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南黄海西部海域沉积环境复杂,根据沉积动力条件和底质类型,南黄海西部海域可分为西北部准残留砾石区、东北部残留砂沉积区、近岸老黄河细粒沉积区以及山东半岛水下楔形体末端沉积区。
本文借助放射性核素这一计年方法,在南黄海西部陆架残留砂沉积区和近岸老黄河细粒沉积区,对采集的柱状样及钻孔的浅表层沉积物测定其放射性核素210Pb和137Cs比活度,计算其百年时间尺度内的沉积速率,结合沉积物粒度测试结果,揭示研究区域的沉积速率分布特征,分析研究区残留砂在现代沉积环境中的后期改造程度以及老黄河水下三角洲不同沉积亚区的沉积速率分布,探讨影响沉积速率的主要因素。
南黄海西部陆架残留砂是晚更新世末期至全新世早期,海平面逐渐上升过程中的滨海相沉积。残留沉积在现代环境中总要遭到不同程度的改造而成为“准残留沉积”。210Pbex和137Cs两种测年方法揭示了该残留砂沉积在近百年时间尺度内缓慢而稳定地受到来自四周现代沉积物的影响,除在一个站位沉积速率为零外,其余站位的平均沉积速率介于0.12~0.39cm/yr之间。210Pb放射性活度—深度曲线表现为两种形式:衰减层一本底层和本底层(近等幅摆动)。
210Pb和14C测试结果表明,该残留砂沉积物在现今沉积环境下遭受后期改造的程度可分为三种:中上部砂质沉积物遭到后期改造作用,整段砂质沉积物遭到后期改造作用,以及没有沉积作用。残留砂沉积区北部受到山东半岛水下楔形体的影响,部分来自现代黄河的砂质粉砂等细粒沉积物覆盖在全新世初期海侵形成的残留砂之上。残留砂沉积区东南、西南站位的细粒物质可能是来自山东半岛南岸鲁南水下岸坡和老黄河水下三角洲。
黄河在苏北入海期间(1128-1855年)形成的水下三角洲,有部分覆盖在全新世海侵时期形成的残留砂沉积物之上。1855年黄河改道入渤海以后,物质供应中断加上水动力作用,水下三角洲对残留砂沉积区的覆盖速率有所减缓。而现代黄河沉积物越来越多地输入南黄海,山东半岛水下楔形体向南进积速率增加,对残留砂沉积区的覆盖加剧。海州湾残留砂沉积物终将被四周的混合过渡类型所蚕蚀。
1128~1855年黄河在苏北入海期间在苏北岸外形成了规模宏大的水下三角洲,与世界上其他大河入海所形成的水下三角洲地层序列相似,老黄河水下三角洲发育有宽广平坦的顶积层、狭窄陡倾的前积层和向海缓倾的底积层。自1855年黄河北徙入渤海后,该水下三角洲由于物质供应中断,在水动力作用下一直处于蚀退调整状态之中。水动力条件成为控制沉积速率的主要因素。近岸三角洲的210Pb结果显示,老黄河口处侵蚀作用强烈,柱状样的沉积速率为零。从老黄河口附近冲刷侵蚀的细粒物质在水动力作用下分别向西北、东南沿岸输运沉积,沉积速率约为0.39~0.94cm/yr。但由于老黄河水下三角洲沉积物以细颗粒的粘土质粉砂和粉砂质粘土为主,侵蚀冲刷后进入水体中悬浮的泥沙由于粒度较细,沉降速度较小。
老黄河水下三角洲顶积层在地形上表现为一个水深10~20m宽广平坦的水下浅滩,项积层中部及东南部站位的210Pbex沉积速率为零,其余站位的沉积速率介于0.1~0.58cm/yr之间。导致顶积层出现较低甚至沉积速率为零的主要原因是该区域水深较浅,大部分位于波浪潮流作用临界水深以上,强大的海床剪切力不断冲刷侵蚀顶积层的浅表层沉积物。
水下三角洲前积层位于-20~-40m水深的狭长海域,是顶积层外缘向海坡度增加的一个斜坡地形。前积层是楔形体沉积中最重要的部分,水下三角洲主要通过前积层实现向海进积。尽管物质供应已经中断,老黄河水下三角洲并未完全进入侵蚀状态,前积层沉积速率仍然较高,普遍大于1 cm/yr,最高沉积速率为2.16 cm/yr。该区域水深较大,通常处于波浪潮流作用临界水深以下,海床面剪切力的下降使从顶积层上冲刷侵蚀的浅表层沉积物在此处大量堆积,形成了前积层高沉积速率带。
水下三角洲底积层沉积区也属于低沉积速率区,沉积速率介于0.19~0.64cm/yr之间,向海方向沉积速率下降。
研究区现今地形、水动力条件与1128~1855年形成老黄河三角洲期间相似。本文利用210Pb、137Cs方法计算的沉积速率,可以真实反映1128~1855年研究区的沉积速率变化特征。1855年黄河改道之后,物质供应中断,近岸三角洲沉积物在强大水动力作用之下被侵蚀,被侵蚀的沉积物垂向海岸向海搬运继续形成远岸楔形体(水下三角洲)。沉积速率最大值位于水下三角洲的前积层,远岸楔形体仍然继续向海进积。