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2. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，山东青岛266071;
3. 自然资源部海底矿产资源重点实验室，广州海洋地质调查局，广东广州510760;
4. 资源与环境工程学院，山东理工大学，山东淄博255049;
5. 海洋地质国家重点实验室，同济大学，上海200092
2. Laboratory for Marine Mineral Resources, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, Shandong, China;
3. Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510075, Guangdong, China;
4. School of Resources and Environmental Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, Shandong, China;
5. State Key Laboratory of Marine Geology, Tongji University, Shanghai 200092, China
晚第四纪是全球气候变化的重要时期，在这一时期，冰期-间冰期转换和海平面大幅升降等变化，导致陆架的范围和沉积环境发生变化。因此，中国海陆架及沿海平原晚第四纪沉积最大的特点是存在多个在冰期-间冰期旋回形成的海侵层。前人对于中国边缘海陆架沉积晚第四纪海侵期次、地层记录和沉积环境等开展了大量研究工作。
近年来研究发现，中国海域晚更新世以来普遍发育3次大规模海侵(王靖泰等，1980；汪品先等，1981；杨子赓，1993；王强等，1999；Shi et al., 2009；高茂生等，2018)，分别对应：全新世“第Ⅰ海相层”、MIS3时期的“第Ⅱ海相层”和MIS5时期的“第Ⅲ海相层”。
已有研究揭示渤海第四系厚度介于300~600 m，海陆交互沉积是这一地质时期的重要沉积特征(秦蕴珊等，1985)；且晚更新世以来甚至全新世以来的构造活动强烈(李西双等，2010；王洪聚等，2011)；陆源物质供应丰富，黄河、辽河、滦河等河流入海带来的巨量陆源碎屑物质在渤海陆架堆积(秦蕴珊等，1985；Liu et al., 2009)。第四纪冰期-间冰期转换引起的海平面波动与气候变化控制着渤海的沉积格局(Marsset et al., 1996; Liu et al., 2009；Yi et al., 2012)。现有研究对渤海及周边地区晚第四纪以来发生过3次海侵的事实基本不存在争议，但对3次海侵发生的时间却产生了两种不同的观点。一种观点认为渤海及周边平原地区晚第四纪以来3次大规模海侵事件分别发育于MIS7、MIS5和MIS1的高海面时期，因为受全球海面及渤海海峡地貌的共同影响，MIS3期发生大规模海侵的可能性较小(姚政权等，2006；肖国桥等，2008；施林峰等，2009；Yi et al., 2012；高茂生等，2018)。另一种观点则认为渤海地区晚第四纪以来3次大规模海侵分别对应MIS5、MIS3和MIS1期的高海面时期(秦蕴珊等，1985；杨子赓等, 1993；Liu et al., 2009)，并认为MIS3海侵范围明显大于MIS5高海面时期(王强等, 1999)。
黄海第四纪地层研究主要集中在南黄海，而北黄海的研究相对薄弱。Liu et al., (2010)通过山东半岛水下斜坡沉积体的两个钻孔(NYS101和NYS102)进行地层研究，发现其全新世沉积的厚度分别是20 m和36 m，而且均记录了MIS1和MIS3两期海侵。南黄海中西部年代地层研究的代表性钻孔是QC2孔，其全新世的厚度接近18 m，为潮流沙脊沉积。南黄海西部其他钻孔研究揭示该区全新世地层的厚度变化受控于陆源物质的输入，即两侧靠近陆地的钻孔的全新世沉积较厚，中部钻孔全新世明显变薄，厚度都在10 m以内(杨子赓等, 1993)。这些钻孔基本都有MIS1、MIS3和MIS5的海侵记录，部分地区MIS1期缺失，如青岛岸外的QDZ01孔。此外，南黄海中部底层流的存在，导致某些区域的全新世地层遭受到侵蚀甚至是缺失，如DLC70-3孔。1995年开始的黄海地质地球物理综合调查获取的YSDP102、103、104、105、1061和107钻孔，首次揭示了黄海东侧陆架的晚第四纪地层特征，重建了MIS3以来的沉积过程(刘健等，1999；Wang et al., 2014)。
早期的东海地层研究是根据浅部地球物理测量，对比外陆架浅钻孔YQ1孔中微体古生物和孢粉组合，对陆架地层进行划分，推断了晚更新世以来沉积地层演化模式，但地层划分缺乏绝对年龄的约束(Yang, 1989)。近十年来，东海外陆架地区代表性研究成果主要是基于1996年中法合作采集的单道地震调查资料和1990年上海地质调查局的外陆架DZQ4孔资料，对比海平面变化曲线，分析地层形成年代、沉积相和沉积环境，讨论第四纪东海的海进-海退层序(唐保根，1996;Saito et al., 1998; Liu et al., 2000; Berné et al.,2002; Yoo et al., 2002; Wu et al., 2010)、潮流沙脊的分布和演化(Liu et al., 2002; 杨文达，2002;Wellner & Bartek, 2003; Wu et al., 2005)和沉积地层对海平面变化的响应(刘振夏等，1999;张军强等，2008)，建立晚第四纪地层框架。但由于对DZQ4孔热释光(TL)年龄的理解不同，形成了两种观点。一种认为东海外陆架现存地层中，MIS2和MIS4冰期历时短，地层较薄，部分缺失，在地震剖面中无法辨识；MIS3地层发育，MIS5地层由于后期较强侵蚀作用，地层无法识别；MIS6强海退，地层普遍发育，是东海外陆架标志层(刘振夏等，1999；Liu et al., 2000; Wu et al., 2010)。另外一种则考虑TL测年的敏感性，提出东海外陆架主要由MIS1、MIS2、MIS3~5.2、MIS5.3~5.5和MIS6地层组成，其中MIS3地层较不发育；MIS5各期地层均发育，MIS6地层划分一致，通过对比DZQ4孔和单道地震剖面提出晚更新世东海外陆架地层演化模式(Berné et al.,2002)。此外，东海东北部EA01孔的地层分析表明外陆架末次冰盛期发育三角洲沉积，末次冰盛期低海平面时期东海外陆架仍被海水覆盖而并未完全裸露成陆(李绍全等，2002)。随后，EA05孔研究也揭露出该岩心所处地区在末次冰盛期并未出露水面，而一直处于河口滨岸环境，与DZQ4孔等研究的认识截然不同(余华等，2006)。
近年来，南海陆架晚第四纪地层研究主要集中在北部陆架，揭示出末次冰期以来的多次海侵事件。末次冰盛期，大部分陆架出露在海平面之上，部分地区发育河流等陆相沉积，随后海侵形成埋藏古河道、水下三角洲等沉积体(蓝东兆等，1993；陈国能等，1994；黄永样和葛同明，1995；姚衍桃等，2009)。王树民等(2001)通过东北部晚第四纪不整合地层的研究，发现15.6 ka时期古海平面位于现海平面146 m处，古海岸线距现在海岸线170 km。在冰后期海侵的不同海平面时期，发育了多种特征的地貌和沉积，包括海底阶地、陡坎、古岸线等，在中全新世早期形成稳定的现代海洋沉积环境(汪品先，1990；时小军等，2007；姚衍桃等，2009；陈泓君等，2017)。
总体来看，过去的20多年受工作条件和研究手段等制约，中国海域陆架第四纪沉积地层研究主要以内陆架及河流水下三角洲地区为主，根据一些代表性的钻孔和测年，建立了比较完整、可靠的年代地层，对近岸浅海晚第四纪地层框架和地层演化有比较深入的认识(Chen et al., 2000; Li et al., 2002; Hori et al., 2002; Wang et a, 2005; Liu et al., 2007; Zhao et al., 2008; 徐方建等，2009；缪卫东等，2016)，其中渤海和黄海地区晚第四纪研究程度相对较高，相对而言，东海和南海的中、外陆架地区的沉积地层与古环境研究比较薄弱。
当前，随着中国海域1:100万海洋区域地质调查的全覆盖，系统开展整个中国海域晚第四纪地层研究成为可能。本文基于中国陆架海实测高分辨率地震地层解释与典型地质钻孔地层分析，选取代表性晚第四纪钻孔和部分典型过孔高分辨率浅地层剖面开展地层研究，对比前人研究，进行中国海域陆架晚第四纪地层厘定和沉积环境重建。
2 研究区概况本文研究区包括中国海域的渤海、黄海、东海和南海的北部的陆架地区(图 1)。
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图 1 中国陆架海典型钻孔与典型地震测线分布图 Fig. 1 Typical boreholes and some seismic profiles in the China's sea shelves |
渤海是一个典型的半封闭陆架浅海，位于新生本文研究区包括中国海域的渤海、黄海、东海代的裂陷盆地-华北盆地，新构造运动活动强烈，水深较浅，平均水深18 m，水深大于30 m的海域集中于渤海海峡北部的老铁山水道，沉积物主要来自周围黄河、辽河及滦河等入海河流携带的陆源碎屑物质(Liu et al., 2009)。黄海平均水深91 m，海底较平坦，大部分水深在60 m以上，也是典型的半封闭陆架浅海，和世界上其他陆架浅海(如北海和白令海)相比，其特点是陆源物质供应十分丰富，在风、浪、环流系统(黄海暖流、沿岸流及冷水团)和潮流的共同作用下，形成了现今黄海海底多种类型的沉积物。东海是典型的开放型边缘海，面积约75万km2，陆架最宽600 km左右，是世界上最宽阔的陆架之一，陆架盆地在第四纪的沉降速率为300 m/Ma左右，具有充足的沉积物可容空间。南海是西太平洋最大的边缘海，处在欧亚板块、印度板块、澳大利亚板块和太平洋板块相互作用的交接处(孙卫东等，2018)，决定了其沉积物具有鲜明的区域性特点，南海北、西、南部是浅海大陆架，外缘是大陆坡，陆架狭长，陡而窄。
中国海域陆架总体呈现东部陆架宽广，坡缓而可容空间巨大，而南部则窄而长，沉积物可容空间相对有限。
3 数据来源与处理本文通过对比中国地质调查局中国海域1:100万海洋区域地质调查项目获取的实测钻孔以及已有研究钻孔地层组成(表 1，图 1)，选取渤海TJC-1孔、黄海CSDP-1孔、东海SFK-1孔和南海STQ-2孔作为4个海区陆架典型晚第四纪钻孔进行地层分析，同时对比过孔浅地层剖面进行地震相地层解释。
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表 1 中国陆架海域及周边典型晚第四纪钻孔数据 Table 1 The data of the typical boreholes on China's sea shelves |
根据TJC-1孔和CSDP-1孔已有研究认识(李翔等，2016；Liu et al., 2016; 梅西等，2019)，分别选取TJC-1孔上部51.50 m和CSDP-1孔上部50 m进行MIS5以来地层组成和沉积环境讨论。
4 中国海域代表孔地层特征 4.1 渤海TJC-1孔渤海TJC-1孔岩心沉积物特征和测年数据对比分析，揭示了第四纪以来的沉积相及其地层框架(李翔等，2016)。TJC-1孔下段200.20~51.50 m为2.28 Ma以来至MIS6的陆相沉积，主要以陆相介形虫分布为主，地层几乎不含海相微体化石，个别层位零星见海相介形虫，且壳体不新鲜，为再沉积搬运的产物，相应层位中未见有孔虫。本文对渤海TJC-1孔上段51.50 m的晚更新世地层进行划分(图 2)，自下而上分别是MIS5浅海—滨海—陆相交替沉积、MIS4早期滨海相沉积、MIS4早期河流—河流充填相沉积、MIS3滨—浅海相沉积、LGM河流相—河流充填相沉积、全新世滨海—浅海相沉积。
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图 2 TJC-1孔孔上段(51.5m)综合柱状图 Fig. 2 Lithologic column and its sedimentary facies of upper borehole of TJC-1(51.5 m) |
MIS4早期滨海相沉积：沉积物为灰褐色、黄褐色中砂—细砂，微体古生物主要为底栖有孔虫，优势种以浅水种Textularia foliacea Heron-Allen et Earland与Ammonia compressiuscula(Brady)为主，27.04~ 27.06 m段的AMS14C年龄大于43500 a BP，显示该阶段对应MIS4海平面下降过程中的滨海相沉积。
MIS4晚期河流—河道充填相沉积：沉积物为黄棕色、灰褐色黏土，该段地层微体古生物化石极少，仅上部零星出现。结合测年数据，该段为MIS4期晚期海平面上升过程中的河流—河道充填相沉积，且与下伏地层存在明显的沉积间断。
MIS3早中期滨—浅海相沉积：沉积物为灰黑色黏土，除下部分布有透镜体状粉砂外，沉积物较为均一。微体古生物化石丰度与分异度较高，且自下而上有明显增加的趋势。底栖有孔虫优势种以冷水种Buccella frigida(Cushman)与Protelphidium turberculatum(d'Orbigny)、浅水种Elphidium advenum(Cushman)、Elphidium magellanicum(Heron-Allen et Earland)为主，上部层位冷水种丰度达到全孔最高。海相介形虫优势种以陆架浅水种Echinocythereis bradyformis Ishizaki、Bicornucythere bisanensis(Okubo)为主。该孔21.08~21.10 m、19.36~19.38 m、18.54~18.56 m、17.88~17.90 m段的AMS14C年龄分别为(34130 ± 240)a B.P.、(33050 ± 210)a B.P.，(36020 ± 280)a B.P.、(20730 ± 70)a B. P.，显示该阶段自下而上水深逐渐增加，对应MIS3早中期海平面逐渐升高过程中的浅海相沉积。
末次冰盛期—全新世之前的河流—河道充填相沉积：沉积物为灰褐色粉砂—细砂，夹7 cm厚的黑色泥炭层。该段地层零星出现底栖有孔虫以Textularia foliacea Heron- Allen et Earland、Ammonia compressiuscula(Brady)、Ammonia becarii(Linne)var.为主，介形虫以淡水种Ⅰlyocypris bradyi Sars最多。岩心的4.74 m、6.41 m、10.64 m和14.98 m处的OSL测年结果分别为(11.3±0.9)ka B.P.、(9.3±0.7)ka B.P.、(11.0±1.0)ka B.P.、(10.1±0.8)ka B.P.，15.58~15.60 m段的AMS14C年龄为(8630 ± 40)a B.P.，表明该阶段为末次冰盛期后的河流—河道充填沉积。
全新世早中期滨—浅海相沉积：沉积物由灰黑色粉砂质黏土逐渐过渡为黏土质粉砂。底部底栖有孔虫与介形虫的丰度及分异度较低。底栖有孔虫优势种主要包括浅水种Textularia foliacea Heron- Allen et Earland、Ammonia compressiuscula (Brady)、Elphidium advenum (Cushman)和冷水种Protelphidium turberculatum (d'Orbigny)，且自下而上冷水种逐渐增加，浅水种逐渐减少。测年数据表明该阶段对应全新世早中期海平面逐渐上升至最高海平面的滨—浅海相沉积。
4.2 黄海CSDP-1孔黄海CSDP-1孔岩心沉积物特征分析和测年结果对比分析，揭示出MIS5以来的沉积相及其地层框架(图 3)。
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图 3 黄海CSDP-1孔上段(50 m)综合柱状图(据Liu et al., 2016；梅西等，2019修改) Fig. 3 Lithologic column and its sedimentary facies of upper borehole of CSDP-1(50.0 m)(modified from Liu et al., 2016; Mei et al., 2019) |
单元6(33.90~48.99 m)，沉积物以粉砂为主，为浅海相沉积，沉积物中有冷水团指示种的底栖有孔虫和介形虫，本层位为MIS5.5高海平面发育的浅海相冷水团沉积。单元5(28.30~33.90 m)沉积物较单元6明显变粗，为MIS5.1~5.4发育的浅海陆架沉积。单元4(26.30~28.30 m)未见海相有孔虫化石，为MIS4发育的河漫滩河流相沉积。单元3(16.57~ 26.30 m)为MIS3期早期发育的浅海陆架沉积。单元2(3.40~16.57 m)为MIS3中晚期发育的三角洲前缘相沉积。单元1(0~3.40 m)为MIS1期发育的全新世浅海相沉积。
4.3 东海东海SFK-1孔岩心沉积物特征分析和测年结果对比分析，揭示出MIS5以来的沉积相及其地层框架(图 4)。由下而上，分别是MIS5中期浅海—前三角洲、潮流沙脊、MIS5晚期的滨海/河口潮坪沉积、MIS4潮坪—滨岸贝壳砂沉积、MIS3浅海沉积、MIS3晚期的近河口滨海沉积、LGM河流相—河口相沉积、MIS2晚期潮坪沉积和全新世潮流沉积。
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图 4 SFK-1孔综合柱状图(据Wang et al., 2019修改) Fig. 4 Lithologic column and its sedimentary facies of borehole SFK-1 (modified from Wang et al., 2019) |
MIS5.3~MIS5.2浅海—前三角洲相沉积(单元10)：该沉积由块状层理的灰色粉砂组成，浅海相与前三角洲相之间为渐变过渡，二者之间没有沉积间断。有孔虫组合特征为中陆架深水种Bolivina robusta和Globocassidulina subglobosa含量较高，但由下而上广盐性近岸浅水种Protelphidium tuberculatum、Ammonia beccarii vars.增多，暖水种Cibicides pseudoungerianus和Hyalinea balthica减少至缺失(Wang et al., 1985；汪品先等，1988；郑光膺，1989)，而凉水种增加，说明水深逐渐变浅，气温逐渐变凉，且生物潜穴出现并向上变强。测年数据显示，该沉积形成于100 ka B.P.前后的MIS5.3~MIS5.2相对高海平面下降时期。
MIS5.1早期海侵发育的潮流沉积(单元9)：该段沉积物突出的特征是砂含量较高，且偏度明显正偏，形成块状层理的砂质沉积，表明其形成于较强的水动力环境。有孔虫分析表明浅水种有孔虫含量大幅度降低，广盐浅水种Ammonia beccarii vars.几乎未见，但中陆架深水种Bolivina robusta含量也相对不高，因此其沉积应分布在30~50 m水深的较深部位。此外，凉水种有孔虫Protelphidium tuberculatum和Buccella frigida含量较高，或表明本组合偏离暖流，而致水温偏凉。因此该沉积组合形成在海平面上升时期强潮流影响的中陆架地区。根据OSL测年结果推断该沉积发生在80 ka B.P.左右的MIS5.1的相对海平面上升时期，气温相对较低。
MIS5晚期—MIS4早期海退滨海/河口潮坪沉积(单元7和单元8)：单元8沉积物整体呈现出由下部的灰黑色细砂向上部发育韵律性的泥沙互层，生物扰动程度由强变弱甚至消失，粒度呈正粒序变化，分选性向上变好。下段出现较多的Gavelinopsis prageri和Sigmoilopsis asperula等中外陆架深水种，且Ammonia beccarii vars.和Cribrononion incertum等浅水种含量的明显降低甚至缺失(汪品先等，1988)，说明其水深较上部明显增加，且有孔虫丰度向上呈显著降低趋势，浮游有孔虫减少，但其中小壳体浮游有孔虫含量却大幅度增加。有孔虫组合显示其沉积环境为水深向上降低的低温、低盐的滨岸浅水沉积，形成内陆架浅海—近滨潮坪沉积，水深变化为10~50 m。单元7与单元8沉积环境基本一致，但有孔虫丰度和浮游有孔虫比例有所增加，小壳体浮游有孔虫减少，深水种底栖有孔虫Bolivina robusta、Siphouvigerina proboscidea和Globocassidulina subglobosa显著增加，表明其水深有所波动(汪品先等，1988)；沉积物向上变粗，夹杂大量贝壳碎片，多生物活动遗迹，且偶见黄褐色泥砾，表明其沉积环境为近河口的潮坪沉积。综合测年数据及全球海平面MIS5a阶段的波动变化，判断其属于MIS5晚期—MIS4早期的海平面下降时期发育的内陆架浅海—滨海潮坪—河口潮坪沉积，气候开始由暖变冷，沉积时间为70~80 ka。
MIS4低海平面—晚期海平面上升时期的潮坪沉积—滨海贝壳砂沉积：在沉积单元6表现为由下而上的潮流沉积特征，大量的灰色—灰黑色的透镜状层理、压扁层理发育，生物扰动显著，分布大量的生物潜穴遗迹，顶部发育了黑色的贝壳砂。有孔虫组合表明典型的低温、低盐的浅水环境，水深低于20 m，有孔虫丰度的锐减、浮游有孔虫比例的降低以及大量的冷水种底栖有孔虫Protelphidium tuberculatum、Buccella frigida和Elphidium magellanicum出现(Wang et al., 1985；汪品先等，1988；郑光膺，1989)，指示了当时相对冷的气温和浅水环境。对比测年数据及其误差范围，推测其沉积时间介于55~68 ka。
MIS3浅海沉积(单元5)：均匀的灰黑色粉砂，块状层理，基本没有生物扰动，典型的中内陆架浅海有孔虫组合Bolivina robust，以及较多的暖水种有孔虫Cibicides pseudoungerianus和Hyalinea balthica (汪品先等，1988)，说明其气候温暖，气温相对较高。该沉积单元的底栖有孔虫AMS14C测年为(41 000±400)a B.P. (28.80 m)，表明其沉积时代应介于MIS3高海面的亚间冰期相对暖期。
MIS3晚期海退滨海沉积(单元4)：多平行层理，有透镜状层理，与上下地层侵蚀接触，沉积物由下而上呈正粒序分布。有孔虫组成显示海陆过渡沉积环境，广盐的近岸浅水种Ammonia beccarii vars.和中内陆架浅海种Bolivina robusta同时出现。测年显示该沉积形成于MIS3晚期30 ka B.P.左右。
末次冰盛期(LGM)河流—河口湾沉积(单元3)：由下而上的正粒序粒度组成，黄褐色—灰色砂质沉积物，整体分选性较好。浮游有孔虫和底栖有孔虫丰度均出现极值。其中，破碎幼体浮游有孔虫壳体和近岸广盐性底栖有孔虫的富集，表明其为强潮流控制下的感潮河段和河口沉积，且有大量冷水种有孔虫。测年数据分析该沉积形成于LGM时期。
MIS2晚期冰消期早期的潮坪沉积(单元2)：该段沉积特征是潮流影响显著的泥沙互层的潮坪沉积，压扁层理、透镜状层理及少量的平行层理。由于海侵过程中的海平面波动，而形成两个不同沉积亚层，与冰后期东海海平面上升中的两次缓慢上升阶段基本对应，之间的沉积间断对应快速融冰事件(Faribanks, 1989; Bard et al., 1990; Liu et al., 2004a; 李广雪，2005)。有孔虫分析表明，优势种为典型的近岸浅水种Ammonia beccarii vars.和凉水种Protelphidium tuberculatum组合，揭示出其广盐、较低水温的沉积环境，而随着凉水种含量向上减少，说明气温和海平面的逐渐上升(Chappell et al., 1996)。
全新世的潮流沉积(单元1)：该段有孔虫Bolivina robusta组合代表典型的中—外陆架浅海环境(Wang et al., 1985, 1988)，但单元1-1中细粒级代表悬浮组分的黏土和粉砂剧增表明其沉积动力环境与组合1-2截然不同，呈脉状分布在黑色的砂质沉积中；测年数据显示，该沉积发生在(7255±45)a B.P.以来，为高海平面之后的潮流沉积的变余沉积，是现代沉积(Liu et al., 2007)，与下覆地层有明显的侵蚀面；而单元1-2沉积物分选程度、磨圆度相对较好，底部出现的Ammonia beccarii vars.及Protelphidium tuberculatum 表明其广温、广盐性环境，为全新世早期冰消期海侵形成的潮流沙脊。由于海底多次波影响及相对较薄的沉积厚度，该沉积在浅地层剖面上较难识别，在研究区局部分布，呈明显的条带状分布(Liu et al., 2000; Berné et al.,2002; Yoo et al., 2002; Wu et al., 2010)。
4.4 南海南海STQ2孔岩心沉积物特征分析和测年结果对比分析，揭示出MIS6以来的沉积相及其地层框架(图 5)。由下而上，分别是MIS5浅海沉积、MIS4河流相、湖泊相和三角洲相沉积、MIS3滨岸沉积、LGM河流相—河口相沉积、MIS2晚期潮坪沉积和全新世潮流沉积。
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图 5 STQ2钻孔综合柱状图 Fig. 5 Lithologic column and its sedimentary facies of upper borehole STQ2 |
MIS5浅海沉积：STQ2沉积物为灰色、深灰色的黏土质粉砂，有孔虫和硅藻类化石普遍出现。沉积物孢粉中，松属花粉含量明显增加，草本植物花粉含量则明显下降，热带亚热带、温带乔木及热带山地罗汉松均略有增加。该段沉积物较厚，沉积物岩性相对均一，以灰色砂质粉砂为主。微体古生物组成中，普遍含有底栖有孔虫Ammoboculites formosensis和Cribrononion subincertum等以及浮游有孔虫Globigerinita glutinata和Sphaeroidinella dehiscens等，但是硅藻化石含量较少，在岩心的40.45 ~ 40.55 m段，沉积物的硅藻含量较其上下部明显增加，反映了相对高海平面沉积环境，指示海侵时期，记录了MIS5发生的多次海侵。
MIS4河流相、湖泊相和三角洲相沉积：沉积物以灰色和青灰色及灰黄色、灰褐色砂质粉砂为主，颜色比较杂乱，偶见薄层砾质沉积物和黑色炭屑。底栖有孔虫和硅藻几乎未见。
MIS3滨岸沉积：沉积物为粉砂、砂质粉砂，夹有多层含贝壳碎屑的细砂，该段17.50 m和18.40 m处获取的贝壳年龄分别为29120 a B. P.和37030 a B.P.，3个光释光测年结果均小于59 ka，特征种底栖有孔虫组合为Guttulina pacifica、Elphidium spp、Cassidulina carinata和Florilus scaphus，孢粉丰度低且多个层位未见，分异度低，以松属占绝对优势和铁杉属含量相对较高为特征，草本花粉基本未见。
MIS2滨岸—陆相沉积:沉积物以灰色粉砂为主，夹薄层和团块状砂质粉砂和泥，偶见砾质泥质砂团块，黏性较强，局部偶尔可见细小生物贝壳碎片，14.85~15.23 m段为灰黄色粉砂，为低海平面滨岸或者陆相沉积特征，与下层界线明显。孢粉组合以栎属和栲属含量相对较高为特征，其他类型木本花粉少见，草本花粉含量低。蕨类孢子以水龙骨科为主，鳞盖蕨属、凤尾蕨属常见。浮游有孔虫丰度相对较低，底栖有孔虫丰度向下明显降低。
全新世浅海沉积：该段沉积物是灰色粉砂质砂和砂质粉砂，偶见薄层粉砂，以粉砂质砂为主，弱黏性，局部可见细小生物贝壳碎片。9.78 m处沉积物AMS14C测年结果为10260 a B.P.，12.05 m处AMS 14C测年结果为12860 a B.P.，年龄数据表明沉积发生在全新世晚期。松属含量升高至50%以上，其他属种木本花粉少见，草本禾本科、苦苣苔科断续分布，含量低。底栖有孔虫的特征种包括Guttulina pacifica、Elphidium spp、Cassidulina carinata和Florilus scaphus等。
5 讨论选取渤海湾TJC-1孔、辽东湾YKC-2孔及渤海东部DLC70-1孔的沉积地层与浅地层剖面声学地层的对比分析，以及前人研究成果BH08等孔资料(图 6)；选取南黄海CSDP-1孔对比SYS-0702孔、QC2孔的综合地层对比(图 7)；选取东海SFK-1孔及周围钻孔EA01、EA05等综合地层对比，选取南海STQ1和STQ2孔等综合地层对比(图 8)，对中国海域陆架第四纪重点是晚更新世以来的地层格架及古环境进行了研究(表 1，图 9)。
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图 6 渤海典型钻孔晚第四纪地层对比(钻孔位置见图 1) Fig. 6 Late Quaternary stratigraphic correlation of the typical boreholes on Bohai Sea shelf (location in Fig. 1) |
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图 7 黄海陆架典型钻孔晚第四纪地层对比(钻孔位置见图 1) Fig. 7 Late Quaternary stratigraphic correlation of the typical boreholes on Yellow Sea shelf (location in Fig. 1) |
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图 8 南海陆架STQ1和STQ2孔和过孔地震剖面地层对比(测线位置见图 1) Fig. 8 Relation between the boreholes STQ1 and STQ2 and the cross seismic profile (line location in Fig. 1) |
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图 9 中国海域陆架晚第四纪地层分布(钻孔位置见图 1) Fig. 9 Late Quaternary stratigraphic correlation of the typical boreholes in the China's sea shelves (location in Fig. 1) |
渤海陆架的晚第四纪钻孔沉积特征、年代框架与高分辨率声学特征显示，MIS5以来该区发生了陆相到浅海相的剧烈变迁，不但与海平面变化密切相关，还受控于构造活动因素。同时，渤海海峡早全新世以来受到强潮流的侵蚀作用水深明显增加(Liu et al., 2009)，这一因素对渤海晚第四纪以来的沉积环境造成不可忽视的影响。
晚更新世以来，渤海及周边平原地区大部分地层形成于MIS5(渤海湾至东部可推迟至MIS4晚期)、MIS3、MIS1的3次高海面时期，对应3次明显的海侵事件，发育3期海相地层(图 6，图 9)(高茂生等，2018)，对应海侵体系域或高水位体系域的沉积。自辽东湾至渤海湾至渤海东部，3期海相地层的厚度明显增加、海相性增强(图 6)。3期海相地层之间广泛发育河流—河流充填相沉积，分别形成于MIS4与MIS2低海面时期，对应低水位体系域的沉积，与下伏地层之间发育明显沉积间断。周边钻孔中第2海相层(MIS3)未见沉积记录(阎玉忠等，2006；姚正权等，2006；肖国桥等，2008；Yao et al., 2014)，主要由于末次冰盛期的低海面时期，陆架裸露，河流下切作用造成在某些地区该海相层的缺失(图 6)。渤海MIS3海侵强度明显大于MIS5，主要由于MIS3庙岛群岛和渤海盆地的持续沉降所致，这一时期的构造活动性在浅地层剖面上有明显的显示(陈晓辉等，2020)。
北黄海中西部陆架采集的4916 km高分辨率浅地层剖面的声学记录与北黄海目前最深、取心最完整的DLC70-2孔沉积地层的对比分析，揭示了研究区晚第四纪(MIS6)以来的地层框架，该孔完整地记录了MIS1、MIS3和MIS5三期海侵(图 9)(陈晓辉等，2014)。南黄海CSDP-1孔的综合地层分析揭示出下部150 m属于陆相地层，海相地层都位于150 m上部，但MIS5以来的地层记录相对完整(陈晓辉等，2016)。
对比东海SFK-1孔沉积相和地震相地层划分(图 4)及全球海平面变化曲线(图 10)(Chappell et al., 1996)，东海外陆架自MIS5中期以来，随着海平面波动，形成了两期基本完整的海侵-海退层序地层，沉积过程基本连续，未见明显的地层缺失。
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图 10 MIS5以来全球海平面变化曲线(据Chappell et al., 2002修改) Fig. 10 Global sea level curve after MIS 5 (modified from Chappell et al., 2002) |
南海北部STQ1孔和STQ2孔及过孔单道地震剖面揭示出3期海侵地层，综合分析认为晚更新世气候较为温凉，内陆架以滨岸和陆相沉积环境为主，外陆架以滨岸和浅海沉积环境为主，经历了较为频繁的海侵和海退过程；全新世气候温暖湿润，区域海平面上升，发育浅海沉积(图 8)。此外，海南岛西部HDQ2孔的晚第四纪研究表明，晚更新世早期，海南岛西部古岸线由昌化江河口向南至乐东三亚之间迁移，MIS4古岸线加快向海迁移，侵蚀强烈，但由于海南岛陆源物质供应充足，形成较厚沉积层，但北部湾及海南岛西部大部分暴露成陆(陈泓君等，2017)。
综上所述，根据中国1:100万海洋区域地质调查实测数据，结合目前最新研究成果，中国陆架海域晚第四纪以来的沉积环境演化特征在不同时期的海平面波动(图 10)、陆源物质通量变化、地形和地貌以及新构造活动的背景下详述如下：
5.1 氧同位素5期(MIS5，74 ~128 ka)MIS5早期，海平面上升，海水由东海漫过宽广陆架，最终穿过渤海海峡侵入渤海，发生海侵，最大海侵范围可达渤海西岸的近岸平原，MIS6时期形成的陆相地层被充填埋藏，在黄海和东海形成以海相沉积为主地层，渤海形成以滨岸相与海相沉积交替的地层，该沉积在东海、黄海及渤海的钻孔中均有显示(图 9)。底栖有孔虫和海相介形虫在众多钻孔中普遍出现，而广盐性的近岸浅水种则降至很低水平，这一阶段基本对应晚第四纪以来全球海平面最高时期(图 10)。这一时期辽东湾地势明显高于渤海其他海区，造成辽东湾钻孔中MIS5期地层海相性较渤海其他海域明显偏弱(图 11)，而不同钻孔中这一时期地层顶界面埋深差异推断可能由新构造活动造成(图 12)。南海北部陆架总体处于浅海环境，发育多期海侵地层(图 8，图 9)。
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图 11 渤海西部TJC-1孔与过孔高分辨率浅地层剖面对比(测线B4位置见图 1) Fig. 11 Relation between the borehole TJC-1 and the high-resolution seismic profile (location in Fig. 1) |
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图 12 东海陆架典型钻孔晚第四纪地层对比(据Wang et al., 2014)(钻孔位置见图 1) Fig. 12 Late Quaternary stratigraphic correlation of the typical boreholes on the East China Sea shelf (modified from Wang et al., 2014) (location in Fig. 1) |
MIS5中晚期至MIS4早期，海平面开始逐渐下降，这期间海水仍可通过渤海海峡侵入渤海，形成的滨海相地层在渤海东部DLC70-1孔与渤海湾TJC-1孔沉积记录中得以保存(图 6，图 11)，大量的陆源碎屑物质在该区形成滨岸沉积(Liu et al., 2009；蓝先洪等，2015)。东海SFK-1孔揭示MIS5.3时期，水深大约为50 m(图 4)，之后海平面下降，在缓平的外陆架发育了浅海—前三角洲细粒沉积。在MIS5.2时期，东海依然形成浅海—前三角洲沉积。此后，在太平洋潮波系统作用下对前三角洲沉积进行冲刷，发育潮流沉积，在浅海—前三角洲和潮流沙脊沉积之间形成明显的侵蚀面。在MIS5.1达到高海平面之后发育海泛沉积(汪品先等，1988)。MIS5.1晚期，受潮流影响，在东海中外陆架地区发育滨海的潮坪沉积，形成海退时期高位体系域。这期间海平面波动较大，形成的滨海相地层在黄海大部分钻孔的沉积记录中得以保存。本阶段底栖有孔虫丰度和分异度变化，也反映了其沉积环境的不稳定性。
5.2 氧同位素4期(MIS4，60 ~74 ka)MIS4是末次冰期亚冰期，早期由于持续海退，东海发育潮流影响的近河口潮坪沉积，但水深较浅，生物扰动显著(图 4)。MIS4中后期，冰川发育，海水温度较低，持续时间较短，期间海平面迅速下降后上升，下降到现代海平面之下90 m后，在较短时间内上升至- 70 m(图 10)(Martinson et al., 1987)，在东海中外陆架附近形成了低海平面及快速海侵时期的潮坪和黑色贝壳砂沉积，该沉积在外陆架均有分布。由于渤海海峡屏障作用，阻碍了海水侵入渤海，陆架裸露，古河流盛行，对早期形成的地层存在明显的下切侵蚀作用，发育沉积间断。这一时期形成沉积间断面及MIS4晚期海平面上升形成的河口充填沉积，在渤海海域多钻孔中均有显示(图 6)，而在南黄海现今水深32~ 49 m陆架区侵蚀殆尽未有沉积记录(Liu et al., 2010)，在东海陆架同期的沉积地层相对连续，不存在沉积间断(Berné et al.,2002)。黄海地层该阶段以零星出现的底栖有孔虫以近岸冷水种和广盐性的滨岸种为主，一方面反映出进入末次冰期开始变冷的水体环境，另一方面也说明该阶段处于海陆过渡阶段，且以陆相沉积为主，偶见的短期海侵也以近岸冷水团为主，符合末次冰期的大背景。这一沉积单元在南黄海陆架区侵蚀殆尽(Liu et al., 2010)，但在东海陆架同期的沉积地层相对连续，不存在沉积间断(Berné et al.,2002)。该时期南海的内陆架、中陆架地区分别发育河流相、湖泊相、三角洲相沉积(图 5，图 8)。
5.3 氧同位素3期(MIS3, 24~ 60 ka)MIS3的海平面处在相对稳定期，水深变化在-60~ -90 m(图 10)(Chappell et al., 1996; Chappell, 2002; Siddall et al., 2008)，海平面缓慢下降，在东海陆架发育大面积的浅海—三角洲体系，浅部地震剖面上表现较强亚平行连续侧向前积分布、较高频率的振幅特征，几乎覆盖整个研究区(图 4)。海水再次通过渤海海峡侵入渤海，渤海发生第2次海侵，由于该时期新构造活动影响尤其庙岛群岛和渤海盆地的持续沉降，导致MIS3早期海侵规模明显大于MIS5，但受地形及后期低海面侵蚀因素的影响，造成这一地质时期的海相层在渤海及周边钻孔记录中未全保存(图 6，图 9)。
MIS3早期气候相对较为暖湿(甄治国等，2008；顾明光，2009)，沉积物中出现较多的暖水种有孔虫壳体，水深分布在50 m以深(图 10)，由于远离海岸，沉积速率较低。中期由于岁差周期导致出现在中低纬度夏季低太阳辐射所造成的末次冰期中期的冰阶(MIS3.2)(施雅风等，2002)，在40 ka B.P.左右海平面迅速下降，东海陆架大部分在短时间内裸露成陆(图 4，图 9)，陆架地层中形成沉积间断(Marsset et al., 1996；刘振夏等，1999；Liu et al., 2000; Lea et al., 2002)，该事件在黄、渤海地区均有发现(杨子赓等，1996; Marsset et al., 1996; Mei et al., 2019)。MIS3晚期海平面持续下降，气候发生快速振荡并极其不稳定，在多次千年尺度的Heinrich和D-O (Dansgaaid-Oeschger)事件作用下，波动频繁，全球温度明显低于末次间冰期(MIS5)和冰后期的全新世，但稍高于MIS4和末次冰盛期MIS2(Jouzel et al., 1987; Dansgaard et al., 1993;Grootes et al., 1993; 赵侃等，2008)，岸线后退，东海陆架上发育泥砂互层的滨海沉积，形成海陆过渡沉积。由于海平面下降及渤海海峡的阻隔，渤海地层出现沉积间断，地层发育存在三角洲相与海相交互相沉积(图 11)。而同期的三角洲沉积(厚度超过20 m)在南黄海西部(Liu et al., 2010)与东海(Berné et al.,2002)地层中均有发育。南海北部陆架区，大部分区域出露地表，外陆架呈现为滨海和内陆架沉积(韦成龙等，2015)。
需要注意的是，通常认为MIS3海平面呈现高频率、低幅度的波动，整体在现今海平面以下40~80 m之间变化(图 10)(Lambeck and Chappell, 2001; Siddall et al., 2008)。但是，在全球许多地区都发现了MIS3期的高海平面证据，如在北美洲(Rodriguez et al., 2000)、欧洲(Mauz and Hassler, 2000)、大洋洲(Cann et al., 1988; Cann et al., 2000)和东南亚地区(Hanebuth et al., 2006)都发现同时期海平面仅仅比现今海平面低15~20 m。中国东部陆架MIS3海平面变化研究也有不同认识，如Liu et al., (2010)对黄海地层对比研究认为，MIS3海平面变化在-35~-60 m波动，对南黄海西部的研究认为其海平面在-20~-50 m波动。黄河三角洲和长江三角洲地区的地层研究表明MIS3期时最高海平面可能高达-5~ -10 m (王靖泰和汪品先, 1980; Zhao et al., 2008)。这一阶段的黄海的水深可能与目前相当，在本阶段广泛发育了较好的海相沉积地层。目前，对该现象仍未有很好的解释，有部分学者认为是测年方法及测年材料的问题。
5.4 氧同位素2期(MIS2, 1.2~ 24 ka)末次冰盛期海平面大幅度下降(图 10)，这一低海面时期，渤海、黄海、东海和南海大部分陆架海域暴露地表，河道广泛发育，下切MIS3乃至MIS4甚至更老的地层，与下伏地层存在明显的沉积间断。这一时期的沉积在全球陆架区广泛分布，如美国东部陆架(Nordfjord et al., 2006)、南非东部陆架(Green, 2009)、黄东海陆架区(Satio et al., 1998; Berné et al.,2002; Liu et al., 2010; Yoo et al., 2016)，是标志性识别地层。与东海有着较好的地层保存记录不同，黄海大部分钻孔缺失了本阶段的沉积(图 7，图 9)。南海北部陆架广泛出露海面，形成广阔的滨海平原，台湾、海南岛以及其他岛屿相连成片，海岸线在大陆架和大陆坡的转折线附近。
由于东海陆架地形平缓，河流下切，在陆架上形成泛滥的河流、近岸河口及滨海沉积，而外陆架并未暴露成陆，而为水体覆盖(李绍全等，2002；余华等，2006)。虽然河流携带陆源泥沙入海，但是由于海岸线向海迁移较深，靠近冲绳海槽，接近开放大洋，河口及下游河道受到强潮流控制(Liu et al., 2007)，形成潮控河口和感潮河流，有证据显示其为古长江沉积(Wang et al., 2013；缪卫东等，2016)，这些沉积物以含有大量壳体严重破损的浮游有孔虫幼虫为特征(Wang et al., 1985; Zhao et al., 2008)。由于LGM气候干冷，河流入海携带陆源碎屑物质少，河流作用较弱(Winkler and Wang, 1993; Wellner and Bartek, 2003; Liu et al., 2007; Wang et al., 2019)。虽然部分浅地层剖面可以识别出多期的河道—河口沉积，且显示其随河流摆动而左右迁移形态(Yang, 1989; Saito et al., 1998; Chen et al., 2000; Liu et al., 2000; Berné et al.,2002; Li et al., 2002; Wellner and Wellner and Bartek, 2003)，但多数地区该地层厚度较薄，通常在浅部地震剖面上难以识别(Saito et al., 1998; Liu et al., 2000; Zhao et al., 2008)。
MIS2晚期冰消期，随着全球气温转暖，冰盖的消融，海平面上升(图 10)，岸线后退(Saito et al., 1998; Liu et al., 2000; Wellner and Bartek, 2003; Li et al., 2005)，在潮流作用下，对LGM时期的滨岸沉积物进行冲刷和充填(Berné，2002；杨文达，2002)，东海陆架广泛发育潮坪沉积，此时物源方向为由海及陆。海水经渤海海峡侵入渤海，冰后期海侵开始，早期发育盐沼或潮坪沉积(Liu et al., 2009; Wang et al., 2014)。但由于海平面波动，在海平面快速上升的融冰事件中(Faribanks, 1989; Bard et al., 1990; Liu et al., 2004)(图 12)，沉积环境变化较快，侵蚀作用主导，未形成沉积，发生沉积间断。在海平面缓慢上升期间，沉积环境稳定，在较强的潮流作用下(Uehara and Saito, 2003)，东海陆架持续形成潮流沉积(图 9，图 12)。渤海东部沉积形成渤海东部潮流沉积体系(刘振夏和夏东兴，2004)，同时在近岸河口如滦河口形成潮流沙脊(薛春汀, 2016)。同期的潮流沉积体系在北黄海(陈晓辉等，2014)、南黄海(Yang et al., 2001; Yoo et al., 2016)和东海(Liu et al., 1998; Berné et al.,2002)均有发育。
晚更新世晚期(MIS2)，距今24~12 ka(LGM)，气候寒冷，南海发生大规模、大幅度海退，海面一直下降到-165 m(图 10)。这是一次全球性大海退，中国陆架沉积均有记录，最低海平面均低至-150 m以下。
5.5 氧同位素1期(MIS1, 全新世，现在~12 ka)随着海平面的逐步上升，全新世早期东海海平面由-50 m左右上升，在7 ka B.P.达到最高海平面并相对稳定(图 10)(赵希涛等，1979; Chen et al., 1985; Saito et al., 1998)，外陆架地区在较强的太平洋潮波系统作用下，发育大范围的海侵潮流沙脊(刘振夏等，1999；杨子赓等，2001；Berné et al.,2002；刘振夏等，2007)(图 4)，而现代河流物质由于沿岸流影响主要沉积在河口以及浙闽沿岸地区(Liu et al., 2007; 石学法等，2010)。海水经黄海槽入侵到南黄海，全新世海侵开始，早期发育盐沼或潮坪相沉积(Liu et al., 2009)，随着海平面的逐步上升，沉积地层逐渐转换为陆架滨海相沉积。渤海沉积地层逐渐转换为陆架滨海相沉积(图 7，图 9)，对应第1海相层的下部。随着水深的增加与岸线的后退，渤海现代环流体系形成，形成以浅海相为主的地层，对应第1海相层的上部，沉积物主要来自现代黄河入海泥沙(Liu et al., 2004; 高茂生等，2010)。距今12 ka左右，南海古海岸线的位置约在-50 m水深处(刘以宣等，1993)。进入全新世，气候温暖，南海陆架出现了规模较大的海侵，较为广泛的海侵为距今7.5~5.0 ka，广东沿海普遍发生海进，珠江三角洲和韩江三角洲地区均有明显记录。在韩江三角洲，海侵范围迅速扩大，海水沿韩江上达潮州和沿榕江到达白塔，沿龙江至惠来，海水还到达陆丰、海丰等地区(韦成龙等，2015)。
但在最高海平面之后，东海外陆架潮流和海流作用依然较强，SFK- 1孔钻井取样期间ADCP(Acoustic Doppler Current Profiling，声学多普勒流速剖面仪)实测底层流速在潮流周期内最高可达0.13 cm/s(苏大鹏等，2008)，且该流速是在海况较好的钻探施工期间测量，前人在该区实测流速则可达到0.55 cm/s(Berné et al.,2002)，因此在大潮和强风浪海况下，外陆架潮流底流速可以达到60~70 cm/s(刘振夏等，2004)，进而对海侵期间形成的潮流沙脊进行冲刷改造，发育明显的侵蚀接触面；同时，大量现代海洋环流携带的陆源悬移质组分沉降，形成黏土和粉砂组分明显增多的潮流砂沉积，即准活动潮流沙脊(Liu et al., 2007)，在陆架上呈脊状分布(刘振夏等，2004)，也是东海外陆架高位体系域沉积特征之一。东海陆架全新世潮流沉积物上下分层的沉积特征，在南海南部深海沉积物中亦有发现(Chen et al., 2000)，指示了全新世早期和晚期沉积环境的差别及气候动荡。
6 结论由北及南，晚第四纪以来中国海域陆架均发生了3次明显的海侵。MIS5以来有3个完整的海相地层，其中渤海和东海MIS3和MIS1相对较薄，而黄海海相地层较厚。渤海和黄海末次冰期的地层保存较少(LGM大部分地层缺失)，东海外陆架末次冰期地层发育完整，较完整地记录10万年以来的沉积记录。南海晚更新世气候较为温凉，内陆架以滨岸和陆相沉积环境为主，外陆架以滨岸和浅海沉积环境为主，全新世气候温暖湿润，发育浅海沉积。
对比全球海平面变化，中国海陆架晚第四纪以来的沉积相分别是：MIS5的浅海—滨海海相沉积，水深变化介于现在海平面-60~20 m；MIS4陆相潟湖—河流—滨海河口相沉积，水深变化介于现在海平面-80~-60 m；MIS3浅海相—滨海潮坪沉积，水深变化介于现在海平面-110~-60 m；MIS2/LGM时期陆相—河流相沉积，水深变化介于现在海平面-120~-60 m；MIS1/全新世海侵潮流砂和浅海泥质沉积，水深变化介于现在海平面-60~10 m。中国各海域陆架沉积差异反映了不同构造背景下陆源碎屑物质在海平面波动、海洋环流变化下的沉积作用。冰期海平面显著下降，陆架暴露，发生河流侵蚀下切作用；间冰期海平面上升，陆源物质在陆架堆积；海平面变化导致海岸线和河口的进退，海洋环流控制陆架沉积物输运和沉积过程，形成特征的沉积地层和沉积体系。此外，新构造运动和区域沉降作用对地层的发育和保存具有一定的影响。
致谢: 感谢陈中原教授、
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