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中国近海第四纪地质

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20世纪中国近海第四纪地质最有成就的领域是第四纪地层学、沉积学和第四纪环境演变。中国近海第四纪地层研究始于20世纪80年代,首先是关于第四纪下限的确定。1981年汪品先等对南海北部石油钻井进行古生物学研究,按照1969年W.H. 布洛 (Blow) 的浮游有孔虫化石分带划分出N22带作为第四系,其主要生物事件标志是以截锥圆幅虫(Globorotalia truncatulinoides)的初现位为第四系下限。1983年地质矿产部上海海洋综合研究大队按此标志将东海龙井一井深度411m以上的沉积层称为第四系 “东海群”,这是中国近海建立的第一个第四纪地层单元。1987~1989年相继在莺歌海、西沙群岛的钻孔中发现截锥圆幅虫的初现位。1981年黄敦友在台湾西部平原石油钻井中确定以截锥圆幅虫初现位为标志的N22/N21带界限在古地磁奥都维(Olduvai)极性亚时底界之下。这是在中国近海及相邻陆地上众多的发现中惟一获得时间标定的钻孔。由此确定中国近海第四系下限是古地磁奥都维亚时底界,距今约190万年。它可与大西洋及西太平洋,东北亚和东南亚进行广泛的对比,成功地运用于国际地质对比计划 (IGCP)项目中。建立完整的中国近海第四系层序的努力自80年代开始。1980年中国科学院海洋研究所在渤海中部水深27m处利用钻井平台打了一个240.5m的浅钻,虽然至今仍然是研究近海第四纪地层最深的全取芯钻孔,然而由于渤海第四纪沉积速率较高,只揭露了中更新世晚期以来的地层。尔后,中国科学院海洋研究所、地质矿产部上海海洋地质调查局和广州海洋地质调查局分别在长江口区、东海、南海打了一些浅钻、揭露地层的最早年代是距今100万年,1983年地质矿产部设立了 《中国浅海及相邻陆区第四纪层型地层对比》项目,由地质矿产部海洋地质研究所承担。1983~1984年在南黄海中部打了3个钻孔。其中QC2孔获得了突破性进展。QC2孔位于南黄海中部49.05m水深处。孔深108.83m。它较完整地保存了170万年以来的地层,接近第四系底界,是当时研究中国近海第四系最佳岩芯。杨子赓等以海侵一海退事件为基础建立了包含8个海侵层 (HⅠ—H Ⅷ) 和7个陆相夹层 (CⅠ~CⅦ) 的海侵—气候地层序列和岩石地层单元。同时建立了以放射性年代为基础的完整的地层年代序列,磁性地层序列,生物地层序列和氧同位素地层序列。这个地层序列在西太平边缘有广泛的可比性。其中晚更新世以来的海侵事件可进行全球对比。因此可作为中国陆架海第四系层型。在中国边缘半深海的南海北部陆坡和冲绳海槽,分别由汪品先等(1986) 和苍树溪等 (1988) 建立了15万年以来分辨率较高的氧同位素地层系统。它相当于一个放大了的深海氧同位素地层系统,并包含了一条重要的生物地层界线,即粉红色红拟抱球虫(Globigrinoides ruber pink)的绝灭位。它发生于氧同位素5e亚期,大约距今12万年。是我国边缘海氧同位素地层时标的可靠定位标志。

对中国陆架沉积物的研究源于大规模的海洋地质调查。1932年F.P. 谢帕德 (Shepard)编绘了中国海沉积物略图,这是最早的对中国陆架沉积物分布的系统表述。陆架区第四纪沉积物包含陆架砂、陆架泥和三角洲沉积等。1961年H. 尼诺 (Niino) 和K.O.埃默里(Emery)将中国陆架沉积物分为6个类型,首次在中国近海沉积物中引入了 “残留沉积” 的概念。这是指分布在外陆架的大面积砂质沉积与目前所处的环境不相适应,是晚更新世末冰期海退时形成的海滩砂。1963年秦蕴珊编制的《中国海陆棚沉积类型分布图》,将陆架沉积分为2个不同时期的2种成因类型。其一是占东海陆架面积2/3,南海陆架面积1/2以上的外陆架砂质沉积物称为粗粒残留沉积物,是更新世冰期低海面时的滨海沉积残留于海底; 其二是现代细粒碎屑沉积。这一概念不断被充实、修正至今仍被中外学者所引用。1985年沈华梯根据东海陆架柱状岩芯的沉积物和14C年代研究将残留沉积划分为上下两层,下层是海退残留沉积,其年代大于1.5万年,从近岸向外海年代逐渐变新; 上层是海进改造沉积(又称“海进砂”),其年代小于1.5万年从外海向近岸逐渐变新。“海进砂”是冰消期与全新世海进穿时性的边界层。1987年朱永其从地貌上发现东海-50m水深分布着梳状潮流沙脊,它的展布方向与现代潮流方向不符,从而被定为古潮流沙脊。同年地质矿产部上海海洋地质调查局通过大面积工程地质调查从东海陆架-50~-110m水深的外陆架发现,大面积的砂质沉积是海侵进程中海平面达到不同高度的不同时期形成的潮流沙脊群。从而丰富了“残留沉积”与“海进砂”的概念。关于 “陆架泥” 沉积,在黄海及东海陆架上存在着斑状分布的泥质沉积,称为“旋涡泥质沉积”这是在中国近海发现的一个新沉积类型,最早由物理海洋学家解释了它的成因,胡敦欣等1984年认为东海北部一个近似圆形的软泥沉积区域是气旋型涡旋的底层幅聚使悬浮物质随海水向涡旋中心输送并沉积于海底,1993年申顺喜等称之为“冷涡沉积”,并对其属性进行了描述。1997年杨子赓等改称为“涡旋泥质沉积”,因为它形成于陆架不同尺度环流涡旋中心呈块状分布,并处于还原环境下伴有上升流产生的自生黄铁矿。1991年赵松龄、秦蕴珊提出了“陆架沙漠化”假说。认为大面积的陆架砂质沉积是末次冰期最盛期的沙漠。而陆架泥质沉积是风成砂的衍生物。这是一个引起争论的尚待证实的假说。

对于中国海三角洲沉积研究的先驱是丁文江,1919年发表了《芜湖下游长江河口地质》。70年代以来,我国各大河口均进行了三角洲沉积模式的研究,最具特色的是长江三角洲。1981年王靖泰等提出全新世长江三角洲生长模式是长江河口北汊衰退并岸,南汊强盛发育河口沙坝,形成的亚三角洲,呈雁行排列逐期向南偏转。1988年陈吉余等承担了国家自然科学基金重大课题《中国河口主要沉积动力过程及其应用》 的研究。认为长江河口滞留点与最大浑浊带一致。长江主泓迳流入海由科氏力效应而偏南,北支形成涨潮优势流,最大浑浊带接近河口分汊位置,造成河床淤塞而发生并岸现象,而南支为强径流河道,形成河口沙坝,三角洲不断外伸。从而成功地从沉积动力学解释了长江河口多级分汊北支并岸南支沙坝发育,三角洲向南偏转的沉积模式。在黄河三角洲从沉积动力学研究高含砂河口,是世界范围内开展高密流河口研究的创举。50年代C.C. 贝茨 (Bates) 据河口射流理论将河口动力类型划分为低密流河口、等密流河口和高密流河口。但在世界范围内缺少高密流河口的典型例证和 研 究 区。1984 年 L.M. 科 尔 曼 (Coleman)和L.D.赖特(Wrigt)与杨作升等合作开展黄河三角洲研究。于1986年提出了在黄河口存在异轻、异重、羽状流的模式之后这种射流河口才得以系统研究。地质矿产部海洋地质研究所在中国—荷兰合作研究项目和国家自然科学基金项目支持下对黄河口切变锋带的研究揭示了切变锋带在高含砂河口淤积中的作用及异重流沉积的若干动力沉积过程。

在全球变化研究中,中国近海第四纪环境演变和突变事件的研究成就有: 发现了新仙女木(Younger Dryas)事件及其它短期事件的记录。90年代在南海、南黄海、冲绳海槽、东海都先后发现了距今1.1万年以后历时数百年的短期降温事件,并伴有海平面的下降。这是一个可在全球范围对比的突变事件。其它事件在个别地点有所发现,如末次冰期最盛期的突然升温事件发现于冲绳海槽,距今9千年和5千年的升温期和高温期的突然降温事件发现于南黄海。这些事件是否具有全球变化的意义有待更多的发现来证实。中国近海晚更新世13万年以来第四纪环境演变为全球环境演化研究提供了重要的区域特征和证据。其中包含低纬度带南海古水温的估算,对冲绳海槽古水温的估算及末次冰期黑潮暖流与亲新潮寒流锋面位置的确定以及末次冰期低海面时期陆架干旱程度的估计和“沙漠化”问题的提出,为全面判断东亚第四纪环境演变提供了依据,是中国海近海环境科学与第四纪地质学的重要成就。

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