珠江三角洲PRD16孔微體生物記錄與晚更新世以來的古環(huán)境重建*

莊 暢，劉春蓮，吳 潔，楊婷婷，3，殷 鑒

(1.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東廣州 510760;2.中山大學(xué)地球科學(xué)系，廣東廣州 510275;3.廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點實驗室，廣東廣州 510275)

河口地區(qū)是海陸過渡地帶，其環(huán)境條件復(fù)雜多變，大多數(shù)生物難以生存。而由于其生態(tài)廣適性，有孔蟲和介形類微體動物成為河口環(huán)境中的重要生物類群，是重建河口地區(qū)第四紀古環(huán)境演化極為有效的指標。珠江三角洲形成于晚更新世，其第四系沉積厚度一般25～40 m［1］，其中保存了良好的微體生物記錄。20世紀八、九十年代，在依據(jù)微體生物重建珠江三角洲晚第四紀古環(huán)境變化方面有過零星的研究［2－4］。近年來，在珠江三角洲西部平原區(qū)陸續(xù)開展了晚第四紀鉆孔沉積中的高分辨率微體生物群分析［5－7］。前人研究僅涉及珠江三角洲局部地區(qū)，對于珠江三角洲其它區(qū)域的冰后期海侵時代、規(guī)模及區(qū)域差異等仍有待提供更多證據(jù)。本文通過位于珠江三角洲東部平原區(qū)PRD16孔有孔蟲和介形類化石的高分辨率分析，重建了研究區(qū)晚更新世以來的古環(huán)境演變。

1 采樣與方法

PRD16孔位于北江和東江河口番禺海鷗島沙南村大沙尾 (22°52＇28″N，113°32＇45″E)，孔深27.81 m，其中 26.05 m 以下為基巖。自孔深25.92～2.62 m取105個樣品用于微體化石分析，取樣間距為10～20 cm。沉積物樣品在60℃下烘干，稱取100 g左右干樣在燒杯中用水浸泡1～2天。粘土含量較高、較難分散的樣品適當加熱使其充分散開，用63 μm銅篩沖洗，篩上部分在60℃下干燥，之后用125 μm銅篩干篩。63～125 μm粒徑的沉積物保留，大于125 μm的沉積物用于微體化石的鑒定分析和定量統(tǒng)計 (以100 g干樣計算)。

取100個樣品用于沉積粒度分析。在50 g左右濕樣中加入足量的雙氧水和稀鹽酸，之后用水清洗、烘干。粒徑小于2 000 μm的組分，采用Mastersizer 2000激光粒度分析儀進行測試。取2 g干樣，加水稀釋，用超聲波振蕩15分鐘后上機測試。按1/4Φ間距進行測試，每個樣品測3次，結(jié)果取平均值。粒徑大于2 000 μm的組分用篩分法分析，兩部分數(shù)據(jù)利用儀器仿真文件合并獲得完整的粒度數(shù)據(jù)。

沉積物年代測定采用常規(guī)14C測年法，利用超低本底液體閃爍儀 (1220 Quantulus)對富有機質(zhì)的沉積物樣品進行測定，測試在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所完成。共獲得12個樣品的14C年齡值，采用CALIB 6.1.1軟件校正到日歷年齡，年代測定點以外各深度的年齡值根據(jù)等間距插值法估算。文中討論使用校正年齡 (calibrated date)。

2 巖性特征

將PRD16孔巖芯從中間剖開，詳細觀察沉積物的巖性、顏色、沉積構(gòu)造及其它組分 (包括有機質(zhì)、炭屑、植物碎片、鈣質(zhì)結(jié)核和軟體動物殼體)等特征，結(jié)合粒度分析結(jié)果，將巖芯從下至上劃分為12層 (圖1 a－l):

孔深26.05 m以下為花崗巖風(fēng)化層。26.05～19.22 m(a，b層):下部為暗紅色－灰白色粗中砂，黏土充填，含礫石;向上漸變?yōu)榛野咨ね临|(zhì)粉細砂。19.22～17.86 m(c，d層):底部為灰色中粗砂，含大量植物碎片及礫石，磨圓度差，分選性差;向上變?yōu)榛疑ね痢?7.86～12.76 m(e，f層):下部為灰黃色、灰色粗中砂，含有植物碎片及礫石，礫石粒徑一般為3～5 mm;上部為灰色粉細砂與黏土互層。12.76～10.54 m(g層):黃色黏土與白色粉砂質(zhì)黏土混雜，為下伏地層暴露地表遭受風(fēng)化剝蝕。10.54～8.88 m(h層):深灰色粉砂質(zhì)黏土，含有植物碎片及少量鈣質(zhì)結(jié)核，下部含有牡蠣碎塊，分選性差。8.88～0 m(i－l層):下部為灰色淤泥與粉細砂互層，發(fā)育平行層理和交錯層理，含植物碎片;上部為灰黃色黏土，含細粒鈣質(zhì)結(jié)核。

在孔深13.41 m處獲得14C年齡值24 800±750 cal a BP，估算末次盛冰期以前最晚的沉積記錄為23 900 cal a BP。在孔深10.28 m和9.53 m處分別獲得14C年齡值6 913±140 cal a BP和3 873±140 cal a BP，推算研究區(qū)全新世海平面上升始于7 960 cal a BP左右。

圖1 PRD16孔巖性特征與14C測年結(jié)果Fig.1 Lithological characteristics and calibrated dates of borehole PRD16

3 微體動物群生態(tài)類型

微體動物群的分布受多種環(huán)境變量共同控制。在河口地區(qū)，鹽度和水深是最主要的控制因素。水深是水的壓力、密度、透光性、溫度、pH值、氧氣和二氧化碳含量、食物供應(yīng)等種種因素的綜合表現(xiàn)［8］。海平面變化對濱岸地帶的水深影響很大。河口區(qū)淡水和海水兩種不同性質(zhì)介質(zhì)直接接觸，鹽度變化劇烈，與河口生物群組合分布的關(guān)系最為明顯［9］。

3.1 有孔蟲

鉆孔底部較粗粒沉積物中未見有孔蟲化石?？咨?7.86～10.54 m零星出現(xiàn)有孔蟲再沉積殼體?？咨?0.54～8.88 m有孔蟲化石很豐富，豐度和分異度較高?？咨?.88 m以上豐度很低，僅出現(xiàn)少量膠結(jié)質(zhì)有孔蟲。經(jīng)鑒定，共發(fā)現(xiàn)有孔蟲化石12屬24種，包括膠結(jié)質(zhì)類4屬4種，未發(fā)現(xiàn)浮游類型。根據(jù)各屬種的生態(tài)特征，將底棲有孔蟲劃分為3種生態(tài)類型。

(1)內(nèi)陸架半咸水型:多分布于中鹽－多鹽，甚至真鹽條件的水體。包括Elphidium advenum，Elphidium hispidulum，Cavarotalia annectens，Cribrononion asiaticum，Ammonia pauciloculata，Protelphidium granosum，Ammonia ketienziensis等。是東海和南海現(xiàn)代沉積中的常見種，水深范圍從20 m至50 m的內(nèi)陸架外緣到中陸架均可見。在PRD16孔出現(xiàn)于孔深10.52～8.96 m段，數(shù)量豐富。Elphidium advenum和Elphidium hispidulum為典型的內(nèi)陸架種，在PRD16孔最高含量3.9%和 11.7%位于孔深9.53 m 處。

(2)濱岸廣鹽型:水深分布范圍0～50 m，20 m以淺的水域為主，從低鹽環(huán)境至正常鹽度條件。以Ammonia beccariivars.，Ammoniasp.，Ammonia tepida，Cellanthus craticulatus等為代表。Ammonia beccariivars.是世界上分布最廣的廣鹽性濱岸種［8］，典型的淺水型底棲有孔蟲，是我國內(nèi)陸架及其以淺的各種半咸水體中的優(yōu)勢成分［10］，在PRD16孔最高含量36.8%位于孔深10.29 m處。Cellanthus craticulatus屬大型平旋式底棲有孔蟲，一般代表淺水溫暖環(huán)境［11］。

(3)潮上帶低鹽型:僅在鉆孔頂部不連續(xù)分布，數(shù)量極少 (100 g干樣中僅數(shù)十枚)。包括Arenoparrella asiatica，Haplophragmoides canariensis和Jadamminasp.。其中Arenoparrella asiatica是近岸淺水區(qū)的優(yōu)良指標種［12］，從潮上、潮間直至低鹽度的潮下帶均有出現(xiàn)。Haplophragmoides canariensis是世界性典型的低鹽性有孔蟲，廣泛見于潮上帶［8］。

3.2 介形類

PRD16孔介形類化石的垂向分布特征與有孔蟲化石相似。共發(fā)現(xiàn)介形類化石9屬13種，根據(jù)其生態(tài)特征，將各屬種大致歸類為3種生態(tài)類型。

(1)內(nèi)陸架半咸水型:包括Neosinocythere elongata，Bicorncythere bisanensis，Sinocythere sinensis，Alocopocytherekendengensis，Spinileberisquadriaculeata，Pistocythereis bradyformis等。與內(nèi)陸架半咸水型有孔蟲相對應(yīng)，多分布于鹽度超過25‰，水深20～50 m的內(nèi)陸架區(qū)，某些分子也可生活在沿岸水。其中Neosinocythere elongata在PRD16孔最高含量44.9%位于孔深9.53 m處。

(2)濱岸廣鹽型:廣鹽性最強的沿岸種，包括Sinocytheridea impressa，Neomonoceratina delicate，Bicorncythere leizhouensis等。在PRD16孔出現(xiàn)于孔深10.42 ～8.96 m，占介形類類群的 52.1%。Sinocytheridea impressa是我國最廣布、最廣鹽的現(xiàn)生海相種，所需鹽度條件為2‰至正常海水，以水深20 m以淺的濱岸帶和河口區(qū)最集中［8］。Neomonoceratina delicate亦為最具代表性的濱岸淺水種之一［13］。對Bicorncythere leizhouensis的研究甚少，在PRD16孔中分布特征與Sinocytherideaimpressa和Neomonoceratina delicate相似，故將其歸為一類。

(3)陸相淡水型:僅在鉆孔頂部零星出現(xiàn)。以Candona屬的分子為代表，多生活于淡水中，也可忍受微鹽水條件［14］。

4 古環(huán)境重建

根據(jù)巖性和微體動物群分布特征，結(jié)合沉積粒度、顏色反射率特征及測年數(shù)據(jù)，將PRD16孔劃分為5個環(huán)境演化階段 (圖2)。

圖2 PRD16孔沉積特征及環(huán)境階段劃分Fig.2 Depositional characteristics and environmental stages of borehole PRD16

1)階段I:34 600 cal a BP以前 (孔深26.05～19.22 m)。底部以粗顆粒沉積為主，未發(fā)現(xiàn)海相生物化石和海綠石。是經(jīng)歷長期風(fēng)化剝蝕后，開始接受水動力較強的河流相沉積。代表PRD16孔中最早的第四紀沉積，即晚更新世末次亞間冰期(MIS3)前段的沉積記錄［15－16］。向上沉積物粒度逐漸變細，顏色反射率b*值降低，表明后期水動力條件由強漸弱，發(fā)育較細粒的河漫灘沉積。

2)階段II:34 600～23 900 cal a BP(孔深19.22～12.76 m)。下部為灰色中粗砂，中部為灰黃色、灰色粗中砂，上部為灰色粉細砂與黏土互層，含植物碎片和礫石。沉積粒度呈波動變化。零星出現(xiàn)膠結(jié)質(zhì)有孔蟲Cyclamminasp.。該層沉積物稀土元素分析結(jié)果與珠江三角洲南部PRD05孔［17］相似。其 ΣREE 含量達210.5 μg/g，LREE 明顯富集，LREE/HREE比值為8.3;(La/Yb)N和 (La/Gd)N值分別為1.17和1.05，顯示半咸水河口灣環(huán)境特征。

據(jù)徐明廣等研究［15］，距今30～20 ka發(fā)生珠江三角洲第四紀以來第一次海侵，北東至東莞中堂，西至順德，覆蓋PRD16孔研究區(qū)。龍云作等［18］認為玉木亞間冰期珠江三角洲發(fā)育溺谷型河口灣沉積，在溺谷灣以上河段及其兩側(cè)則為沖積相。據(jù)文獻［19］，末次冰期海洋沉積物中的黃鐵礦風(fēng)化會形成酸性條件，對下伏沉積的微體化石有顯著的溶蝕作用，這可能是這一巖段鈣質(zhì)有孔蟲和介形類化石缺失的原因所在。因此，推測該時期PRD16孔區(qū)屬半咸水河口灣環(huán)境。

3)階段III:23 900～7 960 cal a BP(孔深12.76～10.54 m)。黃色黏土與白色粉砂質(zhì)黏土混雜，向上沉積物粒度變粗，顏色反射率處于高值區(qū)，指示強烈的氧化作用?；ò唣ね翆釉谥榻侵薜谒募o沉積物中普遍存在，其成因多認為是下伏沉積物在末次盛冰期 (MIS2)暴露于地表風(fēng)化而成［20－21］。

從測年數(shù)據(jù)來看，PRD16孔的花斑黏土形成于末次盛冰期的大海退時期并延續(xù)至全新世早期。一般認為珠江口地區(qū)冰后期海平面上升始于12 000 a BP［4，15］，亦有 14 000 a BP 一說［21］。在南部平原大鰲沙地區(qū)PRD05孔泥炭層獲得的14C年齡值為13 380 a BP［6］，推測冰后期早期 (冰消期)海侵在此之前已經(jīng)開始，而位于珠江三角洲東北部的PRD16孔區(qū)地勢相對較高，約7 500 a BP全新世最大海侵時［6］，海水始進入該地區(qū)。

4)階段 IV:7 960～2 810 cal a BP(孔深10.54～8.88 m)。7 960 cal a BP 海平面開始迅速上升，至2 810 cal a BP本區(qū)持續(xù)發(fā)育河口海灣沉積。巖性以深灰色粉砂質(zhì)黏土為主，沉積物中富含以Ammonia beccariivars.為代表的廣鹽性有孔蟲和中鹽－多鹽性介形類為主的微體動物和軟體動物殼體。從微體化石組成和豐度來看，其間曾發(fā)生小規(guī)模海平面波動，可識別2次海侵海退旋回，2次峰值 (1 310枚/100 g和3 756枚/100 g)對應(yīng)6 913和3 873 cal a BP。大約3 873 cal a BP有孔蟲、介形類化石的豐度和分異度達到全新世最高值，推測受地塊區(qū)域沉降作用的影響，PRD16孔區(qū)水深達到最大。

據(jù)藍先洪報道［22］，珠江三角洲西北部高要Δ14孔不存在晚更新世海相層，只有全新世海相層，說明全新世大海侵的規(guī)模超過晚更新世海侵。高要Δ14孔5 000 a BP左右才出現(xiàn)海相生物，而順德Δ2孔和中山 Δ22孔則分別為6 600 a BP和10 300 a BP，說明海相層由海向陸逐漸擴展時，其底面為不等時面。

5)階段V:2 810 cal a BP以來 (孔深8.88 m以上)。下部以灰色砂質(zhì)沉積為主，沉積物中零星出現(xiàn)潮上帶低鹽型有孔蟲Arenoparrella asiatica和Haplophragmoides canariensis。表明海平面持續(xù)下降，發(fā)育潮坪相沉積。向上沉積物粒度變粗，沉積速率增加，變?yōu)楹涌谏皦苇h(huán)境，仍受到潮汐作用的間歇性影響。頂部 (孔深4.09 m以上)以粉砂質(zhì)沉積為主，含少量陸相介形類Candonaspp.和輪藻，反映河流作用增強，變?yōu)楹恿鳑_積－潮上帶環(huán)境。

5 結(jié)論

對PRD16孔沉積物和微體化石的分析表明，受海平面變化和河流作用的影響，研究區(qū)晚更新世中期以來沉積環(huán)境經(jīng)歷了多次變化。34 600 cal a BP以前為河流相環(huán)境，形成了研究區(qū)最早的第四紀河床相砂礫沉積，后期水動力條件減弱，發(fā)育河漫灘沉積。34 600～23 900 cal a BP推測為河口灣環(huán)境。23 900～7 960 cal a BP受末次盛冰期影響，研究區(qū)暴露地表遭受風(fēng)化剝蝕，形成花斑黏土。7 960～2 810 cal a BP為全新世大海侵時期，研究區(qū)為河口海灣環(huán)境，發(fā)育以廣鹽性有孔蟲和中鹽－多鹽性介形類為主的微體動物群。其間發(fā)生了2次小規(guī)模的海平面波動，導(dǎo)致水深和鹽度條件發(fā)生變化，從而影響微體動物群的組成和豐度。受地塊區(qū)域沉降作用的影響，研究區(qū)在3 873 cal a BP左右水深達到最大，主要有孔蟲、介形類屬種的豐度達到全新世最高值。2 810 cal a BP以來海平面持續(xù)下降，研究區(qū)由潮坪環(huán)境變?yōu)楹涌谏皦?，隨后河流作用增強，逐漸變?yōu)楹恿鳑_積－潮上帶環(huán)境。

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