根据5个钻孔的地层分析结果, 将全部钻孔沉积物划分为新近系(N)、下更新统(Q₁)、中更新统(Q₂)、上更新统(Q₃)和全新统(Q₄)共5段(图 3)。根据古地貌特征(图 2-A), 将SK10、SG10和SG7这3个孔作为古流域上游代表, 将SG6和P5孔作为古流域下游代表, 对早期地层进行上下流域对比。

新近系:沉积物主要为带有紫色、棕黄色、绿灰色以及浅灰色的硬黏土和砾质砂。砾石的直径变化于0.2~8.5cm, 另有风化岩石碎屑出现在地层下部。在硬土层的底部常见钙质胶结显著、甚至很硬的钙板, Fe、Mn的氧化物则出现在全部硬土层。此外, 对SG7孔的粒度分析表明沉积物的分选比较差。例如, 在256.9~257m的深度范围内, 各粒级都有分布, 砾石约占20%、另有约65%的沙及约15%的泥(图 4-A)。

下更新统:位于盆地上游的SK10、SG10和SG7孔早更新世沉积物主要是灰色、浅灰色以及黄灰色的砾质沙。砾石直径变化在0.2~3.5cm之间, 夹有钙质结核的数个蓝灰色、黄灰色相杂的硬土薄层, 将厚层砂砾分隔。粒度分析显示, 砂质沉积物在下部分选较差, 向上略微变好, 如SG7孔233.8~234.0m沉积物组成和新近系相似, 在各粒级都有分布, 优势粒级不明显, 砾石含量约20%、砂含量约50%, 泥占30%左右(图 4-B); 而孔深172.0~172.2m的沉积物明显以极粗沙和粗沙为优势粒级, 含量均超过20%, 细粉沙和黏土含量明显下降(图 4-C)。

盆地下游的P5和SG6孔早更新世沉积物则以厚层的黄灰色硬土为主, 夹有少量薄层沙和砾质沙(图 3)。硬土层中常夹杂淋滤结构和Fe、Mn氧化物, 局部有钙质结核或3~4cm厚的钙板。此外, 在SG6孔的底部砾质沙中还发现炭化木块。

中更新统:中更新世沉积物普遍变细, 沙砾层变薄(图 3)。主要为灰色、深灰色细沙、粉沙以及黏土质粉沙, 在沙泥互层中还可看到贝壳等生物碎屑。多数钻孔中1/3的暗绿色、蓝灰色硬土中发现钙质结核和Fe、Mn氧化物, SG6孔的硬土中偶见植物根茎和淋滤构造。

粒度分析显示, 极粗沙和砾石含量明显下降, 以粗沙和中沙为优势粒级(图 4-D, 4-E)。另外本段砾石含量由下向上明显减少。

上更新统:SK10、SG10和SG7孔以灰色、蓝灰色黏土质粉沙和粉沙沉积为主, P5和SG6孔则都以厚层河流相黄灰色砾质砂为主, 上覆灰色、黄灰色细沙、粉沙及黏土质粉沙(图 3), 砾石的直径主要集中在3~5mm之间。SG6孔发现1个大淡水蚌壳, SG7孔的泥质沉积物中多次出现丰富的贝壳碎屑。SG7孔粒度分析显示, 砂质沉积物以细沙为主, 含量达到50%左右(图 4-F, 4-G)。

全新统:所有钻孔都以灰色、深灰色泥质沉积物为主(图 3), 常见贝壳碎片, SK10和SG10孔的底部富含有机质及植物根茎。粒度分析显示, SG7孔全新世砂质沉积物由细沙和粗粉沙组成(图 4-H)。

5个钻孔的新近纪沉积物中都几乎没有提取到孢粉化石(图 3)。早更新世孢粉浓度呈现为低— 高— 低的分布特征, 与P5和SG6孔比较, SK10、SG10以及SG7孔中孢粉浓度更高。中更新世所有钻孔都出现了2~3个孢粉浓度峰值, 但是硬土和砂砾质沉积物中孢粉浓度明显较低。晚更新世SK10孔总体孢粉含量丰富, 仅在中部和顶部出现明显低值; SG10孔中部浓度最高, 顶部和底部均显著下降; SG7孔底部孢粉浓度较高, 至中部有所减少, 顶部几乎未提取到孢粉; P5和SG6孔下部砾质砂层和顶部黄棕色沙和粉沙中孢粉含量很低, 中上部粉沙层中孢粉含量较丰富。全新世各孔孢粉含量均丰富。

仍以SG7孔为例, 对晚新生代孢粉化石进行进一步属种分析(图 5)。该孔共鉴定出孢粉68个科属, 其中木本31个, 草本22个, 蕨类15个。自下而上可划分为10个孢粉带(带Ⅰ — Ⅹ ), 各带木本、草本、蕨类植物孢粉含量变化明显。孢粉浓度较丰富的为带Ⅲ 、Ⅴ 、Ⅶ 和Ⅹ , 时代上分别属于Q₁— Q₄, 含有常绿栎属(Quercus evergreen)、栗属(Castanea)和枫香属(Liquidambar)这些暖湿气候条件下的木本植物花粉。木本花粉含量在带Ⅲ 和带Ⅴ 下部最多, 达70%~95%, 至带Ⅴ 上部明显下降到52%~73%, 至带Ⅶ 和Ⅹ 进一步减少到13%~85%。蕨类孢子含量则呈现和木本花粉相反的分布趋势, 尤其是至带Ⅶ 以上, 属种和含量都明显增多。

图5

Fig.5

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	图5 长江三角洲南部平原SG7孔新近纪— 全新世孢粉图谱Fig.5 Fig5 Pollen spore spectrum from the Neogene to Holocene in Core SG7 in the southern Yangtze Delta Plain

各钻孔孢粉统计显示, 湿生、水生植物花粉在新近纪和早更新世都仅仅零星出现, 至中更新世略有增多, 而且分布上更连续, 自晚更新世以来含量显著增加, 各孔都普遍出现(图 6)。例如香蒲属、莎草科是沼泽湿地常见草本植物, 在各孔晚更新世— 全新世沉积物中的含量普遍表现为高值, 最高可接近50粒/g(图 6-A, 6-B)。眼子菜属是沉水植物, 研究区新近纪和早更新世沉积物中基本未见, 中更新世沉积物中零星出现, 到晚更新世— 全新世沉积物中则普遍出现(图 6-C)。

以SK10孔为例, 湿生、水生草本花粉在中更新世之前含量都很低且断续出现, 自晚更新世以来则基本连续出现, 含量显著增多(图 6-D-a); 而菊科表现为完全相反的分布特征, 在早更新世沉积物中浓度可超过65粒/g, 而晚更新世以来的沉积物中仅个别出现(图 6-D-b)。环纹藻是一种淡水湖沼和河漫滩沼泽中常见的藻类(王开发和韩信斌, 1983), 它在SK10孔的中更新世沉积物中开始零星出现, 晚更新世沉积物中则大量出现, 浓度可接近100粒/g(图 6-D-c)。

图6

Fig.6

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	图6 长江三角洲南部平原各孔中指示湿地环境的孢粉属种垂向分布（A— 香蒲属; B— 莎草科; C— 眼子菜属; D-a— 湿生、水生草本花粉; D-b— 菊科(指示高地); D-c— 环纹藻; E— 桫椤科）Fig.6 Vertical distribution of wetland-indicative species of pollen-spore in the southern Yangtze Delta Plain

桫椤生于高温湿润环境, 中生代曾广泛分布, 但进入第四纪冰期以来仅生活在热带山区的溪边、林下, 在长江下游以及华南沿海地区都有分布。研究区各孔晚新生代地层中也发现少量桫椤孢子化石, 其分布特征和湿生、水生草本花粉相似, 各孔新近纪和早更新世沉积物中未见(图 6-E), 中更新世沉积物中仅个别见于SK10和SG6孔, 晚更新世各孔都开始见到, 尤其以SG6孔较多, 全新世沉积物中进一步增多, 且仍以SG6孔最为多见。

新近纪沉积物中厚层深色、粗细混杂的砾质沙(砾石最大粒径达到8.5 cm)(图 4-A)显示了快速堆积的特征(战庆等, 2009), 反映源区物质到达研究区的流程短, 地形变化大。P5、SG6、SG7孔新近系的厚度均达到100多m(图 3), 与西部的SK10和SG10孔比较, 发现厚层的河床充填或洪积扇相沉积主要出现在东部、北部, 表明此时研究区西部古地势显著高于东部和北部, 高差达到了100~200 m。前人其他钻孔研究显示此时期西部一些区域缺失新近纪沉积, 反映其是以剥蚀为主的古高地环境(战庆等, 2009)。

早更新世初期研究区东— 西和南— 北的高差仅50m左右, 至末期高差进一步减小到20~30 m(图 3), 表明古地势高差显著减小。上游SG10、SK10孔继承了新近系的岩性特征, 仍为厚层的砾质砂, 而下游P5和SG6孔变为厚层的硬土, 此岩性变化表明厚层的河床充填或洪积扇相沉积向古流域上游迁移; SG7孔所在位置也仍然为厚层砂砾沉积反映它可能正好处于承上启下的中游位置; 而P5和SG6孔中仅出现很薄砂质地层, 反映沉积环境以河漫滩为主。此时SG7孔的沉积物仍然粗细混杂(图 4-B, 4-C), 反映洪积扇的快速堆积特征。古地势差异变小和沉积中心西移这种变化反映早更新世初期研究区西部发生显著构造沉降, 又加上进入第四纪后, 全球气候变冷, 侵蚀基准面大幅度下降, 河流发生溯源侵蚀, 致使研究区古地貌环境发生巨大变化。另外, SG7孔花粉丰富层段(带Ⅲ )的属种分布显示松属(Pinus)和栎属占绝对优势, 另外有较多枫香属, 而草本花粉和蕨类孢子浓度很低(图 5), SK10孔中菊科花粉含量丰富, 反映流域内此时仍以低山丘陵植被为主, 湖泊、沼泽等静水湿地面积较少, 河流作用主导此时的区域地貌环境变化。

中更新世, 研究区的古地势差距已经不显著, 也不再见到数十米厚的砂砾质沉积地层(图 3), 沉积物普遍变细, 分选变好(图 4-D), 反映了在构造环境较稳定的情况下, 研究区地貌准平原化, 以冲积平原为主。SG7孔孢粉带V中蕨类孢子的浓度较下伏地层明显增多(图 5), 各孔地层中水生、湿生植物花粉普遍出现(图 6), 也是研究区古海拔高度下降、静水水域面积扩大、成为冲积平原的有力证据。前人研究也显示, 此时海水已经较大范围地影响到研究区(Lin et al., 1989)。可见随着海拔高度的下降, 研究区中更新世已经成为滨海冲积平原。

晚更新世显著的变化是北部P5、SG6孔地层中出现较厚的河床相沉积(图 3)。但此时河床相沉积中的砾石明显变细, 反映沉积物搬运距离变大。前期研究显示, 这些河床相的沉积应是晚更新世间冰期和末次冰期时由于海平面下降、河流下切形成的(王张华等, 2008b; 张丹等, 2010)。根据P5、SG6孔所处位置分析, 这两孔所在地区很可能是古长江下切河谷。此时SG7孔砂质沉积物高度集中于细沙粒级(图 4-F, 4-G), 香蒲属花粉、蕨类孢子的绝对浓度显著增加(图 5), 其他钻孔中莎草科、香蒲属、眼子菜属等沼泽、湖泊植物花粉含量也显著增加(图 6), 反映晚更新世研究区湖沼湿地大面积增加。前期研究还显示, 晚更新世海水广泛影响研究区(王张华等, 2008b), 上述各现象说明此时研究区古海拔高度进一步降低, 三角洲南部平原区以滨海湿地环境为主。

全新世沉积物普遍变细, 水生、湿生植物孢粉化石丰富(图 5, 图6), 与其滨海或河口— 三角洲环境一致(严钦尚和许世远, 1987)。

上述沉积地貌环境的演变也隐含了研究区所属的流域盆地以及相应的沉积物来源变化等信息。新近纪— 早更新世, 研究区应属于区域性的小流域, 以河流环境为主, 沉积物输送通道的功能更强, 其沉积的物质多来自于邻近山地(王张华等, 2008a)。中更新世准平原化, 可能也意味着流域盆地扩大, 物质来源更丰富, 尤其桫椤孢子的出现(图 6-E), 更证实了外来物源进入研究区, 可能是长江上游来的物质到达研究区, 也可能是洋流和潮流作用所带来, 不管是那种来源, 都说明此时研究区已经属于一个更开放的流域盆地。晚更新世— 全新世沉积物颗粒更加细化, 反映了沉积物经过了远距离的搬运; 桫椤孢子普遍出现且浓度明显增大(图 6-E)也证明外来物源在研究区的沉积量进一步增加, 这与其古海拔高度显著下降吻合。

前人对长江三角洲南部平原基岩上覆沉积物进行了不少物源研究, 比如范代读等(2004)依据小于25 Ma的独居石颗粒出现的层位推断长江东西贯通的时间在早更新世早期, 大约为2.58Ma; 杨守业等(2007)通过微量元素、REE和Nd同位素等分析认为长江口地区上新统沉积物主要来自流域的中、下游地区, 以近源的、近酸性的物源为主, 而第四纪大量沉积物是由长江上游风化物质被输运而来; 贾军涛等(2010)根据碎屑锆石年龄谱和元素地球化学分析, 得出长江三角洲沉积物源在3.2Ma发生变化, 并由此认为长江贯通发生在上新世的中期。但是可以看到, 即使长江在早更新世甚至之前已经贯通, 长江三角洲南部平原由于其古海拔较高的地貌特征, 长江上游物质也不可能到达研究区。文中通过上述沉积地貌环境演变的研究认为, 在利用长江三角洲南部平原晚新生代沉积物进行长江物源研究时应该重视该区的古地貌环境、即沉积盆地自身的演变, 因此江汉盆地、苏北盆地、现代长江三角洲地区等多个长江物质堆积盆地物源变化的综合研究, 可能更有助于准确地揭示长江的演变和贯通时间。