山東廣饒地區(qū)晚更新世以來沉積演化與古氣候變遷

楊劍萍　龐效林,2　王海峰　賈軍濤　劉　玲

(1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院　山東青島　266580；2.山東正元地球物理信息技術(shù)有限公司　濟南　250101;

3.中海油研究總院　北京　100027；4.中國地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院　北京　100083)

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山東廣饒地區(qū)晚更新世以來沉積演化與古氣候變遷

楊劍萍1龐效林1,2王海峰3賈軍濤1劉玲4

(1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院山東青島266580；2.山東正元地球物理信息技術(shù)有限公司濟南250101;

3.中海油研究總院北京100027；4.中國地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院北京100083)

摘要受晚更新世以來海侵影響，渤海西南內(nèi)陸第四系淺層經(jīng)歷了復(fù)雜的海陸交替演化。利用4口鉆孔取芯井和88口靜力觸探井資料，采用現(xiàn)代測試技術(shù)和地層對比的方法對渤海西南內(nèi)陸廣饒地區(qū)第四系淺層進行沉積學(xué)綜合研究。廣饒地區(qū)地表以下30 m內(nèi)，南部以風(fēng)成黃土沉積為主，北部自上而下發(fā)育兩期海相層，在研究區(qū)稱為第一、第二海侵層，分別是10～4 ka B.P.的黃驊海侵層和40～28 ka B.P.的獻縣海侵層。黃土沉積于晚更新世玉木冰期，在研究區(qū)南部以17 m為界劃分為大站組和羊欄河組(未見底)。晚更新世以來發(fā)生兩期海侵事件(黃驊海侵、獻縣海侵)，在海侵范圍最大時到達廣饒地區(qū)，先后對冰期沉積黃土層侵蝕改造，形成了“上超型海蝕黃土”的海侵演化模式。根據(jù)海侵與黃土沉積演化所對應(yīng)的古氣候變遷，將研究區(qū)晚更新世以來氣候演變劃分為6個期次：干冷期、溫暖濕潤期、干冷偏涼期、溫暖期、潮濕濕潤期和現(xiàn)代氣候期，對應(yīng)不同的沉積演化特征。

關(guān)鍵詞廣饒地區(qū)晚更新世海侵與黃土沉積演化古氣候演變

0引言

晚第四紀(jì)全球性氣候波動導(dǎo)致海平面升降變化，環(huán)渤海沿岸歷經(jīng)滄桑，形成了多套海相與陸相交替沉積的地層。廣饒地區(qū)最大海侵古岸線的研究，對于了解晚更新世以來環(huán)渤海內(nèi)陸地區(qū)的沉積演化，古氣候、古環(huán)境變遷及海平面變化具有重要意義。

前人對渤海沿岸海侵研究中，主要集中于渤海灣西岸、現(xiàn)代黃河三角洲和萊州灣濱岸地帶。通過野外鉆孔取芯，從巖性、古地磁、孢粉、第四紀(jì)測年、古生物學(xué)等特征進行分析，研究濱岸古環(huán)境變遷，海侵期次，海侵界線等問題[1-7]。趙松嶺等[4]、蒼樹溪等[2]通過對渤海灣西岸鉆孔的研究，闡明了晚更新世至全新世三次海侵事件發(fā)生的期次、規(guī)模、界線等；王紹鴻[1]最早對萊州灣西岸晚第四紀(jì)海相層進行了研究，論述了海侵發(fā)育的最大界線及其沉積環(huán)境；汪品先等[3]對我國東部海侵進行了研究，認為我國第四紀(jì)海侵從更新世到全新世逐漸加強，并具有地區(qū)性差異；韓有松等[5]對渤海萊州灣濱海平原第四紀(jì)進行了研究，闡述了海侵發(fā)育的層位、期次及大致界線；張祖陸等[19,22]對萊州灣南岸平原黃土阜進行了研究，受海侵作用影響黃土阜呈帶狀沿海岸線東西向分布。目前，前人研究中很少涉及內(nèi)陸最大海侵古岸線地帶海侵沉積演化，對海侵與風(fēng)成黃土沉積演化的時空展布，及其與古氣候、古環(huán)境變遷的對應(yīng)關(guān)系等也未見相關(guān)報道。

結(jié)合前人研究，借助鉆井資料和樣品測試資料，對廣饒地區(qū)晚更新世以來的海侵沉積演化進行沉積學(xué)綜合分析，嘗試建立以廣饒研究區(qū)為代表的渤海西南內(nèi)陸最大海侵古岸線地帶海侵沉積演化模式，并對晚更新世以來所對應(yīng)的古氣候變遷進行分析。

1區(qū)域地質(zhì)概況

廣饒研究區(qū)位于現(xiàn)代黃河三角洲平原的南部，萊州灣南岸平原的西側(cè)，處于南部山區(qū)丘陵沖積平原向濱岸海積平原過渡的地帶，區(qū)內(nèi)發(fā)育小清河、淄河兩條水系(圖1)。廣饒地區(qū)處于暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫12.6℃，年降水量約600 mm，夏季降水約占全年的76%[12]。歷次黃河改道都未波及到研究區(qū)，沉積物源上受黃河影響較小。由引黃濟青工程揭露的剖面所確定的黃河沖積物與萊州灣南岸平原沉積物的界線是在廣饒縣以北，小清河北岸[25]。構(gòu)造位置上，研究區(qū)位于東營凹陷南斜坡南緣地帶，東靠廣饒凸起，南臨魯西隆起，西、北接博興和牛莊洼陷。其所屬的構(gòu)造區(qū)域延續(xù)了新生代以來的構(gòu)造趨勢，具有整體沉降，局部隆升的特點，第四系地層厚度260 m到400 m不等[12]。

晚第四紀(jì)間冰期，研究區(qū)所在的渤海西南沿岸發(fā)生過多期海侵事件，沉積了多套海相地層，并在近地表留下了古海蝕崖、侵蝕痕、沿岸堤和貝殼堤等海侵地貌遺跡[4,8]。距今最近的三期是：8～4 ka B.P.的全新世黃驊海侵，發(fā)育第Ⅰ海侵層；40～28 ka B.P.的晚更新世中晚期獻縣海侵，發(fā)育了第Ⅱ海侵層；102～70 ka B.P.的晚更新世早期滄州海侵，發(fā)育第Ⅲ海侵層。由于研究區(qū)構(gòu)造區(qū)域和地理位置的特殊性，再加上晚第四紀(jì)全球性氣候波動所導(dǎo)致的海平面升降變化，第四系淺層經(jīng)歷了復(fù)雜的沉積演化。

圖1　廣饒地區(qū)地理位置與最大海侵古岸線界線(據(jù)韓有松,1994,資料修改)Fig.1　The geographical location of the study area and the maximum transgressive paleoshoreline boundaries (after Han, 1994, modified)

2鉆孔取芯特征

研究區(qū)有鉆孔取芯井4口(CQ1孔、CQ2孔、CQ3孔全取芯，CQ4孔未完全取芯)和靜力觸探井88口，采用旋轉(zhuǎn)機械鉆機取芯獲得巖芯，每10 cm取樣測試分析。根據(jù)沉積物的粒度測試和微體古生物的鑒定，結(jié)合宏觀的沉積構(gòu)造等特征，判別沉積環(huán)境。沉積物粒度特征是判別沉積時自然地理環(huán)境和水動力條件的良好指標(biāo)，運用青島中科院海洋研究所Master Sizer 2000型激光粒度儀測得粒度數(shù)據(jù)，經(jīng)處理得到各種粒度參數(shù)，判別沉積類型、沉積環(huán)境等。微體古生物在中國石油大學(xué)(華東)古生物實驗室鑒定，微體古生物對生活環(huán)境非常敏感，不同的沉積環(huán)境具有不同的種屬特征，通過分析沉積物中介形蟲、有孔蟲、輪藻等微體古生物組合特征，恢復(fù)海相、陸相沉積環(huán)境。同時，借用前人研究的孔2、孔1、孔10資料[1]，進行縱向上沉積相對比分析。研究區(qū)CQ1孔、CQ2孔、CQ3孔單井相分析如下：

(1) CQ1孔單井相特征

CQ1孔(37°06′27.5″ N，118°28′56.9″ E)位于研究區(qū)北部小清河附近(圖1)，鉆孔高程+9 m，鉆深30 m，取芯率91%，0～2 m為近地表沉積的耕作土，未取芯。該孔整體上以海陸交互作用沉積為主，發(fā)育兩期海相層，根據(jù)鉆井取芯巖性綜合分析，共劃分為9個沉積地層單元(圖2)：

第1沉積單元，為河流相沉積。埋深2.0～4.7 m，下部發(fā)育灰黑色泥，含螺化石，為河漫湖泊沉積；上部以泥質(zhì)粉砂為主，為河漫灘沉積。

第2沉積單元，為古土壤層。埋深4.7～6.0 m，黃褐色泥，含鈣質(zhì)結(jié)核，直徑0.5 cm。

第3沉積單元，沉積第一海相層。埋深6.0～6.8 m，下部發(fā)育青灰色粉砂，含大量貝殼碎片；上部青灰色泥，貝殼碎片稀少。

第4沉積單元，河流相沉積。埋深6.8～16 m，自下向上由棕黃色細砂、粉砂過渡為黃褐色泥質(zhì)粉砂、泥和灰黑色泥。由河道滯留沉積向上過渡為邊灘沉積、河漫沉積，構(gòu)成了典型的河流相“二元結(jié)構(gòu)”。

第5沉積單元，為黃土沉積層。埋深16.0～17.0 m，巖性以黃褐色粉砂質(zhì)泥為主，底部含鈣質(zhì)結(jié)核，直徑1.0 cm。

第6沉積單元，沉積第二海相層。埋深17.0～23.6 m，以黃褐色粉砂為主，發(fā)育貝殼層。

第7沉積單元，河流相沉積。埋深23.6～26.5 m，表現(xiàn)為正粒序，由棕黃色粉砂向上過渡為黃褐色泥質(zhì)粉砂、泥和灰黑色泥，河流相“二元結(jié)構(gòu)”明顯。

第8沉積單元，為風(fēng)成黃土層。埋深26.5～29.0 m，以棕黃色粉砂質(zhì)泥、泥為主，含鈣質(zhì)結(jié)核，直徑1.0 cm。

第9沉積單元，河流相沉積。埋深29.0～30.0 m，底部為棕黃色粉砂，上部發(fā)育灰黑色泥沼沉積。

(2) CQ2孔單井相特征

CQ2孔(37°03′51.9″ N，118°28′32.7″ E)位于研究區(qū)中北部(圖1)，高程+12 m，鉆深30 m，取芯率89%。0～3 m為近地表沉積，未取芯。根據(jù)鉆井取芯巖性分析，共劃分為7個沉積地層單元，僅在中下部發(fā)育第二期海相層。具體分析如下：

第1沉積單元，古土壤層。埋深3.0～5.0 m，巖性為棕黃色泥。

第2沉積單元地層，河流相沉積。埋深5.0～7.5 m，上部發(fā)育河漫灘沉積，巖性以棕黃色含泥粉砂為主；下部是湖沼沉積，發(fā)育黑色泥沼層，可見螺化石。第一海相層海退期，河流進積沉積。

第3沉積單元，古土壤層。埋深7.5～15.0 m，以黃褐色泥、粉砂質(zhì)泥為主，見少數(shù)螺。

第4沉積單元，古土壤—風(fēng)成黃土層。埋深15.0～19.2 m，上部巖性以棕黃色泥質(zhì)粉砂為主；下部黃褐色粉砂質(zhì)泥，含鈣質(zhì)結(jié)核。

第5沉積單元，第二海相層。埋深19.2～20.1 m，巖性以泥質(zhì)粉砂為主，少量貝殼碎片。

圖2　CQ1井綜合柱狀圖Fig.2　The integrated histogram of CQ 1

第6沉積單元，風(fēng)成黃土—古土壤層。埋深20.1～25.7 m，上部發(fā)育黃褐色粉砂質(zhì)泥，含鈣質(zhì)結(jié)核；下部發(fā)育棕黃色泥質(zhì)粉砂。第7沉積單元，風(fēng)成黃土—古土壤層。埋深25.7～30.0 m，上部發(fā)育棕黃色粉砂質(zhì)泥和黃褐色粉砂質(zhì)泥，含鈣質(zhì)結(jié)核；下部發(fā)育棕黃色泥質(zhì)粉砂。

(3) CQ3孔單井相特征

CQ3孔(37°04′13.9″ N，118°25′43.3″ E)位于研究區(qū)中南部(圖1)，高程+10 m，鉆深30 m，取芯率93%，地表以下0～3.0 m未取芯。根據(jù)鉆井取芯巖性分析，劃分為12個地層單元，以棕黃色、褐黃色的黃土沉積為主，黃土—古土壤旋回沉積為特征，未見海相沉積地層。具體劃分如下：

第1沉積單元，近地表黃土層。埋深3.0～3.8 m，以棕黃色、黃褐色泥為主，質(zhì)地疏松，含紅棕色斑塊黏土。

第2沉積單元，湖沼沉積。發(fā)育灰黑色泥沼層，埋深3.8～4.6 m，巖性灰黑色、灰棕色泥，含少量螺化石。

第3沉積單元，黃土層。埋深4.6～6.5 m，巖性以棕黃色粉砂質(zhì)泥為主，致密，零星分布黃褐色的黃鐵礦質(zhì)點，5.0 m處發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核，呈層狀分布。

第4沉積單元，泥沼沉積。埋深6.5～7.8 m，灰黑色泥為主，含螺化石，下部灰黑色與棕黃色泥混合沉積。

第5沉積單元，黃土層。埋深7.8～11.0 m，巖性以棕黃色、黃褐色的粉砂質(zhì)泥、泥為主，在9.0 m和10.8 m分別發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核，似圓狀，直徑1～3 cm不等。

第6沉積單元，黃土層。埋深11.0～15.8 m，整體泛黃色，11.0～12.8 m，巖性較粗，疏松，以泥質(zhì)粉砂、粉砂為主；12.8～15.8 m，巖性細，致密，發(fā)育泥和粉砂質(zhì)泥。

第7沉積單元，古土壤層。埋深15.8～16.2 m，紅棕色泥、粉砂質(zhì)泥為主，發(fā)育零散灰白色斑塊(未完全固結(jié)的鈣質(zhì)結(jié)核)。

第8沉積單元，黃土層。埋深16.2～17.5 m，棕黃粉砂質(zhì)泥，致密堅硬，17.2 m發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核層。

第9沉積單元，黃土—古土壤層。埋深17.5～22.4 m，整體棕紅色，巖性上下分兩段：下部，20.0～22.4 m以粉砂質(zhì)泥、泥為主，質(zhì)地疏松，含有微小的蝸?；忘S褐色的鐵質(zhì)；上部17.5～20.0 m以粉砂、泥質(zhì)粉砂為主，顏色變深，發(fā)育河道沉積的粉砂層。

第10沉積單元，黃土—古土壤層，同上單元，埋深22.4～24.0 m，為黃土—古土壤旋回型沉積層，下部是致密的黃棕色粉砂質(zhì)泥的黃土沉積，含鈣質(zhì)結(jié)核；上部紅棕色的古土壤層，巖性疏松，頂部以粉砂，泥質(zhì)粉砂為主，屬于河道沉積。

第11沉積單元，黃土—古土壤層。同上單元，埋深24.0～27.0 m，底部是含鈣質(zhì)結(jié)核的黃土層沉積，向上顏色變深，屬古土壤層，頂部發(fā)育河道沉積的黃棕色粉砂層。巖性整體向上變粗。

第12沉積單元，河流相沉積。埋深27.0～30.0 m，以黃棕色粉砂和含細沙的粉砂為主，為古河道沉積。

通過對研究區(qū)鉆井取芯分析，研究區(qū)北部小清河附近，地表以下30 m內(nèi)自上而下發(fā)育第一、第二兩期海相地層(圖2)，并向研究區(qū)南部逐漸尖滅，到南部過渡為風(fēng)成黃土沉積。研究區(qū)南部的黃土沉積區(qū)大致以埋深17.0 m為界分兩部分：上部以黃土層沉積為主；下部以黃土—古土壤層旋回型沉積為主，并發(fā)育多層河道粉砂。

3沉積演化

鉆孔綜合分析得出，研究區(qū)北部CQ1與CQ2孔之間存在兩期最大海侵古岸線。以古海岸線為界，將研究區(qū)自北向南劃分為三部分：研究區(qū)北部為海陸交互作用沉積區(qū)，自上而下發(fā)育第一、第二海相層，并在中部、底部沉積黃土層；研究區(qū)中部為海向陸過渡區(qū)，僅發(fā)育第二海相層；研究區(qū)南部為黃土沉積區(qū)，海侵層完全尖滅，以風(fēng)成黃土沉積為主，并發(fā)育河流相粉砂。

3.1黃土地層對比與劃分

山東黃土沉積范圍廣泛，從魯中山麓邊緣、山前平原、沖積平原到濱海大陸架都有分布，按自然地理區(qū)位可大致分為兩大部分，邊緣海陸架黃土(濱岸平原與島嶼區(qū))和魯中山區(qū)黃土。山東省第四紀(jì)黃土沉積地層，主要劃分為大站組和羊欄河組[18]。大站組，發(fā)育黃土層，古土壤層不發(fā)育或少發(fā)育，在臨淄厚7.7 m，青州傅家莊厚3.2 m，由研究區(qū)向南部丘陵沉積地層逐漸變薄，在地質(zhì)年代與黃土高原的馬蘭黃土相對應(yīng)，熱釋光測年在68 000±5 000年～12 927±11 293年之間，為晚更新世玉木冰期沉積。羊欄河組，山東最老的黃土堆積層，發(fā)育多層古河道粉砂，以黃土層與古土壤層交替旋回沉積為特征。在青州西南傅家莊黃土熱釋光年齡為22.7±1.8萬年～79.3±6.4萬年，屬中更新世里斯冰期沉積，沉積年代上可與黃土高原離石黃土進行地層對比[18]。

研究區(qū)黃土沉積物顏色以黃色為基調(diào)，主要為灰黃、棕黃和棕紅色，巖性由泥質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)泥組成，伴生鈣質(zhì)結(jié)核，常見蝸?；?，垂向上與古土壤交替互層，野外剖面見垂直節(jié)理(圖3)。

圖3　研究區(qū)黃土層野外特征A．黃土層野外M剖面(圖1)；B．鈣質(zhì)結(jié)核；C．蝸?；疐ig. 3　Characteristics of loess layer in field

沉積物粒度特征作為研究較為成熟的指標(biāo)被廣泛應(yīng)用于風(fēng)成沉積的研究中[21]，不同沉積成因具有不同的粒度特征。研究區(qū)黃土沉積物粒度頻率曲線(圖4a)與河流相(圖4b)存在明顯的差異，與前人研究成熟的青州黃土[30]形態(tài)接近，粒徑在0～100 μm之間，曲線呈雙峰形，主峰粒度區(qū)間在40～60 μm，次峰在1 μm左右，曲峰分叉且尖銳，具典型的風(fēng)成沉積特征。研究區(qū)黃土沉積物(圖4a)與本文采樣測得的青州云門山剖面黃土粒度特征非常相似(圖4c)，平均粒徑15～22 μm，兩者都比西峰黃土(平均粒徑10～16 μm)[30]粗，分選差，頻率曲線形態(tài)(圖4d)也有差異，說明與黃土高原黃土有不同的物源組成。

據(jù)鉆孔取芯分析，將廣饒地區(qū)出現(xiàn)的黃土(以CQ3孔為例)與前人研究的周邊(臨淄、青州、臨朐、蓬萊)風(fēng)成黃土進行了對比(圖5)。研究區(qū)南部黃土沉積區(qū)在17 m以下發(fā)育多期古河道粉砂層，巖性以粉砂、泥質(zhì)粉砂為主，并發(fā)育多層偏宗紅色古土壤層，14C測年為中更新世，符合羊欄河組的特征。據(jù)此，以17 m為界將研究區(qū)南部黃土層劃分為兩部分：5～17 m為大站組，晚更新世沉積，以粉砂質(zhì)泥為主，粉砂較少，以發(fā)育黃土層為特征；17～30 m為羊欄河組，未見底，中更新世沉積，巖性以泥質(zhì)粉砂為主，發(fā)育多層古土壤，伴有河道粉砂沉積。

圖4　研究區(qū)黃土粒度頻率曲線A．CQ3孔不同深度樣品；B．河流相；C．青州黃土；D．西峰黃土(據(jù)彭淑貞,2007)Fig. 4　The loess grain size frequency curves

圖5　研究區(qū)與周邊地區(qū)黃土地層對比圖(據(jù)王世進,1999資料修改)1.坡積層及湖沼層；2.大站組(黃土層)；3.羊欄河組(古土壤及黃土層)；4.粉砂、砂、礫石層；5.玄武巖；6.基巖；7.熱釋光法取樣點及年齡/aFig.5　The loess stratigraphic correlation and classification(after Wang,1999, modified)

地質(zhì)歷史時期黃土沉積范圍比現(xiàn)今所認識的廣大的多。不同學(xué)者通過對環(huán)渤海濱淺海的鉆孔研究發(fā)現(xiàn)，不同深度也相繼沉積含鈣質(zhì)結(jié)核的硬黏土質(zhì)黃土層[7,16]。同時，通過微體古生物鑒定，在距海侵古岸線較遠的CQ3孔，埋深20.5 m的黃土層發(fā)現(xiàn)了半咸水的海相微體古生物Zlyocyprissp.，表明冰期黃土沉積期有海相沉積物的混入。在晚第四紀(jì)冰期時期，氣候寒冷干燥，末次冰期最盛時，中國東部海平面最大下降到-150～-160 m，海岸線到達朝鮮半島的東側(cè)，整個渤、黃海陸架和東海的部分陸架出露[13]，渤海西、南內(nèi)陸盛行西北風(fēng)和偏北風(fēng)，在冰期強勁的風(fēng)力作用下，出露的渤海陸架松散沉積物，向陸一側(cè)搬運堆積，并且強勁的北向風(fēng)所攜帶的西北高原粉塵，在渤海西、南岸適宜地貌區(qū)沉降，經(jīng)后期改造演化，形成現(xiàn)今的黃土堆積體[19,30]。

3.2海侵層對比與劃分

渤海西南沿岸海侵的研究，不同學(xué)者已在海侵層沉積年代，發(fā)育層位，最大古海岸線位置等方面取得了廣泛性認識[3,6,10]。王紹鴻等[1]對萊州灣南岸平原西側(cè)海侵的研究認為，晚更新世以來發(fā)生的兩次海侵(獻縣海侵、黃驊海侵)在最大海侵面時曾分別到達廣饒、博興地區(qū)。祁雅麗等[17]運用地面雷達測試技術(shù)，對渤海西南內(nèi)陸全新世大暖期最大海侵線進行了精確重建，得出的全新世最大海侵古岸線經(jīng)過廣饒研究區(qū)北部，與研究區(qū)鉆井取芯分析所得到的古岸線位置一致(圖1)。

研究區(qū)北部小清河附近，自上而下發(fā)育兩期海相層，與黃土層存在鮮明的沉積特征差異。第一海相層，埋深6.0～6.8 m，巖性以青灰色粉砂、泥為主，含大量貝殼碎片；第二海相層，埋深18.0～23.6 m，巖性以青灰色、深褐色粉砂為主，貝殼完整。王紹鴻等[1]借助1～10孔對萊州灣南岸西側(cè)海相層進行研究，確定了海相層發(fā)育的期次、年代、埋深[1]，之后不同的學(xué)者進行了證實[5,17]。其中孔2與研究區(qū)CQ1孔距離非常接近(圖1)，在統(tǒng)一高程下，兩孔海相層埋深相同(圖6)，在沉積年代上可以認為相同時期的海相地層。以CQ1孔海相層作為研究區(qū)的對比標(biāo)志層，與周邊前人研究的黃金寨9孔、喬家莊10孔和牛莊、王家崗地區(qū)(圖1)的海相地層進行橫向?qū)Ρ染哂锌尚行浴?/p>

從對比中可以看到，研究區(qū)第一海相層對應(yīng)前人研究得出的10～4 ka B.P.的全新世(第Ⅰ)海侵層，為黃驊海侵沉積；第二海相層對應(yīng)40～28 ka B.P.的晚更新世晚期(第Ⅱ)海侵層，為獻縣海侵沉積。兩期海侵層由研究區(qū)向現(xiàn)代海岸逐漸增厚，第二海侵層比第一海侵層沉積厚，規(guī)模大，經(jīng)歷的演化時間久(圖6)。

3.3兩期海侵層沉積特征

晚更新世以來環(huán)渤海地區(qū)發(fā)生的不同期次海侵，在沉積環(huán)境、海平面變化、古氣候變遷等方面存在明顯的差異[1,3,13-14]。

(1) 第一海侵層特征

廣饒地區(qū)發(fā)育的第一海侵層對應(yīng)渤海沿岸的第Ⅰ海侵層，為全新世黃驊海侵沉積。在渤海灣西南沿岸第Ⅰ海相層分布比較廣泛，根據(jù)研究區(qū)的鉆孔分析，并結(jié)合前人研究[1,5,23]，最大古海岸線大致分布于喬莊、博興、草橋、牛頭鎮(zhèn)、南河、侯鎮(zhèn)、永安、李家埠、夏店及新河一帶(圖1)。其海侵范圍比晚更新世早期的滄州海侵要大，比晚更新世中期的獻縣海侵要小，在萊州灣南岸平原東部地區(qū)，全新世的海侵范圍比晚更新世中期的大。

圖6　研究區(qū)與周邊地區(qū)海侵地層對比圖(據(jù)韓有松,1994; 王紹鴻,1979資料修改)Fig. 6　The transgression stratigraphic correlation and classification (modified after Han, 1994; Wang, 1979)

根據(jù)最大海侵古岸線海侵層位埋深，暫不考慮構(gòu)造沉降和沉積壓實等引起的地層沉降，取芯資料顯示，研究區(qū)第一海侵層最大海侵面的高程為2.0～2.5 m，這與眾多學(xué)者研究所認為的全新世海侵存在2.0～3.0 m的高海平面的結(jié)論相吻合[11]。可以看出，全新世海侵以來，區(qū)域構(gòu)造運動趨于穩(wěn)定，沒有發(fā)生明顯的地層沉降。

通過研究區(qū)鉆孔取樣微體古生物的鑒定，結(jié)合1～10鉆孔[1]分析(圖1)，全新世黃驊海侵沉積環(huán)境主要以水深小于15 m的潮間帶—淺海為主。其中第一海侵層有孔蟲化石群較多的五種是：嗜溫轉(zhuǎn)輪蟲(AmmoniatepidaCushman)、連接轉(zhuǎn)輪蟲(AmmoniaannectensParker and Jones)、顯臍轉(zhuǎn)輪蟲(AmmoniaflevensisHofker)、圓形短五塊蟲(Quinqueloculinaaknerianarotunda Gerke)、易變篩九字蟲(CribrononionincertumWilliamson)，這些有孔蟲在現(xiàn)代渤海海洋環(huán)境中主要生活在水深小于20 m的水域。而且，第一海侵層中45%的軟體動物化石群以潮間帶種為主，淺海種最少，只占10%[1,15,26]。

(2) 第二海侵層特征

研究區(qū)第二海侵層與環(huán)渤海沿岸獻縣(第Ⅱ)海侵層相對應(yīng)，為距今4.2～2.8萬年間晚更新世中期海侵沉積。該海相層分布范圍廣泛，經(jīng)鉆孔證實，在渤海西南沿岸古海岸線大致從喬莊西側(cè)，向南經(jīng)博興，過研究區(qū)廣饒縣以北，向東一直延伸到壽光寒橋和昌邑，至新河、灰埠北和虎頭崖附近[1,5](圖1)。

根據(jù)海侵層在研究區(qū)最大海侵古岸線位置埋深，第二海侵層最大海侵面的現(xiàn)代標(biāo)高是-14.6～-8.0 m。事實上，晚更新世以來的區(qū)域構(gòu)造沉降對海侵層的埋深具有直接的影響。魏靈等利用渤海沿岸眾多鉆孔微體生物化石的組合特征來恢復(fù)海水深度，重建40～28 ka B.P.獻縣海侵最大海侵面的現(xiàn)代標(biāo)高是-11.0～-5.0 m[11]，與研究區(qū)第二海侵層的最大海平面現(xiàn)代標(biāo)高相差3.6～3.0 m。可見，自晚更新世中期第二海侵層沉積以來，受構(gòu)造沉降和沉積壓實作用，地層沉降了約3.0 m。

在古生物學(xué)特征上，研究區(qū)第二海侵層有孔蟲化石群較多的五種是：嗜溫轉(zhuǎn)輪蟲、易變篩九字蟲、縫裂企蟲(ElphidiummangellanisumHeron-Allen and Earland)、整潔五塊蟲(QuinqueloculinabellatulaBandy)、異地企蟲(ElphidiumadvenumCushman)，這些有孔蟲主要生活在水深15～25 m的淺海區(qū)。在軟體動物化石群上，第二海侵層與第一層海侵層正相反，淺海物種最多，占總種數(shù)的34%，潮間帶物種最少，占23%[1,15,26]?？梢?，第二海侵層以水深10～20 m的濱岸淺海環(huán)境為主，比第一海侵層沉積水體要深，海侵幅度更大，演化持續(xù)時間更久。

3.4沉積演化模式

研究區(qū)地表以下30 m內(nèi)，存在兩期最大海侵的古岸線，以古岸線為界，南部以風(fēng)成黃土沉積為主，北部發(fā)育兩期海相層(黃驊海侵、獻縣海侵)。晚第四紀(jì)冰期時期，偏北風(fēng)所攜帶的西北內(nèi)陸干旱地區(qū)和裸露的邊緣海陸架的沙塵，在山地丘陵，山前平原及渤海西南沿岸適宜位置沉降，形成大面積黃土堆積帶。間冰期氣溫回升，海平面上升，發(fā)生海侵事件，侵蝕改造前冰期黃土。

晚更新世發(fā)育的36 ka B.P.獻縣海侵，在最大海侵面時到達研究區(qū)，侵蝕、超覆于中更新世羊欄河組黃土層之上，沉積第二海侵層。之后，進入晚更新世末次冰期最盛時期(玉木Ⅲ冰期)，沉積大站組黃土。伴隨最后一次冰期結(jié)束，轉(zhuǎn)入全新世大暖期，發(fā)生了黃驊海侵，侵蝕大站組黃土，并沉積第一海侵層，再次經(jīng)歷了黃土—海侵沉積旋回。

在垂向上，兩期海侵層與黃土—古土壤層呈疊置互層關(guān)系，海侵層穿插超覆于南部的黃土層中，與黃土層呈不等時沉積接觸(圖7)。在萊州灣南岸平原黃土層被海侵侵蝕，形成海蝕黃土崖，稱為“黃土阜”，呈帶狀沿海岸線分布[19,22]。

海侵的侵蝕改造作用對于山東省黃土分布格局和沉積演化具有重要影響。間冰期海侵侵蝕冰期黃土，在最大海侵位置沉積了海侵黃土的古岸線，使山東省近地表黃土分布的北緣與全新世最大海侵古岸線的界線相一致。

筆者把這種海侵沉積地貌稱為“上超型海蝕黃土古岸線”。其含義是，間冰期氣候回暖，海平面上升，渤海陸架及內(nèi)陸平原黃土沉積區(qū)發(fā)生海侵剝蝕作用，造成海侵侵蝕上超于先前冰期沉積的較老黃土層之上，在最大海侵位置形成了海侵黃土古岸線的演化模式(圖7)。

4古氣候演變

研究區(qū)海侵、黃土的沉積演化與晚第四紀(jì)以來的古氣候變化、古環(huán)境變遷息息相關(guān)。晚第四紀(jì)全球氣候變化頻繁，出現(xiàn)多次冰期與間冰期的氣候冷暖旋回，這種氣候的旋回性變化在我國晚第四紀(jì)古里雅冰芯氧同位素記錄、渤海鉆孔古地磁和海侵研究中都有相應(yīng)體現(xiàn)[13-14,20,28]。蒼樹溪等[2]對渤海灣西岸中更新世以來古生態(tài)、古氣候、古地理的研究認為，布倫赫斯正極性世(距今大約69萬年)以來，發(fā)生的五次短期地磁極倒轉(zhuǎn)事件與大約以10萬年為周期的古氣候擺動，微體古生物組合更替等相對應(yīng)。

古氣候波動的周期性在末次冰期和全新世存在千年和百年尺度的變化周期[13-14]，并具有“旋回加旋回”的特點[24,27,29]。海侵演化過程中的表現(xiàn)是，在長周期的海平面升降變化中，疊加了中短期的海平面波動，即長周期的海退存在短周期的海侵。學(xué)者對渤海灣海侵的研究已證實，在全新世大暖期海侵事件的海退期，有短時期的海侵發(fā)生[13-14]。

晚第四紀(jì)氣候演變是個非常復(fù)雜的問題，是多種因素綜合作用的結(jié)果。根據(jù)研究區(qū)海侵與黃土沉積演化關(guān)系(圖2)，對應(yīng)不同的沉積演化特征，結(jié)合渤海沿岸古氣候變化特征[1,6,14,27]，將研究區(qū)晚更新世以來的氣候演變劃分為6個時期，具體劃分如下：

(1) 干冷期，對應(yīng)玉木Ⅱ冰期，海平面下降，侵蝕基準(zhǔn)面下降，發(fā)育深切河流，在干冷季風(fēng)下沉積羊欄河組黃土，埋深-17 m以下。

(2) 溫暖濕潤期，為玉木冰期上亞間冰期，氣候回暖，海平面上升，發(fā)育獻縣海侵，在最大海侵面時到達研究區(qū)，侵蝕改造前期黃土；同時，由于侵蝕基準(zhǔn)面的上升，河流動力較弱，流水不暢，伴隨湖沼相沉積，埋深-17～-9 m。

圖7　研究區(qū)海侵、黃土沉積演化模式Fig.7　The deposition evolution model of transgressions and loess

(3) 干冷偏涼期，對應(yīng)玉木Ⅲ冰期，氣候轉(zhuǎn)冷，但平均氣溫比玉木Ⅱ冰期略高些，海平面最大下降到-100 m以下，渤海、黃海陸架裸露，在風(fēng)力作用下沉積大站組黃土；河流相在研究區(qū)發(fā)育較弱，埋深-9～+1 m。(4) 溫暖期，進入全新世，氣候轉(zhuǎn)暖，發(fā)育黃驊海侵，侵蝕大站組黃土；由于流路不暢，河流動力較弱，湖沼相發(fā)育廣泛，埋深+1～+2 m。

(5) 潮濕濕潤期，海侵后退期，伴隨陸上水位基準(zhǔn)線下降，在先期海侵的低洼地帶淤積成湖，發(fā)育大面積湖沼沉積，覆蓋在研究區(qū)南部大站組黃土和北部第一海侵層之上，14C測年3 000 a B.P.左右，埋深+2～+3 m。

(6) 現(xiàn)代期，與近代氣候相近，受人類活動影響較大，一般地表以下2 m或3 m。

5結(jié)論

(1) 研究區(qū)地表以下30 m內(nèi)，南部沉積風(fēng)成黃土，北部發(fā)育兩期海相層(10～4 ka B.P.的黃驊海侵層和40～28 ka B.P.的獻縣海侵層)，侵蝕上超于南部的黃土層中，在渤海西南岸內(nèi)陸平原形成“上超型海蝕黃土”的演化模式。

(2) 對研究區(qū)鉆孔取芯研究證實，40～28 ka B.P.的獻縣海侵最大海侵界線并沒有越過廣饒縣城，而是位于廣饒縣城以北，草橋、小清河以南，對此進行了確定(圖1)。

(3) 研究區(qū)第一海侵層存在海拔2～3 m的高海侵面，但第二海侵層以水深10～20 m的濱岸淺海環(huán)境為主，比以潮間帶—淺海沉積環(huán)境為主的第一海侵層沉積水體要深，海水陸泛的幅度更大，持續(xù)時間更久。

(4) 根據(jù)研究區(qū)海侵與黃土的沉積演化特征，將研究區(qū)晚更新世以來的氣候演化劃分為6個階段：干冷期—溫暖濕潤期—干冷偏涼期—溫暖期—潮濕濕潤期—現(xiàn)代期，分別對應(yīng)海侵與黃土演化的不同氣候類型。

但是，關(guān)于兩次海侵的爭論遠沒有停止。前人對環(huán)渤海沿岸海侵研究也發(fā)現(xiàn)[2,11]，40～28 ka B.P.的獻縣海侵比10～4 ka B.P.的黃驊海侵，海水陸泛的幅度更大，海水更深，與本研究得出的結(jié)論一致。但與全球氣候處于末次冰期的間冰階，冰川部分消融的觀點不切合。研究區(qū)海侵與黃土的時空沉積演化關(guān)系僅是環(huán)渤海地區(qū)古氣候演變的物質(zhì)載體，而且影響兩期海侵古氣候變化差異性的原因是多因素的，今后還應(yīng)從構(gòu)造沉降差異，區(qū)域氣候波動差異，古地貌，古地理和古環(huán)境等進行更加深入的多角度研究。

致謝對參加野外工作的張光德、徐鈺、李帥、晉同杰等同志，和樣品測試中給予熱忱幫助的青島中科院海洋研究所，在此一并致謝。

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Depositional Evolution and Paleoclimate Changes Since Late Pleistocene in Guangrao Area, Shandong Province

YANG JianPing1PANG XiaoLin1,2WANG HaiFeng3JIA JunTao1LIU Ling4

(1. School of Geosciences, China University of Petroleum(East China), Qingdao, Shandong 266580, China;2. Shandong Zhengyuan Geophysical Information Technology Limited Company, Jinan 250101, China;3. CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China;4. School of Energy Resource, China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

Abstract:Influenced by transgressions, the shallow strata of Quaternary has a complicated sedimentary evolution in Guangrao area, the inland of Southwest Bohai Sea since Late Pleistocene. Below the surface of 30 meters, it mainly deposits loess in the south of the area, while in the north of the area, it mainly deposits two marine layers, which were respectively named the first transgression layer and the second transgression layer. The first transgression layer is Huanghua transgression layer of 10～4 ka B.P., while the second transgression layer is Xianxian transgression layer of 40～28 ka B.P. According to 4 drilling coring Wells and 88 static sounding wells studied the transgression evolution and loess of the area by using modern test methods (particle size analysis, heavy mineral analysis,14C dating, geochemical tests) and stratigraphic correlation. The loess layer deposited in late Pleistocene, and can be divided into Dazhan formation and Yanglanhe formation in the south of area on the depth boundary of 17 meters. It had two transgression events (Huanghua transgression and Xianxian transgression) since late Pleistocene and came to the area in the maximum transgression time. Because of the erosion and modification of the two transgressive events, it had formed the transgressive evolution model of "transgression overlap the loess". According to the paleoclimate change which math to transgression and loess deposition evolution, climate change of the area can be divided into six periods since Late Pleistocene, including cold dry climate, warm humid climate, cold dry but slants cool climate, warm climate, moist climate and modern climate. Different type of climate corresponds to different feature of sedimentary evolution.

Key words:Guangrao area; Late Pleistocene; transgression and loess; depositional evolution; paleoclimate changes

中圖分類號P534.63

文獻標(biāo)識碼A

作者簡介第一楊劍萍女1965年出生博士教授沉積學(xué)E-mail: yangjp3028@sina.com

基金項目：國家油氣重大專項(2011ZX05006-002); 國家自然科學(xué)基金項目(41202126); 山東省自然科學(xué)基金項目(ZR2012DQ014); 中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目(13CX02039A); 中國石油大學(xué)(華東)研究生創(chuàng)新工程(CX2013004)[Foundation: Major Project of National Oil and Gas, No.2011ZX05006-002; National Natural Science Foundation of China, No.41202126; Natural Science Foundation of Shandong Province, No.ZR2012DQ014; Fundamental Research Funds for the Central Universities, No. 13CX02039A; Graduate Innovation Project for the China University of Petroleum(East China), No.CX2013004]

收稿日期：2014-06-20； 收修改稿日期： 2014-11-13

doi:10.14027/j.cnki.cjxb.2016.01.007

文章編號：1000-0550(2016)01-0079-11