江苏中部海岸晚第四纪沉积物来源及环境演化

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinlefeng1988
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在全球变化及人类活动影响加剧的背景下,增强对地球系统演化过程的研究对于重建区域环境历史以及理解全球变化的区域响应具有重要意义。同时,可为未来极端自然环境事件(如超强风暴潮)提供有用信息并提高预测能力。江苏中部海岸潮汐作用显著,沉积物供应丰富,沉积记录具有较好的连续性和较高的地层分辨率;本区是陆海相互作用活跃的地带,物质和能量交换强度大,沉积记录非常丰富,保存着晚第四纪以来海陆变迁、气候、环境和生态系统演化的重要信息。因此,晚第四纪以来沉积体系特征、形成过程及未来演化趋势的研究对于丰富和发展陆海相互作用理论具有重要的科学价值。此外,江苏中部海岸邻近陆域也是中国社会经济发展最为活跃的地带,受人类活动影响显著,其研究可对未来海洋资源开发和环境保护提供科学借鉴。本项研究期间,于2014年在江苏中部滨海平原采集了 3个钻孔(YC01,YC02和YC03),连同2011-2013年间采集的现代黄河、废黄河、长江和江苏岸外辐射沙脊沉积物共计65个样品,系统的进行了沉积物粒度、磁化率、分粒级磁学及地球化学元素等指标的分析,结合AMS 14C测年,研究了江苏中部海岸晚第四纪沉积物来源及其变化。在此基础上,结合临近区域钻孔,对晚第四纪以来江苏中部海岸沉积体系特征、形成过程及未来演化趋势进行了探讨。主要结果概括如下。1、钻孔的粒度、磁学和地化元素分析结果显示,本区晚第四纪沉积物粒度组成以粉砂(约55%)和砂(40%)为主,黏土含量较少(5%)。沉积物中磁性矿物以磁铁矿(亚铁磁性矿物)为主,晶粒类型以假单畴-多畴为主;此外,沉积物中磁性矿物含量整体较低,磁化率主要由亚铁磁性矿物贡献,顺磁性和抗磁性矿物对其贡献较小。泥质和砂质沉积物的常、微量元素组成类似,但含量差异显著,大部分常、微量元素在泥质沉积物中的含量高于其在砂质沉积物中的含量。根据钻孔的沉积学特征及年代框架,并与江苏海岸已有的钻孔对比,将钻孔沉积地层自下而上划分为3个沉积单元(DU),标记为DU3,DU2和DU1(DU1-3,DU1-2 和 DU1-1),其中,DU3 属于 40ka B.P.以前沉积,DU2 属于40-12.5 ka B.P.期间沉积,DU1属于全新世沉积(DU1-3属于全新世早期沉积,DU1-2和DU1-1属于全新世中期以来沉积)。2、江苏岸外的沉积受到海洋改造作用,成为有别于长江和黄河的独立“新”物源。为此建立了确定物源最佳示踪标记的方法,提出了现代黄河、长江和岸外物质的有效识别标准。现代黄河、长江与岸外物质全样沉积物的最佳示踪标记是平均粒径和磁化率;泥质和砂质沉积物的最佳磁学示踪标记分别是SIRM(饱和等温剩磁)vs SIRM/χ(饱和等温剩磁与磁化率比值)和SIRM vs HIRM-100(硬剩磁);泥质和砂质沉积物的最佳地球化学元素标记分别是Sr vs Zn和Nb vs Cu。3、根据“质量守恒原理”的混合模型,进行了江苏中部海岸晚第四纪(40 ka B.P.)以来黄河、长江和江苏岸外物质贡献的定量计算。结果表明,黄河与岸外物质对晚第四纪以来江苏中部滨海平原发育影响巨大,黄河的影响大于岸外物质。全新世之前(40-12.5 ka B.P.),黄河、长江和岸外物质的平均贡献率为64.7%,3.9%和31.3%;全新世早期(12.5-6 ka B.P.),三者的平均贡献率为53.4%,4.5%和42.2%;6-1.7 ka B.P.期间,三者的平均贡献率变为54.8%,3.4%和41.3%;1.7 ka B.P.以来,三者的平均贡献率为58.6%,5.0%和36.5%。由此可以看出,全新世(DU1-3~DU1-1)以来,黄河物质的影响逐渐增加,岸外物质的影响逐渐降低,但不可忽视。长江物质在40ka B.P.以来贡献率较小,平均为4.2%。4、在物源研究中,示踪标记参数有一定的空间不确定性,需进行评估。本研究中,以示踪标记的最大或最小值和平均值作为端元计算得出的物源贡献率的平均相对偏差较小,为15.2%。同时,两者计算得出的贡献率的垂向变化趋势基本一致。因此,采用示踪标记平均值来计算物源贡献率,其可信度较高。此外,钻孔年代框架的不确定性,可引起物源研究的时间不确定性。本文根据物源分析结果,同时结合区域其他钻孔,对物源研究的时间不确定性进行了初步探讨。结果表明,在本研究中,钻孔年代框架引起的时间不确定性较小,这提高了物源分析结果的可信度。5、根据沉积物粒度、分粒级磁学参数和地化元素的对比,现代黄河与废黄河沉积物性质存在较大差异,造成这种差异的原因主要有风化作用和淮河物质的影响。因此,在分析江苏中部海岸自1128年以来的沉积物物源时,应将废黄河作为一个独立物源,区别于现代黄河,从而使物源分析更加精确,这有助于历史时期黄河南下夺淮过程的研究。6、海岸沉积动力过程研究表明,江苏岸外辐射沙脊区具有潮流强、悬沙浓度高、再悬浮和悬沙输运过程活跃的特点。潮周期内沉积动力过程存在着显著的涨落潮不对称效应,净输入方向是由海向陆的,就平均状况而言,净悬沙输运率大致处于100 kgm-1 s-1量级。此外,前人数值模拟结果显示,江苏岸外海域的全新世古流场总体上与现今流场一致。以上结果证实,江苏岸外辐射沙脊具有向岸输送物质的水动力条件。7、海平面变化、古潮流场演化、物源、长江及黄河河口位置和沿岸环流系统的形成演化是控制江苏中部海岸晚第四纪沉积环境演化的关键因素。钻孔地层对比结果显示,江苏中部海岸晚第四纪(40 ka B.P.)以来沉积环境经历了从泛滥平原相—潮滩浅海相—潮滩相—海陆过渡相—陆相的演变过程。未来,引起江苏中部岸线变化的自然因素主要是沉积物来源和岸外水动力条件的变化。根据废黄河三角洲和辐射沙脊区的沉积物供应潜力和潮滩地貌特征,江苏中部海岸未来最多还能向海淤长约24 km,约在300年后淤长终止。但海面上升是一个不确定因素,如果海面加速上升,淤长潜力将有所降低。8、未来需进一步研究的科学问题有:(1)沉积物输运过程中的粒度分选和物质组分分选问题:针对粒度分选,解决的可能途径是划分粒度组分,对每一组分分别建立混合模型;对于物质组分分选,解决的可能途径是根据沉积动力过程的研究建立示踪标记经历输运过程前后的变换函数;(2)在沉积动力学和动力地貌学的基础上发展正演模拟技术,模拟沉积层序的形成,如极端事件的模拟。
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