1、东海浪岗山列岛风尘沉积的新证据第 22 卷第 2 期2006 年 3 月地理与地理信息科学(瞎 raphyandGeoInformationScienceV01.22No.2March2006东海浪岗山列岛风尘沉积的新证据曹希强 1,2 郑祥民,马燕 3,刘飞(I.华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海 200062;2.河南省国土资源科学研究院,河南郑州 450053;3.华北水利水电学院岩土工程系,河南郑州 450008)摘要:通过对浪岗山黄土粒度组成,磁化率,碳酸盐,微量化学元素 ,粘土矿物进行测试和分析,并与其他黄土地层对比发现:1)浪岗山黄土具有 10-50tan 粒组富集,
2、磁化率为 69.3X10-93.8X10m3kg一,粘土矿物以伊利石为主(64.91%-79.35%)等与其他风成黄土相似的风尘沉积特征;2) 根据红外释光测年(IRSL)结果,浪岗山黄土剖面底部的沉积年代为 41.02.5kaB.P.,而沉积速率较快(约为 1.53ram),应为晚更新世短期内快速堆积的一例风成黄土地层;3)与内陆黄土相比,浪岗山黄土大于 50tan 粒组均超过 10%,明显偏高,表明该剖面除接受来自西 jE 内陆的远源风尘物质外,还接受来自东海陆架的“近源“ 风尘物质;4) 与内陆黄土相比,浪岗山黄土磁化率变化范围不大,碳酸盐含量极低,蛭石含量偏高,微量元素含量偏低,应考虑
3、剖面沉积后气候环境的长期改造作用.关键词:风尘沉积;近源;古环境;浪岗山列岛;东海中图分类号:P512.2 文献标识码:A 文章编号:1672 0504(2006)02007805中国黄土不仅广泛分布于西北内陆和黄河中游地区1,在东部沿海的辽东半岛2,3l,山东庙岛群岛4-6,嵊泗列岛7,8 等地均发现风尘黄土地层 .2003 年 11 月笔者在东海嵊山岛东南约 70I3.mile 的浪岗山列岛发现数处沉积厚度达 5m 的黄土堆积地层.山顶基岩大部分裸露,黄土地层呈片状覆盖在花岗岩山坡上,且厚度自上而下逐渐增大,最大处达5-6m.由于沉积范围大 ,黄土质地均匀 ,未见人为堆积的痕迹,因此可断定
4、为自然沉积物.东海浪岗山黄土地层为研究中国东部黄土的沉积模式和沉积动力机制提供了一个典型例证,对中国黄土研究也具有一定的补充意义.1 区域地理与地层剖面浪岗山列岛位于浙江沿海舟山群岛最外缘(北纬 3o.26,东经 122.56)的东海海域(图 1),由中块岛,西块岛,东块岛等岛屿组成,面积约 1.80km2,呈哑铃型北北东走向延伸.研究区地处东亚大陆东岸的副热带高压带,东邻太平洋,基本处于中纬西风带范围内,冬季受冷空气,西风带天气系统控制,夏季则受暖空气,副热带高压和热带东风带天气系统支配.该区位于冬季寒潮和夏季台风的路径上,在现在和过去的某一特定时期,其影响起决定性作用,客观上叠加和放大了基
5、本天气系统的作用.图 1 浪岗山列岛及采样点位置示意Fig.IThesituationsoflsnggangsislandsIldsampling选择的典型风尘沉积剖面位于浪岗山中块岛东北坡海拔 80m 处,黄土层致密坚硬,剖面自上而下质地较均一(图 2).该黄土地层剖面总厚度为 230em,一直到底部未见花岗岩或其风化物.地表有一年生草本植物覆盖,剖面上部铺设厚约 20 锄的石块,以防止土层流失.上部 10 锄黄土呈褐色,有较多的植物毛细根系以及少量植物腐烂的黑色痕迹,质地坚硬,组成颗粒致密,夹有少量的铁锰结核;其下为典型的黄土层,质地坚硬致密,垂直节理发育,夹有少量的植物根系.从该地层的地
6、理位置,高度,地貌部位,基岩母质以及沉积特征分析,完全可以排除基岩风化残收稿日期:20051218;修订日期:2006022O基金项目:国家自然科学基金项目(40372135)作者简介:曹希强(1979 一),男,助理工程师,硕士,研究方向为地质遗迹与环境信息.*通讯作者 Email:第 2 期曹希强等:东海浪岗山列岛风尘沉积的新证据第 79 页积,坡积,洪积,风积海砂或人为堆积的可能性,是中国东海岛屿较为典型的风尘黄土堆积的地层剖面之一.笔者对浪岗山黄土剖面进行系统取样,剖面上部 220地层按 1 个/2取样,底部 10地层按 1 个/5(3“11 取样,合计 112 个样品,样品经预处理后
7、进行粒度,磁性和地球化学测试.同时,分别在剖面上(10an 处), 中(115cn1 处), 下(225处) 部位采集了 3 个未见光黄:E 样品,用于红外释光(IRSL)测试及年代分析.目金嚣 II11-rrn 风尘黄上层 ilI 萎熊l图 2 浪岗山黄土剖面示意Fig.2TheloessprofileatLanggangshanislands2 浪岗山黄土沉积特征1 粒度组成浪岗山黄土粒度组成以粉砂为主(平均含量为61.2%),粘土次之 (平均含量为 24.9%),砂粒含量最少(平均含量为 13.9%).浪岗山黄土粘粒含量为23.1%-27.8%,应属于粘土一亚粘土沉积物,与中国黄土自西向
8、东依次是砂黄土带,黄土带和粘黄土带的分布规律一致 l.总体上看,剖面上各粒级的含量分布十分均匀,粒径细小,小于 5btm 粒级的平均含量为 24.93%,1O50/am 粒级的平均含量为48.28%,明显富集.而黄土研究中,1050/Lm 粒级称为“风尘基本粒组 “,因此,浪岗山黄土剖面具;有风成特性.将浪岗山黄土与老虎山下蜀黄土【9_9,山东马兰黄土5以及洛川马兰黄土的颗粒组成进行对比(表 1)发现,浪岗山黄土与各地黄土的粒级含量都比较接近,且粒度组成均以粉砂为主,是黄土粒度组成的众数组,而粘粒次之,符合我国黄土粒度组成的基本特征.并且前三者的砂组分(50fm 粒级)与洛川黄土相比明显增多,
9、反映前三者不同程度地接受了部分“近源“ 沉积 .表 1 浪岗山黄土与其他黄土粒级含量对比Table1ComparisonofgrainsizecompositionbetweenloessatI 丑 l 唣掣 lIlhanislandsandothers2.2 磁化率从不同地区黄土剖面的磁化率变化情况(表 2)可以发现:1)除浪岗山黄土外,各地黄土层磁化率的最低值均在 3010m3kgI1 左右;有的研究表明沙漠物质或砂质粉尘的磁化率也为 3010m3kgI1左右 l1,加 J,证明各地黄土来源物质成分的一致性.而浪岗山黄土磁化率最低值明显高于典型黄土一古土壤序列中黄土段的磁化率最低值,这可能
10、是该区地处温暖湿润地区,黄土层风尘物质经后期成壤作用改造成弱化土壤层,磁性矿物增多导致磁化率明显偏高.2) 磁化率的最高值从西北到东南逐渐降低.这可能是由于成壤作用强度与磁化率存在一个临界条件【,l2:在土壤化程度较弱,降雨量不大的情况下,随着土壤化作用增强,磁赤铁矿的相对含量随之增加,磁化率增高;而温度和降雨量的增加使得磁赤铁矿可能被氧化为更稳定的磁性矿物,而磁赤铁矿含量的减少致使磁化率不再增高,此后磁化率随着土壤化程度的继续增强反而下降.而全新世以来浪岗山列岛及其周边海域温暖湿润的气候对研究剖面土壤化程度产生影响,从而改变剖面的磁学沉积特征.表 2 浪岗山黄土与其他黄土剖面的质量磁化率值比
11、较Table2ComparisonofmagneticsusceptibilitybetweenloessatLanggangshanislandsandothers剖面位置警嵊山黄【力 NNt+(磁化m3kg)302503312626.4-1l2.869.3293.842.3 碳酸盐浪岗山黄土剖面碳酸盐淋滤较完全,很少形成次生碳酸盐,钙积层普遍不发育,故碳酸盐含量极低(0.033%0.146%),平均值仅为 0.107%.这与李培英等 研究的辽东半岛及邻近海岸带黄土地层的碳酸盐含量特征比较接近,明显区别于富含碳酸盐的内陆各地黄土.一般认为,碳酸盐含量高代表冷干气候,含量低代表温湿气候,实际上
12、并非如此.按照赵景波15 对黄土地层中碳酸钙类型的划分,浪第 8O 页地理与地理信息科学第 22 卷岗山黄土地层中碳酸钙应属于后期淋溶残余型,整个剖面未见淀积层出现,表明后期淋滤作用强,不仅古土壤中的碳酸钙被淋滤,其下伏黄土中的碳酸钙也受到了淋滤.因此,虽然该地层碳酸盐含量低,但土层形成时期的气候并不是温湿,而是干冷.该地层碳酸盐含量极低的可能性原因有二:1)从物源角度考虑,可能受黄土母质碳酸盐含量较低的影响,浪岗山黄土广泛接受的“近源“ 风尘沉积物多为碳酸盐含量较低的河道沉积物;2)从沉积后气候环境的改造作用考虑,全新世以来浪岗山列岛及其周边海域的气候较湿润,降水充沛,而碳酸盐的含量及钙积层
13、在地层中的位置与当地降水量有很大关系.根据 CaCO3 淀积深度(x/cm)与降水量(y/ram)的经验公式 y=305.7x+168.5Ll6J,可以计算出年均降水量大于 1000mm 的浪岗山列岛地区对应的碳酸盐淀积深度应在 2.7m 以上,超过研究剖面的厚度(2.3m),长期经受雨水高强度的淋滤作用,黄土中大量被淋溶的碳酸盐随重力水渗出剖面,使剖面中碳酸盐流失殆尽.2.4 粘土矿物浪岗山黄土剖面中粘土矿物以伊利石为主,相对含量为 64.91%79.35%,平均含量为 71.99%;其次为蛭石,相对含量为 14.36%27.71%,平均含量为 2O.31%;高岭石的相对含量为 6.22%9
14、.01%,平均含量为 7.70%.浪岗山黄土剖面主要粘土矿物的组合及其相对含量上下差异不大,并且干冷气候条件下生成的伊利石的相对含量与暖湿环境条件下生成的蛭石,高岭石的相对含量呈现极显着和显着的线性负相关.浪岗山黄土中伊利石的相对含量最高,与刘东生提出的各地黄土中粘土矿物以伊利石为主的结论一致.蛭石的含量明显偏高是浪岗山黄土粘土矿物的重要特征,巴谢德研究认为伊利石在降水量大于700mm 条件下可以向蛭石转化,而刘东生等也发现南京附近(降水量 1100rnrn)下蜀黄土中蛭石的含量明显增加1,故浪岗山岛屿地区年均降水量 10001300mm 应是其黄土中蛭石含量明显偏高的主要因素.2.5 微量元
15、素在浪岗山黄土地层中主要选取 Cu,Cr,Ni,Pb,Zn 微量元素进行测定,其含量分别为:Cu20.921.9mg/kg;Cr28.245.3mg/kg;Ni11.532.0mg/kg;Pb9.0 28.6mg/kg;Zn68.084.9mg/kg.微量元素含量低且在整个地层中变化不大.由表 3可知,浪岗山黄土与其他黄土中微量元素的含量特征比较接近或相似,反映各地黄土物质来源的一致性较高;但全新世以来浪岗山岛屿及其周边海域降水充沛,导致微量元素长期经受高强度淋滤作用而相对含量较低.表 3 浪岗山黄土与其他黄土地层中微量元素平均含量(mg/kg)Table3Comparisonofmicroe
16、lementconlentbetweenloessatLanggangshanislandsandothers3 浪岗山黄土沉积环境分析3.1 沉积年代与古环境中国科学院地球环境研究所对浪岗山黄土剖面一10CITI,一 115cm 和一 225crn 处样品进行红外释光测年(IRSL),其结果分别为 40.22.7kaB.P.,41.12.1kaB.P.和 41.02.5kaB.P.与相距不远的嵊山岛上陈钱山黄土剖面底部的沉积年代(48.14.5kaB.P.)接近 L7j,均形成于晚更新世,与马兰黄土同期堆积.但是,浪岗山黄土剖面沉积速率较快(约为 1.53mm/a),因而该剖面黄土堆积过程相
17、对较短.因此,浪岗山黄土地层应为晚更新世末次冰期短期内快速堆积的风尘黄土地层.按照沉积年代归类,东海浪岗山黄土(41.02.5kaB.P.),嵊山黄土(48.14.5kaB.P.)等应属于下蜀黄土序列.晚更新世末次冰期时,气候干冷.东海海面下降并在一 40一 160m 范围内波动,低海面时海岸线向东推进 8001000l7J,长江河床得以向东延伸.在 4okaB.P.前后,现在的东海陆架一 110一120m 等深线以西海域为滨海平原且河流,湖泊发育 H.1 引,包括浪岗山列岛在内的整个舟山群岛都处于广阔的滨海平原(图 3);在东海目前一 120rrl 等深线及其以西海底所采的 24rrl 柱状
18、岩芯多为河成黄棕色砂层,并有大量贝壳砂层及河道中富集的长牡蛎壳层等-l9;在现代东海陆架水深 35-60m 的地区,出现了古长江的两条古河道,较大的一条宽 20 余 l,自北纬 31.3O,东经 122.40 向东南方向呈喇叭口展开,其西南侧还有一条较小的古河道,展布方向与其相同;在北纬 28.15,东经 126.30 处发现河口三角洲沉积相,表明古长江对东海陆架沉积物的形成起重要作用 u 引.上述研究还表明,在 40kaB.P.前后东海岛屿周围有广阔的东海近岸陆架平原裸露,并分布着古长江三角洲,古河道和古湖沼等陆相沉积物.而这时第 2 期曹希强等:东海浪岗山列岛风尘沉积的新证据第 81 页的
19、东海近长江岛屿在气候干冷的条件下,除大量接受强烈冬季风从西北地区搬运而来的粉尘颗粒外,还大量接受来自东海陆架平原通过低空风力搬运而沉积的陆相沉积物颗粒.图 3 东海大陆架古海岸线变迁培】Fig.3The.lltllgofimleocoastlineonthecontinentalshelfofEastChinaSea:;.2 物质来源分析通过粒度分析发现,浪岗山黄土与各地黄土的粒级含量比较接近,且粒度组成均以粉砂为主,是黄:粒度组成的众数组,而粘粒次之,符合我国黄土粒度组成的基本特征,并且在磁学特征,地球化学特征等方面与其他黄土相似或接近,表明浪岗山黄土与其他黄土具有一定的同源性.而强烈冬季风
20、或南移的西风急流可以使中更新世中国黄土堆积的南界从:I 匕纬 34.跨到北纬 30.处【1,20,浪岗山黄土地层必然接受来自西北“远源“ 风尘物质的贡献 .同时,浪岗山剖面大于 50m 的粗颗粒含量均超过 10%,平均含量为 13.9%,波动范围在 11.3%17.2%.风动实验结果表明【2,大于 32m 的颗粒一般很难在空中被风力长距离搬运,在极端猛烈的风暴条件下,也只能运移几百千米.我国内陆各地的黄土中粒径大=f50m 的颗粒含量一般不超过 10%,因此这个粒级的大量出现,浪岗山黄土剖面中部分黄土的源区距离剖面所在地不会太远,除内地黄土地层一样接受末次冰期强劲冬季风或西风急流带来的“远源“
21、 风尘外,还接受冬季风从近海陆架带来的“近源“ 沉积.刘振夏等【22J 研究发现末次冰期由于海面下降,在东海陆架存在不同时期的古河道(29.27N,12413E;3O.37.65N.12426.4E;28.55N,12412.5E)和古三角洲(29.21.5N,125.44E)以及湖沼堆积等陆相沉积,这些陆相沉积物大多颗粒较粗,有孔虫很少,与剖面沉积物特征一致,且分布在剖面附近区域,可以为浪岗山黄土地层带来“近源“ 风尘物质.3.3 东海陆架风尘沉积过程初探各种尺度的大气运动正是地质学上风营力吹扬,搬运,沉积的物理基础 l1j.在强大冬季风的吹扬作用下,可以将中亚内陆盆地沙漠区地面的粉砂输送到高空(3000m 以上), 并呈悬浮态向东运移 ,粉尘向东运移的路径受到来自极地冷高压和青藏高原的影响【23,略向东南方向偏移,粉尘中较细颗粒及运移过程中互相撞击逐渐变细的颗粒可以到达东海陆架并沉积下来.东海陆架平原和岛屿普遍接受“远源 “沉积,发生海侵后被海水淹没的风尘沉积上覆海水携带的富含有机质的海侵沉积物,容易发生次生作用形成暗绿色的海底硬粘土层,硬土层在强水动力区往往被侵蚀而缺失,仅在弱水动力区得以
