第四系在第四纪地质研究中具有重要地位,第四纪地层划分和对比是研究区域地质、构造活动、古地理环境演变的基础[1-3]。浙江宁波地区位于海陆交界地带,第四纪以来,在古气候冷暖波动和多次海平面升降的影响下,形成了广泛分布且厚度较大的海陆交替沉积物,为研究该地区第四纪以来的古环境演变及海陆相互作用提供了重要窗口。

第四纪地层年龄框架的确定需要综合运用多种方法,而其基础年龄模式的确定需要对磁性地层进行框定[4]。目前,宁波地区已经开展了较多的第四纪地层研究,但这些研究多集中于岩石地层学和生物地层学[5-9],而关于磁性地层学的研究不多,仅陈德昌等[10]对宁波地区的B12孔和LK1孔进行了第四纪磁性地层研究,并认为该区存在哥德堡事件(11～13 ka BP)、拉尚事件(30～40 ka BP)和布莱克事件事件(100～110 ka BP)。

本文运用磁性地层学结合年代地层学的方法,对宁波南部地区Z03孔进行第四纪地层划分,以期在该区建立可靠的磁性地层框架,丰富宁波地区第四纪磁性地层研究资料,为宁波地区乃至长三角地区第四纪地层对比研究提供新资料。

1　钻孔岩性特征

Z03孔是系统采集测试样品的第四系标准钻孔,位于宁波市象山县定塘镇金牛港村东侧(图1),地貌为海积平原,具有典型的第四纪沉积物和剖面结构。该钻孔终孔深度为125.4 m,其中第四系厚度为121.7 m,第四系超覆于燕山晚期花岗岩体之上,是开展第四系多重地层划分与对比的理想钻孔。

Z03孔岩性以淤泥、黏土、粉质黏土和含黏性土圆砾为主,沉积相较复杂,伴随多次海侵—海退,形成数个沉积旋回。根据岩性特征,自上而下可划分为17层。

(1)0～0.5 m,素填土,黄褐色,松散,以可塑状黏性土为主,地表20 cm以浅含较多的植物根茎,为近期人工填筑。

(2)0.5～3.6 m,黏土,黄褐色,可塑,渐变软塑,厚层状,可见Fe、Mn质氧化斑点及碳化物,下部见少量贝壳碎屑。

(3)3.6～6.0 m,淤泥质黏土,灰色,流塑,厚层状,可见贝壳碎屑。

(4)6.0～17.0 m,淤泥,灰色,流塑,厚层状,可见贝壳碎屑。

(5)17.0～23.6 m,粉质黏土,灰色,软塑,厚层状,可见贝壳碎屑。

(6)23.6～39.0 m,黏土,灰色至黄褐色,软塑至可塑,厚层状,可见Fe、Mn质氧化斑点及少量碳化物。

(7)39.0～50.2 m,黏土,灰色,软塑至可塑,厚层状,见碳化物及少量腐殖质。其中44.7～44.8 m含较多腐殖质。

(8)50.2～57.6 m,粉质黏土,浅灰色至灰褐色,可塑,厚层状,含碳化物及腐殖质,偶含粉砂团块。其中51.3～51.6 m处含少量砾砂。

(9)57.6～58.6 m,含黏性土圆砾,浅灰色、兰灰色,中密状。砾石呈亚圆形,砾径以0.2～2 cm为主,含量50%～60%,砂含量约20%,余为黏性土,土质不均匀,母岩以凝灰岩为主。

(10)58.6～70.0 m,粉质黏土,黄褐色、灰褐色夹兰灰色斑块,可塑至硬塑,厚层状,可见Fe、Mn质氧化斑点。其中64.4～65.2m处夹少量粉砂。

(11)70.0～77.0 m,黏土,浅灰色、灰色,顶部夹薄层灰褐色,可塑,厚层状,可见少量碳化物,中下部含较多腐殖质。

(12)77.0～79.2 m,含黏性土圆砾,灰色,中密状,砾石多呈次圆形至圆形,砾径以0.2～2 cm为主,含量为50%～60%,砂含量为10%～20%,余为黏性土,土质不均匀,母岩为凝灰岩。

(13)79.2～87.4 m,含砾粉质黏土,浅灰色、兰灰色夹黄褐色斑块,可塑至硬塑,厚层状,含少量Fe、Mn质氧化斑点、碳化物及腐殖质。中部含薄层细砂，82.0～82.5 m处含砾砂较多,含量约20%～30%。

(14)87.4～89.0 m,细砂,浅灰色,密实状,湿,以石英、长石为主,含少量砾,砾径以0.2～1.0 cm为主,含量约10%。

(15)89.0～99.6 m,粉质黏土,兰灰色、黄褐色,可塑至硬塑,厚层状,可见铁锰质氧化斑点,底部夹少量砂。

(16)99.6～121.7 m,含黏性土圆砾,黄褐色为主,局部浅灰色,中密—密实状,砾石多呈亚圆形,少量呈次棱角状,砾径以0.2～2 cm为主,含量为50%～60%,砂含量为10%～20%,其余为黏性土,局部不均匀,黏性土含量高。母岩以凝灰岩为主。

(17)121.7～125.4 m,中等风化花岗岩,灰紫色,细粒结构,块状构造,岩质坚硬,敲击声响。

2　取样及测试

古地磁样品主要在黏土层和粉质黏土层中采集,采用无磁性塑料盒以0.5 m间隔有序采集无扰动样。共采集古地磁样品134个,采取率>90%。钻孔下部为砂砾石层,无法采集无扰动样,故未采集古地磁样品。

古地磁测试和磁性参数测量在国土资源部华东矿产资源监督检测中心完成,对134块样品进行系统交变退磁。交变退磁所用仪器为美国 GSD-5型交变退磁仪,在测试完样品的天然剩磁后,对样品逐级施加不同场强(100 mT、200 mT、250 mT、300 mT、350 mT、400 mT、450 mT、500 mT、600 mT、700 mT),直至获得样品的原生剩磁。样品的剩磁测试在DSM-2数字旋转磁力仪上进行,磁化率测试在HKB-1高精度磁化率仪上进行。

在44.7～45.0 m深处采集250 g木头样品进行14C测年,在83.2～83.5 m深处采集长30 cm、直径3.8 cm的圆柱形细砂样品进行光释光测年。

3　结果及讨论

3.1　结　果

本次对Z03孔采集的134个样品进行古地磁测试,结果(表1,图2)显示,所有样品的体积磁化率为(60.6～619.0)×10-6 SI,磁化率平均值为172.9×10-6 SI。磁化率相对较大的样品多集中在地表至25 m深处,剖面上磁化率的变化与沉积旋回之间无明显的相关性。

Z03孔第四系古地磁测试结果(表1,图2)和测年结果(表2)表明,研究区第四系松散沉积物的磁性地层均属于布容正向时,在不同深度发现8个负极性段,为第四纪地层的划分和对比提供了时代框架。

Z03孔的古地磁采样深度达87.0 m,在80.0～87.0 m的样品为负极性(图3)。光释光测年结果(表2)显示,83.4 m样品年龄为129±13 ka BP,布莱克事件年龄为110～120 ka BP[11-13],两者年龄相近。该段地层记录了布莱克事件,这一事件是全球性的极性倒转事件,通常被作为中更新世和晚更新世的时代界线[14-15],与陈德昌等[10]将B12和LK1孔中的吉曼卡亚时(198～215 ka BP)作为上更新统底界不同。另外,根据钻孔岩性特征,将Z03孔的上更新统底界定于79.2 m处。

42.2～44.0 m之间的样品呈负极性,14C测年结果(表2)显示44.7～45.0 m处样品的年龄>40 ka。前人相关研究表明，拉尚事件年龄为41～42 ka BP[16-17]。可知,该区42.2～44.0 m之间样品记录的是拉尚事件。

21.0～23.0 m出现负极性段,可与哥德堡事件对应。哥德堡事件地质年龄约12 ka BP,即冰后期首次海侵开始,为全新世和更新世的分界[15]。岩石地层学方面,23.6 m以浅样品的岩性具有明显的海相沉积特征,皆含有贝壳碎屑,为全新世滨海相。可见,该段地层古地磁特征与岩性特征具有较好的吻合性。Z03孔与陈德昌等 [10]研究的B12孔和LK1孔磁性地层划分对比图(图3)显示,3个钻孔皆记录了哥德堡事件,Z03孔中的记录位于21.0～23.0 m之间,B12孔的记录位于32 m处,LK1孔的记录位于33 m处,说明宁波平原的全新世地层较本次研究的宁波南部更厚。

另外,在Z03孔的顶部14.0～16.0 m之间也存在负极性段,陈德昌等[10]研究中也有相似发现,分别在B12和LK1两孔的17 m和19 m附近,并将其命名为“宁波亚时”(N)(图3)。这一存在于全新统中下段的负极性,是否是普遍性的极性反向或是极性漂移事件,有待进一步研究。

3.2　讨　论

国内外对于第四纪下限以及第四纪内部划分方案争议较多,目前较普遍的划分方案是将第四纪下限(即下更新统底界)定为2.58 Ma[1],即松山反极性时与高斯正极性时的界限;中更新统的底界定为0.78 Ma,即布容正极性时与松山反极性时的界限;上更新统底界为0.13 Ma,全新世从0.01 Ma开始。对宁波南部滨海平原Z03孔磁性地层研究表明,其包含的全球性极性漂移事件自下而上有布莱克事件(80.0～87.0 m)、拉尚事件(44.7～45.0 m)和哥德堡事件(21.0～23.0 m)。钻孔岩性特征、光释光测年和14C测年结果与该划分方案基本相符。

4　结　论

(1)宁波南部滨海平原Z03孔包含的极性漂移事件自下而上有布莱克事件(80.0～87.0 m)、拉尚事件(44.7～45.0 m)、哥德堡事件(21.0～23.0 m)和宁波亚时(14.0～16.0 m),其中,前三者为具有全球性普遍意义的事件,为第四纪地层的划分和对比提供了可靠的年代框架。

(2)80.0～87.0 m的样品记录了布莱克事件,确定上更新统的底界位于79.2 m;42.2～44.0 m的样品记录了拉尚事件;21.0～23.0 m的样品记录了哥德堡事件,将全新统底界定于23.6 m。

致谢:中国地质调查局南京地质调查中心冯小铭研究员、浙江省水文地质工程地质大队张上麟教授级高级工程师、陈选博工程师给予悉心指导与帮助,在此表示感谢!

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