渤海灣西岸CZ01鉆孔沉積物粒度端元分析及其氣候—海平面變化響應(yīng)*

王 婷 鄒春輝 毛龍江 周玉龍 莫多聞

1南京信息工程大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210044

2南京信息工程大學(xué)科學(xué)技術(shù)史研究院，江蘇 南京 210044

3北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，北京 100871

1 概述

河口—三角洲的環(huán)境變化以及陸海相互作用區(qū)的源-匯過程是當(dāng)今海岸帶研究的熱門話題。多源河流將風(fēng)化產(chǎn)物從不同源區(qū)搬運(yùn)輸送到三角洲和海洋（Latrubesse et al.，2005），而對(duì)這些河流系統(tǒng)及其三角洲的研究可確定整個(gè)流域的物質(zhì)來源、剝蝕作用和沉積動(dòng)態(tài)的具體模式（Sawakuchi et al.，2018）。河口—三角洲的氣候—海面變化與全球氣候環(huán)境演變密切相關(guān)，沉積中心的轉(zhuǎn)移、沉積速率突然性變化及生物顯著的層位變化等特征記錄了氣候的冷暖波動(dòng)過程及相應(yīng)的海平面變化（Yi and Yang，2006；Zhang et al.，2013；Bolikhovskaya et al.，2018；劉大為等，2018）。渤海灣西岸地區(qū)更新世以來經(jīng)歷了多次冷暖干濕變遷及3次較大的海侵（對(duì)應(yīng)于暖期），且全新世期間的相對(duì)海平面與冰川融化造成的全球eustatic海面（即the ice-equivalent sea level）變化趨勢(shì)較為一致（李建芬，2010；陳永勝，2012；王永明，2015；王中波等，2020）。因此，河口—三角洲成為研究海平面升降與全球氣候變化的理想地區(qū)/體系（Maselli et al.，2014；Korus and Fielding，2015；Mateo and Siringan，2016）。

作為沉積學(xué)研究中最常規(guī)的指標(biāo)之一，沉積物的粒度包含有關(guān)其運(yùn)移和埋藏的多重信息，對(duì)于揭示區(qū)域沉積動(dòng)力學(xué)、沉積物輸運(yùn)過程和沉積環(huán)境演化模式具有顯著的指示意義（Hails，1967；Friedman，1979）。端元模型能準(zhǔn)確地描述沉積物粒度組分變化，在物源示蹤、古氣候重建和古洪水識(shí)別等領(lǐng)域取得了顯著成效（王可等，2008）。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用該模型對(duì)長(zhǎng)江口及其鄰近海域沉積物（張曉東等，2006）、廣西南流江河口水下三角洲表層沉積物（林鎮(zhèn)坤等，2019）以及鎮(zhèn)江大港下蜀黃土（劉夢(mèng)慧等，2021）等區(qū)域進(jìn)行沉積物物源研究，揭示了相應(yīng)沉積物的物源位置與性質(zhì)及沉積體系。此外，也有學(xué)者在地中海黎凡特海和中國(guó)江西玉華山地區(qū)進(jìn)行沉積物粒度端元研究，重建了區(qū)域內(nèi)氣候演變歷史并識(shí)別出若干次古洪水事件（Hamann et al.，2008；尚廣春等，2020）。

滄州地區(qū)位于海陸交互作用顯著的渤海灣西岸，極易受到海平面升降和極端氣候事件的影響，對(duì)全球氣候環(huán)境變化的響應(yīng)十分敏感，是研究第四紀(jì)環(huán)境演變和海平面變化的理想?yún)^(qū)域（陳望和和倪明云，1987；付強(qiáng)，2013）。20世紀(jì)以來，許多學(xué)者已開展對(duì)滄州地區(qū)第四紀(jì)地質(zhì)的研究，主要集中于渤海海侵事件的定年分析（趙松齡等，1978；汪品先等，1981；王強(qiáng)和李鳳林，1983；Yi et al.，2015）以及利用孢粉等資料重建古氣候環(huán)境演變（楊子賡等，1979；Yi et al.，2012），尚缺乏第四紀(jì)以來流域物源示蹤和海平面升降等方面的研究。因此，作者對(duì)渤海灣西岸CZ01鉆孔中更新世晚期以來的沉積物進(jìn)行粒度端元分解及解釋對(duì)應(yīng)的物源變化，結(jié)合前人研究所得地質(zhì)記錄，進(jìn)一步揭示不同時(shí)間尺度下各端元對(duì)氣候及海平面變化的響應(yīng)。

2 區(qū)域概況及樣品情況

2.1 區(qū)域概況

CZ01鉆孔位于渤海灣西岸滄州市運(yùn)河區(qū)，滄州市地處河北省東南部，東臨渤海，南依山東，西部與保定市、衡水市接壤，北與天津市、廊坊市相鄰，擁有129.7 km長(zhǎng)的海岸線（陳望和和倪明云，1987）。滄州地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，氣溫和降水季節(jié)性差異顯著；年平均氣溫為12.5℃，年平均降水達(dá)581 mm（張可義等，2010）。市區(qū)內(nèi)河流主要有子牙河、小白河和黑龍港河等季節(jié)性河流（圖1），以及貫穿全境的漳衛(wèi)南運(yùn)河下游河道，并且在沿海區(qū)域存在多處河流入?？冢▌⒄駯|等，2007；秦同春，2010）。

圖1 渤海灣西岸滄州市及CZ01鉆孔位置Fig.1 Location of Cangzhou city and CZ01 borehole on west coast of Bohai Bay

2.2 樣品采集與處理

CZ01鉆孔（38°19.721′N，116°49.898′E）深度201.2 m。采樣中為確保每個(gè)層位均有樣品，每米鉆孔巖心取1～2個(gè)環(huán)境樣品，每層采1～2個(gè)測(cè)年樣品。最終共采集到沉積物粒度樣224件，光釋光（OSL）測(cè)年樣品20件。

采用光釋光（OSL）測(cè)年法對(duì)采集到的20件測(cè)年樣品進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的前處理方法進(jìn)行細(xì)粒（直徑4～11μm）混合礦物樣品的制備（Roberts and Wintle，2003），樣品預(yù)熱、輻射和測(cè)定均采用Ris?TL/OSL-DA-15型釋光斷代儀。具體實(shí)驗(yàn)流程如下（盧演儔，1990）：（1）在無曝光的環(huán)境下進(jìn)行樣品的前處理；（2）依次加入25%的HCl溶液和6%的H2O2溶液；（3）采用靜水沉降法分離出4～11μm的混合礦物樣品；（4）稱取樣品濕重及干重，進(jìn)行含水量測(cè)定；（5）對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)熱、輻射和激發(fā)等步驟，測(cè)量混合礦物樣品的天然OSL強(qiáng)度，建立其OSL生長(zhǎng)曲線，并測(cè)量等效劑量；（6）檢驗(yàn)等效劑量；（7）計(jì)算各樣品的年齡。

采用Mastersizer 2000型激光粒度分析儀對(duì)224個(gè)沉積物粒度樣品進(jìn)行分析。該儀器的粒徑測(cè)量范圍為0.02～2000μm，粒徑間隔為0.25?，粒度分辨率為0.1?，重復(fù)測(cè)量的相對(duì)誤差小于2%。具體操作步驟如下：（1）取1 g樣品，依次加入10 mL H2O2溶液和10 mL HCl溶液，加熱去除有機(jī)質(zhì)及碳酸鈣；（2）加入蒸餾水后靜置，用吸管吸出中上部清液；（3）加入10 mL 0.5%的（NaPO3）6溶液，在超聲波清洗器中振蕩10 min左右，得到高分散懸浮液；（4）使用激光粒度分析儀測(cè)量粒度。

3 結(jié)果

3.1 年代測(cè)定結(jié)果

中更新世以來渤海灣西岸CZ01鉆孔沉積連續(xù)無間斷，符合進(jìn)行光釋光測(cè)年的要求。在CZ01鉆孔整段，共取得20個(gè)OSL測(cè)年數(shù)據(jù)，其與深度呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系（R2＝0.939）（圖2）。結(jié)合渤海灣西岸年代與深度的關(guān)系以及前人的研究方法（Aitken，1998；Wintle，2008），得到CZ01鉆孔巖心沉積物20個(gè)年代與深度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并建立了渤海灣西岸沉積物年代的線性回歸方程。其他未測(cè)層位的年代則根據(jù)已獲得的年代利用沉積速率進(jìn)行推算，得到MIS1～6階段的年代劃分界限分別為12 ka、23 ka、60 ka、74 ka和130 ka，MIS5a至MIS5e間各階段年代劃分界限分別為72.5 ka、92 ka、108.5 ka和115 ka；此外，得到巖心頂部年代為1.259 ka，巖心底部年代為178.837 ka，由此建立了渤海灣西岸巖心精確的年代框架。

圖2 渤海灣西岸CZ01鉆孔年代—深度模式Fig.2 Age-depth model of CZ01 borehole on west coast of Bohai Bay

3.2 粒度端元分析結(jié)果

在Matlab環(huán) 境 中 使 用Paterson and Heslop（2015）提供的AnalySize程序包，對(duì)CZ01鉆孔的沉積物粒度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在非參數(shù)化端元分解過程中，調(diào)整端元數(shù)量以獲得更好的分解效果，可供評(píng)價(jià)的指標(biāo)如下：（1）端元相關(guān)性（EMR2）：表征各端元之間的相關(guān)性；（2）角度偏差（θ）：表征端元數(shù)據(jù)與原粒度分布曲線之間的偏離程度；（3）線性相關(guān)性（R2）：表征端元數(shù)據(jù)與粒度數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。評(píng)估端元分解效果時(shí)，需要盡量保證相關(guān)性指標(biāo)在0.9以上，角度偏差小于5°，同時(shí)選擇盡可能少的端元個(gè)數(shù)。最終，采用非參數(shù)化方法將粒度數(shù)據(jù)分解為6個(gè)端元，其擬合特性的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)如圖3所示，當(dāng)端元個(gè)數(shù)為6時(shí)，端元相關(guān)性EM R2為0.1026，線性相關(guān)性R2為0.994，角度偏差θ為3.8°，且數(shù)值趨向于穩(wěn)定，擬合效果較好。

圖3 渤海灣西岸CZ01鉆孔沉積物粒度端元間的線性相關(guān)性（左圖）和角度偏差（右圖）Fig.3 Linear correlation between end-members（left）and angular deviation（right）of sediments from CZ01 borehole on west coast of Bohai Bay

本研究采用Udden-Wentworth粒度分級(jí)法，該方法劃分規(guī)則如下：＜3.9μm（黏土）、3.9～63μm（粉砂）、＞63μm（砂）。CZ01鉆孔的6個(gè)粒度端元均呈現(xiàn)出多峰分布形態(tài)，眾數(shù)粒徑分別為：EM1為5.01μm（極 細(xì) 粉 砂）、EM2為13.18μm（細(xì) 粉砂）、EM3為39.81μm（粗 粉 砂）、EM4為68.18μm（極細(xì)砂）、EM5為138.04μm（細(xì)砂）、EM6為275.42μm（中砂）（圖4）。

圖4 渤海灣西岸CZ01鉆孔沉積物非參數(shù)化端元分析眾數(shù)粒徑與含量分布曲線Fig.4 Non-parametric end-member plural particle size and content distribution curves of sediments from CZ01 borehole on west coast of Bohai Bay

CZ01鉆孔巖心沉積物中黏土、粉砂和砂含量隨深度的變化顯著（圖5）。其中，黏土含量在0%～51.56%之間波動(dòng)，均值為20.09%；粉砂含量的變化范圍在0.23%～88.60%，均值達(dá)63.16%；而砂含量均值為16.75%。EM1含量平均值為24.49%，且多段占比達(dá)50%以上；EM2含量平均值為28.46%，在整個(gè)深度內(nèi)變化幅度均較大，且出現(xiàn)多個(gè)占比超過70%的極大值；EM3含量平均值為20.99%，其上半部端元含量變化幅度較大，并于40 m左右出現(xiàn)最大值，下半部變化幅度較小；EM4含量平均值為14.08%，在50 m以上深度范圍內(nèi)變化較為劇烈并出現(xiàn)多個(gè)峰值，50 m以下僅在160 m和180 m左右占比超過40%；EM5含量平均值為9.02%，于75 m、130 m和150 m左右出現(xiàn)極值，占比最高達(dá)80%；EM6含量在較長(zhǎng)的深度范圍內(nèi)含量均在5%以下，峰值僅出現(xiàn)在190 m左右，包含占比超過40%的若干次峰值。

圖5 渤海灣西岸CZ01鉆孔沉積物各端元含量隨深度變化曲線Fig.5 Variation curves of percentages of sediment end-members with depth of CZ01 borehole on west coast of Bohai Bay

4 討論

4.1 CZ01鉆孔各端元組分指示的物質(zhì)來源

沉積物粒度端元的性質(zhì)通常受沉積物來源和不同沉積環(huán)境的動(dòng)力學(xué)過程的影響，如沉積物巖性、沉積物運(yùn)移機(jī)制和水動(dòng)力條件的變化（Weltje，1997；Dietze et al.，2014）。因此，沉積物粒度分布中每個(gè)端元所指示的物源分析可解釋如下。

EM1的平均粒徑和眾數(shù)粒徑分別為3.42μm和5.01μm，屬極細(xì)粉砂粒級(jí)，其中黏土占比52.22%，粉砂占比47.77%。在溫帶季風(fēng)氣候條件下，冬季亞洲高壓中心所主導(dǎo)的冬季風(fēng)能夠?yàn)镋M1所揭示的極細(xì)粉砂粒級(jí)的長(zhǎng)距離輸運(yùn)提供動(dòng)力。已有研究表明，10μm以下的細(xì)粒組分被風(fēng)起動(dòng)后極易被抬升到高層大氣中并保持懸浮，在長(zhǎng)距離的輸運(yùn)后最終被氣流帶至下風(fēng)區(qū)域；而粒徑范圍為2～8μm的細(xì)粒組分則可被解釋為高空西風(fēng)氣流輸送的遠(yuǎn)源產(chǎn)物（Pye，1987；Sun，2004；Sun et al.，2008）。此外，研究表明黃土的形成分布與冬季風(fēng)突出時(shí)期密切相關(guān)，且很少受到風(fēng)化侵蝕作用的影響（安芷生等，1991）。據(jù)此可判斷EM1主要為遠(yuǎn)源的風(fēng)塵輸入。

EM2的眾數(shù)粒徑為13.18μm，屬于細(xì)粉砂粒級(jí)；EM3的眾數(shù)粒徑為39.81μm，屬于粗粉砂粒級(jí)，且二者均以含量超過85%粉砂為主。在黃河沉積物中，其眾數(shù)粒徑多出現(xiàn)在11μm和38μm，平均粒徑在15～28μm（馮秀麗等，2015），與EM2和EM3的粒徑相近。此外，早更新世黃河就已流入并貫通華北平原，滄州地區(qū)的沉積環(huán)境易受到黃河流域影響，河流相沉積分布廣泛（楊守業(yè)等，2001）。因此，可以推斷EM2和EM3主要來源于古黃河。

EM4的平均粒徑為51.98μm，眾數(shù)粒徑為69.18μm，屬于極細(xì)砂粒級(jí)，主要以粉砂（49.06%）和砂（44.22%）為主；而EM5的平均粒徑為81.93μm，眾數(shù)粒徑為138.04μm，屬于細(xì)砂，主要以砂（75.05%）為主。渤海灣西岸表層沉積物主要為分選良好的細(xì)砂和砂質(zhì)粉砂，中值粒徑在2.083～3.087?間不等，與EM4和EM5粒徑相近（雷坤等，2006；王中波等，2016）。同時(shí)，自更新世以來滄州地區(qū)海面升降頻繁并在MISⅠ、MISⅢ和MISⅤ時(shí)期發(fā)生過3次較大規(guī)模的海侵事件（林景星，1977；楊子賡等，1979）。據(jù)此可推測(cè)EM4和EM5來源于海相沉積物。

EM6的平均粒徑為231.89μm，眾數(shù)粒徑為275.42μm，屬于中砂，以砂為主。該端元組分不易被風(fēng)力搬運(yùn)，其存在需要較強(qiáng)的水動(dòng)力條件。與江西玉華山泥炭地以及淮河上游黃土剖面中表征洪水的端元粒徑結(jié)果（200μm左右）相似，以中砂為主的EM6可能代表極端氣候事件引起的洪水等突發(fā)性的事件（王兆奪等，2017；尚廣春等，2020）。

4.2 粒度端元揭示的滄州地區(qū)中更新世晚期以來的氣候—海平面變化

第四紀(jì)全球氣候顯著變冷，冰期與間冰期頻繁交替，極端氣候事件多次發(fā)生，該時(shí)期氣候的顯著變化引起全球范圍內(nèi)海平面劇烈波動(dòng)。根據(jù)指示海相沉積的EM4+5敏感組分特征分析，探討滄州地區(qū)中更新世晚期（180 ka BP）以來的氣候—海平面變化。

4.2.1 全新世氣候—海平面響應(yīng)

在12～11.1 ka BP，EM4+5組分含量整體較小，且出現(xiàn)多次波動(dòng)升降（圖6）。該階段對(duì)應(yīng)于冰消期后期氣溫頻繁波動(dòng)且緩慢升高的時(shí)期，海平面較低（Lambeck，2014；Zhang et al.，2021）。11.5 ka BP左右北半球新仙女木事件導(dǎo)致氣溫迅速下降，渤海海平面在全新世早期持續(xù)上升的情況下出現(xiàn)短暫的停滯現(xiàn)象（Tian et al.，2017；Praetorius et al.，2020）。此外，在11～8.4 ka BP，海相沉積物含量處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，在9.4 ka BP前出現(xiàn)大幅度增大，隨后又快速減?。▓D6）；推測(cè)該時(shí)期強(qiáng)盛的東亞夏季風(fēng)帶來大量降水，使得渤海相對(duì)海平面不斷上升（Li et al.，2021）；至9.4 ka BP左右，冷干氣候的強(qiáng)烈影響使研究區(qū)由濱海淺海相沉積或海陸過渡相沉積過渡為晚更新世末期的陸相沉積（楊 達(dá) 源，1984；楊 仲 康，2019；Walczak et al.，2020）。

圖6 全新世渤海灣西岸CZ01鉆孔沉積物EM4+5含量的時(shí)間序列記錄與其他氣候記錄的比較Fig.6 Comparison of the Holocene EM4+5 time series record of sediments from CZ01 borehole on west coast of Bohai Bay with other climate records

在11.1～5 ka BP，EM4+5含量整體呈上升趨勢(shì)，在7.5和5.8 ka BP左右出現(xiàn)極大值，在6.8 ka BP左右出現(xiàn)最小值。該變化與北格陵蘭NGRIP的δ18O記錄、董哥洞δ18O變化、渤海西岸孢粉證據(jù)以及白洋淀干旱指數(shù)的變化情況相吻合（圖6-b，6-d，6-g，6-j），指示在東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)的影響下，區(qū)域氣候環(huán)境由干涼逐漸向暖濕過渡，渤海海平面波動(dòng)性上升。此外，EM4+5含量的極大值表明在7.5 ka BP左右渤海灣西岸存在大規(guī)模海侵事件發(fā)生。中全新世以來，海平面上升速率有明顯下降，直至在5.8 ka BP冷事件影響下渤海相對(duì)海平面逐漸趨近于現(xiàn)代海平面的高度（楊達(dá) 源，1984；Xu et al.，2010；Cheng et al.，2016；Walczak et al.，2020）。

5.0 ka BP之后，EM4+5含量無顯著峰值出現(xiàn)且含量不足50%，整體增長(zhǎng)幅度不大（圖6）。渤海西岸生物地層學(xué)記錄和敦德冰心δ18O值顯示該時(shí)期受西周寒冷期及東亞季風(fēng)減弱的影響，氣候趨于冷干，海平面逐漸下降，河流相沉積占據(jù)主導(dǎo)地位（Cheng et al.，2016；Li et al.，2021）。晚 全 新世，受東亞夏季風(fēng)影響，滄州地區(qū)的氣候從溫濕轉(zhuǎn)向涼干，此時(shí)EM4+5含量仍保持在較低水平，僅在1.7 ka BP左右氣溫升高的階段出現(xiàn)1次較小的峰值。在風(fēng)暴潮和地震的作用下，渤海灣西岸部分地區(qū)在此時(shí)發(fā)生過海侵事件，但海面上升速率持續(xù)走低或小范圍低于現(xiàn)今海面高度，直至0.6 ka BP左右渤海海平面開始保持相對(duì)穩(wěn)定，與現(xiàn)代海平面相近（Boulay et al.，2007；Lambeck et al.，2014；Praetorius et al.，2020；Sicre et al.，2021）。

4.2.2 中更新世晚期至12 ka BP間氣候—海平面響應(yīng)

中更新世晚期至12 ka BP對(duì)應(yīng)深海氧同位素（MIS）Ⅵ～Ⅱ階段。受冰期—間冰期交替影響，渤海灣地區(qū)垂向地層序列中海相和陸相沉積發(fā)生多次更迭，海平面升降幅度較大。在夏季風(fēng)和冬季風(fēng)的強(qiáng)烈作用下，寒冷干燥及溫暖濕潤(rùn)性氣候也往復(fù)出 現(xiàn)（陳 吉 余 等，1989；馬 雪 龍，2020）。180 ka BP以來，EM4+5含量變化與氣候周期性波動(dòng)以及極端氣候事件密切相關(guān)，可反映渤海海平面的升降及陸—海相沉積的更替變化（Spratt and Lisiecki，2016）。

MISⅥ階段，EM4+5含量在168 ka BP左右出現(xiàn)了極大值，高達(dá)96%，這與東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)盛期和三寶洞石筍δ18O記錄的低值相吻合（圖7-g）。該時(shí)期全球和渤海均處于低海面階段，與此對(duì)應(yīng)的EM4+5含量在該階段內(nèi)均值較低，且多次出現(xiàn)零值。150～132 ka BP期間，EM4+5含量與渤海海面變化趨勢(shì)相似，但與全球海平面下降、深海δ18O以及三寶洞石筍的δ18O出現(xiàn)的低值記錄相反（圖7-c，7-e，7-g）。究其原因，中更新世晚期渤海已由古湖泊完全發(fā)展成為內(nèi)陸架海，海面高度持續(xù)上升；此外，在喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)大幅度減弱的影響下，渤海灣西岸的區(qū)域沉降沉積中心發(fā)生轉(zhuǎn)移，使得部分地區(qū)發(fā)生海侵，導(dǎo)致海相沉積物含量增加（Yi et al.，2015；Spratt and Lisiecki，2016；陳江欣等，2018）。

MISⅤ階段，EM4+5含量在間冰期暖期（MIS5a、5c和5e）出現(xiàn)較大的峰值且近于100%，與渤海海平面變化、北大西洋冰筏碎屑以及亞洲季風(fēng)記錄相吻合，反映間冰期暖期的高海平面和暖濕氣候（Yi et al.，2015；Li et al.，2019；Pascal and Paul，2022）。此外南極Vostok冰心CO2和全球SST記錄也出現(xiàn)高值（圖7-a，7-b），與EM4+5表征的渤海相對(duì)海平面與全球海平面變化記錄（圖7-c，7-h）一致。與此相反，在MIS5b和5d時(shí)期，EM4+5含量普遍出現(xiàn)中低值，且平均值在50%左右，指示區(qū)域海相沉積作用較弱以及河流輸入增強(qiáng)的特征。與間冰期暖期相比，MIS5b和5d階段氣候寒冷，渤海相對(duì)海平面較低。在MIS5d階段內(nèi)，僅108 ka BP左右出現(xiàn)極大值，與格陵蘭島冰心和三寶洞石筍的δ18O記錄的極小值相對(duì)應(yīng)，指示該時(shí)期出現(xiàn)的高海平面主要是受到東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)的影響，降水增加，海面高度出現(xiàn)小幅度上升（Wang et al.，2008；Wolff et al.，2010；張 唯 唯，2013）。

圖7 中更新世晚期至12 ka BP期間EM4+5的時(shí)間序列記錄與其他氣候記錄的比較Fig.7 Comparison of the time series record of EM4+5 with other climate records during the late Middle Pleistocene to 12 ka BP

在MISⅣ階段，EM4+5含量由MIS5a末期的高值發(fā)生大幅下降后趨于穩(wěn)定，出現(xiàn)了4次較為明顯的極值（圖7）。結(jié)合渤海西岸沉積記錄、全球海表溫度（SST）、太陽輻射及全球海面變化記錄可以發(fā)現(xiàn)，該階段內(nèi)全球氣候冷干，降水減少。此外，渤海海平面升降趨勢(shì)與北格陵蘭島冰心以及三寶洞δ18O曲線變化特征相似（Petit et al.，1999；Wang et al.，2008；張唯唯，2013；Yi et al.，2015；Spratt and Lisiecki，2016）。EM4+5含量出現(xiàn)的多個(gè)極大值指示該階段渤海灣西岸的海平面下降過程中可能出現(xiàn)若干次小規(guī)模海侵事件，推測(cè)與東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度頻繁波動(dòng)有關(guān)。

MISⅢ階段，EM4+5含量先升后降，并在46 ka BP左右出現(xiàn)最大值。該階段降水量小于MISⅣ和Ⅰ時(shí)期，渤海相對(duì)海平面出現(xiàn)突然性下降，海面高度低于現(xiàn)今海平面120 m（liu et al.，2009；仇建東等，2012；Yi et al.，2015）。已有地質(zhì)記錄顯示，研究區(qū)在40 ka BP左右存在大規(guī)模海侵事件發(fā)生，并且趙松齡等（1978）推算出39～23 ka BP期間渤海發(fā)生了第2次海侵事件。但也有一些學(xué)者通過相關(guān)鉆孔記錄定量重建了渤海相對(duì)海面高度，認(rèn)為受埋藏沉積物暴露影響，渤海西海岸部分地區(qū)鉆孔記錄無法指示大規(guī)模海侵事件的發(fā)生（Yan et al.，2006；Yi et al.，2012，2015）。該 階 段 內(nèi)EM4+5含量的變化以及在46 ka BP左右出現(xiàn)的極大值與趙松齡等（1978）學(xué)者的觀點(diǎn)相符，但具體的海侵時(shí)間與極大值出現(xiàn)的年代存在出入。對(duì)比該時(shí)期的全球及渤海相對(duì)海平面變化記錄，可以發(fā)現(xiàn)EM4+5含量在58～24 ka BP左右的高值與海平面升高趨勢(shì)相吻合，表明該階段渤海海面在下降的過程中確有可能發(fā)生大規(guī)模海侵事件，推斷與渤海海侵（65～53 ka BP）和獻(xiàn)縣海侵（39～22 ka BP）等事件密切相關(guān)（趙松齡等，1978；Liu et al.，2009；Yi et al.，2015）。

MISⅡ階段，EM4+5含量波動(dòng)幅度較大，整體以陸相沉積為主，但海相沉積物含量也存在突然性增加的情況。與末次冰盛期后期的寒冷干燥的氣候相對(duì)應(yīng)，該階段處于低海面時(shí)期；伴隨15 ka BP左右冰盛期的結(jié)束，氣溫逐漸升高且東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)，渤海海面開始升高，并在13 ka BP左右達(dá)到最高海面（圖7-c，7-h）。這與全球海平面以及渤海相對(duì)海平面的升降變化存在相似性，推測(cè)渤海灣西岸在13 ka BP左右發(fā)生了大規(guī)模海侵（圖7）（Yi et al.，2015；Spratt and Lisiecki，2016）。

5 結(jié)論

1）利用非參數(shù)化端元模型將渤海灣西岸滄州地區(qū)CZ01鉆孔沉積物分解得到6個(gè)粒度端元：EM1（5.01μm）指示遠(yuǎn) 源 的風(fēng)塵 輸 入；EM2（13.18μm）和EM3（39.81μm）來源于古黃河；EM4（69.18μm）和EM5（138.04μm）指示為海相沉積；EM6（275.42μm）指示極端氣候事件如古洪水。

2）全新世（MISⅠ）渤海處于高海面時(shí)期并逐漸接近現(xiàn)代海平面，氣候暖濕。該階段內(nèi)海面變化特征記錄了在11.5 ka BP左右北半球新仙女木事件的發(fā)生及在5.1 ka BP左右出現(xiàn)的冷干事件，渤海海平面在穩(wěn)定上升狀態(tài)后出現(xiàn)停滯或小幅下降；而在9.5 ka BP、7.5 ka BP、5.8 ka BP和1.7 ka BP左右，東亞夏季風(fēng)加強(qiáng)，渤海海平面升高。渤海海平面全新世變化記錄與北半球及全球范圍內(nèi)的地質(zhì)氣候記錄存在一致性，與冰川消融、太陽輻射波動(dòng)及東亞季風(fēng)變化密切相關(guān)。

3）MISⅥ階段北半球氣候冷干，渤海因區(qū)域差異性沉降活動(dòng)影響在150～132 ka BP左右海面升高，與全球變化記錄相反。MISⅤ階段間冰期與冰期頻繁交替，氣候波動(dòng)劇烈：其中，在間冰期（5a、5c和5e）氣候向暖濕轉(zhuǎn)變，渤海海平面上升；在冰期（5b和5d）全球氣溫下降且東亞夏季風(fēng)減弱，渤海海平面下降。MISⅣ階段較MIS5a時(shí)期海平面突然下降但幅度不大，且期間也出現(xiàn)若干次小規(guī)模海侵事件；MISⅢ階段至末次冰盛期海平面發(fā)生較大幅度下降并存在周期性升降變化，與全球氣候波動(dòng)記錄相近，在46 ka BP有大規(guī)模海侵事件的發(fā)生。MISⅡ階段受末次冰盛期后期寒冷干燥氣候的影響，海面較MISⅢ階段出現(xiàn)小幅度下降；伴隨15 ka BP左右冰盛期的結(jié)束，東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)，海面開始上升。渤海海平面在180～12 ka BP間的變化與全球冰期與間冰期的交替導(dǎo)致的氣溫頻繁波動(dòng)密切相關(guān)，而喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)與東亞夏季風(fēng)的強(qiáng)度變化也使得渤海海平面升降存在區(qū)域性差異。