苏北沿海低平原区浅表第四纪地质调查及沉积环境研究——以 1 ∶5万伍佑幅为例
【类型】期刊
【作者】冯文立，张平，季文婷，成建新（江苏省地质调查研究院；泰兴市国土资源局）
【作者单位】江苏省地质调查研究院；泰兴市国土资源局
【刊名】地质学刊
【关键词】 浅表沉积物；高分辨率层序地层学；地貌演化；沿海低平原；苏北
【资助项】中国地质调查局项目“江苏省1∶5万盐城市、引水沟、龙王庙、伍佑镇、大丰县、裕华镇幅区调”(1212011220536)
【ISSN号】1674-3636
【页码】P292-296
【年份】2019
【期号】第2期
【摘要】以苏北沿海低平原1∶5万伍佑幅区域地质调查为例,论述浅表沉积物调查的方法,包括使用Eijkelkamp槽型钻取样获取浅表岩性组合特征,运用数字填图系统操作完成野外地质资料的收集;然后通过对地质点、剖面的综合分析,提取浅表地层的区域岩性、岩相特征,结合年代学数据,利用高分辨率层序地层学基本原理分析该区域浅表沉积物的沉积演化过程,进而为苏北沿海低平原全新世地貌演化提供新的认识。
【全文】 文献传递
苏北沿海低平原区浅表第四纪地质调查及沉积环境研究
——以1∶5万伍佑幅为例
摘要：以苏北沿海低平原1∶5万伍佑幅区域地质调查为例，论述浅表沉积物调查的方法，包括使用Eijkelkamp槽型钻取样获取浅表岩性组合特征，运用数字填图系统操作完成野外地质资料的收集；然后通过对地质点、剖面的综合分析，提取浅表地层的区域岩性、岩相特征，结合年代学数据，利用高分辨率层序地层学基本原理分析该区域浅表沉积物的沉积演化过程，进而为苏北沿海低平原全新世地貌演化提供新的认识。
关键词：浅表沉积物；高分辨率层序地层学；地貌演化；沿海低平原；苏北
0 引 言
目前，我国大比例尺(1∶5万)平原区区域地质调查工作正大范围地展开，主要目的不仅包括查明松散层中第四纪地层结构，为地下水资源条件、地面沉降、工程地质条件等研究提供基础资料，还涉及浅表沉积物的分布特征、地貌演化机制，以期为农业生产布局、改善生态环境、环境变化预测等提供依据。平原区的浅表地质调查工作从目标确定、野外方法、成果分析表达以及地质成果与地方需求的结合等方面，均处于急需突破的阶段。王云生等(2002)在天津市1∶5万淮淀乡幅中，运用浅表地层沉积序列区域地质调查方法，取得了系列新的成果；王宏(2003a,2003b)较系统地总结了国土资源大调查中渤海湾淤泥质海岸带的阶段性成果，提出渤海湾沿海平原线性砂坝(障壁岛)-潟湖/盐沼成因假说，形成了中晚全新世以来的平面与假三维对应的环境地质系列图，创新地表达了浅表调查成果。
以1∶5万伍佑幅浅表沉积物调查过程为例，简要总结苏北沿海低平原区浅表沉积物调查的目标设定与方法，重点分析浅表沉积组分的分布规律并分析岩相，最后运用高分辨率层序地层学基本原理分析其沉积演化过程。
1 地质地貌背景
伍佑幅(图1)位于江苏东部沿海地区中部，大致以范公堤为界，西侧地貌属里下河湖沼平原，地势低平，多湖泊，河道纵横交错，地面高程多为1～2 m，被称为苏北里下河地区的“锅底洼”，地表沉积物以亚黏土、黏土为主；东侧属海积平原，地面高程多为1～3 m，沉积演化受海洋作用影响，滨海低平原、洼地及贝壳砂堤等微地貌均近平行海岸线发育，地表沉积物以亚砂土、粉砂为主。
图1 伍佑镇幅地理位置
Fig.1 Geographic location of Wuyou Town
2 浅表沉积物调查目标与方法
合理设计浅表沉积物调查目的层十分重要，这涉及工作方法的选择。郭盛乔等(2013)对工作区西部淮安幅(1∶25万)浅表地层调查方法与实施步骤及过程进行了较详细的总结。本次工作基本沿袭其调查方法与思路，根据工作区表层为全新世沉积物的特点，重新设定了调查目标。
2.1 调查目的体
平原区现代地貌的形成几乎全由各种外动力地质作用(如河流、海洋)塑造，沉积物分布与这些地质作用(水动能条件)密切相关，因此浅表沉积物分布与地形地貌特征在一定程度上是耦合的。研究区地表下13 m为中全新世以来的堆积(凌申，1990)，调查浅表0～3 m沉积物分布特征是基本任务，结合浅表沉积物年代学研究，最终查明地表地形地貌及区内中晚全新世地质环境变化是最终目标。
2.2 方法
平原区浅表填图工作沿用基岩区路线地质调查方法，设计路线以穿越主要地貌单元为目的，大致垂直滨海岸线，路线间距控制在1.5～2.0 km/线，点距不大于线距。调查地质点几乎全为地表下3 m左右岩芯，由Eijkelkamp槽型钻取样器获取，局部城镇区尽量选择城建施工的基坑进行定点及岩性描述，路线沿途见天然裸露陡坎、机械挖掘岩性剖面需要定点。定点描述内容包括沉积物颜色、岩性、成分、结构与构造、含水性、透水性、塑性等，注重对原始层理、铁锰质、钙质结核、生物碎片的观察记录。
路线调查全程采用数字填图技术，调查前对数据采集仪进行GPS校正，要求测量记录数据准确齐全并进入填图系统，取芯进行照相并保证入库分辨率，沿途应作连续观察记录，典型调查路线应制作槽型钻联合地质剖面图，必要时采集样品，每日(或按路线)进行路线小结。
3 浅表调查资料分析
通过上述野外地质点调查方法，在伍佑幅区域获取了近200个地质点信息(浅表约0～3 m)，根据各地质点沉积物颜色、组分(岩性)、结构、构造等岩石学基本特征，建立各地质点岩性柱状图(图2)。在此基础进行沉积物空间分布特征分析，建立横贯伍佑镇幅的槽型钻联合剖面(图3)。
3.1 地表沉积物分布特征
对耕土层(通常厚0～0.3 m)之下的第一岩性层沉积组分进行分析，发现伍佑幅区域地表沉积物主要有3类，分别对应湖沼平原、冲海积过渡平原、海积平原3个主要地貌单元(图4)。3个区域地表沉积物特征如下。
3.1.1 湖沼平原地表沉积物 深灰、棕灰色含粉砂(粉砂质)黏土，见灰黑色淤泥充填根孔(未见根管孔)，局部可见质地较硬的铁锰质团块；向下沉积物或夹棕黄色斑块，粉砂含量稍有增加，见灰色淤泥垂向充填的植物根管(见管孔)。上部显示淡水湖沼相沉积物特征，下部层多咸化澙湖相沉积特征，地表下1 m处可见海相有孔虫，且越向下含量越多，厚度在0.4～1.1 m之间。
图2 地质点岩性柱状图
Fig.2 Lithological column of geological sites
图3 1∶5万伍佑幅槽型钻联合剖面图
1-青灰色含淤泥、淤泥质粉砂，或含粉砂、粉砂质淤泥；2-深灰色含粉砂黏土；3-灰黄色粉砂、粉细砂，含白色贝壳碎片；4-棕灰色夹褐黄灰色含粉砂(粉砂质)黏土，含Fe-Mn结核；5-黄灰色(略带棕红)含黏土粉砂；6-灰黄色黏土质粉砂；7-推测砂坝界线；8-岩相分区界线
Fig.3 Composite profile of the grooved-drilling of the 1∶50 000 geological survey of Wuyou
图4 1∶5万伍佑幅浅表岩相(填图单元)划分
1-主要城镇；2-地质点(槽型钻位置)；3-见灰黄色砂层槽型钻位置；4-岩相界限；5-槽型钻联合剖面线
Fig.4 Superficial lithfacies division of the 1∶50 000 geological survey of Wuyou
3.1.2 冲海积过渡平原沉积物 灰黄色粉砂质黏土，多见浑圆状质硬的铁锰结核，直径2～5 mm，多受河流泛滥作用及后期成土作用的影响；下部层以海洋沉积作用为主，厚度1.3～1.5 m。
3.1.3 海积平原沉积物 灰黄色含黏土(黏土质)粉砂、粉细砂，地表下1 m左右渐夹1～2 mm厚略带棕红色黏土层，显清晰的纹层层理，或见灰黑色质脆的锰质结核、灰黑色斑块；整体以海洋沉积作用为主，厚度1.5～2.2 m。
3.2 沉积物纵向分布特征
由横贯伍佑幅3个地貌单元的槽型钻联合剖面可知浅表(0～3 m)沉积物纵向上的变化规律(图3)，进而总结出纵向3个沉积环境组合区：澙湖—湖沼相区、砂坝—冲海积相区、滨海相区(图4)。3.2.1 澙湖—湖沼相区 区内水上沉积层多为棕灰色夹灰黄色含粉砂黏土、粉砂质黏土，夹铁锰质斑块(点)，块状构造，通常见根迹，由下至上显示河口潮上带至湖沼沉积物的特征。水下沉积层为青灰色粉砂质淤泥、淤泥质粉砂、粉砂与淤泥互层(夹层)，显示障壁砂坝后澙湖-潮坪体系沉积物的特征，自上而下多见灰色淤泥充填根孔，或见根管，局部地区可见厚度超过10 cm的灰黑色泥炭层。3.2.2 砂坝—冲海积相区 区内水上沉积层多为灰黄色-棕灰色粉砂质黏土，见典型的浑圆状铁锰质结核，指示淋滤作用较西部澙湖—湖沼区更强，下部多褐黄色根迹，指示河口潮上带沉积物的特征，零星区域为灰黄色粉细砂(下部富贝壳)，指示沿岸潮上砂坝的特征。水下沉积层局部见青灰色粉砂、细粉砂，局部区域见青灰色粉砂质淤泥、粉砂与淤泥互层，多见贝壳，指示潮下砂坝-潮间砂泥混合的特征。3.2.3 滨海相区 区内水上至水下沉积层均以粉砂为主。水上沉积层为灰黄色含黏土粉砂，向西黏土组分稍多，为黏土质粉砂，该层下部多夹略显棕灰的黏土微层，稍显纹层层理。水下沉积层多为灰至青灰色含淤泥(淤泥质)粉砂、粉砂与淤泥互层，自下而上整体上指示了淤进的海岸滩涂沉积物特征。
3.3 浅表填图单元的确定
除现代河流及其两岸附近外，平面上含粉砂黏土、粉砂质黏土、含黏土(或黏土质)粉砂3类沉积物分布由西向东呈明显分带特征，向西细粒黏土组分含量逐渐增加；而纵向上海积砂坝主要分布于郭猛镇—伍佑镇之间，从而导致图幅平面沉积物的分带形成。结合平面与纵向上沉积物的分区特征，将伍佑幅分为里下河湖沼平原区、冲海积过渡平原区、滨海海积平原区(图4)，确定湖沼积(fl)、冲海积(alm)、海积(mr)3种成因方式作为表层第四纪沉积物的填图单元。
4 层序地层学与苏北海岸演化
研究区贝壳砂堤及苏北海岸线变迁已有较详细的研究(虞志英等，1982；赵希涛等，1991；朱诚等，1996；冯金顺等，2007；薛春汀等，2010)，但尚未见利用层序地层学经典理论还原区内地表岩相演化过程的报道。层序地层学是分析基准面变化的沉积响应、研究可容纳空间与沉积作用相互影响及其引起的沉积趋势变化的一门学科，其概念的发展最早始于对滨岸环境的研究(卡图尼努，2009)。在详细分析图3中槽型钻联合剖面后，总结出自全新世中期后形成现今岩相分区的4个演化阶段(图5)。
图5 工作区砂坝形成及地貌演化略图
Fig.5 Simplified schema of sandbank formation and geomorphic evolution of the study area
(1) 晚更新世晚期盛冰期(15 000 a B.P左右)，海平面持续下降，古海岸线退却，海平面退却到现陆架边缘水深155 m处(朱诚等,1996)，研究区广泛发育一套陆相灰绿色至棕黄色黏土层。至全新世早期阶段，全球气候转暖，海平面上升，区内发生海侵，陆地沼泽化，局部地区发育泥炭层，盐城一带13.2 m处可见距今10 800 a左右的泥炭层(凌申，1990)。
(2) 早全新世—中全新世早期，海平面持续上升，至6 000 a B.P左右，上升到最高处(赵希涛等，1996)，海岸线到达现今大冈附近，在此阶段，海岸带沉积物来源于淮河输入，沉积物供给量不大(薛春汀等，2010)，沉积作用小于海平面上升——可容纳空间增加，沉积物质供给不足，进而在滨外带发育了沿岸砂堤(图5a)，同时在大冈西侧沉积夹细小粉砂透镜体的潮坪相沉积物，郭猛镇—大冈镇一线以西形成障壁岛沉积体系。随后海平面开始小幅下降，淮河的沉积物供给并没有较大变化，岸线向东淤进幅度很小，在大冈以东部分区域于潮滩上沉积以青灰色粉砂、粉细砂为主的近岸砂坝。至中全新世(4 000 a B.P左右)(图5b)，海平面再次上升，在工作区东伍佑镇附近沉积了1条砂坝，前人称为“东冈”(顾家裕等，1983)，亦为“范公堤”所在地，工作区两冈间距约10 km。
(3) 至晚全新世早期(2 000 a B.P左右)，因海平面小幅下降，潮滩向东推进了约10 km，海岸到达伍佑镇东约10 km的龙堤镇附近，此时海平面再次上升，形成了“新岗”(图5c)。至此，在海平面上涨的外力影响下，因淮河的弱物质供给使苏北平原形成了3列砂脊：大冈、东冈、新冈(顾家裕等，1983)，因海侵程度变弱，后期砂坝规模与连续性均不如前期砂坝。
伴随海岸的东移，东冈以西的早期澙湖区域开始沉积淡水湖沼相(或为小河流输送)细粒黏土物质，随着成陆时间的增加，地表为一套灰黄色粉砂质黏土，同时发育浑圆状硬质铁锰质结核，经历了强烈的成土作用。而大冈西侧区域又稍有差异，由咸化澙湖逐渐转变为淡水湖泊，沉积物在区域上表现为一套暗棕灰色含粉砂黏土，发育灰黑色淤泥充填的根痕构造，见淋滤作用塑造的根管遗迹。
(4) 12世纪，黄河南迁夺淮入海，带来大量泥沙物质，沉积作用远大于海平面变化——沉积物供给远大于可容纳空间变化值，向海方向发生迅速的进积作用，海岸带迅速向海推进，东冈与新冈之间的地势低洼处也可能沉积了大量黄泛物质，而新岗以西则形成以粉砂为主的滨海平原(图5d)。
5 结 论
(1) 对苏北沿海低平原区地表2～3 m以下的水下沉积层进行了分析，考虑人类活动的改造影响，水下沉积物的分布可能更能代表平原(较早期)的演化规律，沉积演化的连续性指示了海陆交互作用至逐渐成陆的演化过程，结合层序地层学理论对沉积物横纵向分布规律进行解释，最终还原最接近真实的苏北平原演化过程。
(2) 平原区浅表地质调查的基本技术路线可以分为几个步骤：设定合理的调查目标，路线地质调查结合槽型钻施工揭露浅表地层，分析槽型钻岩性资料、沉积组分特征，总结归纳区域沉积物分布规律，进行岩相分区，最后分析区域演化规律。
参考文献：
冯金顺,孙磊,葛云,等,2007. 江苏省里下河(兴化—泰州)地区浅表沉积物特征及古地理环境演变. 地质学刊(原《江苏地质》),31(2)：101-107.
顾家裕,严钦尚,虞志英,1983. 苏北中部滨海平原贝壳砂堤. 沉积学报,1(2)：51-63.
郭盛乔,张祥云,葛云,等,2013. 1∶25万区调中第四系深覆盖区野外工作方法研究：以淮安市幅为例. 地质学刊,37(4)：509-514.
卡图尼努,2009. 层序地层学原理. 吴因业，译. 北京：石油工业出版社.
凌申,1990. 全新世以来苏北平原古地理环境演变. 海洋科学进展,8(4)：20-28.
王云生，王宏，张玉发，等，2002. 泥质海岸带浅表地层沉积序列区域地质调查方法. 地质通报，21(12)：898-903.王宏,2003a. 渤海湾泥质海岸带近现代地质环境变化研究(Ⅰ)：意义、目标与方法. 第四纪研究,23(4)：385-392.王宏,2003b. 渤海湾泥质海岸带近现代地质环境变化研究(Ⅱ)：成果与讨论. 第四纪研究,23(4)：393-403.
薛春汀,刘健,孔祥淮,2010. 全新世淮河三角洲初步研究. 第四纪研究,30(5)：892-901.
虞志英,陈德昌,唐寅德,1982. 关于苏北中部平原海岸古砂堤形成年代的新认识. 海洋学报,6(4)：11-14.
赵希涛,鲁刚毅,王绍鸿,等,1991. 江苏建湖庆丰剖面全新世地层及其对环境变迁与海面变化的反映. 中国科学：化学，21(9)：992-999.
赵希涛,陈宗镛，1996. 中国海平面变化. 济南：山东科学技术出版社：40-150.朱诚,程鹏,卢春成,等,1996. 长江三角洲及苏北沿海7000年来海岸演变规律分析. 地理科学,16(3)：207-213.
Geological survey of Quaternary superficial sediments and the sedimentary environment of low coastal plain in northern Jiangsu: A case study of 1∶50 000 geological survey of Wuyou area
Abstract：Taking 1∶50 000 regional geological survey of Wuyou area in low coastal plain in northern Jiangsu as an example, this paper discussed the geological surveying methods of superficial sediments, including using the grooved-drill of Eijkelkamp to obtain superficial lithologic combination characteristics and using digital mapping system to complete the field geological data collection. The comprehensive analysis of geological sections and profiles helped to extract the regional lithological and lithofacies characteristics of superficial strata. With chronology data, the sedimentary evolution of superficial sediments was studied under the guidance of basic theoretical principles of high-resolution sequence stratigraphy, which then provide new basis for the geomorphic evolution of Holocene of low coastal plain in northern Jiangsu. Key words： superficial sediments; high-resolution sequence stratigraphy; geomorphic evolution; low coastal plain; northern Jiangsu
doi：10.3969/j.issn.1674-3636.2017.02.019
收稿日期：2016-03-06；
修回日期：2016-11-24；编辑：蒋艳
基金项目：中国地质调查局项目“江苏省1∶5万盐城市、引水沟、龙王庙、伍佑镇、大丰县、裕华镇幅区调”(1212011220536)
中图分类号：P623.1+3
文献标识码：A
文章编号：1674-3636(2017)02-0292-05