辽河三角洲大凌河河口湿地沉积物晚更新世以来的矿物特征及其物源、气候意义

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.001

现代地质 ›› 2020, Vol. 34 ›› Issue (01): 154-165.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.001

辽河三角洲大凌河河口湿地沉积物晚更新世以来的矿物特征及其物源、气候意义

郭若舜¹^,²^,³(), 何磊¹, 叶思源¹(), 赵俐红³

1.中国地质调查局滨海湿地生物地质重点实验室青岛海洋地质研究所,山东青岛 266071
2.环球勘探(亚洲)有限公司,香港 999077
3.山东科技大学地球科学与工程学院,山东青岛 266590

收稿日期:2019-03-03 修回日期:2019-10-20 出版日期:2020-03-05 发布日期:2020-03-07
通讯作者: 叶思源
作者简介:叶思源,女,研究员,1963年出生, 海洋地质专业,主要从事海洋地质、地球化学研究。Email: siyuanye@hotmail.com。
郭若舜,男,硕士研究生,1991年出生,地球探测与信息技术专业,主要从事海洋地质学研究。Email: ruoshun_666@163.com。
基金资助:
科技部政府间科技创新合作重点专项(2016YFE0109600);国家自然科学基金项目(41706057)

Mineral Characteristics, Provenance and Climatic Significance of Wetland Sediments from Dalinghe River Estuary in Liaohe Delta Since Late Pleistocene

GUO Ruoshun¹^,²^,³(), HE Lei¹, YE Siyuan¹(), ZHAO Lihong³

1. Key Laboratory of Coastal Wetlands Biogeosciences, Qingdao Institute of Marine Geology, China Geological Survey, Qingdao,Shandong 266071, China
2. EGS (Asia) Limited, Hongkong 999077, China
3. School of Earth Sciences and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590,China

Received:2019-03-03 Revised:2019-10-20 Online:2020-03-05 Published:2020-03-07
Contact: YE Siyuan

摘要/Abstract

摘要：

对辽河三角洲大凌河河口湿地地区ZK3钻孔的58个沉积物样品中碎屑矿物和黏土矿物进行鉴定和分析,结果显示:碎屑矿物中轻矿物占比大,平均含量为95.7%,主要包括斜长石(43.89%)、钾长石(28.10%)和石英(22.45%);重矿物平均含量仅为4.3%,主要为普通角闪石(38.03%)、绿帘石(27.51%)和自生重晶石(12.01%)。黏土矿物中伊利石平均含量(50.3%)最高,其次为蒙脱石(24.5%)、绿泥石(12.7%)和高岭石(12.6%),黏土矿物组合为伊利石-蒙脱石-绿泥石-高岭石型。ZK3孔晚更新世以来沉积物的物源有所差异,但总体上来说,除河道和湖相沉积时期物源主要来自大凌河外,其它沉积环境中沉积物主要来自辽河和大辽河,物源相对稳定。黏土矿物组合特征所指示的气候变化过程与本区域的孢粉数据有很好的对应关系:45~31 ka BP处于庐山—大理的间冰期阶段,蒙脱石/(伊利石+绿泥石)比值较大,指示气候温和湿润;31~11 ka BP为大理冰期阶段,蒙脱石/高岭石比值较低,指示气候寒冷干燥;11 ka BP至今为冰后期阶段,随着新仙女木事件(YD)的结束,温度逐渐回升,蒙脱石/(伊利石+绿泥石)比值升高,指示气候温暖湿润。

关键词: 大凌河, 晚更新世, 碎屑物源, 黏土矿物, 古气候

Abstract:

A total of 58 samples were collected and analyzed for detrital minerals and clay minerals in drillhole ZK3 in the Dalinghe River Estuary. The research reveals that the light minerals account for the majority (average 95.7%) of the sediments, and include mainly plagioclase (43.89%), K-feldspar (28.10%) and quartz (22.45%). Heavy minerals only account for 4.3% of the sediments, and consist mainly of hornblende (38.03%), epidote (27.51%) and authigenic barite (12.01%). Clay minerals comprise mainly illite (50.3%), followed by smectite (24.5%), chlorite (12.7%) and kaolinite (12.6%), constituting an illite-smectite-chlorite-kaolinite assemblage. The sediment provenance of core ZK3 is quite complicated across the geological history. However, except the provenance of the river channel and lacustrine sediments may come from the Dalinghe River, the sediments of other facies were derived mainly from the Liaohe and Daliaohe rivers. Paleoclimatic change, inferred by comprehensive analysis of clay minerals, corresponds well with pollen studies in the Liaohe Delta: in 45~31 ka BP, the smectite/(illite+chlorite) ratios are relatively high, implying a warm and wet climate; in 31~11 ka BP (Lushan inter-glacial stage), the smectite/kaolinite ratios are low, indicating a cold and dry climate during the Dali ice age stage; from 11 ka BP to present (after the end Younger Dryas (YD)), the temperature gradually rises with rising smectite/(illite+chlorite) ratio, which reveals a post-glacial hot and wet climate.

Key words: Dalinghe River, Late Pleistocene, detrital provenance, clay mineral, paleoclimate

中图分类号:

P736

郭若舜, 何磊, 叶思源, 赵俐红. 辽河三角洲大凌河河口湿地沉积物晚更新世以来的矿物特征及其物源、气候意义[J]. 现代地质, 2020, 34(01): 154-165.

GUO Ruoshun, HE Lei, YE Siyuan, ZHAO Lihong. Mineral Characteristics, Provenance and Climatic Significance of Wetland Sediments from Dalinghe River Estuary in Liaohe Delta Since Late Pleistocene[J]. Geoscience, 2020, 34(01): 154-165.

图/表 16

参考文献 29

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矿物	U5	U4	U3	U2	U1	小凌河	大凌河	辽河	大辽河
轻矿物	98.31	95.01	98.21	92.02	95.00	92.50	95.50	99.40	99.40
石英	18.81	19.57	13.88	20.79	27.73	37.70	52.90	70.30	54.60
钾长石	27.09	25.46	26.31	30.16	27.95	10.00	6.30	3.90	1.00
斜长石	46.91	45.24	51.75	46.01	39.03	44.00	24.10	19.90	25.40
其它	7.19	9.73	8.06	3.04	5.29	8.30	16.70	5.90	19.00
重矿物	1.69	4.99	1.79	7.98	5.00	7.50	4.50	0.60	0.60
普通角闪石	46.06	35.74	28.93	33.07	34.45	14.30	15.90	34.30	45.50
绿帘石	23.65	32.46	30.61	26.68	31.29	7.90	12.50	26.90	16.90
石榴石	7.75	6.57	11.28	2.84	8.61	3.30	10.20	7.30	2.20
岩屑	5.05	3.96	2.76	4.13	6.29	5.60	0.60	1.80	1.70
赤褐铁矿	3.06	5.48	7.56	0.97	1.61	10.10	4.70	2.70	3.70
自生重晶石	0.21	—	—	20.99	2.51	—	—	—	—
自生黄铁矿	—	0.58	—	12.28	9.30	—	—	2.50	0.90
钛铁矿	1.49	3.17	4.80	0.68	1.94	12.00	10.80	5.60	1.10
白钛石	1.93	1.89	3.36	0.52	1.05	—	0.20	0.50	—
榍石	1.70	2.40	4.08	0.63	1.59	2.40	3.80	6.10	2.30
磁铁矿	1.51	2.04	0.72	0.69	1.22	17.80	26.60	0.40	4.10
自生磁黄铁矿	—	—	—	7.47	0.83	—	—	—	—
电气石	0.92	0.29	0.84	0.37	0.76	0.10	0.50	0.90	0.60
(斜)黝帘石	0.66	0.55	0.72	1.74	0.93	—	0.50	1.40	1.10
磷灰石	0.54	0.46	0.24	0.51	0.71	0.70	0.70	0.40	0.60
黑云母	0.49	0.14	0.12	0.19	0.38	0.30	0.10	0.60	1.20
绿泥石	0.63	—	—	—	0.53	—	—	0.10	0.20
白云母	0.41	0.14	—	0.23	0.34	—	—	—	0.10
锆石	0.33	0.17	0.12	0.43	0.27	0.60	0.20	0.10	—
金红石	0.31	0.24	0.12	0.30	0.28	—	—	—	—
菱铁矿	0.68	—	—	—	—	—	—	—	—

矿物	U5	U4	U3	U2	U1	小凌河	大凌河	辽河	大辽河
轻矿物	98.31	95.01	98.21	92.02	95.00	92.50	95.50	99.40	99.40
石英	18.81	19.57	13.88	20.79	27.73	37.70	52.90	70.30	54.60
钾长石	27.09	25.46	26.31	30.16	27.95	10.00	6.30	3.90	1.00
斜长石	46.91	45.24	51.75	46.01	39.03	44.00	24.10	19.90	25.40
其它	7.19	9.73	8.06	3.04	5.29	8.30	16.70	5.90	19.00
重矿物	1.69	4.99	1.79	7.98	5.00	7.50	4.50	0.60	0.60
普通角闪石	46.06	35.74	28.93	33.07	34.45	14.30	15.90	34.30	45.50
绿帘石	23.65	32.46	30.61	26.68	31.29	7.90	12.50	26.90	16.90
石榴石	7.75	6.57	11.28	2.84	8.61	3.30	10.20	7.30	2.20
岩屑	5.05	3.96	2.76	4.13	6.29	5.60	0.60	1.80	1.70
赤褐铁矿	3.06	5.48	7.56	0.97	1.61	10.10	4.70	2.70	3.70
自生重晶石	0.21	—	—	20.99	2.51	—	—	—	—
自生黄铁矿	—	0.58	—	12.28	9.30	—	—	2.50	0.90
钛铁矿	1.49	3.17	4.80	0.68	1.94	12.00	10.80	5.60	1.10
白钛石	1.93	1.89	3.36	0.52	1.05	—	0.20	0.50	—
榍石	1.70	2.40	4.08	0.63	1.59	2.40	3.80	6.10	2.30
磁铁矿	1.51	2.04	0.72	0.69	1.22	17.80	26.60	0.40	4.10
自生磁黄铁矿	—	—	—	7.47	0.83	—	—	—	—
电气石	0.92	0.29	0.84	0.37	0.76	0.10	0.50	0.90	0.60
(斜)黝帘石	0.66	0.55	0.72	1.74	0.93	—	0.50	1.40	1.10
磷灰石	0.54	0.46	0.24	0.51	0.71	0.70	0.70	0.40	0.60
黑云母	0.49	0.14	0.12	0.19	0.38	0.30	0.10	0.60	1.20
绿泥石	0.63	—	—	—	0.53	—	—	0.10	0.20
白云母	0.41	0.14	—	0.23	0.34	—	—	—	0.10
锆石	0.33	0.17	0.12	0.43	0.27	0.60	0.20	0.10	—
金红石	0.31	0.24	0.12	0.30	0.28	—	—	—	—
菱铁矿	0.68	—	—	—	—	—	—	—	—

沉积环境	深度/m	数值范围	w_B/%
沉积环境	深度/m	数值范围	蒙脱石	伊利石	高岭石	绿泥石
三角洲沉积(U5)	0~11.0	最大值	32.6	64.4	15.7	12.4
		最小值	16.9	49.9	9.7	7.5
		平均值	23.4	56.0	11.3	9.2
浅海沉积(U4)	11.0~11.8	最大值	16.5	60.8	13.1	14.1
		最小值	14.2	56.3	13.0	12.0
		平均值	15.4	58.6	13.1	13.0
潮坪沉积(U3)	11.8~12.4		16.3	60.7	11.1	11.9
湖相沉积(U2)	12.4~23.4	最大值	29.4	57.1	16.3	20.0
		最小值	16.3	37.4	11.7	14.6
		平均值	21.8	47.4	13.9	16.9
河道沉积(U1)	23.4~36.7	最大值	36.5	49.5	15.8	17.7
		最小值	22.7	35.4	10.1	10.7
		平均值	29.3	43.2	13.4	14.2

沉积环境	深度/m	数值范围	w_B/%
沉积环境	深度/m	数值范围	蒙脱石	伊利石	高岭石	绿泥石
三角洲沉积(U5)	0~11.0	最大值	32.6	64.4	15.7	12.4
		最小值	16.9	49.9	9.7	7.5
		平均值	23.4	56.0	11.3	9.2
浅海沉积(U4)	11.0~11.8	最大值	16.5	60.8	13.1	14.1
		最小值	14.2	56.3	13.0	12.0
		平均值	15.4	58.6	13.1	13.0
潮坪沉积(U3)	11.8~12.4		16.3	60.7	11.1	11.9
湖相沉积(U2)	12.4~23.4	最大值	29.4	57.1	16.3	20.0
		最小值	16.3	37.4	11.7	14.6
		平均值	21.8	47.4	13.9	16.9
河道沉积(U1)	23.4~36.7	最大值	36.5	49.5	15.8	17.7
		最小值	22.7	35.4	10.1	10.7
		平均值	29.3	43.2	13.4	14.2

物源
河流相	28.5	43.9	13.6	14.0	本文
湖相	21.8	49.2	12.6	16.4	本文
潮坪+浅海相	16.3	60.7	11.1	11.9	本文
三角洲相	23.6	56.6	11.0	8.8	本文
大辽河	20.0	54.0	14.0	11.0	文献[7]
辽河	25.0	53.0	13.0	10.0	文献[7]
小凌河	40.0	44.0	10.0	6.0	文献[7]
大凌河	33.0	45.0	14.0	8.0	文献[7]

辽河三角洲大凌河河口湿地沉积物晚更新世以来的矿物特征及其物源、气候意义

Mineral Characteristics, Provenance and Climatic Significance of Wetland Sediments from Dalinghe River Estuary in Liaohe Delta Since Late Pleistocene

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时代	古植被	古气候	冰期划分
全新世	阔叶林	温暖湿润	冰后期
晚更新世	荒漠草原	寒冷干燥	大理冰期
	森林草原	温和湿润	庐山—大理间冰期
	疏林荒漠	寒冷干燥	庐山冰期

年代/ka BP		孢粉优势种	古气候
24~9.5		草本植物(71.5%)占优	冷较干
		草本植物(64.5%)占优, 蕨类植物升高	凉较湿润
		孢粉贫乏带,不适合植物生长	冷且干
9.5~7.5	9.5~8.6	草本植物(75.7%)占优	凉稍润
9.5~7.5	8.6~7.5	草本植物(77%)占优, 木本植物升高	温暖较润
7.5~4.1	7.5~5.9	孢粉颗粒百分数较高	温暖较润
	5.9~4.5	木本植物(53.9%)占优, 草本植物下降	温暖较干
	4.5 ~4.1	草本植物(82.5%)占优, 木本植物下降	温较干
4.1		草本植物(82.5%)占优	温较干

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