許冠軍,吳梓源,龍 桂,方梓彬,陳浩權(quán),唐海燕,陳禹聰,劉岳昕,涂 華,賴忠平
(1.廣東省地質(zhì)調(diào)查院,廣東 廣州 510080;2.汕頭大學(xué)海洋科學(xué)研究院,廣東 汕頭 515063)
粵東地區(qū)是研究華南沿海古地貌演化及其古氣候響應(yīng)的重要窗口.李平日[1]將廣東東部(珠江口以東)劃分為韓江三角洲區(qū)、濱海平原區(qū)和珠江三角洲區(qū).陸豐及惠來地區(qū)即位于濱海平原區(qū).該區(qū)域河流短小,泥沙來源較少,以波浪及沿岸流作用為主,風(fēng)的吹揚作用較顯著[1].陸豐地區(qū)的最大河流是螺河,全長僅102 km[2].基于發(fā)表的少量14C 年代結(jié)果,濱海平原區(qū)第四紀(jì)地層主要為晚第四紀(jì)以來的沉積,厚度普遍為15-30 m[1,3],以河流相砂礫層、花斑粘土層和老紅砂作為上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)的分界[1,4],且全新統(tǒng)沉積主要受控于海平面變化、河流搬運能力和障壁- 潟湖體系[1,3,5-6].
當(dāng)前,陸豐、惠來地區(qū)的第四紀(jì)沉積資料仍然欠缺.本研究在研究區(qū)獲取了六個鉆孔巖芯,并進行了粒度測試和統(tǒng)計以及微體古生物鑒定,以揭示第四紀(jì)沉積物的特征.根據(jù)巖性、粒度和微體等特征,將沉積物劃分為不同的沉積相類型,從而推測沉積環(huán)境和沉積過程[7].本研究初步推斷了陸豐、惠來地區(qū)經(jīng)歷的重要古環(huán)境變遷,彌補了陸豐、惠來地區(qū)沉積物粒度和微體古生物數(shù)據(jù)的空缺,為進一步深入了解地層特征、沉積環(huán)境和地貌演化提供了依據(jù).
研究區(qū)構(gòu)造活動相對活躍,處于持續(xù)隆升過程[8-11];海平面與氣候變化也對其沉積環(huán)境影響顯著[8-10,12-14].東溪、螺河、龍江等河流通過輸沙和沖積作用,為研究區(qū)供應(yīng)了大量的沉積物.河流的輸沙作用與潮汐的周期性沉積相互作用,進一步塑造了沉積物分布[5].此外,沿海岸線,強大的風(fēng)力會形成風(fēng)成沉積物,通常以沙丘、沙地和沙脊的形式存在,豐富了地表地貌的多樣性[4,6,15-16].
圖1 (A)研究區(qū)(方框)所處位置;(B)研究區(qū)地圖及鉆孔位置
圖2 各鉆孔的巖性圖
本文中粒度數(shù)據(jù)由汕頭大學(xué)海洋地質(zhì)團隊粒度實驗室測試.沉積物的粒度分布與沉積物的物質(zhì)來源、搬運過程和沉積作用有關(guān),利用粒徑參數(shù)是研究沉積特征及鑒別沉積環(huán)境的方法之一.本文采用的粒度分析指標(biāo)包括沉積物的粒度組分[17]、平均粒徑(MZ)、標(biāo)準(zhǔn)偏差(φ1)、偏態(tài)(SK1)和峰態(tài)(KG1).粒度組分是沉積物中不同粒徑顆粒的含量.根據(jù)粒徑的大小,沉積物顆??煞譃椴煌牧6冉M分,通常使用Φ 值[17]或毫米(mm)作為單位來表示.
表1 各粒度組分粒徑范圍
平均粒徑MZ(Mean Size)(式1)指示沉積物粒徑頻率分布中心趨向的參數(shù),其大小反映沉積物的平均動能情況[18-19].
標(biāo)準(zhǔn)偏差(Standard Deviation,φ1)指示沉積物粒度的分選程度,即顆粒大小的均勻性[19-20].若粒級少、主要粒級突出,分選就好,標(biāo)準(zhǔn)偏差的數(shù)值低;反之,則分選就差,標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)值高.物質(zhì)來源也影響沉積物分選的程度,如風(fēng)成沙丘、?;蚝I、河流、冰川的沉積物分選程度依次遞減[21].表2 為各標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍對應(yīng)的樣品分選性分級.
表2 不同標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍對應(yīng)的樣品分選性等級
偏態(tài)(Skewness,SK1)(表3)指示粒度分布的不對稱程度[19,22-23],可分為以下三類:(1)對稱;(2)正偏態(tài):沉積物以粗組分為主,只含少量細(xì)組分;(3)負(fù)偏態(tài):沉積物以細(xì)組分為主,只含少量粗組分.偏態(tài)計算方式如下.
表3 不同偏態(tài)數(shù)值范圍對應(yīng)的樣品對稱性等級
峰態(tài)KG1(Kurtosis,KG1)描述粒度分布曲線的尖銳程度[17]. 考慮到正態(tài)分布下,Φ95 與Φ5 之間的粒度間距是Φ75 與Φ25 之間的粒度間距的2.44 倍,故正態(tài)分布態(tài)曲線的KG1=1.
表4 不同峰態(tài)范圍對應(yīng)的樣品尖銳程度等級
鉆孔HLZK01 上部11.4 m 粒度分布如圖3 所示.結(jié)果顯示,上部11.4 m 粒徑變化范圍為1.92~5.41 Φ,平均值為2.73 Φ;標(biāo)準(zhǔn)偏差變化范圍為0.45~2.64 Φ,平均值為0.94 Φ;偏態(tài)變化范圍為-0.20~0.69;峰態(tài)變化范圍為0.68~2.37.沉積物的主要成分為砂,其平均含量為92.8%,說明沉積于高能沉積環(huán)境.11.4~5 m 層段分選性為中等至很差,粒度分布從近于對稱至很正偏態(tài),峰態(tài)為中等尖銳至很尖銳.5~0 m 層段沉積物分選性較好,粒度分布總體為正態(tài)分布.
圖3 HLZK01 上部11.4 m 粒度分布特征
鉆孔HLZK02 上部42.7 m 粒度分布特征如圖4 所示.其中,41.95~34.35 m(基巖風(fēng)化殼)和28.3~21.8 m(礫石層)處樣品未進行粒度測試.34.3~28.3 m 為含礫黏土質(zhì)粉細(xì)砂層.28.3~21.8 m 為礫石層,說明沉積環(huán)境動蕩.21.8~11.2 m 出現(xiàn)兩段沉積旋回,說明高低能沉積環(huán)境出現(xiàn)交替變化.11.2~7.8 m 平均粒徑自下而上逐漸增加.7.8~0 m 為砂層,砂組分含量為100%,平均粒徑的變化范圍為1.59~2.66 Φ;標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍在0.52~2.11 Φ,總體分選性中等;偏態(tài)波動區(qū)間為-0.16~0.34,說明粒度分布總體近于對稱;峰態(tài)波動范圍為0.89~1.61,接近正態(tài)分布.
圖4 HLZK02 上部42.6 m 粒度分布特征
鉆孔LFZK03 上部15.2 m 粒度分布特征見圖5.0.65~5.7 m 處、11.85~12.20 m 處未進行粒度測試.根據(jù)粒度測試結(jié)果,上部15.2 m 平均粒徑介于3.81~8.04 Φ,以粉砂為主,說明沉積于低能環(huán)境;標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.33~3.53 Φ,分選性為差至很差;偏態(tài)介于-0.31~0.65,樣品間偏態(tài)差異較大,多數(shù)為負(fù)偏態(tài),部分為正偏態(tài)、極正偏態(tài);峰態(tài)介于0.65~1.21 之間,平坦、正態(tài)和尖銳形態(tài)都有囊括.
圖5 LFZK03 上部15.2 m 粒度分布特征
鉆孔LFZK04 上部17.4 m 粒度分布特征見圖6.根據(jù)粒度測試結(jié)果,上部17.4 m 平均粒徑介于2.28~8.53 Φ,主要為黏土質(zhì)細(xì)粉砂,說明其主要沉積于低能環(huán)境;標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.53~4.05 Φ,分選性多為差至很差;偏態(tài)介于-0.50~0.66,不同深度樣品間偏態(tài)差異較大,包含從很負(fù)偏到很正偏;峰態(tài)介于0.62~2.17 之間.
圖6 LFZK04 上部17.4 m 粒度分布特征
鉆孔LFZK05 上部16.7 m 粒度分布特征如圖7 所示. 根據(jù)粒度測試結(jié)果,上部16.7 m 平均粒徑介于1.58~7.75 Φ;標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.47~3.52 Φ;偏態(tài)介于-0.50~0.67;峰態(tài)介于0.63~2.55 之間.6.55~0 m 主要為砂層,砂組分含量平均可達(dá)90.4%;6.55 m以下粉砂組分含量平均達(dá)52.3%,平均粒徑顯著低于6.55 m 以上的部分.推測從6.55 m處起,由低能沉積環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣艹练e環(huán)境.
圖7 LFZK05 上部16.7 m 粒度分布特征
鉆孔LFZK07 上部37.8 m 粒度分布特征如圖8 所示.根據(jù)粒度測試結(jié)果,上部37.8 m平均粒徑介于1.46~8.16 Φ;標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.51~3.41 Φ;偏態(tài)介于-0.45~0.71;峰態(tài)介于0.63~2.41 之間.37.8~17.8 m 段沉積物主要為粉砂級,平均粒徑為2.20~8.16 Φ;標(biāo)準(zhǔn)偏差介于0.54~3.41 Φ,分選性為差至很差;偏度為-0.45~0.66;峰度介于0.63~1.94.17.8~0 m 主要為砂層,砂組分含量平均為90.7%,平均粒徑介于1.46~4.67 Φ,主要包含細(xì)砂和中砂,說明該段主要沉積于高能環(huán)境;標(biāo)準(zhǔn)偏差的范圍0.51~2.90 Φ,分選性為中等至很差;偏態(tài)范圍為-0.15~0.71,粒度分布從負(fù)偏態(tài)至很正偏態(tài);峰態(tài)在0.67~2.41 內(nèi)變化,粒度分布主要呈正態(tài)分布.
圖8 LFZK07 上部37.8 m 粒度分布特征
本文中微體古生物數(shù)據(jù)由廣東省地質(zhì)調(diào)查院提供.本研究獲取了HLZK02 和LFZK07兩個鉆孔的微體古生物數(shù)據(jù).樣品中有孔蟲、介形蟲、硅藻的分析處理和鑒定均按照《海洋調(diào)查規(guī)范-海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查(GB/T12763.8-2007)》的要求進行.HLZK02 和LFZK07鉆孔中所含的有孔蟲、介形蟲和硅藻化石均屬于第四紀(jì)常見種.
HLZK02 鉆孔微體古生物取樣深度區(qū)間為7.75~21.65 m,共取樣27 個,部分層位樣品未發(fā)現(xiàn)有孔蟲化石.含有孔蟲化石的樣品中,保存狀況中等到差,優(yōu)勢種和分異度變化不明顯,豐度介于1-11 200 個/10 克.個別層位零星見有浮游有孔蟲化石,可能是潮汐作用帶來的異地埋藏分子.底棲類以希望蟲Elphidium group、畢克卷轉(zhuǎn)蟲(變種)Ammonia beccarii vars、日本仿輪蟲Pararotalia nipponica 和Rotalidium annectens 等主要分布于近岸淺水區(qū)域的半咸水型屬種較豐富. 畢克卷轉(zhuǎn)蟲(變種)Ammonia beccarii vars 是世界上分布最廣的廣鹽性濱岸種,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[24].茸毛希望蟲Elphidium hispidulum 和異地希望蟲E. advenum 為典型的暖水沿岸種,多分布于15~50 m 的內(nèi)陸架區(qū).日本仿輪蟲Pararotalia nipponica 在現(xiàn)代東海主要見于40 m以淺的內(nèi)陸架區(qū),呈塊狀分布[24]. Rotalidium annectens 主要分布于水深20 m 以淺的水域,在現(xiàn)代珠江口中則為5~10 m,常見于顆粒較粗的砂質(zhì)基底中.
鉆孔巖芯中僅7.75~7.80 m 層位零星見有介形蟲化石,包括布氏形純艷花介Pistocythereis bradyformis 和候德小凱伊介Keijella hodgii.布氏形純艷花介Pistocythereis bradyformis 是西太平洋邊緣最廣布和最常見的廣溫淺水種之一,10~50 m 水深的內(nèi)陸架區(qū)最為集中[24],屬典型的廣鹽喜半咸水種.
鉆孔巖芯中硅藻化石很少或無. 在7.75~7.80 m 層位有星臍圓篩藻Coscinodiscus asteromphalus 碎片,在21.60~21.65 m 層位有大篩盤藻Ethmodiscusrex 碎片存在,其余層位未觀察到硅藻化石.
圖9 鉆孔HLZK02 有孔蟲分布
LFZK07 鉆孔取樣深度區(qū)間為3.65~34.75 m,共取樣44 個.巖芯中僅3.65~6.85 m和22.80~23.60 m 層段見有少量底棲有孔蟲化石,如畢克卷轉(zhuǎn)蟲(變種)Ammonia beccarii vars 和Rotalidium annectens 等近岸種[24].
鉆孔巖芯中僅20.55~20.60 m 層位零星見有介形蟲化石美山雙角花介Bicorncythere bisanensis.
鉆孔巖芯中硅藻化石很少或無.在32.90~32.95 m 層位見有少量卵菱形藻Nitzschia cocconeifromis,其余層位未觀察到硅藻化石.
綜合巖性、粒度分布和微體古生物分析,本文初步對各鉆孔沉積相進行判斷.本研究中鉆孔巖芯展示出多個氧化- 還原旋回,有時含花斑粘土層.根據(jù)潮汕地區(qū)、珠江三角洲等地區(qū)的研究資料[1,25-29]推斷,最上層的花斑粘土層可能為末次冰期低海平面時受長期風(fēng)化的產(chǎn)物,被視作全新世和晚更新世的分界線.
20~16 m 層段為花崗巖.
16~14.45 m 層段為灰黃色基巖風(fēng)化殼.
14.45~11.40 m 層段含礫黏土- 粗砂沉積.該層礫石磨圓較差,判斷其為近源河流相沉積[21,30].頂部成磚紅色,可能在低海平面時期,長期風(fēng)化作用所至.
11.40 m 以上主體為黃褐色細(xì)沙,夾3 個灰綠色細(xì)沙層.上部5 m 分選性較好,粒度分布多呈正態(tài)分布(圖3);下部分選性較差,粒度分布多呈總體較為正偏(圖3). 鉆孔HLZK01 距海僅約1.5 km,且該層均位于海平面之上.綜上,判斷該層段主體為海岸風(fēng)成沙[21,30].灰綠色的層位黏土含量略有增加,可能是龍江越堤洪水形成的[21,30].
45~33.5 m 層段為含帶黏土夾層的基巖風(fēng)化殼.
33.5~21.85 m 層段主體為含礫砂層,呈弱氧化色至還原色.其中,在33.5~25.4 m段由灰白色漸變?yōu)辄S褐色.25.4~21.8 m 呈灰色,礫石為次棱角至近圓,判斷為河床沉積.
21.85~18.8 m 主體為黃褐色黏土質(zhì)砂,未見有孔蟲,說明幾乎不受海影響,推測為河漫灘相沉積,和底部礫石層呈河流二元結(jié)構(gòu)[21,30].
18.8~7.8 m 主體為還原相黏土質(zhì)粉細(xì)砂,有2-3 個弱氧化色薄層.其中11.2~7.8 m層段主體為深灰色- 灰綠色中細(xì)砂,總體自下而上平均粒徑和砂含量增加,含砂泥薄互層,含貝殼碎屑,結(jié)合有孔蟲數(shù)據(jù)(圖10)判斷該層段主體為河口灣或潮灘沉積.從有孔蟲組合(圖10)結(jié)合巖性變化來看,該地區(qū)至少經(jīng)歷了三次海侵—海退旋回(圖2,圖10),海退時期海平面下降幅度較大,采樣區(qū)暴露遭受較強風(fēng)化作用,形成了比較明顯的三層氧化相粘土層(對應(yīng)層段為18.5~17.6 m、15.95~15.8 m、12.3~11.6 m).
7.8~0 m 層段主體為松散的黃褐色細(xì)砂,分選性較好,粒度分布多呈正態(tài)分布(圖4),鉆孔HLZK02 距海<1 km,判斷該層段為海岸風(fēng)成沙丘相沉積.
20~14.5 m 層段為黑色泥巖,上部1 m 為黑色黏土質(zhì)粉砂,可能為基巖風(fēng)化產(chǎn)物.
14.5~11.1 m 層段主要為褐色、淺褐黃色黏土,推測為陸相沉積;
11.1~6.45 m 層段為灰色、深灰色黏土質(zhì)細(xì)粉砂,與上層突變接觸,推測可能為海相沉積.
6.45~0.2 m 層段主體為氧化色含礫黏土質(zhì)粉砂,由下至上呈磚紅色、褐黃色和褐紅色.推測可能是冰期海平面下降導(dǎo)致河流下切,河間地遭受強烈風(fēng)化氧化的產(chǎn)物[1,21,25-30].
0.2~0 m 層段為灰褐色黏土質(zhì)粉砂,可能為河漫相,即全新世海平面穩(wěn)定后的洪水泛濫期間,水流漫溢天然堤,流速降低,使河流懸浮沉積物大量堆積.
20.0~17.5 m 層段為黑色泥巖或泥巖風(fēng)化殼.
17.5~16.9 m 層段為含砂灰黑色黏土質(zhì)粉砂,推測為河口灣沉積或基巖風(fēng)化物質(zhì)經(jīng)過改造之后的產(chǎn)物.
16.9~6.5 m 層段主要為氧化相的黏土質(zhì)粉砂.其中,16.9~13.0 m 為褐黃色和褐色黏土質(zhì)粉砂,13.0~9.4 m 為花斑黏土層,9.4~6.5 m 呈磚紅色.該段沉積物可能是冰期海平面下降導(dǎo)致河流下切,河間地遭受強烈風(fēng)化氧化的產(chǎn)物[1,21,25-30].其頂部海拔與鉆孔LFZK05 最上層花斑黏土層相近,推測二者都為末次冰期的產(chǎn)物.
6.5~4 m 層段主要為深灰色灰綠色黏土質(zhì)粉砂.由于LFZK04 位于螺河旁,頂部海拔為5 m,此深度大致為海平面深度,因此可能是水下三角洲(海相)沉積.
4~1.15 m 層段主要為粗砂層,說明沉積環(huán)境能量較下層增強,可能為沖積扇/三角洲平原沉積.
1.15~0 m 層段為人工回填土.
30.0~20.6 m 層段為基巖風(fēng)化產(chǎn)物.
20.6~16 m 層段主體為粗砂或粗砂質(zhì)黏土,膠結(jié),含少量細(xì)礫,礫石磨圓度差,呈棱角狀.20.6~20 m 為磚紅色,20~18 m 為淺褐紅色,18~16 m 為灰黃色或淺褐紅色,黏土含量顯著增加.沉積物氧化程度由下向上逐漸減弱,這可能是因為覆蓋于該段沉積物上的還原性黏土、粉砂,促使了沉積物中氧化物的還原反應(yīng),越接近于上層的部分,還原的程度越高.
16~10 m 層段主要為黏土質(zhì)粉砂,顏色包含灰色、深灰色、灰綠色、灰褐色、花斑色,含兩套花斑黏土層,可能為不同冰期時的風(fēng)化產(chǎn)物.還原相部分,判斷為海相沉積(圖2).
10~8.75 m 層段為具備銹黃色、灰綠色鐵染的黏土質(zhì)粉砂,含貝殼碎屑,判斷其經(jīng)歷了海平面波動造成的氧化、還原環(huán)境交替.
8.75~6.5 m 層段為含大量貝殼碎片的灰綠色黏土質(zhì)粉砂,8.6~8.75 m 為灰黑色粘土層,判斷為沼澤相沉積,沉積環(huán)境可能為潟湖環(huán)境在潮間帶中形成的紅樹林沼澤[21,30].8.6~6.5 m 可能為海相沉積.
6.5~4.7 m 層段為灰褐色、灰黑色松散細(xì)砂,與下層漸變接觸,判斷可能為障壁島相.
4.7~0 m 層段為黃褐色至淺褐紅色中細(xì)砂,判斷為海岸沙丘相.
49.3~38.55 m 層段為基巖風(fēng)化產(chǎn)物.
38.55~38 m 層段沉積物為淺褐黃色和灰白色含礫黏土,礫石磨圓度差,可能是基巖風(fēng)化殼經(jīng)改造的結(jié)果.
38~34.6 m 為褐色- 灰褐色粗砂層,頂部40 cm 為粉砂質(zhì)黏土,推測為河流相沉積.
34.6~20.5 m 層段多為灰色黏土質(zhì)粉砂或黏土質(zhì)細(xì)砂,判斷主體為淺海相沉積(圖2),其中32~30 m 為灰白- 灰色粗砂沉積,可能是河流作用加強的產(chǎn)物,27.0~25.9 m 見還原相為主的潴育化(花斑粘土)層,可能經(jīng)歷了海退時期的風(fēng)化過程[1,21,25-30].因此,可將該段沉積分為兩個海相層(圖2).
20.5~18.6 m 層段為具備銹黃色、灰綠色鐵染的黏土質(zhì)粉砂,沉積環(huán)境為氧化環(huán)境.
18.6 m~17.3 m 層段為灰黑色、黑色粉砂質(zhì)黏土或黏土質(zhì)粉砂,17.90 m 處含大量貝殼碎屑,判斷為沼澤相,沉積環(huán)境可能為潟湖環(huán)境在潮間帶中形成的紅樹林沼澤.
17.3 m~8 m 層段結(jié)構(gòu)松散無層理,主要為黃褐色細(xì)砂,頂部(8.7~7 m)主要為灰褐色細(xì)砂,氧化程度普遍較強.鉆孔頂部海拔為18 m,因此該段地層高出現(xiàn)在海平面,結(jié)合沉積學(xué)和周圍地貌判斷其為海岸沙丘沉積.
8~0 m 層段結(jié)構(gòu)松散無層理,主要為黃褐色、褐色細(xì)砂,推測為風(fēng)成沙丘.
結(jié)合陸豐、惠來地區(qū)六個鉆孔的粒度分布數(shù)據(jù)和兩個代表性鉆孔(HLZK02 和LFZK07)的微體古生物資料,本研究初步探討了各鉆孔巖芯的沉積相及其對古環(huán)境的指示意義.主要結(jié)論如下:
1.本研究中鉆孔巖芯往往具備多個氧化- 還原旋回,部分鉆孔含花斑粘土層,可能與第四紀(jì)以來的冰期- 間冰期旋回聯(lián)系.根據(jù)潮汕地區(qū)、珠三角等地區(qū)的研究資料[1,25-29],鉆孔中最上層的花斑粘土層可認(rèn)為是末次冰期低海平面時受長期風(fēng)化的產(chǎn)物,亦可被視作全新世和晚更新世的分界線[31],這一推論仍需進一步進行年代學(xué)研究,加以驗證.
2.通過沉積相分析,推斷鉆孔HLZK02、LFZK05 巖芯中可能含三個海相層.因此,研究區(qū)在第四紀(jì)以來,至少有過三次海侵事件.最上層海相層在LFZK04、LFZK07 中都得到記錄(圖2).在LFZK02 和LFZK04 中,該海相層處于最上層花斑黏土之上,據(jù)此推斷其沉積年代應(yīng)為全新世. 該全新世海相層也存在于LFZK04,但海拔相近的LFZK03不具備同時期海相沉積,這可能說明在陸豐地區(qū),全新世海侵未到達(dá)LFZK03 位置(距海沿螺河上游約10 km 處);也不能排除鉆孔LFZK03 中,全新世海相層可能被之后的河流活動侵蝕而沒有保留下來.厘定這一問題,亟需進一步開展年代學(xué)研究.