2016, Vol.36
② 中国地质调查局南京地质调查中心, 南京 210016;
③ 河海大学地球科学与工程学院, 南京 210098;
④ 中国科学院南京地理与湖泊研究所, 南京 210008;
⑤ Department of Environment and Geography, Macquarie University, NSW 2109, Australia;
⑥ 福建省地质调查研究院, 福州 350013)
海平面升降一直是学术界关注的热点问题[1～9]，IPCC第四次评估报告(the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change)认为，如果未来大气气温持续上升，那么冰川融水将使21世纪末期的海平面上升18～59cm[10]，而《第三次气候变化国家评估报告》[11]认为我国沿海海平面上升速率高于全球平均值，预计到21世纪末，我国沿海海平面将比20世纪高40～60cm。海平面的上升将导致现今很多沿海发达地区将被海水淹没[5]。在地质历史上，伴随着气候的冷暖旋回变化，曾经发生过多次不同程度的海平面升降[4, 12]，大量研究发现自全新世以来世界各地都经历了明显的海平面上升[12～20]，并且这次海平面上升过程中存在多期次一级的波动。对于全新世海平面波动过程的详细研究，有助于我们对未来可能发生的海平面上升提供科学的依据和对策。
近年来，环境磁学因其快速、经济、对样品无破坏性的优点在海平面变化研究中得到广泛的应用[20～25]。海平面升降导致的海侵海退过程控制着研究区的沉积环境，尤其是氧化还原条件，主导着沉积物中磁性矿物种类的转换[20, 21]，海侵海退过程还会引起水动力条件的加强或减弱，使得沉积物中的磁性矿物颗粒的浓度及粗细变化也响应于海平面的升降[22～24]。更重要的是，当海侵发生后，沉积物的磁性参数变化(如χARM/χ、 SIRM/κ和χARM/SIRM等)会敏感的响应于海平面发生的次一级波动[22, 23]，与生物指标相比，能记录到更加详细的海平面波动信息。甚至在古生代磁性很弱的碳酸盐岩地层中，磁化率值的高低也可以很好的响应于相对古海平面的变化[25]。
近几十年来，福建沿海地区海平面波动的研究受到了广泛的关注[13, 26～34]，系统的研究始于20世纪70～80年代，研究发现海平面上升在福建沿海地带造成了多次不同的海侵，如全新世的“长乐海进”、晚更新世的“福建海侵”、“琅岐海侵”等[26, 27]，此阶段的研究大多是基于地质调查展开的，最大的缺陷是年代的不完整；之后，以福建师范大学地理研究所为代表，对福州沿海的海平面变化做了大量的工作[28, 32～34]；相比于前一阶段，这些工作在测年上更加详细，并对海平面变化做了更加细致的研究，尤其是全新世以来，发现尽管全新世海侵范围最广，海平面最高，但是期间仍然存在着次一级的波动，如存在暂时性的海退[32～34]，且不同的研究者采用不同的研究载体和研究方法，从不同的角度重建了晚第四纪以来福建沿海海平面升降波动曲线[13, 28, 30, 32～34]，然而对于海平面升降发生的时间、次数、海平面的高度等依然存在不同的看法。目前为止，虽然福建沿海海平面升降的研究得到了广泛的关注，但是有关环境磁学对海平面波动响应的研究并不多见，前已述及，磁学参数能够非常敏感的响应于海平面的升降波动过程，甚至优于生物指标[22, 23]，可以为研究区的海平面变化研究提供有效的代用指标。因此，本文选取位于福建东北部海岸的霞浦钻孔为研究对象，通过详细的环境磁学参数测试，并结合沉积相分析、 AMS 14 C定年，探讨全新世以来该地区海平面波动的环境磁学响应。
2 材料与方法霞浦位于福建省宁德市(图 1)，闽东火山活动带北段秦屿-霞浦晚侏罗世火山喷发带上，区域构造以区域断裂为主，岩石以酸性中酸性岩为主，主要岩石类型有晚侏罗世-早白垩世沉积-火山喷出岩以及燕山期花岗岩[35]。研究区海岸多为基岩海岸，滩涂湿地遍布，已有的钻孔研究揭示出其多变的沉积特征，包括海相、河流相、陆相以及各种交互相沉积，沉积结构复杂[36]。该区年均温19.1℃，年均降雨量1416mm。霞浦钻孔(XPZK3)位于霞浦县利埕村现代滩涂(图 1b)，于2013年6月钻取。坐标26°53′21.78″N，120°02′22.96″E，孔口高程5m，该钻孔终孔深度105.19m，岩芯长度78.78m，岩芯钻取采用单管钻具钻进。在岩芯提取过程中，淤泥、粘土及细砂层的取芯率可达90 ％以上，而中粗砂及含砾石层取芯率相对较低，由于该孔在约36～49m以及57～66m处存在砾石、卵石层，导致总体取芯率只有74 ％左右。
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图 1 霞浦钻孔(XPZK3)位置(a, b)及岩性(c)(图 1b中黑色五角星代表钻孔位置) Fig. 1 Sketch map of core drilling site(a, b) at Xiapu, Fujian(indicated by the black star)and the lithology(c) of core XPZK3 |
本文主要对该钻孔上部13.70m的海相沉积物(取芯率可达95 ％以上)进行详细的分析，0～2.88m人类活动扰动明显，没有采样。岩性从上向下如图 1c所示。硅藻鉴定显示在13.70～8.79m和6.59～2.88m的淤泥沉积中均发现了咸水种硅藻的存在，而8.79～6.59m含砂沉积中没有鉴别出咸水种硅藻(未发表数据)，因此结合岩性可以把研究钻孔沉积相分为两种：淤泥质的浅海相(13.70～8.79m和6.59～2.88m)和含中粗砂的潮滩相(8.79～6.59m)。
在室内将沉积物岩芯一剖为二，首先用SM30磁化率仪以5cm的间隔进行快速的体积磁化率(κ)测试，之后按照得到的曲线(图 2a)，采用8cm3的磁学专用无磁性塑料盒按约20cm的间距直接在剖开的岩芯上取样，为了防止样品中可能存在的铁的还原性磁性矿物在风干脱水过程中发生低温氧化，用胶带将塑料盒密封，以保持其湿润含水状态，由于不同深度的样品其含水量及密度不同，导致样品的湿重与干重之间存在较大的差异，因此综合考虑，本文对所测的磁学参数统一进行体积校正。高、低频(15616Hz和976Hz)磁化率(κhf，κlf)采用捷克造Agico MFK-1 Kappabridge测量，并计算百分比频率磁化率κfd ％=[(κlf-κhf)/κlf]×100。从图 2可以看出，以20cm间距所取样品的室内磁化率测试曲线(图 2b)与以5cm间距粗测的磁化率曲线非常一致，说明所采样品具有代表性，其结果可信。非磁滞剩磁(ARM)由超导磁力仪(2G Enterprises Model 755-1.65UC)完成，其中ARM在100mT递减的交流场，叠加0.05mT直流场下获得；饱和等温剩磁(SIRM)由MMPM9脉冲磁化仪和Molspin小旋转磁力仪完成，外加磁场为1 T；高低温κ-T曲线由KLY-3 Kappa-Bridge完成，高温曲线使用CS-3加热装置，将样品自室温加热到700℃，再冷却至室温(温度间隔2℃左右，升降温速率为8～10℃/分钟)，加热及冷却过程中，仪器自动测量体积磁化率(κ)的变化；低温曲线利用液氮将样品冷却至-194℃，测量样品在-194℃到室温的磁化率变化，得到低温时磁化率随温度变化曲线；磁滞回线由Princeton MicroMag 2900型变梯度磁力仪测量，最大外加磁场强度为500mT。所有的磁学参数测试在德国图宾根大学古地磁实验室完成。
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图 2 5cm间距粗测磁化率(a)与20cm间距室内磁化率测试曲线(b)对比 Fig. 2 Comparison of magnetic susceptibility values measured by SM30 (a, 5cm interval) and Agico MFK-1 Kappabridge (b, 20cm interval), the results are consistent with each other |
另取少量样品置于50ml塑料试管中，加入浓度10 ％的盐酸去除样品中碳酸盐。根据样品碳酸盐含量多寡调整注入的盐酸量，直至最后没有气泡产生，反应完成为止。水洗离心3次，45℃烘干，磨成粉末，用锡杯取样约10～20mg，采用意大利EuroVector公司EA3000元素分析仪测试样品总有机碳(TOC)含量。实验测试在中国科学院南京地理与湖泊研究所完成。
该钻孔共测试6个AMS 14 C年代数据，测试材料为植物残体、贝壳或孢粉浓缩物(表 1)。样品分别送往波兰Poz实验室和美国Beta实验室进行测试。对贝壳所测年代首先进行分馏效应及海洋碳储库效应校正[37]，之后将所有年代用OxCal v4.2.4程序[38]经IntCal 13曲线[39]进行校正。从结果来看，在12.05～12.09m处采集的贝壳样品其年代出现了倒转，由于贝壳在水动力条件下可能存在再次搬运，因此综合考虑将此年代数据舍弃。根据所得到的年代结果，建立的钻孔年代框架如图 3所示，利用线性内插及外推，本文研究段2.88～13.70m钻孔沉积物年龄介于约550～7800a B.P.。
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表 1 霞浦XPZK3孔AMS 14 C年代 Table 1 AMS 14 C radiocarbon dates of samples from core XPZK3 |
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图 3 XPZK3钻孔深度-年代模式 Fig. 3 Depth-age model of core XPZK3 |
沉积物中磁性矿物的种类与其沉积环境密切相关，不同种类的磁性矿物具有不同的高低温磁学特征[40～43]。高温κ-T曲线可以分析磁性矿物的居里温度，根据居里温度的不同可以判别样品中所含磁性矿物的种类[40]；低温κ-T曲线可以用来指示特定种类的磁性矿物，如磁铁矿[41]、赤铁矿[42]、磁黄铁矿[43]等。从沉积相上来看，本文研究段的沉积物主要分为3段： 2.88～6.59m以淤泥沉积为主(浅海相)，6.59～8.79m以含中粗砂沉积为主(潮滩相)，8.79～13.70m以淤泥沉积为主(浅海相)。因此，选取各段代表性样品进行测试。图 4a、4d及4c、 4f是海相淤泥层样品的高温和低温κ-T曲线，其中4.42m处样品的加热曲线从室温至200℃期间，其磁化率值基本不变，从200℃到约450℃，磁化率缓慢增加，从450℃开始急剧增加(图 4a)，可能有两个原因导致： 1)细颗粒磁性矿物在加热过程中不断解阻[44]；2)加热过程中有新的强磁性矿物生成[45, 46]。在580℃附近，磁化率快速下降，显示出明显的磁铁矿的居里点。冷却曲线远高于加热曲线，说明加热过程中新生成了亚铁磁性矿物(如磁铁矿)；低温κ-T曲线在120K附近显示出明显的Verwey转换[41](图 4d)，说明样品中含有多畴(MD)颗粒的磁铁矿，之后到室温，磁化率一直增加，指示着超顺磁(SP)磁颗粒的存在。12.44m处样品的加热曲线(图 4c)从室温至约400℃缓慢降低，之后快速增高，可能与含铁硅酸盐或铁的硫化物(如黄铁矿)在加热过程中转化为强磁性矿物有关[45, 46]，在580℃迅速下降，形成尖锐的霍普金森峰，指示着磁铁矿的存在[47]；与4.42m处样品一样，低温κ-T曲线(图 4f)上显示出明显的多畴(MD)磁铁矿的Verwey转换，不同的是之后到室温，磁化率指数式降低，指示着顺磁性矿物的存在。图 4b和4e是潮滩相含中粗砂样品的高温和低温κ-T曲线，高温曲线在约150℃左右存在明显的转折，可能指示针铁矿的存在[48]，之后随温度升高，磁化率增加，在350～400℃时，磁化率大幅增加，在580℃附近，磁化率快速下降，显示出明显的磁铁矿的居里点，加热前后磁化率值变化不大；低温κ-T曲线在120K附近显示出明显的Verwey转换，说明样品中含有多畴(MD)颗粒的磁铁矿，此外，从120K到室温，磁化率一直增加，指示着超顺磁(SP)磁颗粒的存在。
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图 4 代表性样品的高温κ-T曲线(a, b, c)及低温κ-T曲线(d, e, f) Fig. 4 High-temperature κ-T curves(a, b, c)and low-temperature κ-T curves(d, e, f)of pilot samples |
磁滞回线可以反映样品中磁性矿物的软硬、磁颗粒的大小等基本特点[40]。砂层样品的磁滞回线(图 5b)经顺磁性矫正后与原始曲线差别不大，且曲线在小于100mT的外加磁场下已经闭合，说明样品中的磁性矿物以软磁性矿物为主，如图 4中的κ-T曲线上明显显示了磁铁矿的居里点及低温转变；另外，原始曲线在闭合之后随外加场的增加缓慢升高，说明样品中含有少量的顺磁性或硬磁性矿物，如图 4b中的κ-T加热曲线150℃的转折是针铁矿的信号。而淤泥层样品的原始曲线与经顺磁性矫正后的曲线形态上差别比较大(图 5a和5c)，尽管矫正过的磁滞回线在100mT的外加磁场就已经闭合，代表着软磁性矿物的主导地位，但是原始曲线在300mT以上的外加磁场中磁化强度随磁场的增强而明显增加，暗示着含有较多的顺磁性或硬磁性矿物。
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图 5 代表性样品的磁滞回线 虚线代表原始曲线, 实线代表经顺磁性矫正后的曲线 Fig. 5 Hysteresis loops of the pilot samples. Dash lines mean the original curves, solid lines mean the paramagnetic corrected curves |
κ、 ARM及SIRM的高低主要受控于样品中磁性矿物的种类、颗粒度及含量，如果样品中磁性矿物以软磁性的磁铁矿为主，ARM可以用来指示细颗粒(尤其是SD颗粒)磁铁矿的多少[40]。从图 6中可以看出，在整个钻孔中，κ、 ARM及SIRM的变化趋势非常一致，说明影响这几个磁学参数的主要因素是样品中主导磁性矿物的浓度。从底部13.70m到8.79m，κ、 ARM及SIRM值是整个研究钻孔最低段(图 6a、6b和6c)，但是在13.17m及10.89m处附近存在两个峰值，对应于淤泥层中夹杂的薄层含砂层；之后在8.79m到6.59m，κ、 ARM及SIRM值迅速增高，达到整个钻孔的最高(分别是为6.28×10-3 SI、 0.83Am-1及65Am-1)，且波动剧烈，随后从6.59m到2.88m，κ、 ARM及SIRM值回落，尽管值很低，但略高于13.70m到8.79m段，其中κ、 SIRM波动很小，而ARM则显示出缓慢的增加趋势。S-ratio一般用来指示样品中软磁性矿物与硬磁性矿物的相对比例[40]，图 6d中S-ratio值在上下两段淤泥层中较高，在90 ％附近波动，说明主要以软磁性矿物(如磁铁矿)为主，而在8.79m到6.59m，其值尽管在80 ％～95 ％之间剧烈波动，仍指示了磁铁矿的主导地位。κfd ％代表样品中处于SD和SP颗粒临界范围的磁性颗粒的多少，往往可以用来指示样品中SP颗粒的含量[49]，而ARM/κ通常可以用来指示样品中磁性矿物磁晶粒度的相对大小变化[50]，一般来说，与磁晶粒度的大小变化趋势相反。图 6e和6f显示出ARM/κ及κfd ％在整个钻孔的变化趋势相似：从底部13.70m到8.79m，两者值都很低，小幅度波动，从8.79m到6.59m，两者值开始增大且波动幅度增大，从6.59m到2.88m，ARM/κ及κfd ％是整个钻孔的高值区，且存在明显的波动。
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图 6 XPZK3钻孔磁学参数及TOC值随深度的变化图 Fig. 6 The variations of magnetic parameters and TOC of core XPZK3 |
TOC百分含量是描述沉积物中有机质丰度的最基本参数，能用来判识沉积物中有机质的含量和变化[51～54]，受初始生产力以及保存状况影响[55, 56]，既可以反映沉积物中有机质输入的多少，也可以反映沉积环境对有机质的保存能力[57]。从图 6g中可以看出，TOC在8.79m到6.59m之间是整个钻孔的最低值，从底部13.70m到8.79m之间是整个钻孔的高值。总的看来，TOC值的变化与κ、 ARM及SIRM整体上呈现出相反的趋势。
本钻孔不同的沉积相磁学参数之间的关系不同，甚至同样的浅海相沉积其磁学参数的组合也存在着差别，在图 7中可以明显的分为3个不同的区域： 13.70～8.79m段，除了13.17m及10.89m两处含砂薄层之外，其各种磁学参数值都比较低，位于各散点图中左下方(图 7)，而6.59～2.88m段的κ值较低，但ARM、 SIRM、 ARM/κ及κfd ％值较高，尤其是后两者是这个钻孔的最高值，位于散点图的左上方。潮滩相沉积的8.79～6.59m段，其κ与ARM及SIRM呈弱的正相关关系，而与ARM/κ及κfd ％呈弱的反相关关系。除此之外，不同沉积相的磁学参数与TOC的关系有着明显的差异(图 6)：浅海相沉积κ、 ARM及SIRM值低，但TOC相对较高；潮滩相沉积κ、 ARM及SIRM值异常高，但TOC相对较低。
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图 7 κ与ARM、 SIRM、 κfd %及ARM/κ之间相关关系的散点图(将κ异常高值点剔除后的结果) Fig. 7 The scatterplot of κ vs. ARM, κ vs. SIRM, κ vs. κfd % and κ vs. ARM/κ(the extremely high κ values were excluded) |
从代表性样品的高低温κ-T曲线(图 4)及磁滞回线(图 5)可以看出，沉积物中的磁性矿物主要以软磁性的磁铁矿为主，虽然从图 6中ARM/κ及κfd ％随深度的变化趋势及图 7来看，随着深度的增加，其细颗粒的磁性矿物含量越来越低，尤其在下段TOC含量较高的淤泥沉积中，ARM/κ及κfd ％值为整个钻孔最低，表明很有可能存在早期还原成岩作用，造成沉积物中细粒磁性矿物发生溶解[58]，改变了磁性矿物粒径的分布，导致ARM/κ及κfd ％值的降低，使得ARM/κ及κfd ％对沉积相的变化没有明确的响应。然而，表征磁性矿物浓度的参数，如κ、 ARM、 SIRM等与沉积相的旋回有着明显的对应(图 6)，说明即使下段淤泥层可能存在早期还原成岩作用，但是对不同沉积相中磁性矿物的浓度差异的改变并不明显，因此表征磁性矿物浓度的参数仍然可以反映沉积旋回的变化。一般来说，海洋沉积物中的磁铁矿有两种来源：陆源碎屑输入和生物合成[40]。生物合成成因的磁铁矿其颗粒较细，多为稳定单畴(SD)颗粒[59]，从现有的数据来看，虽然不能排除生物成因磁铁矿的存在，但是不论是砂层样品还是淤泥样品，其低温κ-T曲线上存在显著的Verwey转换，说明存在大量的MD粗颗粒磁铁矿，因此可以初步推断钻孔中的磁性矿物主要以陆相碎屑输入为主，即钻孔的磁学参数变化受控于陆源碎屑物质的供应，而陆源碎屑物质的供应又取决于沉积区与物源区的距离及水动力条件的强弱。在沿海地带，海平面的升降是导致沉积区与物源区距离变化的主要因素，海平面上升导致沉积区与物源区距离增加，沉积区水动力条件减弱，陆源碎屑物质的供应相应减少，海平面的下降会造成两者距离减少，沉积区水动力条件增强，而陆源碎屑物质的供应相应增加[23]。因此，钻孔的磁学参数变化极有可能间接指示了海平面的升降波动。
如前所述，根据岩性、硅藻、钻孔磁学参数及TOC变化(图 1和图 6)，可以把13.70m以上的沉积相分为两种：淤泥质的浅海相(13.70～8.79m和6.59～2.88m)和含中粗砂的潮滩相(8.79～6.59m)。不同的沉积相其磁学参数及TOC含量不同，甚至同样的浅海相沉积其磁学参数的组合也不尽相同(图 6和图 7)，这与沉积相对应的沉积环境有密切的联系。全新世以来，福建沿海经历了一次大规模的海侵事件，称为“长乐海进”[26, 27]，有研究表明该次海侵在6000a B.P.左右规模达到最大[28]，海平面最高。13.0～8.79m段(年代约为7800～3100a B.P.)的浅海相沉积时由于海平面较高，水动力条件较弱，沉积以淤泥为主，水生生物生产力较高，TOC含量为整个钻孔最高，但是，海平面较高会造成沉积区离物源区较远，因此到达沉积区的陆源碎屑磁性矿物含量低，κ、 ARM及SIRM为整个钻孔最低；8.79～6.59m(根据线性内插其年代始于约3100a B.P.)的潮滩相沉积代表全新世海平面上升过程中的暂时性下降，导致大量中粗砂到达沉积区，也带来了大量的陆源碎屑磁性矿物，κ、 ARM及SIRM为整个钻孔最高，但是由于海平面的下降，水生生物的生产力也随之下降，加上中粗砂沉积不利于有机质的保存，因此TOC值为整个钻孔的最低；到了6.59～2.88m，沉积相又变为浅海相，说明海平面升高了，海平面的升高又造成沉积区与物源区距离的增加，陆源碎屑磁性矿物的减少，κ、 ARM及SIRM值又降低，但水生生物的生产力的增加及保存条件的改善，使得TOC含量升高。根据前人的研究，此时的海平面高度(约2m)不及6000a B.P.约3m)[28]，因此其陆源碎屑磁性矿物含量要略高于13.70～8.79m段，导致κ、 ARM及SIRM值要高，而TOC要略低。除了8.79～6.59m段的显著的海平面下降造成的磁学参数的异常高值外，在13.70～8.79m段淤泥质沉积中，也存在两个κ、 ARM及SIRM峰值，分别对应于13.17m及10.89m两处含砂薄层(图 6)，根据线性内插推测年代分别为约6500a B.P.和约4600a B.P.。但是，从曲线形态上来看，这两处的κ、 ARM及SIRM峰值呈孤立形态，对应于薄的含砂层，且局部含有直径达2～3cm的碎石块，除了可能指示着海平面的短暂性下降外，还有可能指示着极端的天气事件，比如风暴潮，对于其具体的指示意义，还需要进一步的研究。
不同的海域研究区，由于地形及构造运动等诸多因素的影响，使其重建的古海平面升降曲线往往存在较大的差异，本文主要选取前人重建的福建沿海全新世以来的海平面变化曲线与霞浦钻孔的磁学记录进行对比。据杨建明和郑晓云[32]的研究认为距今6000年来福建沿海海平面出现过几次明显的下降，分别为5650a B.P.(海平面高度-0.7m)、 4000a B.P.(海平面高度-2m) 、 2850a B.P.(海平面高度-0.3m)和700a B.P.(海平面高度-0.3m)，其中距今4000年前最显著；而曾从盛[28]对闽东北沿海海平面的重建认为全新世以来在约6800a B.P.、 5200a B.P.及约2500a B.P.存在明显的海平面下降，其中5200a B.P.最为显著。而本文磁学记录的3次海平面下降分别发生在约6500a B.P.、约4600a B.P.及约3100a B.P.，需要注意的是，前人的年代数据大多是未经校正的14 C测年数据，而我们的年代数据则经过了校正，因此综合考虑测年手段及测年误差等因素，我们倾向于将杨建明和郑晓云[32]工作中最显著的下降期(4000a B.P.，校正后约4100a B.P.)及曾从盛[28]的工作中的最显著的下降期(5200a B.P.，校正后约5500a B.P.)，与本文约4600a B.P.对应，详细的对应关系见表 2。从前人的研究结果可以看出，在这3次明显的海平面下降中，前两次海平面下降幅度要大于第三次海平面的下降幅度。但是从本文的数据来看，8.79～6.59m段的κ、 ARM及SIRM要远远高于其他段，且其TOC含量为整个钻孔最低，说明第三次(约3100a B.P.开始)的海平面下降应该是最显著且持续时间最长的，而前两次(约6500a B.P.和约4600a B.P.)的海平面下降只是非常短暂的，甚至有可能只是极端天气事件的记录，造成这种差别的原因可能是由于： 1)研究材料的不同，前人对海平面重建采用了大量具有海平面高度指示意义的泥炭、贝壳、海滩岩及牡蛎壳等，而我们采用的是沉积物钻孔的磁学记录，不同的研究材料对海平面升降的响应存在不同；2)前人的研究综合了整个福建沿海或闽东北沿海的资料，而我们只是着眼于霞浦地区的单一钻孔，单一钻孔可能更受控于局地因素，反映的更多的是局部的信息。
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表 2 本文磁学结果记录的3次海平面下降时期与前人研究的对应(对前人的年代结果进行了相应的校正) Table 2 Three times of sea level decline recorded by magnetic parameters in this study and their correspondence to the previous results(the previous dates are calibrated here) |
综上，霞浦钻孔沉积物记录的海平面变化的磁学响应机制是：海平面升高，沉积区水动力条件减弱，陆源碎屑磁铁矿输入量降低，导致κ、 ARM及SIRM降低；海平面降低，沉积区水动力条件增强，陆源碎屑磁铁矿输入量增加，导致κ、 ARM及SIRM升高，而表征磁性矿物浓度的ARM/κ及κfd ％值似乎与海平面升降没有直接的关系。磁化率与海平面升降的这种对应关系与我国华南贵州[25]及广西地区[60]古生代碳酸盐岩记录的磁化率曲线与古海平面变化的耦合关系一致。位于巴布亚新几内亚附近MD05-2928孔[24]的记录显示，400ka以来冰期时磁性矿物的浓度高、颗粒粗，间冰期时磁性矿物浓度低、颗粒细，原因是间冰期时海平面上升导致物源区与沉积区距离的增大，造成磁性矿物浓度与粒度的同时降低；同样，位于南海南部的YSJD-86GC孔[23]的结果表明，当海平面上升时，χ和SIRM降低而χARM/χ和χARM/SIRM增大，即磁性矿物浓度减少同时其粒度变细，反之亦然；然而，班达海MD12380孔[61]记录到冰期时由于海平面的下降造成印度尼西亚贯穿流(Indonesian Throughflow，简称ITF)强度减弱，导致由ITF带来的磁性矿物减少，颗粒变粗；位于珠江三角洲的番禺钻孔(PD)[22]及深圳钻孔(97SX)[62]同样记录到当海平面下降时，磁性矿物浓度减少，而磁性颗粒变粗，造成κ、 SIRM/κ与χARM/SIRM的同时降低，当海平面上升时，磁性矿物浓度增加，而磁性颗粒变细，造成κ、 SIRM/κ与χARM/SIRM的同时升高；太湖平原WJ孔[63]记录的晚第四纪海侵事件的研究结果表明，由于早期还原成岩作用的存在，环境磁学参数仅仅对滨海潮滩相-河口坝沉积环境指示意义明确。由此可见，不同的研究区，磁学参数对海平面升降的响应机制不同，这与磁性矿物的来源、沉积后期的改造作用、物源区及沉积区的状况、钻孔所处的位置，甚至洋流的作用都有很大的关系，所以不能简单的套用某一种响应机制来探讨海平面的升降，应该结合研究区的具体情况进行取舍。
5 结论(1) 岩石磁学结果表明，研究钻孔沉积物中的磁性矿物以陆源碎屑磁铁矿为主，此外还可能有少量的针铁矿等硬磁性矿物，早期成岩作用对本钻孔磁性矿物的影响有限。
(2) 海平面波动造成的沉积区与物源区距离的变化，引起沉积区水动力条件及陆源碎屑矿物的输入量发生改变是导致研究区钻孔磁学参数(如κ、 ARM及SIRM)发生变化的主导因素。当海平面波动上升时，κ、 ARM及SIRM降低；当海平面波动下降时，κ、 ARM及SIRM升高，因此磁学参数可以记录海平面的波动信息。但是不同的研究区海平面升降的磁学响应不同，在使用时应当谨慎。
(3) 研究钻孔磁学参数记录的海平面变化与前人重建的结果存在一定的差异，其原因可能是定年手段及研究材料的不同或者研究区域的差异性所导致的。
致谢: 感谢审稿专家和编辑部杨美芳老师提出的宝贵修改意见。
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② Nanjing Center, China Geological Survey, Nanjing 210016;
③ School of Earth Sciences and Engineering, Hohai University, Nanjing 210098;
④ Nanjing Institute of Geography & Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008;
⑤ Department of Environment and Geography, Macquarie University, NSW 2109, Australia;
⑥ Fujian Institute of Geological Survey, Fuzhou 350013)
Abstract
Transgressions of sea-level rise in the coastal areas can cause disasters to the foreland cities, so the study of sea-level changes is a focus of scientific research all over the world.In the past decades, the sea-level fluctuations detected from Fujian coastal areas since Late Quaternary attracted more and more attentions, several curves of sea-level changes have been reconstructed by using different methods.However, there is few works focus on the magnetic properties.In order to reveal how the magnetic parameters response to the sea-level fluctuation, a 105.19-m-long core was obtained at Xiapu (26°53'21.78"N, 120°02'22.96"E) which located in the northern Fujian, and the total recovery of the core was ca.74% (i.e. the actual length of sediment is 78.78m).In this work, pilot samples from 2.88~13.70m(about 550~7800a B.P.AMS 14C age) with a recovery of more than 95% were collected.According to the sedimentary facies and diatom data, the studied core can be divided into three parts:13.70~8.33m (shallow marine deposits), 8.33~6.59m(tidal flat deposits) and 6.59~2.88m (shallow marine deposits).Detailed magnetic parameters (such as κ, ARM, IRM, κ-T curves, hysteresis loops and so on)and the concentration of total organic carbon(TOC)were measured.Moreover, combined with AMS 14C dating, sedimentary facies and the reconstructed sea-level fluctuation curves in the previous works, the magnetic responses to sea-level changes since about 7800a B.P.were studied.The results show that the main magnetic mineral in the sediments is detrital magnetite, besides, κ, ARM and SIRM decreased when the sea-level raised(i.e. shallow marine deposits), while these values increased when the sea-level declined (i.e. tidal flat deposits).The relationships among κ, ARM, SIRM, κfd% and ARM/κ are various in different sedimentary facies, which indicates different concentrations of magnetite deposited during various sea-level stages.The main reason is probably related to the distance between its source and the sedimentary area which was determined by the fluctuation of sea-level.When the sea-level raised, the distance increased and then less detrital magnetite were transported to sedimentary area, and vice versa.Therefore, the magnetic parameters can be used to indicate the fluctuations of sea-level changes in the study area.However, different response mechanism were found in different study area, so more attentions should be paid when using magnetic parameters to reconstruct the sea-level changes.In addition, discrepancies were found between our results and previous studies, which probably related to the different dating methods, diverse research materials or regional differences.