天津市西南全新世最大海侵位置探讨以某村附近区域为例

天津市西南全新世最大海侵位置探讨以某村附近区域为例 题目:天津市西南全新世最大海侵位置探讨 ——以某村附近区域为例 天津市西南全新世最大海侵位置探讨 ——以某村附近区域为例 摘要:通过对天津西青区某村附近深达10余米的H孔、潘楼村深达5.8m的PL孔等2个钻孔共计116个样品，做粘土混浊水电导率和pH测定，结合贝类及有孔虫鉴定，区分了海相层和陆相层的界限，探讨了两孔所在位置的全新世最大海侵的特征。结果表明:天津某附近中全新世以来经历了陆相—短暂的海陆过渡相—陆地沉积过程，全新世最大海侵位置在H孔与PL孔之间，晚全新世时期，研究区一度为泻湖环境，后海水退出形成黑色古土壤。 关键词:天津;全新世;海侵;海陆相地层 i Discussion of the Maximum Holocene Transgression Location on the Southwest of Tianjin——Take the Xiaonanhe Village as the Example Abstract: This paper divides the thalassic and continental sedimentary stratum of the Xiaonanhe Village ,Xiqing District, Tianjin, and discusses the maximum Holocene transgression location by testing the conductivity of clayey turbid water, pH and identifying foraminifera and shellfish of 2 holes, which count up to 116 samples. The result shows that it receives continental facies sediments—short marine-terrigenous facies sediments— continental facies sediments since the mid-Holocene in this area. The maximum Holocene transgression location could be the place between H hole and PL hole. The lagoon environment was located here in late Holocene. The black paleosol was developed after the regression. Key words: Tianjin; Holocene; Transgression; marine and continental layer ii 目 录 1引言 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 1 2研究区域概况 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 2.1地理位置 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 2.2地质地貌 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 2.3气候特征 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 2.4水文特征 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 2.5生物特征 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 3 渤海湾西岸平原全新世最大海侵位置研究现状 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 3.1渤海湾西岸平原全新世最大海侵发生的年代 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 3.2渤海湾西岸平原全新世最大海侵范围的确定方法?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 3.2.1 古文化遗址确定的最大海侵范围 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 3.2.2 微体古生物、地貌及水化学确定的海侵范围 ???????????????????????????????????????????????????? 6 3.2.3 遥感图象反映的全新世最大海侵范围 ???????????????????????????????????????????????????????????????? 6 3.3渤海湾西岸平原全新世最大海侵范围 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 4 研究方法 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 4.1实验仪器 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 4.2实验原理 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 4.3实验 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 8 4.3.1样品的前处理和测试方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 8 4.3.2处理样品注意事项 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 5 钻孔岩性与粘土混浊水电导率测定结果 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 5.1 H孔 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 5.1.1 H孔岩性 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 5.1.2 H孔粘土混浊水电导率测试结果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 9 5.2 PL孔?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 12 5.2.1 PL孔岩性 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 12 5.2.2 PL孔粘土混浊水电导率测试结果 ????????????????????????????????????????????????????????????????????? 13 6 讨论 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 6.1 研究区域内海侵最大位置??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 15 6.2 黑色腐殖质粘土层(古土壤)成因及古环境探讨 ????????????????????????????????????????????????????????????????? 16 7 结论 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19 参考文献??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 19 iii 1 引言 天津地区位于渤海湾西岸平原，除蓟县山区外，90%以上的面积为平原区，区内 [1]地势平坦，地表被广泛的第四纪滨海冲积、湖积或海积层覆盖。第四纪以来中国沿海平原曾发生6次大规模、历时较长的海侵事件。其中有4次海侵事件在天津地区形成了4个海相层,从上至下，这4个海相层分别命名为第1海相层、第2海相层、第3海相层和第4海相层,在岩性、岩相、古生物组合、颜色等特征方面，这些海相层明显区别于其它第四纪陆相地层，且具有层位稳定、分布广泛的特征。同时，在层位、年代的分布上，第1海相层位于全新统,第2和第3海相层位于上更新统的上、下部，第4海相层则 [2]位于中更新统的上部。 全新世开始于12000~10000年前，持续至今。末次冰期以后，全球气候变暖，引起冰川消融，整体海平面急剧上升，海侵范围扩大，全新世最高海面期之后，海面相对下降，导致冲积平原向海推进、扩大，塑造了现今的海陆轮廓、海岸线、海岸平原和三角洲。 肖嗣荣，李庆辰等(1997)通过古文化遗址、微体古生物、地貌及水化学、遥感图象反映确定了河北沿海全新世最大海侵范围，绘出本区发生在7000~6000aB.P.的中全新 [3]世最大海侵的古海岸线。 张树明(1998)距今8000年左右，气温上升到年平均15 ?以上(比现在天津年平均气温高3~4?)，今天津市中心区靠近海岸，到距今7500~6500年时，达到最高海平面，这时现今的宁河县、武清县、宝坻县、河北省的青县、文安、沧州、玉田县的窝 [4]洛沽，均为海水淹没。 黄镇国，张伟强等(2002)指出:中国沿海平原的海侵强盛期有北早南迟之势，渤海西岸为7500~6500a B.P.，海侵最大距离到达渤海湾西岸90km。有人认为渤海湾西岸 14中全新世最大海侵范围，在天津地区为杨柳青和青县，海侵层C年龄为7400?110 a B.P. 和6600?90a B.P.(章仁辉，1986)。或者认为海相层向西尖灭处即古海岸线位置，为杨柳 [5]青、大黄庄、黄骅、高湾一线(吕先进等，1991)。 中国天津通鉴上卷(天津市地方志编修委员，2005)记载:距今最近的一次海侵，发生于距今8000~5500年全新世的世界气候最暖时期，渤海登陆内侵，海岸线深入天津平原达数十公里，专家称之为“天津海侵”。大致相当于现代地形等高线5m以下的天津市中心区、近郊区、塘汉大的全部及宁河、宝坻、武清的大部分，静海县的全部 [6]地区，在5500年前均被渤海侵没，变成一片汪洋。 1 薛春汀(2009)认为全新世海侵边界，即为7 000 a B.P.海岸线。渤海西岸、南岸全新世海侵边界主要依据钻孔中在0 m高程附近有薄的全新世潮坪沉积、“过渡相”沉积或海相层(确有海相化石)存在，其向陆一侧一定距离便是全新世海侵边界。如果向陆一侧近距离内的钻孔岩心全新世地层都是陆相沉积物就可以更准确地确定海侵边界 14位置。渤海沿岸缺乏海侵到达边界的精确C测年数据。据全球对于这个问题的研究， [7]认为19 000~7 000 a B.P.为冰融期,所以采用7 000 a B.P.为海侵到达边界的时间。 综上所述，对渤海湾西岸全新世最大海侵的研究方法主要以古文化遗址、微体古生物、地貌及水化学、遥感图象，大致描绘出了全新世最大海侵的位置，但古海岸线并非平直，仅靠个别的钻孔和考古遗迹并不能准确恢复古海岸线的真实面貌，需要对其周边地区进行大量连续密集的钻孔研究，如利用前人的方法进行整个渤海湾西岸的调查成本巨大。 近年来，一种操作简便的判断海岸平原沉积环境的方法—沉积物粘土混浊水电导率的测定方法在日本被广泛应用。在国内，方晶等(2006)首次应用此方法对下辽河平原进行了新的研究，认为下辽河平原在全新世期间至少发生过两次海侵，此方法不仅操作简单，而且对样品的要求不高，无论是新样品还是长期放置的样品都可以用来测试。另外，此方法样品处理简单，测试简便省时，实验误差小(一般误差在1,以下)，数据结果客观，很少受温度等外界条件变化的影响，因此非常适合对较大海岸 [8]平原的大批量钻孔样品作测试。 pH是水溶液酸碱度的一种表示方法，关于海洋pH，国外学者作了一系列研究。Hofslagare等(1983，1985)指出海洋植物光合碳吸收常常伴随着周围介质的pH值的变化，而这种变化是可预测的，因此pH值的变化已经成为测量微藻光合碳吸收 ，[910]的一种方式。Lindahl(1963)证明pH值的变化也可成为测量海藻光合碳吸收的一种方式。这种方法的优点是能够高精度的测量pH值得微量变化。比如，在海水中， [11]pH值变化0.0005个单位，相应于溶解无机碳不足0.01%。Axelsson(1988)得出在 +[12]pH值正常的海水中进行光合作用，pH值的微量变化能够测出[CO+H]的吸收。 2 [13]Houghton(2001)指出化石燃料燃烧释放到大气中的CO最终会被海洋吸收。2 Ken Caldeira和Michael E.Wickett(2003)证明当CO溶解到水中的时候，就降低了海2 洋的pH值，使海洋的酸度增强，当CO在短期(小于10000年)内改变时，海洋pH2 值极易受增加的CO的影响，可是当CO在长期(大于100000年)内改变时，海洋22 化学物质因碳酸盐类物质互动而被缓冲，因此增加的CO对海洋pH值的影响程度降2 [14]低。 2 因此，本文基于前人描述的距今7000~6000年时渤海湾西岸、西北岸沿海平原的 [15]海岸线最大边界，选取其内侧天津西青区某为此次研究区域运用沉积物粘土混浊水电导率的测定方法研究本区域全新世沉积环境，得到电导率与pH之间的对应关系，为探讨天津地区全新世海侵边界提供依据。 2 研究区域概况 2.1 地理位置 研究区域位于天津市西南部西青区南河镇某村(H孔所在地)(见图1)。天津市地理坐标位置为北纬38?33′至40?15′，东经116?42′至118?03′，属于世界的北温带和国际时区的东八区。天津地处华北平原东北部，东临渤海，北枕燕山，北与首都北京毗邻，距北京120公里，是拱卫京畿的要地和门户。东、西、南分别与河北省的唐山、承德、廊坊、沧州地区接壤。对内腹地辽阔，辐射华北、东北、西北13个省市自治区，对外面向东北亚，是中国北方最大的沿海开放城市。 图1 研究区域及钻孔位置 3 [15]图1中延渤海湾分布的黑线为贝壳堤与领地的连线，示意6000年来渤海湾西岸古海岸线 2.2 地质地貌 天津处于燕山纬向(EW向)构造体系与新华夏(NNE向)构造体系华北平原沉降带的交接部位。两大构造体系的分界线大致在北纬39?20′附近，宝坻—宁河断裂一线，以北主要为燕山纬向构造地段，其南主要是新华夏构造体系发育地区。两大构造体系构成了天津市地质构造基本格架。断裂构造发育，断裂带数量多，分布纵横交错，新构造运动(新生代第四纪时期的地壳运动)活跃，控制着天津地貌格局与河流走势、新生代沉积物的厚度、地下水分布、地热异常带发育，也是天津地区地震与地面沉降产生的背景。 南低、西高东低，地势从燕山山地向渤海湾缓缓倾斜下降。依海拔高度、地表形态和地面组织物质的不同，天津地貌可划分为中山、低山、丘陵、盆地、峡谷、宽谷、河流阶地、洪积台地、洪积冲积平原、冲积平原、海积冲积平原、海积平原、滩涂等多种类型。天津境内平原广阔，山区狭小。平原占全市面积93.83%，平原面积低平绝 [6]大部分在海拔5米以下，坡度1/5000~1/10000。 2.3 气候特征 天津位于中纬度欧亚大陆东岸，主要受季风环流的支配，是东亚季风盛行的地区，属暖温带半湿润大陆性季风气候区。季风显著，年温差大 ，冬夏季风向更替明显，冬季多为偏北风，寒冷、干燥、降水少;夏季多东南风、偏南风，高温、高湿、降水集中。春季风速最大，冬季次之，夏秋两季风速最小。年平均气温在摄氏12.4~14.2?之间，最冷月在一月，平均气温在,4?以下;最热月在七月，一般都在26?左右。四季分明，长短不一，属冬季最长，夏季次之，春季较短，一般为秋季最短。降水较少，分配不均，在地区上也分布不均，一般情况是山地多于平原，沿海多于内地。在季节分布上，6、7、8三个月的降水量占全年的75%左右，雨热同期，适于发展农业，12、1、2三个月的降水量仅占2%。日照时间较长，太阳辐射强，渤海湾滩涂广阔，潮间带宽达3~7.3km，淤泥滩蓄水条件好，适于发展旱季作物和晒盐业。 2.4 水文特征 天津位于海河流域下游，是海河五大支流南运河、北运河、子牙河、大清河、永定河的汇合处和入海口，素有“九河下梢” 、“五河尾闾”“河海要冲”之称。流经天津的一级河道有19条，总长度为1095.1km。还有子牙新河、独流减河、马厂减河、永定新河、潮白新河、还乡新河6条人工河道，总长度为284.1km。二级河道有79条，总长度为1363.4km，深渠1061条，总长度为4578km。天津还多次引黄济津，并有一 4 定数量的地下水。 2.5 生物特征 植被类型属于暖温带落叶阔叶林带，目前绝大部分已演变为人工林和天然次生林。主要特产 有核桃、板栗、红果、柿子等。在滨海盐碱土地区有柽柳、芦苇等抗盐碱植物。渤海鱼产200多种，其中天津附近海域有68种，天津的淡水鱼类约60余种和各 [6]种贝类水产品。 3 渤海湾西岸平原全新世最大海侵位置研究现状 3.1 渤海湾西岸平原全新世最大海侵发生的年代 肖嗣荣等(1997)由钻孔资料证实，在渤海湾西岸平原地面下约15m的深度。广泛埋藏着10000~8000aB.P.形成的泥炭层，其中黄骅县南排河渔供3孔深度15.85~l6.11m的泥 1414炭层的C年龄为10300?200年;静海四党口钻孔深度15.0m的泥炭层的C年龄为 147920?655 a B.P;最西在静海县城以南的陈官屯，泥炭底层C年龄为6900年。在该泥炭层的顶板，普遍含有有孔虫、海相介形虫和软体动物等海相生物化石。该化石层的埋藏深度由滨海向内陆变浅，厚度变薄，并逐渐尖灭;微体古生物组合的海相性也随 14之降低，由浅海相逐渐演变为海陆过渡相，其在宝坻黄庄(埋深约4m)C测年为 146744?87aB.P.，在老东口(埋深2.5~4m)C测年为6654?109aB.P.，在黄骅东孙村(埋深 141.1m)C测年为6150?65aB.P.。从上述测年数据看出，该海相层形成的年代为7kaB.P.~ 6kaB.P.，它是渤海湾西岸全新世地层中深入陆地最远的海相层。因此，有理由认为， [3]它代表了该区全新世最大海侵。这一点也为考古资料所证实。 3.2 渤海湾西岸平原全新世最大海侵范围的确定方法 肖嗣荣，李庆辰等(1997)通过古文化遗址、微体古生物、地貌及水化学、遥感图象反映确定了渤海湾西岸全新世最大海侵范围:本区发生在7000~6000aB.P.的中全新世 [3]最大海侵的古海岸线。 3.2.1 古文化遗址确定的最大海侵范围 受自然条件的影响，先民们往往在滨海地区繁衍生息，并留下了活动的遗迹。在滨海平原北部边缘5m等高线附近陆续发现了大批的仰韶期和红山期(7000~5000aB.P.) 古文化遗址。其中包括抚宁县的海阳、赵家庄、马庄新石器文化遗址，昌黎县城和滦南县扒齿港涂家庄的新石器文化遗址，滦县胡各庄乡西庄店村的仰韶文化遗址，丰南县刘唐保村新石器文化遗存，玉田县东蒙各庄及虹桥红山文化遗存，蓟县围坊红山文化遗址、三河县孟各庄磁山、后岗文化遗址，渤海湾西部的安新县粱庄和留村仰韶期 [3]文化遗址。将这些遗址连线，可以大致地勾划出当时古海岸线的位置。 5 3.2.2 微体古生物、地貌及水化学确定的海侵范围 14在乐亭县后程庄钻孔埋深l3—l6m的海相层沉积物中，文蛤的C测年为5595?l10 a B.P.;在黄各庄胥4孔的全新统中发现有孔虫，浅层咸淡水分布界线在团林一大佟庄一窝洛沽一线，与上述各点连线基本吻合。也大体勾划出了全新世最大海侵的范围。在玉田县流涧头的全新统中发现毕克卷转虫(变种)，其北部直至虹桥附近地势低洼平坦，两地海拔高度相近，都在黄海高程2m左右。因此可以推测，当时的海水巳侵入到虹桥 [3]南一带。 在宁宝平原的黑狼口、黄庄、尔王庄、后辛庄等地中全新统中含有以毕克卷转虫变种、厚壁卷转虫为主的海湾类型的微体化石，并有丈量牡蛎堆积及鲸骨，海豚骨存在。表明宁宝平原广大地区都曾遭受海水侵淹，成为古渤海的一部分。宝坻县牡蛎贝壳滩最北见于宝坻县城东南郝各庄附近，这一牡蛎堆积代表了全新世最大海侵时的贝壳滩， [3]大体相当于古海岸线的位置。 霸县石沟和安次县马道口埋深10~l5m处古有毕克卷转虫变种、嗜温卷转虫和多变 14假小九字虫等微体古生物化石。属于偏海洋性的海陆过渡类型，C年代6000~10000 a B.P.。这表明中全新世海侵曾到达文安洼西部。在青县城关埋深7—9m处发现一层古有 14孔虫和海相介形虫化石的海侵层，其C年代为6000~5000aB.P.。在沧州平原运河以东广大地区的中全新统中广泛分布有浅海类型有孔虫化石群，如有黄骅市西侧的七一砖瓦厂剖面底部，有一层8000~6000aB.P.形成的浅海湾相沉积层，表明中全新世最大海 [3]侵边界线经青县、沧州东到达盐山城关至高湾一带。 3.2.3 遥感图象反映的全新世最大海侵范围 在TMS卫星影象图可以看出:沿献县西部，向北穿过任丘、霸县，跨过永定河冲积扇向北东经宝坻、玉田、丰南至乐亭南部存在一条边界线。在其向内陆一侧影象色调均匀，纹理细密，反映出地面土壤类型、盐分含量等相对稳定。植被类型差别不大;其界线向海一侧图象纹理较粗，且有界限不清楚的象斑，反映出地面植被类型呈斑状分布，且斑块间存在过渡类型，这种斑块可能与海水退击后地面脱盐不均有关。因此，该线可能是中全新世高海面时期的海侵影响范围边界线。 从上述资料可以看出，本区发生在7000~6000aB.P.的中全新世最大海侵的古海岸线，南起海兴县的高湾。经盐山县城关 沧州市东郊、青县城关、文安东、霸县石沟。折向东北经安次县马道口、武清城关、宝坻郝各庄，抵玉田县虹桥南转向东南经丰润县的欢喜庄、丰南县黄各庄、滦南县喑牛淀，再向东北经乐亭县姜各庄、昌黎团林， [3]止于秦皇岛。 6 3.3 渤海湾西岸平原全新世最大海侵范围 渤海湾西岸约6000aB.P.海侵的范围远远超过贝壳堤分布的最西位置，大致为昌黎、滦南柏各庄、丰南黄各庄、玉田虹桥、宝坻黑狼口、永清僧头堡、文安兴隆宫、任丘、河间、献县、交河、无棣、滨县、纯化(王一曼，1982;邢嘉明等，1984;安凤桐等， 杨怀仁等，1990)。这条界线与浅层地1984;李元芳等，1984;杨子赓等，1979; 下水的咸淡水分界大体一致，而“4m 等高线”则偏东(玉田、宝坻、天津、静海、 [5]李村)(见图2)。 [5] 图2 渤海湾西岸平原中全新世最大海侵范围 4研究方法 4.1 实验仪器 本实验仪器为上海精密科学仪器有限公司生产的DDS~307A型电导率仪。该电导 4率仪是实验室测量水溶液电导率必备的仪器，测量范围为0~1×10μS/cm，本实验以mS/cm为单位，温度范围为0~60?。另外还有Sartorius PB—10 pH计、恒温鼓风干燥箱等。 4.2 实验原理 该实验原理基于水溶液的导电性，而水溶液的导电性取决于所含电解质的数量与性质。离子含量越多，带电荷量越多，水溶液的导电性就越强。此外温度对导电性也有影响。测定水溶液的电阻率，即可知道其导电性: Ke=1/R 7 ~1~1[17]式中，Ke为水溶液的电导率，单位是Ω?cm;R为水溶液的电阻率，单位是Ω?cm。 在日本，横山(1987)对大阪北部千里山丘陵东端钻孔作粘土混浊水电导率研究，发现电导率值与沉积物中的硫酸或硫酸根离子的量有一定的关系。另外，电导率推定 [18]得出的古环境意义与硅藻一致，在电导率高的位置海成硅藻含量高。另外，横山(1993)综合之前的研究成果，分析出，电导率值与溶液中的硫酸离子和硫酸盐的量呈正比例直线关系。一般情况下，粘土混浊水的电导率值小于0.4mS/cm为陆相沉积，介于0.4~1.2mS/cm之间为海陆过渡相沉积，大于1.2mS/cm为海相沉积。 内园(2004)对日本农尾平原南部钻孔做混浊水电导率和pH值测定，发现混浊水电导率的测定结果与硅藻分析得出的古环境意义有良好的对应关系。电导率在深度方向的垂直变化，能反应沉积物为淡水成、半咸水成或海水成，由此，混浊水电导率 [19]也可以作为堆积环境变化的指标。 本文在对电导率结果进行分析时，沿用横山卓雄(1993)的研究成果，即混浊水电导率值与溶液中的硫酸离子和硫酸盐的量成正比，粘土混浊水的电导率小于0.4mS/cm为陆相沉积，0.4~1.2mS/cm为海陆过渡相沉积，大于1.2mS/cm为海相沉积。 土壤酸碱度常用pH值表示。我国土壤酸碱度可分为5级:pH<5.0为强酸性，pH在5.0~6.5之间为酸性，pH在6.5~7.5之间为中性，pH在7.5~8.5之间为碱性，pH>8.5为强碱[20]性。 4.3 实验步骤 4.3.1 样品的前处理和测试方法 对所取样品进行钻孔剖面的混浊水导电率研究，沉积物混浊水样品的前处理和测试方法如下: (1)按20 cm间隔取大约20 g样品(有时在1 m以上按40 cm间隔取样，1 m以下按20cm间隔取样)，把各层位样品放入蒸发皿中后，在烘干炉中110?的温度下干燥48 h。 (2)将干燥后的样品粉碎成粉末。用电子天平称出10.00 g样品放入适当容量的容器中,再加入120 ml蒸馏水。 (3)将其搅拌3 min，静置1 h后，开始测试。测定时需将导电测试计的前端伸到水面下5 cm的位置读数。 (4)测定之后，将混浊水静置5 d做第二次测试。同样,搅拌3 min静置1 h后再测试。 如果两次测定值没有大的差别，取后者。若两次的值差别较大，需再次测定。 8 4.3.2 处理样品注意事项 (1)在取样品称重时，尽量选择较细的粘土，剔除粉末中的小砾石与颗粒物，以免影响数据的准确性。 (2)因为水溶液中的离子多附着在较细的粘土上，因此对于较粗的砂质沉积物需 [8]换算出粘土的量来进行误差校正。 (3)如果样品称重量不足10.00g，应当按称重量的实际重量同比换算出所加蒸馏水的体积。 (4)电导率测定之前，应先将仪器于使用前30min开机并将电极置于蒸馏水中浸泡，还要将仪器温度调至测量时的水温。 5 钻孔岩性与粘土混浊水电导率测定结果 5.1 H孔 5.1.1 H孔岩性 位于天津市西青区某霍元甲纪念堂西侧150m处10.2m深的H孔(地理坐标39?01?40.7"N，117?07?31.3"E)，孔口标高约2~3m。地表至埋深0.25m为褐色粘土(耕作土)，埋深0.25~0.62m为棕褐色粘土，埋深0.62~0.65m为黑色粘土(古土壤)，埋深0.65~0.98m为褐灰色粘土，埋深0.98~1.90m为绿灰色粘土，且具有褐铁矿化斑点，其中1.22m处见贝壳;埋深1.90~2.95m为绿灰色粘土夹粉砂纹层，且具有褐铁矿化斑点，埋深2.95~7.40m为绿灰色粉砂，3.15m处有少量贝壳碎片;埋深7.40~11.20m为灰色粘土，9.4m以下贝壳多见。 5.1.2 H孔粘土混浊水电导率测试结果 对长度为10.2m的H孔样品以20cm为间隔取样(本次钻孔取样分两次进行，第一次钻孔深度为3.5m，采取10cm为间隔取样，第二次钻孔由3.5m处向下打至10.2m，为避免上层污染从4.0m处取样，以20cm为间隔取样)，电导率及相应pH测定值见表1。结果如下: I带:深度10.1~8.3 m，根据电导率值的大小，进一步将I带分为I-1、I-2和I-3等3个亚带。I-1位于深度10.1,10.0m，10.1m处电导率为0.31mS/cm，随后电导率逐渐增大但仍为陆相沉积;I-2位于深度1.0,9.8m，电导率从10.0,9.9m不断增大，9.9m处达到最大0.42mS/cm，随后电导率下降接近0.38mS/cm，说明此亚带受海水影响为海陆过渡相沉积。I-3位于深度9.8,8.3m，深度9.8,9.3m，电导率下降，9.3m处电导率为0.34mS/cm，随后电导率增大，9.1m处电导率增至0.39mS/cm，接近0.4mS/cm，应为陆地和海陆交互相的交界附近。深度9.1,8.7m，电导率下降，8.7m处电导率最 9 低达到0.29mS/cm，为陆相沉积。深度8.7,8.3m电导率增大，在8.3m处增大到0.39mS/cm，接近0.4mS/cm，应为陆地和海陆交互相的交界附近。I带pH为9.15~9.46，属于强碱性环境，与电导率呈现出反相关的变化趋势。说明此处当时应该受到海水影响，处于陆地与海陆过渡相交界附近。 ~0.9m之间，电导率在0.2~0.39mS/cm之间波动，在0.9m处电导率达II带:在8.3 到峰值，为0.39mS/cm，此值小于0.4mS/cm，因此此带均为陆相沉积。pH为8.42~9.27，碱性弱于?带，仍属于强碱性环境，变化趋势与电导率呈现反相关。 III带:在0.9m~0.1m之间，电导率变化幅度较大，表现为:在0.9~0.6m处，电导率从0.39mS/cm增大到0.59mS/cm，在0.6m处出现峰值0.59mS/cm，此段电导率值在0.4~1.2mS/cm之间，为海陆过渡相沉积。之后电导率迅速下降，0.5~0.1m处，电导率从0.58下降到0.33mS/cm，在0.3m处，电导率为0.41mS/cm，0.5~0.3m为海陆过渡相，0.3m以上为陆相沉积。pH为8.03~8.94，属于碱性环境，变化趋势与电导率呈现反相关。 表1 H孔电导率和pH测定值 序号 深度 称重 体积 EC(1) EC(2) pH /m /m /g /ml /mS/cm /mS/cm 2 0.1 10.00 120 0.23 0.33 8.03 3 0.2 10.00 120 0.27 0.36 8.15 4 0.3 10.00 120 0.35 0.41 8.34 5 0.4 10.00 120 0.37 0.49 8.42 6 0.5 10.00 120 0.52 0.58 8.43 7 0.6 10.00 120 0.52 0.59 8.41 8 0.62~0.65 10.00 120 0.42 0.49 8.40 9 0.7 10.00 120 0.32 0.38 8.54 10 0.8 10.00 120 0.36 0.44 8.50 11 0.9 10.00 120 0.30 0.39 8.52 12 1.0 10.00 120 0.27 0.32 8.66 13 1.1 10.00 120 0.30 0.33 8.61 14 1.2 10.00 120 0.31 0.33 8.66 15 1.3 10.00 120 0.28 0.33 8.71 16 1.4 10.00 120 0.25 0.32 8.72 17 1.5 10.00 120 0.26 0.33 8.68 18 1.6 10.00 120 0.32 0.36 8.62 19 1.7 10.00 120 0.32 0.33 8.64 20 1.8 10.00 120 0.31 0.34 8.70 21 1.9 10.00 120 0.25 0.31 8.70 22 2.0 10.00 120 0.25 0.29 8.71 23 2.1 10.00 120 0.17 0.20 8.94 10 24 2.2 10.00 120 0.21 0.26 8.82 25 2.3 10.00 120 0.23 0.27 8.80 26 2.4 10.00 120 0.19 0.27 8.70 27 2.6 10.00 120 0.25 0.29 8.71 28 2.7 10.00 120 0.25 0.31 8.69 29 2.8 10.00 120 0.28 0.35 8.61 30 2.9 10.00 120 0.24 0.28 8.64 31 3.0 10.00 120 0.19 0.24 8.67 32 3.1 10.00 120 0.23 0.28 8.47 33 3.2 10.00 120 0.17 0.22 8.74 34 3.3 10.00 120 0.17 0.22 8.73 35 3.4 10.00 120 0.20 0.24 8.66 36 3.5 10.00 120 0.31 0.36 8.45 37 4.0 10.00 120 0.23 0.26 8.42 38 4.2 10.00 120 0.24 0.28 8.49 39 4.4 10.00 120 0.27 0.33 8.48 40 4.6 10.00 120 0.25 0.31 8.52 41 4.8 10.00 120 0.25 0.34 8.58 42 5.0 10.00 120 0.28 0.33 8.67 43 5.2 10.00 120 0.30 0.34 8.79 44 5.4 10.00 120 0.25 0.30 8.85 45 5.6 10.00 120 0.27 0.30 8.83 46 5.8 10.00 120 0.28 0.32 8.98 47 6.0 10.00 120 0.24 0.29 8.91 48 6.2 10.00 120 0.26 0.30 8.90 49 6.4 10.00 120 0.30 0.33 9.05 50 6.7 10.00 120 0.24 0.25 9.14 51 6.9 10.00 120 0.19 0.22 9.07 52 7.1 10.00 120 0.30 0.34 9.02 53 7.3 10.00 120 0.24 0.26 9.16 54 7.5 10.00 120 0.21 0.26 9.11 55 7.7 10.00 120 0.24 0.26 9.27 56 7.9 10.00 120 0.27 0.32 9.09 57 8.1 10.00 120 0.26 0.29 9.22 58 8.3 10.00 120 0.37 0.39 9.15 59 8.5 10.00 120 0.33 0.37 9.18 60 8.7 10.00 120 0.27 0.29 9.28 61 8.9 10.00 120 0.28 0.32 9.24 62 9.1 10.00 120 0.35 0.39 9.36 63 9.3 10.00 120 0.32 0.34 9.39 64 9.5 10.00 120 0.32 0.35 9.28 65 9.7 10.00 120 0.27 0.35 9.43 66 9.9 10.00 120 0.39 0.42 9.23 67 10.1 10.00 120 0.29 0.31 9.46 11 为直观起见，将H孔的粘土混浊水电导率和pH值以曲线形式表示如下(图3) 图3 H孔粘土混浊水电导率及pH曲线 5.2 PL孔 5.2.1 PL孔岩性 位于天津市西青区南河镇潘楼村西侧750m处5.20m深的PL孔(39?03?28.4"N，117?05?35.9"E)。孔口标高约2~3m。地表至埋深0.25m为褐色粘土(耕作土)，埋深0.25~0.56m为棕褐色粘土，埋深0.56~0.67m为浅黄色粉细砂，埋深0.67~0.72m为黑色粘土(古土壤)，埋深0.72~0.87m为浅黄色粉细砂，埋深0.87~0.93m为黑色粘土(古 12 土壤)褐灰色粘土，埋深0.93~0.99m为灰褐色粘土，埋深0.99~1.47m为褐黄色粘土，埋深1.47~2.21m为灰褐色粘土，埋深2.21~2.50m为褐灰色粘土夹1~2mm厚粉砂纹层;埋深2.50~4.23m为灰色粉细砂，埋深4.23~5.20m为暗灰色粉砂。 5.2.2 PL孔粘土混浊水电导率测试结果 对长度为5.2m的PL孔样品以10cm为间隔取样，电导率测定值见表2。结果如下:深度在5.1~3.8m，电导率在0.16~0.33mS/cm的范围内波动，为陆相沉积;深度3.7~2.6m，电导率在0.17~0.21mS/cm之间波动，为陆相沉积;深度2.5~2.3m随海拔升高电导率由0.26mS/cm增大至0.38mS/cm，为陆相沉积，2.3m处电导率为0.38mS/cm，接近0.4mS/cm应为陆地与海陆过渡相交界。深度2.2~2.0m，随海拔升高电导率由0.31mS/cm降至0.26mS/cm，为陆相沉积。深度1.9m处，电导率为0.39mS/cm，接近0.4mS/cm,为陆地与海陆过渡相交界。深度1.8~1.2m,电导率在0.29~0.33mS/cm的范围内波动，为陆相沉积。深度1.1~1.0m,随海拔升高电导率由0.39mS/cm增至0.44mS/cm;深度0.9m处电导率0.42mS/cm，即0.9~1.0m之间为海陆过渡相。深度0.8~0.6m,电导率由0.23mS/cm增大至0.44mS/cm后又下降至0.24mS/cm;深度0.5~0.3m，随海拔升高电导率由0.51mS/cm增大至0.59mS/cm，深度0.3m处，电导率达最大0.59mS/cm;随海拔升高到深度0.2m处，电导率下降至0.4mS/cm,即深度在0.5~0.2m之间为海陆过渡相沉积。 表2 PL孔电导率测定值 序号 深度 称重 体积 EC(1) EC(2) /m /m /g /ml /mS/cm /mS/cm 1 0.2 10.00 120 0.30 0.40 2 0.3 10.00 120 0.51 0.59 3 0.4 10.00 120 0.48 0.56 4 0.5 10.00 120 0.41 0.51 5 0.6 10.00 120 0.18 0.25 6 0.7 10.00 120 0.35 0.44 7 0.8 10.00 120 0.16 0.23 8 0.9 10.00 120 0.30 0.42 9 1.0 10.00 120 0.25 0.44 10 1.1 10.00 120 0.31 0.39 11 1.2 10.00 120 0.26 0.33 12 1.3 10.00 120 0.26 0.33 13 1.4 10.00 120 0.23 0.29 14 1.5 10.00 120 0.23 0.30 15 1.6 10.00 120 0.30 0.33 16 1.8 10.00 120 0.25 0.31 17 1.9 10.00 120 0.34 0.39 13 18 2.0 10.00 120 0.21 0.26 19 2.1 10.00 120 0.23 0.28 20 2.2 10.00 120 0.25 0.31 21 2.3 10.00 120 0.30 0.38 22 2.4 10.00 120 0.22 0.28 23 2.5 10.00 120 0.21 0.26 24 2.6 10.00 120 0.18 0.21 25 2.7 10.00 120 0.19 0.22 26 2.8 10.00 120 0.17 0.21 27 2.9 10.00 120 0.15 0.19 28 3.0 10.00 120 0.15 0.19 29 3.1 10.00 120 0.17 0.20 30 3.2 10.00 120 0.16 0.20 31 3.3 10.00 120 0.16 0.17 32 3.4 10.00 120 0.18 0.22 33 3.5 10.00 120 0.17 0.22 34 3.6 10.00 120 0.15 0.20 35 3.7 10.00 120 0.15 0.21 36 3.8 10.00 120 0.26 0.31 37 3.9 10.00 120 0.22 0.26 38 4.0 10.00 120 0.14 0.16 39 4.1 10.00 120 0.19 0.24 40 4.2 10.00 120 0.25 0.30 41 4.3 10.00 120 0.17 0.25 42 4.4 10.00 120 0.22 0.29 43 4.5 10.00 120 0.23 0.33 44 4.6 10.00 120 0.14 0.19 45 4.7 10.00 120 0.22 0.29 46 4.8 10.00 120 0.17 0.23 47 4.9 10.00 120 0.13 0.17 48 5.0 10.00 120 0.18 0.25 49 5.1 10.00 120 0.16 0.22 为直观起见，将PL孔的粘土混浊水电导率值以曲线形式表示如下(图4) 14 图4 PL孔电导率曲线 6 讨论 6.1 研究区域内海侵最大位置 根据黄镇国等(2002)在《中国日本全新世环境演变对比研究》中总结前人研究资料， [5]绘出渤海湾西岸中全新世最大海侵范围图(见图2)，研究区域所在位置在全新世最大海侵范围之内。本次实验H孔东北368m处有陈宇坤，李振海等(2008)钻孔TN3孔(地理坐标E117?07′45″，N39?01′46.0″)和BZ2孔(地理坐标E117?08′ 11(0″，N39?01′ [1]48(8″)，他们认为此处为沧县隆起并依据BZ2孔与TN3孔建立了沧县隆起的第四 [1]纪年代地层框架,其研究表明此处全新统底界深度为13m。本次实验 H孔深度为10.2m，PL孔深5.2m小于全新统底界深度，因此，PL孔的陆相，H孔的陆相、海陆过渡相沉积均为全新世产物。 由H孔的粘土混浊水电导率测定结果分析可得，该地区中全新世以来经历了陆相——海陆交互相——陆相——海陆交互相——陆相的沉积环境。在埋深9.9m处，电导率达到峰值为0.42mS/cm，在0.4~1.2mS/cm之间，为海陆过渡相沉积，表明9.9m处受到了海水影响，可能是海侵也可能是一次风暴潮。在9.1m和8.3m处，电导率均为 15 0.39mS/cm，接近0.4mS/cm，应为陆相和海陆交互相的交界附近。由于深度9.4m以下多见贝壳，电导率测定结果指示9.9m处有海侵可能，因此对深度9.9m处进行了贝壳和有孔虫鉴定。鉴定结果为:贝类以蛤类为主，种类有细弱胡桃蛤Ennucula tenuis(Montagu)、焦河蓝蛤Potamocorbula ustulata(Reeve)、红肉河蓝蛤Potamocorbula rubromuscula Zhuang et Cai、黑龙江河蓝蛤Potamocorbula amurensis(Schrenck)、九州斧蛤Donax (Serrula) kiusiuensis Pilsbry，还含有少量光滑狭口螺Stenothyra glabra A.Adams。此处所见完整的贝壳较小，贝类碎片较多，贝壳鉴定根据《中国水生贝类 [21]原色图鉴》，以上贝类为黄渤海沿海常见种类，多为栖息于咸淡水交界处潮间带环境。有孔虫种类为:Anomalinella rostata (Brady) 、.Ammonia japonica、Nonion japonicas Asano、Astrononion hamadaense Asano、Elphidium excavatum forma clavata、Ammonia beccarii、Elphidium frigidum Cushman、Quinqueloculina sp.G，根据李建芬(2010)对 [22]渤海湾西部现代有孔虫群分布特征及对地质环境的的研究中，以上有孔虫为渤海湾西岸潮间带及近岸浅海区常见种类。贝类与有孔虫鉴定结果均显示H孔曾经位于潮间带环境。 根据BZ2孔与TN3孔研究结果均发现海相层，埋深3.87~14.49m，年代为1~7kaB.P.。岩性为灰色、深灰色淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土，软塑状，含有机质条带。局部砂、黏土互层，呈千层饼状，含螺类化石碎片，微体古生物鉴定含有孔虫及 [1]海相介形虫，反映浅海潮间带的沉积环境，底部富碳质沉积较少见。H孔相对于BZ2和TN3孔距离海更远，海退方向由陆向海，H孔的海相层应该高于BZ2和TN3，但H孔在在深9.9m附近才见到海陆过渡相沉积层，深度8.3m以上又为陆相沉积，可见全新世海侵海水到达过此处但很快就退了，因此全新世海侵最大位置在H孔西侧。PL孔位于距H孔西北约4322m处，电导率测定为陆相——海陆交互相——陆相的沉积环境，由于深度只有5.2m未见海相沉积，无法判断是否是海侵最大范围，需要进一步研究，若发现全新统海相层，则海侵最大位置在PL孔以西，若未发现则海侵最大位置即为PL孔与H孔之间。 6.2 黑色腐殖质粘土层(古土壤)成因及古环境探讨 H孔埋深0.62~0.65m为黑色腐殖质粘土(古土壤)，PL孔埋深0.67~0.72m为黑色粘土(古土壤)和埋深0.87~0.93m为黑色粘土(古土壤)都有古土壤出现。H孔和PL孔处有古土壤出现的层位，电导率呈现增长趋势，H孔从深度0.9,0.6m处电导率由0.39mS/cm增大至0.59mS/cm，反映海陆交互相沉积环境;PL孔从深度1.1,0.3m电导率由0.39mS/cm增大至0.59mS/cm(整体为增长趋势其中包括两次波动)，反映海陆交 16 互相沉积。 古土壤代表一种沉积间断事件，其层位可代表地层不连续面，它不仅为陆相地层对比提供了理想的方法，而且对了解古土壤界面上发生的地质事件，恢复古地貌、古 [23]环境，解释沉积速率有重要的意义。李建芬，王宏等人(2004)在渤海湾牡蛎礁平 [24]14原中部兴坨剖面全新世地质环境变迁的研究中，发现埋深0.33处有古土壤，经过C测年后，发现为1307cal BP的初唐时期(隋唐温暖期)。兴坨地区有孔虫组合揭示了该地区全新世海相层从下向上的潮间带—潮下带—(近岸浅海)—潮间带的不同水深、不同沉积环境的转化。被有孔虫组合、沉积结构、软体动物等证实其潟湖环境持续时间 [24]约为4000,1300cal BP。至1300cal BP的初唐时期，植被在潟湖沼泽中繁盛，并形成古土壤。宋元至明清的河流泛滥沉积覆盖在古土壤层之上。兴坨一带，至此脱离潟湖水体而成为陆地。但是，增口河附近更低洼地区，乃至更向南直至现代海岸线，从 [24]未发现隋唐古土壤，说明兴坨剖面以南长期维持潟湖环境。 最大海侵当时海岸线并非平直，而是凹凸相间，H孔PL孔正好位于海侵的边缘的陆地部分，从图5中看出位于海湾之间凸向海洋的陆地部分。 H孔和PL孔位于古洼地边界，而且兴坨剖面也位于古洼地边界，也许它们有着相同的环境演化经历。 17 [15] 图5 近6000年来渤海湾西岸岸线、古洼地图 H孔与PL孔可能由于离海湾较近，在某次风暴潮之后形成了潟湖，随后形成了古土壤。电导率显示，H孔和PL孔都是在形成古土壤前电导率开始增大，此时应该是受到了海水的影响，在古土壤层之上逐渐电导率回到了陆相。如果能够对H孔和PL孔的古土壤进行测年也许能够更好的解释这一问题。 18 7.结论 (1)通过对天津市西青区某村西H孔和潘楼村西PL孔粘土混浊水电导率测定，得出该 地区中全新世以来经历了陆相—短暂的海陆过渡相—陆地沉积过程。 (2)全新世最大海侵位置在H孔与PL孔之间。 )晚全新世时期，研究区一度为泻湖环境，后海水退出形成黑色古土壤。 (3 参考文献 [1] 宇坤,李振海,邵永新等. 天津地区第四纪年代地层剖面研究[J]. 地震地质, 2008,(02): 383~399. 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