s i st oa f f i r m e dt h ed i s t r i b u t i o no fp a l e o e h a n n e l t h ep a r a m e t e r sl i k er i v e r w i d t h ，r i v e rd e p t h ，v d o 嘶, f l o wa n ds e d i m e n td i s c h a r g eo fp a l e o c h a n n e lw e r e c a l c u l a t e d a n di ti sf u r t h e rs p e c u l a t e dt h a t ：ar i v e ri nb o h a ib a yw h i c hf l o w e df r o m s o u t h w e s tt on o r t h e a s tw a sah i g hd i s c h a r g er i v e r 、砘mm u l t i - b r a n c h e dm e a n d e r i n g r e a c h 。 k e yw o r d s ：b o h a i ；q u a t e r n a r y ；t r a n s g r e s s i o n ；p a l e o e n v i r o n m e n t ；p a l e o c h a n n d 1 引言 2 地质与自然地理背景4 1 1 气候基本特征5 1 2 水文状况5 1 3 区域地质7 1 4 区域地貌格局8 1 5 古渤海湾海侵史1 1 3 材料与方法14 4 全新世海侵底界面判识18 4 1 界面岩性地层学特征19 4 2 生物地层学特征2 0 4 3 年代地层学标志的海侵底界面2 2 4 4 界面的工程地质学特征2 3 4 5 声学地层学2 7 5 盛冰期渤海湾盛冰期地形地貌3 2 5 1 盛冰期渤海湾地形地貌图3 2 5 2 盛冰期渤海湾地形地貌特征3 6 6 第一陆相层上部粒度特征及其古环境意义3 7 6 1 粒度指标及其沉积学意义3 8 6 2 粒度特征及对成因的指示意义4 0 6 3 小结4 9 7 古河道特征5 1 7 1 埋藏古河道形态特征5 1 7 2 古河道河型、河性及河系5 3 7 3 古河道特征5 7 8 结论5 9 参考文献6 1 致谢6 7 4 5 6 7 7 i i 1li 一法法法法一方方方方一学学学学料层层层层资地地地地究性物代学研岩生年声 1 2 3 4 5 3 3 3 3 3 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 1 引言 气候与环境变化是人类社会一直关注并正在面临的严峻问题，围绕这个主 题的科学研究已成为相关领域的热点。随着人类生活水平的提高，人类的环境 意识也逐渐提高。越来越多的事实使人类意识到人与自然环境需要协调发展。 因此，深入探索环境演化规律、揭示环境变化的原因、识别环境的自然演变过 程与人类活动的影响机理、准确评价环境变化的影响、预测未来的环境状况等， 已成为人类面临的重要任务。 海洋占全球总表面的7 1 ，它不仅仅是地球上生命的巨大储藏库，向人类 提供着丰富的资源，同时也对全球的气候有着巨大的调节作用。随着人类对海 洋的开发，有关海洋环境的研究也提高到前所未有的地位。海洋沉积物保存的 环境演化信息使人们逐渐认识到了全球的气候环境并不是一成不变的，在地质 历史时期，地球经历了冰期的从无到有，以及第四纪冰期气候的冷暖交替变化， 使人类对于气候变化有了一个新的认识。尤其是近年来，厄尔尼诺对全球气候 造成的巨大影响，使人类逐渐认识到了海洋环境对于气候的影响作用。然而要 想很好地认识现在所面临的环境问题，就要必须了解过去的环境变化。过去全 球变化研究的目的就是深入研究全球环境在地质历史上尤其是晚第四纪以来的 变化情况，为正确认识和有效的解决当今的环境问题提供必要而坚实的基础。 渤海湾位于渤海西部，沿岸地区以平原海岸为主，是海陆作用的敏感区， 海平面的微小变化对海岸线都有显著影响，本区在晚第四纪期间经历了数次大 规模海侵海退，沉积了多个海相层、陆相层及其间的间断面，成为第四纪重要 的环境演变事件。其中，下伏陆相层之间的第一不整合界面就蕴藏全新世海侵 前的若干陆上环境信息，如古河道和河间地、古风化壳和古土壤层以及风沙黄 土与古岸线等。导致海侵的主要原因是全球性的冰川海平面变化，所以对渤 海湾沿岸晚第四纪以来的海侵海退及沉积间断界面进行深入研究，在认识区域 性和全球性的环境演化中具有重要的理论意义。研究渤海界面古环境也是对我 国正在发展的间断沉积学的贡献，是对区域沉积学的有力补充。同时，界面以 下的古河道充填层和河间硬土层存在承压力的差异，对海上工程施工、钻采船 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 就位、海底平台安装和管线铺设等的稳定性均存在严重挑战，对其进行深入研 究亦具有重要的实际应用价值。 渤海全新世海侵前的古环境研究始于对渤海西岸平原区的海陆相地层划分 ( 赵松龄等，1 9 7 8 ) ，其后，通过对渤海中部海区b c 1 孔的研究以及许多学者 对渤海湾沿岸平原上钻孔和海相地层的研究，建立了本区及黄河三角洲第四纪 海进与岸线变迁特征。秦蕴珊、赵一阳、赵松龄等( 1 9 8 5 ) 根据渤海中部b c 1 孔及渤海湾沿岸平原钻孔资料建立了渤海晚第四纪海侵海退序列及其生态演化 历史。渤海南部的s 3 孔( 庄振业等，1 9 9 9 ) 对渤海第四纪海侵海退及其沉积地 层作了系统的划分。杨怀仁等( 1 9 9 0 ) 通过对黄河三角洲地区钻孔资料，分析 了第四纪海进和岸线变迁。李汉鼎( 1 9 9 5 ) 研究了中国北方沿岸泥炭与海侵海 退的关系以及全新世环境变迁。庄振业( 1 9 9 1 ，1 9 9 9 ) 、刘升发( 2 0 0 7 ) 和韩有 松( 1 9 8 9 ) 等做了大量区域性晚第四纪环境演变的研究。前人的大量研究为本 文进一步认识本区海侵地层和分析环境演变打下了坚实的基础。 由于渤海在冰川时期多次裸露成陆，当时发育的河流受后期海平面上升的影 响而被淹没在海底，进而埋藏于不同厚度的海相沉积物之下，成为陆架区的埋藏 古河道。我国陆架海区近代古地理环境变迁的研究中，有许多关于埋藏古河道的 报道( 耿秀山，1 9 8 1 ；秦蕴珊等，1 9 8 8 ；李凡，1 9 9 1 ) 。李凡等( 1 9 8 5 ) 根据黄 渤海浅地层调查资料提供了渤海冰期古河道的论述。又( 李凡等，1 9 9 3 ) 根据古 河道出现的地理位置以及部分沉积学标志提出，晚更新世末低海面时期，古黄河 曾经在南黄海陆架自北向南流动。杨子赓( 1 9 8 5 ) 根据浅地层地球物理测量资料 推测了末次冰期低海面时期古长江的流向。王明田等( 2 0 0 0 ) 根据渤海钻孔岩芯 探讨了渤海冰期古河道的剖面类型、切割充填沉积、河间地貌及它们在海底工程 稳定性中的意义。在利用钻孔对比和浅地层剖面解释中国东部陆架低海面时期古 河道系统方面前人也已做了大量研究。( b u t e n k oj ，1 9 8 3 ；m i l l i m a njd ，1 9 8 9 ； l i uz x ，1 9 9 7 ：s a i t oy ，1 9 9 8 ：刘振夏等，2 0 0 0 ：l i uzx ，2 0 0 0 ：y o odg ， 2 0 0 2 ：b e r n 6s ，2 0 0 2 ；李广雪等，2 0 0 4 ) 近l o 余年来，大量工程地质钻探和海上工程持力层的调查，围绕渤海数 十个油田平台和若干条输油管道线的建设，相继打了数百个钻孔，进行了数 万千米的浅海声学层的物探测量，为研究渤海盛冰期低海面时古环境提供了 2 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 方便条件。 总的来看，前人对晚第四纪海侵已做了不少的研究，积累了较丰富的资料， 但对沉积间断界面和陆相层的研究较少。本文强调对间断界面和陆相层的研究， 得到了盛冰期的古地形地貌及古河道发育状况，并对研究区全新世海侵前的陆 相沉积环境进行了初步探讨。 本文系在参加导师刘冬雁副教授的“渤海西部全新世海侵前的古环境和古 河道 国家海洋局海洋沉积与环境地质重点实验室基金课题和导师印萍研究员 的国土资源大调查项目“荷海岸带对全球变化响应的比较研究”的工作、学习 中完成的。 通过搜集渤海西部海底2 0 余个4 0 m 长的沉积岩芯、5 0 多个钻孔的资料，并 亲自参加了c 2 1 4 的室内样品分析、分层、沉积相划分和古环境研究等工作。 本论文拟选取几个代表性钻孔的资料为主，参考其它钻孔资料进行综合分 析，研究渤海湾海底第四纪地层，对其地层特征、地层分布、沉积厚度、沉积速 率、海底地质演化历史、海侵底界面特征及其古环境恢复等方面进行探讨。 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 2 地质与自然地理背景 渤海湾位于北纬3 8 。0 3 - 3 9 。1 5 n ，1 1 7 。4 5 一1 1 8 。5 3 e 之间，在渤 海的西部，是中国渤海三大海湾之一。其北起河北省乐亭县大清河口，南 到山东省黄河口：有蓟运河、海河等河流注入；西岸为天津和河北的海岸， 南岸为山东的海岸，北岸为河北海岸；湾口朝东，面积约为1 5 9 万k m 2 ，占渤海 面积约i 5 。其海底是发育在大陆架上的一个浅海盆地，坡度平缓，自四周向 中央和渤海湾口微倾斜。新生代沉积层厚达5 0 0 0 米以上，蕴臧着丰富的天然气。 晚第四纪以来，由于冰期和间冰期气候更替，海面曾发生多次升降变化。冰期 海面降低，渤海成陆地；间冰期海面上升，渤海被淹没并波及周边平原区。 图1 1渤海地形图( 据许东禹等修改，1 9 9 7 ) 4 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 1 1 气候基本特征 由于渤海湾为三面环陆的半封闭性海湾，位于中纬度季风区，离蒙古高原 较近，属大陆性季风气候。因此，气候有显著“大陆性 特征，风向周期性变 化影响着大气的热量交换和水气的输送，因而气象要素产生了规律性的变化。 研究区的气候主要有以下特征： 1 、热量充足，明显受到海洋调节。 海洋的调节首先是使沿海地带的冬季气温比内陆同纬度偏高，夏季比内陆 同纬度低，年较差相对减少，年平均气温降低。其次，海洋的调节还使区内气 温分和状况产生了季节变化，冬季区内南北温差达1 0 ，而夏季区内南北温差 仅有3 0 。 2 、降水集中，变率较大。 降水量自东南向西北递减，区内年均降水量为6 0 0 9 0 0 m m ，季节分配极不 均匀，5 5 8 0 的降水集中在夏季，雨热同季的特点非常显著。 由于本区的天气系统常常受到黄河型气旋、蒙古低压、台风过境的影响， 有时可形成降水量大于5 0 m m 的暴雨。降水量的年际变化较大，年降水相对变 率为1 5 3 4 ；这主要是每年太平洋副热带高压的位置和强度以及北进和南撤 的时间变化较大，使季风和降雨带进退的迟早和雨季带在某一地区持续时间变 化较大造成的。 由于受地形起伏和海陆位置的影响，降水量分布的总趋势为自东南向西北 逐渐减少。 1 2 水文状况 l 、陆地水文 本区及周边地区沿岸的主要水系有黄河、海河、滦河等大型河流。 黄河为本区最大的河流，全长5 4 6 4 k m ，由山东省垦利县注入渤海，泥沙含 量的多年平均值为1 2 1 1 0 9 t a ，河床宽浅，水流缓慢，河床高出两岸地面2 - 3 m ， 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 为典型的地上河，河床游荡是其重要特点之一。 海河是由永定河、大清河、子牙河汇合而成的，海河是指天津市区三岔口 至河口段。由于海河平原地势低平，河流泄洪能力弱，每逢暴雨各河洪水汇集， 易成洪涝。 滦河发源于冀北山地，于滦县附近流入华北平原东北部，全长8 7 7 k m l ，其 下游位于燕山山地的迎风坡，降水较多，径流丰沛，洪水经常泛滥。 本区径流年内分配不均，年径流量的6 5 7 3 集中在7 8 月，且径流量连 丰期或连枯期常交替发生，前者2 3 年，后者2 5 年。径流以雨水补给为主， 地下水补给为次，积雪融水在北部约1 0 1 5 。南部河流伏汛明显春季缺水严 重，而北部河流既有伏汛又有春汛。 2 、海洋水文 据调查，渤海湾的水温冬季沿岸低于湾中，以1 月最低，略低于0 ；夏 季沿岸高于湾中，8 月最高，约为2 8 ，水温年变差在2 8 以上。冬季常结冰， 结冰期始于1 2 月，终于翌年3 月，结冰期约为4 个月，正常年份冰厚为2 0 c m 、- 3 0 e r a 。冰量为5 - 8 级( 以冰盖面占总海面的十分比为级) 。湾项和北部沿岸、 黄河口有大量固定冰，其外尚有4 0 k m - - 5 5 k m 宽的流冰区。历史上曾出现两次 ( 1 9 3 6 和1 9 6 9 年) 严重大冰封、湾内冰丘迤逦，全被封冻，冰厚5 0 - - 7 0 厘米， 最厚达1 米。 渤海湾的盐度分布趋势是湾中高于近岸，分别为2 9 - 3 1 和2 3 2 9 。但 紧邻岸滩一带，受沿岸盐田排卤的影响，盐度高达3 3 。盐度的年变差为8 。 波浪以风浪为主。波向受季风影响，冬季盛行西北浪或北浪，夏季盛行东 南浪，平均波高1 o 1 5 m ；最大波高7 5 m 。海流主要由黑潮暖流和沿岸流构成。 此消彼长，形成了具有气旋式环流性质的海流系统。沿太平洋西岸北上的黑潮 干流，平均为0 1 节，仅相当最大潮流速度的1 1 0 。沿岸流水系源于渤海被辽 河、滦河、海河、黄河、鸭绿江等河水冲淡的海水，流动在水深小于2 0 m 的近 岸水域，经渤海海峡流入南黄海。渤海湾的潮汐属正规和不正规半日潮，平均 潮差为2 - - 3 米，大潮潮差为4 米左右。落潮的延时大于涨潮的延时，分别为7 和5 小时。海浪以风浪为主，平均波高约为0 6 米，最大波高可达4 0 - - 5 0 米。 渤海湾的环流主要由是高盐的黄海暖流从渤海海峡北部进入渤海中央并延 6 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 伸到渤海西岸，受海岸阻挡分成南北两支，南支进入渤海湾后，转折南下，形 成反时针向的流动。同时黄河冲淡水沿渤海湾南岸向西运动，形成顺时针向的 流动。所以渤海湾的平均环流是北部为反时针向，南部为顺时针向的双环结构 ( 秦蕴珊，1 9 8 5 ：赵保仁，1 9 9 5 ) 。 l l8 6 1 1 9 。 1 3 区域地质 图1 2 渤海湾的环流示意图 渤海湾盆地位于我国东部东北平原、渤海和下辽河平原，构造上处于华北 陆块东部，东界郯庐断裂，西界太行山东麓断裂，南北分别为鲁西隆起和燕山 褶皱带所限，是一个以新生代沉积为主体的大型板内裂谷盆地，面积约2 0 1 0 3 k m 2 。渤海湾盆地形成于中国东部岩石圈总体伸展东移的构造背景，具备一 般裂谷盆地的典型特征，伸展和裂陷活动是新生代的主导构造变形方式。另一 方面，渤海湾盆地构造变形也有特殊性，除了发育伸展构造外，还有走滑构造 和挤压构造，这与该盆地新生代处于三大板块非正向汇聚的特殊板块构造背景 7 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 有关。 渤海湾盆地以断裂发育、断块破碎著称，北北东一北东向和北西西一东西 向两组断裂是控制盆地构造格局的主干断裂。其中北北东一北东向新裂是新生 代的优势构造走向线，许多凹陷和凸起沿这些断裂呈带状展布，北西西向断裂 对盆地起分段作用，使渤海湾盆地的总体呈“三带一区”展布。郯庐、沧东一 兰聊和太行山东麓三条北北东一北东向断裂带的活动，相应形成了三个断陷带， 自西而东依次为：冀中坳陷一临清坳陷西部断陷带，黄骅坳陷一临清坳陷东部 断陷带，下辽河一辽东湾坳陷一渤中坳陷东部一济阳坳陷东部一昌潍坳陷断陷 带。三个北北东方向延伸的断陷带之间有两个隆起带，即沧县一内黄隆起带、 埕宁一海中隆起带。每个断陷带内部，一般由2 - - 3 排次级断陷带组成，之间被 凸起带所分隔。北京一蓬莱断裂带和无极一衡水一德州断裂，将盆地切割成北、 中、南三个大的段落。北段由下辽河一辽东湾坳陷组成，中段由冀中坳陷、黄 骅坳陷、渤中坳陷、济阳坳陷和昌潍坳陷组成，南段主要由临清坳陷组成。北 段和南段狭窄，东西向宽度一般小于l o o k m ；中段裂陷区宽阔，东西宽可达 5 3 0 k i n ，使盆地的外部轮廓呈一“n ”形( 高瑞祺，2 0 0 4 ) 。 1 4 区域地貌格局 渤海湾沿岸地带的地貌分属于冀北山地丘陵、华北平原两个地貌区。冀北 山地丘陵位于不断隆起的蒙古高原与不断凹陷的渤海和华北平原间的过度地 带，地势西北高、东南低，呈阶梯状的巨大斜面；斜面受到外力剥蚀，主要是 河流的侵蚀切割，形成了现代的山地和丘陵。山脉在冀北多呈n e 走阳，主要 包括京西诸山、燕山、努鲁儿虎山等，中、低山集中分布在西北部，丘陵多分 布在东南部，山地边缘和较大河流两岸。 华北平原地势西高东低，地表平缓，平均坡度为1 5 0 0 0 - - v 6 0 0 0 ，主要为黄 河、淮河、海河共同堆积而成，故又称黄淮海平原。海河平原上有许多低于周 围地面1 - - 2 米的湖泊；黄河河床高出平原地面2 - - 3 米，成为举世闻名的地上 河。现代的黄河三角洲是1 8 5 5 年黄河改道由利津入海后发育的，尾间河段先后 发生过l o 余次较大的改道摆动，三角洲的三角洲的发展速度很快，1 9 “一1 9 7 3 年间，河口年平均延伸1 8 0 0 米，三角洲的水上部分高出2 - - 3 米而呈波状起伏， 8 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 三角洲的水下部分广泛分布于水深2 0 米的范围内。渤海湾沿岸海拔5 米以下的 低地不同程度地出现了盐渍化和沼泽化现象。 1 4 1 渤海周边陆上地貌特征 本区多种多样的外营力作用塑造了多姿多彩的地貌形态，其主要特点为： 1 、河流的堆积作用与平原地貌的发育 黄河、海河、滦河等河流在出山口后，携带大量泥沙充填在山前坳陷盆地 中，从而形成了广阔的堆积平原。 水系变迁对于华北平原地貌的发育具有重要的意义。黄河下游泥沙淤积非 常强烈，决口改道十分频繁，北至天津，南达淮河，影响面积2 5 0 0 0 平方公里。 黄河不断地迁徙改道，使得华北平原上遍布古河道洼地。 在华北平原北部，来自燕山和太行山的诸多河流，在山前形成洪积扇平原， 它们对华北平原地貌结构的形成以及黄河的改道具有重要的意义。此外，靠近 海岸的一些山地河流亦可在下游地区形成比较狭窄的冲积平原和冲积海积平 原。 2 、流水侵蚀、溶蚀作用与丘陵、台地地貌的发育 本区处于暖温带湿润一半湿润大陆性季风气候变化区，年降水在5 0 0 毫米 以上，且集中在夏季，冬冷夏热，风化作用明显，坡面流水的侵蚀、搬运作用 十分强烈，丘陵和剥蚀台地上面沉积物很薄，沟谷发育。 3 、风力作用与风成地貌的发育 平原上的古河道洼地、决口扇以及河口沙堤，海滩和海岸沙堤上的松散物 质，由于海岸的风力作用，可形成规模不大，分布断续的沙丘，多以沙堆和波 状起伏的沙地为主，呈长条形沿海分布，尤其以面向西风和西北风的平原海岸 最为多见。有些沙地可能形成于全新世以前比较寒冷的气候条件，而今的滨海 沙地，只有在那些没有植物覆盖的地方才有明显的活动。 4 、河口动力作用与三角洲的发育 本区河流的含沙量普遍较高，因而在平原区，海岸与弱潮流相配合能够形 成水下三角洲、三角洲平原和海湾三角洲等形态。在基岩海岸区，以波浪为主 的河口区，三角洲的前端常有沙坝闭锁：以潮流为主的河口区，则形成较宽缓 的河口湾三角洲、水下沙坝和沙岛等。河口泥沙不但形成了三角洲，同时也是 9 开阔， 向东南倾斜，坡度为0 3 2 0 3 9 0 o ，等深线平行海岸分布，在河口附近向海突出， 地形呈平缓的波状起伏，局部地区波峰和波谷之上叠加小型条形高地，高度 1 1 5 m ，宽3 0 - 4 0 m ，长度约4 5 0 9 0 0 m ，反映海底有沙波存在。 西北部的水下堆积岸坡，分布在大清河口至曹妃旬沿岸，与海岸平行。岸 坡西南端内侧为曹妃甸浅滩，端部存在槽形潮流凹地。向东北，岸坡内侧为滦 河三角洲、冲积海积平原，二者以后者的边缘沙坝为界。水下堆积岸坡分布水 深小于2 5 m ，自岸向海缓倾，坡度随水深变大变缓，水深1 5 2 0 m 地带为0 6 3 0 ，2 0 2 5 m 地带为0 2 8 ，在沿岸流和潮流作用下，岸坡由粘土质粉沙和沙 粉沙粘土沉积物组成。 潮流冲蚀洼地，呈槽形，分布在渤海湾北部的槽妃甸南侧，大致呈东西走 向，并有南北向分支，水深大于2 5 m ，槽底水深2 7 m ，北西向分支水深较大， 最深处超过3 2 4 m ，伸向槽妃甸浅滩，槽底呈平缓的波状起伏，波峰与波谷相 对水深相差2 5 2 7 m ，其上叠加相对高差0 5 2 m 的沙波，波长约4 5 0 9 0 0 m 。谷 地长4 6 k i n ，宽o 3 1 5 k i n 。谷地为细沙及粉沙沉积，谷地的行成是由于自东向 西的沿岸流及潮流冲刷的结果。 渤海湾内堆积平原与海湾堆积平原地形平坦开阔，自西向东缓倾，坡度极 小，一般为o 0 5 0 2 0 。平原由粘土质粉沙或粉沙质粘土组成。 1 8 5 5 年黄河迁徙来渤海前，渤海湾和莱州湾连成一体，海湾形态不明显， 此时海底地形平坦，等深线平行海岸，是华北平原和鲁北平原向海的延伸。向 东北方向突出的近代黄河三角洲形成后，才使它们各自形成独立的海湾。 渤海湾堆积平原水深小于2 0 m ，海底地形平坦，自西南向东北缓缓倾斜， 1 0 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 等深线走向呈北西南东向，水深1 0 1 5 m 和1 5 2 0 m 海域，坡度分别为0 2 8 。和 0 2 5 o ，水深2 0 m 附近有一转折，变缓至0 0 4 o 以下，过渡为渤海湾中部浅海 平原。在历史上，黄河有多次在天津以南入海，大量细粒泥沙存湾内堆积，海 底被泥沙沉积物覆盖，构成淤泥质海湾堆积平原。 1 5 古渤海湾海侵史 据渤海中部b c - 1 孔揭示，参考渤海湾西岸平原区钻孔得知，晚更新世以来 古渤海湾曾发生四次海侵、海退系列，从老到新为沧州、渤海、献县、黄骅海 侵。( 秦蕴珊，1 9 8 5 ) 1 5 1 沧州海侵 约距今1 1 4 k a 年开始，地磁场发生一次短暂的倒转，被称之为布莱克事件。 此时处于末次间冰期初期，渤海湾变为内陆盆地，海水退出本区。以河北省大 成县至武清县为界，分东南、西北两个谷地，以湖相沉积为主，河流相沉积次 之。河流相沉积主要分布在沧洲海兴一线，另外在大成县以东和天津附近也有 分布，这说明有三条大小不等的河流通过本区而流向东方。在这种地质背景下， 约距今1 0 8 k a ，发生沧洲海侵，海水在距今1 0 0 5 k a 左右，抵沧州附近，为此次 海侵最盛期，随后海水波动或后退，约距今7 0 k a 年，海侵结束。 1 5 2 、渤海海侵 大约在距今7 0 k a 年左右，世界气候逐渐变冷，里斯一玉木间冰期结束，世 界气候进入冰期时期。那时世界洋面明显下降，海水退出渤海，渤海转化为渤 海湖，渤海湾西岸转化为大陆环境。河流沉积主要分布于沧州以南一带。从距 今7 0 k a - - 1 2 k a 年间的分析资料表明，尽管处于玉木冰期时期，但其中曾发生过 两次亚间冰期海侵，留下了两期海相地层。渤海b l 孔也有对应层位，被称为早 和晚亚间冰期海侵，它们将玉木冰期分成三部分，分别被称为玉木i 、玉木i i 和玉木。早亚间冰期海侵因为只发生在渤海中部，故称渤海海侵，晚亚间冰 期海侵则为献县海侵。早亚间冰期海侵时，水深较浅( 可能只有2 0 米) ，其海 侵范围，可能未超过现代渤海的范围，这次海侵的起始时间为距今6 5 k a 5 3 5 k a 。 1 5 3 、献县海侵 渤海海侵时，渤海湾西岸仍处于陆相环境，在黄骅南排河附近地区有泥炭 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 层分布，在沧州盐山一线，文安一静海一线有两条河流沉积。献县海侵始于距 今约3 9 k a ，结束于距今2 2 k a 。随着全球气候的再度转暖，这时海水再度入侵到 渤海湾西岸，形成辽阔的海洋沉积环境。距今2 5 k a 左右，海侵最大范围超过沧 州而达献县附近。黄骅县歧口至盐山县一带为主要沉积区，厚度在1 5 米以上。 向西北、西、西南渐薄。 1 5 4 、黄骅海侵 冰后期，气候转暖，海面上升，海水开始入侵。本区海面在距今8 5 k a - - l o k a 年间，海面是持续上升的，但在约距今8 5 k a 、8 k a 有过两次停顿。从层序地层 学原则看，黄骅当时沉积速率较高，约在距今8 5 1 0 9 0 年海面上升速率超过沉 积速率，发生大规模海侵。渤海湾南岸、西岸、北岸受海侵影响的初始时问， 发生大规模海侵的时间大体相似，但也有一定差异，这可能受到区域地形地势、 区域潮差差异的影响所致。 随后，海水经多次上下波动，渤海湾岸线也经多次变动，在渤海湾沿岸留下 了一系列贝壳堤滩，终于导致现代渤海湾的形成。 综上所述，布莱克事件的结束，意味着里斯冰期的结束和里斯玉木间冰期 的到来。随着温暖间冰期气候的来临，世界洋面再度回升，在世界各陆架海发生 了海侵。在这次海侵中，古渤海在经过了大约2 1 5 万年的退缩以后，越过了它长 期固守的疆界，而发生了海侵。这次海侵的范围很广，其西界可达渤海湾西部的 沧州地区，故被称之为沧州海侵。 沧州海侵可分为两个阶段，前期大约从距今1 0 8 0 0 0 年9 0 0 0 0 年，后者从 距今8 5 0 0 0 - - - 7 0 0 0 0 年，其中有5 0 0 0 年发生了短暂的海退。从微体及软体动物群 的组合来分析，其中含某些暖水种动物群，而这些喜暖动物群在今日渤海中并不 存在，表明当时的水温和气温都较今日为高。 从距今7 0 0 0 0 年开始，海水又退出渤海，进人玉木冰期早期阶段。经过了大 约5 0 0 0 年的冷期以后，海水又再度入侵，进入了玉木冰期中第一亚间冰期阶段。 不过这次海侵的范围较上次为小，没有超过现代渤海的范围，因为仅在渤海b c 1 孔中发现，故将其称为渤海海侵。 渤海海侵大约持续了1 1 5 0 0 年，又进入了玉木冰期中的第二个冷期，海水再 度退出渤海。在经历了大约1 4 5 0 0 年的冷期以后，即相当于距今3 9 0 0 0 年开始， 1 2 渤海湾全新世海侵前的古环境和古河道 又进入了玉木冰期中的第二亚间冰期。