东海北部海域DZS1钻孔孢粉记录与古环境研究

张志忠，邹亮，杨振京，韩月，翟滨

（1.国土资源部青岛海洋地质研究所 海洋油气资源与环境地质重点实验室，山东 青岛 266071；2.中国地质科学院水文地质环境地质研究所，河北 石家庄 050061）

我国是一个海洋大国，海域辽阔，大陆架宽广，黄、渤海全部位于大陆架上，东海大陆架宽200～600 km。随着第四纪海平面的变化，陆架沉积物记录了海陆变迁、河流入海和气候变化等地质与环境信息。我国陆架沉积环境发生了多次沧海桑田的变迁，平缓的坡度和高沉积速率使其成为进行古气候、古环境研究比较理想的场所。近年来虽然对东海陆架晚更新世以来的气候、沉积环境研究已经取得了大量研究成果，但是由于海上钻探施工困难、钻探成本高、揭穿海底松散地层全取芯钻孔很少等原因对晚更新世以前时代的地层、沉积环境研究较少（李从先等，2009；张志忠等，2011；蓝先洪等，2013）。沉积物中的孢粉记录了地质历史时期陆地古植物的面貌和古气候、古环境信息，通过孢粉学研究可以恢复古气候、古环境演化历史，探讨第四纪时期古环境的演化特征及其可能的影响因素（张玉兰等，2001）。本文拟通过东海舟山北部海域获取的我国首个揭穿第四纪地层的全取芯钻孔DZS1 孔的200.4 m 深沉积物岩芯进行孢粉分析鉴定，借助沉积物粒度分析、AMS14C、OSL（光释光）测年和古地磁测试结果，对该区的气候、环境演化特征进行分析与探讨。

1 材料和方法

2012年10月青岛海洋地质研究所在长江口东南部、东海舟山北部海域完成了当时我国最深的全取芯钻孔DZS1 孔。该孔终孔深度202.1 m，其中第四纪松散地层深度200.4 m，以下为上新统火山碎屑岩（角砾岩）；坐标为30°54′18.7320″N、122°28′07.4142″E（图1），水深15.8 m，岩心平均采取率81.66%。在进行现场岩心描述之后，妥善保存了样品并尽快运回了实验室，在室内对该岩心进行了详细描述和取样。

图1 DZS1 钻孔位置图

DZS1 孔用于孢粉分析鉴定的样品按每30 ～40 cm 岩心间距采取一个，全孔选取了342 件代表性样品进行了分析鉴定。孢粉分析鉴定采用常规方法，暨样品在实验室里经过酸、碱等化学处理，换水清洗到中性后，用比重为2.1 以上的重液在离心机上进行离心浮选，再经冰乙酸水稀释、集中，纯净水清洗至中性后制到试管，最后制活动玻片在生物显微镜下进行观察、鉴定、统计。

在DZS1 孔钻孔岩心中采取了1 420 件样品进行了粒度分析；选取了401 件样品进行了微体古生物鉴定；选用贝壳和底栖有孔虫等材料共计7 个样品委托美国Beta 分析有限公司进行了AMS14C 测年；选用粉砂、砂等含有石英、长石等矿物的测年材料共计8 个样品委托国土资源部海洋地质实验检测中心进行OSL 测年；利用953 个样品在中国科学院地质与地球物理研究所采用交变退磁方法进行了天然剩磁的测定、得出了磁倾角，利用953 个样品在国土资源部海洋地质实验检测中心进行了体积磁化率测定。

2 孢粉组合及反映的植被类型

通过孢粉鉴定共统计了陆生植物花粉68 294粒，平均每个样品200 粒，孢粉总浓度平均每个样品为87 粒/克，共发现并鉴定了116 个科属的植物花粉。根据镜下孢粉鉴定统计分析结果，按照植物气候类型代表性特征选取孢粉总浓度、植物花粉、乔木植物、灌木植物、草本植物、蕨类植物、松属、云杉属、铁杉属、桦属、禾本科、藜科、菊科、蒿属、水龙骨属、蹄盖蕨属、单缝孢等50 个数量指标运用Tilia 软件作出孢粉百分比含量图式，根据聚类分析Coniss 所得结果，将本钻孔自下而上划分为7 个孢粉组合带（图2），各孢粉组合带组分含量变化特征、反映的植被类型分述如下：

孢粉带I（199.80～159.70 m）：桑科-藜科-禾本科-蒿属孢粉组合

本带共49 个样品，其中8 个样品未达到孢粉统计量（≥50 粒），孢粉总浓度为56 粒/克，孢粉组合中草本植物花粉（平均79.25%）占据优势，乔木植物花粉（平均18.84%）含量较低，蕨类孢子（平均1.69%）和灌木植物花粉（平均0.22%）仅有零星出现。草本植物花粉中以藜科（51.34%）为主，其次是禾本科（12.27%）、蒿属（11.05%）、菊科（2.64%）、廖子草、荨麻属、莎草科、毛茛科、苍耳属、蔷薇科、蒲公英属等；乔木植物花粉中有松属（12.24 %）、桑科（3.49 %）、枫香属（1.43%）、落叶栎属、云杉属、榆属、铁杉属、山毛榉属、桦属、常绿栎属等；蕨类孢子中水龙骨科、水龙骨属、凤尾蕨属、中华卷柏、里白属等；灌木植物花粉中有零星的无患子科等。

孢粉带II（159.70～153.60 m）：松属-云杉属-桑科-枫香属-藜科-禾本科孢粉组合

本带孢粉总浓度为319 粒/克，孢粉组合中乔木植物花粉（平均57.93%）含量较高，草本植物花粉（平均24.60%）和蕨类孢子（平均15.72%）次之，灌木植物花粉（平均1.74%）仅有少量出现。乔木植物花粉中以松属（21.78%）、云杉属（14.30 %） 为主，还有桑科（7.63 %）、枫香属（6.01%）、铁杉属（3.21%）、落叶栎属（1.24%）、山毛榉属（1.05%）、榆属、常绿栎属、罗汉松属等；草本植物花粉中有藜科（12.68%）、禾本科（7.66%）、蒿属（1.88%）、廖子草、莎草科、荨麻属、菊科等；蕨类孢子中水龙骨科（4.16 %）、蹄盖蕨属（3.68%）、凤尾蕨属（2.35%）、水龙骨属（1.14 %）、里白属、鳞盖蕨属、粉背蕨属等；灌木植物花粉中有少量的无患子科等。

孢粉带III（153.60～118.00 m）：桑科-落叶栎属-藜科-禾本科-蒿属孢粉组合

本带孢粉总浓度为121 粒/克，孢粉组合中草本植物花粉（平均61.41%）含量较高，乔木植物花粉（平均36.20 %） 次之，蕨类孢子（平均2.14%）和灌木植物花粉（平均0.25%）仅有零星出现。草本植物花粉中以藜科（40.13 %） 为主，还有禾本科（10.29%）、蒿属（8.81%）、莎草科、廖子草、菊科、苍耳属、荨麻属等；乔木植物花粉中有桑科（17.83%）、落叶栎属（6.10%）、松属（5.13%）、枫香属（4.12%）、云杉属、山毛榉属（1.08%）、铁杉属、榆属、胡桃属等；蕨类孢子中水龙骨科、中华卷柏、蹄盖蕨属、凤尾蕨属等；灌木植物花粉中有零星的无患子科等。

孢粉带IV（118.00～91.90 m）：桑科-藜科-禾本科-蒿属孢粉组合

本带由于上部和下部孢粉浓度有所差异，划分为2 个亚孢粉组合带：

本带孢粉总浓度为141 粒/克，孢粉组合中以草本植物花粉（平均51.01%）为主，乔木植物花粉（平均43.72%）次之，蕨类孢子（平均4.94%）和灌木植物花粉（平均0.58%）含量较低。草本植物花粉中藜科（20.77%）、禾本科（15.91%）、蒿属（10.18%）、廖子草（1.65%）、菊科、莎草科、蔷薇科、千屈菜科等；乔木植物花粉中有松属（18.13%）、桑科（15.30%）、枫香属（3.08 %）、落叶栎属（2.97 %）、云杉属（1.58 %）、榆属（1.36%）、铁杉属、山毛榉属、鹅耳枥属、常绿栎属等；蕨类孢子中有水龙骨科、凤尾蕨属、中华卷柏、里白属、蹄盖蕨属、瓦韦属、粉背蕨属等；灌木植物花粉中仅有无患子科等。

本带共24 个样品，其中2 个样品未达到孢粉统计量（≥50 粒），孢粉总浓度为24 粒/克，孢粉组合中以草本植物花粉（平均68.29%）为主，乔木植物花粉（平均24.97%）次之，蕨类孢子（平均6.27%）和灌木植物花粉（平均0.48%）含量较低。草本植物花粉中藜科（23.80 %）、禾本科（23.75%）、蒿属（16.54%）、廖子草（1.85%）、菊科、蔷薇科、千屈菜科、苍耳属等；乔木植物花粉中有桑科（13.88%）、松属（8.50%）、云杉属（1.36%）、落叶栎属、枫香属、榆属等；蕨类孢子中有水龙骨科、凤尾蕨属、中华卷柏、里白属、蹄盖蕨属、瓦韦属等；灌木植物花粉中仅有无患子科等。

孢粉带V（91.90～55.00 m）：桑科-落叶栎属-蒿属-藜科-禾本科孢粉组合

本带共60 个样品，其中15 个样品未达到孢粉统计量（≥50 粒），孢粉总浓度为64 粒/克，孢粉组合中草本植物花粉（平均61.50%）含量较高，其次是乔木植物花粉（平均33.61%），蕨类孢子（平均4.57%）和灌木植物花粉（平均0.33%）含量较低。草本植物花粉中有蒿属（19.46%）、藜科（19.23%）、禾本科（16.91%）、廖子草（3.22%）、莎草科、菊科、蔷薇科、千屈菜科、苍耳属、毛茛科、蒲公英属等；乔木植物花粉中桑科（14.29%）、松属（11.17%）、落叶栎属（3.2%）、榆属（1.50%）、枫香属（1.05%）、云杉属、山毛榉属、铁杉属、桦属等；蕨类孢子中有水龙骨科（1.40%）、中华卷柏、水蕨属、蹄盖蕨属、里白属、凤尾蕨属、水龙骨属、鳞盖蕨属等；灌木植物花粉中有少量的无患子科等。

孢粉带VI（55.00～15.20 m）：松属-桑科-云杉属-蒿属-藜科-禾本科孢粉组合

本带共69 个样品，其中34 个样品未达到孢粉统计量（≥50 粒），孢粉总浓度为19 粒/克，孢粉组合中以乔木植物花粉（平均53.05%）为主，其次是草本植物花粉（平均36.58%），还有少量的蕨类孢子（平均9.83%）和零星的灌木植物花粉（平均0.54%）。乔木植物花粉中松属（28.94%）、桑科（13.65 %）、云杉属（3.02 %）、落叶栎属（2.84%）、铁杉属（2.09%）、榆属、漆树科、枫香属、罗汉松属、胡桃属、桦属等；草本植物花粉中有蒿属（14.30%）、藜科（9.36%）、禾本科（8.85%）、莎草科（2.64%）、菊科、毛茛科、蔷薇科、廖子草、千屈菜科等；蕨类孢子中有水龙骨科（2.35%）、凤尾蕨属（1.24%）、里白属（1.13%）、鳞盖蕨属（1.02%）、蹄盖蕨属、瓦韦属、单缝孢、水龙骨属等；灌木植物花粉中有少量的无患子科等。

孢粉带VII（15.20～0.27 m）：松属-落叶栎-鳞盖蕨属-水龙骨科-禾本科孢粉组合

本带孢粉总浓度为141 粒/克，孢粉组合中乔木植物花粉（平均63.52 %）占优势，其次是蕨类孢子（平均24.75 %） 和草本植物花粉（平均11.16%），还有零星的灌木植物花粉（平均0.56%）。乔木植物花粉中以松属（51.91%）居多，还有落叶栎属（7.01%）、铁杉属（1.12%）、枫香属、桑科、云杉属、常绿栎属、桦属、榆属、罗汉松属、胡桃属、漆树科等；蕨类孢子鳞盖蕨属（5.78%）、水龙骨科（3.60%）、桫椤属（2.60%）、蹄盖蕨属（2.12%）、水龙骨属（1.89%）、凤尾蕨属（1.79%）、膜蕨属（1.71 %）、单缝孢（1.43 %）、卷柏属（1.08%）、金粉蕨属、铁线蕨属、里白属、海金沙属、水蕨属等；草本植物花粉中禾本科（4.84%）、莎草科（3.62%）、蒿属、菊科、藜科、蒲公英属、毛茛科、廖子草、蔷薇科等；灌木植物花粉中仅有零星的无患子科等。

3 地层时代划分

DZS1 孔样品除了孢粉研究外，利用样品粒度分析结果采用Shepard 分类方法对沉积物进行了岩性定名，利用AMS14C 测年、OSL 测年（表1）和古地磁测试等综合分析研究方法进行沉积物地层时代划分。

DZS1 钻孔全新世最深的测年数据为12.58 m的AMS14C 测年，年龄为7 225 cal yr BP；底栖有孔虫三大类群中的玻璃质壳体含量在12.71～16.08 m段为全孔最高阶段，这一深度为内陆架浅水环境，总体属于海相性较强阶段；下部16.08～16.69 m 底栖有孔虫丰度处于极低水平，环境指示意义不明确；16.69 m 以下样品未见微体化石，为陆相环境；而15.30 m 以上为黄灰色粉砂质砂，下部为暗黄色粉砂；综合以上因素可以将15.30 m 定为全新世底界。DZS1 钻孔测年数据最深处为83.42 m 的OSL测年，对应年龄为124.8 ka，在83.57～90.95 m 地层主要由浅蓝灰色砂质粉砂和灰色细砂组成，下部90.95～97.60 m 地层主要为浅蓝灰色粘土质粉砂和暗黄色砂质粉砂为主，综合测年和地层岩性资料，可以将90.95 m 定为晚更新世和中更新世的分界，其对应的年龄约为0.13 Ma。

表1 DZS1 孔样品测年结果

DZS1 钻孔由于位于陆架区，总体上以砂类粗粒物质沉积为主，地层在沉积过程中许多层段为多次剥蚀、搬运和再沉积过程产物，古地磁定年受到很大影响；利用样品古地磁测试建立的磁性柱，通过与前人在长江三角洲地区第四纪磁性地层研究资料和标准磁性柱（黄湘通 等，2008；王张华等，2008；缪卫东等，2009；黎兵等，2011）的对比，布容（Brunhes）正极性与松山（Matuyama）负极性的界限（B/M 界限）相对比较清晰，115.9 m 以上正极性地层为主，115.9 m 以下开始出现较为连续的负极性地层；因此将115.90 m 定为M/B 界限，亦为中更新世与早更新世的分界，年龄为0.78 Ma。

4 第四纪古气候与地层沉积

第四纪时期，气候冷暖变化频繁，上海及附近地区表现为四个寒冷期和4个温暖期（邱金波等，2007；李珍等，2008），在周期性气候冷暖波动和海平面升降作用影响下，上海及东海舟山北部海域经历了频繁的沉积环境变化。DZS1 钻孔附近总体上以砂类粗粒物质沉积为主，但在0～20.68 m、90.95～138.90 m、150.92～157.45 m 主要为厚层粘土质粉砂和砂质粉砂等细粒沉积物；钻孔测年数据和古地磁研究结果划分出了200.4 m 以上海底松散沉积物沉积时代界限，这些为孢粉组合分带的演替过程提供了年代依据。通过综合分析可以将本区古气候、古植被的演化期划分为8 个气候期（图3），各期气候特点和地层沉积特征可归纳如下（王开发 等，1984；张玉兰等，2001；王张华等，2004；张玉兰，2005；邱金波等，2007；李珍等，2008；魏子新等，2010）：

气候1 期（199.80～159.70 m）：相当于DZS1钻孔孢粉带I，本阶段植被类型为以藜科、禾本科、蒿属等草本植物为主的草原景观，附近分布着少量的桑科、枫香属等针叶阔叶树，指示当时的气候冷干。沉积物可分为4 段，在200.4～197.95 m 地层主要由浅灰色砂质粉砂和粉砂质砂组成；在197.95～193.80 m 主要由浅灰白色粗砂和砾质砂（砂砾层）组成，砾石呈次棱角状；193.80～183.60 m地层主要为浅灰蓝色、浅灰黄色砂质粉砂、粉砂质砂等组成，内夹细砂、砾质砂层；183.60～157.45 m地层主要为浅灰蓝色、暗黄色细砂、中砂、粗砂和砾质砂等组成。本段地层未见微体化石，主要为河流相和湖相沉积，属于早更新世早期地层。

气候2 期（159.70～153.60 m）：相当于DZS1钻孔孢粉带II，本阶段喜冷的云杉属和铁杉属含量达本孔最高值，植被类型为以松属、云杉为主，含有桑科、枫香等阔叶树的针叶阔叶混交林，指示当时的气候转向温凉湿润。沉积物以细粒物质为主，主要由暗黄色砂质粉砂和粉砂组成。本段地层未见微体化石，主要为湖相沉积地层，属于早更新世中期地层。

气候3 期（153.60～118.00 m）：相当于DZS1钻孔孢粉带III，桑科、落叶栎属、枫香属等阔叶植物花粉占优，推测附近山区为以阔叶树为主的针叶阔叶混交林，平原上藜科、禾本科、蒿属等中旱生草本植物生长较为茂盛，指示当时的气候温暖略干。沉积物在153.70～150.92 m 主要为浅灰、暗灰色、灰黄色砂质粉砂和粉砂组成；150.92～138.90 m主要为暗黄色中砂、粗砂和砾质粗砂组成；138.90～134.00 m 主要为浅蓝灰色粘土质粉砂；134.00～115.45 为粘土质粉砂、粉砂和粉砂质砂、细砂交互层。本段地层未见微体化石，主要为湖相和河流相沉积地层，属于早更新世晚期地层。

气候4 期（118.00～104.00 m）：相当于DZS1钻孔孢粉带IV-1，本阶段出现少量的环纹藻，植被类型为针叶阔叶混交林-草原，指示当时的气候温暖湿润。沉积物为浅蓝灰色、暗黄色粘土质粉砂、粉砂和粉砂质砂、细砂交互层，下部地层中的黏土质粉砂层大多见钙质结核和铁锰质结核，说明当时地处湖盆的边缘。本段地层未见微体化石，主要为湖相沉积地层，属于中更新世早期地层。

气候5 期（104.00～91.90 m）：相当于DZS1 钻孔孢粉带IV-2，本阶段孢粉浓度降低，松属、落叶栎属、枫香等乔木植物花粉含量减少，禾本科、蒿属等草本植物花粉含量增多，植被类型为藜科、禾本科、蒿属等草原植被，指示当时的气候温凉偏干。沉积物以浅蓝灰色、暗黄色粘土质粉砂、粉砂和粉砂质砂、细砂交互层，除底部地层外，黏土质粉砂层大多见钙质结核和铁锰质结核；本段地层未见微体化石，主要为湖相沉积地层，属于中更新世晚期地层。

气候6 期（91.90～55.00 m）：相当于DZS1 钻孔孢粉带V，本阶段部分样品未达到孢粉统计量，反映出当时植物不太茂盛，推测当时的植被类型为针叶落叶阔叶混交林-草原，反映当时的气候温和略干。沉积物在90.95～85.30 m 主要为灰色细砂；85.30～83.57 m 以浅蓝灰色砂质粉砂为主，中间夹粘土质粉砂薄层；83.57～56.2 m 以厚层的浅蓝灰色、浅褐黄色、浅灰、浅绿灰色的砂组成。本段地层未见微体化石，沉积地点未发现海侵迹象，主要为河流相沉积地层，属于晚更新世早期地层。

气候7 期（55.00～15.20 m）：相当于DZS1 钻孔孢粉带VI，本带孢粉浓度达最低值，环纹藻在本带上部大量出现，刺球藻、刺甲藻、舌藻属、口盖藻等藻类数量较多，并见喜冷的云杉属和铁杉属，推测附近山地为针阔混交林，平原是以蒿属、藜科、禾本科等草本植物为主的草原，反映当时的气候较为寒冷干燥。沉积物在55.00～40.10 m 以浅蓝灰色粉砂质砂为主，内夹数层细砂和粘土质粉砂；40.10～20.68 m 为浅褐黄色细砂为主，顶部为浅黄褐色砂质粉砂和粉砂质砂；20.68～15.20 m 为暗黄色粉砂，内含大量褐黑色铁锰质结核。沉积物在55.00～16.69 m 未见微体化石，为河流相和湖相沉积；16.69～16.08 m 底栖有孔虫丰度处于极低水平，推测为海侵之初内陆架滨岸浅水环境；16.08～15.20 m 段底栖有孔虫丰度明显升高，为内陆架浅水环境；本期属于晚更新世晚期地层。

气候8 期（15.20～0 m）：相当于DZS1 钻孔孢粉带VII，本阶段有较多数量的刺甲藻和刺球藻，以松属、落叶栎属为主的针叶阔叶混交林生长茂盛，林下生长着鳞盖蕨属、水龙骨科、禾本科、莎草科等植物，指示当时的气候开始转暖，为温暖湿润气候特征。沉积物含大量贝壳碎片，在15.20～12.45 m 以黄灰色粉砂质砂为主；12.45～0 m 以浅灰黄色、浅黄灰色黏土质粉砂为主。本段地层岩心中有较为稳定的海相微体化石出现，推测为内陆架浅海或海陆过渡相沉积环境，属于全新世（Q4）地层。

5 结论

DZS1 钻孔与毗邻的上海陆地地区的南汇SG7孔、崇明东南部SG6 孔等钻孔一样，第四纪晚更新世以前地层未见海相层（邱金波等，2007；魏子新等，2010），在晚更新世后期钻孔附近才普遍受到海侵，并且持续沉积半咸水、内陆架海相沉积物；DZS1 孔及附近海域早更新世和中更新世以河湖沉积体系为主，海侵影响只发生在局部区域。

根据DZS1 钻孔孢粉成分的变化自下而上划分出了7 个孢粉组合带、8 个气候期，其中I～III 孢粉带属于早更新世，IV-1～IV-2 孢粉带属于中更新世，V～VI 孢粉带属于晚更新世，VII 孢粉带属于全新世；由孢粉组合带反映出的该区第四纪时期的气候冷干-温凉湿润-温暖略干-温暖湿润-温凉偏干-温和略干-寒冷干燥-转暖、温暖湿润的气候特点与区域性的气候变化特征比较符合（邱金波等，2007；李珍等，2008）。结合地层、测年和古地磁资料，对沉积时代和沉积环境进行了分析，为该海区第四纪地层划分和对比提供了证据，且进一步丰富了该海区的第四纪的孢粉学资料。

图3 DZS1 孔综合柱状图

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