長江三角洲北翼興化－通州地區(qū)第四紀地層劃分及古環(huán)境分析＊

蔣 仁，楊祝良，于俊杰，勞金秀，柯 學，曾劍威，彭 博

（南京地質礦產(chǎn)研究所，南京 210016）

隨著全球氣候變化、海陸交互作用及其環(huán)境響應研究的不斷深入，長江三角洲及毗鄰地區(qū)第四紀以來海陸演變已成為研究熱點［1－7］。近年來的研究主要集中在長江河口晚第四紀沉積分區(qū)的劃分、沉積序列的識別、層序地層格架的建立、事件沉積的探討，以及對長江三角洲發(fā)育模式和控制因素等［8］。研究表明第四紀以來，長江三角洲歷經(jīng)海陸變化，形成了以陸相河流沉積為主，間夾海相沉積層［9－10］；其南、北兩翼的第四紀地層在沉積厚度上有較明顯的差異，南翼第四紀地層厚度一般100～200 m，而北翼地層厚度較大，一般在200～400m［11－12］。

筆者等在長江三角洲北翼以地質鉆探方法為主開展了較系統(tǒng)的第四紀地質調查。選取興化－通州地區(qū)分屬兩個不同地層小區(qū)的5個第四紀地質鉆孔（圖1），以巖石地層為基礎，在地層年代的約束下，利用層序地層的方法對鉆孔巖芯進行劃分對比，分析探討第四紀以來不同時期巖相古地理特征及古河道變遷過程。

1 區(qū)域地質概況

圖1 研究區(qū)第四系鉆孔及剖面位置圖（據(jù)文獻［14］修改）Fig．1 Location of the drill holes and sections in the studied Quarternary distributed area

研究區(qū)位于南黃海內(nèi)陸架陸緣地區(qū)、長江三角洲沉積結構單元的北翼。地貌上北部興化、東臺屬里下河淺洼平原，南部海安、通州屬長江三角洲蘇北濱海平原和長江下游沖積平原，整個區(qū)域自西北向東南方向傾斜。新近紀以來，長江三角洲北翼是以蘇北地區(qū)為中心的一個巨大沉積盆地（蘇北盆地），向東延伸至南黃海，其中東臺為沉降中心之一，沉積厚度可達1400 m 以上［12］。第四紀以來，沉積中心由蘇北盆地向南遷移，海安為沉降中心之一，第四紀地層厚度達330m 左右［12］。

本區(qū)基巖構造斷裂活動頻繁，其中印支－燕山期表現(xiàn)最為活躍。斷層通常表現(xiàn)為北東向，控制了整個長江三角洲地區(qū)的基底構造格局。蘇北盆地沿北東向斷裂延伸，西界還受限于郯廬大斷裂［13］。

2 研究方法

本次選取的鉆孔由北西至南東分別為：ZK10孔位于興化市區(qū)西北部，ZK02 孔位于東臺市區(qū)西側，ZK01位于海安縣城區(qū)南側，ZKA4位于南通市通州區(qū)騎岸鎮(zhèn)，ZK03 位于南通市通州區(qū)二甲鎮(zhèn)。研究區(qū)大致以泰州－姜堰－東臺潘鎮(zhèn)一線為界劃分為兩個不同地層小區(qū)，其中北側ZK02 孔（東臺）、ZK10孔（興化）屬東臺地層小區(qū)；南側ZK01孔（海安）、ZKA4孔（通州）、ZK03孔（通州）屬南通地層小區(qū)。兩個小區(qū)在第四紀地層結構、巖性組合特征、物質來源等方面均存在較明顯的差異。

2．1 鉆孔

2．1．1 東臺地層小區(qū)

東臺地層小區(qū)以位于興化地區(qū)的ZK10孔為代表。該孔巖芯從上到下分別為：

0～12．25m：頂部1．61m 為人工回填；中下部為深灰色粉砂夾灰褐色粉砂質粘土，有機質含量較高；為潮間帶沉積序列。

12．25～34．80 m：頂部為灰黑色粘土，夾黑色泥炭層；向下粒度逐漸變粗，中部黃褐色粉砂與粘土互層，下部為黃褐色粉砂，后期暴露氧化較強；水平層理。淺水湖相沉積。

34．80～43．37 m：灰褐－淺黃褐色粉砂，夾薄層狀粉砂質粘土；水平層理。

43．37～77．80m：以青灰、暗綠色粘土為主，局部后期暴露氧化呈黃褐色；見少量麗蚌碎片；總體呈正粒序沉積，底部為粉砂；深水湖相沉積。

77．80～117．80 m：主要為棕黃、棕紅色粘土，含大量鐵錳質結核；總體呈正粒序沉積，底部為漫灘相粉砂夾少量粘土；陸相沉積。

117．80～175．50 m：主要為棕黃、棕紅及雜色粘土，含大量麗蚌殼體碎片；局部為半固結狀泥巖；總體可細分為三個正粒序沉積旋回，旋回底部均為粉細砂層；陸相沉積。

175．50～212．00 m：主要為棕黃、棕紅及雜色粘土，局部為深水湖相暗綠色粘土；總體呈正粒序沉積，底部為灰白、灰綠色粉細砂；陸相沉積。

212．00～243．00 m：以棕黃、棕紅及雜色粘土為主，含大量白色鈣質結核，局部為半固結狀泥巖；頂部與上覆層不整合接觸；陸相沉積（未見底）。

2．1．2 南通地層小區(qū)

南通地層小區(qū)以位于南通地區(qū)的ZKA4 孔為代表。該孔巖芯從上到下分別為：

0～26．14m：頂部0．4m 為耕作層，向下為灰、青灰色粉砂，夾灰褐色粉砂質粘土，為潮間帶沉積序列。

26．14～68．33 m：頂部為“第一硬土層”，黃褐色粘土夾粉砂，反映晚更新世晚期海侵、海退反復沉積過程；向下粒度逐漸變粗，由粉砂－中砂組成，底部混雜堆積，含大量鈣質結核及貝殼碎屑；陸相河間洼地沉積。

68．33～102．35 m：深灰、灰黑色粘土、含淤泥質粘土，底部粗砂層氧化較強，呈黃褐色?？傮w呈正粒序沉積。水平層理；淺水湖相沉積為主。

102．35～132．44 m：以青灰、深灰色粉細砂為主，底部少量粗砂層斜層理發(fā)育。總體略顯反粒序序列；河流相沉積。

132．44～186．34 m：頂部為河間洼地黃褐、暗綠色粘土；向下逐漸變粗，由粉砂－中砂組成；底部為河床相砂礫；總體呈正粒序沉積。代表河流較完整的“二元結構”沉積序列；河流相沉積。

186．34～252．60 m：為棕黃、棕紅及暗綠色粘土；中部深灰色粉細砂；底部3m 為粗砂層；總體可細分為兩個正粒序沉積旋回。頂部淺水湖相，中、下部河流相沉積。

252．60～291．72m：頂部暗綠色粘土；中部粉砂層局部固結成巖；下部砂礫層；總體呈正粒序沉積。

291．72～302．70 m：暗綠色粘土，多呈半固結狀泥巖，含大量白色鈣質結核；頂部與上覆層不整合接觸；深水湖相沉積。（未見底）

2．2 古地磁

本次針對ZK10和ZKA4共計545．7m 深度的鉆孔巖芯，系統(tǒng)采集了古地磁有效樣品1632塊，其中粘土采樣間隔20cm，粒度較粗的砂層采樣間隔50 cm 左右。均在現(xiàn)場剖開巖芯，用直徑2．54cm 的無磁性塑料圓盒裝載，單件樣品重量平均10g左右。

所有樣品均在南京地質調查中心古地磁實驗室按序作系統(tǒng)的磁性測量，測試儀器為美國Schonstedt儀器公司生產(chǎn)的“DSM－2”型數(shù)字旋轉磁力儀、“GSD－5”交變退磁儀、“HKB－1”高精度磁化率儀。樣品進行從10～70mT（毫特斯拉）交變磁場的逐步退磁，根據(jù)樣品的退磁曲線分析，樣品的退磁值多數(shù)選在20～50 mT之間，少數(shù)樣品選在60～70mT。交變退磁后的數(shù)據(jù)結果作為最終的分析依據(jù)。樣品的天然剩余磁化強度在10－6～10－2Am 之間。

2．3 AMS14C測年

本次對研究區(qū)5個鉆孔的全新世及晚更新世晚期地層進行了絕對年齡測試，較好地控制了晚更新世與全新世地層界線。

所有測年樣品均在北京大學文博與考古學院14C加速器測年實驗室完成?？紤]到泥炭和腐殖泥易受到上游較老沉積物的污染［15］以及河流沖刷和年輕沉積物的污染［16］，因此本次盡量采集上部60 m 以淺的原生泥炭樣品，且對測試結果進行了必要的篩選（若下部年齡值較上部值小，則取下部年齡值），結果列于表1。

表1 鉆孔樣品的AMS14C測年結果Table 1 AMS 14C dating of core samples

2．4 地層對比

本次東臺地層小區(qū)ZK10孔（興化）與南通地層小區(qū)ZKA4孔（通州）進行了古地磁研究，控制了兩個不同地層小區(qū)的鉆孔年代地層。其它鉆孔第四紀地層劃分根據(jù)巖石地層對比，確定各時期地層劃分標志，尤其晚更新世地層頂部硬粘土層，均有AMS14C測年結果控制，是良好的地層劃分標志。

3 地層特征

3．1 磁性地層劃分

地層劃分和第四紀下限的厘定是第四紀地質研究的重要內(nèi)容。由于磁性地層、氣候地層、生物地層之間存在著明顯的相關性，確定第四紀下限和地層劃分必須要有古地磁磁性地層的依據(jù)［17］。

以布容／松山（B／M）、松山／高斯（M／G）兩次全球性極性倒轉事件來標定鉆孔巖芯早更新世和中更新世、第四紀和新近紀地層界線。由于研究區(qū)河流侵蝕作用、沉積物粒度較粗等原因對古地磁測試的影響，導致地層以及測試數(shù)據(jù)的不連續(xù)性。因此，本次對區(qū)域性極性倒轉事件不作討論。結合鉆孔巖芯編錄，對樣品的磁性測試數(shù)據(jù)進行詳細的分析整理，編制了鉆孔磁極性柱，鉆孔古地磁特征及極性世劃分（圖2）。

圖2 ZK10（興化）和ZKA4孔（通州）巖性柱及古地磁測試結果Fig．2 Lithologic colum and palaeomagnetic measurement result for drill cores of ZK10（Xinghua）and ZKA4（Tongzhou）bore holes

ZK10孔（興化）：以湖沼、河間洼地沉積為主，粒度總體較細?？傮w磁極性特征為：0～117．80 m段以正極性為主，為布容正極性世；117．80～212．00 m 段以負極性為主，為松山負極性世；212．00 m 以下以正極性為主，為高斯正極性世。

ZKA4孔（通州）：與ZK10孔比較，河流沉積作用較強，沉積物粒度較粗，對古地磁結果影響較大?？傮w磁極性特征為：0～189．39m 段以正極性為主，為布容正極性世；189．39～291．72m 段下部以河床相砂礫層為主，粒度較粗，對古地磁測試有一定影響，結合巖石地層，該段以負極性為主，為松山負極性世；291．72 m 以下為正極性，屬高斯正極性世。該孔古地磁極性結果表明，與早更新世地層相比，中更新世以來地層較發(fā)育。

3．2年代地層學與地層界線研究

根據(jù)上述14C 測年數(shù)據(jù)，結合鉆孔巖芯的古地磁極性結果，對本區(qū)第四紀地層界線確定如下：

新近紀（N）與第四紀（Q）地層界限：本次兩個不同地層小區(qū)均有一個鉆孔巖芯進行了古地磁測試，高斯／松山界線（G／M）控制了新近紀與第四紀地層界限，下伏新近紀地層多呈半固結狀泥巖、砂巖。

早更新世（Qp1）與中更新世（Qp2）地層界限：松山／布容界線（M／B）控制了早更新世與中更新世地層界限，其它鉆孔通過巖石地層對比及層序地層學劃分。

中更新世（Qp2）與晚更新世（Qp3）地層界限：該界限的標準主要依靠巖石地層特征，5個鉆孔均發(fā)育一套藍灰、暗綠色硬粘土層，均與上覆砂、砂礫層呈突變關系，而與下伏層具較好的過渡性，表明該地層與上覆層截然不同的沉積環(huán)境，代表了一次較大的氣候環(huán)境變化。因此，將該層硬粘土歸屬為中更新世末期地層，作為中更新世與晚更新世地層劃分標志。

晚更新世（Qp3）與全新世（Qh）地層界限：長江三角洲地區(qū)晚更新世末期普遍發(fā)育的青灰、黃褐、暗綠色硬粘土層被稱為“第一硬粘土層”，已成為劃分更新統(tǒng)與全新統(tǒng)的良好標志層［18－20］。本區(qū)5個鉆孔的“第一硬粘土層”均發(fā)育較全，且與本次部分AMS14C測年結果較吻合（表2）。

表2 研究區(qū)鉆孔“第一硬粘土層”埋深及AMS14C年齡Table 2 Depths and AMS 14C ages of“The first hard clay bed”in the bore holes of the studied area

4 第四紀地層劃分

4．1 ZK10孔（興化）、ZK02孔（東臺）

ZK10孔（興化）、ZK02孔（東臺）沉積物第四紀以來均以陸相河湖沉積為主，巖性相似、地層埋深相當，綜合對比二者巖性及沉積構造特點，結合古地磁特征，第四紀地層劃分如下：

下更新統(tǒng)（Qp1）：ZK10孔埋深212．0～117．80m、ZK02孔埋深221．00～120．22 m，底界對應古地磁松山／高斯（M／G）界線?？傮w為兩個大的“下粗上細”正旋回沉積序列，每個旋回以棕黃、黃褐以及青灰色粘土、粉砂質粘土為主，底部砂層較薄，粒徑較細，反應其淺湖相、河間洼地沉積環(huán)境。該地層與下伏新近紀半固結狀泥巖、砂巖地層呈不整合接觸。

中更新統(tǒng)（Qp2）：ZK10孔埋深117．80～43．37m、ZK02孔埋深120．22～52．15m，底界對應古地磁布容／松山（B／M）界線。總體按巖性及沉積物顏色可分為上、下兩套沉積旋回：下旋回以黃褐、棕黃色粘土為頂，深灰、灰黃色粉細砂為底的正旋回，反映其河漫灘相氧化沉積環(huán)境；上旋回粘土多呈青灰、暗綠以及深灰色，底部砂層粒徑較下旋回細，反應其深水湖相還原沉積環(huán)境。

上更新統(tǒng)（Qp3）：ZK10孔埋深43．37～12．25m、ZK02孔埋深52．15～5．8m，為陸相沉積，巖性以黃褐、青灰、深灰色粘土、粉砂質粘土與粉砂互層，沉積物氧化較強，反映湖泊相和泛濫平原相沉積?？傮w按巖性以及沉積物色調可分為上、下兩套沉積旋回：下部旋回略呈“下細上粗”的反旋回沉積序列，上部顯示“下粗上細”正旋回沉積序列。反映由淺湖相向河流相的沉積演化過程。

全新統(tǒng)（Qh）：ZK10孔埋深12．25～0m、ZK02孔埋深5．8～0m，下伏為晚更新世末期硬粘土層，ZK10孔15．70 m 處AMS14C 測年為24900±80 a．BP，ZK02孔5．90m 處AMS14C 測年為9580±30a．BP。該套地層在兩個鉆孔中具較明顯差異，ZK10孔以淡水湖沼相沉積為主，上部略顯灰黃色粘土質粉砂，為沖積平原相沉積。ZK02 孔全新世以來地勢較兩側高，屬西側潟湖與東側濱淺海過渡相，全新世海侵時，沉積了一套濱海潮間帶千層餅狀灰色粘土夾粉砂。

4．2 ZK01 孔（海安）、ZKA4 孔（通州騎岸鎮(zhèn)）、ZK03孔（通州二甲鎮(zhèn)）

ZK01、ZKA4、ZK03孔第四紀以來均受海陸交互作用，沉積物巖性相似，但地層埋深落差較大，表明該地區(qū)局部第四紀以來河流下切作用較強。綜合對比鉆孔巖性及沉積構造特點，結合古地磁特征，第四紀地層劃分如下：

下更新統(tǒng)（Qp1）：ZK01孔埋深324．80～269．90 m、ZKA4 孔291．72～189．39 m、ZK03 孔埋深288．19～167．70m，底界對應古地磁松山／高斯（M／G）界線，底部為河流相，對下伏新近紀地層侵蝕強烈。河流是控制該時期沉積的主要因素，總體可分兩個韻律旋回。每個旋回底部河床相為灰、淺灰色粗砂、含礫砂，上部邊灘多為深灰、黃灰色粉細砂，頂部漫灘相則以棕黃、黃褐、青灰色粘土、粉質粘土為主，組成河流“二元結構”；但總體砂、泥比＜1，表明該時期河流動力作用較弱。

中更新統(tǒng)（Qp2）：ZK01孔埋深269．90～169．00 m、ZKA4 孔189．39～132．44 m、ZK03 孔埋深167．70～128．00m，底界對應古地磁布容／松山（B／M）界線。該時期河流作用較早更新世強，沉積物總體砂、泥比大于1，表明河流的強水動力作用?？傮w為一個大的沉積旋回，下部灰、淺灰色粗砂、砂礫，為河床相河流滯留沉積物；向上漸變?yōu)檫厼?、漫灘相，以深灰色粉砂、含粘土粉砂為主；頂部均為深水湖相深灰、青灰色粘土，代表其水下還原環(huán)境。

上更新統(tǒng)（Qp3）：ZK01孔埋深169．00～26．50 m、ZKA4 孔132．44～26．14 m、ZK03 孔埋深128．00～52．76m，該時期以河流沉積為主，但沉積作用受控于海平面變化，海平面下降，河流水動力強，河谷下切，以侵蝕作用為主；海平面上升，海侵進入該區(qū)域，河流水動力減弱，河道以滯留沉積和溯源堆積為主?？傮w按巖性以及沉積物色調可分為上、中、下三套沉積旋回：下部旋回為“下細上粗”沉積層序，由深灰色粉砂向上過渡為中粗砂、粗砂，為河口砂壩進積作用形成；中、上部旋回均為“下粗上細”沉積層序，由底向上呈粗砂－中細砂－粉砂－粘土變化，反映河流三角洲相沉積；上部變?yōu)闇\海、濱海沉積。頂部為黃褐、灰綠色硬粘土層，為湖沼、河間洼地沉積。

全新統(tǒng)（Qh）：ZK01孔埋深26．50～0 m、ZKA4孔26．14～0m、ZK03孔埋深52．76～0m，下伏為晚更新世末期硬粘土層，ZK01孔24．6m 處AMS14C測年為7540±25a．BP，ZKA4孔26．6m 處AMS14C測年為13245±30a．BP，ZK03孔52．80m 處AMS14C測年為11970±30a．BP。該時期地層受海洋作用較強，其中ZK01、ZKA4孔下部為青灰色粉砂夾粘土，為全新世海侵早期潮間帶沉積；中部以灰、黃灰色粉砂為主，為濱淺海相地層；上部粘土與粉砂呈紋層狀，為潮間帶沉積。ZK03孔以青灰色粉砂與粘土互層，其中全新世早期為河口灣及潟湖相沉積，晚期為潮下帶－潮間帶－潮上帶一套沉積序列。

5 古河道變遷

已有研究表明，在中國東部洪－沖積泛濫平原與淺海大陸架的不同深度內(nèi)埋藏著第四紀不同時期的古河道［21］。李從先等指出長江三角洲地區(qū)存在自鎮(zhèn)江、揚州向東南延伸至海的古河谷［22－23］。長江北岸第四紀古河道分三支：第一支為泰州寺巷－海安北東走向；第二支向東南泰州口岸－通州騎岸－如東縣北坎；第三支泰州口岸－南通縣［24］。但持不同觀點的認為，東海陸架研究區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)末次盛冰期時古長江沉積和古河谷［25］。

由本次5個鉆孔巖芯第四紀地層沉積特征及古環(huán)境分析可知，第四紀以來海安以北區(qū)域主要為湖沼、河間洼地沉積，海安、通州地區(qū)均發(fā)育古河道，主要在海安以南區(qū)域內(nèi)改道變遷。

早更新世早期海安、通州孔均處于古河床，分屬為分支河道，其水動力均較弱。早期氣候轉涼，古環(huán)境的改變使河流作用減弱，區(qū)域以湖沼、河間洼地沉積為主，暴露氧化作用明顯；中期河流沉積環(huán)境再次發(fā)育，至晚期逐漸減弱。早更新世該區(qū)域總體表現(xiàn)為兩個正旋回沉積序列，代表了早更新世氣候環(huán)境兩次較大的演化。

中更新世海安、通州一帶以河流沉積環(huán)境為主。早期主要表現(xiàn)為河流侵蝕下切，尤其海安較如東下切－80m 左右。中期隨著海平面上升，迫使河流水動力下降，下切河谷主要以河流滯留沉積和朔源堆積為主，河谷區(qū)充填了較厚的砂礫石層。晚期氣候環(huán)境逐漸變干、涼，海平面下降，河流作用較弱，區(qū)域以湖沼及河間洼地沉積為主。

晚更新世早期海安處于主河谷區(qū)，下切河谷發(fā)育；通州均為分支河道。至晚更新世中期，海安、騎岸以淺湖相沉積為主，河道逐漸南移至通州二甲。晚更新世晚期，海平面下降，北部海安、通州騎岸以湖沼、河間洼地沉積，暴露氧化作用明顯，通州二甲為湖沼相，為水下還原沉積環(huán)境。

全新世時全球氣候轉暖，海平面上升，河道南移至海門南側，接近現(xiàn)今長江位置，海安、通州騎岸以及北部興化、東臺均以濱淺海相沉積為主，通州二甲為潟湖、河口相沉積共同作用。

6 討 論

以長江三角洲北翼興化－通州5個第四紀地質鉆孔為例，以巖性和沉積構造為基礎，采用古地磁、AMS14C等分析方法，結合層序地層學的理論，對興化－通州一線第四紀地層進行劃分（圖3）。第四紀不同時期，長江三角洲不同區(qū)域鉆孔沉積構造、層序地層具有不同的特征，反映了不同時巖相古地理的特征。受基底區(qū)域性構造控制，北部興化、東臺地區(qū)第四紀以來屬隆起區(qū)，主要以陸相河湖沉積為主，全新世最大海侵時沉積了部分海相層；海安、通州屬坳陷區(qū)，其中海安為沉降中心，與北部其落差最大可達110 m 左右，該區(qū)域第四紀地層主要受河流作用控制，中更新世及晚更新世早期，海安發(fā)育深切河谷。晚更新世晚期及全新世為海陸交互作用的三角洲沉積。

雖然鉆孔全新世與晚更新世晚期地層有AMS14C 測年結果控制其時代，且具有較好的區(qū)域對比性；但僅ZKA4孔（通州騎岸）、ZK10孔（興化）有古地磁控制地層時代，下部地層的劃分主要依靠巖石地層對比，只能是初步的，且鉆孔控制范圍有限，今后將輔以更多微體、孢粉的測試分析，以及更多鉆孔資料，地層的劃分及古環(huán)境恢復會更可靠。

圖3 興化－通州第四紀地層對比Fig．3 Stratigraphic correlation of Quaternary strata in the Xinhua－Tongzhou area

7 結 論

通過古地磁、AMS14C 測年結果，結合巖石地層對比，共劃分出下更新統(tǒng)（Qp1）、中更新統(tǒng)（Qp2）、上更新統(tǒng)（Qp3）和全新統(tǒng)（Qh）4個地層單元。據(jù)鉆孔巖芯第四紀地層結構，認為第四紀以來，兩個不同的地層小區(qū)沉積相及古環(huán)境存在明顯的差異。且第四紀以來的古河道主要在海安以南區(qū)域變遷，中、晚更新世海安發(fā)育下切河谷，下切深度－80m 左右，為主河谷區(qū)。晚更新世晚期及全新世主河道南移至通州二甲鎮(zhèn)孔南側。鉆孔AMS14C測年結果印證了該區(qū)域晚更新世末期低海面時即末次盛冰期沉積的“第一硬粘土層”是劃分晚更新世與全新世地層的標志層。

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