Geo-environmental changes since the Late Pleistocene recorded by Borehole DC01, the southwest plain of Bohai Bay
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摘要:
通过对渤海湾西南部平原DC01孔的岩石地层学、生物地层学及年代地层学和地球化学研究，重建了该地区自晚更新世以来的地质环境演化过程。全新世之前，研究区经历了由河流-盐沼-潮间带上部/低盐沼-河口湾-泻湖-淡化泻湖的环境转化过程；进入全新世之后，该区经历了由湖沼到河流的环境转化过程。埋深22.4~12.7m发育近10m厚的弱海相沉积，AMS 14C年龄表明，该层沉积形成时间早于4.35ka cal BP，可能属于MIS 3早期（6.0~5.5ka cal BP）或更早的MIS 5期（12~8ka cal BP）。恢复了该时期的相对古海面，最高可达-13.31m。DC01孔缺失MIS 4~2或MIS 2时期的沉积。
Abstract:Geo-environmental history since the Late Pleistocene was reconstructed by the study of litho-, bio- and chronostratigraphy and geochemistry of Borehole DC01 drilled in the southwest plain of Bohai Bay. Before the Holocene, the study area had experienced environmental transformation of river- salt marsh- upper intertidal/lower salt marsh-estuary-lagoon-desalinated lagoon environments. During the Holocene, the area changed from lacustrine to fluvial environment. The less marine- influenced sediments, nearly 10m thick, were found at the depth of 22.4~12.7m. AMS 14C ages show that such sediments were formed earlier than 4.35ka cal BP, thus probably during the earlier stage of MIS 3 (6.0~5.5ka cal BP) or even MIS 5 (12~8ka cal BP). Relative sea level for this period was also reconstructed with a highest elevation at -13.31m. Borehole DC01 lacks the sediments deposited in the period of MIS 4~2 or MIS 2.
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Keywords:
- southwest Bohai Bay /
- Late Pleistocene /
- foraminifera /
- AMS 14C age /
- sedimentary environment
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渤海湾平原地区如何响应21 世纪全球气候与海面不断上升的趋势[1]，是渤海湾海岸带大规模开发建设中迫切需要了解的问题。回答这个问题，需要科学家掌握全球变化在地质历史时期的演化规律和现状。因此，重建地质历史时期的地质环境演化过程至关重要，具有现实指导意义。
渤海湾西南部平原晚更新世以来的地质环境变化一直广受关注，近年来不同学者从不同的角度进行了研究。主要涉及全新世最大海侵边界与海岸线变化[2-4]、沉积环境与海面变化[5-8]、海侵期及与气候期的对比[9-11]、从上至下第二海侵层的年代归属[12-13]等。但是，除全新世海岸线研究外，其他方面均存在很大争议，另外，全新世最大海侵边界以西地区关于晚更新世以来地质变化的研究成果较少，也增加了地层及环境对比的难度。本文采用岩石地层学、生物地层学、年代地层学、地球化学等方法对DC01 孔进行综合分析，重建渤海湾西南部平原晚更新世以来的地质环境变化过程，为准确预测今后的地质环境变化趋势提供基础资料。
1. 材料与方法
渤海湾西南部、河北省大城县境内的DC01孔，距离现代海岸线约80km（图 1），位于中朝地块（中朝准地台）渤海湾盆地（华北坳陷、华北-渤海断陷带或冀渤断块坳陷）的次级构造单元沧县隆起内。孔口高程+3.74m，钻孔进尺30m。岩心用PVC 管保存、运输至实验室。在实验室将岩心剖开后，对沉积物颜色、粒度组成和沉积构造等特征进行编录。以每个样品厚20cm进行无间隔连续取样，用于有孔虫鉴定；以10~20cm 间隔获得141 个粒度分析样品、141 个Fe2+含量测试样品和141个pH 值测试样品，并采集AMS 14C 样品13 个。
2. 结果与分析
2.1 DC01 孔岩心特征
DC01 孔从上至下岩心岩石学特征描述如下。
1. 埋深1~4.6m，粘土质粉砂，向下变粗，在埋深4~4.6m处变为砂质沉积。黄棕色（10YR5/6）至浊黄棕色（10YR5/3），无层理，Fe/Mn 结核发育差、零星存在，分布深度2.2~3.2m。与下伏地层存在明显的颜色分界
2. 埋深4.6~6.45m，顶部为粉砂，在埋深6~6.45m的底部为砂质粉砂，灰色（5Y 4/1），无层理
3. 埋深6.45~7.3m，粘土质粉砂。棕灰色（10YR 4/1）。无层理。在7.1m见2个单瓣的Lamprotula sp（. 丽蚌）（软体和有孔虫种名文中仅在第一次出现时标注中文名称，下同）
4. 埋深7.3~8.26m，砂质粉砂，棕灰色（10YR 5/1），无层理，固结度高
5. 埋深8.26~12.6m，粘土质粉砂。棕灰色（10YR 6/1），无层理。在该层上部8.65~8.76m 和9.1~9.4m 为黑色泥炭层，8.65m泥炭层顶部与上覆层为不整合接触，底部与下伏层渐变，应属于原地形成的泥炭层
6. 埋深12.6~15m，粘土质粉砂至粉砂质粘土，细腻。黄棕色（10YR 5/6），无层理。含大量钙质结核，形状不规则，大小不等，小的直径小于1 cm、最大者直径大于4cm。斑块状锈染，无规则散状分布
7. 埋深15~18.4m，砂质粉砂。浊黄棕色（10YR 5/3），无层理或有极弱的不规则的泥质条带。存在发育不良的Fe/Mn集合体，零星的钙质结核
8. 埋深18.4~22.4m，砂质粉砂。浊黄棕色（10YR 5/3），无层理，含大量的贝壳碎屑，杂乱分布，在19.4m处见有Mactra veneriformis（四角蛤蜊）和Potamocorbula laevis（光滑河篮蛤）?2 个单瓣壳。21.1m处见不规则、边缘不清楚的厘米级砂团与贝壳碎屑混杂在沉积物中
9. 埋深22.4~23.2m，浊黄棕色（10YR 5/4），粘土质粉砂。弱的粉砂、粘土互层。底部23.2m 处见有直径小于1mm 的贝壳碎屑
10. 埋深23.2~26.5m，粘土质粉砂，致密。亮黄棕色（10YR 6/6），无层理
11. 埋深26.5~28.5m，砂质粉砂，质纯。浊黄棕色（10YR 5/3）。分选好，无层理
12. 埋深28.5~30m，砂质沉积。浊黄棕色（10YR 5/3）。分选差，无层理。含大量的CaCO3核，29.95m处见Lamprotula sp.碎屑
2.2 DC01 孔有孔虫分析与环境特征
采集烘干后的沉积物样品20g，用清水浸泡（粘土成分多时加H2O2，促其分散)，轻轻搅拌使沉积颗粒完全分散，用孔径0.063mm 的铜筛筛洗,去掉0.063mm 以下的泥质部分，筛上部分烘干，用于镜下鉴定。
DC01 孔有孔虫主要集中在埋深12.7~22.4m处，共发现14 属29 种。有孔虫以广盐性的Ammo⁃nia beccarii vars.（毕克卷转虫变种）和低盐度的半咸水种为主，主要见Nonion glabrum（光滑九字虫），Pseudononionella variabilis（多变假小九字虫），Pseudononion minutum（小假九字虫），Pseudogyroidi⁃na sinensis (中华假圆旋虫)，Pseudoeponides anderseni（缝裂假穹背虫），Elphidiella kiangsuensis（江苏小希望虫）等[14-15]。另外，见少量的在渤海湾潮间带及浅海区常见的种类如A. granuloumbilica（粒脐卷转虫），Protelphidum tuberculatum（具瘤先希望虫），Cribrononion subincertum（亚易变筛九字虫），Elphid⁃ium magellanicum（缝裂希望虫），A. flevensis（显脐卷转虫）等[15-17]。有孔虫个体数量不等，20g 干样最少含有孔虫39 个，最多可达1 万余个。有孔虫优势度高、分异度低，复合分异度为0.14~1.41。
根据有孔虫的组合、含量等特征，利用Tilia 软件进行统计分析，将有孔虫分为6 个组合带（图 2），自下而上描述如下：A 带：埋深22.4~21.8m，有孔虫丰度低，20g 样品中含量为39~250 个，分异度低，复合分异度平均为0.4。有孔虫优势度高，主要由广盐性的A. beccariivars.组成，最高含量可达97%。判断为潮间带上部/低盐沼环境。
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图 2 DC01 孔有孔虫组合及分带特征Figure 2. Distribution of foraminifera assemblages and zoning characteristics in Borehole DC01B 带：埋深21.8~20.4m，有孔虫丰度明显增大，20g 样品中含量为776~1840 个，分异度低，复合分异度平均为0.8 左右。组合为A. beccarii vars.（66%~84%），N. glabrum（10%~29%）和P. anderseni。以A.beccarii vars.为主的广盐性种类平均含量为76%，以N. glabrum 为主的半咸水种类平均含量23%；零星见潮间带及浅海区的种类C. subincertum 等，含量约为1%。另外，在21.2m 见软体生物Gyraulus albus（白小旋螺）和单瓣的Corbicula fluminea（河蚬），本层还常见双壳类M. veneriformis 和P. laevis。判断为水体盐度偏低的河口湾环境。
C 带：埋深20.4~18.4m，有孔虫丰度高，20g 样品中含量为856~10336 个、平均3784 个，分异度增高，复合分异度平均为1.13。组合为A. beccarii vars.（45%~69%）和N. glabrum（19%~44%）。较B 带，A.beccarii vars.减少，以A. beccarii vars.为主的广盐性种类平均含量为62.7%；以N. glabrum 为主的半咸水种类增加，平均含量为30.7%，特别是在该层的顶部19.4~18.4m 处，半咸水环境的有孔虫含量可达30%~45%，这些特征表明，该带为逐渐淡化或河流影响加强（径流量增加）的河口湾环境。同时，潮间带及浅海区的种类E. magellanicum，C. subin⁃certum 含量约为6.6%，均为小个体的，应该是随涨潮流从海区携带而来的异地埋藏个体，说明该时期仍然受到海洋作用的影响。由于河口地区营养丰富，适于软体生物的生长，同时径流和潮流的双重作用使贝类壳体破碎，导致沉积物中富含贝壳及碎屑。
D 带：埋深18.4~15m，有孔虫个体小，丰度高，20g 样品中含量为526~4528 个、平均2437 个，复合分异度平均为1.12，组合为A. beccarii vars.（含量为52%~77%），N. glabrum（含量为11%~27%）和P. vari⁃abilis（含量为2%~8%）。以A. beccarii vars.为主的广盐性种类平均含量约为68%、以N. glabrum 为主的半咸水种类平均含量约为26%，以小个体的E. mag⁃ellanicum，C. subincertum 等为主的潮间带及浅海相种类约占6%。组合特征与C 类似，表明仍为受淡水影响较强、同时受到海洋作用影响的环境。沉积样品中少见软体动物壳体及碎屑，含有双瓣仍闭合的介形虫，说明沉积环境的水动力弱。而有孔虫丰度高、优势度高，多数有孔虫个体小，判断应为泻湖环境[18]。
E 带：埋深15~14.2m，有孔虫丰度较高，20g 样品中含量为768~1672 个、平均1076 个，复合分异度约为1.0。组合为N. glabrum（38%~61%）和A. becca⁃rii vars.（33%~55%）。以A. beccarii vars.为主的广盐性种类平均含量减少，约为47%；以N. glabrum 为主的半咸水种类平均含量增加，约为52%；潮间带及浅海相种类约占1%。沉积样品中含有双瓣仍闭合的介形虫，说明沉积环境的水动力弱。判断为逐渐封闭、淡化的泻湖环境。
F 带：埋深14.2~12.7m，有孔虫丰度变化较大，20g 样品中含量为62~13088 个、平均4306 个，复合分异度平均为1.11。组合特征为A. beccarii vars.（53%~84%），N. glabrum（1%~21%），P. anderseni（0~19%）和P. variabilis（2%~26%）。以A. beccarii vars.为代表的广盐性种为主，平均含量约为67%；半咸水种类增加，常见N. glabrum，P. variabilis，P. anderseni，P. sinensis 等，平均含量约为33%。缺少潮间带及浅海相的种类。判断为封闭、淡化的泻湖环境。数量及各种类型有孔虫含量的不稳定性可能是受到沉积速率的改变或偶尔受海洋的影响所致。
2.3 DC01 孔地球化学与环境特征
对DC01 孔30m 岩心的141 个沉积物样品进行了FeS 和FeCO3含量分析。由于二者均为Fe2+，是不稳定状态，代表了还原环境，故将二者相加进行分析，结果如图 3 所示。整个钻孔Fe2+的含量一般小于0.15%。从下至上可以分为5 个带：埋深30~23.2m，含量低，平均为0.091%；埋深23.2~17.8m，平均为0.107%；埋深17.8~12.7m，一般不足0.1%，平均为0.095%；埋深12.7~6.4m，含量出现高峰值，最高为1.19%，平均为0.43%；埋深6.4~1m，含量又降低，平均为0.145%。上述结果表明，从下至上氧化/还原性的变化为：氧化-氧化性减弱-氧化-还原-还原性减弱环境。因此，在埋深12.7m 以下为氧化环境，表明沉积盆地是开放的、与外界存在物质交换；在埋深12.7m 以上为还原环境，特别是12.7~6.4m 表现为较强还原环境，表明沉积盆地是封闭的，与外界物质交换不畅通。
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图 3 DC01 孔粒度、有孔虫组成及地球化学特征与古环境判断Figure 3. Grain sizes, foraminifera assemblages, geochemical characteristics and paleoenvironmental analysis of Borehole DC01DC01 孔41 个沉积物样品pH 值测定结果如图 3 所示，pH 值一般大于8，平均为8.54，偏碱性。整个钻孔pH 值变化幅度较小，仅在埋深18.2~24m偏高，平均为9.04；在8.14~9.4m 偏低，小于8。根据渤海海水pH 值一般为8.1~8.2，具有很大的缓冲范围（6~9），而河水具有低pH 值的特点[19]，沉积物中的pH 分布主要受水团性质的制约，同时底质类型、生物扰动也有一定的影响[20-21]。虽然整个钻孔的pH 值偏高，可能由于水体和沉积物测定值存在差异或与沉积物粒径有关，但仍可以通过数据的变化进行定性分析，在埋深18.2~24m 的高峰值，推测发生沉积时为偏咸水的环境，即水体盐度稍高，受到海洋作用影响，为上述古环境判断提供了证据。
综合以上分析，获得DC01 孔自下而上的古沉积环境变化过程（图 3）。
埋深30.0~23.2m，浊黄棕色，自下而上，粒度由粗变细，从底部的砂质沉积向上变为粘土质粉砂，块状，底层见Lamprotula sp.碎屑、钙核，无有孔虫发育，氧化背景。为河流沉积环境。
埋深23.2~22.4m，浊黄棕色，粘土质粉砂，水平层理，底部见细小的贝屑，无有孔虫发育，氧化背景。为盐沼环境。
埋深22.4~21.8m，浊黄棕色，砂质粉砂，无层理，含大量贝壳碎屑；有孔虫丰度、分异度低，以广盐性的A. beccarii vars.为特征种，弱碱性、氧化背景。为潮间带上部/低盐沼环境。
埋深21.8~18.4m，浊黄棕色，砂质粉砂，无层理，含大量贝壳碎屑，见完整、单瓣的M. veneriformis，P.laevis (?) ，C. fluminea 及完整的G. albus，有孔虫组合为B 带和C 带，弱碱性、氧化背景。为河口湾环境，向上变为逐渐淡化或河流影响加强的环境。
埋深18.4~12.7m，浊黄棕色-黄棕色，砂质粉砂-粘土质粉砂，无层理或有极弱的不规则泥质条带，发育不良的铁/锰集合体，含大量钙质结核，有孔虫组合为D 带、E 带和F 带，氧化背景。为泻湖环境并向上逐渐封闭、淡化。
埋深12.7~6.45m，粘土质粉砂，在埋深8.65~8.76m 和9.1~9.4m 发育黑色泥炭层。由于含炭量高，沉积物整体呈灰色调。未见有孔虫，孢粉以淡水藻类和莎草、香蒲、狐尾藻、黑三棱等为主的水生草本含量呈现最高值，强还原背景。为湖沼环境。埋深6.45~1m，棕色粉砂、粘土质粉砂，无层理，零星见铁/锰核，未见有孔虫。为河流沉积环境。
2.4 DC01 孔AMS 14C 结果与年代学分析
在美国Beta 实验室进行了DC01 孔8 个大样12 个子样（其中，4 个大样分为2 个子样）的AMS14C 测年（表 1），共获得12 个子样品的年龄数据。所有样品的测试结果按校正软件进行校正，版本为Calib 7.1.0（海相样品地区性贮存库值采用ΔR=-178±50a）[22-24]。
表 1 DC01 孔AMS 14C 测年材料和结果Table 1. Materials for AMS 14C dating of Borehole DC01 and results序号 样品编号 实验室编号 深度/m 测试物 δ13C/‰PDB 直接测定值/BP 惯用年龄/BP 14C校正年龄(1σ)/cal BP 14C校正年龄(2σ) /cal BP 概率中值/cal BP 说明 1 DC01-14C-1 Beta-331450 3.66 有机物 –22.2 3410±30 3460±30 3647~3662
3688~3829
3748~3765
3792~38233641~3671
3678~38293729 可信 2 DC01-14C-1 Beta-329634 贝壳 –3.1 2370±40 2730±40 2596~2759 2472~2820 2678 不可信，舍去 3 DC01-14C-7 Beta-331453 5.81 有机物 –22.4 4680±30 4720±30 5330~5376
5455~5476
5540~55765325~5408
5445~5486
5508~55815462 可信 4 DC01-14C-7 Beta-329638 植物 –26.3 1860±40 1840±40 1722~1821 1634~1649
1696~18751776 不可信，舍去 5 DC01-14C-2 Beta-329635 7.23 木炭 –27.7 2520±30 2480±30 2496~2547
2554~2620
2628~2643
2657~2665
2677~27052384~2389
2431~27222584 不可信，舍去 6 DC01-14C-2 Beta-331451 有机物 –24.1 5150±30 5150±30 5895~5938
5964~59885760~5821
5885~59495915 可信 7 DC01-14C-3 Beta-331452 8.40 有机物 –27 6590±40 6560±40 7429~7488 7422~7517
7536~75627466 可信 8 DC01-14C-3 Beta-329636 泥炭 –26.8 6620±40 6590±40 7438~7508
7546–75237430~7523
7531~75657487 可信 9 DC01-14C-6 Beta-329637 9.17 有机物 –19.2 7310±50 7410±50 8182~8222
8233~83118060~8088
8158~83648251 可信 10 DC01-14C-8 Beta-331454 16.52 有机物 –22.9 9720±50 9750±50 11162~11232 10895~10920
11089~1125011190 不可信，舍去 11 DC01-14C-30 Beta-384663 20.00 贝壳 –6.4 40880±490 41190±490 44017~44957 43396~45351 44470 不可信，舍去 12 DC01-14C-31 Beta-384664 21.60 贝壳 –3.9 42380±580 42730±580 45223~46274 44718~46914 45770 不可信，舍去 13 DC01-14C-13.6 Beta-415242 13.6 有孔虫 –10.9 >43500 可信 对获得的校正年龄数值进行可信度评估，以期获得更准确的沉积年龄。主要从以下3 个方面进行判断：①样品自身年龄数值的评估。对一个大样有2 个子样年龄的，需要判断哪个数值更可信。首先判断测年物质是原地生成还是再搬运的，以前者所获年龄为准；对于再搬运物质的年龄，按照同组样品最年轻者更接近沉积年龄和大颗粒物质年龄更接近沉积年龄的原则[25]取舍。②从下至上年龄数值的自洽性评估，应服从自下至上沉积物年龄序列应该逐渐变年轻的原则。③与周围钻孔的年龄可以对比。
埋深3.66m 的大样分为有机物（小于180μm）和贝壳2 个子样测试（图 4-A），结果相差1051a。按照2 个子样对比选择年轻者的原则，似乎选择贝壳获得的2678cal BP 合理。但是，该样品为无法确定属种的贝壳碎屑，δ13C 为-3.1‰，根据贝壳δ13C 的一般组成规律[26-27]，并参照渤海湾全新世10 种常见海相和半咸水贝壳的530 余个样品的δ13C 值[28-29]，此贝壳碎屑应为海相种。但是，该大样采集层位为河流泛滥沉积物，且上下连续（图 4-A）。此外，距今4~3ka cal BP 时研究区的海岸线已位于钻孔以东约50km 处[25]，同时代或更年轻的原生海相贝壳不可能沉积于此，可判定该贝壳碎屑是混入物。因而舍弃该贝壳年龄，以有机物获得的年龄数据为准。
埋深8.40m 和9.17m 两层泥炭，为还原作用下的湖沼环境，孢粉组成主要是香蒲、狐尾藻、黑三棱等水生草本及卷柏、单缝孢、水龙骨科、阴地蕨等蕨类和淡水环纹藻，均为所在环境的原生植物。另外，泥炭层底部与下伏地层不存在侵蚀接触（图 4-D、E）。因此推测，这2 个泥炭层中的有机物为原生的，获得的年龄可信。而且，埋深8.40m 的大样分为有机物（小于180μm）和泥炭（大于180μm）2 个子样测试，结果仅相差21a，基本相同，也表明了泥炭层的原生性。取二者的平均年龄7476cal BP 作为该样品的年龄值。
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图 4 AMS 14C 样品岩心照片（红色圆点为取样位置）Figure 4. Photos showing sedimentary characteristics and AMS 14C sampling positions in DC01 core在埋深13.6m 处（图 4-F），利用优势有孔虫种A. beccarii vars.和P. variabilis 获得大于4.35ka BP 的测年数值。该环境为半咸水泻湖，有孔虫壳δ13C为-10.9‰，表明受到淡水影响[26-27]，应为原生有孔虫种属，故测年数据可信。
埋深16.52m 的测试物肉眼辨识为植物花朵（图 4-G）（大于180μm），为陆源物质，但是，该层沉积环境为与海水有连通的半咸水泻湖。11kacal BP 时海岸线大约在DC01 孔以东280km 外的渤海海峡处[30]，不可能在此形成与海洋连通的泻湖环境。另外，按照沉积物年龄从下至上逐渐年轻的自洽性原则，这个年龄值与该层之上埋深13.9m 处年龄相比偏年轻。因此，该年龄不可信。
20.0m 和21.6m（图 4-H、I）测试物是生活于河口半咸水环境的单瓣P. laevis，δ13C 为-6.4‰和-3.9‰，与环境相符[26-27]，属于原地种类或经过短距离搬运（该贝壳壳体小、薄，易于破碎），大致可代表沉积年龄。但是，这2 个贝壳的14C 活性极低，测试结果接近14C 测年的极限，在这种情况下，误差加大。即便是对年龄的保守解释，亦应大于14C 测年极限4.3ka cal BP。从年龄自洽性考虑，这2 个年龄大于4.3ka cal BP 是合理的。因此，本文暂以这2 个年龄大于4.3ka cal BP 考虑（OSL 测年正在进行中），推测为MIS 3 早期（6~5.5ka BP）或MIS 5 期（12~8ka BP）。
埋深5.81m 大样分为有机物和植物碎屑2 个子样（图 4-B），埋深7.23m 的大样则分为有机物（小于180μm）和木炭（大于180μm）2 个子样（图 4-C）。按照同组样品大颗粒物质或获得的年龄数值最年轻者更接近沉积年龄的原则，应该选择利用植物碎屑和木炭获得的2 个年龄值1776 cal BP 和2584cal BP。但是，与该孔以东十余千米的QX01和QX02 孔年代[2] 对比，同样的高度位置上，在QX01 和QX02 孔均发育了距今7000~6000cal BP的盐沼及受海洋影响的沿海低洼环境沉积物。按照常理，DC01 孔在同样高度发育的陆相沉积物年龄不应该小于7000~6000cal BP，否则也应该存在受海洋影响的沉积记录。另外，当时的海岸线在DC01 孔以东不远处[2]，所在层位为有河流输入的湖沼沉积环境，黄河河口自中全新世以来至公元1128 年一直在渤海湾西岸一带游荡，河流供给物丰富[31]。因此，钻孔所在位置应该是高沉积速率区。但是，如果按照埋深7.23m 的沉积年龄为2584cal BP，则7466~2584cal BP 时仅沉积了1.17m，速率为0.02cm/a，明显低于同期的沉积速率[32]。因此，2584cal BP 的年龄值偏年轻，埋深7.23m 的2 个子样，选择有机物获得的5915cal BP 更可信；埋深5.81m 的2 个子样，选择有机物获得的5462cal BP更可信。
3. 讨论
3.1 DC01 孔揭露的晚更新世以来的地质环境演化过程
根据DC01 孔岩心的岩石地层、年代学、生物地层及地球化学资料的综合分析，重建了晚更新世以来的地质环境变化过程。
钻孔底部属于开放的河流（河道至河漫滩）环境，FeS 和FeCO3 含量低、pH 值高，无有孔虫。发育砂质沉积，向上逐渐变细为砂质粉砂和粘土质粉砂。
在MIS 3 早期或甚至更早的MIS 5 时期，开始受到海洋作用的影响，转为盐沼、潮间带上部环境。有孔虫数量少、优势度高，广盐性的有孔虫A.beccarii vars.最高含量可达97%。发育了粘土质粉砂。之后，转为河口湾环境且河流影响逐渐增强，沉积了砂质粉砂。由于与外界连通性较好，氧化作用使FeS 和FeCO3含量较低；营养物质供应充分，弱碱性的环境也有利于生物利用CaCO3形成介壳并保存，同时由于径流和潮流的双重作用，使该层含有大量贝壳及碎屑。常见软体动物M. veneriformis，P. laevis，C. Fluminea 和G. albus；有孔虫丰富，以广盐性的A. beccarii vars.和半咸水N. glabrum 为主，并见一些小个体的潮间带和浅海区种类。随着河流作用加强，半咸水种类含量增高。埋深18.4m 处与海洋的连通性开始减弱，但向陆一侧仍然存在很好的连通性，属于有河流输入的半咸水泻湖环境。因此，FeS 和FeCO3含量仍很低；有孔虫丰富，个体小，以广盐性的A. beccarii vars.和半咸水N. glabrum，P.variabilis 为主，见小个体的潮间带及浅海种类；未见海相贝壳碎屑。随后，随着泻湖向海一侧的逐渐封闭，沉积环境转变为淡化的泻湖，半咸水有孔虫的种类和数量均增加。海水退出本区之后，在MIS 4~2 或MIS 2 的低海面时期，经历了长时间的裸露（造成该时期地层缺失），淋滤作用使地层中出现大量钙质结核。
随着全新世气温的升高，海面高度增高，地下水位上升，同时，降雨量增加，径流量也增大。首先，在DC01 孔这样的低洼地带积水，环纹藻等淡水藻类在剖面中大量出现；FeS 和FeCO3 含量出现高峰值，呈还原作用。沉积环境转为封闭的富营养化的湖沼环境。在8251cal BP 和7476calBP 时期，植物生长茂盛，形成2 层泥炭层。中全新世之后，随着河流输入增强，沉积物粒径加粗，FeS 和FeCO3 含量降低，还原作用减弱，转为受河流输入影响的湖泊环境，并在距今约5ka cal BP（埋深6.45m）之后，转为河流环境。这与华北平原中全新世湖泊-沼泽环境的论述基本一致[33]。
3.2 DC01 孔记录的海面变化
DC01孔埋深23.2~12.7m（高程-19.46~-8.96m）层段记录了海相沉积。有孔虫鉴定及综合研究显示，由下至上经历了盐沼-潮间带上部/盐沼-河口湾-泻湖-淡化泻湖环境的演化过程。假设当时潮位与现在渤海湾相同：HHW（特大潮高潮位）为+2.58m、MHWST（平均大潮高潮位）为+2.05m、MHW（平均高潮位）为+1.25m[8, 34]，埋深23.2~22.4m（高程-19.46~-18.66m）的盐沼环境指示当时海面最高应为-22.04~-21.24m。埋深15m（高程-11.26m）的泻湖与海洋隔绝成为淡化泻湖，在此之前，能够经常受到海洋作用的影响，地表高度至少低于平均大潮高潮位，由此推算当时海面高度应为-13.31m。因此，该段地层记录的当时相对海面高度为-22.04~-13.31m。换言之，当不考虑构造运动和沉积物压实沉降时，相对海面高度最高可达-13.31m。按照大于4.35kaBP 的14C 测年结果，推测沉积时间可能为MIS 3 早期或更早的MIS 5 时期。
无论是MIS 3 早期抑或MIS 5 时期，由于DC01孔所在的渤海湾盆地长期处于缓慢的构造下沉过程，加之沉积物压实作用，当时的海面应该处于更高的位置。
如果是MIS 3 早期，则当时的海面高度远高于同时期全球绝对海面最高约-60m 的高度[35-36]，并与陈永胜[7, 37]基于OSL 测年获得的渤海湾可能并不存在MIS 3 阶段的海相沉积结果相悖。但是，在渤海湾地区也有MIS 3 阶段存在海相沉积记录的报道，例如4.0~2.8ka BP 海面最高可达-11~-5m[5]、DC01 孔以东约70km 的BQ1 孔MIS 3 阶段海面最高达-30m[6]。BQ1 孔[6]获得的海面高度低于本文的研究结果，原因可能是DC01 孔位于沧县隆起区，而BQ1 孔位于黄骅坳陷区内。但无论如何，即便是BQ1 孔-30m 的海面高度，仍高于同时期的全球绝对海面。此种矛盾现象在中国其他地区也有报道。多数研究[38-41]认为，在苏北及长江三角洲地区MIS 3 时期海面最高为-10~-25m，甚至认为可达-5m[42]。但MIS 3 阶段海面研究中又存在更低的记录，如通过层序地层研究获得渤海地区MIS 3 阶段-35~-60m 的海面记录[43]。显然，目前的研究表明，MIS 3 阶段的海面高度存在很大的差异，是否存在研究区区域海面与全球绝对海面的差异？原因是什么？都是值得关注的问题。
如果是MIS 5 时期，则表明在MIS 3 时期海水没有影响到该区域。但是，该层沉积物埋深较其以东的钻孔层位明显偏高[2, 9, 12]，或许为不同构造区的差异性沉降所致，同样值得进一步研究。
以上讨论表明，解决这些问题的关键是获得准确的年龄。
4. 结论
（1）DC01 孔揭露了该地区自晚更新世以来的地质环境演化过程，全新世之前经历了由河流-盐沼-潮间带上部-河口湾-泻湖-淡化泻湖的环境转化，全新世则经历了湖沼至河流的环境转化。整个地层记录了晚更新世MIS 5 或MIS 3 阶段以来的地质环境变化，MIS 4~2 或MIS 2 时期的沉积。
（2）埋深23.2~12.7m 发育的弱海相地层记录了当时海面最高可达-13.31m，时间为MIS 3 早期（6~5.5ka BP）或更早的MIS 5 期（12~8ka BP）。
（3）如何准确确定全新世之前的海相地层年龄，是亟待解决的问题。DC01 孔记录的晚更新世高海面的原因有待于更深入的研究。
致谢: 感谢美国Beta 实验室提供AMS 14C 测年数据。 -
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图 2 DC01 孔有孔虫组合及分带特征
Figure 2. Distribution of foraminifera assemblages and zoning characteristics in Borehole DC01
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图 3 DC01 孔粒度、有孔虫组成及地球化学特征与古环境判断
Figure 3. Grain sizes, foraminifera assemblages, geochemical characteristics and paleoenvironmental analysis of Borehole DC01
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图 4 AMS 14C 样品岩心照片（红色圆点为取样位置）
Figure 4. Photos showing sedimentary characteristics and AMS 14C sampling positions in DC01 core
表 1 DC01 孔AMS 14C 测年材料和结果
Table 1 Materials for AMS 14C dating of Borehole DC01 and results
序号 样品编号 实验室编号 深度/m 测试物 δ13C/‰PDB 直接测定值/BP 惯用年龄/BP 14C校正年龄(1σ)/cal BP 14C校正年龄(2σ) /cal BP 概率中值/cal BP 说明 1 DC01-14C-1 Beta-331450 3.66 有机物 –22.2 3410±30 3460±30 3647~3662
3688~3829
3748~3765
3792~38233641~3671
3678~38293729 可信 2 DC01-14C-1 Beta-329634 贝壳 –3.1 2370±40 2730±40 2596~2759 2472~2820 2678 不可信，舍去 3 DC01-14C-7 Beta-331453 5.81 有机物 –22.4 4680±30 4720±30 5330~5376
5455~5476
5540~55765325~5408
5445~5486
5508~55815462 可信 4 DC01-14C-7 Beta-329638 植物 –26.3 1860±40 1840±40 1722~1821 1634~1649
1696~18751776 不可信，舍去 5 DC01-14C-2 Beta-329635 7.23 木炭 –27.7 2520±30 2480±30 2496~2547
2554~2620
2628~2643
2657~2665
2677~27052384~2389
2431~27222584 不可信，舍去 6 DC01-14C-2 Beta-331451 有机物 –24.1 5150±30 5150±30 5895~5938
5964~59885760~5821
5885~59495915 可信 7 DC01-14C-3 Beta-331452 8.40 有机物 –27 6590±40 6560±40 7429~7488 7422~7517
7536~75627466 可信 8 DC01-14C-3 Beta-329636 泥炭 –26.8 6620±40 6590±40 7438~7508
7546–75237430~7523
7531~75657487 可信 9 DC01-14C-6 Beta-329637 9.17 有机物 –19.2 7310±50 7410±50 8182~8222
8233~83118060~8088
8158~83648251 可信 10 DC01-14C-8 Beta-331454 16.52 有机物 –22.9 9720±50 9750±50 11162~11232 10895~10920
11089~1125011190 不可信，舍去 11 DC01-14C-30 Beta-384663 20.00 贝壳 –6.4 40880±490 41190±490 44017~44957 43396~45351 44470 不可信，舍去 12 DC01-14C-31 Beta-384664 21.60 贝壳 –3.9 42380±580 42730±580 45223~46274 44718~46914 45770 不可信，舍去 13 DC01-14C-13.6 Beta-415242 13.6 有孔虫 –10.9 >43500 可信 
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