晚更新世以來杭州灣沉積物黏土礦物特征及其古環(huán)境意義

黃冬琴，高秦，厲子龍*，楊師航，洪晨，Piotrowski A M，孫淼軍，李川

（1.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江 舟山 316021；2.杭州國(guó)海海洋工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310012；3.浙江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310027；4.劍橋大學(xué) 地球科學(xué)系，英國(guó) 劍橋 CB2 3EQ；5.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310014）

晚更新世以來杭州灣沉積物黏土礦物特征及其古環(huán)境意義

黃冬琴1，高秦1，厲子龍1*，楊師航2，洪晨3，Piotrowski A M4，孫淼軍5，李川1

（1.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江 舟山 316021；2.杭州國(guó)海海洋工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310012；3.浙江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310027；4.劍橋大學(xué) 地球科學(xué)系，英國(guó) 劍橋 CB2 3EQ；5.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310014）

通過對(duì)杭州灣南岸HZW1907長(zhǎng)84 m及甬江口YJ19-02長(zhǎng)9 m柱狀樣進(jìn)行粒度分析、X射線衍射（XRD）分析，研究了沉積物粒度變化、黏土礦物特征，探討杭州灣地區(qū)晚更新世以來源區(qū)風(fēng)化程度、水動(dòng)力條件變化、物質(zhì)來源及環(huán)境演變情況。根據(jù)巖性粒度特征及黏土礦物變化規(guī)律，將HZW1907柱狀樣劃分為4個(gè)沉積階段：階段1（0～26 m）、階段2（26～49 m）、階段3（49～70 m）、階段4（70～84 m）。階段4和3處于晚更新世至早全新世，沉積物以粉砂、砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂為主，處于湖泊河床相、泛濫平原相沉積，水動(dòng)力條件較強(qiáng)。階段4黏土礦物組合較復(fù)雜，高嶺石、蒙皂石占比異常高，階段3以伊利石—綠泥石—高嶺石—蒙皂石組合類型為主，2個(gè)階段沉積物受錢塘江物質(zhì)輸入影響巨大，同時(shí)部分受長(zhǎng)江物質(zhì)影響，氣候環(huán)境由溫暖濕潤(rùn)轉(zhuǎn)為溫涼偏濕，源區(qū)經(jīng)歷較強(qiáng)風(fēng)化過程。階段2和1沉積物主要由粉砂組成，粒度較細(xì)，水動(dòng)力條件較弱，處于近岸潮坪相及河口灣相沉積，黏土礦物組合類型均以伊利石—綠泥石—高嶺石—蒙皂石為主，指示全新世（約10.8 ka BP）以來杭州灣沉積物主要受長(zhǎng)江物質(zhì)輸入影響，經(jīng)歷溫涼偏濕—冷涼干燥的環(huán)境，源區(qū)風(fēng)化程度較弱。甬江口YJ19-02柱狀樣沉積物類型為粉砂及砂質(zhì)粉砂，水動(dòng)力條件較弱，黏土礦物組合類型為伊利石—綠泥石—高嶺石—蒙皂石，沉積物主要由長(zhǎng)江物質(zhì)輸入，處于相對(duì)穩(wěn)定、偏寒冷干燥的環(huán)境，源區(qū)風(fēng)化過程較弱。柱狀沉積物粒度、黏土礦物在垂向上的變化及組合特征為研究區(qū)及鄰區(qū)沉積物的物質(zhì)來源及古環(huán)境狀況提供了有效指示。

杭州灣；黏土礦物；物質(zhì)來源；古環(huán)境；晚更新世

黏土礦物大多是在一定物化條件下源區(qū)母巖經(jīng)風(fēng)化形成的產(chǎn)物，是海洋和河流沉積碎屑的主要組成部分，特別是在淺海沉積物中占沉積總量的30%以上［1］，是河口和海洋沉積物物源指示的重要手段［2-5］，在海洋沉積物研究中具有重要地位。黏土礦物顆粒細(xì)?。ㄒ话阈∮? μm），成分不一，分布廣泛，具類質(zhì)替換等特點(diǎn)，且成因多樣，以風(fēng)化為主［6］，受物源、水動(dòng)力條件、風(fēng)化程度和沉積過程等因素影響和制約，其對(duì)物源區(qū)氣候變化非常敏感，可作為指示物源區(qū)氣候變化的指標(biāo)［2-6］。國(guó)內(nèi)學(xué)者利用黏土礦物分析了東海、長(zhǎng)江、浙江沿岸海域沉積物來源、沉積環(huán)境、氣候變化等，并取得了較大進(jìn)展［7-10］。

杭州灣屬強(qiáng)潮型河口灣，是我國(guó)沿海地區(qū)厚度相對(duì)較大且典型的海陸交會(huì)沉積區(qū)之一［1］。晚更新世以來，包括杭州灣在內(nèi)的中國(guó)海域受海侵與海退、氣候變化、末次冰期等的影響，形成了較復(fù)雜的沉積環(huán)境［7，11-12］。杭州灣沉積物主要來自錢塘江和長(zhǎng)江徑流運(yùn)輸和潮汐作用攜帶的東海海底侵蝕［1］，在沉積過程中易受強(qiáng)大潮流和沿岸流作用，如長(zhǎng)江徑流（CDW）、東海沿岸流（ECSCC）、黃海沿岸流（YSCC）等［13］（圖1）的影響。受地形、物源、水動(dòng)力條件影響，灣內(nèi)底質(zhì)主要為粉砂質(zhì)和黏土質(zhì)沉積物［14］。

前人對(duì)杭州灣和甬江沉積物，開展了沉積動(dòng)力特征、沉積物重金屬含量、生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)、分布特征、沉積物運(yùn)輸通量、泥沙運(yùn)移趨勢(shì)等研究［13-17］，主要集中于對(duì)淺表層沉積物的研究，對(duì)深部鉆孔巖芯沉積物的粒度參數(shù)分布特征、沉積物來源、沉積動(dòng)力環(huán)境和沉積物黏土礦物在垂向上的變化研究尚不多。筆者以杭州灣南岸HZW1907及甬江口YJ19-02柱狀樣沉積物為研究對(duì)象，借助粒度分析、X射線衍射（XRD）分析等手段，探討沉積物中黏土礦物的占比、組合特點(diǎn)、垂向變化以及沉積物粒度分布特征，揭示源區(qū)風(fēng)化強(qiáng)度、水動(dòng)力條件，并追蹤沉積物物質(zhì)來源、分析古環(huán)境變化情況。

1 區(qū)域概況

杭州灣，位于浙江省東北部，長(zhǎng)江三角洲南翼，毗鄰我國(guó)東海（圖1），錢塘江、曹娥江、甬江注入其中，是典型的漏斗狀強(qiáng)潮型河口海灣［1］，潮汐范圍寬，潮流強(qiáng)，潮汐、潮流是杭州灣泥沙搬運(yùn)的主要?jiǎng)恿Γ?，14］。杭州灣的形成與長(zhǎng)江來沙、長(zhǎng)江三角洲的伸展和寧紹平原成陸密切相關(guān)。在洋流、沿岸流及潮汐作用下，長(zhǎng)江泥沙向東南方向不斷淤積，形成了現(xiàn)今的長(zhǎng)江三角洲雛形，其又與浙閩丘陵包夾形成具有喇叭口的杭州灣雛形，因此，長(zhǎng)江口泥沙是杭州灣沉積物的主要物質(zhì)來源，沉積速率受長(zhǎng)江影響較大［14］。

甬江為浙江省八大水系之一，位于杭州灣南翼，由奉化江和姚江匯集而成，其河流由西南流向東北，通過甬江入?？趨R入東海。甬江入?？诔世葼?，潮汐現(xiàn)象明顯，入海徑流屬于山溪性強(qiáng)潮河流，距離短、徑流量小，為順岸的往復(fù)流。甬江泥沙主要來自北部海域，懸沙和底質(zhì)以黏土質(zhì)粉砂沉積物為主［15］。

（a） 區(qū)域環(huán)流模式 （b） 鉆孔位置流系：CDW-長(zhǎng)江沖淡水；YSCC-黃海沿岸流；ECSCC-東海沿岸流；YSWC-黃海暖流；TWC-臺(tái)灣暖流；KC-黑潮。Current system： CDW-Yangtz River diluted water； YSCC： Yellow Sea coastal current； ECSCC-East China Sea coastal current； YSWC-Yellow Sea warm current； TWC-Taiwan warm current； and KC-Kuroshio current.

2 材料與方法

2.1 樣品采集

HZW1907與YJ19-02柱狀樣為課題組2019年在華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院海洋工程平臺(tái)勘查時(shí)采集，分別采自杭州灣南岸和甬江口，兩地的經(jīng)緯度分別為30°24apos;16apos;apos; N，121°29apos;50apos;apos; E和29°58apos;40apos;apos; N，121°46apos;40apos;apos;E（圖1）?，F(xiàn)場(chǎng)將柱狀樣分割為1 m高的樣品，避光密封保存，帶回實(shí)驗(yàn)室后冷凍保存，以便后期分析。HZW1907柱狀樣總長(zhǎng)84 m，共82個(gè)樣品（缺2 m和3 m處的樣品）。YJ19-02柱狀樣總長(zhǎng)約9 m，共9個(gè)樣品。對(duì)所有樣品進(jìn)行粒度與黏土礦物分析。

2.2 分析方法

2.2.1 粒度分析方法

按照《海洋調(diào)查規(guī)范第8部分：海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查》（GB/T 12763.8—2007）要求，對(duì)HZW1907及YJ19-02柱狀樣進(jìn)行粒度分析，實(shí)驗(yàn)在浙江浙勘檢測(cè)有限責(zé)任公司進(jìn)行。用國(guó)產(chǎn)BT-2002激光粒度分布儀分析測(cè)量沉積物，進(jìn)樣方式為電磁振動(dòng)進(jìn)樣，氣體壓力為0.1～0.8 MPa，氣體流速為400～6 000 L·min-1，測(cè)試范圍為1～2 600 μm，測(cè)量值相對(duì)誤差及偏差均小于3%。實(shí)驗(yàn)得到柱狀樣不同深度的粒度數(shù)據(jù)，用FOLK等［18］的分類命名法對(duì)沉積物命名。

2.2.2 黏土礦物分析方法

XRD是分析黏土礦物最主要、最傳統(tǒng)的方法，既可定性地判斷黏土礦物的組成，又可定量或半定量地計(jì)算黏土礦物的占比［19］。黏土礦物預(yù)處理過程如下：稱取約10 g樣品于燒杯中，加去離子水溶解、攪拌，靜置1 d左右，將上層清液倒掉。在剩余樣品中加入適量H2O2，去除有機(jī)質(zhì)，攪拌靜置，待氣泡不再產(chǎn)生后離心洗去H2O2，根據(jù)Stokes沉降定律，提取粒度小于2 μm的懸濁液。加入10 mL濃度為1 mol·L-1的HCl溶液使樣品絮凝沉淀，離心、洗酸至中性。采用刮片方法制成自然片（記為N），對(duì)其進(jìn)行XRD分析，然后用同一定向片在55 ℃下烘7 h，得到乙二醇飽和片（記為EG），再進(jìn)行XRD分析。對(duì)處理后的EG片加熱至550 ℃，2 h后得到加熱片（記為H），冷卻至室溫后進(jìn)行XRD分析。XRD分析在浙江大學(xué)海洋學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心完成，測(cè)試儀器為荷蘭Xapos;Pert3 Powder X射線衍射儀，儀器參數(shù)：Cu靶，工作電壓為40 kV，工作電流為40 mA；衍射條件：防發(fā)散狹縫（DS）為1/16，防散射狹縫（SS）為1/8，步長(zhǎng)為0.013°（2θ），掃描角度為3°～30°（2θ），掃描速度為0.042 °·s-1。

利用MDI Jade 6.0軟件分析樣品的X射線衍射圖譜，得到所有衍射峰的位置及強(qiáng)度，用BISCAYE［20］半定量法分析數(shù)據(jù)。黏土礦物占比由各黏土礦物（001）晶面衍射峰的峰面積比求得。將EG片的17 ?，10 ?，7 ?衍射峰強(qiáng)度分別與半高寬（FWHM）相乘，得到蒙皂石、伊利石、高嶺石+綠泥石的峰面積，再分別將峰面積與各權(quán)重因子（1，4，2）相乘。高嶺石和綠泥石的占比由3.58 ?與3.54 ?對(duì)應(yīng)的衍射峰的峰高比求得。伊利石化學(xué)指數(shù)（CI）為EG片XRD圖譜中伊利石（002）主衍射峰（5 ?）和伊利石（001）主衍射峰（10 ?）的峰面積比［5］。

AMS14C測(cè)年在美國(guó)BETA實(shí)驗(yàn)室完成，年齡數(shù)據(jù)為常規(guī)年齡。

3 結(jié)果

3.1 巖性及粒度特征

對(duì)HZW1907及YJ19-02孔沉積物進(jìn)行粒度分析，得到沉積物粒度中值、分選性與深度的關(guān)系以及不同深度砂（0.063 0～2.000 0 mm）、粉砂（0.003 9～0.063 0 mm）、黏土（lt;0.003 9 mm）的相對(duì)含量，發(fā)現(xiàn)其沉積物具有明顯的沉積韻律，自下而上粒度呈粗—細(xì)—粗變化，如圖2（a）所示。HZW1907孔沉積物以粉砂為主，底部含少量砂，不含礫，而YJ19-02孔沉積物為粉砂和砂質(zhì)粉砂，如圖2（b）和（c）所示。

圖2 HZW1907與YJ19-02孔沉積物粒度特征Fig.2 Grain-size characteristics of sediments in the cores HZW1907 and YJ19-02

利用AMS14C定年及地層對(duì)比法，在搜集整理前人研究成果的基礎(chǔ)上，建立完整的HZW1907孔年代框架（圖3）。根據(jù)HZW1907孔沉積物巖性、AMS14C測(cè)年、粒度、黏土礦物特征及前人對(duì)附近鉆孔樣的研究，將巖芯劃分為4個(gè)階段：階段1（0～26 m）、階段2（26～49 m）、階段3（49～70 m）、階段4（70～84 m），對(duì)應(yīng)沉積相分別為河口灣相、近岸潮坪相、泛濫平原相及湖泊河床相。

圖3 杭州灣南岸HZW1907孔年代框架及水動(dòng)力變化Fig.3 Age frame and hydrodynamic variation of the core HZW1907 on the south bank of Hangzhou Bay

由圖3和表1可知，階段4的沉積物巖性主要為灰綠色粉砂、青灰色砂質(zhì)粉砂，含少量砂和粉砂，粒度較粗，粒度中值為7.8～270.8 μm，分選性較差，屬于湖泊河床相。

階段3的沉積物巖性主要為黃褐色粉砂質(zhì)砂及少量黃褐色粉砂，粒度中值為9.5～203.0 μm，砂含量增加，平均粒徑最大，分選性差，屬于泛濫平原相。

階段2的沉積物巖性主要為灰褐色粉砂及黃灰色泥，粒度中值為3.1～19.0 μm，該段平均粒度最小，分選性好，黏土含量高，最高可達(dá)71%，富含有機(jī)質(zhì)，屬于近岸潮坪相。

階段1的沉積物巖性均為灰褐色粉砂，粒度較細(xì)，粒度中值為9.1～31.1 μm，分選性較好，偶見貝殼碎片，屬于河口灣相。

YJ19-02孔沉積物粒度參數(shù)在垂向上較均一，分選性較好，粒度中值為9.3～41.3 μm，均值為24.6 μm，沉積物巖性主要為灰褐色粉砂和砂質(zhì)粉砂。

表1 HZW1907與YJ19-02孔沉積物粒度參數(shù)Table 1 Grain-size parameters of sediments in the core HZW1907 and YJ19-02

3.2 黏土礦物垂向變化及組合特征

對(duì)比分析N，EG，H片，得到3種衍射曲線（圖4），通過XRD譜線對(duì)沉積物中黏土礦物的組分進(jìn)行識(shí)別。高嶺石、綠泥石和伊利石的N、EG片衍射峰未發(fā)生變化。在550 ℃下，高嶺石晶格被破壞，衍射峰消失，綠泥石在14 ?，7 ?，3.54 ?的峰強(qiáng)度大大減弱甚至消失。蒙皂石的N片在15 ?衍射峰移至EG片的17 ?，在加熱狀態(tài)下，15 ?與17 ?處的衍射峰轉(zhuǎn)移至10 ?。在3種情況下伊利石在10 ?的衍射峰峰位均不變，在加熱狀態(tài)下10 ?處衍射峰增強(qiáng)。這些現(xiàn)象反映了沉積物中存在高嶺石、綠泥石、伊利石、蒙皂石4種黏土礦物。通過對(duì)比N片和EG片的XRD譜線，可得到各黏土礦物的占比。

圖4 HZW1907及YJ19-02孔黏土礦物典型XRD圖譜Fig.4 Typical X-ray diagram of clay minerals in the cores HZW1907 and YJ19-02

3.2.1 黏土礦物垂向變化特征

HZW1907及YJ19-02孔沉積物黏土礦物占比如表2和圖5所示，其中，S/I為蒙皂石/伊利石。在杭州灣HZW1907孔沉積物中，階段4，黏土礦物變化幅度較大，蒙皂石、高嶺石的占比呈異常高值，最高均達(dá)42%，伊利石、綠泥石的占比相對(duì)較低，分別為33%～63%和3%～12%，平均值分別為41%和8%。階段3，綠泥石占比僅次于伊利石，蒙皂石占比相對(duì)較小甚至為零，自下而上呈微弱增加的趨勢(shì)，高嶺石占比自下而上呈微弱減小的趨勢(shì)。階段2，伊利石、綠泥石的占比較階段3有所增加，自下而上呈先減小后增加的趨勢(shì)，高嶺石、蒙皂石的占比相對(duì)減小。階段1，黏土礦物各參數(shù)變化相對(duì)較小，伊利石為優(yōu)勢(shì)礦物，占比平均值為72%，在10 m處達(dá)最大值82%。

表2 HZW1907及YJ19-02孔沉積物黏土礦物組合Table 2 Clay mineral assemblages of sediments in the cores HZW1907 and YJ19-02

甬江口YJ19-02孔沉積物黏土礦物各參數(shù)隨深度的增加變化較小。伊利石占比最高，達(dá)66%～74%，平均值為71%。其次是綠泥石和高嶺石。蒙皂石占比最小，為3%～6%，平均值為5%。

圖5 HZW1907與YJ19-02孔各黏土礦物占比及變化特征Fig.5 The relative contents and parameter changes of clay minerals in the cores HZW1907 and YJ19-02

3.2.2 黏土礦物組合特征

根據(jù)柱狀沉積物中各黏土礦物占比，將HZW1907孔沉積物黏土礦物分為9種組合類型（圖6）。階段4的組合類型為伊利石—蒙皂石—綠泥石—高嶺石（Ⅳ型）、伊利石—高嶺石—蒙皂石—綠泥石（Ⅴ型）、蒙皂石—伊利石—高嶺石—綠泥石（Ⅵ型）、高嶺石—伊利石—綠泥石—蒙皂石（Ⅷ型）、蒙皂石—高嶺石—伊利石—綠泥石（Ⅸ型）。階段3的組合類型主要為伊利石—綠泥石—高嶺石—蒙皂石（Ⅰ型）、伊利石—綠泥石—高嶺石（Ⅱ型），含少量伊利石—高嶺石—綠泥石—蒙皂石（Ⅶ型）。階段2的組合類型為Ⅰ型、Ⅱ型。階段1的組合類型主要為Ⅰ型、Ⅱ型和伊利石綠泥石—蒙皂石—高嶺石（Ⅲ型）。

圖6 HZW1907孔黏土礦物組合類型Fig.6 The types of clay mineral assemblage in the core HZW1907

HZW1907孔沉積物黏土礦物的組合類型以Ⅰ型為主，占比最高，達(dá)57%，Ⅱ型次之，均主要分布于0～70 m，Ⅲ型僅分布于0～26 m，Ⅳ～Ⅸ型占比很小，分布于70～84 m。甬江口YJ19-02孔沉積物黏土礦物組合類型單一，為Ⅰ型。

4 討論

4.1 沉積動(dòng)力環(huán)境

沉積物粒度特征、參數(shù)對(duì)沉積物搬運(yùn)、水動(dòng)力條件、物源及沉積環(huán)境等具有很好的指示作用［23］。利用PEJRUP［24］提出的三角圖解反映HZW1907和YJ19-02孔沉積物在垂向上的沉積水動(dòng)力分區(qū)（圖7）。將圖分為4個(gè)部分（a～d），用以反映水動(dòng)力條件逐漸減弱。進(jìn)一步根據(jù)含砂量，將每個(gè)剖面劃分為4個(gè)等級(jí)（A～D）。因此，將三角圖分為16組。晚更新世以來，海平面總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)［11］，研究區(qū)巖芯沉積物粒度總體表現(xiàn)為自下而上逐漸變細(xì)。HZW1907孔沉積物在階段4主要分布于C- a區(qū)，在階段3主要分布于B- b，D- a，D- b區(qū)，在階段2分布于D- c，D- b區(qū)，在階段1主要分布于D- a區(qū)，表明杭州灣沉積物在湖泊河床相和泛濫平原相粒度較粗，水動(dòng)力較強(qiáng)，搬運(yùn)介質(zhì)的擾動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大，處于相對(duì)高能且不穩(wěn)定的沉積環(huán)境；沉積物在近岸潮坪相和河口灣相粒度較細(xì)，砂含量減少，沉積動(dòng)力減弱，處于低能且穩(wěn)定的沉積環(huán)境［25］。YJ19-02孔沉積物主要分布于C- a，D- a，D- b區(qū)，反映了甬江口沉積物粒度變化小且沉積連續(xù)，細(xì)粒沉積物形成于低能、穩(wěn)定的沉積環(huán)境，且水動(dòng)力條件較弱［25］。

圖 7 HZW1907與YJ19-02孔沉積水動(dòng)力分區(qū)Fig.7 The sedimentary dynamic partition in the cores HZW1907 and YJ19-02

4.2 沉積物物源及古環(huán)境

4.2.1 沉積物物源

海洋沉積物中黏土礦物為主要來源為陸源碎屑和自生作用［2］。研究區(qū)位于浙江沿岸，為河口岸沉積環(huán)境，陸源供應(yīng)充足，水動(dòng)力條件復(fù)雜，不利于自生黏土礦物的形成，因此杭州灣及甬江口沉積物中黏土礦物基本來自陸源［26］。從杭州灣及甬江口的地理位置和潛在源區(qū)來看，主要源區(qū)可能是長(zhǎng)江、錢塘江、東海。晚更新世以來，以長(zhǎng)江、黃河為主要輸入物源的區(qū)域其沉積物黏土礦物占比、組合類型等相對(duì)穩(wěn)定，無明顯變化［6-8，27-28］。東海、長(zhǎng)江、杭州灣沉積物中黏土礦物組合類型主要為Ⅶ型或Ⅰ型［6-7，27］，黃河沉積物中黏土礦物組合類型主要為Ⅳ型［8，28］。為探討杭州灣及甬江口沉積物物源，將潛在源區(qū)及鄰近河流沉積物黏土礦物與研究區(qū)黏土礦物成分作三角圖（圖8）進(jìn)行對(duì)比。

圖 8 我國(guó)東南部各主要河流物質(zhì)與研究區(qū)沉積物黏土礦物組合分布三角圖解Fig.8 Ternary diagram of clay mineral distribution in the sediments of major rivers in SE China and study areas

階段4對(duì)應(yīng)晚更新世時(shí)期，黏土礦物組合復(fù)雜多樣。該階段伊利石占比較低，最小值為33%，高嶺石占比較高，整體高于綠泥石，蒙皂石占比呈異常高值，最大值為42%，如圖8（a）和（f）所示，周圍潛在源區(qū)（長(zhǎng)江、錢塘江、甬江等）蒙皂石占比均偏低（0～10%）［4，9，27］，黏土礦物占比變化與前人［9，27］所認(rèn)為的長(zhǎng)江源物質(zhì)中黏土礦物相對(duì)穩(wěn)定的認(rèn)識(shí)不同，這不能簡(jiǎn)單地用物源混合解釋，筆者推測(cè)該階段黏土礦物占比變化較大的原因可能是由于在沉積過程中4種黏土礦物發(fā)生了分異和相互轉(zhuǎn)化。另外，朱鳳冠［7］通過研究東海地層發(fā)現(xiàn)，在間冰期，高嶺石與蒙皂石富集，伊利石與綠泥石減少，HZW1907孔沉積物在該階段處于玉木冰期亞間冰期，氣候回暖，這也能解釋蒙皂石和高嶺石呈異常高值的原因。

階段3對(duì)應(yīng)晚更新世至早全新世時(shí)期，此階段海平面持續(xù)波動(dòng)上升，在2.5 ka BP出現(xiàn)大規(guī)模海退，黏土礦物組合類型以Ⅰ型、Ⅱ型為主。黏土礦物組分介于長(zhǎng)江和錢塘江物質(zhì)之間（圖8（b）和（f）），說明物質(zhì)來源發(fā)生了變化，除受錢塘江物質(zhì)影響外，還受長(zhǎng)江物質(zhì)影響，海平面升降變化影響沉積物陸源物質(zhì)輸入。同時(shí)，該階段水動(dòng)力條件較強(qiáng)，沉積物粒度較粗，分選性較差，黏土粒度較粗，說明碎屑物質(zhì)很可能未經(jīng)長(zhǎng)距離搬運(yùn)，主要來自錢塘江、甬江等鄰近河流。

階段2對(duì)應(yīng)全新世早中期，此階段海平面急劇升高，黏土礦物組合類型以Ⅰ型、Ⅱ型為主，相比階段3變化不大。黏土礦物與長(zhǎng)江物質(zhì)接近，蒙皂石占比大多小于10%，甚至為0，符合類長(zhǎng)江型沉積物黏土礦物特征（圖8（c）和（f））。綜上所述，海平面的升高導(dǎo)致大陸來源物質(zhì)減少，沉積物主要來源于長(zhǎng)江物質(zhì)。

階段1對(duì)應(yīng)全新世中晚期，水動(dòng)力條件較弱，黏土礦物組合類型以Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型為主，且蒙皂石的占比大部分小于10%，伊利石的占比大于60%，黏土礦物組合類型與長(zhǎng)江物質(zhì)最接近（圖8（d）和（f）），符合類長(zhǎng)江型沉積物黏土礦物組合特征［27］，沉積物受長(zhǎng)江物質(zhì)來源影響較大。

甬江口YJ19-02孔沉積物水動(dòng)力條件較弱，黏土礦物垂向上變化不大，伊利石占主導(dǎo)，蒙皂石占比最低，黏土礦物組合類型為Ⅰ型，其黏土礦物屬類長(zhǎng)江型沉積物（圖8（e）和（f）），與全新世以來杭州灣的沉積物分布范圍相似，可判斷沉積物主要來源于長(zhǎng)江物質(zhì)。

杭州灣、甬江等浙江沿岸流域源巖類型復(fù)雜多樣，與長(zhǎng)江流域中沉積物的黏土礦物相似［26］。同樣根據(jù)杭州灣、甬江口以及各流域沉積物S/I與高嶺石+綠泥石（K+C）的關(guān)系（圖9）判斷沉積物物源?？傮w看，在晚更新世至早全新世期間，HZW1907孔沉積物受錢塘江物質(zhì)影響巨大，同時(shí)部分受長(zhǎng)江物質(zhì)影響。自全新世（約10.8 ka BP）以來，沉積物主要來自長(zhǎng)江，這與張霞等［22］對(duì)杭州灣頂部SE2孔沉積物的物源分析結(jié)果較一致。

圖9 中國(guó)東南部各主要河流與研究區(qū)沉積物黏土礦物參數(shù)Fig.9 The clay mineral parameters in the sediments of major rivers in SE China and study areas

4.2.2 古環(huán)境

黏土礦物作為常見的物源指示劑，其組合特征、礦物含量及垂向上變化等可較好地反映源區(qū)母巖與源區(qū)冷、暖周期性氣候變化［6］。黏土礦物的形成和轉(zhuǎn)化受氣候因子（溫度、濕度）影響［5］。高嶺石主要形成于溫暖潮濕的弱酸性沉積環(huán)境，水在酸性條件下與長(zhǎng)石、云母等富鋁硅酸鹽巖反應(yīng)或由蒙皂石退化而成。蒙皂石為堿性及寒冷氣候環(huán)境的指示物［2，27］，由高嶺石轉(zhuǎn)化而來，隨埋藏深度的增加，蒙皂石在K+作用下易脫水轉(zhuǎn)化為伊利石。伊利石和綠泥石主要存在于堿性、寒冷、干燥的沉積環(huán)境，當(dāng)水介質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)兩者可相互轉(zhuǎn)化［27］。

通常，由于沉積物中單種黏土礦物在運(yùn)輸過程中易稀釋，很難用單一黏土礦物的占比變化反映環(huán)境變化，因此利用黏土礦物組合類型、分布規(guī)律及CI、S/I、蒙皂石/高嶺石（S/K）等參數(shù)反映沉積物物源、氣候環(huán)境及化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度［6，9，25，37］。伊利石是黏土礦物中最穩(wěn)定的礦物之一，一般由陸源形成［27］。CI可反映不同氣候背景下源區(qū)伊利石的風(fēng)化程度，是判斷沉積物風(fēng)化程度及沉積環(huán)境變化的重要指標(biāo)［5，37］。當(dāng)CIgt;0.5時(shí)，為受高風(fēng)化、強(qiáng)水解的富Al伊利石，說明黏土礦物經(jīng)歷了強(qiáng)烈的風(fēng)化作用；當(dāng)CIlt;0.5時(shí)，為未風(fēng)化的富Fe—Mg伊利石，是物理風(fēng)化的結(jié)果［37］。黏土礦物特別是伊利石與高嶺石、蒙皂石占比的變化提示物源和沉積環(huán)境發(fā)生變化，因此S/I可反映氣候?qū)υ磪^(qū)侵蝕過程的影響，S/K可反映氣候冷暖、干濕的變化［3］。

對(duì)于HZW1907孔沉積物，階段4總體處于晚更新世的玉木冰期亞間冰期，氣候回暖［38］。此階段沉積物粒度較粗，水動(dòng)力條件較強(qiáng)，沉積動(dòng)力環(huán)境復(fù)雜，黏土礦物各物質(zhì)占比及組合特征在垂向上變化較大。蒙皂石與高嶺石的占比異常高，而伊利石與綠泥石的占比減少，反映處于相對(duì)溫暖濕潤(rùn)的環(huán)境。沉積物中CI為0.33～1.94，大多高于0.5，平均值為0.83，以富Al伊利石為主，說明沉積環(huán)境具有較強(qiáng)的水解作用［37］。S/I的變化范圍較大，為0.21～1.25，平均值為0.73，反映該階段沉積環(huán)境較復(fù)雜，風(fēng)化程度波動(dòng)較大，源區(qū)經(jīng)歷了較強(qiáng)的風(fēng)化過程。汪品先等［38］對(duì)東海、上海等地玉木冰期亞間冰期（24～39 ka BP）的沉積物進(jìn)行了分析，指示該階段呈溫暖濕潤(rùn)的氣候特征。

階段3所在的晚更新世至早更新世時(shí)期，屬于末次冰期晚期，沉積物粒度最粗，水動(dòng)力條件強(qiáng)，蒙皂石、高嶺石的占比相對(duì)階段4減少，伊利石、綠泥石的占比相對(duì)增加，CI與S/I相對(duì)減小，反映此階段的溫度較階段4有所下降。尤其是在末次冰期冰盛期（18～22 ka BP），海平面大幅下降，研究區(qū)出露成陸地，古海岸線及古河口位置明顯向海推進(jìn)［39］，全球氣候較干冷。發(fā)生于11.6～12.8 ka BP的新仙女木事件［40］，反映了該時(shí)期全球較寒冷，與GISP2冰心δ18O、三寶洞石筍δ18O對(duì)應(yīng)的寒冷期一致。新仙女木事件后，海平面持續(xù)上升，沉積物粒度增大，伊利石占比輕微減少，高嶺石占比、CI均輕微升高，CI最高達(dá)0.74，反映該階段晚期溫度有所升高?？傮w而言，階段3氣候溫涼偏濕，早期溫度偏低。這與林清龍等［41］得到的溫涼較濕氣候環(huán)境一致。

階段2所在的全新世早中期為全新世大暖期，全球氣溫相對(duì)較高。平均粒徑最細(xì)，水動(dòng)力條件較弱，沉積物主要受長(zhǎng)江物質(zhì)影響，各黏土礦物占比變化不大，伊利石與綠泥石占主導(dǎo)，S/K均小于1，且CI在0.5附近擺動(dòng)，指示相對(duì)穩(wěn)定、弱風(fēng)化、偏干燥的環(huán)境。沉積物中S/I較低，介于0和0.09之間（平均值為0.04），反映該時(shí)期風(fēng)化強(qiáng)度在相對(duì)狹窄的范圍內(nèi)波動(dòng)［3］。總體環(huán)境溫和略干，源區(qū)風(fēng)化過程較弱。

階段1所在的全新世中晚期，相當(dāng)于冰后期晚期，該時(shí)期海平面逐漸趨于平緩，水動(dòng)力條件較弱，相對(duì)于階段2，各黏土礦物占比發(fā)生輕微變化，蒙皂石占比呈微弱增加趨勢(shì)，高嶺石則相反，因此S/K較階段2呈增加趨勢(shì)，反映該時(shí)期氣候逐漸轉(zhuǎn)涼，總體環(huán)境冷涼干燥，這與前人對(duì)杭州灣南岸環(huán)境變化研究的結(jié)果［41］一致。

YJ19-02孔沉積物粒度較細(xì)，水動(dòng)力條件相對(duì)穩(wěn)定，處于低能且穩(wěn)定的沉積動(dòng)力環(huán)境。黏土礦物類型單一，與HZW1907孔階段4特征相似，反映處于偏寒冷干燥的環(huán)境［5］。CI整體小于0.5（平均值為0.39），說明黏土礦物主要受物理風(fēng)化影響，以富Fe—Mg伊利石為主［37］。S/I變化不大，為0.04～0.09，平均值為0.07，指示沉積物經(jīng)歷的風(fēng)化作用相對(duì)較弱。

總的來說，晚更新世以來杭州灣沉積物經(jīng)歷了溫暖濕潤(rùn)—溫涼偏濕—溫和略干—冷涼干燥的環(huán)境變化，風(fēng)化程度由強(qiáng)到弱。甬江口沉積物經(jīng)歷了偏寒冷干燥的環(huán)境，風(fēng)化程度較弱。

5 結(jié)論

運(yùn)用粒度分析及XRD分析方法，對(duì)晚更新世以來杭州灣南岸HZW1907長(zhǎng)84 m及甬江口YJ19-02長(zhǎng)9 m的柱狀樣粒度變化特征及黏土礦物組合特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，探討了源區(qū)風(fēng)化程度、水動(dòng)力條件變化、物質(zhì)來源及其對(duì)環(huán)境的指示意義，主要認(rèn)識(shí)如下：

（1）根據(jù)巖性粒度特征及黏土礦物變化規(guī)律，將HZW1907孔劃分為4個(gè)沉積階段：階段1（0～26 m）、階段2（26～49 m）、階段3（49～70 m）、階段4（70～84 m），對(duì)應(yīng)的沉積相分別為河口灣相、近岸潮坪相、泛濫平原相及湖泊河床相。階段4和3沉積物以粉砂、砂質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)砂為主，粒度較粗，水動(dòng)力條件較強(qiáng)，處于相對(duì)高能且不穩(wěn)定的沉積環(huán)境。階段2和1沉積物主要為粉砂，粒度變細(xì)，水動(dòng)力條件較弱，處于相對(duì)低能且穩(wěn)定的沉積環(huán)境。YJ19-02孔沉積物類型主要為粉砂及砂質(zhì)粉砂，粒度變化較小，反映其所處水動(dòng)力條件相對(duì)較穩(wěn)定。

（2）HZW1907孔沉積物黏土礦物在垂向上變化較大。階段4黏土礦物組合較復(fù)雜，伊利石、綠泥石占比較少，高嶺石、蒙皂石占比異常高。階段3、2和1，黏土礦物以伊利石為主，蒙皂石占比均小于10%，組合類型主要為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型。YJ19-02孔沉積物黏土礦物組合類型單一，為Ⅰ型。

（3）選取HZW1907及YJ19-02孔沉積物黏土礦物參數(shù)作為物源及環(huán)境變化指標(biāo)，指示在晚更新世至早全新世期間，杭州灣沉積物受錢塘江物質(zhì)影響巨大，同時(shí)部分受長(zhǎng)江物質(zhì)影響，氣候環(huán)境由溫暖濕潤(rùn)轉(zhuǎn)為溫涼偏濕，源區(qū)風(fēng)化程度較大。自全新世（約10.8 ka BP）以來，杭州灣沉積物主要為長(zhǎng)江物質(zhì)輸入，經(jīng)歷了溫和略干—冷涼干燥的環(huán)境，且源區(qū)經(jīng)歷的風(fēng)化過程較弱。甬江口沉積物以長(zhǎng)江物質(zhì)輸入為主，處于偏寒冷干燥的環(huán)境，源區(qū)風(fēng)化程度較弱。

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Characteristics of clay minerals in sediments of Hangzhou Bay since the Late Pleistocene and their paleoenvironmental significance

HUANG Dongqin1, GAO Qin1, LI Zilong1, YANG Shihang2, HONG Chen3, PIOTROWSKI A M4, SUN Miaojun5, LI Chuan1

（1. Ocean College，Zhejiang University，Zhoushan316021，Zhejiang Province，China；2. Hangzhou Guohai Marine Engineering Survey and Design Institute，Hangzhou310012，China；3. School of Earth Sciences，Zhejiang University，Hangzhou310027，China；4. Department of Earth Sciences，University of Cambridge，Cambridge CB23EQ，UK；5. Power China Huadong Engineering Corporation Limited，Hangzhou310014，China）

The grain-size variation and clay mineral characteristics of sediments in the cores of HZW1907 (84 m) near the south bank of the Hangzhou Bay and YJ19-02 (9 m) near the Yongjiang Estuary are studied by grain-size measurement and X-ray diffraction (XRD) analysis, in order to investigate the weathering degree, hydrodynamic variation, material source and sedimentary environmental evolution of the Hangzhou Bay since the Late Pleistocene. According to the grain-size characteristics and clay mineral changes, the HZW1907 core can be divided into four sedimentary stages, i.e., stage 1 (0～26 m), stage 2 (26～49 m), stage 3 (49～70 m) and stage 4 (70～84 m). The sediments from stage 4 and stage 3 were formed at the Late Pleistocene-Early Holocene, composed of are mainly silt, sandy silt and silty sand, which indicated that they were formed under the lake -riverbed phase facies and floodplain facie, with strong hydrodynamic conditions. The clay mineral assemblages in stage 4 were more complex, having abnormally rich kaolinite and smectite. The clay mineral assemblage type of the stage 3 was mainly composed of illite-chlorite-kaolinite-smectite. The sediments from the above two stages were greatly affected by the source of the Qiantang River, and by the source of the Yangtze River partly. It appeared that the climate environment changed from warm and humid to less warm and wet, and the source area experienced strong weathering. The sediments from the stage 2 and stage 1 were mainly composed of fine-grain silt, with weak hydrodynamic conditions, and were located in near-shore tidal flats facies and estuarine facies. The dominant type of their clay mineral assemblage was illite-chlorite-kaolinite-smectite, indicating that the Hangzhou Bay were mainly affected by the materials of the Yangtze River since the Holocene (ca. 10.8 ka BP), and experienced the environmental changes from mild and slightly dry to cold and dry conditions. The weathering degree in the source area was relatively weak. The sediments of the core YJ19-02 were silt and sandy silt, and had clay mineral assemblage of illite-chlorite-kaolinite-smectite, indicating the weak hydrodynamic conditions. The sediments were mainly from the Yangtze River, indicating a relatively stable, cold and dry sedimentary environment, and the source area underwent weak weathering. The vertical variation and assemblage characteristics of grain-sizes and clay minerals in sediments of the cores provide effective indicators for the material source and paleoenvironment in the study area and adjacent area.

Hangzhou Bay; clay minerals; material source; paleoenvironment; Late Pleistocene

P 736

A

1008?9497（2022）05?584?14

2021?07?26.

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（91858213）；浙江大學(xué)教育基金世界頂尖大學(xué)合作計(jì)劃（100000-11320）；華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院科研項(xiàng)目（HDY-CG25-2022004）；舟山市科技局科研項(xiàng)目（2022C13039）.

黃冬琴（1996—），ORCID：https：//orcid.org/0000-0002-3622-9187，女，碩士，主要從事地球化學(xué)研究.

通信作者，ORCID：https：//orcid.org/0000-0003-0604-0460，E-mail：zilongli@zju.edu.cn.

10.3785/j.issn.1008-9497.2022.05.010