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珠江三角洲是我国人口高度集中、经济最发达、城市化程度最高的地区之一。对它的形成和变迁的了解既是地质学的一项重要内容,也是三角洲经济发展的需要。本文通过对位于广州番禺PD钻孔(东经113°2835”E,北纬22°5341”N)岩心的磁化率、磁倾角、有机质含量、颜色反射率、化学成分以及14C测年和热释光测年等的分析,讨论珠江三角洲地区晚更新世以来的环境演变。在三角洲地区,海陆变迁和地下水的活动对沉积物的影响很大,14C测年存在很多难以解决的问题。本文应用地球磁场长期变化(PSV)方法确定PD孔第四纪沉积物年龄。综合PD孔14C测年结果,按照钻孔的特征剩磁随深度变化的PSV曲线,将它与邻区PSV进行对比,建立详细的年代地层框架。得到珠江三角洲地区Q32-1、Q32-2、Q33、Q41、Q42以及Q43的界线年龄分别大约为:25.89kaBP、14.32kaBP、9.41kaBP、6.85kaBP以及4.09kaBP。
根据岩性、磁化率、有机质含量、颜色反射率以及微体古生物分布,PD孔沉积地层特征如下:
上更新统中段(Q32-1~Q32-2,1720~1065cm):磁化率、有机碳含量(TOC/%)呈低值,亮度指标(L*)较高,存在丰富的有孔虫和介形虫。表明以海洋作用为主,水动力条件较强、沉积速率较低的沉积环境,是珠江三角洲地区的第一次海侵,海面升高具有普遍性。
上更新统上段(Q33,1065~710cm):下部TOC含量增加,颜色指标a*/b*比值呈现降低趋势,表明海侵作用的减弱,有陆源碎屑补充,矿物成分发生改变。上部的花斑粘土层TOC、C/N、L*和a*/o*曲线出现明显突变,有机质含量剧减,L*和a*/b*剧增,指示海平面的大幅度下降,海水退出后,珠江三角洲平原遭受强烈的剥蚀风化。
全新统下段(Q41,710~522cm):早期磁化率较高且缓慢递增,有机碳含量高,C/N比值≈10,L*值偏低,反映水动力条件较弱、海陆共同作用的沉积环境。后期磁化率曲线有所波动,TOC含量降低,见少量有孔虫和介形虫,反映水动力条件改变,陆地影响减弱,海洋作用加强,海平面再次上升。
全新统中段(Q42,522~283cm):磁化率曲线波动大,有机碳、陆源有机碳含量均偏低,即陆源碎屑不丰富。同时见有孔虫和介形虫,表明沉积速率慢、水动力较为动荡的沉积环境,受海洋影响较大,是珠江三角洲地区第二次海侵高潮。
全新统上段(Q43,522~82cm):沉积物粒度较细,磁化率呈高值并见大小明显变化的旋回。L*值达钻孔最低,有机碳含量、C/N比值较高,指示相对暖湿的环境,流域植被茂盛,有机质有陆源补充。属于沉积环境较复杂,以河流作用为主的海陆交互相地层。
根据以上分析,PD孔记录了珠江三角洲地区晚更新世三万年以来的两次海侵-海退旋回。第一次海侵发生在晚更新世中期,年龄25.89~14.32kaBP,规模较大,形成该区的第Ⅰ海相层(Q32-2),它覆于下部陆相层(Q32-1)之上。第一次海退形成一套陆相地层(Q33~Q41),时间约14~7kaBP,处于更新世向全新世的过渡。早期气候较为寒冷干燥,海平面大幅度下降,海水退出,珠江三角洲平原遭受强烈的剥蚀风化形成花斑粘土。第二次海侵始于中晚全新世7kaBP前后,相当全新世大暖期的海平面升高,但规模较小,形成珠江三角洲的第Ⅱ海相层(Q42),可见海相生物化石。第二次海退也不如第一次明显,气候湿热,三角洲受入海河流的影响,形成比较复杂的海陆交互地层(Q43),以三角洲相沉积为主。
根据对PD孔732~975cm段沉积物进行详细的化学成分分析,揭示了珠江三角洲地区普遍存在的花斑粘土为陆相成因,是原岩风化的产物。在岩性和常量化学成分方面,较之上部沉积物,花斑粘土与下部灰黑色粘土更为接近。并且,经球粒陨石、北美页岩和沉积岩标准化的稀土元素配分模式均表现出惊人的一致性,说明花斑粘土不是外来搬运物质的堆积,而是母岩的风化物。整个风化过程的强度不等,末期较早期强烈,并达到鼎盛,早期气候相对温暖湿润,后期更为炎热潮湿。花斑粘土之后,是另一种沉积环境,之间的过渡发生沉积间断。花斑粘土形成于两次海侵之间的大海退时期,可作为划分晚更新世与全新世的标志,其顶界年龄为9.41kaBP前后。