在长江三角洲地区的全新世海平面定量重建中, 需要识别全新世基底地层的盐沼和潮滩沉积微相, 才能较高精度地恢复古海面(Wang et al., 2013)。在晚第四纪沉积环境变化研究中, 如果能够进行沉积微相的识别, 也将大大提高研究的精度和深度。尽管前人已经在现代长江口和邻近海岸带潮滩沉积物和沉积构造方面做了很多工作, 提出潮滩沉积微相的层理变化规律(范代读和李从先, 2000; Li et al., 2000), 但是在全新世钻孔研究中, 仍然常常遇到微相识别的困难。比如, 难以根据沉积构造有效区分潮间带和潮下带, 难以将潮间带作进一步细分(Hori et al., 2001; Wang et al., 2010); 又比如, 有孔虫等微体化石保存率低、异地分子多、指示范围广等(汪品先等, 1988)。因此, 近期已尝试将环境磁学、元素地球化学等手段用于潮滩沉积微相的区分(高晓琴, 2013; 李琳, 2013)。由于潮滩各地貌单元植被和水动力分带明显, 各微相间岩性和沉积构造差异显著(范代读和李从先, 2000), 因此, 作者设想利用对现代潮滩沉积物粒度的精细研究, 提取沉积微相的敏感指标, 检查将粒度敏感指标用于长江口钻孔潮滩沉积微相识别的可行性。

前人已经对长江三角洲地区潮滩沉积物粒度进行不少研究, 揭示了沉积构造和粒度在潮滩的分带性。比如, 徐志明(1985)研究显示, 在滩面宽、坡度小、持续淤涨的崇明东滩, 高潮滩以粗粉砂与泥质粉砂厚层互层为主, 中潮滩以细砂质粉砂为主, 低潮滩以细砂与细砂质粉砂厚层互层为主; 自潮上带到潮下带, 粒度增大, 分选变好。范代读等(2005)研究杭州湾庵东浅滩潮坪层序平均粒径、各粒级体积分数和分选系数等显示, 层序剖面由下往上沉积物粒度变细, 黏土含量增大, 砂含量减小, 这些特征与此地表层沉积物由低潮线向高潮线的变化规律一致, 是水动力由海向岸逐渐衰减的反映。上述前人研究结果表明, 利用粒度指标协助沉积构造进行潮滩沉积微相识别是有可能实现的。

因此, 本研究将通过对长江口不同类型的现代潮滩进行沉积物粒度分布的精细研究, 包括特征粒级相对含量、粒径参数和粒度频率曲线特征峰, 总结其在潮滩沉积微相之间的差异, 并用一个全新世钻孔的潮滩沉积物进行检验, 从而为今后粒度指标在钻孔潮滩沉积相鉴定中的应用提供依据。

考虑到长江口淤泥质海岸的全新世地层下部为潮流作用主导的海侵层序, 上部为径流作用显著加强的海退层序(李从先, 1996), 因此选取杭州湾北岸奉贤(FX)和崇明岛北支北七滧(BQY)和北堡港(BBG)这些以潮流作用为主的潮滩, 和南支口门附近径流和波浪作用明显的团结沙(TJS)潮滩作为研究对象(图 1), 以与全新世地层进行类比。

图1

Fig.1

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	图1 全新世SL67孔和FX, BBG, BQY, TJS潮滩柱状样位置Fig.1 Locations of the Holocene Borehole SL67 and cores from FX, BBG, BQY, and TJS tidal flats

FX潮滩位于杭州湾北岸微向北凹的弧形海岸, 为开敞型潮滩, 中潮滩侵蚀严重, 因此建有坝田, 坝田内由陆向海依次为芦苇和米草, 坝田外是光滩。TJS潮滩位于崇明岛东滩潮沟— 白港以南, 也为开敞型潮滩, 中潮滩发生侵蚀, 高潮滩被坝田保护。坝田内植被为芦苇, 坝田外仅有少量斑块状藨草, 以光滩为主。BQY和BBG潮滩位于崇明岛北支中东段, 以涨潮流作用为主, 滩涂广阔, 滩面平缓, 植被茂盛, 自陆向海依次为芦苇、米草、斑状米草和藨草, 高、中、低潮滩均在淤涨(沈焕庭和潘定安, 1979; 许世远等, 1981, 1984)。

在上述各地的高潮滩和中潮滩使用荷兰Waterland公司生产的半圆凿钻手工钻取长度不超过5 m的柱状样, 共计6个(表 1)。

表1

Table1

表1(Table1)

表1 长江口现代潮滩柱状样及全新世SL67孔信息 Table1 Information of short cores from modern tidal flats at the Yangtze River mouth and Holocene Borehole SL67 采样点 钻孔 编号 钻孔位置 经度 纬度 柱长 /m 奉贤 FX-1 米草带 121° 44'46.35″E 30° 51'4.45″N 2 FX-2 芦苇带 121° 44'46.1″E 30° 51'07.8″N 2 团结沙 TJS-1 丁坝外光滩 121° 53'45.46″E 31° 26'53.96″N 1 TJS-2 近大堤芦苇带 121° 53'43.9″E 31° 27'0.05″N 2 北七滧 BQY-1 大堤内芦苇带 121° 48'42.89″E 31° 36'33.77″N 2.7 北堡港 BBG-1 米草带 121° 41'31.8″E 31° 38'41.6″N 4.6 杭嘉湖平原 SL67 湖沼平原 121° 06'22.6″E 31° 01'52.8″N 15

表1 长江口现代潮滩柱状样及全新世SL67孔信息 Table1 Information of short cores from modern tidal flats at the Yangtze River mouth and Holocene Borehole SL67

对所有柱状样以5 cm为单位不间断取样, 共获得样品244个进行粒度分析。再选取已经完成全孔沉积相分析的SL67孔进行粒度分析(图 1; 孔口黄海高程1.727 m)(Wang et al., 2013), 其中, 孔深0~13.4 m、14.4~15 m取样间隔为20 cm, 13.4~14.4 m取样间隔为5 cm, 共采集粒度样品84个。

使用美国Coulter公司生产的LS13320型激光粒度仪, 对所有样品进行粒度分析, 该仪器测试范围0.04~2000 μ m, 研究区所有样品粒级均在仪器测试范围之内。粒度分析样品预处理和数据处理按照以下步骤:

1)将低于40 ℃烘干的样品取1~2 g放于50 mL烧杯, 分别依次加入10 mL浓度10%的H₂O₂和10 mL浓度10%的HCl, 以去除样品中的有机质和钙质结核、贝壳碎屑等;

2)待试剂与样品充分反应1 h后将烧杯注满超纯水, 静置12 h后, 除去上覆清液, 加入10 mL浓度为5%的六偏磷酸钠, 置于超声波震荡仪震荡15 min, 使颗粒充分分散, 然后上机测试;

3)将测试结果经粒度仪自带分析软件进行分析, 得到所有样品的粒度频率曲线, 并计算出平均粒径、中值粒径、众数等各种粒度参数, 以及黏土(< 4 μ m)、黏性粉砂(cohesive silt; 4~8 μ m; Bartholody, 1985)、细粉砂(8~32 μ m)、粗粉砂(32~63 μ m)、砂(> 63 μ m)等粒级的体积百分比。

现代潮滩的研究结果显示, 开敞型和非开敞型潮滩沉积物粒度分布既有共同点, 也有差异性。总体来说, 两者高潮滩较为相似, 而中低潮滩表现出区别, 即开敞型中低潮滩分选作用强, 黏性颗粒少, 非开敞型的中低潮滩仍有较多黏性颗粒(表 2; 图3, 图4)。而高、中、低潮滩之间, 除了黏性颗粒、粗粉砂等敏感组分变化明显, 众数也是一个有用的指标(图 5, 图6)。

由于现代潮滩中, 只有高潮滩能达到黏土含量均值超过30%的水平(表 2), 因此可以判定SL67孔层Ⅰ — 层Ⅳ 以及层Ⅶ 属于高潮滩沉积。上述层位的黏性粉砂和粗粉砂的含量也与现代高潮滩相当, 而与现代中潮滩有较大差异(表 2, 表3)。层Ⅰ 和层Ⅲ 比层Ⅱ 和层Ⅳ 颗粒更细, 推测是受当时海平面波动控制导致的高潮滩演变有关。现代潮滩的结果显示, 位于高潮滩上部芦苇带的FX-2孔其高潮滩黏土含量平均值为34.4%, 而位于高潮滩下部米草带的FX-1孔其高潮滩黏土含量平均值仅28.9%(表 2)。由此可以推测全新世早期, 由于海平面快速上升, SL67孔所在地从高潮滩上部演变为高潮滩下部, 上覆植被退化, 沉积物变粗(层Ⅱ )。但随着8.2 cal ka BP海平面上升速率的减小(Wang et al., 2013), 潮滩加积, 重又演替为高潮滩上部, 上覆植被恢复, 沉积物变细(层Ⅲ )。到~8.0 cal ka BP, 长江三角洲开始在仪征一带发育(Song et al., 2013), 导致供应给长江三角洲南部平原的泥沙减少, 可以解释该孔的高潮滩再次发生退积事件(层Ⅳ )。上述高潮滩演替过程也可以从该孔TOC的含量变化得到证实, 即层Ⅱ 和Ⅳ 的TOC较小(图 7)。另外, 全新世基底古地形显示SL67孔位于一条东西向小型沟谷的上游(Wang et al., 2013), 因此在全新世早期海侵时受古地形屏障作用, 以涨潮流淤积为主, 这可能解释了该孔全新世早期的厚层高潮滩堆积。

层V的粒度组成既与现代开敞型中潮滩相似, 又与现代非开敞型低潮滩沉积相似(表 2, 表3)。但是该层的粒度频率曲线众数均不小于23.81 μ m, 而且最大值达到45.75 μ m, 更符合现代低潮滩沉积物特征(图 5)。层Ⅵ (孔深2.8~5.5 m)的粒度组成既与现代开敞型高潮滩(TJS-2)沉积接近, 也与现代非开敞型中潮滩相似(表 2, 表3), 但是其粒度频率曲线的峰态比较尖锐(图 8), 而且众数全部不小于19.76 μ m, 甚至有个别达到了41.68 μ m, 这样的特征与现代中潮滩相符、而与现代高潮滩不同(图 5), 因此可以判定SL67孔的层Ⅵ 属于中潮滩沉积。上述判断也与前期通过沉积构造、微体古生物化石等指标进行的判断相符(Wang et al., 2013)。

层V的AMS¹⁴C测年结果为7095~7370 cal a BP(图 7), 此时, 距SL67孔东约30 km处, 长江三角洲南部平原的第1列贝壳沙堤开始发育(Wang et al., 2012)。因此我们推测, 在古地形和贝壳沙堤的共同作用下, SL67孔在全新世中期发育非开敞型的海退潮滩层序。层Ⅳ 到层V的沉积相突变(即从高潮滩下部突变为低潮滩), 根据上下地层的测年结果, 可能反映大约7.5 cal ka BP前后的海平面再次加速上升事件(Bird et al., 2010; Wang et al., 2012)。

本研究显示, 潮滩沉积物的粒度组成、粒度频率曲线以及众数可以作为潮滩沉积相判断的有效手段。具体表现在:

1)黏性颗粒和粗粉砂的含量可以作为长江口高潮滩和中潮滩判别的敏感指标, 砂和细粉砂的含量则可以作为长江口开敞型中潮滩和低潮滩判别的敏感指标;

2)长江口现代高潮滩、中潮滩和低潮滩沉积物的粒度频率曲线众数值呈现有规律的分布, 根据其出现区间可以协助识别潮滩沉积相;

3)通过粒度敏感组分和众数值, 修正了SL67孔全新世早中期潮滩沉积相演替过程, 并揭示了7.5 cal ka BP前后的一次海平面加速上升事件。