东海岛屿风尘地层的特征与成因分析+郑祥民1K u n i h i k oE n d 0 2 赵健1 周立曼1( 1 华东师范大学地理系，教育部地理信息科学开放实验室，上海2 0 0 0 6 2 ；2 D e p a r t m e n to fG e o s y s t e m ，N i h o nU n i v e r s i t y S e t a g a y a k u T o k y o ，1 5 6J a p a n )E m a i l ：Z h e n g x m 8 y a h o o c D I n c n1区域地理和地层剖面嵊山岛是浙江沿海舟山群岛最外缘的岛屿之一，位于东经12 2 。5 0 ，北纬3 0 。4 57 的东海海域( 图1 ) ；岛屿面积约4 2 5k m 2 ，该岛屿主要由花岗岩基岩组成，岛屿最高点海拔达2 0 0多m 。岛屿大部分地区基岩直接出露地表，在山坡、山谷及一些低凹地带可见少量坡积、残积和风积等第四纪疏松堆积。根据第四纪古地理环境分析“o 和中国大陆第四纪黄土沉积模式o3 和末次冰期东海大陆架埋藏黄土地层的研究0 3 ；在晚更新世末次冰期，在黄海南部、东海北部海域及岛屿，虽然具有风尘黄土堆积的条件，但岛屿调查发现，绝大部分黄土地层由于与坡积、洪积等混杂，难以区分；因而至今未见有有关东海岛屿典型黄土地层研究的报道。最近，作者等在舟山北部的嵊山岛、黄龙岛等调查中发现了几个黄土堆积地层剖面。其中一个较为典型的地层剖面位于嵊山岛东南坡海拔1 2 0m 高度的山坡上，该出露地层剖面十分清晰。黄土地层呈片状分布覆盖在花岗岩的山坡上，山顶处基岩裸露，黄土地层厚度自山顶而下逐渐增大，最大处可达4m 多。我们选择了地层出露较好处进行了观察、测量和取样。该剖面厚度为3 5 0m ，尚未见底 黄土地层表层0 5m 为黄褐色的现代土壤层，结构松散，多孔隙，植物根系发育，无层理构造；0 5 0 3 5 0m 为黄褐色、棕褐色黄土层，颗粒较细，多孔隙，结构松散，往下致密程度逐渐增加，往往结成斑块状黏土，块体表面常被棕红色的铁锰质胶膜所侵染，含有细粒而呈斑点状分布的铁锰质结核，含较多的植物根系，垂直节理发育。从该地层分布高度、地貌部位、基岩母质以及沉积物特征来分析，基本上排除了基岩风化残积、坡积、或者风积海砂以及其他流水外动力堆积形成的可能性，其地层剖面特征与分布在长江三角洲西部丘陵区的下蜀黄土剖面具有十分的相似性“】。主要区别仅在于地层厚度稍薄而已。无疑，这是我国华东祜海及岛屿晚更新世风尘堆积而形成一例较为典型黄土地层剖面之一。2 岛屿黄土特征以及与下蜀黄土的对比通过对嵊山岛黄土剖面地层测试分析及通过与位于江苏镇江大港的下蜀黄土地层对比研究，证实两者在沉积物组成、沉积物特征及成因特征上具有很大的相似性，均表明它们为干冷气候条件下风尘堆积的产物。- 国家自然科学基金资助项目( 4 0 3 7 2 1 3 5 、4 0 2 7 2 1 2 5 和4 9 8 7 1 0 0 9 ) 上海市重点学科建设资助项目1 2 3 2 1 颗粒组成颗粒分析表明嵊山岛黄土地层主要由粉砂级( o 0 0 4 0 0 6 3m m ) 颗粒物质所组成，其含量占5 6 1 0 “6 3 9 l ；黏土级( o 0 6 3r n m ) 合量极少，仅占总量的0 4 1 1 3 9 。颗粒分析资料表明，其中值粒径平均约为7 6 巧，平均标准偏差为2 5 6 ，表明其分选性较差，整个剖面上下颗粒组成基本相似，没有明显差别。与下蜀黄土地层相比，下蜀黄土的粉砂组分占有6 3 5 8 7 6 6 5 ，黏土组分占2 2 5 0 3 5 6 0 ，而砂级组分仅占0 7 8 1 1 6 ，其平均中值粒径为6 6 3彰，标准偏差为2 4 9 ；分析资料对比反映，镇江地区的下蜀黄土和东海嵊山岛屿黄土的颗粒组成基本相似。相比而言，嵊山岛黄土中的黏土级组分含量略高于下蜀黄土，其平均粒度则稍小于下蜀黄土，反映了黄土地层自西北而东南颗粒逐渐变细分布趋势。 I ：!缈东海 一一7上海苏1 ；，：。j ，一，嵊泗嵊山j z 一一吃5 畦厂一，杭洲湾大黄龙岛 e j o八? 、q o 0 6 3m m 颗粒中，各类岩屑占有2 0 2 5 左右；在矿物组分中，均以石英、长石和白云母等为主，三者含量之和占矿物总含量的9 5 9 7 ；而其中重矿物含量甚微，但重矿种类多达1 0 多种，其中主要重矿有：锆石、金红石、绿帘石、角闪石、电气石、石榴石、钛铁矿、磁铁矿、石墨和褐铁矿等；特别值得注意的是在黄土地层中出现在水中不稳定矿物( 如绿帘石、角闪石和云母等矿物) ，也说明其沉积时的环境条件为干冷的陆相环境，这些特征与下蜀黄土矿物特征相类似“1 ，反映风尘堆积的沉积物特征。2 3 黏土矿物嵊山岛黄土剖面不同层位中各类黏土矿物含量变化不大，均以伊利石为主要组成矿物。其中伊利石平均占8 8 1 ，高岭土平均含量为5 5 ，绿泥石平均含量为6 1 ，另外还含有微量的伊利石一绿泥石混层矿物。而下蜀黄土中的伊利石含量平均占9 3 5 5 ；高岭土平均含量为3 4 ；绿泥石平均含量为2 7 。可见，两类分布在不同地区黄土地层的黏土矿物含量具有一定的相似性，也反映它们在物源上的联系以及沉积后所经历的次生变化过程和成土过程也具有相同的特点。12 4 2 4 地球化学特征嵊山岛黄土地层化学组成以S i O 。和A l 。o 。为主，两者之和约占氧化物总量的8 0 以上。在整个地层剖面中，各层段化学组分百分比含量变化幅度不大，其中s i 0 2 占6 5 4 8 6 8 2 1 ，F e 2 03 占4 4 3 5 4 9 ，F e O 占0 2 7 o 9 0 M g O 占1 1 6 1 i 8 ，C a O 占0 4 1 0 6 1 ，N a 2 0 占1 0 5 1 1 9 ，K z O 占1 1 9 2 3 8 ，N a O H 占6 1 4 1 0 2 0 T 0 2 占0 9 2 “0 9 5 ，P ，O 。占0 1 5 0 1 9 ，M n O 占0 0 9 2 o 1 2 6 ，通过与下蜀黄土地球化学组分对比，两者含量相似( 表1 ) ，可以认为它们来自同一物源。表l 嵊山岛黄土与下蜀黄土化学组分及微量元素含量对比表化学成分平均含量( ) 沉积物类型 S i 0 2A 1 2 0 3F e z O JF e OM g OC a ON a 2 0K 2 0T i OP 2 0 5M n O岛屿黄土6 7 4 21 3 9 55140 4 01 4 40 4 91 1 22 0 709 3O1 70 1 0下蜀黄土8 7 3 51 3 7 65 1503 2l ，4 7O 8 817 02 2 908 9O2 20 1 0微量化学元素平均含量( m g L ) 沉积物类型 S rB aC i lP bZ nC 1 -C oN lVB eZ r岛屿黄土9 7 45 2 62 552 4 98 084 011 0 97 53 5 6下蜀黄土1 0 9 2j 1 22 762 427 6 5 43 8 11 1 06 13 182 5 微量化学元素嵊山岛黄土地层中的微量化学元素含量在整个地层剖面中上下对比，变化基本不大，各元素的含量( 单位为m g L ) 为：s r 为8 9 2 1 0 4 ，B a 为4 7 5 5 4 5 ，C u 为2 2 3 2 7 3 ，P b 为2 3 3 2 6 2 ，Z n 为5 8 9 1 12 ，C r 为8 8 1 0 0 5 ，C o 为1 3 6 1 8 0 ，N i 为3 4 7 4 2 9 ，V为1 0 7 1 1 6 ，B e 为6 o 8 4 ，z r 为3 4 6 3 6 7 。这些测试数据也同样表明与下蜀黄土相类似( 表1 ) 。2 6 电镜扫描黄土地层中的石英颗粒电子显微镜扫描揭示，嵊山岛黄土地层和下蜀黄土地层不但具有类似的表面特征，而且反映它们均具有以风为搬运介质的表面特点。这些黄土中的石英颗粒多呈次棱角状或次圆状，表面光滑而呈毛玻璃状，机械磨蚀和机械碰撞痕迹明显，并具有“V ”型坑和平行擦痕，可见其风力搬运特征明显。此外，孢粉和微古分析发现，嵊山岛黄土和下蜀黄土中孢粉含量极少，仅以少量的草本花粉和极少量的喜冷木本花粉，反映其沉积环境为干冷的草原环境。微古分析尚未发现含有任何的有孔虫化石。结合上述特征，说明以大陆降尘为主要物源的堆积体。3 成因机制讨论从嵊山岛黄土地层的沉积物特征分析以及与下蜀黄土地层的对比而知，二者不但具有相同的沉积物特征，而且在物源上和成因上也具有密切的关系。从风尘黄土地层的年代测试分析，多数学者认为下蜀黄土的中上部地层为晚更新世时期形成风尘堆积物“。最近，我们对江苏镇江大港下蜀黄土剖面( 总厚度约2 0m 左右) 取样在日本大学进行了系统的1 2 5 T L 断代测试，剖面顶部离地表约3 0C 1 2 1 处T I 。年代为2 6 7 士4 3k a ，距地表约5m 处为3 8 6 土5 7k a ，距地表约8 8m 处为4 3 1 6 3k a ；这进一步证实下蜀黄土中上部地层形成于晚更新世时期，与马兰黄土同期堆积。同时对嵊山岛一厚度为3 0 5m 黄土剖面取样在国家地震局地质研究所进行了红外释光( I R S T ) 断代测试，剖面顶部离地表约5 0c m 处年代为1 5 2 士1 5k a ，距地表约1 6 m 处为2 7 4 土4 0k a ，剖面底部距地表约2 9 m 处为4 8 1土4 5k a ；通过地层年代测试对比可知，嵊山岛黄土地层形成于末次冰期，与下蜀黄土上部地层属同期堆积形成。根据中国东部第四纪古气候和古环境研究揭示”，晚更新世晚期处于末次冰期，我国内陆形成大规模、大幅度的黄土沉积。在全球处于末次冰期的鼎盛时期中国东部年平均气温比现在要低8 9 ，海面大幅度下降，最低时达到现在海面的一1 5 0 一16 0m 处的大陆架前缘；整个黄海和东海的大部分陆架暴露地表，处于气候干冷、植被稀少的草原环境“7 。因此，在晚更新世冰期干冷气候条件下，强劲的西北风所携带的风尘物质，由西北地区及黄河中下游腹地向东南方向扩散；随着风力的逐渐减弱，使悬浮于空气中尘埃物质产生沉降，在长江三角洲地区o3 、东海岛屿及东海陆架n 7 1 同样普遍形成风尘黄土地层堆积。而且类似的同期晚更新世风尘堆积物在韩国和日本岛屿也均有分布，研究结果表明，其物源为来自中国大陆风尘物质o “。可见，东海嵊山岛黄土地层的发现和研究，将为探讨我国第四纪黄土沉积范围、沉积模式及研究中国东部第四纪环境演变和全球变化对比提供了重要的实事依据 并为进一步认识韩国、日本等岛屿以及西太平洋海域风尘堆积地层的特征、物源和成因等问胚具有重要的地质意义。参考文献 1 施雅风崔之A ，李吉均，等中国东部第四纪冰川与环境问题北京：科学出版杜，1 9 8 9 3 5 1 3 6 3 2 荆东生，等黄土与环境北京：科学出版杜，1 9 8 5 1 4 2 8 3 郑样民，等长扛三角洲及海域风尘沉积与环境上海；华东师范大学出版社1 9 9 9 1 0 2 - - 1 0 8 4 郑祥民，彭隶亮，郑玉龙东海海底束次冰期埋藏风尘黄土地层初步研究海洋地质与第四纪地质，1 9 9 3 ，1 3 ( 3 ) t4 9 5 6 5