山东莱州湾南岸晚上新世以来(6.8~0.004 Ma)古植被演替与海平面波动

【研究目的】海岸带沉积物中的微体古生物化石保存着丰富的地质环境信息,本文的目的是重建莱州湾南岸晚上新世以来的古植被演替与海平面波动关系。【研究方法】拟通过对HLL01钻孔的孢粉、淡水藻类、海相沟鞭藻、有孔虫内衬等微体古生物化石的分析,恢复和重建莱州湾南岸及其附近地区晚上新世以来的古植被演替与海平面波动。【研究结果】(1)在晚上新世—早更新世阶段(约6.8~1.6 Ma),大量的陆生草本花粉(75.13%)指示研究区的植物群落主要以藜科、蒿属及禾本科为主的草原植被,气候温暖偏干。(2)在早更新世—中更新世阶段(约1.6~0.6 Ma),研究区的植物群落开始由草原向森林草原类型过渡;急剧增加的淡水藻类,则指示研究区可能有大的河流注入,或形成较大规模的湖泊;降水量增加,气候变得湿润。(3)在中更新世—晚全新世阶段(约0.6~0.004Ma),研究区的植物群落已经变成森林草原植被。淡水藻类含量略有降低,指示研究区的河流注入量开始减少,湖泊面积也开始萎缩。同时,海相沟鞭藻和有孔虫内衬等海相化石记录,指示研究区在该阶段出现了较为明显的大规模海侵事件。【结论】莱州湾晚上新世以来发生了3次古植被演替与海平面波动事件。

渤海湾海面变化

【研究目的】海面上升,是渤海湾泥质海岸带地区全新世海陆变化最主要的影响因素。通过重建海面变化历史,有助于预测今后的变化趋势。【研究方法】全球基于实际调查的建模研究,恢复了过去数万年来较高分辨率的海面变化历史、分析了导致这种变化的各类分量的贡献。我们通过地区性相对海面变化研究,着重对地区性和区域性分量或做了定量评估、或进行了半定量推理分析,并做了具体的案例研究。【研究结果】这些研究表明,距今10~7 ka时全球海面平均上升速率是~9 mm/a,同期渤海湾西岸相对海面平均上升速率是~5.6 mm/a。这一较快的上升造成了包括渤海湾在内全球沿海平原海岸线后退(以及渤海海盆-渤海湾可能的数道沿岸堤被淹没)。但是,7 ka至今,全球与冰融水等效海面(ice-equivalent sea level,ESL)的平均上升速率降至~0.64 mm/a;5 ka以来,甚至不再上升。7 ka以来,渤海湾西岸相对上升速率是~0.46 mm/a;5.5 ka之后,进一步减弱到~0.18 mm/a。上述全球和渤海湾西岸海面变化,显示出明显的“二段式”上升特点。以~7 ka为转折点:之前与之后的上升速率相差一个数量级。对于渤海湾西岸而言,叠加在这个长达~7000年的明显减速但仍缓慢上升背景上的,是均衡掀升分量与下沉(新构造下沉+沉积自压实下沉)分量的相互抵消。于是,全球性海面的缓慢上升、区域性均衡调整造成的掀升与局地下沉,这三者的复杂博弈,形成了长达~7000年的、经常受高潮水影响的渤海湾西岸障壁岛型贝壳堤-潟湖盐沼洼地周期性交替的沿海地形地貌格局。1870 CE至今的150余年间,全球海面平均上升速率~1.7 mm/a,近10余年来更加速至3.7 mm/a,渤海湾同时期I堤海岸线向海侧的前凸岸段平均蚀退1~3 km。【结论】我们推断1870CE以来的全球气温上升-海面上升与渤海湾同时期海岸线蚀退可能具因果关系。21世纪全球变暖及因此引起海面~6~8 mm/a上升的预测,是1870 CE至今全球加速升温-海面加速上升的必然延续。从地质学角度,这将导致渤海湾今后的“可容空间”逐步增加,为海岸线-潮间带蚀退、盐沼湿地退化提供条件,从而将可能导致持续了~7000年的贝壳堤障壁岛-潟湖盐沼地貌过程的终止,转入与7 ka之前相似的海面上升加速时的沿岸堤-沿海低地模式。以上基于全球研究及渤海湾实际调查结果做出的推断,将对渤海湾泥质海岸带的中长期发展产生影响。

硅藻组合指示的渤海湾西北岸两个牡蛎礁体生长环境的差异

渤海湾西北部沿海平原分布众多牡蛎礁体,通过对岭头和大吴庄牡蛎礁体的详细研究,岭头埋藏牡蛎礁体及礁体上覆泥质沉积物剖面中共发现硅藻18属32种,自下而上划分了3个硅藻带(I—III),显示礁体在向上建礁至被掩埋的过程中受海水作用逐渐减弱。对相距约20km的大吴庄礁体硅藻结果(不含上覆泥层)的再研究,及与岭头硅藻结果(不含上覆泥层)的对比显示:大吴庄礁体硅藻种相对丰富,潮间带河口种和沿岸种含量多,说明礁体生长在潮间带或浅海区靠近河口的位置,建礁过程中受河流与海洋的双重影响,潮间带河口种C.stylorum和C.striata在礁体中垂向含量的波动变化,指示了建礁过程中河流影响强弱的变化。相反,岭头礁体硅藻种相对单一,浅海与浮游种含量大,生长位置可能远离河口或为逐渐封闭的泻湖或海湾环境,建礁过程中主要受海洋影响,浅海种P.sulcata和浮游种T.nitzschioides垂向含量的波动变化反映了礁体受海洋影响强弱的变化。

渤海湾表层沉积硅藻组合

分析了渤海湾潮间带4条长度为2～3 km的测线的14个站位的表层沉积硅藻,结合前人在浅海区（低潮线以下至水深约30 m处）15个站位的表层沉积硅藻资料,发现并统计了分属于21属的46种硅藻.应用对应分析方法,将渤海湾潮间带及浅海区表层沉积硅藻初步划分为3个组合.其中,组合Ⅰ为条纹-柱状小环藻-圆筛藻组合,分布在以泥质为主的潮间带区;组合Ⅱ为双眉藻-曲壳藻组合,分布在砂质为主的潮间带区;组合Ⅲ为条纹-柱状小环藻-菱形藻-圆筛藻-具槽直链藻组合,分布在浅海区.从潮间带向浅海区,随水深的增加,呈现出条纹-柱状小环藻数量减少、具槽直链藻数量增加的趋势.

渤海湾西岸CH114孔全新世沉积环境演化与海陆作用

对渤海湾西岸CH114孔岩心全新世沉积硅藻进行了系统研究，发现硅藻17属28种。与沉积岩石学、年代学（AMS 14C）研究相结合，将该孔自下而上划分为6个硅藻组合带，显示研究区全新世以来经历了从陆到海的演化过程：全新世初期为陆相（组合1带下部）至受海水影响的盐沼低地环境（组合1带上部）；6646~4280 cal BP年间为受风暴强力事件影响的浅海环境（组合2带）；4280年以来为水深不断变浅的浅海环境（组合3-6带）。CH114孔沉积速率的阶段性变化与河流供给有较好的对应关系：3.6~2.6 ka cal BP和0.4ka cal BP以来两个时段相对较高的沉积速率，分别与黄河三角洲超级叶瓣5的形成和海河独立入海相对应。由硅藻记录的海洋影响的波动变化与全新世气候变化对比显示：研究区海洋影响的增强与气候变暖具有一定的正相关性。CH114孔全新世以来陆海环境的演化，总体上是对气候与海面变化的响应。

渤海湾西岸西汉先民用海的新发现及对“西汉海侵”的启示

地质学(古环境重建与AMS14C测年)和考古学研究,发现了位于渤海湾西岸距现代岸线仅5km的大港穿港路采土场贝壳质河口沙坝海滩层上的、具海水捕捞特征的西汉先民短暂居停遗址,及其上覆的、持续约700~800年的1.6m厚海相层。这是渤海湾西岸迄今所发现的距现代海岸线最近的、被海相层覆盖的西汉先民用海遗址。全新世中期海退以来,渤海湾西岸至少有5道主要的贝壳堤——岭地古海岸线,它们的初始年龄分别是6.6~6.2ka cal BP、5.5 ka cal BP、3.3 ka cal BP、2.4~2 ka cal BP和0.9ka cal BP(即4650~4250 BC、3550 BC、1350 BC、450~50 BC和1050 AD)。每一道堤——岭岸线在其形成发育期,均构成当时的海、陆界线:界线向海一侧是古海区、向陆一侧是高水头海水影响的低地。上古林——齐家阜堤——岭岸线形成于战国——西汉时期,岸线后的大面积洼地直至东晋——北魏时期曾频繁地被高水头海水淹浸,穿港路西汉遗址则直接被海相层覆盖,二者共同为"西汉海侵说"提供了地质学证据。

渤海湾西北部CH19孔全新统硅藻组合、年代学与古环境

对渤海湾西北部浅海区CH19孔岩心全新世沉积硅藻进行了系统研究,发现硅藻17属36种。与沉积学、年代学（OSL和AMS14C）研究相结合,将该孔自下而上划分为Ⅰ—Ⅶ7个硅藻带,显示研究区全新世以来经历了从陆到海的演化过程：约11kacalBP时,进入全新世潮上带湖沼环境（硅藻Ⅰ带）;约10kacalBP时开始了潮间带（硅藻Ⅱ带）至浅海（Ⅲ—Ⅶ带）的长期海水影响。其中,约10-7kacalBP为潮间带环境;6.77-3.47kacalBP的中全新世硅藻Ⅲ带,是受到风暴事件影响的、1.7m厚的贝壳碎屑与泥砂混杂堆积层;硅藻Ⅳ带复归正常浅海环境;Ⅴ带再次动荡;Ⅵ带水体盐度略有降低;Ⅶ带则反映了渤海湾西北部浅海区现代硅藻组合的状况。

渤海湾中北部表层沉积硅藻分布及环境指示意义

发现渤海湾中北部表层沉积硅藻21属37种,确定了Cyclotella striata/stylorum,Paralia sulcata和Coscinodiscusperforatus等9个优势种的地理分布;进而根据聚类分析,将研究区表层沉积硅藻划分为6个组合区。讨论了控制它们分布的环境因素,发现盐度与深度是重要控制因素,沉积物底质类型亦对硅藻的分布有一定的影响。

AMS^(14)C测年揭示的渤海湾沿海低地第Ⅱ海相层年龄(Ⅱ)

在初步获得渤海湾海河南部沿海低地第Ⅱ海相层年龄大于43.5ka BP的基础上,在沧州北部和海河北部的沿海低地又利用6个新的机械钻孔岩心,建立了2条垂直于现代岸线的长剖面。根据沉积物岩性和有孔虫查明了第Ⅱ海侵层在剖面中的空间分布,并获得一组新的AMS^(14)C年龄数据。结果显示,在第Ⅱ海相层中新获得的9个AMS^(14)C年龄同样均大于43.5ka BP。至此,渤海湾3条垂直现代岸线剖面10个钻孔的第Ⅱ海相层的21个AMS^(14)C年龄均大于43.5ka BP,进一步证实了普遍发育于渤海湾沿海低地的第Ⅱ海相层形成于MIS 3阶段早期或MIS 5阶段,而不是前人认为的23~39ka BP。

渤海湾西岸南大港、北大港中晚全新世潟湖底板虚拟重建

约400km2的1∶5万白水头-歧口镇幅是渤海湾西岸南大港与北大港古湖的组成部分。以1∶5万白水头-歧口镇幅175个区域地质调查点的多维数据——点的坐标、点的地表与所揭露的湖底板的高程和区域性年代学框架——为基础,对南、北大港古湖其余约880km2未实测区域布设控制贝壳堤和湖底板高程的虚拟三维地质点275个(虚拟点的坐标、贝壳堤顶部与湖底板的高程)。应用C-Tech公司EVSPro软件的三维技术处理实测与虚拟的450个地质点,获得了约5000年以来、面积约1280km2的南、北大港古湖底板与贝壳堤的模拟形态。

渤海湾西岸全新世再搬运贝壳驻留时间效应初探

以渤海湾西岸大港区穿港路采土场内贝壳堆积层中的闭合贝壳、单瓣贝壳和贝壳碎屑为对象，开展全新世再搬运贝壳的驻留时间效应研究。通过对5个剖面（剖面2、4-7）、3个层位的15个贝壳测年样品（闭壳合、单瓣壳和贝壳碎屑）AMS^14C年龄对比，初步获得研究区单瓣贝壳（或腹足类）的驻留时间经验值为440a、贝壳碎屑的驻留时间经验值为650a。

渤海湾4.2ka事件初步研究

相距3-20km的岭头、罾口河、俵口和空港物流中心4 处埋藏牡蛎礁体的年代学研究证实,开始发育的时间不同,但同时在4.2-4.0kacalBP时结束建礁,即其灭亡与“4.2ka事件”在时间上重合.岭头、罾口河剖面〇稳定同位素和罾口河剖面孢粉数据进一步表明,4.5-4.3ka cal BP时研究区气候出现变冷变干的趋势,4.3-4.2ka cal BP逐渐好转,推测这一气候波动变化过程可能是对“4.2ka事件”的响应.

大凌河河口地区中更新世晚期以来沉积环境演化

大凌河河口地区LZK06孔40m以浅岩心的沉积学、古生物学和年代学等综合研究以及该地区LZK02-04钻孔资料,揭示了研究区中更新世晚期以来经历了两次海侵-海退旋回,依次形成了中更新世晚期湖相/河流相→晚更新世海相-湖相/河流相→全新世海相-河流相地层。全新世早中期由于物源供给很少,研究区处于长达约10ka的饥饿滞留相沉积环境,平均沉积速率仅约0.02~0.05cm/a。全新世晚期约1500a cal BP以来,由于人类活动导致水土流失,河流输砂量增加,研究区开始了快速加积过程,平均沉积速率约0.9~1.2cm/a,下辽河平原被快速充填,开始成陆。与全球海面变化时空分布特征的对比,推断辽东湾的第II海相层发育于MIS 5-MIS 3早期,第I海相层发育于MIS 1阶段高海面时期。晚更新世以来频繁的海面升降是辽东湾泥质海岸带地层和环境演化的主要控制因素。

渤海湾沧桑巨变:渤海湾1.1万年来的海陆演化过程

在简述渤海湾1.1万年以来海陆演化过程的基础上,本文重点介绍了作者及其团队在海面变化、岸线变迁和地质环境演化等方面的重要发现,为渤海湾地质环境演化趋势的预测提供了科学依据。

渤海湾西岸晚第四纪海相地层划分及地质意义

BT113孔和BT114孔是位于渤海湾西岸地区的2个80m全取心钻孔。通过对钻孔岩心的岩性、沉积构造及生物组合等特征分析,结合AMS14 C和OSL(光释光)测年结果,揭示中更新世晚期以来本地区主要发育3个海相地层:自下而上为中更新统上部的第三海相地层(简称'海三')、上更新统的第二海相地层(简称'海二')和全新统的第一海相地层(简称'海一'),指示中更新世晚期以来研究区发生的3次主要海面波动。与全球海面变化曲线对比,海三,海二和海一分别发育于MIS(深海氧同位素阶段)7、MIS5和MIS1的高海面时期,说明渤海湾西岸中更新晚期以来地层记录的海面变化趋势与全球变化一致。与前人的传统认识不同,认为受全球海面及渤海海峡地貌共同影响,MIS3时期研究区并未发生大范围海侵。通过多个钻孔的对比分析,3个海相地层在渤海湾西岸地区的分布较广,具有良好的可对比性,不同钻孔之间同一海相地层的高程和厚度的较大差异指示本地区在晚更新世期间发生较强的差异性沉降活动。

渤海湾西部现代有孔虫群垂直分带的特征及其对全新世海面、地质环境变化的指示

对渤海湾西部潮间带和浅海区106个表层底质样品的活体与死有孔虫进行分析,筛选出8个优势种。利用死体有孔虫研究了优势种随水深(高程)变化的垂直分布特征,讨论了不同属种、不同有孔虫垂直组合带与地质环境、海面的定量关系。结果表明,有孔虫属种和组合的指示范围决定其作为地质环境及海面变化指标的灵敏性和精度。确立了研究区有孔虫海相性评价指数及与水深(高程)的相关性。根据对研究结果的实例应用的分析,恢复了研究区一个局部地点的相对海面变化曲线,为全新世地质环境和海面变化研究提供了一个新的尝试案例。

渤海湾全新世贝壳堤与牡蛎礁:古气候与海面变化

讨论了早全新世晚期以来渤海湾西岸贝壳堤平原成堤、西北岸牡蛎礁平原(及毗邻浅海区)建礁过程的同时性特征和气候变化与这一特征之间的关系,以及堤、礁记录的相对海面变化。堤、礁大致同时发育,可分为6期,依次分别被寒冷事件5、4、3、2和1分隔。堤底板前、后缘高差大致对应3m的大潮差、礁顶板大致对应海平面。据二者分别重建了南部贝壳堤平原、北部牡蛎礁平原的相对海面变化:南部自7ka cal BP以来基本与现代海平面等高,小的波动在±1m之间,压实固结作用抵消了中全新世的相对高海面;北部中全新世的相对海平面位置因新构造和固结压实双重下沉作用的影响,已位于现代海平面2～3m以下。

渤海湾西部表层沉积物粒度特征与沉积混合

根据渤海湾西部135个表层沉积物样品的粒度分析结果,分析了表层沉积物的粒度特征与规律。整体上由研究区东北部沿海岸向南沉积物粒度变细,由砂和粉砂质砂变为砂质粉砂,再变为粘土质粉砂。沉积物粒度频率曲线显示,由研究区东北部至北部,沉积物粗组分含量减少,由单峰逐渐过渡为主峰或弱峰,到中部粗组分减少为粗尾形态,到南部粗组分几乎缺失;而沉积物细组分的变化趋势则与之相反。沉积物粗组分在粒度频率曲线上的表现由单峰逐渐过渡至主峰或次峰,粗峰含量减少,到中部粗组分减少为粗尾形态,到南部粗组分几乎消失;而沉积物细组分的变化趋势则与之相反。沉积物粒度参数的平面分布规律和粒度参数之间的相关性变化形态显示出粗细2种母质组分以不同比例的沉积混合的特征,即来自东北部的粗组分与来自南部的细组分发生混合,这可能主要与区内双向的沿岸环流输运有关。

渤海湾西岸BT113孔35ka以来的沉积环境演化与海陆作用

根据渤海湾西岸有孔虫和介形虫与年代学(AMS14C和OSL测年)研究,将该段岩心自下而上划分为6个沉积单元(U1—U6),它们依次形成于晚更新世的河流及全新世的潮滩、浅海、前三角洲、三角洲前缘和三角洲平原沉积环境,结束于约35 ka的U1单元的陆相环境,证实晚更新世低海面时渤海湾西岸未受海水影响。U1和U2单元之间,存在历时约27 ka的沉积间断(35～8.5 ka cal BP),研究区因此缺失早全新世沉积。U2单元的潮滩环境指示全新世海侵于8.5 ka cal BP到达渤海湾西岸,当时相对海平面为-16.7 m。U3单元为浅海环境,约6 ka cal BP时相对海平面上升到-6.8～-1.8 m。8.5～6 ka cal BP期间的海面上升速率是0.4～0.6 cm/a,可能与MWP1C事件有关。U4—U5单元,转为三角洲环境,沉积速率增大,反映自3.7 ka cal BP河流输入影响加强,约1.3 ka cal BP时成陆,形成U6单元。晚更新世35 ka以来的陆海环境演化,总体上是对气候变化控制下的海面变化的响应。

渤海湾西侧泥质海岸带全新世岸线的变化与海洋的影响(英文)

以渤海湾泥质海岸带为例,从形态和地层证据2个方面总结了全新世岸线变化与海洋作用对该地区海岸带发育的影响。中全新世以来千年级别的岸线变迁至少以6次停顿(形成贝壳堤和泥质岭地)和岸进的交替为特征。过去130年间10年级别的岸线变化分为4个阶段,显示了"小冰期"结束后随气温上升而发生的岸线自然蚀退是如何逐渐被人类活动(特别是2000年以来的围海造陆)所取代的。全新世海相沉积中发现的9个峰值期和晚全新世的7次风暴驱动事件,表明了研究区泥质海岸带增强的海洋影响。这些结果提供了一条经由地质背景认识现代泥质海岸带过程的途径。