第四纪研究  2018, Vol.38 Issue (2): 454-471
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晚更新世的100 ka以来气候由末次间冰期和末次冰期组成，前者温暖但有波动，后者气候极为不稳定，气温总体低于前者；末次冰期又分为3个阶段，即早冰阶、间冰阶和晚冰阶，气候总体上呈现降雨减少和气温降低的趋势[1~2]。90~60 ka是末次间冰期向末次冰期即MIS 5a/MIS 4转换时段，转折点多认为是80~70 ka[1~2]。转折点有所不同的主要影响因素是地理位置、地形、下垫面等，尤其是北回归线以南的热带-亚热带地区会有所差异，如对珠江三角洲地区研究认为末次冰期3个阶段分界点依次为65 ka、32 ka和22 ka[3~4]。北部湾位于北回归线以南，南临南海，北邻云贵高原向丘陵地区过渡带，北受冷高压入侵，南受热带气团影响。石笋研究亦揭示了北部湾以北及其邻区的晚更新世气候受到夏季风和冬季风影响[5]。同期“大熊猫-剑齿象”动物群属种和习性研究显示，北部湾以北陆区在晚更新世早期(约110 ka左右)为森林、林木和灌丛、草地，末次冰期间冰阶(年龄为37.0±2~24.8±0.9 ka)主要为草原环境，水域和湿地开阔，周边发现有红黄色粘土以及强烈的岩溶形态，说明气候湿热和风化强烈[6~8]。在以上动物群中还首次发现蒙古野驴化石，也出现了少数温带动物，由于背倚云贵高原，其动物种群又兼具我国西南和东南之特点[6~8]。邻区研究也显示红土形成于末次间冰期，反应了较现今更加湿热的气候环境[9]。以上资料表明，晚更新世100 ka以来北部湾以北为湿热的热带-亚热带气候背景，但存在气候波动，出现了一系列气候事件，因此，包括北部湾西岸和北岸100 ka以来的气候变化及其效应，已经成为国际上的关注点[10~11]。但综合来说，相对于北部湾以北广大腹地气候研究成果丰富的现状，往南推进的研究工作有所滞缓。
北部湾北部广西沿海地区中新生代以来即晚三叠世至第四纪为陆缘活动带盆地型沉积体系，而第四纪期间地形构造上没有太大的变化，只是在局部地区有所升降运动，尤其是南部沿海地区略有下沉[12~13]。钦州湾位于广西近岸水域中部，以北有茅岭江和钦江，以西有防城河，以东为大风江和南流江等，由于往南地势降低，共同形成了桂南独流汇集入海河系[12](图 1a)。根据区域地震剖面、地质钻孔数据解释分析[12]，区域埋藏古河道广泛发育，更新统地震层序层分布连续，但厚度变化较大，基本为陆相沉积，岩性主要为粉砂质沉积物且较为密实，但出现了较为紊乱的地震反射，层次性比较差，反射能量时强时弱，地层有所起伏，具备河谷充填型沉积特征，为一个冲刷侵蚀和沉积过程较为活跃地段[12]。从分析结果还可见到河道侵蚀特征，沉积物岩性及结构横向变化大，具有冲积、洪积及河流沉积物特点，局部出现河流侵蚀型地震相[12]。研究区位于钦州湾口外，系沿海西部丘陵与东部台地过渡带，也是滨海平原至北部湾盆地过渡区，历史上同样古河道发育，为气候变化敏感地带(图 1b)。进一步的地震资料解释显示，研究区海底基岩埋深受北东向的北流-合浦断裂带影响，基岩以上地层厚度变化较大，厚度最大处位于研究区东南部，形成一个明显凹陷结构，属于更新统沉积物，第四纪以来虽然有所风化剥蚀，但总体上接受沉积物堆积，凹陷西北拥有较为完整的古河道体系并呈现北东-南西向展布[12]。在该凹陷区西北部进行了编号为ZK9钻孔的岩芯钻取，钻取时间为2008年7~8月，使用钻机设备进行海底全取芯钻探，直至第四系地层以下风化壳，获取岩芯长度为80.05 m，取芯钻孔地理位置为21°24′20″N，108°33′57″E[12](图 1a和1b)。
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图 1 北部湾北部ZK9岩芯钻取位置(a)以及古河道主要范围(b) Fig. 1 Location map(a) of the core ZK9 in northern Beibu Gulf and the ancient river main scope(b) |
结合研究区周边区域地质调查资料，经过实测地震资料解释并参照生物地层，划分出了ZK9岩芯第四系地层[12]。9.7~0 m为全新统，25.1~9.7 m为上更新统江平组(Q3j)[12]。将ZK9岩芯上更新统江平组地层可划分为4层，从下至上其岩性基本特征依次为(图 2)：
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图 2 ZK9上更新统(25.1~9.7 m)岩性图 Fig. 2 Lithologic discription chart of ZK9(Upper Pleistocene 25.1~9.7 m) |
(1) 25.1~20.6 m，下部为青灰色粉砂质砂，局部稍显暗灰色，含水饱和，有清晰的细砂纹层，局部夹灰白色粘土薄层；上部为青灰色粉砂质砂，结构致密，中等粘性，砾石含量约10 %，粘土含量约15 %，粉砂与中粗砂互层，层理清晰，上部含黑色腐木；
(2) 20.6~18.0 m，浅灰色砂，分选较好，偶见土黄色粉土团块；
(3) 18.0~11.6 m，桔黄色、土黄色、褐黄色砾石质砂，下部松散，上部密实，砂质成分为石英，颗粒分选差，磨圆度差，呈次棱角状，最大粒径约20 mm；
(4) 11.6~9.7 m，灰色砾石质砂，含有少量的粘土。
1.2 岩芯段分样对ZK9岩芯上更新统25.1~9.7 m段按照1.0 m间距进行样品采集，共获取样品13个，分别进行了粒度、碎屑矿物、微量元素、微体古生物等基础沉积要素综合测试鉴定；另外，分别在该岩芯段20.2 m、20.8 m和25.1 m采集了年龄样品进行光释光测年，在10.2 m处采集了一个14C年龄测年样品。
1.3 样品测试方法粒度：采用激光粒度仪分析法和沉降法，沉积物分类标准依据GB/T12763.8-2007。
微量元素：Co、Cu、Ni、Cr、Sr、Zn、Zr、Ga、Ba和OM(有机质)测试依据GB17378.5.18-2007，采用ICP4300DV电感耦合等离子体发射光谱仪。
碎屑矿物依据GB/T12763.8-2007，采用MZ8实体显微镜。
微体古生物：每个样品取样1~20 g，经盐酸处理去钙后，用重液分离法使孢粉化石富集和制片，每个样品在Zeiss显微镜下平均放大250倍观察统计20 mm×20 mm盖玻片下的孢粉数量200颗；采用中性树胶制成硅藻固定片，在Leica生物显微镜下进行鉴定，平均放大300倍；样品经用0.063 mm标准铜筛筛洗烘干，鉴定和统计大于0.15 mm有孔虫化石个体，鉴定用显微镜为Leica 12.5双目实体显微镜。
以上粒度、碎屑矿物、微量元素、微体古生物分析鉴定均在广州海洋地质调查局实验测试所完成。
1.4 样品年龄测定方法ZK9孔上更新统岩芯段(25.1~9.7 m)测年样品的测年工作由国土资源部海洋地质实验检测中心完成：光释光测年主要仪器为美国产Day Break 2200型光释光测量仪，得到的测年数据见表 1，显示该岩芯段自深到浅年龄由老到新，年龄范围为103~62 ka，年代绝对误差为6~10 ka，相对误差为9.68 % ~10.61 %，满足研究分析要求；14C测年主要仪器为芬兰产1220型超低本底液体闪烁能谱仪，测年结果概率为0.93，满足研究分析要求，采用CALIB 5.0.1年代校正软件，得到年龄为11598~12826 cal. a B.P.(表 2)。
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表 1 ZK9岩芯段(25.1~9.7 m)光释光测年数据 Table 1 Dating data of core segment ZK9 (25.1~9.7 m)by OSL method |
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表 2 ZK9岩芯段(25.1~9.7 m)14C测年数据 Table 2 Dating data of core segment ZK9 (25.1~9.7 m)by 14C dating method |
基于平均沉积速率线性插值原理应用广泛，根据光释光和14C测年结果，自下而上分别为103±10 ka(25.1 m)、66±7 ka(20.8 m)、62±6 ka(20.2 m)和11598±51 cal.a B.P. (10.2 m)，其深度相间分布，具有较好分段控制性。因此，依据这4组数据依次进行线性插值，得到了深度与年龄分段关系以及年龄框架(图 3)。
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图 3 ZK9岩芯段(25.1~9.7 m)沉积物测年插值的深度-年龄关系 Fig. 3 Linearinterpolation of depth-age relationship of core segment ZK9 (25.1~9.7 m) |
由于该岩芯段(25.1~9.7 m)所处环境多变，孢粉化石难以完整保存，属种较为单一。在岩芯段底端只见有木本栲属(Castanopsis)，丰度6个/g，栲属多分布于东南亚和中南半岛低纬度季风气候区[12]。自下而上还依次见有我国南方常见的喜暖湿鳞盖蕨属(Microlepia)和水龙骨科(Polypodiaceae)[13~14]，丰度分别为3个/g和4个/g，还见有枫香属(Liquidambar)，丰度为4个/g，该属常分布于中亚热带和南亚热带常绿阔叶林之中[13]，因此，该岩芯段大体反映了山地树林和森林、林下蕨类生长为主的热带-亚热带暖湿环境面貌，与广西近岸调查研究结果有可比性[12]。硅藻化石显示半咸水半淡水种Cyclotella striata在18.5~11.5 m深度均有出现，丰度为40~136个/g，含量为50 % ~100 %，平均含量最高，达到82.89 %，其间还散见其他半咸水半淡水种Cyclotella stylorum和Melosira sulcata，丰度为16~40个/g，含量为13.5 % ~50.0 %，平均含量偏低，为8.88 % ~10.00 %。该整个岩芯段有孔虫化石丰度和含量均为0，即未有出现。
2.2 沉积物粒度分布 2.2.1 沉积物组分沉积物类型依据粒度分析结果确定，粒级标准采用尤登-温德华氏等比制ϕ值粒级标准[12]，粒级间隔为1 ϕ，沉积粒度分类与命名采用谢帕德、福克三角图分类法，粒度参数计算采用福克和沃德公式[12]。结果表明，该岩芯段沉积物组分含量呈现波动变化，总体来说以砂含量最高，砾石和粉砂次之。其中，砾石主要分布于18.5 m以上，含量最高为42.37 %，平均为12.94 %，砂和粉砂分布于整个岩芯段，砂含量30.59 % ~87.25 %，平均为64.22 %，粉砂含量5.02 % ~41.16 %，平均为16.33 %，余下为少量粘土并相间出现(图 4a)；沉积物主要粒级含量分布以砂粒级0~3 ϕ为主，平均为7.75 % ~15.59 %，其次为粒级4~5 ϕ，平均为7.87 % (图 4b~4g)，粉砂粒级6~8 ϕ虽然含量较低但稳定出现(图 4h~4j)。粘土粒级9 ϕ~F.(F.为粘土最细粒级)含量均低，F.粒级波动相间出现，在16.0~11.5 m段基本消失(图 4k~4m)。还值得注意的是，粗粒级0~4 ϕ含量在20.9 m处出现明显转折，其分布呈现左凹形态，含量为整个研究岩芯段的最低值或者次低值(图 4b~4f)，而主要细粒级5~7 ϕ和F.含量却相反，其分布呈现右凸形态，含量达到整个岩芯段的最高值(图 4g~4i和图 4m)。
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图 4 ZK9岩芯段(25.1~9.7 m)沉积物组分累计含量和粒级含量(%)垂直分布 Fig. 4 Vertical distribution of sediments composition and grain sizes(%)of core segment ZK9 (25.1~9.7 m) |
衡量沉积物颗粒总体粗细的Mz(平均粒径)为-0.53~4.64 ϕ，从下至上呈现下降趋势，于15.5~11.5 m几乎趋近0，表明沉积物颗粒总体变粗，但自11.5 m有所转折上升，显示颗粒有所变细(图 5a)；σI(分选)反映沉积物颗粒组成的分散或集中状态，σI为1~2 ϕ表示分选较好，为2~3 ϕ表示分选较差，> 3 ϕ表示分选差[12]。该岩芯段σI呈现左右波动态势，介于1.38~4.66 ϕ，但分选程度总体为较差和差(图 5b)；SkI(偏态)是粒级频率曲线不对称程度的度量，正偏表示沉积物颗粒变细，负偏则表示颗粒变粗[12]。该岩芯段SkI有所波动，总体呈现降低趋势，即趋向负偏，颗粒趋粗，但自11.5 m又转为趋向正偏，颗粒变细，走势与Mz基本相似(图 5c)；KG(峰态)是粒级频率曲线尾部展开度与中部展开度之比值，以说明粒级频率曲线的尖锐或圆钝程度[12]。该岩芯段KG为1.26~4.04，在22.0 m以下其值总体较高，说明粒级频率曲线分布形态尖锐，在22.0 m以上则有所降低并趋于稳定，表明尖锐程度有所减缓，变得较为尖锐且基本维持(图 5d)。同样，由于上述粒级含量在20.9 m的明显变化，导致粒度参数也同步出现明显变化，Mz、σI出现了明显上升，其分布同样形成一个右凸形态，显示颗粒趋细和分选程度变差(图 5a和5b)，而SkI、KG则出现明显下降，其分布形成一个左凹形态，依次表明趋向负偏且颗粒变细，以及频率曲线尖锐程度趋缓(图 5c和5d)。
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图 5 ZK9岩芯段(25.1~9.7 m)沉积物粒度参数垂直分布 Fig. 5 Vertical distribution of granularity parameters of core segment ZK9 (25.1~9.7 m) |
对ZK9孔上更新统25.1~9.7 m岩芯段共鉴定出18种碎屑矿物，由轻矿物和重矿物组成，轻矿物组合为石英-长石，石英含量平均为89.02 %，为优势矿物，长石次之，平均为5.98 %，两者平均共占95.00 %，余下则有重矿物黄铁矿、钛铁矿、褐铁矿、磁铁矿、白钛石、锆石、锐钛矿、铁铝榴石、赤铁矿和风化矿物等含量范围为0.0007 % ~2.5681 %，平均为0.4403 %。从变化性来看，以石英最为稳定，变异系数是0.05，其次是长石，为0.29，其他为0.77~3.46，变化较大。
研究区周边陆地广泛发育变质岩、碎屑岩、侵入岩等不同成因岩石，长期受到强烈抬升和风化剥蚀作用，覆盖有第四系松散沉积物，这些岩石主要种类分为石英砂岩、石英粉砂岩、页岩、砂质泥岩、泥质砂岩等，碎屑矿物有轻矿物石英、长石、云母等，其中石英非常丰富，长石次之，重矿物有褐铁矿、钛铁矿、锆石、白钛石等，余下还有电气石、独居石、高岭石、方解石等[15]。对比可见，该岩芯段与周边陆区碎屑矿物主要种类基本一致，并同样以石英为优势矿物，轻矿物组合为石英-长石，但重矿物组合则随沉积环境变化而会有所改变。该岩芯段白云母散见，黑云母常见，经统计前者出现频率为7.70 %，而后者出现频率为53.60 %，可见后者出现频率明显要高，这与周边陆区广泛分布黑云母花岗岩并受到风化剥蚀的特征[15]一致。再进一步将该岩芯段与周边近浅海现代表层沉积物[12]对比，除了后者海洋自生矿物海绿石以及钙质生物碎屑、硅质生物碎屑之外，两者在重矿物和轻矿物种类上也具有可比性：上述近浅海重矿物有磁铁矿、褐铁矿、锐钛矿、钛铁矿、锆石、白钛石等，轻矿物同样以石英占优，并且含量与该岩芯段平均值相近，轻矿物组合仍然为石英-长石[12]。可见该岩芯段碎屑矿物体现出种类基本不变，但含量和重矿物组合有所变化的特征，这是由于在同一个区域物源供给背景下的环境波动而致。
2.3.2 碎屑矿物含量变化特征钛铁矿和磁铁矿在17.0 m以下含量很低，然后两者明显升高，褐铁矿则相反，在20.0 m以下平均含量较高，但波动很大(图 6a~6b)；云母(白云母和黑云母)含量在该岩芯段下端有少量出现，而蛋白石含量则是自下向上逐步增高(图 6c)。角闪石、锆石呈现上下两头高中间低的分布态势，后期则有所转折升高，其变化特征与沉积物平均粒径的有相似之处：即波动下降之后于11.5 m转折上升(图 6d)。黄铁矿除了在约20.9 m处形成一个突出尖锐峰值之外，在整个岩芯段总体上含量低微(图 6e)；长石含量为3.20 % ~7.93 %，在该岩芯段下部含量波动较大，含量相对偏低，石英为78.91 % ~94.45 %，含量分布总体稳定(图 6f~6g)；重矿物风化系数(HW)可反映物源源区沉积环境和风化程度[16~17]，HW在该岩芯段下部较高，并具有一定波动变化特征，之后显著减小，几乎接近0(图 6h)。整个岩芯段海相指示矿物海绿石以及钙质生物碎屑均未有出现。
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图 6 ZK9岩芯段(25.1~9.7 m)沉积物碎屑矿物含量(%)等垂直分布 Fig. 6 Vertical distribution of detrital minerals(%)of core segment ZK9 (25.1~9.7 m) |
微量元素Co、Cu、Ni、Sr、Ga为低含量组，平均含量范围为9.64~32.21 μg/g，其含量贡献占18.51 %，其含量方差贡献占16.22 %；Zn、Zr、Cr、Ba为高含量组，含量范围82.66~246.86 μg/g，含量贡献占81.49 %，其方差贡献占83.78 %。微量元素变化具有波动形态，总体上具有自高降低趋势。除了Cu之外，其他元素大约自17.0 m处开始维持明显低值，曲线形态略呈左凹型，Cu则与所有元素相反，在该段维持相对高值，曲线形态呈右凸型。除了Ba之外，所有元素含量自11.5 m处有所转折升高(图 7a~7i)。为简明起见，采用Σ(微量元素)代表微量元素含量累计求和，可见Σ(微量元素)具有与大部分元素同样的变化特征(图 7j)；在20.9 m处，除了Cu和Cr含量为浅“V”型低谷分布形态，其他大部分元素含量呈现突起的异常尖峰形态，OM(有机质)分布特征与上述大部分元素相似，同样在20.9 m处有显著尖峰出现(图 7k)。Cu、Cr含量出现与其他元素含量有所相反的分布态势，与两者容易受到氧化还原条件影响有关。
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图 7 ZK9岩芯段(25.1~9.7 m)沉积物微量元素含量(μg/g)与有机质含量(%)垂直分布 Fig. 7 Vertical distributions of micro-geochemical elements(μg/g) and OM (%) of core segment ZK9 (25.1~9.7 m) |
元素之间的相关性可揭示它们之间行为的异同性[12]。对以上Co、Cu、Ni、Cr、Sr、Zn、Zr、Ga、Ba共9个元素含量之间进行了相关计算和检验。结果显示，除了Cu和Cr表现出差异之外，Co、Ni、Sr、Zn、Zr、Ga、Ba这7个元素之间组对的Pearson相关系数如下：与其他余下6个元素之间的相关系数，Co为0.52~1.00，Ni为0.47~0.94，Sr为0.41~0.95，Zn为0.28~0.94，Zr为0.28~0.88，Ga为0.59~0.95；Ba为0.55~0.91；采用SPSS统计软件提供的FTEST函数进行显著性检验，以反映两组样本方差无明显差异时的双尾概率，双尾概率低表明样本相同的可能性低，而来源不同的可能性则大，从而得知样本之间存在相关关系的可能性很大[18]。结果显示，以上7个元素相关检验双尾概率为0.00~0.04，除了Co-Ni、Cr-Zr、Zn-Zr三者之间显著性不明确之外，元素含量均为显著正相关；Cu与大部分元素相关性弱，相关系数为-0.27~0.06，但与Cr相关系数为0.52，双尾概率为0.00，为显著正相关。Cr与部分元素Co、Ni、Sr、Zn、Ga为弱正相关，相关系数0.19~0.31，但又与Ba相关系数为0.55，经检验为显著正相关。以上说明大部分微量元素含量之间相关性显著，表明其来源和行为是基本一致的，但如上所述，Cu和Cr少数易受到亚环境影响，故表现出一定的行为差异性。
2.5.2 微量元素、有机质含量与粒径的相关关系除了Cu和Cr之外，所有微量元素含量与Mz(平均粒径)相关系数为0.53~0.89，双尾检验概率为0.00~0.02，为显著正相关；Cu与Mz为弱负相关，相关系数-0.37，Cr与Mz表现为弱正相关，相关系数为0.24，两者对亚环境条件例如氧化还原条件更为敏感。OM(有机质)与Mz为弱正相关，表明其与有机物质供给和生化降解过程关系要更密切一些。
3 地层划分和气候阶段 3.1 河流相沉积特征砾砂基质或者砾石质砂、砂质砾石均是河流常见沉积物类型和判断依据之一[19]。ZK9孔上更新统25.1~9.7 m岩芯段沉积物类型丰富，包括了砾石质砂到砂、粉砂质砂、粘土质砂等；从微体古生物以及以上的沉积物各类环境指标分析可见：该岩芯段相间出现半咸水半淡水种硅藻，但未有海洋指示的有孔虫、海绿石和海洋钙质生物碎屑出现，表明未有海相沉积环境；沉积物以砂为主，经过水动力淘选而呈现一定的圆磨度，其间夹杂着由于水动力较强冲刷而出露或者携带而至的砾石，还出现有粉砂和粘土；局部含水饱和，松散状沉积物常见，但部分砂质沉积物则又变得密实。局部层理构造清晰，含有细砂纹层，为水动力作用和水流紊动而致；该岩芯段夹杂比较新鲜黄色粉土团块，系水动力作为外营力对风化层下切侵蚀或搬运而至；沉积物平均粒径总体趋粗，偏态总体变为负偏(同样反映了颗粒趋粗)，分选总体在较差-差之间变动，频率曲线总体上由尖锐变得比较尖锐的各项特征，均为外营力作用以及气候变化导致，而微量元素具有活泼性和吸附性，对颗粒变化等产生响应；碎屑矿物含量和种类与周边陆区具有可比性，其重矿物组合变化为外营力搬运和沿程阶段性变化而致。总之，该岩芯段应是河床和边滩等河流体系沉积环境，并与前人对河流沉积研究得到的基本特征有相似之处[19~20]，与同属东亚低纬度季风区的珠江口三角洲更新统古河道沉积物特征亦具可比性[3~4]。
3.2 气候阶段划分分析结果表明，ZK9孔上更新统25.1~9.7 m岩芯段的沉积物粒度、碎屑矿物、微量元素均显示了波动性和阶段性变化特点，依据其主要变化转折点，自下往上可以划分出4个变化阶段深度，即25.1~19.6 m、19.6~17.1 m、17.1~11.5 m和11.5~9.7 m，这与该段岩性描述的4个地层分层基本保持一致(图 2)。基于上述年龄框架，进一步得到了该岩芯4个气候变化阶段年代和对应区域气候阶段(表 3)。
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表 3 根据年龄框架得到岩芯段(25.1~9.7 m)4个气候阶段 Table 3 Four climatic stages corresponding depths ranges based on dating linear interpolation of core segment ZK9 (25.1~9.7 m) |
本段孢粉有热带-亚热带常绿乔木栲属(Castanopsis)，丰度6个/g，显示气候湿暖的特征。下段沉积物为青灰色粉砂质砂，砾石和粘土夹杂，局部稍显暗灰色，含水饱和，由于水流紊动活跃而出现清晰的细砂纹层；上部含黑色腐木，系由洪水将植物残块冲到河滩被截留，植物残块由于沉积速率快而被掩埋，在封闭性环境下而逐渐炭化，指示了暖湿气候条件下生化降解和还原过程活跃，该特征与末次冰期气候总体较为温暖[1~2]的特征有对应性；上段变为浅灰色砂，分选较好，局部夹灰白色粘土薄层、新鲜黄色粉土团块，均为陆区风化层受到侵蚀和搬运而来，显示河流冲蚀速度快和冲蚀强的古洪水沉积特点。本段由下至上，水动力呈现出了较强→减弱→最强的总体变化特征。沉积物-2 ϕ~F.粒级均有出现，但以中、细砂粒级2~4 ϕ为主，含量为56.02 %，Mz为3.91 ϕ，σI为3.23 ϕ，SkI为0.52，KG为2.24。
北部湾周边陆区岩石地球化学类型为贫铁型，各类型岩石含少量褐铁矿，但褐铁矿含量在本段最高且连续出现(图 6b)，平均值为0.2560 %，分别为全岩芯段以及剔除了该异常值之后平均值的9.8倍和1741.9倍，显示出湿暖、微生物活跃以及还原环境、风化淋滤较强[21~23]。周边陆区分布有黑云母花岗岩，黑云母分解过程往往还伴随有角闪石等[14]，本段亦显示两者含量最高，且两者之间存在相关性，相关系数为0.57。重矿物组合为褐铁矿-黄铁矿-钛铁矿-白钛石，其含量较高为2.938 %，磁铁矿零星出现在某些深度；微量元素含量为10.88~254.59 μg/g，Zn含量为最高，OM为0.81 %，Σ(微量元素)为844.93 μg/g，总体达到全岩芯段最高。本段HW系数平均为0.082，达到4个气候阶段的最大，表明风化较为活跃，不稳定矿物处于分解序列进程之中。总体来说，本段碎屑矿物的分布以褐铁矿、黄铁矿等在20.9 m深度骤然增加而形成一个尖峰形态为特征(图 6b和图 6e)。
3.3.2 末次冰期早冰阶(19.6~17.1 m)本段由于环境条件保存性较差，无孢粉、硅藻化石。沉积物为浅灰色砂，分选较好，从上往下变为青灰色。粒级范围为-2 ϕ~F.，集中于粗砂、中砂粒级1~3 ϕ，含量为63.40 %。Mz为2.60 ϕ，σI为2.37 ϕ，SkI为0.54，KG为1.66；重矿物组合为钛铁矿-磁铁矿-褐铁矿，但碎屑矿物种类有所减少，可能是河流冲蚀力和搬运力有所降低和输运距离有限而致，重矿物含量共计0.758 %，明显较25.1~19.6 m段偏低。该阶段以磁铁矿开始显著增加为首要特征，增幅为1803.80 %，钛铁矿也增加了81.86 %。磁铁矿作为主要磁性矿物，往往指示气候干冷和风力成因[24~25]；微量元素含量为8.48~233.83 μg/g，其中Ba含量最高，OM含量为0.42 %。Σ(微量元素)为639.04 μg/g，其虽然为全岩芯段次高，但推测可能与前期沉积物遗留有关。本段长石含量较25.1~19.6 m段有所增加，增幅为48.58 %，可能是气候冷干导致不稳定矿物长石风化有所停滞。本阶段HW系数平均为0.025，低于下部的末次间冰期段，但高于上部的间冰阶和晚冰阶段，总体显示了风化减弱趋势。
3.3.3 末次冰期间冰阶(17.1~11.5 m)本段植物孢粉见有喜暖的木本枫香属(Liquidambar)和蕨类鳞盖蕨属(Microlepia)，丰度4~6个/g。可能由于河流与南部海洋相通，随潮波传入而混进半咸水种硅藻C.striata、C.stylorum和M.sulcata，丰度80~152个/g，含量10.53 % ~100 %，前者稳定出现于该深度段，含量为50 % ~100 %，为优势属种，后两者则于本段零散出现；局部出现的较为新鲜的桔黄色、土黄色、褐黄色砾石质砂为陆区铝铁质风化层和土壤，系由于降水侵蚀并经洪水快速冲刷携带而来，但未经历逐步的沉积过程和化学变化而保持一定的新鲜性。本段下部松散上部密实，并经过水流充分淘洗，砂质成分为石英，具有分选差、磨圆差以及次棱角状特征，最大直径约20 mm。本段粘土几乎不出现，粒级分布于-2~5 ϕ范围，即砾石至粉砂之间，但主要为砾和粗砂，粒级-2~1 ϕ，其含量共为67.79 %。Mz为0.94 ϕ，σI为2.84 ϕ，SkI为0.24，KG为1.41；重矿物组合为磁铁矿-钛铁矿-褐铁矿-白钛石-赤铁矿，含量为2.109 %，较19.6~17.1 m段明显上升。本段硅酸盐类碎屑矿物蛋白石含量最高，在11.6~11.5 m出现极高值0.39 %，较之25.1~17.1 m段的平均值0.11 %高出238.82 %。这可能是由于气候较早冰阶回暖和降雨加强、地表水和地下水可溶性SiO2补给丰富，导致蛋白石结晶析出所致[26]。从蛋白石垂直分布可见(图 6c)，自峰值之后其含量下降，我们推测是因为后期气候再次逐步变冷即将进入晚冰阶所致。本段还以钛铁矿、褐铁矿、黄铁矿再次明显增加为特征，平均增幅57.39 % ~112.88 %，稳定矿物钛铁矿与磁铁矿维持最高含量，为0.4273 % ~0.9920 %，基本反映出阶段性较强的水动力冲刷环境。硅酸盐矿物风化产物长石达到7.8592 %，为全岩芯段最高；微量元素含量为4.62~168.50 μg/g，Ba为最高，OM为0.11 %，Σ(微量元素)为356.87 μg/g，达全岩芯段最低，缘于石英砂为主的粗颗粒对元素的吸附作用弱[12]。Cu元素表现与众不同，在流速大、水体交换好和氧化性环境会形成氧化沉淀物，故其含量反而增加。间冰阶由于气候总体变暖，不稳定碎屑矿物持续风化，HW系数再次明显降低，平均为0.004。
3.3.4 末次冰期晚冰阶(11.5~9.7 m)本段无硅藻和孢粉出现。沉积物以灰色砾石质砂为主并含少量的粘土，主要为粗砂、中砂以及细砂粒级0~3 ϕ，含量为60.14 %。Mz为1.61 ϕ，σI为3.43 ϕ，偏态SkI为0.14，KG为1.42。碎屑矿物含量0.0012 % ~89.01 %；重矿物组合为磁铁矿-钛铁矿-锆石-褐铁矿-白钛石，含量共为1.261 %，与上述间冰阶17.1~11.5 m段相比有所降低。钛铁矿较上阶段明显下降，降幅为-78.67 %；微量元素含量为6.75~141.25 μg/g，Ba含量最高，OM含量为0.59 %，Σ(微量元素)为372.40 μg/g，达到全岩芯段次低。晚冰阶作为最后一个气候阶段，历经前3个气候阶段反复风化过程，导致HW系数已经降至最低，平均为0.003。
3.4 区域气候背景 3.4.1 岩芯段河流相旋回特征河流径流及其水流能量对降水及气候变化敏感[27]。河流台地与阶地是对气候变化的响应结果，堆积行为主要发生于冰阶，此间水动力较弱，下切行为主要发生于间冰阶或者间冰阶向冰阶过渡阶段，此间水动力较强，与冰阶旋回相对应[27~30]。分析结果表明，本研究岩芯段自下而上反映的4个气候演进阶段，其岩性、组分、要素等分布变化差异明显，推测河流水动力能量总体经历了：强(末次间冰期)—弱(末次冰期早冰阶)—强(末次冰期间冰阶)—弱(末次冰期晚冰阶)的4个变化阶段，对应末次间冰期至末次冰期气候总体暖湿—干冷—暖湿—干冷之旋回。将以上4个气候阶段的基本沉积环境特征进一步总结归纳于表 4。
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表 4 ZK9岩芯段(25.Ⅰ~9.7 m)在各气候阶段的沉积环境特征 Table 4 Sedimentary characteristics of core segment ZK9 (25.1~9.7 m)during four climatic stages |
北部湾以北陆区西接云贵高原，东连我国长江以南[5]，区域气候具有敏感性和联动性，它们之间的对比和关系是首要的基本问题。近年来，前人在云贵高原陆续开展了石笋、湖泊、植被及地球化学等研究，得到了晚更新世气候变化特征以及年代划分框架[31~40]。分析对比显示(表 5)：云贵高原区域气候约110~100 ka进入末次间冰期，进入末次冰期约为60 ka前后，其间气候存在波动但总体偏暖。在末次间冰期末期即将进入末次冰期过渡阶段，均具有气候变冷趋向；早冰阶气候干冷，以出现H6冷事件(指Heinrich冷事件及序号，下同)为代表，但气候仍然有波动，后期即将进入间冰阶又出现暖湿迹象；间冰阶总体偏暖，出现高温和洱海最高水位，但气候并不稳定，存在明显波动并出现降温事件，气温总体呈现下降趋势，尤其是即将进入晚冰阶过渡阶段；晚冰阶气温具有先升后降态势，升降均以波动方式进行，后期多能辨识出YD冷事件(新仙女木冷事件，下同)事件和H1冷事件，气温仍然总体偏低。
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表 5 云贵高原和中国长江以南地区晚更新世以来的气候特征 Table 5 Regional climatic characteristics in Yun-Gui Plateau and the south of Changjiang River since Late Pleistocene |
作为云贵高原向丘陵过渡的我国长江以南地区，前人通过石笋、孢粉、玛珥湖沉积物、泥炭、红土等研究分析，得到了晚更新世以来气候波动模式和一系列认识[41~47]。分析对比显示(表 5)：100 ka至约60 ka末次间冰期气候总体温暖，出现高温和大降水事件，60 ka前后为气候转折点。早冰阶以出现H6冷事件为代表，间冰阶气温相对偏高，又变得总体湿润，并可辨识出与格陵兰冰芯对应的暖事件[45]，但气候并不稳定，H2冷事件是间冰阶进入晚冰阶的代表性事件[41~47]；晚冰阶同样表现为气候总体干冷和波动明显，亦出现了YD冷事件和H1冷事件(表 5)。综合可见，该岩芯段所体现的北部湾北部4个气候阶段的基本特征与云贵高原和中国长江以南地区两者均具可比性，这与其所处地理位置和兼受两者影响的背景是相符的。
4 末次间冰期的暖事件末次间冰期及其向末次冰期的过渡期具有总体温暖但波动幅度较大的气候特征[1]。北大西洋格陵兰GISP2冰芯氧同位素记录了千年尺度的Dansgaard-Oeschger旋回(D-O旋回)及其暖事件[48~50]。对地处西风带的中亚昭苏黄土剖面沉积物粒度研究显示，72~64 ka之间出现了对应D-O旋回序号20~18暖事件[51]，通过对同处西风带的昆仑山北麓阿羌黄土剖面粒度和氧化物等的分析对比，在阿尔金山北麓沉积物剖面序列于60 ka辨认出D-O旋回序号17暖事件[52]；中国贵州都匀七星洞石笋氧同位素记录显示，80~60 ka期间其虽然其处于低值期，但波动明显并出现急剧回升再次下降的峰形分布[1]。西南重庆新崖洞XY2石笋氧同位素序列于64 ka出现偏负峰值，显示出相对暖湿的气候背景，并对应于上述D-O旋回序号18暖事件[53]；南京葫芦洞MSL石笋的75~60 ka碳氧同位素记录，出现了对应于D-O旋回序号20~18暖事件[45]；湖北三宝洞SB22石笋的75~70 ka氧同位素记录出现了对应于D-O旋回序号20~19暖事件，巴西BT2005洞穴石笋的75~65 ka氧同位素记录也出现了可与D-O旋回序号20~18对应暖事件[2]；南海南部陆坡平缓台阶上的200 ka以来沉积物和氧同位素序列表明，出现了可与D-O旋回对应的序号21~1暖事件记录[54]。总体来说，D-O旋回具有全球性特征[48~50]。
4.1 基本沉积特征上更新统岩芯段(25.1~9.7 m)沉积物粒度垂直分布分析表明，主要粗、细粒级含量依次在20.9 m处出现明显的降低和增加变化(图 4b~4f、图 4g~4h和图 4m)，粒度参数Mz、σI同步上升，SkI、KG同步下降(图 5a~5d)。碎屑矿物、微量元素垂直分布分析同样显示，黄铁矿等碎屑矿物，大部分微量元素Co、Ni、Sr、Zn、Zr、Ga、Ba以及Σ(微量元素)和OM(有机质)含量分布在20.9 m处形成一个突出尖峰形态(图 6e、图 7a、图 7c~7g、图 7i~7k)，即出现与细粒级同步明显上升的现象。虽然粒度、碎屑矿物以及微量元素等沉积物要素在整个岩芯段均表现出波动变化态势，但大部分要素以20.9 m的处变化最为突出，以下我们集中来分析20.9 m处要素突变的特征。
4.2 沉积物要素含量及其变化特征20.9 m处沉积物组分以细颗粒粉砂为主其次为砂，见有少量砾石和粘土，沉积物Mz(平均粒径)为4.29 ϕ，σI为4.68 ϕ，分选很差，粒级频率分布的偏态(SkI)几乎接近0，即接近正偏，峰值(KG)为1.58(表 6)，表明粒级频率分布形态较为尖锐，粒级集中于粉砂粒级；褐铁矿、钛铁矿、角闪石、黑云母均有存在，蛋白石未有出现，其中尤以黄铁矿极为突出，其含量高达12.8025 %。该深度石英含量为78.91 %，相比全岩芯段有所降低(表 6)，硅酸盐类矿物(鲕绿泥石、蛋白石、辉石、角闪石、锆石、云母等)为3.3410 %，金属氧化物(磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿等)为0.6902 % (表 6)；微量元素含量为14.2~650.0 μg/g。Σ(微量元素)为1342.0 μg/g，OM(有机质)含量为3.72 %，两者均达到全岩芯段最高(表 6)。
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表 6 ZK9岩芯段(25.1~9.7 m)在20.9 m深度粒度、碎屑矿物、微量元素与有机质含量及其变化幅度 Table 6 Concentration and growth percentage of granularity, detrital minerals, and micro-geochemical elements of core segment ZK9 (25.1~9.7 m)in 20.9 m depth |
该深度沉积物要素相对相邻深度变化剧烈。沉积物组分含量变化以及分化性比较明显，即极粗颗粒和极细颗粒增加，居于其间的粗颗粒砂则降低。砾石、粉砂和粘土三者增幅为62.92 % ~148.47 %，其中又以砾石增幅最大，砂的降幅为-53.92 %；沉积物粒度参数σI增幅为43.78 %，SkI降幅为-94.70 %，峰值KG增幅为12.46 %，均显示出沉积环境变化显著(表 6)；碎屑矿物含量变化剧烈，一些矿物增幅超过1000 %，以黄铁矿和褐铁矿为代表(黄铁矿自0.0034 %上升到12.8025 %，升幅为373350 %)(表 6)；微量元素性质比较活泼，对环境变化响应敏感。除了Cr降低之外全部为增加，其中最为明显者有Co、Ni、Zn、Zr、Ga这5项，增幅为89.27 % ~374.72 %，尤其是活泼元素Zn、Co增幅最大，只有Cu、Sr、Ba的增幅较缓，为6.46 % ~36.59 % (表 6)。Cr含量降低与其性质和多化合价有关，Cr高值常出现于砂中，偏向氧化环境，这是因为水体铬离子在氧化条件下会出现氧化物沉淀，反过来，氧化物沉淀在较强的还原环境会发生溶解，释放铬离子进入水体，故在还原环境之下其沉积物之中含量反而减少[12]，其降幅为-41.16 %。有机质(OM)也表现突出，增幅为853.85 % (表 6)。
4.3 沉积物要素含量与邻区更新统岩芯的对比表 6的分析说明了该岩芯段20.9 m深度相对于相邻深度的变化程度，现进一步将20.9 m深度碎屑矿物和微量元素与邻区钻孔岩芯进行对比。位于研究区以东的大风江-南流江水下三角洲ZK4、ZK5钻孔岩芯，取两者第四系更新统岩芯长度分别为14.2 m、10.0 m，均以1.0 m等距进行样品分层及其沉积物要素测试，以代表ZK4、ZK5钻孔更新世岩芯段各要素总体情况。测试数据表明，两钻孔在更新世岩芯段的黄铁矿含量分别为0和0.0012 % [12]，即不出现黄铁矿或者含量低微，这是因为黄铁矿形成需要一定的化学环境和物质供给条件。对比可见，ZK9岩芯段20.9 m处的黄铁矿含量是ZK5岩芯更新统平均含量的10429.8倍；ZK4、ZK5钻孔更新世岩芯段的微量元素平均含量分别为8.0~208 μg/g和8.2~181 μg/g[12]，除了Cu、Cr极少数元素，ZK9岩芯段20.9 m处的大部分微量元素含量与ZK4岩芯、ZK5岩芯更新统的相应平均含量的比值(倍数)大于1.0，分别为1.2~28.8倍和1.4~17.6倍，只有Cu、Cr两者由于还原环境导致低含量而使得倍数低于1.0倍(表 7)。Σ(微量元素)的相应倍数均是2.8倍，OM(有机质)相应倍数依次是16.5倍、18.9倍(表 7)。可见，ZK9岩芯段20.9 m处的黄铁矿、微量元素高值现象在区域背景以及更新世历史上亦属突出。
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表 7 ZK9岩芯段(25.1~9.7 m)在20.9 m深度与邻区更新统岩芯微量元素与有机质平均含量及其比值 Table 7 Concentrations and ratios of micro-geochemical elements of core segment ZK9 (25.1~9.7 m)in 20.9 m depth and neighboring ZK4, ZK5 core segments of Pleistocene |
与赤铁矿等磁性矿物不同，褐铁矿、黄铁矿是在还原条件中形成的弱磁性矿物，在ZK9岩芯段20.9 m深度处两者同时出现，但黄铁矿含量要高很多，表明以黄铁矿为主，有可能褐铁矿为黄铁矿经过风化淋滤而形成的次生性矿物[21~23]；该深度有机质含量高，说明有机物质来源充足，植被生长与生物活动繁盛，光、热、水、汽等基本条件具备，还原细菌降解动力强[55~56]。充足的降水或者高湿度导致沉积物孔隙及其颗粒表面吸收液态水，形成与氧气隔离作用，加之微生物的耗氧性降解，使得化学环境条件为还原性[21~23]。沉积物Cr元素含量明显下降亦同样表明了还原环境[12]；强烈风化淋滤使得微量元素等化学元素发生迁移进一步释放，在粒度控制律作用下[12]，大部分微量元素随以粉砂为主的细颗粒而同步沉积富集，同时有机质对微量元素也具有络合作用[12]。
与前人对末次间冰期及其向末次冰期过渡期暖事件的研究结果相比，本次暖事件同样具有千年尺度和湿热气候条件的特征：大部分沉积物要素在分布形态上具有突增性和突降性，与D-O旋回暖事件表现为快速上升、在高值区间波动、尔后下降的分布特征[48]有相似之处；D-O旋回序号19暖事件约发生于70~68 ka，序号18暖事件约发生于62 ka[49~50]，而基于本文年龄框架推测20.9 m深度处暖事件年龄大致为67 ka(见图 3)，而紧邻的20.8 m沉积物实测年龄为66 ka(见表 3)，20.9 m年龄略早于20.8 m处，与D-O旋回序号19暖事件在时间上最为接近，序号18暖事件则次之。本暖事件与北部湾以北同属我国季风区[57]的湖北三宝洞、南京葫芦洞、重庆地区新崖洞石笋研究发现的并对应D-O旋回序号20~18暖事件应属同类性质，显示出中国季风区至少在D-O旋回序号20~18暖事件期间，发生的暖事件在地理空间分布上，存在向西南沿岸延伸的可能性。
4.5 暖事件的区域气候背景张美良等[46]对北部湾西北的巴马县水晶宫洞穴沉积物研究表明，在晚更新世早期的120.5~90 ka末次间冰期阶段以温暖气候为主，但90 ka之后气候环境发生了突变，90~70.5 ka常有山洪爆发，造成石笋倒塌并被粘土掩埋，由于间隙水电导率、Ca2+和HCO3-浓度偏低，未饱和状态滴水对石笋产生了逆向滴蚀效应；覃嘉铭等[43]对黔桂地区石笋250 ka以来千年尺度的3个阶段氧同位素(δ18O)变化研究显示，70 ka前后其处于谷值区，并在低谷区有所波动，在约65 ka存在快速反转回升趋势。综合可见，上述末次间冰期出现的暖事件应属低温期(73~65 ka)后的一次快速回暖的阶段性波动事件。根据Zhang等[58]对中国西南重庆Yangkou洞(JKYK7石笋)和Xinya洞(XY2石笋)最新高分辨率石笋氧同位素研究结果，JKYK7石笋于73.5~71.5 ka出现显著降温，再于71 ka快速跃升回暖，直至65 ka维持在高值但波动频繁；XY2于65 ka前后出现明显突升，跃居到石笋氧同位素序列次高值之后再波动下降；风尘沉积物及其红土的形成和分布是气候变化的结果[59]。76~67 ka华南老红砂地层为快速沉积期之一，对应海平面波动上升，而在末次间冰期向末次冰期过渡期间，76~51 ka之间红土快速沉积期和缓慢沉积期相互交替[60]。粤东北以73 ka为界由红土向棕黄色沉积物转换，沉积物要素值波动变化[61]。
末次间冰期出现了具有全球性的72 ka大冷期事件[49~50, 62]，受到了广泛关注，其结束之后气候仍具有频繁波动的特征，冷暖交替并不稳定，上述岩芯段暖事件应属末次间冰期向末次冰期过渡期间的气候波动调整。晚更新世时期南海Toba火山爆发，其火山物质往南海北部陆架漂移之北界可到雷州半岛北部[63]，因此，还需要关注的是，本暖事件的出现为接着Toba火山爆发之后，两者之间的气候波动、大气环流、物质与火山爆发及其效应是否存在联系，这还需要进一步研究。
5 结论依据北部湾北部近浅海古河道发育区和凹陷区岩芯取样及其实验分析数据，研究对比了上更新统岩芯段(25.1~9.7 m)即约100 ka以来的晚更新世沉积物的各环境要素分布与变化特征，结论如下：
(1) 孢粉为热带和亚热带植物种，物源来自周边陆区风化剥蚀，由于气候波动而使得粒度、碎屑矿物微量元素值出现阶段性变化。结合孢粉、硅藻、有孔虫以及粒度、碎屑矿物以及微量元素分布变化特征等，认为该岩芯段具有河流相沉积特征。依据在末次冰期间冰阶较为稳定出现的半咸水种硅藻C. striata等，认为至少该期间河流与南部陆架海水可能有所贯通。
(2) 气候阶段划分为末次间冰期和末次冰期两个基本阶段，末次冰期又再划分为早冰阶、间冰阶、晚冰阶3个亚阶段，一共4个气候阶段。各阶段之间沉积物岩性与要素含量变化特征存在差异，分别对应河流相沉积体系的低能-高能、低能、低能-高能、低能水动力环境，4个气候阶段与末次间冰期至末次冰期总体气候旋回亦有对应性，与陆区云贵高原和长江以南邻区同阶段气候亦具可比性。
(3) 约67 ka(该岩芯段20.9 m处)出现了一次具有千年尺度的暖事件，主要体现出强烈的化学风化淋滤特征，其中以粉砂含量最高，为41.16 %，其增幅也显著，达到119.46 %，黄铁矿和褐铁矿矿物含量增幅均超过1000 %。除了对氧化还原条件敏感的Cr元素含量减少之外，其余所有微量元素含量均显著增加，最大增幅达到374.72 %，有机质增幅为853.85 %。而与此同时，大部分微量元素含量达到了全岩芯段最高水平，Σ(微量元素)达到1332.0 μg/g，有机质则高达3.72 %，均明显高于该暖事件深度以上段、以下段对应平均值以及相邻区域钻孔岩芯更新统对应平均值。该暖事件为末次间冰期全球性72 ka强冷事件结束之后气候频繁波动的一次展示，与D-O旋回序号19暖事件在时间上最为接近，而序号18暖事件则次之，显示出中国季风区至少在D-O旋回序号20~18之间，所发生对应暖事件范围往西南沿岸扩展。北部湾北部作为凹陷发育区和冷暖气流交汇带，其与全球变化的联系性，还需要不断进行分析研究。
致谢: 感谢同行评审专家和编辑部杨美芳老师提出的宝贵修改意见!
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, Liang Kai1,2
, Xia Zhen1,2, Zhang Shunzhi1,2, Lin Jinqing1,2, Ma Shengzhong1,2, Huo Zhenhai2
Abstract
Under the tropical and sub-tropical climatic background, northern Beibu Gulf is an interaction zone between cold and warm air masses and is the gulf closest to Indian Ocean in China resulting frequent climatic fluctuations. By comparison with neighboring areas especially northern areas' rich data and research results, the study on palaeo-climatic fluctuations since Late Pleistocene in northern Beibu Gulf and their characteristics have almost not carried out yet. The seismic profile interpretation and geological core sediments analysis have revealed that there were buried river channels during Quaternary under seafloor outside Qinzhou Bay Mouth, which formed during sea transgression in Holocene and had become the transition zone from submarine slope to submarine plain. There are main run offs now Fangcheng River, Maoling River, Qin River, Dafeng River and Nanliu River from west to east along coastline of Qinzhou Bay and its neighboring areas. This study obtained whole-length 80.05 m core sediments(core ZK9)from Quaternary strata to the upper surface of weathered crust through drill equipment in position of 21°24'20″N, 108°33'57″E located at northern part of a sunken area outside the Qinzhou Bay Mouth by seismic interpretation. Based on 1 m interval, 13 sediments samples of Upper Pleistocene from 25.1 m to 9.7 m(103~11.5 ka)and 4 samples for age dating were analyzed and identified in laboratories in fundamental sedimentology of granularity, micro-geochemical elements, detrital minerals and micro-palaeontology and age measurement. The age dating results were 103±10 ka(25.1 m), 66±7 ka(20.8 m), 62±6 ka(20.2 m)by optical stimulated luminescence method(OSL)and 11598±51 cal.a B.P.(10.2 m)by 14C method respectively and the age frame was then established through linear interpolation. The study results showed that there were tropical and sub-tropical sporopollen species of Microlepia, Polypodiaceae, Castanopsis and so in this Upper Pleistocene core sediments, the dominant diatom species was Cyclotella striata and there wasn't any foraminifera found. The sediments composition was sand, silt and clay with pebbles in some depths, and the detrital minerals included quartz, feldspar, pyrite, ilmenite, limonite and so on with dominant quartz averaged 89.02% in concentration. The concentration of micro-geochemical elements ranged from 9.64~246.86 μg/g within which Ba reached the highest, and there were significant correlation between Co, Ni, Sr, Zn, Zr, Ga, Ba beside Cu and Cr which were more sensitive to oxidation-reduction condition. The study also revealed that the sedimentary environment was of fluvial/riverine facie with the characteristics of time or depth fluctuations and then divided into two primary stages:the Last Interglacial and the Last Glacial and further four climatic stages periodically. The Stage One 103~60 ka(25.1~19.6 m)was the Last Interglacial with fluvial facie and warm event, and Stage Two was divide into three sub-stages:Sub-stage One 60~46 ka(19.6~17.1 m)Early Ice Order with generally-low(hydrodynamic)energy, 46~19 ka(17.1~11.5 m)Interglacial Order with generally-high energy and 19~11.5 ka(11.5~9.7 m)Late Ice Order with generally-low energy. The above four climatic stages could be basically corresponded to palaeo-climates of same times in neighboring regions of Yun-Gui Plateau and South of Changjiang River. During above Interglacial Order of the Last Glacial(17.1~11.5 m), semi-saline diatom species Cyclotella striata appeared in some depths indicating that the river systems possibly had ever connected into northern continent shelf of South China Sea. There were possibly a millennial-scale warm event in 20.9 m depth(age 67 ka under age frame and a little more earlier than 20.8 m of laboratory dating result 66 ka)with sediments granularity parameters mean grain size Mz 4.29 φ, sorting σI 4.68 φ, skewness SkI almost 0 and kurtosis KG 1.58, concentration of pyrite 12.8025%, concentration of micro-geochemical elements 14.2~650 μg/g, Σ(micro-geochemical elements)1342.4 μg/g as well as organic matter 3.72%, all of which reached their maximum of this whole Upper Pleistoncene core sediments except Cu and Cr. There were also sharp growth percentages in silt composition 119.46% and granularity parameters -94.70%~43.78%, and limonite and pyrite exceeding 1000%, micro-geochemical elements 374.72% in maximum, and organic matter 853.85% except Cr indicating humid and warm climatic background, strong weathering and leaching and also significant chemical reduction condition. By making concentration comparison with ZK4 and ZK5 sediments core of the Pleistocene strata in neighboring area respectively:the concentration of above warm event was 10429.8 times of ZK5 in pyrite(pyrite concentration is 0 in ZK4 and limonite is 0 in both ZK4 and ZK5), over 1.0 and maximum 28.8 and 17.6 except Cu and Cr in micro-geochemical elements, Σ(micro-geochemical elements)was both 2.8, organic matter 16.5 and 18.9 respectively. This event might be an example of frequent fluctuation thereafter globally 72 ka Cold Event and corresponded in age to Dansgaard-Oeschger Warm Events(D-O fluctuation)labeled 19 in GISP 2 ice core meaning that the occurring extent of D-O fluctuation had extended to further southwestern part in monsoon region of China by comparison with D-O labeled 20~18 of stalagmite records found in Hulu cave in Nanjing, Sanbao cave in Hubei and Xinya cave in Chongqing. As a climatically sensitive zone and geologically sunken developed areas, the relationship of northern Beibu Gulf with global climatic change needs much more attention.
表 1(Table 1)