2020, Vol.40
2 中国地质调查局青岛海洋地质研究所, 山东 青岛 266071;
3 云南大学地球 系统科学研究中心, 云南 昆明 650091;
4 中国科学院地球环境研究所, 黄土与第四纪地质国家重点实验室, 陕西 西安 710061)
在新生代, 亚洲及周边地区的地球深部过程与地表环境都发生了一系列重大变革[1]。作为亚洲大陆边缘海最年轻的部分, 渤海陆架对高-低纬相互作用、海陆交互影响等全球、区域事件十分敏感[2]。渤海湾是新构造运动相对活跃的地区之一[3]。陆架浅海沉积环境演化与第四纪海平面变化规律关系密切。陆架浅海新生代沉积记录研究, 对理解区域新构造活动、沉积和构造演化历史均具有十分重要的意义。
诸多学者围绕渤海海域及邻近地区开展了磁性地层学研究[4~12], 在渤海第四纪演化方面取得了丰硕的成果。渤海地区在第四纪长期处于构造沉降背景之下, 但不同区域的相对海平面高度、沉降速率等存在显著差异, 造成不同海区所保留的沉积记录不尽一致。
以磁极性地层学为主, 结合岩石地层学和测年等资料来对地层进行划分和对比, 是地层年度框架建立的有效手段[13~17]。依据泥炭层的14C测年和磁性地层学(地磁漂移)的工作, 并参考了当时欧美地区冰期-间冰期研究的相关成果, 赵松龄等[18]将渤海晚第四纪3次主要海侵事件发生的年龄限定为102~70 ka、39~23 ka和8.5 ka以来。随后, 基于渤海湾沿岸平原及渤海中部晚更新世以来海侵层和海侵范围, 大量的研究发现华北平原东部及渤海中部普遍发育3个海侵层, 对应深海氧同位素MIS5、MIS3和MIS1[19~24]。与早、中更新世相比, 这3次海侵在渤海及沿岸地区分布较为广泛, 同时测年数据也相对丰富和翔实。对于研究中的年代学问题, 多结合了AMS 14C测年和磁性地层学, 并参考了释光年代学等新技术结果[25]。对于第三海侵层而言, 受制于常规测试手段测年极值(AMS 14C测年上限为50 ka, 光释光测年上限为100 ka), 该海侵层缺少可靠的绝对年龄, 导致这一海侵层的年龄存在争议, 比如可以归属于MIS5或者MIS7[22, 26~30]。这就需要在空间上对更多具有详细和准确年代控制的钻孔进行研究。
辽东湾第四纪地质是渤海沉积环境演化研究的重要组成部分, 该地区具有精确年代学控制的深孔数量较少, 重建各时期地层的埋深差异、分布特征等仍需多个深孔研究的积累。目前仅有LD01[31]和LDD-1[24]两个钻孔, 研究成果也较少。公开发表的长序列沉积钻孔非常匮乏, 严重影响了对渤海及周边地区沉积、环境与构造演化过程的认识。
本文以辽东湾北部获得的JXC-1孔(进尺70.3 m)和YKC-2孔(进尺70.1 m)岩芯为研究对象, 进行磁性地层学研究, 为环境演化、海陆交互作用和新构造运动等研究提供较精确的年代地层标尺。
1 研究区地质背景辽东湾地处渤海北部, 是渤海最大的海湾, 也是我国纬度最高的一个半封闭海湾。辽东湾西、北、东三面被辽宁省包围, 仅南面与渤海相通, 湾内大部分海区水深小于30 m, 仅有辽中洼地超过30 m[4]。湾内的波浪以风浪为主, 波向受季风交替影响, 西岸4~11月平均波高0.7 m, 平均周期3.0 s, 东岸4~10月平均波高0.3 m, 平均周期1.7 s；湾内潮汐为规则半日潮, 最大潮差2.8 m, 平均潮差从湾口向湾内增加, 湾口平均潮差仅有3 m, 而湾顶可达5 m[4]。环流则主要受黄海暖流余脉及沿岸流影响[32~33]。
辽东湾是典型的陆架浅海, 形成了海相和陆相沉积物交替出现的地层序列[4, 24, 31]。研究表明, 渤海表层沉积物的分布受控于近源河流物质和海洋环流变化。渤海的潮流场控制泥沙输运, 弱潮流区对应细颗粒沉积物沉降, 强潮流控制区发育粗粒级潮流沙脊和沙席沉积[34]。辽东湾的沉积物主要来源于周边入海河流包括辽河、六股河、大凌河、复州河、沿岸岛屿及基岩的侵蚀等, 但其中以河流输入物质的贡献最为突出[4, 35], 入海泥沙总量约40×106 t/a。另外, 河流输入物质的迁移也受到海洋水动力条件(潮流和环流)的制约[36~37]。
在大地构造上, 渤海地区位于华北地块东缘, 横跨燕山褶皱带、渤海湾盆地、胶辽隆褶带等构造单元, 主体位于渤海湾盆地(图 1)。渤海新生代盆地基本上继承了中生代盆地的构造格局[38]。渤海地区次级构造单元构成复杂[3], 更新统、上新统、上中新统等地层在各次级单元内的埋深存在很大差异[39]。渤海湾盆地构造演化在新生代形成了NNE-NE向隆、坳相间分布的构造格局[40~41]。渐新世以来, 渤海成为渤海湾盆地的沉积、沉降中心[42~45]；上新世以来, 渤海地区稳定沉降, 渤海海峡地区的庙岛古隆起阻挡海水入侵, 形成“渤海古湖”, 发育厚层河湖相沉积；进入第四纪, 随着庙岛古隆起逐渐解体和海平面上升, “渤海古湖”消失, 现代渤海陆架开始形成, 渤海地区的区域环境演化过程和海平面变化与全球趋于一致[2, 10, 46~47]。辽东湾所处地质构造单元为渤海湾盆地辽东湾坳陷, 自第三纪以来一直沉降, 并沉积了巨厚的第四系地层[48]。
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图 1 研究钻孔位置及周边钻孔位置图(根据文献[48]修改) 辽东湾坳陷构造单元：①辽西凹陷；②辽西凸起；③辽中凹陷；④辽东凸起；⑤辽东凹陷 Fig. 1 Location map of the studied boreholes and surrounding boreholes(revised according to reference[48]). Structural unit of Liaodongwan Depression:①Liaoxi Sag; ②Liaoxi Salient; ③Liaozhong Sag; ④Liaodong Salient; ⑤Liaodong Sag |
JXC-1孔和YKC-2孔位于辽东湾北部(见图 1钻孔位置), 由原国土资源部青岛海洋地质研究所于2016年9月利用“勘407轮”采集, 是辽东湾仅有的开展交变退磁研究的深钻孔。
JXC-1孔在钻进过程中发生移位, 根据古地磁测试结果比对发现第一次钻进的第54~56回次与第二次钻进的57、58回次重叠, 保留第二次钻进的57、58回次开展研究工作。故本文中JXC-1孔0~51.42 m地理坐标为40°24′43.3800″N, 121°03′23.3700″E, 51.42~70.30 m地理坐标为40°24′43.7160″N, 121°03′23.5800″E；水深约22 m, 钻孔深(海底下)70.3 m, 有效样品72管, 岩芯总长62.68 m, 取芯率89.2 %。
YKC-2孔地理坐标40°25′53.9520″N, 121°36′30.2040″E, 水深约14 m, 钻孔深(海底下)70.1 m, 共采集样品86管, 岩芯总长59.79 m, 取芯率85.3 %。
JXC-1孔和YKC-2孔岩芯沉积物特征从上至下描述如下, 两个钻孔岩芯照片如图 2所示。
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图 2 JXC-1孔和YKC-2孔岩芯照片 Fig. 2 Photographs of depositional units of the borehole core of JXC-1 and YKC-2 from Liaodong Bay |
JXC-1孔岩芯沉积物特征：
0~6.40 m段为深灰到灰黑色粉砂, 含粘土层, 顶部粘性较强, 中部见黑色有机质条带, 下部夹夹白色钙质结壳；
6.40~11.30 m段为灰色细砂, 夹粉砂层, 含多个粘土层和黑色有机质条带；
11.30~17.80 m段为粉砂-粘土互层, 顶部有机质含量高；
17.80~22.50 m段为灰色细砂, 夹灰色泥质条带；
22.50~26.30 m段为灰色中砂, 偶见暗红色或红褐色中砂、细砂；
26.30~29.50 m段为灰黑色细砂-粉砂-粘土互层, 中部夹黑色有机质条带；
29.50~30.70 m段为灰色中砂-深灰色粘土互层；
30.70~32.60 m段为灰色细砂-粘土互层；
32.60~35.60 m段为灰色中砂, 夹灰色粘土条带, 下部为灰色细砂到粉砂；
35.60~45.00 m段为青灰色至深灰色粘土, 上部质地较硬, 下部夹粉砂质条带, 偶见黑色有机质条带；
45.00~48.20 m段为深灰色粉砂-粘土互层, 夹黑色有机质条带；
48.20~52.40 m段为灰色细砂、粉砂为主, 夹粘土质条带, 偶见黑色有机质条带；
52.40~53.50 m段为灰色粉砂-粘土互层, 上部出现灰黄色中砂, 中部见青灰色硬质粘土；
53.50~57.80 m段以青灰色硬质粘土为主, 夹灰色细砂, 可见黑色有机质条带；
57.80~58.70 m段为黄色硬质粘土夹黄色细砂；
58.70~67.50 m段为深灰色硬质粘土, 夹灰色细砂, 可见黑色有机质条带, 中部见钙质结核；
67.50~70.30 m段为深灰色-灰色粘土, 夹薄层细砂、粉砂、中砂, 偶见黑色有机质条带。
YKC-2孔岩芯沉积物特征：
0~1.45 m段为灰色粉砂；
1.45~5.40 m段, 为灰色细砂, 夹细小贝壳碎片和有机质条带；
5.40~7.80 m段, 以灰色中砂为主, 夹灰色粘土和黑色有机质条带；
7.80~12.70 m段, 为灰黄色中山, 夹深灰色粉砂, 上部见黑色有机质条带；
12.70~13.98 m段, 为灰色到深灰色中砂, 夹灰黄色中砂和深灰色有机质条带；
13.98~21.00 m段, 为灰黄色中砂, 夹多层灰褐色中砂、深灰色细砂, 见木屑碎片和黑色有机质条带；
21.00~23.00 m段, 为深灰色中砂-粘土-粉砂互层, 夹灰色细砂；
23.00~24.20 m段, 为灰色细砂夹黑色有机质条带；
24.20~27.10 m段, 为灰色中砂-深灰色中砂-灰黄色中砂互层；
27.10~31.40 m段, 为灰色中砂, 夹多层黑色有机质层, 可见木屑；
31.40~34.90 m段, 为灰色中砂, 有多个灰褐色夹层, 见黑色有机质条带；
34.90~38.60 m段, 为灰色中砂, 有多个红褐色夹层, 见黑色有机质条带；
38.60~39.82 m段, 为灰色细砂、粉砂、中砂, 夹砾石, 见木屑；
39.82~42.09 m段, 上部为深灰色粘土, 夹粉砂、细砂；下部为深灰色细砂、粉砂, 可见细小贝壳碎片；
42.09~46.20 m段, 为灰色粉砂, 夹灰色硬质粘土和深灰色粉砂；
46.20~48.10 m段, 为深灰色粘土, 夹粉砂、细砂条带；
48.10~51.64 m段, 为灰色中砂, 夹粉砂-细砂层, 见黑色有机质条带和木屑；
51.64~53.67 m段, 为灰色粘土-粉砂互层, 夹灰黄色中砂和木屑；
53.67~56.15 m段, 为深灰色中砂, 夹泥质条带；
56.15~59.50 m段, 为灰色中砂, 夹灰色泥质条带；
59.50~61.26 m段, 为灰色细砂-粘土互层, 夹灰色中砂和灰黄色中砂层；
61.26~70.10 m段, 为灰色中砂, 出现多层红褐色中砂, 夹黑色有机质条带, 偶有深灰色粘土、粉砂。
2.2 实验方法 2.2.1 粒度分析对JXC-1孔的316个和YKC-2孔岩芯的88个钻孔沉积物样品进行了粒度测试, 取样间隔分别为20 cm和60 cm。测试由原国土资源部青岛海洋地质研究所测试中心完成。粒度分析采用英国MALVERN公司产的Mastersizer2000型激光粒度分析仪, 分析结果间隔为1/2 ϕ, 待测样品重量不低于50 g。
2.2.2 古地磁测试用于测试的样品采用U-Channel无磁塑料管直接取自钻孔岩芯。对其进行了连续低场磁化率测量和古地磁交变场退磁测定, 测量间距为2 cm。所有实验均在中国科学院地球环境研究所环境磁学实验室完成。
本次实验利用英国BARTINGTON仪器公司生产的Bartington MS2磁化率仪, 与2G-755R U-Channel岩石超导磁力仪联机在线测量了样品的低场磁化率。对样品采用逐步交变退磁法进行磁清洗, 然后采用2G超导磁力仪进行剩磁强度测量。设定的交变退磁场的天然剩余磁化强度(NRM)分别为0、2.5 mT、5 mT、7.5 mT、10 mT、15 mT、20 mT、25 mT、30 mT、35 mT、40 mT、45 mT、50 mT、60 mT、70 mT、80 mT, 共分16步。古地磁测试包括以下内容：
(1) 测试数据质量控制
为确保数据可靠性, 采用了严格的古地磁测试步骤, 所有试验均在零磁空间中进行。首先对所有定向样品进行交变退磁, 再采用低温超导磁力仪进行剩磁测量, 最后采用严格的标准, 选择可靠的特征剩磁。为保证特征剩磁的可靠性, 采用主成分分析法对分离出的特征剩磁(ChRM)进行分析。选取至少4个连续的剩磁分量投影点进行ChRM方向拟合, 剔除位于岩芯各向回次两接头处样品后, 选择最大角偏差(MAD)＜15°的样品建立磁极性序列。
(2) 剩磁特征分析
通过系统交变退磁, 在去掉次生剩磁组分后, 成功分离出了特征剩磁组分。利用PaleoMag软件进行主成分分析, 并通过最小二乘法拟合计算得到样品的特征剩磁方向。所有样品均进行了0~80 mT的交变场退磁, 退磁曲线表明大多数样品均包括原生和次生两种磁性组分。大部分样品显示0~15 mT和15~80 mT两个分量, 第一个分量不能拟合出特定的方向, 而第二个分量较稳定, 为特征剩磁分量, 即在10~20 mT之上, 样品的特征剩磁方向可被分离出来。用主成分分析法[49~50]对20 mT、25 mT、30 mT、35 mT、40 mT、45 mT、50 mT、60 mT、70 mT、80 mT这7~16步退磁数据进行拟合, 最后得到样品的特征剩磁方向, 所有数据使用PaleoMag程序分析完成[51]。由于岩芯钻取过程中, 无法对钻孔进行水平定向, 只是进行了岩芯上下方向相对定向。因此, 钻孔岩芯样品的磁偏角并不能反映沉积物沉积时的地磁场偏角。
(3) 数据处理方法
根据理论和实验情况对全孔数据进行了适当筛选, 筛选的规则是：1)由于JXC-1孔和YKC-2孔位于40.5°N左右, 理论地磁倾角值为59.5°左右, 考虑到数据离散MAD值控制在±15°~20°范围。因此选取倾角值大于80°和小于-80°的数据点予以删除；2)对于最大误差角MAD大于15°~20°的古地磁数据, 一般认为数据离散度大, 可靠性较差, 同时也适当保留了数据点较少层位MAD值较大的个别数据点；3)删除稳定正极性和稳定负极性段零星的数据点, 使极性变化曲线显得相对清楚, 以此建立两个岩芯序列。
2.2.3 14C和光释光测年从两个钻孔中分别选取有机质丰富的岩芯段样品挑选测年物质, 主要是木屑和有孔虫等共7个样品, 送至美国Beta实验室进行AMS 14C测年。最后, 测量数据用Calib701软件校正至日历年龄。
在JXC-1孔和YKC-2孔分别选取2个含粉砂、细砂岩芯段, 用不锈钢铲在避光条件下取样, 并用铝箔纸密封保存, 共4个样品, 在中国科学院青海盐湖研究所光释光测年实验室进行测年。所有实验步骤都在暗室红光条件下完成。在暗室内将样品从采样管中取出, 并去除两侧有可能曝光的样品, 剩余样品用于前处理。样品先后用10 %的盐酸(HCl)和30 %的双氧水(H2O2)除去碳酸盐和有机质, 然后对剩余样品进行湿筛以筛取38~63 μm的粒径组分。将该粒径的样品用35 %的氟硅酸(H2SiF6)浸泡约两周时间以除去样品中的长石矿物[52]。
3 实验结果 3.1 测年结果14C测年可以测定距今50 ka以来的沉积样品[53~54]。加速器质谱仪(AMS)碳测年较常规法具有测量周期短、精度高的明显优势[55]。样品JXC-1-A1和JXC-1-A2的测年结果呈新老倒置现象, 但两个样品测年结果接近AMS 14C测年上限, 不参与年代框架建立。样品YKC-2-A3、YKC-2-A4和YKC-2-A5的测年结果超出了43 ka(表 1), 根据渤海其他钻孔资料, 结果误差较大, 其结果不作为钻孔年代框架建立的依据。
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表 1 AMS 14C测年结果 Table 1 AMS 14C dating results |
在渤海地区沉积物光释光测年应用中, 测定的矿物主要是石英[30, 56~57]。取自两个钻孔的4个样品选用38~63 μm粒径的石英运用单片再生剂量法进行等效剂量的测试。用以解决了14C测年物质容易受到后期改造、污染而导致年龄估计出现严重偏差的问题(表 2)。
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表 2 光释光测年结果 Table 2 OSL dating results |
综合考虑AMS 14C测年和光释光测年的局限性, 选取YKC-2-A1、YKC-2-A2、JXC-1-O1、JXC-1-O2、YKC-2-O1和YKC-2-O2这6个测年结果参与钻孔年龄框架的建立。
3.2 古地磁测试结果由于钻探过程中岩芯已转动, 仅利用倾角建立磁性柱, 且连续两个以上的样品出现反极性时, 定义一次漂移或极性亚时, 5个以上样品出现反极性时定义一次极性时。图 3为JXC-1孔和YKC-2孔典型样品的退磁曲线。
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图 3 JXC-1孔(a~d)和YKC-2孔(e~h)典型样品的退磁曲线 Fig. 3 Demagnetization curves of typical samples of JXC-1(a~d)and YKC-2(e~h) |
通常, 海洋沉积物中的磁性矿物组合的性质受控于多种因素, 次生的磁性矿物, 如铁的硫化物, 其往往包含了原生铁氧化物沉积后的成岩改造作用的信息[58~60]。胶黄铁矿具有强的亚铁磁性, 是重要的剩磁载体, 可能导致重磁化[8, 61]。通过计算GRM效应可以对胶黄铁矿的“视极性倒转现象”加以排除[62]。含胶黄铁矿层中的ΔGRM/ΔNRM比值明显高于其他层[58~60], 其中, ΔGRM表示为NRM的最终值和最小值之差(NRM80mt-NRMmin), 而ΔNRM表示NRM的初始值和最小值之差(NRM-NRMmin)[62]。计算了两个钻孔的ΔGRM/ΔNRM比值(图 4和5), 可以发现两个钻孔中有多个层位可能含有较多铁的硫化物, 在与标准地磁极性年表对比时加以区分。
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图 4 辽东湾JXC-1孔磁性地层及其与标准极性年表的对比 极性柱中黑色为正极性, 白色为负极性 Fig. 4 Magneto stratigraphy of JXC-1 borehole in Liaodong Bay. Black bars indicate normal polarity and white reversed |
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图 5 辽东湾YKC-2孔磁性地层及其与标准极性年表的对比 极性柱中黑色为正极性, 白色为负极性 Fig. 5 Magneto stratigraphy of YKC-2 borehole in Liaodong Bay. Black bars indicate normal polarity and white reversed |
将JXC-1钻孔磁极性结果与标准地磁极性年表[63~65]对比。本钻孔包含了Brunhes正极性时与Matuyama负极性时上段, 自上而下可发现较多磁倾角变负的小的极性事件, 考虑到沉积岩性变化、钻探采样的影响和自生磁性矿物(胶黄铁矿等)的影响, MBB可能位于45.18 m。
上部Brunhes正极性时段内可以大致定义的负极性漂移事件有Mono Lake(28~32 ka, 1.9 m±), 可能对应于R1；Levantine-Biwa Ⅲ(360~370 ka, 22.94 m±), 可能对应于R5；Calabrian Ridge Ⅱ(510~525 ka, 31.8 m±), 可能对应于R8；Delta(660~665 ka, 40.14 m±), 可能对应于R13(图 4)。下部Matuyama负极性时段内可以大致定义的正极性漂移事件有Kamikatsura(850~886 ka, 52.54 m±), 可能对应于N2；Jaramillo正极性亚时(987~1068 ka)位于61.6~66.2 m, 对应于N5。
Mono Lake极性漂移事件与JXC-1-O1、JXC-1-O2两个样品光释光测年结果有较好的对应关系。
YKC-2孔沉积物地磁极性同样也受到沉积岩性变化、钻探采样的影响和自生磁性矿物(胶黄铁矿等)的影响, 数据筛选后, 结果显示YKC-2岩芯自上至下磁极性仅限于Brunhes正极性时, 可发现较多磁倾角变负的小的极性事件, 可以大致定义可能的极性漂移事件有Gothenburg(9~12 ka, 3.24 m±), 对应于R1；Blake(110~120 ka, 15.4 m±), 对应于R9；Iceland basin-Biwa Ⅰ(187~195 ka, 20.62 m±), 可能对应于R14；Jamaica-Pringle falls(205~215 ka, 24.22 m±), 可能对应于R15~16；Fram Strait-Calabrian Ridge 0-Biwa Ⅱ(255~265 ka, 29.42 m±), 可能对应于R19；Calabrian Ridge Ⅰ(315~325 ka, 33.22 m±), 可能对应于R20；Levantine-Biwa Ⅲ(360~370 ka, 36.84 m±), 可能对应于R21；Unknown(400~420 ka, 39.82 m±), 可能对应于R22；Emperor(469 ka, 42.38 m±), 可能对应于R23；Calabrian Ridge Ⅱ(510~525 ka, 47.29 m±), 可能对应于R25~27；Big Lost/Calabrian Ridge Ⅲ(560~580 ka, 54.4 m±), 可能对应于R30；Delta(660~665 ka, 65.64 m±), 可能对应于R31~35某个部位(图 5)。
Gothenburg和Blake极性漂移事件分别与YKC-2-A2和YKC-2-O2两个样品测年结果有较好的对应关系。
在JXC-1孔中的R2、R3、R6、R7、R9、R11、R14、R15等极性漂移事件和YKC-2孔中R2~R6、R11~R13、R18、R24、R28、R29、R32等极性漂移事件可能是由于沉积物受铁硫化物影响导致的重磁化而形成, 因本文主要讨论布容期以来沉积厚度差异, 未开展相关测试分析。另外, YKC-2孔中极性漂移事件仍需进一步研究。
3.3 沉积环境分析根据粒度测试结果, 计算钻孔沉积物平均粒径, 并建立钻孔岩性柱(图 4和5)。JXC-1孔全孔以粉砂、细砂为主, 夹粘土层, 根据平均粒径垂向变化, 自下而上大致可划分为9个沉积阶段：70.30~67.00 m、67.00~48.00 m、48.00~36.00 m、36.00~31.00 m、31.00~26.00 m、26.00~11.00 m、11.00~2.00 m和2.00~0 m；YKC-2孔全孔以细砂、粉砂为主, 夹多个中砂层, 根据平均粒径垂向变化, 自下而上大致可划分为4个沉积阶段：70.10~48.00 m、48.00~27.50 m、27.50~16.00 m和16.00~0 m。孙荣涛等[24]根据微体古生物鉴定分析对辽东湾中部LDD孔50.1 m的柱状岩芯地层及古环境演化进行分析, 认为辽东湾中部的沉积地层与冰期旋回间存在良好的对应关系, 与渤海其他钻孔记录对应良好, 识别出黄骅海侵和献县海侵两个主要的海相层。结合测年结果, 对比LDD孔海陆相地层划分[24], 认为在JXC-1孔中, 海相层主要位于20 m以上层位, 而YKC-2孔中海相层可能分布于50 m以上层位, 两个钻孔下部主要为陆相的河流或者湖泊沉积环境。
4 讨论 4.1 钻孔地磁事件和漂移以及年代框架的建立 4.1.1 JXC-1孔JXC-1孔, 磁极性包含Brunhes正极性时和Matuyama负极性时上段, 若不考虑沉积间断等因素, 根据极性序列确定的比较清楚的Jaramillo正极性亚时顶界(987 ka, 61.6 m)和Cobb Mtn顶界(1190 ka, 70.08 m)两个可能的年代-深度控制点中值推算, 推测得到JXC-1整孔底界(深度为70.3 m)的年代约1.2 Ma。
JXC-1孔顶部为现代海相沉积。根据浅地层剖面声学地层资料, 全新世的海相层埋深较浅, 不足2 m[66], 位于Brunhes正极性时；全新世以下段为更新世地层, 位于Brunhes正极性时和Matuyama负极性时。Jaramillo正极性亚时持续时间长, 而且强度大, 在渤海海域及渤海湾沿岸其他钻孔中均有出现, 如BH08孔[8]、S3孔[5]、BZ1孔[7]、BZ2孔[6]、YRD-1101孔[9]、TJC-1孔[11]、LZ908孔[10]和BHS01孔[12]等。推断N5为Jaramillo正极性亚时。
根据岩性和磁性特征, JXC-1孔可划为2个沉积阶段：阶段Ⅰ年龄为0~0.78 Ma, 埋深0~45.18 m, 位于Brunhes正极性时, 包括Mono Lake、Levantine-Biwa Ⅲ、Calabrian RidgeⅡ、Delta等极性事件, 沉积物以粉砂、细砂为主, 夹中砂层, 磁化率的变化范围为0.86×10-6~120.41×10-6 SI, 平均值为19.87×10-6 SI。阶段Ⅱ年龄为0.78~1.20 Ma, 埋深45.18~70.30 m, 位于Matuyama负极性时, Jaramillo正极性亚时埋深于61.6~66.2 m。沉积物以细砂、粉砂为主, 底部出现粘土层, 磁化率的变化范围为0.9×10-6~119.1×10-6 SI, 平均值为23.77×10-6 SI, 在0.78~0.85 Ma存在高值。
4.1.2 YKC-2孔YKC-2孔, 由于磁极性仅限于Brunhes正极性时上段, 若不考虑沉积间断等因素, 结合极性事件对应的年代控制点, 根据极性序列得到的Big Lost/Calabrian Ridge Ⅲ(560~580 ka, 54.4 m±)和Delta(660~665 ka, 65.64 m±)两个年代-深度控制点中值推算, 可以得到YKC-2整孔底界的年代约0.7 Ma, 包括Gothenburg、Blake和Delta等极性事件。
4.2 辽东湾地区与渤海其他区域钻孔对比及意义已有的研究结果[6~7, 10, 39, 67]表明, 渤海及周边地区新近纪以来的沉积过程相对连续, 除古隆起外, 大部分地区未见较大的不整合面发育。
4.2.1 JXC-1孔和YKC-2孔比沉积速率差异根据两个钻孔的深度与年代-沉积速率变化曲线(图 6), JXC-1孔全孔平均沉积速率约为5.9 cm/ka, 最高约为8.6 cm/ka, 最低为3.3 cm/ka；全孔最低沉积速率与最高沉积速率差别较小, 表明沉积环境相对稳定。YKC-2孔全孔平均沉积速率约为10.14 cm/ka, 最高约为27.0 cm/ka, 最低为4.34 cm/ka。约470 ka以前YKC-2孔沉积速率较高, 为10~15 cm/ka左右；约470~40 ka沉积速率较低, 介于4.34~10.40 cm/ka, 其中210~190 ka存在一个较高沉积速率时段, 可能与极性事件判断的差异有关, 应该与沉积环境变化关系不大；约40 ka以来沉积速率急剧增加, 从约10 cm/ka, 急剧增加到27 cm/ka。
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图 6 JXC-1孔(a)和YKC-2 (b)深度与年代-沉积速率模式图 Fig. 6 Depth and age sedimentary rate pattern of JXC-1 (a)and YKC-2 (b) |
JXC-1孔和YKC-2孔位于同一沉积体系, 即辽东湾坳陷。辽东湾坳陷新生代地质结构主要表现为“三凹夹两凸”的特征, 即自西向东依次为辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起和辽东凹陷；JXC-1孔和YKC-2孔分布位于辽东湾坳陷的辽西凹陷和辽中凹陷(图 1)。辽西凹陷和辽中凹陷为东断西超的半地堑, 辽东凹陷为西断东超的半地堑。辽中凹陷规模较大, 其东部边界为西倾陡立的基底断层, 郯庐断裂的分支断裂从凹陷中部通过而形成了典型的正花状构造[68]。郯庐断裂在辽东湾为继承活动的断裂, 由多条断裂组成, 包括：辽东断裂长近150 km, 辽中1号断裂长近200 km, 辽中2号断裂长60 km, 渤中1号断裂长70 km。这些断裂新构造活动强烈, 总体具右旋逆平移性质[40]。JXC-1孔和YKC-2孔沉积速率和沉积厚度差异与渤海湾西岸BZ1孔[7]和BZ2孔[6]情况类似, 主要是受新构造运动控制, 即郯庐断裂第四纪活动性的影响。在近1 Ma以来, 辽中凹陷较辽西凹陷处于快速下沉状态, 但因YKC-2孔未探测到标志层, 无法预测下沉深度。
4.2.2 渤海及周边区域布容正极性时以来沉积厚度差异秦蕴珊等海洋研究者[4]以BC-1孔为研究对象, 系统分析了渤海过去150 ka以来的沉积过程及古环境、古气候特征, 这一钻孔的研究成果作为渤海海域第四纪地质研究的标准为后期的相关研究提供了很好的参考。近年来, 渤海及周边实施了多个第四纪沉积钻孔研究工作, 开展了基于交变场退磁测定的磁性地层学研究(表 3), 将钻遇MBB的钻孔加以比较(图 7), 可根据中更新世以来沉积厚度将渤海及周边划分为4个区域：渤中区、辽东湾区、渤海湾区和莱州湾区。其中, 渤中区作为沉降中心, MBB在整个区域中埋深最深；渤海湾区和莱州湾区的主要构造单元分别为黄骅坳陷和济阳坳陷, MBB埋深均呈现自南而北逐渐加深；辽东湾区MBB埋深为4个区内最浅。由此推断, 中更新世以来渤海沉降中心大致位于黄海坳陷、埕宁隆起和济阳坳陷北部至渤中坳陷一带。
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表 3 渤海及周边地区钻孔MBB深度 Table 3 MBB depth of boreholes in Bohai Sea and surrounding areas |
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图 7 JXC-1孔与渤海及周边地区钻孔古地磁极性柱对比 Fig. 7 Comparison of the magnetostraitigraphy of borehole JXC-1 with other boreholes from the Bohai Sea and surrounding areas |
不同学者对位于4个分区钻孔揭示的区域中更新世以来沉积厚度差异原因进行了分析。大部分学者认为布容期以来沉积厚度差异的主要原因在于所处的构造单元位置不同[7, 9, 11]。
肖国桥等[7]对位于渤海湾西岸黄骅坳陷内的BZ1钻孔进行了详细的磁性地层学研究, 该钻孔记录了布容正向极性时、贾拉米洛和奥尔都维极性亚时, 与沧县隆起区的BZ2钻孔地层结果对比表明, 两个构造单元的沉积物厚度在布容期以来差异较大。研究认为, 新构造运动对不同构造单元沉积物分布的具有控制作用, BZ1孔和BZ2孔位于不同的构造单元, 自布容正极性时以来, 前者沉积物厚度为77.7 m[69]而后者为56.2 m, 两者相差20余米, 即在此期间黄骅坳陷相对沧县隆起下沉, 可能表明最近1 Ma以来黄骅凹陷区新构造运动有所加剧。
李翔等[11]对渤海西部海域TJC-1孔开展了磁性地层学的研究, 揭示了研究区更新统的高分辨率地层框架。推测TJC-1孔、BH08孔和BC-1孔三者B/M界限埋深逐渐增大(BC-1孔未钻遇), 主要原因是钻孔所处构造位置不同, 这3个钻孔分别位于渤中凸起、渤南凸起和石臼坨凸起。
阎玉忠等[22]对位于渤海湾西岸黄骅坳陷的次级构造单元歧口凹陷的BQ1孔和位于相邻次级凸起单元北大港潜山构造带的BQ2孔晚更新世海相层和陆相层进行对比, 研究认为, 凹陷区晚更新世沉积厚度大、沉积速率高；凸起区沉积厚度小、沉积速率低。进入全新世后, 两个次级单元间的差异性减弱, 相对平稳的整体沉积开始占主导地位。孙丽莎等[9]通过对比同一构造单元内两个钻孔S3孔和YRD-1101孔在布容正极性时以来沉积物厚度的差异, 支持了同一构造单元内部的差异性沉降所导致的沉积厚度差异有关的观点。
Yi等[10]和姜兴钰等[74]分别对位于济阳坳陷的LZ908孔和HLL01孔开展磁性地层学研究, 二者自布容正极性时以来的沉积厚度可以对比。研究结果认为, 根据渤海中央海盆BH08孔的结果[8], 海侵沉积从1.0 Ma开始出现；同时, 盆地重新进入了较快速的沉降期[75~76], 沉积速率显著增高, 并且这一过程与渤海湾的情况类似[65]。
渤海湾盆地构造演化经历了古近纪断陷(裂陷)和新近纪以来拗陷(后裂陷)两个主要阶段[40, 77~79]。在新生代热沉降阶段(成盆阶段), 上新世末-第四纪初期渤海地区发生了渤海运动(距今约4.8~2.0 Ma), 盆地沉降中心“由南向北、自西向东”的迁移, 以渤中坳陷-黄河口凹陷-庙西凹陷一带为中心, 新近纪后期出现明显的加速沉降, 并波及到辽东湾坳陷、济阳坳陷和黄骅坳陷, 下辽河坳陷这一现象不明显, 而冀中坳陷则无沉降加速现象[43~44, 80]。
通过拾取反射时间并选取地层声速1.750 km/s, 李西双等[81]获得了晚更新世-全新世地层厚度和上更新统底界的埋深, 渤海海域晚更新世-全新世沉积厚度在50~300 m范围内变化, 最厚处位于渤东凹陷内, 渤中凹陷、黄河口凹陷内的沉积厚度也超过250 m。沉积厚度变化趋势与上更新统底界基本一致, 这与诸多钻孔共同揭示的结果相似, 反映了构造基底对沉积的控制。辽东湾内沿郯庐断裂带沉积厚度较两侧大, 这与断裂带两侧的构造单元规模也有一定的关系, 同时也显示了郯庐断裂带的活动性对渤海晚第四纪沉积的控制。
新构造运动促使凹陷内快速沉降而沉积巨厚的第四纪沉积物[82]。高战武等[83]根据第四纪沉积盖层的断裂构造, 将渤海新构造运动的断裂分为继续活动断裂和新生断裂, 并将渤海新构造活动断裂按走向分为3条新构造活动断裂带, 即北东(偏北)向营口-潍坊断裂带北段、北东向庙西北-黄河口断裂带和北西西向北京-蓬莱断裂带。其中, 营口-潍坊断裂带北段是继续活动构造带, 呈右旋逆平移活动, 活动性随时间的推移呈减弱趋势。
综上所述, 对比JXC-1孔与渤海周边钻孔布容正极性时以来沉积厚度差异(图 7), 本文认为渤海及周边中更新世沉积厚度差异主要原因是：在新生代初形成构造单元基底埋深差异的基础上, 叠加以新构造活动断裂的影响, 而局部沉积厚度差异则反映了新构造运动活动的幅度差异。
5 结论(1) JXC-1孔的古地磁研究结果表明, 该孔记录了布容正极性时至松山负极性时之间的沉积, 钻孔底部年龄约为1.2 Ma；布容松山倒转边界(MBB)位于45.18 m, 贾拉米洛正极性亚时(Jaramillo)埋深为61.6~66.2 m。YKC-2孔古地磁研究结果表明, 该孔记录了布容正极性时的沉积, 钻孔底部年龄约为0.7 Ma, 包括Gothenburg、Blake等极性事件。
(2) 根据沉积特征和磁化率变化特征, JXC-1孔可分为2个沉积阶段：阶段Ⅰ年龄为0~0.78 Ma, 埋深0~45.18 m, 位于布容正极性时；阶段Ⅱ年龄为0.78~1.20 Ma, 埋深45.18~70.30 m, 位于松山负极性时。JXC-1孔全孔平均沉积速率约为5.9 cm/ka, 最高约为8.6 cm/ka, 最低为3.3 cm/ka；全孔最低沉积速率与最高沉积速率差别较小, 表明沉积环境相对稳定。YKC-2孔全孔平均沉积速率约为10.14 cm/ka, 最高约为27.0 cm/ka, 最低为4.34 cm/ka。YKC-2孔全孔沉积速率分为3个阶段：约470 ka以前沉积速率较高, 为10~15 cm/ka左右；约470~40 ka沉积速率较低, 介于4.34~10.40 cm/ka, 其中210~190 ka存在一个较高沉积速率时段；约40 ka以来沉积速率急剧增加, 从约10 cm/ka, 急剧增加到27 cm/ka。
(3) 根据中更新世以来沉积厚度将渤海及周边划分为4个区域：渤中区、辽东湾区、渤海湾区和莱州湾区。其中, 渤中区作为沉降中心, MBB在整个区域中埋深最深；渤海湾区和莱州湾区的主要构造单元分别为黄骅坳陷和济阳坳陷, MBB埋深均呈现自南而北逐渐加深；辽东湾区MBB埋深为4个区内最浅。由此推断, 中更新世以来渤海沉降中心大致位于黄海坳陷、埕宁隆起和济阳坳陷北部至渤中坳陷一带。渤海及周边中更新世以来沉积厚度差异主要原因是, 在新近纪构造基底控制的基础上, 受郯庐断裂晚更新世以来的活动性影响, 叠加了区域新构造运动, 二者共同控制了区域内沉积厚度差异, 而局部沉积厚度差异则反映了新构造运动活动的剧烈程度和幅度差异。
致谢: 感谢审稿专家对本文提出的宝贵意见, 自然资源部第一海洋研究所刘建兴博士对文章给出了诸多良好的建议, 青岛海洋地质研究所孙军博士在数据处理方面给予大量帮助, 在此一并感谢!
| [1] |
郑洪波, 郭正堂, 邓涛. 新生代东亚地形、水系与生物地理演变[J]. 地球科学进展, 2014, 29(11): 1280-1286. Zheng Hongbo, Guo Zhengtang, Deng Tao. Evolution of topography, drainage and biogeography in East Asia during the Cenozoic[J]. Advances in Earth Science, 2014, 29(11): 1280-1286. DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2014.11.1280 |
| [2] |
易亮, 姜兴钰, 田立柱, 等. 渤海盆地演化的年代学研究[J]. 第四纪研究, 2016, 36(5): 1075-1087. Yi Liang, Jiang Xingyu, Tian Lizhu, et al. Geochronological study on Plio-Pleistocene evolution of Bohai basin[J]. Quaternary Sciences, 2016, 36(5): 1075-1087. |
| [3] |
邓起东, 闵伟, 晁洪太, 等. 渤海地区新生代构造与地震活动[M]. 北京: 地震出版社, 2001: 218-233. Deng Qidong, Min Wei, Chao Hongtai, et al. Cenozoic Structure and Seismicity in Bohai Area[M]. Beijing: Seismological Press, 2001: 218-233. |
| [4] |
中国科学院海洋研究所海洋地质研究室. 渤海地质[M]. 北京: 科学出版社, 1985: 1-18. Office of Marine Geology, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences. Geology of the Bohai Sea[M]. Beijing: Science Press, 1985: 1-18. |
| [5] |
庄振业, 许卫东, 刘东生, 等. 渤海南部S3孔晚第四纪海相地层的划分及环境演变[J]. 海洋地质与第四纪地质, 1999, 19(2): 29-37. Zhuang Zhenye, Xu Weidong, Liu Dongsheng, et al. Division and environmental evolution of Late Quaternary marine beds of S3 hole in the Bohai Sea[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 1999, 19(2): 29-37. |
| [6] |
姚政权, 郭正堂, 陈宇坤, 等. 渤海湾海陆交互相沉积的磁性地层学[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2006, 26(1): 9-15. Yao Zhengquan, Guo Zhengtang, Chen Yukun, et al. Magneto stratigraphy of marine terrigenous facies deposits in Bohai Bay[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2006, 26(1): 9-15. |
| [7] |
肖国桥, 郭正堂, 陈宇坤, 等. 渤海湾西岸BZ1钻孔的磁性地层学研究[J]. 第四纪研究, 2008, 28(5): 909-916. Xiao Guoqiao, Guo Zhengtang, Chen Yukun, et al. Magnetostratigraphy of BZ1 borehole in west coast of Bohai Bay, Northern China[J]. Quaternary Sciences, 2008, 28(5): 909-916. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.2008.05.014 |
| [8] |
Yao Z Q, Shi X F, Liu Q S, et al. Paleomagnetic and astronomical dating of sediment core BH08 from the Bohai Sea, China:Implications for glacial-interglacial sedimentation[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2014, 393(1): 90-101. |
| [9] |
孙丽莎, 刘健, 仇建东, 等. 现代黄河三角洲北岸YRD-1101孔岩芯磁性地层学[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2014, 34(4): 31-40. Sun Lisha, Liu Jian, Qiu Jiandong, et al. Studies on magnetostratigraphy of core YRD-1101 sediments on the north shore of modern Yellow River Delta[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2014, 34(4): 31-40. |
| [10] |
Yi L, Deng C L, Xu X Y, et al. Paleo-megalake termination in the Quaternary:Paleomagnetic and water-level evidence from south Bohai Sea, China[J]. Sedimentary Geology, 2015, 319: 1-12. DOI:10.1016/j.sedgeo.2015.01.005 |
| [11] |
李翔, 李日辉, 陈晓辉, 等. 渤海西部TJC-1孔磁性地层研究[J]. 第四纪研究, 2016, 36(1): 208-215. Li Xiang, Li Rihui, Chen Xiaohui, et al. Quaternary magnetostratigraphy recorded in the sediments of core TJC-1 in the western Bohai Sea[J]. Quaternary Sciences, 2016, 36(1): 208-215. |
| [12] |
孙军, 杨慧良, 何磊, 等. 渤海海峡BHS01孔沉积物磁性地层学研究[J]. 现代地质, 2019, 33(2): 315-324. Sun Jun, Yang Huiliang, He Lei, et al. Quaternary magnetostratigraphy record in sediments from Borehole BHS01 in the Bohai Strait[J]. Geoscience, 2019, 33(2): 315-324. |
| [13] |
Zhu R X, An Z S, Potts R, et al. Magnetostratigraphic dating of early humans in China[J]. Earth-Science Reviews, 2003, 61: 341-359. DOI:10.1016/S0012-8252(02)00132-0 |
| [14] |
彭杰, 杨小强, 强小科, 等. 钱塘江河口周边钻孔磁性地层学研究及意义[J]. 地球物理学报, 2016, 59(8): 2949-2964. Peng Jie, Yang Xiaoqiang, Qiang Xiaoke, et al. Magnetostratigraphy characteristics of several cores around the Qiantang River mouth and its significance[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2016, 59(8): 2949-2964. |
| [15] |
王振峰, 张道军, 刘新宇, 等. 西沙群岛西科1井晚中新世-上新世生物礁沉积的磁性地层学初步结果[J]. 地球物理学报, 2016, 59(11): 4178-4187. Wang Zhenfeng, Zhang Daojun, Liu Xinyu, et al. Prdiminary results of rock magnetism and magnetostratigraphy for Late Miocene to Pliocene biogenetic reefs in the Xisha Islands, South China Sea[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2016, 59(11): 4178-4187. DOI:10.6038/cjg20161120 |
| [16] |
代鹏, 邓晓红, 王盛栋, 等. 河北平原区固安G01孔岩芯特征及第四纪地层划分[J]. 第四纪研究, 2019, 39(2): 399-407. Dai Peng, Deng Xiaohong, Wang Shengdong, et al. Core characteristics and stratigraphic classification of G01 borehole in Gu'an, Hebei Plain[J]. Quaternary Sciences, 2019, 39(2): 399-407. |
| [17] |
范友良, 胥勤勉, 齐晓凤, 等. 华北平原中部第四纪沉积物的岩石磁学性质[J]. 第四纪研究, 2017, 37(3): 612-623. Fan Youliang, Xu Qinmian, Qi Xiaofeng, et al. Rock magnetic properties of Quaternary sediments from the central North China Plain[J]. Quaternary Sciences, 2017, 37(3): 612-623. |
| [18] |
赵松龄, 杨光复, 苍树溪. 关于渤海湾西岸海相地层与海岸线问题[J]. 海洋与湖沼, 1978, 9(1): 15-24. Zhao Songling, Yang Guangfu, Cang Shuxi. On the marine stratigraphy and coastlines of the western coast of the Gulf of Bohai[J]. Oceanologia and Liminologia, 1978, 9(1): 15-24. |
| [19] |
王强, 李凤林. 渤海湾西岸第四纪海陆变迁[J]. 海洋地质与第四纪地质, 1983, 3(4): 83-89. Wang Qiang, Li Fenglin. The changes of Marine-continental conditions in the west coast of the Bohai Gulf during Quaternary[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 1983, 3(4): 83-89. |
| [20] |
汪品先, 闵秋宝, 卞云华, 等. 我国东部第四纪海侵地层的初步研究[J]. 地质学报, 1981, 55(1): 1-12. Wang Pinxian, Min Qiubao, Bian Yunhua, et al. Preliminary study on Quaternary transgression stratum in Eastern China[J]. Acta Geologica Sinica, 1981, 55(1): 1-12. |
| [21] |
符文侠, 周永芝, 宋云香. 辽宁滨岸地区海相地层与海侵特征[J]. 海洋通报, 1990, 9(4): 40-46. Fu Wenxia, Zhou Yongzhi, Song Yunxiang. Marine stratigraphies and transgression characteristics along coast of Liaoning Province[J]. Marine Science Bulletin, 1990, 9(4): 40-46. |
| [22] |
阎玉忠, 王宏, 李凤林, 等. 渤海湾西岸晚更新世沉积的差异性特征[J]. 第四纪研究, 2006, 26(3): 321-326. Yan Yuzhong, Wang Hong, Li Fenglin, et al. Different depositional processes of boreholes BQ1 and BQ2 in the Late Pleistocene on the west coast of Bohai Bay[J]. Quaternary Sciences, 2006, 26(3): 321-326. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.2006.03.002 |
| [23] |
胥勤勉, 袁桂邦, 张金起, 等. 渤海湾沿岸晚第四纪地层划分及地质意义[J]. 地质学报, 2011, 85(8): 1352-1367. Xu Qinmian, Yuan Guibang, Zhang Jinqi, et al. Stratigraphic division of the late quaternary strata along the coast of Bohai Bay and its geology significance[J]. Acta Geologica Sinica, 2011, 85(8): 1352-1367. |
| [24] |
孙荣涛, 赵京涛, 李军, 等. 辽东湾LDD7孔晚更新世以来的沉积层序与古环境演化[J]. 吉林大学学报:地球科学版, 2015, 45(5): 1460-1469. Sun Rongtao, Zhao Jingtao, Li Jun, et al. Stratigraphic and paleo-environmental evolution of Liaodong Bay since Late Pleistocene:Evidence from core LDD7[J]. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2015, 45(5): 1460-1469. |
| [25] |
刘东生. 黄土与干旱环境[M]. 合肥: 安徽科学技术出版社, 2009: 1-537. Liu Tungsheng. Loess and Arid Environment[M]. Hefei: Anhui Science & Techonology Press, 2009: 1-537. |
| [26] |
赵华, 卢演俦, 张金起, 等. 天津大直沽晚第四纪沉积物红外释光测年及环境变迁年代学[J]. 地质科学, 2002, 37(2): 174-183. Zhao Hua, Lu Yanchou, Zhang Jinqi, et al. IRSL dating of Late Quaternary sediments and chronology of environmental changes at Dazhigu area, Tianjin[J]. Chinese Journal of Geology, 2002, 37(2): 174-183. DOI:10.3321/j.issn:0563-5020.2002.02.005 |
| [27] |
陈永胜, 王宏, 裴艳东, 等. 渤海湾西岸晚第四纪海相地层划分及地质意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2012, 42(3): 747-759. Chen Yongsheng, Wang Hong, Pei Yandong, et al. Division and its geological significance of the Late Quaternary marine sedimentary beds in the west coast of Bohai Bay, China[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2012, 42(3): 747-759. |
| [28] |
李凤林, 王宏, 王云生, 等. 渤海湾滨海平原全新统层型剖面地层划分与建组[J]. 地质通报, 2005, 24(2): 124-135. Li Fenglin, Wang Hong, Wang Yunsheng, et al. Stratigraphic division and establishment of a formation for the Holocene stratotype section in the coastal plain of the Bohai Bay[J]. Geological Bulletin of China, 2005, 24(2): 124-135. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2005.02.005 |
| [29] |
Yi L, Yu H, Ortiz J D, et al. Late Quaternary linkage of sedimentary records to three astronomical rhythms and the Asian monsoon, inferred from a coastal borehole in the south Bohai Sea, China[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2012, 329-330: 101-117. DOI:10.1016/S0012-8252(02)00132-0 |
| [30] |
Yi L, Lai Z, Yu H, et al. Chronologies of sedimentary changes in the south Bohai Sea, China:Constraints from luminescence and radiocarbon dating[J]. Boreas, 2013, 42(2): 267-284. DOI:10.1111/j.1502-3885.2012.00271.x |
| [31] |
吴建政, 孙洪光, 亓发庆, 等. 辽东湾北部晚更新世中期以来的地层结构及环境演化[J]. 海洋科学进展, 2005, 23(4): 452-459. Wu Jianzheng, Sun Hongguang, Qi Faqing, et al. Stratigraphic structure and environmental evolution in the northern Liaodong Bay since the middle stage of Late Pleistocene[J]. Advances in Marine Science, 2005, 23(4): 452-459. DOI:10.3969/j.issn.1671-6647.2005.04.009 |
| [32] |
赵保仁, 庄国文, 曹德明, 等. 渤海的环流、潮余流及其对沉积物分布的影响[J]. 海洋与湖沼, 1995, 26(5): 466-453. Zhao Baoren, Zhuang Guowen, Cao Deming, et al. Circulation, tidal residual currents and their effects on the sedimentations in the Bohai Sea[J]. Oceanologia and Liminologia, 1995, 26(5): 466-453. DOI:10.3321/j.issn:0029-814X.1995.05.003 |
| [33] |
苗丰民, 李淑媛, 李光天, 等. 辽东湾北部浅海区泥沙输送及其沉积特征[J]. 沉积学报, 1996, 14(4): 114-121. Miao Fengmin, Li Shuyuan, Li Guangtian, et al. Suspended sediment transport tendency and the study of sedimentary divisions in the northern Liaodong Bay[J]. Acta Seimentologica Sinica, 1996, 14(4): 114-121. |
| [34] |
王中波, 李日辉, 张志繤, 等. 渤海及邻近海区表层沉积物粒度组成及沉积分区[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2016, 36(6): 101-109. Wang Zhongbo, Li Rihui, Zhang Zhixun, et al. Grain size composition and distribution pattern of seafloor sediments in Bohai bay and adjacent areas[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2016, 36(6): 101-109. |
| [35] |
乔淑卿, 石学法, 王国庆, 等. 渤海底质沉积物粒度特征及其输运趋势探讨[J]. 海洋学报, 2010, 32(4): 139-147. Qiao Shuqing, Shi Xuefa, Wang Guoqing, et al. Discussion on grain size characteristics of seafloor sediment and transport pattern in the Bohai Sea[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2010, 32(4): 139-147. |
| [36] |
刘振夏, 夏东兴, 汤毓祥, 等. 渤海东部全新世潮流沉积体系[J]. 中国科学(B辑), 1994, 24(12): 1331-1338. Liu Zhenxia, Xia Dongxing, Tang Yuxiang, et al. The Holocene tidal sedimentary system in the eastern Bohai Sea[J]. Science in China(Series B), 1994, 24(12): 1331-1338. |
| [37] |
王海霞, 赵全民, 李铁刚, 等. 辽东湾表层沉积物中底栖有孔虫分布及其与沉积环境的关系[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2011, 31(2): 87-94. Wang Haixia, Zhao Quanmin, Li Tiegang, et al. Distribution of benthic foraminifera in surface sediments of the Liaodong Bay and its bearing on sedimentary environments[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2011, 31(2): 87-94. |
| [38] |
侯贵廷, 钱祥麟, 蔡东升. 渤海湾盆地中、新生代构造演化研究[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2001, 37(6): 845-851. Hou Guiting, Qian Xianglin, Cai Dongsheng. The tectonic evolution of Bohai basin in Mesozoic and Cenozoic time[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2001, 37(6): 845-851. DOI:10.3321/j.issn:0479-8023.2001.06.016 |
| [39] |
施林峰, 翟子梅, 王强, 等. 从天津CQJ4孔探讨中国东部海侵层的年代问题[J]. 地质论评, 2009, 55(3): 375-384. Shi Linfeng, Zhai Zimei, Wang Qiang, et al. Geochronological study on transgression layers of the CQJ4 Borehole at Dagang area in Tianjin, China[J]. Geological Review, 2009, 55(3): 375-384. DOI:10.3321/j.issn:0371-5736.2009.03.009 |
| [40] |
徐杰, 牛嘉玉, 吕悦军, 等. 营口-潍坊断裂带的新构造和新构造活动[J]. 石油学报, 2009, 30(4): 498-505. Xu Jie, Niu Jiayu, Lü Yuejun, et al. Neotectonics and neotectonic activities of Yingkou-Weifang fault zone[J]. Acta Petrolei Sinica, 2009, 30(4): 498-505. DOI:10.3321/j.issn:0253-2697.2009.04.004 |
| [41] |
彭波, 邹华耀. 渤海盆地现今岩石圈热结构及新生代构造-热演化史[J]. 现代地质, 2013, 27(6): 1399-1406. Peng Bo, Zou Huayao. Present-day geothermal structure of lithosphere and the Cenozoic tectono-thermal evolution of Bohai basin[J]. Geoscience, 2013, 27(6): 1399-1406. DOI:10.3969/j.issn.1000-8527.2013.06.018 |
| [42] |
漆家福, 陈发景. 下辽河——辽东湾新生代裂陷盆地的构造解析[M]. 北京: 地质出版社, 1995: 21-35. Qi Jiafu, Chen Fajing. Structural Analysis of Xialiaohe-Liaodongwan Cenozoic Rift Basin[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1995: 21-35. |
| [43] |
郭兴伟, 施小斌, 丘学林, 等. 渤海湾盆地新生代沉降特征及其动力学机制探讨[J]. 大地构造与成矿学, 2007, 31(3): 273-280. Guo Xingwei, Shi Xiaobin, Qiu Xuelin, et al. Cenozoic subsidence in Bohai Bay basin:Characteristics and dynamic mechanism[J]. Geotectonica et Metallogenia, 2007, 31(3): 273-280. DOI:10.3969/j.issn.1001-1552.2007.03.002 |
| [44] |
许淑梅, 张海洋, 张威, 等. 渤海湾盆地-东海陆架盆地-菲律宾海盆地古近纪沉降中心迁移及其动力学意义[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2014, 34(2): 11-18. Xu Shumei, Zhang Haiyang, Zhang Wei, et al. Migration of subsidence centers in the Bohai Bay basin, East China Sea shelf basin and the Philippine Sea basin in Paleogene and their geodynamic implications[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2014, 34(2): 11-18. |
| [45] |
栾锡武, 刘凤, 孙钿奇, 等. 渤海构造收缩与沉积充填[J]. 现代地质, 2011, 25(3): 429-439. Luan Xiwu, Liu Feng, Sun Dianqi, et al. Tectonic compression and rapid sediment filling of Bohai Sea[J]. Geoscience, 2011, 25(3): 429-439. DOI:10.3969/j.issn.1000-8527.2011.03.004 |
| [46] |
Liu J, Saito Y, Wang H, et al. Stratigraphic development during the Late Pleistocene and Holocene offshore of the Yellow River delta, Bohai Sea[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2009, 36(4/5): 318-331. |
| [47] |
刘艳霞, 黄海军, 董慧君, 等. 渤海西南岸全新世最大海侵界线及其地貌特征[J]. 第四纪研究, 2015, 35(2): 340-353. Liu Yanxia, Huang Haijun, Dong Huijun, et al. Geomorphic characteristics and location of the maximum Holocene transgression boundary in the southwestern coast of the Bohai Sea[J]. Quaternary Sciences, 2015, 35(2): 340-353. |
| [48] |
张洪涛, 张训华, 温珍河, 等. 中国东部海区及邻域地质地球物理系列图[M]. 北京: 海洋出版社, 2011: 1-20. Zhang Hongtao, Zhang Xunhua, Wen Zhenhe, et al. Geological and Geophysical Series maps of Eastern China Sea Area and Its Neighborhood[M]. Beijing: China Ocean Press, 2011: 1-20. |
| [49] |
Zijderveld J. Acdemagnetization of rocks:Analysis of results[J]. Methods in Paleomagnetism, 1967, 77(4): 774-784. |
| [50] |
Kirschvink J L. The least-squares line and plane and the analysis of palaeomagnetic data[J]. Geophysical Journal Research, 1980, 62(3): 699-718. DOI:10.1111/j.1365-246X.1980.tb02601.x |
| [51] |
Jones C H. User-driven integrated software lives:"Paleomag" paleomagnetics analysison the Macintosh[J]. Computers and Geosciences, 2002, 28(10): 1145-1151. DOI:10.1016/S0098-3004(02)00032-8 |
| [52] |
赖忠平, 欧先交. 光释光测年基本流程[J]. 地理科学进展, 2013, 32(5): 683-693. Lai Zhongping, Ou Xianjiao. Basic procedures of optically stimulated luminescence(OSL) dating[J]. Progress in Geography, 2013, 32(5): 683-693. |
| [53] |
Fairbanks R G, Mortlock R A, Chiu T-C, et al. Radiocarbon calibration curve spanning 0 to 50, 000 years BP based on paired 230Th/234U/238U and 14C dates on pristine corals[J]. Quaternary Science Reviews, 2005, 24(16-17): 1781-1796. DOI:10.1016/j.quascirev.2005.04.007 |
| [54] |
Reimer P J, Bard E, Bayliss A, et al. IntCall3 and marine 13 radiocarbon age calibration curves 0-50, 000 years cal BP[J]. Radiocarbon, 2013, 55(4): 1869-1887. DOI:10.2458/azu_js_rc.55.16947 |
| [55] |
仇士华, 蔡莲珍. 14C测年技术新进展[J]. 第四纪研究, 1997(3): 222-229. Qiu Shihua, Cai Lianzhen. Recent advancement in radiocarbon dating[J]. Quaternary Sciences, 1997(3): 222-229. DOI:10.3321/j.issn:1001-7410.1997.03.004 |
| [56] |
Chen G Q, Yi L, Chen S, et al. Partitioning of grain-size components of estuarine sediments and implications for sediment transport in southwestern Laizhou Bay, China[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2013, 31(4): 895-906. DOI:10.1007/s00343-013-2304-y |
| [57] |
Chen G Q, Yi L, Xu X Y, et al. Testing the standardized growth curve(SGC) to OSL dating coastal sediments from the south Bohai Sea, China[J]. Geochronometria, 2013, 40(2): 101-112. DOI:10.2478/s13386-013-0103-z |
| [58] |
Roberts A P, Weaver R. Multiple mechanisms of remagnetization involving sedimentary greigite (Fe3S4)[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2005, 231(3-4): 263-277. DOI:10.1016/j.epsl.2004.11.024 |
| [59] |
Fu Y Z, Dobeneck T V, Franke C, et al. Rock magnetic identification and geochemical process models of greigite formation in Quaternary marine sediments from the Gulf of Mexico (IODP Hole U1319A)[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2008, 275(3-4): 233-245. DOI:10.1016/j.epsl.2008.07.034 |
| [60] |
Liu Q S, Roberts A P, Larrasoaña J C, et al. Environmental magnetism:Principles and applications[J]. Review of Geophysics, 2012, 50(4): RG4002. DOI:10.1029/2012RG000393 |
| [61] |
董靓雯, 姚政权, 石学法, 等. 渤海BH08孔磁学参数变化机制与环境指示[J]. 地球物理学报, 2018, 61(11): 4530-4544. Dong Liangwen, Yao Zhengquan, Shi Xuefa, et al. Variations of magnetic proxies in core BH08 from Bohai Sea and its environmental implications[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2018, 61(11): 4530-4544. DOI:10.6038/cjg2018M0020 |
| [62] |
Liu J X, Shi X F, Liu Q S, et al. Magnetostratigraphy of a greigite-bearing core from the South Yellow Sea:Implications for remagnetization and sedimentation[J]. Journal of Geophysical Research, 2014, 119(10): 7425-7441. |
| [63] |
Singer B S, Brown L L, Rabassa J O, et al. 40Ar/39Ar chronology of Late Pliocene and Early Pleistocene geomagnetic and glacial events in Southern Argentina[J]. Timescales of the Paleomagnetic Field, 2004, 145(1): 175-190. |
| [64] |
Channell J E T, Mazaud A, Mazaud A, et al. Geomagnetic excursions and paleointensities in the Matuyama chron at Ocean Drilling Program Sites 983 and 984(Iceland basin)[J]. Journal of Geophysical Research, 2002, 107(B6): 1-14. |
| [65] |
Channell J E T, Guyodo Y. The Matuyama chronozone at ODP Site 982(Rockall Bank):Evidence for decimeter-scale magnetization lock-in depths[J]. Timescales of the Paleomagnetic Field, 2004, 145(1): 205-219. |
| [66] |
陈晓辉, 孟祥君, 李日辉. 辽东湾晚第四纪层序地层[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2019. Chen Xiaohui, Meng Xiangjun, Li Rihui. Sequence stratigraphy of late Quaternary in the Liaodong Bay[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2019. DOI:10.16562/j.cnki.0256-1492.2019042301 |
| [67] |
肖国强, 杨吉龙, 赵长荣, 等. 天津滨海地区G2孔磁性地层年代及其构造指示[J]. 地质通报, 2014, 33(10): 1642-1650. Xiao Guoqiang, Yang Jilong, Zhao Changrong, et al. Magnetostratigraphy of drill hole G2 in the Tianjin coastal area and its tectonic significance[J]. Geological Bulletin of China, 2014, 33(10): 1642-1650. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2014.10.024 |
| [68] |
周心怀, 余一欣, 汤良杰, 等. 渤海海域新生代盆地结构与构造单元划分[J]. 中国海上油气, 2010, 22(5): 285-289. Zhou Xinhuai, Yu Yixin, Tang Liangjie, et al. Cenozoic offshore basin architecture and division of structural elements in Bohai Sea[J]. China Offshore Oil and Gas, 2010, 22(5): 285-289. DOI:10.3969/j.issn.1673-1506.2010.05.001 |
| [69] |
Yang Jilong, Liang Meiyan, Algeo T J, et al. Upper Miocene-Quaternary magnetostratigraphy and magnetic susceptibility from the Bohai Bay Basin(Eastern China) and implications for regional volcanic and basinal subsidence history[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2020, 538: 109469. DOI:10.1016/j.palaeo.2019.109469 |
| [70] |
袁桂邦, 胥勤勉, 王艳, 等. 渤海湾北岸Bg10孔磁性地层研究及其构造意义[J]. 地质学报, 2014, 88(2): 285-293. Yuan Guibang, Xu Qinmian, Wang Yan, et al. Magnetostratigraphy and tectonic significance of Bg10 borehole in Northern coast of Bohai Bay[J]. Acta Geologica Sinica, 2014, 88(2): 285-293. |
| [71] |
李华梅, 王俊达. 渤海湾北岸平原钻孔岩芯的古地磁研究[J]. 地球化学, 2014, 88(2): 196-204. Li Huamei, Wang Junda. Palaeomagnetic study on drill core from northern Bohai coastal plain[J]. Geochimica, 2014, 88(2): 285-293. |
| [72] |
Xu Qinmian, Yang Jilong, Hu Yunzhuang, et al. Magnetostratigraphy of two deep boreholes in southwestern Bohai Bay:Tectonic implications and constraints on the ages of volcanic layers[J]. Quaternary Geochronology, 2018, 43: 102-114. DOI:10.1016/j.quageo.2017.08.006 |
| [73] |
胡云壮, 胥勤勉, 袁桂邦, 等. 河北海兴小山CK3孔磁性记录与第四纪火山活动记录[J]. 古地理学报, 2014, 16(3): 411-426. Hu Yunzhuang, Xu Qinmian, Yuan Guibang, et al. Magnetostratigraphy of borehole CK3 and record of the Quaternary volcanic activities in Xiaoshan of Haixing, Hebei Province[J]. Journal of Palaeogeography, 2014, 16(3): 411-426. |
| [74] |
姜兴钰, 易亮, 田立柱, 等. 莱州湾南岸HLL01孔磁性地层定年[J]. 地质通报, 2016, 35(10): 1669-1678. Jiang Xingyu, Yi Liang, Tian Lizhu, et al. Magnetostratigraphic chronology of borehole HLL01, south coast of Laizhou Bay[J]. Geological Bulletin of China, 2016, 35(10): 1669-1678. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2016.10.015 |
| [75] |
朱伟林, 吴景富, 张功成, 等. 中国近海新生代盆地构造差异性演化及油气勘探方向[J]. 地学前缘, 2015, 22(1): 88-101. Zhu Weilin, Wu Jingfu, Zhang Gongcheng, et al. Discrepancy tectonic evolution and petroleum exploration in China offshore Cenozoic basins[J]. Earth Science Frontiers, 2015, 22(1): 88-101. |
| [76] |
周立宏, 卢异, 肖敦清, 等. 渤海湾盆地歧口凹陷盆地结构构造及演化[J]. 天然气地球科学, 2011, 22(3): 373-382. Zhou Lihong, Lu Yi, Xiao Dunqing, et al. Basinal texture structure of Qikou Sag in Bohai Bay basin and its evolution[J]. Natural Gas Geoscience, 2011, 22(3): 373-382. |
| [77] |
马杏垣, 刘和甫, 王维襄, 等. 中国东部中、新生代裂陷作用和伸展构造[J]. 地质学报, 1983, 57(1): 22-42. Ma Xingyuan, Liu Hefu, Wang Weixiang, et al. Meso-Cenozoic taphrogeny and extensional tectonics in Eastern China[J]. Acta Geologica Sinica, 1983, 57(1): 22-42. |
| [78] |
陆克政, 漆家福, 戴俊生, 等. 渤海湾新生代含油气盆地构造模式[M]. 北京: 地质出版社, 1997: 92-121. Lu Kezheng, Qi Jiafu, Dai Junsheng, et al. Structural Model of Cenozoic Petroliferous Basin in Bohai Bay[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1997: 92-121. |
| [79] |
漆家福, 张一伟, 陆克政, 等. 渤海湾盆地新生代构造演化[J]. 石油大学学报, 1995, 19(增刊): 1-6. Qi Jiafu, Zhang Yiwei, Lu Kezheng, et al. Cenozoic tectonic evolution in Bohai Bay basin province[J]. Journal of the University of Petroleum, China, 1995, 19(Suppl.): 1-6. |
| [80] |
龚再升, 王国纯, 贺清. 上第三系是渤中坳陷及其周围油气勘探的主要领域[J]. 中国海上油气:地质, 2000, 14(3): 145-156. Gong Zaisheng, Wang Guochun, He Qing. The Neogene:A main realm of hydrocarbon exploration in Bozhong sag and its surrounding areas[J]. China Offshore Oil and Gas (Geology), 2000, 14(3): 145-156. |
| [81] |
李西双, 刘保华, 赵云霞, 等. 渤海海域晚更新世-全新世的活动构造[J]. 海洋学报, 2010, 32(5): 52-59. Li Xishuang, Liu Baohua, Zhao Yunxia, et al. Late Pleistocene-Holocene submarine active structures in the Bohai Sea[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2010, 32(5): 52-59. |
| [82] |
王应斌, 黄雷, 刘廷海. 渤海新构造运动主要特征与构造型式[J]. 中国海上油气, 2012, 24(增刊1): 6-10. Wang Yingbin, Huang Lei, Liu Tinghai. The main characteristics and structural styles of Bohai new tectonism[J]. China Offshore Oil and Gas, 2012, 24(S1): 6-10. |
| [83] |
高战武, 徐杰, 赵铁虎, 等. 营口-潍坊断裂带新构造和新构造活动的再认识[J]. 地震地质, 2017, 39(1): 43-53. Gao Zhanwu, Xu Jie, Zhao Tiehu, et al. Re-cognition of the neotectonics and activities of the Yingkou-Weifang fault zone[J]. Seismology and Geology, 2017, 39(1): 43-53. DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2017.01.003 |
2 Qingdao Institute of Marine Geology, China Geological Survey, Qingdao 266071, Shandong;
3 Research Center for Earth System Science, Yunnan University, Kunming 650091, Yunnan;
4 State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology, Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences, Xi'an 710061, Shaanxi)
Abstract
The sedimentary history and characteristics of the Liaodong Bay area is an important window to determine the tectonic evolution and geographical pattern formation process of the Bohai Sea since Late Cenozoic. The Liaodong Bay is also the only area in Bohai Sea that lacks of accurate chronology framework for the long sequence research. Based on grain size analysis, magnetostraitigraphy, AMS 14C and OSL dating data, this study constructed a chronological framework for holes JXC-1 and YKC-2 in the north of Liaodong Bay. The JXC-1 hole is located at 40°24'43.38″N, 121°03'23.37″E, where the water depth is about 22 m. The drilling footage of the JXC-1 hole is 70.3 m with the coring rate of 89.2%. The YKC-2 hole is located at 40°25'53.95″N, 121°36'30.20″E, where the water depth is about 14 m. The drilling footage of the YKC-2 hole is 70.1 m with the coring rate of 85.3%. The paleomagnetic results showed that the bottom boundary age of the hole JXC-1 and YKC-2 are 1.2 Ma and 0.7 Ma, respectively. According to the age-depth model, the hole JXC-1 can be divided into two stages: the buried depth of stage Ⅰ(0~0.78 Ma)is 0~45.18 m, and sediments are mainly composed of slit and fine sand. The buried depth of stage Ⅱ(0.78~1.20 Ma)is 45.18~70.30 m, sediment is dominated by silt. Results show that the core from the hole JXC-1 consists of two normal magnetozones, which can be correlated to Brunhes and Jaramillo. The age of hole YKC-2 is within the Brunhes normal Chron. Combined with referenced magnetostraitigraphy of cores in this area, in the northern part of Liaodong Bay, the sedimentary thickness is thicker at the eastern part than the western part since Late Pleistocene. The deposition is relatively continuous in the whole Bohai Sea and its surrounding area in the Late Quaternary. The sediment thickness gradually thins from the Bozhong depression to surrounding areas. On the basis of the control of the neotectonic basement in the neotectonics in the superimposed regions, sedimentary thickness differences can be attributed to the neotectonic movement in the superimposed regions. The neotectonic movement in Liaodong Bay is influenced mainly by the activity of the Tanlu Fault since Late Pleistocene.