地方沉积物粒度及气候环境变化

1、地方沉积物粒度及气候环境变化 作者：曹玲珑 王建华 王晓静 阳杰 单位：国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院 中山大学地球科学系 姜万钧众数相当于频率分布最高颗粒的含量值，主要反映陆源沉积物的分选性、偏度、峰态的变化17。磁化率使用英国bartington公司生产的ms2型高低频磁化率测量仪，直接在新鲜剖面上每隔2cm连续测量，共测样点836个。为了保证测量结果的准确性，每个样点测量5次取平均值。在岩性、岩相显著变化的沉积段选取4个贝壳、炭屑等样品进行ams14c测年。样品前期处理在中国科学院广州地球化学研究所进行，然后在北京大学重离子物理实验室的加速器质谱仪（ams）上测量。测年数据使用c

2、alib50软件进行校正。测年样品及结果见表1。古地磁测试在中科院地质与地球物理研究所古地磁实验室使用岩石超导磁力仪进行。用长u形槽在钻孔01537m取连续古地磁样，测量间距2cm，多档交变退磁。经主向量分析获得了特征剩磁，并用fisher统计方法获得磁倾角。mad值大多在03之间，误差较小，所获得的磁倾角是比较可靠的。 钻孔沉积年代确定岩性特征显示，在1537m处，岩性变化明显。孢粉数据显示，从1537m开始禾本科及蕨类植物急剧增加，海桑红树花粉基本消失，陆均松也大量减少，这与孙绍先、李平日、郑卓等关于珠江三角洲全新世的孢粉特征描述一致1820。古地磁分析结果表明，绝大多数样品磁倾角为正向，

3、说明均为布容正极性期沉积。同时，磁倾角在16651560m出现较稳定的连续负值，与标准古地磁极性年表21对比，结合14c测年结果，推测其对应于1200011000yrsbp哥德堡（gothenburg）极性漂移，其他一些学者在我国东部沿海河湖相地层及海岸黄土中也相继发现了这一事件的记录22，23。综合沉积特征、孢粉及古地磁分析结果，可以推断1537m为全新世与更新世的分界线。综合对比ams14c、地磁测试结果，认为年龄是相对可信的。按照内插和外插法获得各样品所代表的年龄，构成了本次研究的年代框架（见图2）。假定相邻2个测年控制点之间的沉积速率是平均的，推测底部年龄约为6010calyrbp，平

4、均沉积速率为246cmkyr。全新世早期存在一沉积缺失，结合沉积物特征，推测这一缺失年龄大约在106kyrbp。沉积物粒度组成、磁化率的变化特征沉积物粒度分析结果表明，沉积物颗粒粒径分布在01800m。其中，砂组分（63um）波动范围较大，占3858832，平均2455，主要集中在440660cm段；粉砂（463m）占5155882，平均3677；黏土组分（4m）占5956674，主要集中在10501537cm。分选系数038321，平均187，分选较差差，其中以分选性差的样品占绝对优势。偏度值为033064，变化范围较宽，从极负偏态到极正偏态等5个峰态等级都有，其中又以正偏和近对称样品居多，

5、平均值为022。峰态值为081255，从宽到很窄4个等级都有，但绝大多数属于中等尖锐和尖锐，平均值为116。粒度分析结果见图2。频率分布曲线在描述样品总体粒度特征的同时，也直观显示了样品中各粒级组分的相对含量（体积分数）及其对总样的贡献，同时频率曲线也能够体现出样品的大多数粒度参数，因此常采用频率曲线来表示沉积物的粒度分布24。沉积物粒度频率变化与岩性及沉积环境对应性较好，具有一定的变化规律：13571050cm段，频率曲线以单峰为主，众数1014um之间，变动幅度较小，部分样品在粉砂级主峰的粗端还显示出另一极微弱的砂级次峰，两主峰之间的低谷不明显；1050670cm段，频率曲线以双峰为主，次

6、峰明显，众数为997m，其中以913m居多，自下而上，频率曲线的众数和主峰有逐渐向粗粒端移动的趋势；670440cm段，频率曲线以单峰为主，间夹双峰交互出现，次峰微弱，但双峰出现的频率较前一阶段明显减少，众数从121201m，变动幅度较大；440107cm段，频率曲线以双峰态为主，次峰明显，其次是多峰态，个别为单峰态，众数为7110m，变动幅度最大（图略）磁化率主要反映了沉积物中磁性矿物浓度及磁行为特征，是物质磁化难易程度的指标。可用于反映沉积物物质组成的改变，从而指示沉积环境的分异与变化。在第四纪沉积物中磁性矿物在沉积物中含量的变化与物质来源、沉积环境、气候变化和沉积动力相关，因此磁化率分析

7、广泛应用于第四纪环境变化研究中25。从w2孔全新世磁化率测试结果来看，磁化率值波动明显，变化范围在110529108m3kg1之间，平均为197108m3kg1，其顶部120210cm处波动范围较大（图略）。据磁化率曲线显示，15371050cm段有几次波动但幅度较小，平均值为16108m3kg1；在1050cm处磁化率值有上升趋势，在943cm处达到一个峰值，波动幅度较大，1050440cm段平均值为24108m3kg1，440cm开始呈现又开始增加，波动明显，在210cm处磁化率值出现骤增现象。粒度指标、磁化率指示意义及其反应的环境变化在河口区沉积物受多种动力作用影响，沉积物粒度参数表现出

8、独有的特征。全新世以来珠江三角洲沉积物的物源变化不大，最主要物源为河流带来陆源碎屑，粒度大小主要受沉积环境控制。首先，受流水作用的控制，粒径分布的变化与该孔位距河口的距离和海平面的变化有关。当海平面下降时，河口更接近该孔位，粗粒级碎屑更容易被搬运到该孔位。另外，与气候变化有密切的关系。当降雨量增加，水动力加强，从而增加河流输入粗颗粒成分。据方国祥等重建的8000yrbp以来珠江三角洲海平面变化曲线，6000yrbp以来海平面变化频率与幅度均较小（5m以内）26。因此，作者认为海平面变化在6000yrbp以来对该地区力度变化影响较小，气候变化（尤其是降雨量的变化）是粒度变化的主要控制因素。磁化率

9、值取决于0001mm磁性矿物颗粒的丰度13，而这种丰度又与气候密切相关。在有限的河口区域内，沉积物源条件相对恒定。当降雨增多，冲刷、风化作用加强，带入的外源碎屑矿物随之增多，从而使磁性矿物的浓度增加，磁化率值相对增大；在气候较干时，水动力减弱，由此带入的外源碎屑含量相对减少，磁性矿物浓度降低，磁化率值相对减小。结合粒度组合以及孢粉变化特征，认为本区全新世沉积物较高的磁化率代表当时水动力条件较强，环境较为湿润；而较低的磁化率则指示当时较为干旱的气候条件。根据沉积物的磁化率与粒度组合的变化特征，结合孢粉和岩性特征，将万顷沙w2钻孔全新世沉积划分为3段。阶段（15371050cm，约cal60002

10、500yrbp）：该阶段沉积物粒度组成以深灰色至纯黏土为主，向上部偶夹薄层粉细砂，平均粒径67，远大于剖面平均值，为剖面沉积物粒度最细的一段；偏态值变化范围为025014，主要集中在01008之间，沉积偏态属于近对称型。峰态值变化范围为0916，大部分集中在1213之间，变化范围很窄。频率曲线多为单峰型，众数变动幅度小；分选系数变化范围1831，其中大部分集中在1822之间，平均值为21，分选系数变化很小，反应搬运营力的性质比较单一，沉积动力比较稳定。同时该段的磁化率值低于平均值，总体比较稳定，指示较干气候环境。同时，孢粉资料还显示该时期木本植物占优势尤其是亚热带常绿林繁茂，还出现了红树植物中

11、的竹节树、禾本科中莎草和苦苣苔也相对较多，但是从下向上百分含量逐渐减少，表明该地区中全新世较暖，晚期逐渐趋于凉湿（孢粉数据将在另文详细讨论）。 阶段（1050440cm，约cal25001400yrbp）：下部以深灰色中细砂夹薄层黏土为主，局部出现粉细砂；上部为灰黑色细砂夹淤泥薄层，细砂松散，活动性强。各粒度参数变化剧烈且频繁，粗粒组分显著增加并达到最大值，分选性和偏度波动剧烈；双峰态频率曲线占绝对优势，次峰明显，自下而上，频率曲线的众数和主峰有逐渐向粗粒端移动的趋势，沉积速率增大，表明水动力开始增强，搬运营力的性质变化较大，沉积动力不稳定，反应该时段沉积为不同成因沉积物的混合，沉积环境多变，

12、与当时气候关系密切。同时磁化率值总体有增大趋势，在约89m处达到本阶段的第一个高值，表明气候开始偏湿。孢粉数据显示喜温的草本中的莎草科、蒿水生狐尾藻以及蕨类中的三缝孢子百分含量较低，也表明此段气温较凉。阶段段（440120cm，约1400calyrbp至今）：该时段沉积物主要为灰褐色粉砂质黏土，中部夹淤泥质细砂，潮汐层里发育。沉积物粒度在440cm处急剧降低，然后又快速回升，之后又逐渐降低，表明温度回暖偏凉回暖的趋势。本段频率曲线以双峰态为主，次峰明显，其次是多峰态，个别为单峰态，众数为7110um，变动幅度最大，沉积速率也是本剖面最大，表明沉积物环境复杂，搬运营力较强，这可能与此时珠江三角洲

13、向前推进速度变大有关。磁化率值呈增大趋势，且波动较大。孢粉资料显示草本中的莎草科、苦苣苔、藜、蒿水生狐尾藻以及蕨类中的三缝孢子、桫椤、芒箕等对比段有所增加，指示了暖湿的气候环境。磁化率值在2m以上突然出现峰值，同时禾本科急剧增长，这很可能与人类活动对环境的干扰加强有关。在本段末期，磁化率和平均粒径明显变小，推测气候开始趋于相对干旱。讨论一直以来，早、中全新世都被作为全新世气候最适宜期，气候温暖湿润。但w2钻孔粒度组合、磁化率以及孢粉等指标结合ams14侧年数据显示本区中全新世总体较暖，但相对较干，这与贵州董歌石笋和湖北神农架石笋18o记录27，28的该时期相对湿润环境有所区别，但与亚洲以及非洲

14、热带亚热带地区的一些环境记录表现出的中全新世干旱趋势一致29，30（见图3）。与研究区相邻的南岭大湖泥沼总有机碳记录显示，在经历了中全新世暖干的环境之后，在约3800calyrbp之后迅速转为凉湿31（见图3）。尽管二者在测年方面存在一定的差异，但可以肯定的是，中国南方地区在中全新世偏暖干，而在晚全新世迅速转为凉湿。已有研究表明，晚全新世以来，北半球太阳辐射降低31，温度降低32，亚洲季风明显减弱27，如中国中北部陕西靖边黄土与沙漠交界处的粒度、总有机碳记录显示，在经历了早、中全新世湿润的适宜期后，在约3000calyrbp后迅速转为干旱33（见图3）。而随着亚洲季风的减弱，降雨带南移，在大约

15、30002500calyrbp，以后中国南方地区降雨量达到了全新世以来的高值34。另外，众多的研究表明，晚全新世以来厄尔尼诺事件强度与频率明显增加35，海南岛玛珥湖、湖光玛珥湖记录36，37也显示2700calyrbp左右气候模式的改变可能和enso有关，这很可能意味着全新世以来华南地区的气候变化和这个时期厄尔尼诺南方涛动（enso）的活跃存在着密切的联系。 综上所述，可以得出以下认识：1）在珠江三角洲沉积物的研究中，作为反映环境变化的代用指标粒度组合与磁化率值之间有着一定的对应关系。磁化率值与砂组分的百分比含量呈正相关，而与黏土的百分比含量成负相关。综合孢粉资料与前人研究成果，认为较高的磁化率与砂含量代表水动力较强以及较为湿润的环境条件，而反之则指示相对干旱的气候条件。2）基于粒度组合特征与磁化率的分析，