（海洋地质专业论文）渤海湾北部5000年以来环境变化及其背景.pdf

渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及其背景 摘要 本文通过采自渤海湾北部的1 6 8 个表层沉积物和3 个柱状样( a 4 3 5 、b 8 3 、b 1 6 6 ) 样品对底栖有孔虫群进行定性、定量研究分析，结合q 型因子分析及a m s l 4 c 测年数 据，对渤海湾北部海域5 0 0 0 年以来古环境变化及其背景进行初步探讨。 研究发现有孔虫均为底栖种类，未见浮游有孔虫。底栖有孔虫以广盐性、半咸 水性近岸、浅水种占优势，较为窄盐和深水生活的种类很少，仅见于研究区水深超 过1 5 2 0 m 的范围。 对表层沉积物进行q 型因子分析得到的4 个主因子，累积方差贡献为9 3 2 4 7 ， 将研究区划分为四个组合：i 区舰妇6 p c c 折jv a r s 甜妇9 “吕- d c u - 7 如盆 a 砌8 r ，盆刀昂肋芒肋幽组合，代表沿岸淡化水体环境；i i 区胁 p 助j 以聊 芒励盯c u 如 册组合，代表了水深较大，海水盐度相对较高，海洋环境逐渐向渤海 遵霉区过渡区；i 呕为a m m o n i ab e c c a r i i 、7 a y s e i p h i d i u mm a g e i i a n i c u m 组合， 代表近岸浅海环境；区为砌芒“- 删么而- 如c 铂组合，代表东部水深较大地区( 大 于2 0 米) 的环境。 b 8 3 柱样为5 0 0 0 a 以来的沉积物，对其2 3 种底栖有孔虫9 9 个样品进行q 型因子分析 得到4 个主因子，主因子1 为厅。芒e 埘j 以蝴芒砒 c u 如芒蚴组合；主因子2 为 强x t u ! a r i a 幻2 i a e e 组合；主鼠子3 为a m 璎0 n i 8 6 e c c 8 r i iv a r s 组合；i 圆子4 为毋肋j 以脚肋伊- a 刀j c 蚴组合，因子载荷的分布与有孔虫群的特征吻合较好。 a 4 3 5 柱样为4 0 0 0 a 以来的沉积物，对其2 3 种底栖有孔虫5 3 个样品进行q 型因 子分析得到4 个主因子，主因子1 为乃d 芒p 泐j 以姗芒础竹c “- a 芒啪组合；主因子 2 为q u i n q u e i d c u i i n a a k n e r i a n ar 。t u n d a 组合；i 因子3 为e i p h i d i u m 励7 - 即j c 蚴组合；主因子4 为出财d 刀妇幻c c a r j jv a r s 组合，因子载荷的分布 与有孔虫群的特征吻合较好。同时研究发现，该柱样较b 8 3 柱样受黄河、海河、蓟 运河等淡水注入的影响更为严重。 通过对a 4 3 5 柱样、b 8 3 柱样、b 1 6 6 柱样有孔虫组合特征分析及q 型因子分析， 渤海湾北部海区5 0 0 0a b p 以来古环境和古气候划分为4 个阶段： 第1 阶段距今大约4 0 0 0 5 0 0 0a b p ，为内陆架浅海环境。在这一时期，气候温 暖湿润，海平面稳定； 第2 阶段距今大约4 0 0 0 2 5 0 0a b p ， 气候波动，早期气候处于稳定的温暖期， 第3 阶段距今大约2 5 0 0 l 0 0 0a b p ， 为低温低盐近岸浅海环境。在这一阶段， 随后进入寒冷期； 为冷水环境。该段时期气候凉爽潮湿； 第4 阶段大约1 0 0 0 a b p 至今，为滨岸环境。在这一时期内，气候出现连续波动， 早期气候变得潮湿；到了中晚期，气温急剧下降，进入寒冷期；但随后现代气温又 在逐渐转暖中。 关键词：底栖有孑l 虫组合、q 型因子分析、古环境、古气候、渤海湾北部 i i t h ep aia e e n vir o n m e n te v oiu tio na n dit sb a c k g r o u n dint h e b o h aj b a ysin c et h e la t e5 0 0 0 a b p a b s 七r a c t q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea n a i y s i so nt h eb e n t h i cf o r a m i n i f e rf a u n aa r eb a s e do n 16 8s u r f a c es e d i m e n ts 锄p l e sa n dt h r e es h o r tp i s t o nc o r e s ( a 4 3 5 ，b 8 3 ，b16 6 ) w e r e d e p o s i t e d 矗o mt h en o r t ho fb o h a ib a y c o n s i d e “n gt h e d i s t r i b u t i o no fb e n t h i c f o r a m i n i f e r 、a m s1 4 c d a t i n g a n d q m o d ea n a l y s i s ， w h i c hd i s c u s sm e p a l a e - e n v i r o n m e n t e v o l u t i o na n di t sb a c k g r o u n di nt h eb o h a ib a ys i n c et h el a t e 5 0 0 0 a b p b a s e do nt h ea n a l y s i s ，n op l a n k t o n i cf o r a m i n i e r ai sf o u n di nt h er e g i o n t h eb e n t h i c f o r 锄i n i f e r a lf i a u n aa r ed o m i n a t e db ye u r y h a l i n el i t t o r a l ，s h a l l o ww a t e ra n db r a c k i s h w a t e rs p e c i e s n a 玎o ws a l i n i t ya n dd e e pw a t e rs p e c i e sa r er a r ew h i c hc a nb ef o u n da tt h e w a t e rd e p t ho f15 2 0 m q m o d ef a c t o ra n a l y s i si se m p l o y e d o n16 2s a m p l e sa n d4 0b e n t h i cf o r a m i n i f e r a l s p e c i e sa n df o u rv a r i m a xf a c t o r sw i t ha c c o u n t sf o r9 3 2 4 7 r e c o g n i z e sa sf o l l o w s ： a s s 锄b l a g ei 口聊聊d 刀切6 9 c c f fv a r s q 砌g 甜p 励c “疗撇口砌p 一册口 加，渐妇) r e d r e s e n t st h ec o m b i n a t i o no fc o a s t a la n ds h a l l o ww a t e r si ns h a l l o ww a t e r w i t hl o w s a l i n i t ) ，；a s s e m b l a g ei i ( p 阳饱勿厅f 旃“聊砌聊6 p ，c “肠加m ) r e p r e s e n t st h ec o m b i n a t i o no f e n v i r o 啪e n to ft h el a r g e rd e p t ha n dh 迢h e rs a l i n i t y ；a s s e m b l a g e i i i m 聊d 胛胁6 e c c 口r 村 v a r s e 勿乃f 旃“聊珑昭8 刀b 玎f c 材聊) r e p r e s e n t st h ea l o n g s h o r es h a l l o ws e a e n v i r o n m e n t ； a s s 锄b l a g e ( 死x f 甜z 口r 缸乃，妇c g 口) r 印r e s e n t st h ew a t e rd e p t ho v e r2 0 m o ft h ee a s t e mo f t h e r e g i o n t h es e d i m e n to fc o r eb 8 3d e p o s i t e da se a r l ya s5 0 0 0 a q - m o d ef - a c t o ra n a l y s i si s e m p l o y e do n9 9s a m p l e sa n d2 3b e n t h i cf o r a m i n i f e r a ls p e c i e sa n d w er e c o g n i z ef o u r v a r i m a xf a c t o r s f a c t o r1i s 尸加纪勿办f 西甜脚f 2 删6 口陀甜肠f 掰聊a s s e m b l a g e ；f a c t o r2i s 死砌肠，_ 幻加z 砌c g 口a s s e m b l a g e ；f a c t o r3i s 么聊聊d 胛勉 6 口c c 口r f f v a r s a s s e m b l a g e ； f i a c t o r4i se 勿厅翮“聊m 孵z 肠 ，c 姗a s s e m b l a g e t h ed i s t r i b u t i o no ff a c t o r s1 0 a d a c c o r d sw i t bt h ec h a r a c t e ro fb e n t h i cf o r a m i n i f e rc o m m u n i 够 i i i t h es e d i m e n to fc o r ea 4 3 5d 印o s i t e da se a r l ya s4 0 0 0 a q m o d ef a c t o r 锄a l y s i si s e m p l o y e d o n5 3s a m p l e sa n d2 3b e n t h i cf o r a m i n i f e r a ls p e c i e sa n dw er e c o g n i z ef o u r v a r i m a xf a c t o r s f a c t o r1i s 尸加纪勿办触甜脚 f “聊6 p 彤甜z 口f 甜聊a s s e m b l a g e ；f a c t o r2i s q “f 船g “p 幻c “，f 玎口 口z 观p r f 日”a r d f 钳 ( 幻a s s e m b l a g e ；f a c 沱o r3i se 露，办i 旃“m 历臼驴砌即配“脚a s s e m b l a g e ；f a c t o r4i s 彳，行所d 刀妇 6 p c c 口r 打 v a r s a s s e m b l a g e t h e d i s t r i b u t i o no ff a c t o r s1 0 a da c c o r d sw i t ht h ec h a r a c t e ro fb e n t h i cf o r a m i n i f e rc o m m u n i t y t h er e s u l t si n d i c a t et h em o r ea f 诧c to ff r e s h w a t e rt oc o r ea 4 35f r o mh a i h e 、j i y u n h e 、 y e l l o wr i v e rt h a nc o r eb 8 3 t h u s ，b a s e d0 nt h eb e n t h i cf o r a m i n i f e r a lf a u n ac h a r a c t e ra n dq - m o d ef a c t o ra n a l y s i s ， t h e r ew o u l db ed i v i d e di n t o4 p e r i o d sa se a r l ya s5 0 0 0 ai nt h en o r t ho fb o h a ib a y ： t h ef i r s tp e “o d ，5 0 0 0 4 0 0 0 a b p i tc o r r e s p o n d e dt os h a l l o ws e ao fi n n e rs h e l f e n v i r o n m e n t d u r i n gt h i sp e r i o d ，t h ec l j m a t ew a sw a r ma n dd r y t h es e al e v e lw a s s t e a d y t h es e c o n dp e r i o d ，4 0 0 0 、，2 5 0 0a b p 。，nc o r r e s p o n d e dt oa l o n g s h o r es h a l l o ws e ao f l o wt e m p e r a t u r ea n dl o ws a l i n i t ye n v i r o n m e n t d u r i n gt h i st i m ep e r i o d ，t h ec l i m a t e f l u c t u a t e d a se a r l y ，t h ec l i m a t ew a sw a r m ，s o o na r e r w a r d s i tb e c a m ec o l d e r t h et h i r dp e r i o d ，2 5 0 0 l0 0 0a b p i tc o r r e s p o n d e dt ot h ea l o n g s h o r es h a l l o ws e a w i t hc 0 0 1 e rw a t e re n v i r o n m e n t t h ec l i m a t ew a sc o o la n dd r yi nt h i st i m e t h ef b n hp e r i o d ，10 0 0 a b p t op r e s e n t i tc o r r e s p o n d e dt ot h eo f f s h o r ee n v i r o n m e n t d u r i n gt h i st i m ep e r i o d ，m ec l i m a t ef l u c t u a t e d a tt h ee a r l ys t a g e ，t h ec l i m a t eb e c a m ed r y t h ec l i m a t ep r e c i p i t o u sd e c l i n e d n o w a d a y s ，t h ec l i m a t eh a sc h a n g e dw a m e r k e y w 。r d s ： b e n t h i cf o r 锄i n i f e r a la s s e m b l a g e ：q m o d ef a c t o ra n a l y s i s ： p a l a e e n v i r o n m e n t ：p a l a e c li m a t e ； n o r t ho fb o h a ib a y i v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 注：如没 直墓丝益墨挂型主塑数! 查拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名：曰冷轰 签字日期：土融7 年j 月巧日 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，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。本人授权 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，并通过网络向社会公众提供信息服 务。( 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：淤吾支 签字日期：- 一7 年r 月叩日 导师签字： 由、氏七 辩日f 妒 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及其背景 1 刖舌 1 1 研究目的和意义 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，围绕这两个主 题的科学研究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要协调发展。众多的环 境问题日益威胁着人类的生存和社会的可持续发展，因此深入探索不同时间尺度 的环境演化规律，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，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。海洋沉积物记录中保存的 环境演化信息使人们逐渐认识到了全球的气候并不是一直就是现在这样的，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。 近年来，人们对海洋环境的研究，尤其是对渤海及其邻近海区的研究，更多 的集中在海平面的升降和海岸线的变迁方面。如姜义等( 2 0 0 3 ) 利用部分遥感数 据对渤海湾西岸近百年来海岸线的变迁进行分析；王宏等( 2 0 0 0 ) 利用贝壳堤的 发育来探讨渤海湾西岸近1 千年来的岸线的重大变化；庄振业等( 1 9 9 1 ) 探讨了 渤海南岸6 0 0 0 年来的岸线变迁；赵松龄( 1 9 7 8 ) 探讨了渤海湾西岸地层与海岸线。 目前对海洋环境自身的研究较少，因此本文利用渤海湾北部海区底栖有孔虫 的组合分布，分析渤海湾北部海区海洋环境的变化，通过对环境变化的研究，来 探讨渤海湾海区气候的变化。 1 2 国内外的研究历史及现状 在海洋地质研究中，有孔虫占有特殊的地位。它们最早出现于寒武纪，一直 延续到现代( 郝诒纯，茅绍智，1 9 9 3 ) 。有孔虫作为海洋沉积记录中环境信息的 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及其背景 重要载体之一，其具有个体小、种类多、数量大、对不同环境因子的反应较为敏 感，地理广泛、遗壳能在地层中长期保存等特点，因此不仅是研究现代海洋生态 学的良好材料，也是研究古海洋生态学、恢复古海洋沉积环境及古气候、识别海 相地层、进行地层对比等的优越的环境指示生物和重要的微体化石之一，用于研 究现代海洋沉积物中微体古生物分布及其与现代海洋环境之间的关系，认识过去 古海洋环境变迁，有着重要的研究价值。研究现代海底沉积中有孔虫的分布，既 可为地层中运用这些微体化石再造古环境提供标准，而其本身也是了解海区近期 历史的根据。几十年来，底栖有孔虫群，尤其是其中的一些“标志种被广泛用 来指示古深度、古盐度、古温度等。 国外学者对有孔虫的研究较早，早在第一次世纪大战前后，美国科学家首先 将底栖有孔虫这类化石作为地层年代的标志用于石油勘探，大获成功。人们将有 孔虫作为古海洋学、古环境研究的重要手段。目前有孔虫的钙质壳体，广泛用于 各种稳定同位素( 如61 3 c ，61 8 0 等) 和元素比值( 如c d c a ，m g c a ，s r c a ) 分 析。m u r r a y 、c l a u d i o 、s h a c k l e t o n 等人曾做过大量的工作。 作为古海洋学、古环境研究手段的底栖有孔虫研究在我国起步较晚。但在最 近三、四十年取得了长足的进展。我国学者对有孔虫进行了大量的研究工作，最 早的研究开始于南海和冲绳海槽，这些海区的表层沉积物样品中有孔虫的分布特 征以及与海洋环境之间的关系得到了较为系统的研究( 郑执中等，1 9 7 9 ；郑守仪， 1 9 8 8 ；郝诒纯等，1 9 8 8 ；汪品先等，1 9 8 8 ) 。 自9 0 年代初期开始，国内对有孔虫的研究大多针对东海，特别是冲绳海槽、 南、北黄海等地区。然而系统地介绍渤海海区底栖有孔虫的资料还是相当缺乏。 虽然近几十年来我国有不少学者对渤海的主要海湾和各大河口的现在沉积物中 的底栖有孔虫做过大量的研究，但多集中于辽东湾、莱州湾、滦河冲积扇一三角 洲地区、渤海湾中南部等地区。郑守仪等( 1 9 7 8 ) 对山东省打渔张灌区第四纪有 孔虫及其沉积环境做过初步探讨；李淑鸾( 1 9 9 4 ) 对辽东湾表层沉积中有孔虫进 行过研究；林防等( 2 0 0 5 ) 对莱州湾第四纪晚期以来微体化石组合的进行过研究； 韩有松等( 1 9 9 4 ) 对莱州湾滨海平原晚第四纪古环境的研究；庄振业( 1 9 9 5 ) 利 用s 3 孔探讨渤海南部晚第四纪以来海相地层的划分及环境演变。但对渤海湾北部 海区中底栖有孔虫的研究较少，仅有刘建国、李安春等人( 2 0 0 2 ) 在此海区做过 2 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及其背景 沉积物粒度特征分析；李元芳( 1 9 8 3 、1 9 8 5 ) 、黄庆福( 1 9 8 5 ) 也是仅对渤海湾北 岸、天津平原等地做过表层沉积中有孔虫群的研究。 近年来应用有孔虫化石研究海相地层及古地理环境时，往往采用与现代有孔 虫类比的方法来推断古生态，进而解释海洋沉积物形成时的环境，这就大大地促 进了对表层沉积物中有孔虫分布规律的研究。p h e l g e rf b 、w a l t o nw r 、b a n d y o l 、m u r r a yj w 等曾分别详细研究过现代大洋、大陆架、近岸浅海以及沿岸 的有孔虫群，并注意到各种生态环境因素和有孔虫属种分布的关系。而现代对微 体古生物在古海洋学中的研究已从以往定性的静态描述转为通过对“过程 的研 究，进行定量的动力学探讨，即应用因子分析、聚类分析和回归分析等多元统计 分析技术建立微体生物群落的统计模型，结合现代海洋环境资料赋予不同模型特 定的环境指示意义，客观地分析生物群落与古海洋环境之间的相关关系；同时， 对一些特征属种和典型区域组合的环境指示意义的研究更加精细化和具体化( 庄 丽华，2 0 0 2 ) 。 因此本文依据我国近海海洋综合调查与评价专项中的底质调查研究( 9 0 8 一 c j 0 2 ) 。试图结合前人已有的工作和成果，通过对沉积物中微体古生物底栖有孔 虫分析、a m s l 4 c 分析、q 型因子分析，分析渤海湾北部5 0 0 0 a 以来，底栖有孔虫群 的分布特征，探讨该区5 0 0 0 a 以来古环境的演化，追寻渤海湾北部5 0 0 0 a 以来气候 变化的历史过程和主要的气候事件，以及研究这些事件的背景。 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及】背景 2 研究区域概况 本文的重点研究区域是渤海湾北部，渤海湾位于渤海的话部( 图2 1 ) ，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 m2 ，占渤海面积约1 5 。为一向西凹入的弧形浅水海湾，最大深度约 2 5 m ( 在湾口中部) 。海底地形大致自南向北，由岸边向海湾中间缓慢加深，湾内 地形单调，向东缓倾。平均水深1 2 5 m ，沉积物主要为细颗粒的粉砂与淤泥，海 底地势沿岸发育了中国规模最大的潮间带。在蓟运河河口，由于河口输沙量少和 受潮流的冲刷，形成一条从西北伸向东南的水下河谷，至渤海中央箍地消失。 图2 1 渤海地形图( 据刘锡清等，1 9 9 7 ) 4 漪海湾北部舢年以来环境变化及j 背景 21 渤海湾底质 渤海湾正处在中生代古老地台活化地区，位于冀中、黄骅、济阳三拗陷边缘， 经历了各个地质时期的构造运动和地貌演变，形成湖盆，并在其上覆盖l 0 0 0 k 7 0 0 0 k m 厚的松散的第三纪沉积物，形成典型的粉砂淤泥质海岸。随后又几经海水 进退作用，使海湾西岸遗存有沿岸泥炭层和3 条贝壳堤。海底沉积物均来自河流 挟带的大量泥砂，经水动力的分选作用 说，沿岸粒度较粗，多粉砂和粘土粉砂 较细，多粘土软泥和粉砂质软泥。 呈不规则的带状和斑块状分布。一般来 东北部沿岸多砂质耪砂；海湾中部粒度 渤海湾北部表层沉积物用粒度激光仪进行粒度测量，可以看出该区沉积物以 粉砂、粉砂质砂、砂质粉砂为主，泥质砂和砂分布范围较小( 图22 ) 。 粉砂区主要分布在该区的西部和南部，受陆源物质影响明显，在该区的东部 主要以砂质粉砂和粉砂质砂为主。 “i i 一一l 、 _ s z 3 蹦2 2 渤海湾北部表层沉积物类型分布图 ， 。 。、。 1：广j 霎i n n 一 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及其背景 2 2 渤海湾水文状况 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：一是季风显著；二 是冬寒夏热，四季分明，春秋短促，气温年变差大；三是雨季很短，集中在夏季， 7 、8 两月降水量占全年的6 4 6 8 ，春季少雨，降水量的年际变化也很大。 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，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 c m 。冰量 为5 8 级( 以冰盖面占总海面的十分比为级) 。湾顶和北部沿岸、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l 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 。 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 o 5 0 米。 流入渤海湾的主要河流有湾口南侧的黄河，西侧的海河水系( 潮白新河，子 牙新河等) 、蓟运河，北侧的滦河，并分别形成废黄河水下三角洲、海河现代 三角洲和古滦河三角洲平原。海河流域内的年平均降水量在4 0 0 6 0 0 咖之间， 早年只有2 0 0 m m ，洪水年多达1 3 0 0 1 4 0 0 姗。全年的雨量分布不均，春季风多雨 少，夏秋雨量集中。海河流域的这种气候特征，基本上也能代表渤海湾地区的气 候特征。黄河是渤海湾现代沉积物主要来源，黄河大量泥沙的入海和扩散，是渤 海湾泥沙主要来源。滦河入海泥沙的向西南运移，虽为数不多，但仍不容忽视， 使渤海湾水下不断淤浅，滩面扩增。 渤海湾北部的温度、盐度、底质等条件对底栖有孔虫的数量、分布特征起着 一定的作用。 6 渤海湾北部，o 年u 粜环境变化及j t 背景 3 材料与方法 本文研究主要依托于“我国近海海洋综合调查与评价专项”的底质调查研究 9 0 8 c j 0 2 区块的研究工作。 本文分析的表层样品1 6 8 个和三个柱状样的1 8 3 个样品，共计3 5 1 个，样 品站位如图3 一l 所示，柱状样品的位置、水渫等见表3 一l 。 圈3 一l 研究区域样品站位删 裹3 1 柱状样取样位置、水深袭 柱样编号采样点位置水深佃)柱( c m )岩性分析样品数 1 1 8 l 。4 9 ”e 4 3 5 牯土5 3 个 3 8 。3 5 5 l ”n 1 1 8 。5 l 4 3 ”e 朋3 糖砂质粘士9 9 个 3 8 9 3 5 5 l ”n 1 1 9 。1 6 。7 ”b b 1 6 6 2 0 粉砂质粘士 3 1 个 3 9 。8 1 3 ”n h 缸 ，!i扎 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及其背景 3 1 室内分析方法 所有样品按照“9 0 8 专项”的相关要求，并参照微体古生物研究的常规方法 进行分析、处理：首先把样品置于5 0 0 m 1 的烧杯内，用烘箱5 0 恒温烘干，随 后称取2 0 9 干样，加入1 0 的双氧水浸泡使样品充分散开，然后用o 0 6 3 m m 的标 准铜筛进行冲洗，至冲出水中不含泥质为止。最后将筛上部分置于烘箱内5 0 烘干供镜下鉴定。 在双目显微镜0 l y m p u ss z x l 6 下进行系统鉴定，原则上每个样品需统计 2 0 0 3 0 0 枚壳体，其中胶结壳不透明，在鉴定时采取加水润湿的办法。 鉴定过程中，如果样品中有孔虫个体数目较多，鉴定过于费时，先对这些样 品进行l 2 、1 4 、1 8 缩分，若样品中有孔虫个体数目极少，则采用c c l 。进 行浮选，并对浮剩底样在镜下检查，将未浮出的壳体挑出鉴定，保证不致遗漏有 孔虫壳体。 每个样品鉴定完成之后，计算各种的百分含量、简单分异度( s ) 和复合分 异度 h ( s ) 以及丰度( 每克干样中有孔虫的个数) 等。 3 2 资料统计与参数计算 本文为了更好的探讨渤海湾北部底栖有孔虫的组合分布特征，对各样品的鉴 定结果进行以下参数统计和计算： 1 、丰度( n g ) ：指每克干样中含有孔虫的数量。底栖有孔虫的丰度在浅 海高，到深海下降，这是普遍规律，在印度洋北部，鄂霍次克海等早已证明。( 汪 品先，1 9 8 8 ) 。然而在陆架区又是滨岸处密度低，离岸逐渐增多，到陆架外缘达 最高值，这是墨西哥湾( w a l t o n ，1 9 6 4 ) 和加勒比海的伯利兹( b e l i z e ) 陆架 ( w a n t l a n d ，1 9 7 5 ) 都有记录。 2 、简单分异度( s ) 是种群多样化的指标，有孔虫的简单分异度s 即为样品 中所含有的有孔虫种的数量，是样品中有孔虫种类丰富程度最直观的反映。一个 种群的多样化程度与种群所在的环境中各个环境因子有密切的关系。盐度是影响 有孔虫分布的主要环境因子，正常海水的盐度是3 5 左右，有孔虫是海相生物， 在正常海水环境，有孔虫的种类也比较正常，当海水的盐度偏离正常海水值时， 只有广盐性有孔虫才能够适应，因此有孔虫的种数显著下降，盐度偏离得越大， 广盐性种类越少，简单分异度就越低。有孔虫群的简单分异度s 不仅与盐度有关， 8 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及其背景 而且也取决于深度。在近岸浅海区，深度对于分异度的控制，常常和盐度结合在 一起。海岸附近水浅，分异度低，但这里通常也是淡水影响最强的地区，分异度 降低同时也是水体淡化的结果( 化石群的分异度与古地理，同济大学科学技术情 报组，1 9 7 6 ) 。 3 、复合分异度日( s ) 复合分异度日( s ) 即香农一威纳指数( s h a n n o n w e i n e ri n d e x ) ，是反映生物 种群属种多样化及均匀程度的指标。在香农一威纳多样性指数中包含两个因素： 种类数目，即丰富度；种类中个体分配上的平均性( e q u i t a b i l i t y ) 或均匀 性( e v e n n e s s ) 。种类数目多，可增加多样性；同样，种类之间个体分配均匀性 的增加也会使多样性提高。 复合分异度例值依下式求得： 厅( s ) = 一只l n 只 ，暑l 式中：日( s ) ：复合分异度； s ：样品中的种类总数； 只：第f 种的个体数占全群总个数的比值； l n ：自然对数。 对有孔虫种群而言，复合分异度值可以反映该有孔虫群所处的沉积环境，一 般而言有如下规律，水深增大时( 5 ，) 值增大，温度增大时日( s ) 值增大，盐度偏 离正常海水时，日( s ) 值下降，正常海相沉积中有孑l 虫的复合分异度一般大于2 。 4 、因子分析 因子分析就是一种降维、简化数据的数学方法。它通过研究众多变量之间的 内部依赖关系，探求观测数据中的基本结果，并用少数借个“抽象”的变量来表 示其基本的数据结构。这几个抽象的变量就被成为“因子 ，能反映原来众多变 量的主要信息。原始的变量是可观测的显在变量，而因子一般是不可观测的潜在 变量。 因子载荷是因子中各样品比重的平方根，代表各因子在该样品中的重要性。 9 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及其背景 同一样品中各因子载荷的平方和为该样品的共同度，它表示整个因子模型对该样 品所包含原始信息解释的程度：所有样品共同度的平均值说明该因子模型解释所 有一整套原始数据的优劣。同一因子中各样品因子载荷的平方和称为该因子的方 差贡献，方差贡献越大说明该因子在整个因子模型中越重要：各因子方差贡献的 和为累积方差贡献，累积方差的大小说明了所用因子模型和所选因子数的合理 性。 因子得分是描述因子中变量( 种) 组合的参数。由于各因子中每个变量( 种) 得分的平方和对每个因子是相等的，它的值不依赖于分析所用的变量( 种) 数。为 了基于不同变量( 种) 的各因子分析能相互比较，因子得分应除以变量( 种) 数的平 方根，以产生标准化的值。因子得分越大的变量( 种) ，在给定因子中越重要，得 分较大的变量( 种) 便是该因子所代表的组合。 由于底栖有孔虫分布有一定的规律性和区域分布特征，但是在进行具体底 栖有孔虫组合类型划分和按地理分布分区时，就感到难以确定。同样的原始资料， 凭个人经验得出的结果很不一致，有时甚至相反，给数据的对比和应用以及进 一步研究造成困难。 本文为了更好的查明底栖有孔虫在渤海湾北部的组合分布及其与环境之间 的关系，本文对表层沉积物1 6 8 个站位和a 4 3 5 柱样、b 8 3 柱样共计1 5 2 个样品的底 栖有孔虫数据进行q 型因子分析。 首先对原始数据进行处理，把部分生态类型相近的同一属的几个种进行合 并，对底栖有孔虫百分含量至少在三个样品中超过2 的底栖有孔虫属种，进行q 型因子分析( i m b r i e & k i p p1 9 7 1 ：k l o v a n ，1 9 7 1 ) ，以具有最高主因子得分的属种 来命名不同的群落。 3 3a m s l 4 c 测年 为了更准确的进行地层划分，在3 个柱状样中选择了7 个层位样品做加速器 质谱( a m s ) 测年，每个样品利用大约为1 5 m g 底栖有孔虫混合种，在中科院地球环 境研究所西安加速器质谱中心完成，取得的4 个有效a m s h c 年代，没有出现上下 年龄颠倒，作为柱状样顶部沉积层年代的重要参考。a m s l 4 c 测年数据见表3 2 。 l o 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及其背景 表3 2a m s l 4 c 测年数据 样品深度 h ca g e ( ab p ) 实验室编号野外编号样品编号测年材料 e r r o r ( c m ) 1 4 ca g e ( 1o ) x a 3 0 0 3l #a 4 3 5 3 57 0 7 4底栖有孔虫混合种1 3 5 7 2 0 x a 3 0 0 53 #b 8 3 6 16 0 6 4 底栖有孔虫混合种 2 6 6 02 2 x a 3 0 0 7 5 #b 8 3 1 5 11 5 0 1 5 3底栖有孔虫混合种4 1 3 4 2 2 x a 3 0 0 86 #b 1 6 6 83 0 3 4底栖有孔虫混合种9 5 92 0 3 4 个别种鉴定标准 底栖有孔虫因为环境的不同，形态上存在着些许变异。因此在鉴定时，本文 对于个别种属采用现较为通用的鉴定标准。 对慨妇6 p c c 刎jv a r s ( 毕克卷转虫( 变种) ) 鉴定时所采用标准如下： 本次研究中在诸多样品中发现爿嬲力如6 p c ，j j ( 毕克卷转虫) 若干不同 形态的变种，按照不同研究者的不同分类标准，分别可划分为独立的种或 慨如6 p c c 刎jv a r s ( 毕克卷转虫( 变种) ) 。本文采用汪品先( 1 9 8 8 ) 对 慨妇6 p c c a ，j jv a r s 的描述，壳双凸，壳缘宽圆，明显呈瓣状；最后壳圈具 有6 个以上壳室，壳室膨起，依次迅速增大，最后两室甚大；缝合线明显，在背 面微弯曲；隔壁破裂处为补充壳口所在处。其余形态种在统计时计为独立的种计 算。 对尸，d 芒p 劬，瑚芒的眦如手脚( d 、o r b i g n y ) ( 具瘤先希望虫) 鉴定时所 采用标准如下： 本文对该种的鉴定按照汪品先( 1 9 8 8 ) 的描述，壳近圆形，较扁，壳缘宽圆， 成年期稍呈瓣状；末圈通常7 8 室，最多可达1 2 室，房室鼓起；缝合线弯曲； 脐部常凸出，盖有粒状物；壳壁透明，具明显壁孔( 见图版，1 4 一1 6 ) 。本种应 加引号沿用原名，为了在书写时方便，故将引号省略。 对印肋j 以蚴脚g e _ f 肋j c 删h e r o n a 11 e ne te a r l a n d ( 缝裂希望虫) 鉴定 时所采用标准如下： 本文对该种的鉴定按照郑守仪( 1 9 7 8 ) 的描述，壳小，较扁；壳缘宽圆，周 缘呈瓣状；房室较少而较鼓，逐渐增大，终圈5 8 室；缝合线深凹；壳壁薄， 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及其背景 呈玻璃透明，壁孔较粗而稀疏。 对驰拍g u p d c “j 加a 砌盯j a 加r o t u n d a ( g e r k e ) ( 圆型短五块虫) 鉴定 时所采用标准如下： 本文对该种的鉴定按照郑守仪( 1 9 7 8 ) 的描述，壳卵圆至近三角形，口面观 略呈圆三角形，基面宽圆，壳缘浑圆；房室膨鼓，外露4 5 室；缝合线清楚， 微凹；壳面光滑；壳口张大，拱形，具低宽板状齿。 1 2 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化及其背景 4 、表层沉积中有孑l 虫分布特征 有孔虫是海洋沉积记录中环境信息的重要载体之一，研究现代海底沉积物中 微体古生物分布及其与现代海洋环境之间的关系，对于认识过去的古海洋环境变 迁有着重要的意义。研究现代海底沉积中有孔虫的分布，既可为地层中运用这些 微体化石再造古环境提供标准，而其本身也是了解海区近期历史的根据。因此为 了能更详细地了解渤海湾北部海区环境的变化，我们就有必要了解现代底栖有孔 虫的分布特征。由于，在渤海湾北部海区对表层沉积中现代底栖有孔虫的研究还 较少，因此本文对该区底栖有孔虫群分布特征及其与沉积环境的关系作初步探 讨。 表层沉积1 6 8 个样品中共鉴定底栖有孔虫6 5 6 8 8 枚，每个样品平均3 9 1 枚，共 发现4 4 属1 0 7 种( 及未定种) ，未见浮游有孔虫。 4 1 底栖有孔虫群分布特征 4 1 1 丰度 渤海湾北部底栖有孔虫丰度变化比较大，最高丰度2 0 3 8 枚g ，最低为o 。其 变化趋势受水深影响明显，总体上，底栖有孔虫丰度呈现随水深增加逐渐增大的 趋势。其中，北部从沿岸地区及向海延伸至2 0 米水深范围内，海底地形较陡，底 栖有孔虫丰度较低。水深自北至南从2 0 米加大到2 5 米范围内，丰度值逐渐增大至 5 0 0 枚g 。在研究区西部地区，底栖有孔虫含量达到最高，从5 0 0 枚g 增加至1 0 0 0 枚g ，部分区域甚至超过1 0 0 0 枚g ，到达2 0 0 0 枚g 以上( 图4 1 ) 。 4 1 2 分异度 分异度是对样品中研究对象多样性程度的定量描述，简单分异度( s ) 和复合 分异度h ( s ) 。底栖有孔虫分异度在一定程度上可以反映海洋沉积环境，一般的， 分异度越高，越接近正常海洋沉积环境。 本研究区内底栖有孔虫的简单分异度s 较高，介于4 3 6 之间，也呈现出随 水深加大而逐渐增大的总体趋势，水深小于5 m 的区域，简单分异度s 一般不到1 0 ， 水深5 m 2 0 m 范围内，简单分异度s 升高至1 0 2 5 ，水深超过2 0 m 的区域简单分异 度s 则可超过2 5 ，最高可达3 0 以上( 图4 2 ) 。 1 3 渤海湾北部0 0 年h 柬环境蹙化驶j 背景 幽41 表层沉积物中底栖有孔虫丰度分粕( 单位：枚a ) 邀一 瑟期型鼻 蚓42 表层沉视物中底柄有孔虫简单分芹度( s ) 研究k 块内表层沉积中订孔虫种类较为丰南，囡而复合分异度h ( s ) 也相对 较高，介于o6 9 27 l 之日j ，这个数值较丌阔陆架浅海k 为低。仄内大部分区域 可以达到2o 以l 。与简单分异度的分布趋辨干h 似，水洙增人，复合分异度引高， 水深超过2 0 m 的区域，足复台分异度高值的分粕只( 图4 3 ) 。 渤海湾北部5 0 0 0 年以来环境变化其背景 图4 3 表层沉积物底栖有孔虫复台分异度h