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  中国地质 2022, Vol. 49 Issue (2): 655-666  
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引用本文
陈忠良, 张晋喆, 沈仕豪, 黄蒙, 徐锦龙, 葛海影, M. Jowitt Simon. 2022. 长江中下游水阳江流域BZK0402孔多重地层划分及其冰后期海平面变化的沉积响应[J]. 中国地质, 49(2): 655-666.  
Chen Zhongliang, Zhang Jinzhe, Shen Shihao, Huang Meng, Xu Jinglong, Ge Haiying, Simon M.Jowitt. 2022. Multi-stratigraphic study and response to sea-level fluctuations since the last deglaciation detected from BZK0402 core in the Shuiyang River basin, Yangtze River[J]. Geology in China, 49(2): 655-666. (in Chinese with English abstract).  

长江中下游水阳江流域BZK0402孔多重地层划分及其冰后期海平面变化的沉积响应
陈忠良1,2, 张晋喆1, 沈仕豪1, 黄蒙1, 徐锦龙1, 葛海影1, M. Jowitt Simon3    
1. 安徽省地质调查院,安徽 合肥 230001;
2. 合肥工业大学 资源与环境工程学院,安徽 合肥 230009;
3. 内华达大学拉斯维加斯分校地球科学学院,内华达州 拉斯维加斯 89154-4010
摘要[研究目的] 开展水阳江流域标准孔BZK0402孔多重地层划分,探讨长江支流水阳江流域冰后期海平面变化的沉积响应以及古丹阳湖的成因和形成时代。[研究方法] 以岩石地层为基础,在磁性地层和年代地层的双重约束下,对BZK0402孔进行多重地层划分。对比分析BZK0402孔和长江河谷、长江三角洲等邻区钻孔。[研究结果] BZK0402孔第四纪地层可划分为中—下更新统大桥镇组、全新统芜湖组。钻孔所属的长江三角洲西缘河湖环境沉积物对末次盛冰期以来海平面升降和气候变化存在沉积响应:末次盛冰期,长江中下游河流比降大,区内河流侵蚀作用强烈,沉积物以砂砾石层为主; 全新世早期,区内受冰后期海侵影响,沉积物粒度逐渐变细,沉积环境由河漫滩相向湖相过渡。植被覆盖类型以针叶林为主,林下蕨类植物生长茂盛。平原地区发育湖泊沼泽; 全新世中期,海侵逐渐至最大,区内发育湖相淤泥质黏土。森林面貌以针叶-落叶阔叶混交林为主; 全新世晚期至今,区内沉积物有扰动现象。[结论] 长江支流水阳江河谷中不仅是全新世沉积,还发育更新世沉积。水阳江流域内古丹阳湖形成于全新世早期,其形成与全新世海侵在时间上存在一致性。
关键词磁性地层    14C测年    光释光测年    古丹阳湖    全球气候变化    环境地质调查工程    长江    
中图分类号:P534.63            文献标志码:A             文章编号:1000-3657(2022)02-0655-12
Multi-stratigraphic study and response to sea-level fluctuations since the last deglaciation detected from BZK0402 core in the Shuiyang River basin, Yangtze River
CHEN Zhongliang1,2, ZHANG Jinzhe1, SHEN Shihao1, HUANG Meng1, XU Jinglong1, GE Haiying1, Simon M. Jowitt3    
1. Geological Survey of Anhui Province, Hefei 230001, Anhui, China;
2. School of Resources and Environment Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, Anhui, China;
3. Department of Geoscience, University of Nevada Las Vegas, Las Vegas 89154-4010, Nevada, USA
Abstract: This paper is the result of environmental geological survey engineering.
[Objective] To carry out multi-stratigraphic research on the borehole BZK0402 located in the Shuiyang River basin, and explore the sea-level fluctuations since the last deglaciation and the origin of the Paleo-Danyang Lake formation. [Methods] Based on the lithostratigraphical classification and the magnetostratigraphic and chronostratigraphical constraints, the multi-stratigraphic study on the BZK0402 core was carried out. Comparative analysis was also been made between the BZK0402 core and the cores which located in the Yangtze River valley and the Yangtze River delta. [Results] The analysis divided the BZK0402 core within Quarternary era into two units, namely the Middle-Upper Pelistocene Daqiaozhen Formation and the Holocene Wuhu Formation. The sediments through the western margin of the Yangtze River delta where the BZK0402 core lies in, also furthers our understanding of the general pattern of sea-level change since the Last Glacial Maximum (LGM), with these changes divided into four stages as follows: (1) The LGM was associated with a period of gravel and sand dominated deposition as a result of steep slopes and significant strong fluvial erosion within the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River. (2) The Early Holocene saw a decrease in the grainsize of the sediments being deposited, with sedimentary facies changing from fluvial to lacustrine environments as a result of post-glacial transgression. This period also saw the development of pteridophyte undergrowth-dominated coniferous forest vegetation along with lakes and bog and swamp areas. (3) The Middle Holocene transgressive maximum was associated with the deposition of lacustrine clays that contain coniferous broad-leaved mixed forest vegetation. (4) These sediments are overlain by disturbed Late Holocene to present sediments, with this disturbance caused by uncertain factors. [Conclusions] The sediments in the Shuiyang River, which is a tributary of Yangzte River, not only formed within Holecene, but also formed in Pleistocene. The Paleo-Danyang Lake located within the Shuiyang River Valley formed during the Early Holocene, and the period of the lake formation consistent with the Holocene transgression.
Key words: paleomagnetism    14C dating    luminescence dating    Paleo-Danyang Lake    global climate change    environmental geological survey engineering    Yangtze River    

1 引言

全球气候变化及局地的沉积响应一直是第四纪地质研究的热点问题之一(王中波等,2020; 赵勇等,2021)。长江中下游地区作为经济快速发展的地区,面临着诸多地质问题(Jiang et al., 2018; Wang et al., 2019a),其在第四纪时期对全球气候变化的局地沉积响应也吸引了众多研究者的目光,相关研究成果相继发表。其中,针对沉积序列(Wang et al., 2019b; Liu et al., 2019)、长江贯通时间(范代读和李从先,2007; 张信宝等,2018)、湖泊的成因与演化(杨达源等,2000; 张风菊等,2016)、长江古河谷发育状况(曹光杰,2006; 杨献忠等,2010)、人类活动的影响(薛滨等,2008; 姚书春和薛滨,2009)等科学问题都是学者们关注的热点问题,并在学术界存在一些争论。对于这些科学问题,第四纪松散沉积物的时代归属和地层划分是每个研究者需要首先面对的基础地质问题。

发源于青藏高原的长江流域自西向东贯穿中国腹地,长江中下游地区作为长江流域的主要沉积区,其沉积物忠实地记录了流域气候、河流及源区构造演化等信息。近年,长江中下游地区的长江三角洲已经在地层、沉积环境和河海相互作用研究方面取得了成果。但是同属长江中下游地区,处于长江三角洲西缘的水阳江流域的第四系沉积物的地层划分和气候变化研究还很薄弱。对于流域内古丹阳湖的成因,杨达源等(2000)认为构造沉降是长江中下游湖泊形成的主因。而长江顶托、河流迁移造成的地貌和自然地理横向分异等非构造因素也被认为与古丹阳湖的形成有关(李灼华,1989)。人类大规模的围湖垦殖活动被认为加速了古丹阳湖的消亡(戴锦芳和赵锐,1992; 庄华峰,2005)。人类活动对湖泊环境演化具有明显的影响。

笔者在水阳江流域宣城段以地质钻探方法为主,开展了较系统的第四纪地质调查。本文选取河湖环境下的BZK0402孔,以岩石地层为基础,在磁性地层和年代地层的双重约束下,对钻孔岩心进行第四纪多重地层划分。结合孢粉分析鉴定,并与长江河谷和长江三角洲等邻区开展对比,探讨长江支流水阳江流域冰后期海平面变化的沉积响应以及古丹阳湖的成因和形成时代。

2 区域地质背景与岩心特征 2.1 区域地质背景

BZK0402孔位于安徽省东南部宣城市宣州区境内。长江支流水阳江从南向北贯穿本区域。在大地构造位置上位于扬子陆块,属下扬子被动陆缘和江南隆起带的结合部位,如图 1a。NE向江南断裂带于北西段横穿本区。区内发育盆地构造(宣广盆地)和逆冲推覆构造。区内第四纪地层属于中南—东南地层区下扬子地层分区芜湖—安庆地层小区,可分为河湖环境、坡麓环境和洞穴环境。其中,河湖环境主要是长江支流——水阳江和青弋江冲积平原,地形平坦,以河湖相沉积为主。河湖环境下的第四纪地层一般在10~20 m。通过系统的浅钻揭露,具南向北逐渐加厚的趋势。

图 1 研究区及BZK0402孔位置图 F1—郯庐断裂带;F2—六安断裂;F3—江南断裂带 Fig. 1 Maps of the study area showing the topography and geology of the region F1-Tancheng-Lujiang Fault; F2-Luan Fault; F3-Jiangnan Fault

水阳江流域下游在全新世存在古丹阳湖,古丹阳湖的范围可从圩区湖相淤积物——青灰色淤泥质黏土的广泛分布得到证实(李灼华,1989)。图 1b为古丹阳湖的大致范围。据《三国志》卷64《濮阳兴传》记载,吴景帝永安三年(260年),丹阳都尉严密“建丹杨(阳)湖田,作浦里塘”。古丹阳湖区圈圩垦殖始于三国东吴时期。入宋以后,宣城当涂等地兴建大批圩田(庄华峰,2005)。《宋史》卷173《食货上一﹒农田》记载,宋绍兴二十三年(1153年),“宣州水泛滥至境,县诸圩尽没”。至今,古丹阳湖已萎缩成固城湖、石臼湖和南漪湖等现代湖泊。

2.2 BZK0402孔岩心特征

BZK0402孔位于宣城市东侧的水江阳东岸圩区内,距北东向的南漪湖约35 km(图 1b),坐标(30°59′29″N, 118°46′31″E,H:9 m),孔深13.2 m。钻孔钻至基岩风化层。基岩为始新统双塔寺组,岩性为砖红色泥岩。12.8 m以上均为第四纪地层。第四纪沉积物岩性为砂砾石、粉细砂、粉质黏土、黏土、淤泥质黏土等。自下而上分为:

(1)0.00~0.25 m,灰褐色耕填土,含植物根须,松散。

(2)0.25~1.05 m,灰色含铁锰结核黏土,可塑。结核含量约5%,分布较均匀。

(3)1.05~1.30 m,灰色黏土,可塑。

(4)1.30~1.50 m,灰黄色含铁锰结核黏土,硬塑。结核含量约3%,分布较均匀。

(5)1.50~1.70 m,浅灰褐色黏土,硬塑。偶含铁锰结核颗粒。

(6)1.70~2.00 m,灰黄色粉质黏土,可塑。

(7)2.00~2.10 m,灰黄色黏质粉砂,密实,稍湿。

(8)2.10~2.20 m,灰黄色细砂,中密,湿。

(9)2.20~5.00 m,灰黑色淤泥质黏土,流塑。

(10)5.00~5.45 m,褐色淤泥质黏土,流塑。

(11)5.45~6.50 m,灰褐色粉质黏土,可塑。

(12)6.50~7.05 m,灰褐色黏土,软塑。

(13)7.05~7.50 m,灰褐色粉质黏土,硬塑。

(14)7.50~12.80 m,灰色、灰黄色砂砾石层,松散,湿。砾石含量约50%,分选中。砾径大者约6cm,一般1.5~3 cm,呈次棱角状—次圆状。砾石成分主要为石英砂岩、硅质岩。

(15)12.80~13.20 m,强风化砖红色泥岩。

3 材料与方法 3.1 古地磁

本次针对BZK0402孔岩性进行连续定向取样。采样均在现场剖开岩心,采用2 cm×2 cm×2 cm塑料盒扣在半盒岩芯上按下取样。样品盒一侧用箭头标注顶、底方向。采样间隔20 cm左右。个别样品间隔在40~50 cm。共采集了古地磁样品40块。每个样品重量10 g左右。样品在中科院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室的无磁空间内开展测试工作。

测试选择全自动美国产2G-755R U-channel超导磁力仪系统(型号:Model 755R),对可能存在的次生剩磁采用交变退磁的方法作磁清洗。样品进行从10~70 mT交变磁场的逐步退磁,根据样品的退磁曲线分析,样品的退磁值多数选在20~50 mT,少数样品选在60~70 mT。采样Kirsvink主向量分析法对这40个实验结果进行逐个分析以得到磁倾角和倾角误差。在分析的过程中,参考对应岩芯的照片及其分样时的描述,对于被扰动的岩心,如果其倾角发生反转,则将认为是扰动所致,相应地舍弃这部分结果。所得结果中只有退磁曲线清晰且明显趋向原点并且最大角偏差(MAD)小于20°的数据才被利用。

3.2 光释光与AMS 14C测年

针对BZK0402孔砂砾石层以及砂砾层之上的灰黑色黏土、淤泥质黏土层,分别采用光释光(OSL)测年AMS 14C测年方法进行绝对年龄定年。测年结果可以对古地磁样品进行年代约束。

光释光测年样品直接取自岩心中。取样时用黑雨伞避光取样。样品在岩性相对均一的细粉砂中采样,并剥去暴露表面后再取样。样品用铝罐包装。BZK0402孔采集光释光样品1个,样品重约1000 g。样品送往南京蜫鹏地质技术服务有限公司完成测试。OSL测年对经过化学前处理提纯后的石英颗粒,采用单片再生剂量(SAR)测试程序,测试样品的等效剂量(De); 通过样品含水量测试以及U、Th、K含量分析测试,算出样品的年剂量(Dose rate); 根据样品所在高程、采样深度、位置(经度和纬度)、含水率以及样品环境剂量率等,按公式计算出样品OSL年代。OSL测年使用德国Lexsygresearch测年系统。样品环境剂量率有北京原子能研究院测试完成。主要测试年代范围为0.01~150 KaBP,精度误差为±10~15%。

AMS 14C测年样品同样直接取自岩心中并装入塑料袋中。BZK0402孔采集AMS 14C样品3个,每个样品重约500 g。样品送至中国科学院地球环境研究所西安加速器质谱中心完成年龄测试。实验室提供的惯用年龄据OxCal v4.4.2软件的IntCal13进一步校正为日历年龄。

3.3 孢粉分析鉴定

孢子花粉外壁由有机化合物和近似角质纤维素组成,300℃不分解,高压不变形,强酸强碱中不溶解,保存广,数量多。孢粉在一定程度上可以反映沉积时的古植被情况,包括种类、数量等。通过对孢粉的研究可以恢复古气候、古地理环境,在第四纪古气候研究中得到广泛应用(Xu et al., 2016)。

本次对钻孔岩心,按照岩性不同分别进行孢粉采样。孢粉分析样品用自封袋进行包装。其中,黏土、粉土采100 g; 砂、砂砾层采150 g; 泥炭采30 g。采样结束时,及时进行塑料袋封口,以免飞进现代花粉。取下一个样之前,应清理取样工具,防止上一个样品混入。根据岩心的岩性变化,BZK0402孔分别在1.75 m、3.40 m、6.30 m和11.20 m采集孢粉样品共4个。样品预处理、分析鉴定均在北京光释光实验室科技有限公司完成。样品的孢粉分析采用常规的实验室分析处理方法,孢粉的化学提取流程主要包括HCl去除钙质,氢氧化钾热水浴,过筛后用重液浮选法提取花粉,最后制成玻片,所有玻片在显微镜下经过观察和鉴定统计。

4 结果与分析 4.1 年代地层约束下的磁性地层

本次工作在BZK0402孔中根据分别根据岩性的差异,在6.8 m黏土、4.85 m淤泥质黏土和2.90 m淤泥质黏土中取AMS 14C样品。测年结果分别为(10925±40)a BP、(9420±35)a BP和(6770±30)a BP。对于实验室测得的AMS 14C年龄,本次校正采用的软件是牛津大学考古实验室的OxCal v4.4.2,以IntCal13为校正曲线。校正后的日历年龄数据见表 1。据此测年结果,可以初步判断6.8 m以上为全新世地层。

表 1 BZK0402孔AMS 14C年代序列及OxCal v4.4.2校正结果 Table 1 Results of the radiocarbon dating of the BZK0402 core

为判断钻孔下部岩石年代,在10.90 m砂砾石层取OSL样品,获得OSL年龄为(71.2±6.4)ka BP。测年结果表明钻孔下部为晚更新世地层。表 2为BZK0402孔OSL测试结果。

表 2 BZK0402孔OSL定年结果 Table 2 Results of the optically stimulated luminescence dating of the BZK0402 core

全新世与晚更新世的界限依据钻孔磁性地层划分。Morner and Lanser(1974)于20世纪70年代提出哥德堡极性漂移事件的存在,认为其持续时间和漂移形态并不确定:一种认为该漂移为1000~2000 a较长时间的稳定/不稳定反极性期,另一种认为是短期的(小于100 a)磁极性倒转和随后千年尺度的不稳定期。虽然此后很长时间内对于哥德堡事件的存在仍然有争议,笔者也专文对该事件是否具有区域上的可对比性以及其区域上记录地点、未记录地点和影响因素进行讨论(Chen et al., 2020)。本次参考马醒华等(1994)在邻区江苏固城湖的高分辨率磁性地层研究,以及长江三角洲(缪卫东等,2016)、东海(赵松龄和张宏才,1981; 葛淑兰等,2008)、黄海(刘建兴等,2012; Liu et al., 2014)已发表成果对该事件的认同,以哥德堡事件(Gothenburg geomagnetic excursion)的出现作为更新世的顶界,全新世与更新世的界限确定为10~12 ka BP。图 2为BZK0402孔的岩性剖面、古地磁曲线图及测年结果。全孔均处于布容正极性时,在6.5~7.2 m记录有极性漂移,根据AMS 14C测年结果的约束,应为哥德堡极性漂移事件。在0~2.2 m数据不稳定,如图 2b所示,可能由于沉积物松散或人为扰动等因素,作为扰动层处理(Chen et al., 2020)。

图 2 BZK0402孔岩性剖面、古地磁曲线图及测年结果 Fig. 2 Stratigraphic column for the BZK0402 core showing variations in lithologies, the magnetostratigraphy of the sediments, and the results of the radiocarbon dating undertaken during this study
4.2 多重地层划分

BZK0402孔沉积物以河湖相为主,岩性具二元结构,基岩埋深较浅,属第四纪浅覆盖区。本次以岩石地层为基础,在磁性地层和年代地层的双重约束下,对其所属河湖环境第四纪地层进行多重地层划分。参考于振江和彭玉怀(2008)对安徽省第四纪岩石地层的划分,共划分出中—上更新统大桥镇组(Qp2-3d)、全新统芜湖组(Qhw)。其中芜湖组根据沉积环境的不同,进一步细分为芜湖组下段(Qhw1)和芜湖组中段(Qhw2)。芜湖组上段现代河滩、河心滩沉积物在钻孔中未见。第四纪地层具体划分如下:

中—上更新统大桥镇组(Qp2-3d):12.8~7.5 m,依据10.90 m光释光测年结果(71.2±6.4)ka BP,该层底界年龄未到中更新世(更新世中期与晚期的界限为100~150 ka BP,古地磁出现布莱克事件(Blake)。邻区芜湖市大桥镇南芜湖师专院内大桥镇组建组剖面(孔口坐标X:3483200 m,Y:20634100 m,Z:27.15 m)通过孢粉研究,其形成时期的气候变化(冷—暖—冷—暖—冷)与淮北平原地层小区的茆塘组相似,将其底界年龄定为0.25 Ma左右,时代归属于中—晚更新世(于振江和彭玉怀,2008)。岩性主要为砂砾石层。砾石分选和磨圆度较好,砾石成分成熟度较高,多为石英砂岩、硅质岩。沉积环境为河流相的河床亚相。

全新统芜湖组(Qhw),底界以哥德堡极性漂移事件(10~12 ka)出现为界。6.8 m处AMS 14C测年结果为(10925 ± 40) a BP,校正日历年龄为12872~12703 cal.a BP。极性飘移事件与测年结果之间对应较好。根据岩性变化,可进一步细分为下、中两段。芜湖组下段(Qhw1),7.5~5.0 m,岩性主要为粉细砂、粉质黏土、淤泥质黏土。河流水动力条件明显减弱; 芜湖组中段(Qhw2),5.0~0.0 m,底界以灰蓝色淤泥质黏土出现为界,沉积环境由河流相转变为湖相,最后再次转变为河流相。

4.3 孢粉分析

BZK0402孔4个孢粉样品共统计陆生植物花粉1332粒,平均每个样品333粒,孢粉总浓度平均每个样品2418粒/g,共发现并鉴定了33个科属的植物花粉。其中包括10个科属属的木本植物花粉:松(Pinus)、铁杉(Tsuga)、杉科(Taxodiaceae)、榆(Ulmus)、胡桃(Juglans)、山毛榉(Fagus)、落叶栎(Deciduous Quercus)、常绿栎(Evergreen Quercus)、椴(Tilia)、枫香(Altingia); 10个科属的草本植物花粉:禾本科(Gramineae)、藜科(Chenopodiaceae)、菊科(Compositae)、蒲公英(Taraxacum)、毛茛科(Ranunculaceae)、蔷薇科(Rosaceae)、蓼科(Polygonaceae)、柳叶菜科(Onagreceae)、血水草(Eomecon)、莎草科(Cyperaceae); 12个科属的蕨类孢子:水蕨(Ceratopteris)、披针石松(L.fordii)、紫萁(Osmunda)、鳞盖蕨(Microlepria)、芒萁(Dicranopteris)、凤尾蕨(Pteris)、金毛狗(Cibotium)、膜蕨科(Hymenophyllaceae)、海金砂(Lygodium)、水龙骨科(Polypodiaceae)、单缝孢(Laevgatomonoleti)、蹄盖蕨科(Athyriaceae)和1个科属的藻类:环纹藻(Concentricystis)。

运用孢粉专业作图软件Tilia作出孢粉百分比含量图式(图 3)。每个地层层位均采集了1~2个孢粉样品,主要是辅助BZK0402孔的多重地层划分。根据有限的孢粉样品数据,可初步分析各地层所处时代可能的植被类型。

图 3 BZK0402孔主要孢粉百分比图 Fig. 3 Percentage of main pollen species in the BZK0402 core

中—晚更新统大桥镇组(Qp2-3d):本层岩性为砂砾石,在11.2 m处采集1个孢粉样品。可能由于砂砾石层水动力强的原因,样品鉴定结果未达到孢粉统计量(≥50粒),孢粉总浓度为1粒/g,孢粉组合中主要有松属和海金沙等。因孢粉太少,很难推断植被类型。

芜湖组下段(Qhw1):本层在6.3 m处采集1个孢粉样品。孢粉总浓度为71粒/g,孢粉组合中蕨类孢子(89.5%)占绝对优势,披针石松达87.1%,其次是零星的金毛狗(1.0%)、紫萁属(0.35%)、水龙骨科(0.35%)和蹄盖蕨科(0.35%)等; 藻类只有淡水环纹藻(5.9%); 木本植物花粉(2.4%)中有松属(1.75%)、落叶栎(0.37%)和常绿栎(0.35%)等; 草本植物(2.1%)中可见禾本科(1.4%)、藜科(0.7%)等。孢粉组合为披针石松-环纹藻-禾本科-松,发现淡水藻类环纹藻。本阶段森林面貌以针叶林为主, 林下蕨类植物生长茂盛,平原地区发育湖泊沼泽。区域上,南京秦淮河流域N06S6孔同时期的孢粉带(Ⅳ带)孢粉组合为松-冷杉-铁杉,同样指示该沉积时期的植被属针叶林(熊振等,2010)。

芜湖组中段(Qhw2):本层孢粉共采集了2个样品,分别位于1.75 m和3.4 m处。孢粉总浓度为4813粒/g,孢粉组合中草本植物花粉(31.46%~64.19%,平均47.83%)居多,其中以禾本科(42.65%)为主,其次是莎草科(3.56%)、蒲公英(0.57%)、毛茛科(0.37%)、蓼科(0.29%)、柳叶菜科(0.1%)和血水草(0.1%)等; 木本植物花粉(27.24%~62.55%,平均44.89%)中以针叶树种松属(35.42%)居多,落叶栎(5.16%)次之,还有少量的枫香属(1.88%)、常绿栎(0.94%)、榆属(0.37%)、胡桃(0.28%)、铁杉(0.28%)和杉科(0.28%)等; 藻类同样只含淡水环纹藻(1.6%)。本层孢粉含量显著增多,孢粉组合为禾本-松-栎-环纹藻,草本中禾本科含量最高,木本中以针叶成分占优势,阔叶树花粉含量大于常绿树花粉含量,发现淡水藻类环纹藻。孢粉数据反映本阶段森林面貌以针叶-落叶阔叶混交林为主,平原地区湖泊沼泽仍然存在。区域上,长江中下游的鄱阳湖ZK01孔孢粉记录同样指示同时期林下蕨类植物繁茂,山地以针叶-落叶阔叶混交林为主,建群种以栎和松为主,平原地区湖泊沼泽较发育(谢振东等,2006)。南京秦淮河流域N06S6孔同时期的孢粉组合为松-桦-蒿,指示该沉积时期的植被属以松为主的亚热带常绿针叶林间夹针阔叶混交林(熊振等,2010)。

5 讨论 5.1 新构造运动

新构造运动是区域BZK0402孔沉积物粒度具明显变粗的旋回,指示区域上在晚更新世—全新世之交未发生明显的构造抬升,但不能排除构造下降的可能,如珠江口盆地就曾整体沉降(马明等,2019)。影响钻孔沉积过程的区域性断裂为NE向江南断裂带(图 1a)。该断裂自赣北经七都、石台沿青弋江至泾县、宣城、郎溪入江苏南部,为中生代形成的张性断层。泾县赤滩至章家渡一段青弋江河道及沿岸发育楔入中山区的唯一一条狭窄的新近纪—第四纪河床相泥砂砾石层,表明该段在新生代有过活动。推测该断裂为早—中更新世断裂(王浩男等,2016)。

水阳江流域邻区新构造运动又是怎样的呢?邻区镇江地区通过地质地貌调查、遥感影像解译、地球物理勘查、钻探等手段,对区内断裂构造两侧开展第四纪地层的年代学研究,同样认为新构造活动时间在更新世,全新世活动较弱,并趋于稳定(宗开红等,2016)。水阳江流域北侧的长江谷地安庆—马鞍山段新构造研究显示控制新生代盆地发育且规模较大的断裂最新活动时代同为中更新世(宋方敏等,2008)。同属长江三角洲的苏州地区新构造运动控制了平原和山区的地貌演变。平原区为构造沉降带,新构造运动表现为持续缓慢下沉和局部相对上升; 丘陵和岛状山体属于构造上升区,相对缓慢持续抬升并具有震荡性特点。早更新世新构造活动规模小于中更新世和晚更新世。第四纪沉积总体表现为早期受构造演化控制,后期受海平面变化与气候演变制约(尹行,2013)。

综上所述,BZK0402孔所在的区域及邻区新构造活动时代为更新世。区域资料与BZK0402孔相互印证。基本可以认为BZK0402孔所在的区域,在晚更新世—全新世之交未发生明显的构造抬升,以稳定的河流相沉积为主。

5.2 地层对比与冰后期海侵

水阳江流域为长江中下游地区的长江支流,地处长江三角洲西缘。宣城地区的BZK0402孔(Z:9 m)和固城湖孔(Z:6 m)均位于水阳江流域,前者较后者位于上游,二者相距约33 km。岩性对比图上(图 4)可见二者在全新世早期均沉积淤泥质黏土,与前人所指古丹阳湖成湖时间基本一致,并指出泥沙淤积和长江水位顶托是成湖的有利因素(李灼华,1989)。泥沙淤积和长江水位顶托的起因主要存在新构造运动、海平面升降和气候变化。而前述新构造活动时代为更新世,BZK0402孔所在的全新世沉积对海平面升降和气候变化又是如何响应的呢?选择水阳江流域的BZK0402孔、固城湖孔(马醒华等,1994),秦淮河流域的N06S6孔(Z:8 m,孔深45 m; 熊振等,2010)与长江三角洲北翼镇江的B09孔(Z:3.3 m,孔深83 m; 杨献忠等,2010)进行地层对比(图 4),探讨末次盛冰期以来,海平面变化在长江中下游的沉积响应,进一步探讨全新世早期古丹阳湖的形成机制。表 3为被选钻孔的基本信息。由图 4可见,各孔顶层均不同程度发育填土、耕填土。其中,固城湖孔位置选在原湖(现为圩区)中心附近现为围垦的农田中。钻孔上部l.7 m左右为表层耕填土层(马醒华等,1994)。本文BZK0402孔同样位于围垦的农田中,上部0~2.2 m古地磁为扰动层,进一步验证了该层为耕填土。推测本层不同程度发育的铁锰结核与本层土壤化关系密切。

图 4 BZK0402孔与固城湖孔、秦淮河流域N06S6孔、镇江B09孔岩性和沉积环境对比 Fig. 4 Correlation diagram showing links between sediments within the Shuiyang River basin, Qinghuai River basin, and the Yangtze River with the data obtained from the BZK0402 (this study), Gucheng Lake and N06S6 cores within the Qinghuai River basin, and the B09 core in Zhenjiang
表 3 BZK0402孔与固城湖孔、N06S6孔、B09孔基本信息 Table 3 Essential information about the BZK0402 (this study), Gucheng Lake, N06S6, and B09 cores

长江中下游所在的中国东部末次盛冰期历时约7 ka(22~15 ka BP),大陆架有500~600 km露出水面,长江往东经东海陆架入东海或冲绳海槽。当时南京附近水面与海平面的高差约为80 m,则河流纵比降约为(0.727~0.615)m/10000 m,比现在长江南京以下段比降大得多(现在南京附近水面高程约为6 m,距长江口约400 km,比降为0.150 m/10000 m)。由于基面大幅度调整,比降大,河流动力作用强劲,引起强烈下切,形成长江古深槽。同样的古深槽也出现在青弋江河口、裕溪口(曹光杰等,2006)。

冰后期海平面上升引发的海侵造成古河谷的充填,在镇江段B09孔依次形成河床相、河漫滩相。在水阳江流域的BZK0402孔、固城湖孔和秦淮河流域的N06S6孔均依次出现河床相、漫滩相。14C测年时间均在10 ka BP左右,指示在晚更新世—全新世整个长江中下游均处于河流相沉积环境之中。

全新世早期9 ka BP左右,冰后期海侵到达镇江段。最大海侵发生在6.5~7.0 ka BP,镇江段三角洲开始发生进积作用,河口沙坝开始形成(杨献忠等,2010; 高茂生等,2018; Gao et al., 2019)。与此同时,在秦淮河流域发育天然堤沉积(熊振等,2010),指示高水位环境。作为水阳江流域的下游,秦淮河流域的高水位环境很可能是长江水位顶托的直接因素。在海侵引起的长江水位顶托作用下,水阳江流域河水难以快速通过长江排泄入海,出现湖相沉积。图 5为BZK0402孔中湖相沉积物的岩心照片。

图 5 BZK0402孔湖相沉积物岩心照片 Fig. 5 Lacustrine sediments found in the BZK0402 core
6 结论

(1)针对长江中下游地区水阳江流域实测标准孔BZK0402,以岩石地层为基础,在磁性地层和年代地层的双重约束下,对其所属河湖环境第四纪地层进行多重地层划分,共划分出中—上更新统大桥镇组、全新统芜湖组。地层划分进一步说明长江支流水阳江河谷之中不全是全新世沉积。

(2)长江中下游各地的钻孔对比说明,冰后期长江河谷及其支流未见沉积物粒度明显变粗的旋回,指示区域上在晚更新世—全新世之交未发生明显的构造抬升。结合长江河谷、邻区镇江和苏州地区新构造研究成果,基本可以认为研究区全新世以稳定的河流相沉积为主。

(3)全新世早期,海侵到达长江镇江段,对水阳江流域的沉积过程产生影响。海侵引起的长江水位顶托造成水阳江流域水流不畅,淤塞形成古丹阳湖。湖泊形成的全新世早期,新构造运动无明显表现。湖泊形成与冰后期的海侵在时间上存在一致性。

致谢: 感谢安徽省地质调查院彭玉怀正高级工程师在本文研究过程中的指导和黄俊高级工程师、岳运华高级工程师在野外采样过程中的大力帮助。感谢中国科学院西安加速器质谱中心杜花高级工程师在AMS 14C测量过程中的大力帮助。感谢中科院地球环境研究所强小科正高级工程师在古地磁样品测量过程中的指导。

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