The age of the second marine layer in coastal lowland of Bohai Bay revealed by AMS 14C dating method (Ⅱ)
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摘要:
在初步获得渤海湾海河南部沿海低地第Ⅱ海相层年龄大于43.5ka BP的基础上，在沧州北部和海河北部的沿海低地又利用6个新的机械钻孔岩心，建立了2条垂直于现代岸线的长剖面。根据沉积物岩性和有孔虫查明了第Ⅱ海侵层在剖面中的空间分布，并获得一组新的AMS 14C年龄数据。结果显示，在第Ⅱ海相层中新获得的9个AMS 14C年龄同样均大于43.5ka BP。至此，渤海湾3条垂直现代岸线剖面10个钻孔的第Ⅱ海相层的21个AMS 14C年龄均大于43.5ka BP，进一步证实了普遍发育于渤海湾沿海低地的第Ⅱ海相层形成于MIS 3阶段早期或MIS 5阶段，而不是前人认为的23~39ka BP。
Abstract:Preliminary result has indicated that the age of the second marine layer in the southern coastal lowland of Bohai Bay is > 43.5ka BP. Recently, six boreholes have been drilled in the coastal lowlands north of Cangzhou and north of the Haihe River, and two new profiles perpendicular to the modern shoreline were then established. Combined with the lithostratigraphy, foraminiferal assemblages and AMS 14C dating results, the second marine layer in these cores has been identified spatio-temporarily. The dating results of 9 samples collected from the second marine layer show that the ages are all older than 43.5ka BP. Up till now, 21 AMS 14C ages collected from the second marine layer in 10 boreholes, given by the authors, indicate that the widely distributed second marine layer was formed in the early MIS 3 or MIS 5 stages rather than 23~39ka BP as previously believed.
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Keywords:
- AMS 14C dating /
- the second marine layer /
- coastal lowland /
- Bohai Bay
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前人认为渤海湾第Ⅱ海相层（根据海相层的埋藏层位，本文依惯例从上至下依次为第Ⅰ海相层、第Ⅱ海相层，即全新世海侵形成的海相层为第Ⅰ海相层，全新世下伏陆相层之下的海相层为本文所讨论的第Ⅱ海相层）埋深43.9（25.2）~27.5（17.2）m，其形成时代为39~23ka，与MIS 3阶段后期对应[1-2]。然而，MIS 3 阶段全球eustatic 海面比现代海面低60~90m（甚至80~100m）[3-7]，而中国东部沿海平原地区的第Ⅱ海侵层对应的海面远高于全球海面[8-10]，与世界全球海面变化的大背景不协调。
陈永胜等[11]对渤海湾沿海低地2 个钻孔的综合研究显示，第Ⅱ海相层对应MIS 5 阶段的高海面，而MIS 3 阶段并未记录到海相地层，对前人上述认识提出质疑。
笔者前期研究显示，在渤海湾海河南部的青县沿海低地4 个钻孔（图 1 中Q7、ZW15、QX02 和QX03孔）中第Ⅱ海相层的12 个AMS 14C 年龄结果均大于43.5ka BP。对前人认为的第Ⅱ海相层年龄39~23ka进一步提出了质疑[12]。然而，上述2项研究集中在海河南部，范围有限。因此，本文在前期工作的基础上，在其南部和海河北部新增了2条剖面，以期通过AMS14C测年对渤海湾第Ⅱ海相层年龄进一步研究。
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图 1 钻孔位置（第Ⅱ海侵层影响范围据文献[13]修改）Figure 1. Distribution map showing the boreholes in this study1. 材料和方法
1.1 取样
沧州北部的3 个机械钻孔分别为距离现代岸线80km 的CZ01 孔、70km 的CZ02 孔和52km 的CZ03孔。海河以北宁河-北辰-宝坻的3 个机械钻孔分别为距离现代岸线50km 的XLP1 孔、22km 的H3 孔和13km 的H4 孔（图 1）。孔口进行GPS-RTK 高程测量，误差小于±0.03m（表 1）。
表 1 钻孔编号、坐标及高度参数Table 1. Code, depth, coordinates and altitude of the collected cores钻孔编号 孔深/m 坐标 钻孔高程/m 备注 H4 50 39°12'39.5"N、117°37'33.8"E +0.84 海河以北 H3 80 39°19'25.2"N、117°37'49.6"E +1.31 XLP1 40 39°27'52.6"N、117°24'57.0"E +1.31 CZ03 40 38°22′19.0″N、117°06′29.0″E +3.94 沧州北部（海河以南） CZ02 40 38°21′28.0″N、116°54′50.0″E +5.77 CZ01 40 38°22′29.0″N、116°46′31.0″E +6.89 对岩心进行沉积相研究，在海陆地层转换界面进一步辅以有孔虫鉴定，进而在钻孔中识别出Ⅱ海的层位。AMS 14C 样品包括：全新世底泥炭层样品6个和底泥炭层下部相邻的陆相层有机物和贝壳样品各1 个；在Ⅱ海层位内获得贝壳样品8 个，泥炭样品1 个。测年贝壳包括单瓣完整的毛蚶Scapharcakagoshimensis、单瓣完整的光滑河篮蛤Potamocorbu⁃la laevis、完整的梨形环棱螺Bellamya purificata、江户明樱蛤Moerella jedoensis、单瓣完整的菲律宾蛤仔Ruditapes philippinarum 和完整旋螺Gyraulus sp.（表 2）。
表 2 AMS 14C 测年材料及结果Table 2. Materials for AMS 14C dating and results样品编号 Beta实验室编号 深度/m 高程/m 测年材料 δ13C/‰ 惯用年龄/a BP 校正年龄/cal BP2σ BP概率 采用的校正年龄范围/cal BP CZ01-14C-6 395014 15.42 -8.53 泥炭 -27.5 8930±40 10099~9914
10198~101090.65
0.3510198~9914 CZ01-14C-8 395016 19.84 -12.95 有机物 -23.6 14060±50 17350~16866
8980~88211.00 17350~16866 CZ01-14C-9 395017 28.2 -21.31 单瓣光滑河篮蛤Potamocorbula laevis -1.7 > 43500 CZ02-14C-5 395022 12 -8.06 有机物 -23.1 7950±30 8818~8691
8689~8682
8678~86490.53
0.39
0.01
0.078980~8649 CZ02-14C-7 395024 30.05 -26.11 单瓣毛蚶Scapharca kagoshimensis -2.9 > 43500 CZ02-14C-8 395025 32.43 -28.49 梨形环棱螺Bellamya purificata -9.4 > 43500 CZ03-14C-9 395034 12.4 -6.63 泥炭 -27.2 7290±30 8171~8025 1.00 8171~8025 CZ03-14C-10 395035 25.4 -19.63 江户明樱蛤Moerella jedoensis -3.5 > 43500 CZ03-14C-11 395036 30.7 -24.93 单瓣毛蚶Scapharca kagoshimensis -2.9 > 43500 XLP1-14C-4 392694 13.0 -11.69 泥炭 -22.1 9000±40 9990~9940
10025~10011
10060~10038
10242~101340.072
0.011
0.025
0.89110242~9940 XLP1-14C-7 392696 32.7 -31.39 泥炭 -27.9 > 43500 H3-14C-5 358168 14.2 -12.89 泥炭 -20.6 8840±40 9715~9710
9969~9735,
10156~99810.006,
0.578,
0.41610156~9710 H3-14C-6 358169 31.2 -29.89 菲律宾蛤仔Ruditapes philippinarum -3.7 > 43500 H4-14C-7 392681 16.4 -15.56 泥炭 -23.8 9080±40 10294~10182
10366~103600.996
0.00410366~10182 H4-14C-8 392682 20.1 -19.26 丽蚌Lamprotula sp. -11.3 > 43500 H4-14C-9 392683 30.7 -29.86 单瓣光滑河篮蛤Potamocorbula laevis -4.6 > 43500 H4-14C-10 392684 33.5 -32.66 旋螺Gyraulus sp. -8.6 > 43500 1.2 AMS 14C 测试
样品在Beta 实验室进行加速器质谱(accelera⁃tor mass spectrometry，AMS) 14 C 测年，测定值以5568a 半衰期计年，所有样品的测试结果均据其δ13C 值进行分馏效应校正成为惯用年龄。泥炭和陆相贝壳样品采用Intcal13 曲线校正；对于海洋样品，在惯用年龄的基础上依Marine13 海洋曲线进行包括海洋贮存库效应在内的系统校正，海洋贮存库校正值是-178±50a[14]。校正软件版本为CalibRev 7.1[15-16] （表 2）。
2. 测试结果
2.1 沉积相划分
2.1.1 海河南部剖面（沧州地区）
（1）CZ01
孔CZ01 孔从下至上依次为晚更新世海相潮间带-浅海沉积、潮上带盐沼沉积→陆相河道、洪泛沉积→全新世沉积。
27.8m 以下为粘土质粉砂，黄棕色（10YR 5/6），贝屑富集，层内见完整的Potamocorbula laevis 单瓣壳体和Scapharca kagoshimensis 碎片，28.7m 见贝壳碎屑薄层，含有孔虫，为潮间带-浅海沉积。
27.8~21.6m，粘土质粉砂，浊黄棕色（10YR 5/3），有锈染，含有孔虫。其中26~23m 粉细砂含量较高。与下部地层渐变接触，潮上带盐沼沉积。
21.6~15.8m，粉细砂，夹粘土纹层和粉砂纹层，棕灰色（10YR 4/1），未见有孔虫，陆相河道、洪泛沉积。
15.8m 以上，进入全新世，底部泥炭层年龄为10198~9914cal BP。
（2）CZ02 孔CZ02
孔从下至上依次为晚更新世陆相洪泛沉积→潮下带浅海沉积、潮间带沉积→潮上带盐沼沉积→陆相洪泛沉积→全新世沉积。
32.4m 以下，粘土质粉砂，淡灰色-棕灰色（10YR 7/1-10YR 4/1），未见有孔虫，陆相沉积。
32.1~32.5m，粘土质粉砂，黑色（10YR 2/1），第Ⅱ海相层底部泥炭层。
32.1~29m，粘土质粉砂，棕灰色-淡灰色（10YR 4/1-10YR 7/1），含海相贝壳及碎片，以Scapharca kagoshimensis 为主，有粉细砂填充的虫孔，含有孔虫，为浅海-潮间带沉积。
29~22m，以粉细砂为主，有锈染。夹粘土纹层，粘土纹层中有黑色炭斑和铁/锰染色，含有压扁的砂质填充的虫孔，28.4m 见单瓣海相贝壳，含有孔虫，潮上带盐沼沉积。
22~12.2m，粉细砂为主，含有粘土纹层，15~12.2m 为淡灰色（10YR 7/1），18~15m 为黄棕色（10YR 5/6），20~18m 为棕灰色（10YR 4/1），22~20m 为暗棕色（10YR 3/3），未见有孔虫，陆相洪泛沉积。
12.2m 以上进入全新世沉积，底部泥炭层年龄为8980~8649cal BP。
（3）Z03 孔CZ03
孔从下至上依次为晚更新世陆相洪泛沉积→潮下带浅海沉积→潮间带沉积、潮上带盐沼沉积→陆相沉积→全新世沉积。
31.15m 以下，粉细砂，棕灰色（10YR 4/1），见淡水Gyraulus sp.，未见有孔虫，陆相沉积。
31.15~31m，粘土质粉砂，黑色（10YR 2/1），第Ⅱ海相层底部泥炭层。
31~29.3m，粘土质粉砂，棕灰色（10YR 4/1），含Scapharca kagoshimensis 等海相贝壳，含有孔虫，浅海相沉积。
29.3~19m，粉细砂为主，含粘土纹层，浊黄棕色-黄棕色（10YR 4/3-10YR 5/6），向下沉积物变细，含海相贝壳，包括Nassarius variciferus，Potamocorbulalaevis等，含有孔虫，潮间带-潮上带盐沼沉积。
19~16.5m，硬粘土层，黄棕色（10YR 5/6），含钙核、铁/锰核、炭斑，未见有孔虫，陆相洪泛沉积。
16.5~15m，粉砂，黄棕色（10YR 5/6），质纯，未见有孔虫，陆相河道沉积。
15~12.5m，粉细砂为主，淡灰色（10YR 7/1），未见有孔虫，陆相沼泽沉积。
12.5m 以上进入全新世，底部泥炭层年龄为8171~8025cal BP。
2.1.2 海河北部剖面（宁河-北辰-宝坻）
（1）XLP1 孔XLP1
孔从下至上依次为晚更新世陆相洪泛沉积→潮上带盐沼沉积、陆相湖沼沉积、潮间带沉积→陆相洪泛沉积→全新世沉积。
33.2m 以下，粘土质粉砂，棕灰色（10YR 4/1），见淡水Gyraulus sp.，未见有孔虫，陆相沉积。
33.2~32.6m，粘土质粉砂，黑色（10YR 2/1），第Ⅱ海相层底部泥炭层。
32.6~26.0m，其中，32.6~30.6m 主要为棕灰色（10YR 4/1）的粉砂，含不规则分布的粉砂团，有毫米级海相贝壳碎屑，未见有孔虫，为受海水影响的潮上带盐沼沉积；30.6~28.4m，灰黄棕色（10YR 5/2）粘土质粉砂，粉砂呈条带或砂团分布，层理不明显；28.4~28m 有钙核分布，为陆相沉积；28.4~26m，灰黄棕色（10YR 5/2）粉砂，层理微弱，有大量的铁质浸染，见有孔虫，潮间带沉积。
26.0~13.0m，其中，26.0~23.8m 为粉砂，黄棕色（10YR 5/6），含钙核层；23.8~16m 主要为砂质粉砂，浊黄棕色（10YR 5/3）；16.0~13.0m 主要为粉砂，棕灰色（10YR 4/1），含炭斑。本段未见有孔虫，为陆相洪泛沉积。
13.0m 以上进入全新世沉积，底部泥炭层年龄为10242~9940cal BP。
（2）H3 孔H3
孔从下至上依次为晚更新世陆相洪泛沉积→潮间带沉积→陆相洪泛沉积→全新世沉积。
31.2m 以下，主要为粉砂和粘土质粉砂，浊黄棕色（10YR 5/3），发育钙核，未见有孔虫，陆相沉积。
31.2~30.0m，主要为暗橄榄棕色（2.5Y 3/3）砂，无层理，钙质胶结，含直径约5mm 的砾石和大量破碎的海相贝壳，可分辨的属种有Potamocorbula lae⁃vis，Scapharca kagoshimensis 和牡蛎幼体（oyster lar⁃va），与下伏地层呈侵蚀接触。未见有孔虫，但硅藻显示有海相种圆筛藻属Coscinodiscus spp.硅藻碎片和半咸水种条纹/柱状小环藻Cyclotella striata/stylo⁃rum 分布，为潮间带沉积。
30.0~14.3m，主要为粉砂和粉砂质砂，灰黄棕色（10YR 5/2），发育钙核，见Gyraulus sp.，陆相洪泛沉积。
14.3m 以上进入全新世沉积，底部泥炭层年龄为10156~9710cal BP。
（3）H4 孔H4
孔从下至上依次为晚更新世陆相洪泛沉积→潮间带沉积→陆相洪泛沉积→全新世沉积。
33.6m 以下，主要为粉砂质砂和砂质粉砂，灰黄棕色（10YR 5/2），发育钙核，未见有孔虫，陆相沉积。
33.6~30.6m，主要为棕灰色（10YR 4/1）的粉砂，微弱层理，有海相贝壳碎屑。其中，30.8~30.6m为粉砂质砂，层内富集Potamocorbula laevis，Nassari⁃us spp.等贝壳碎屑，并含砾石，与下伏地层侵蚀接触。32.2~32.15m、32.8~32.64m 和33.6~33.4m 均为海相贝壳碎屑富集层，层内含少量钙核，钙核磨圆度较好，见有孔虫，为潮间带沉积。
30.6~16.5m，21.0m 以下主要为砂质粉砂，21.0~16.5m 主要为粘土质粉砂。灰黄棕色（10YR 5/2），见Gyraulus sp.和Lamprotula sp.，含钙核，未见有孔虫，陆相沉积。
16.5m 以上进入全新世沉积，底部泥炭层年龄为10366~10182cal BP。
2.2 年龄
AMS 14C 测年结果显示，全新世底泥炭层年龄为10000~8000cal BP。CZ01 孔全新世下伏陆相层中有机物样品测年结果为17350~16866cal BP，H4孔全新世下伏陆相层中丽蚌的年龄大于43.5kaBP。第Ⅱ海相层中获得的其余9 个AMS 14C 年龄均大于43.5ka BP（图 1、图 2；表 2）。
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图 2 钻孔岩心沉积相、年龄综合柱状图Figure 2. Geological columns of the facies and ages from the cores in this study3. 讨论
图 2 确定的第Ⅱ海相层的厚度是指受海水影响层位的厚度，包括海相的潮间带-浅海沉积，也包括过渡相的潮上带盐沼、澙湖和潮道沉积。
渤海湾西岸沧州附近3 个钻孔的Ⅱ海埋深分别为CZ01：顶板埋深21.6m（黄海85 高程：-14.7m），未穿透底板；CZ02：32.5~22m（黄海85 高程：-26.7~-16.2m）；CZ03：32.2~19m（黄海85 高程：-28.3~-15.1m），由海向陆连续展布。这3个由海向陆分布的钻孔揭示Ⅱ海对应的高度为-28.3~-14.7m，该层的5 个AMS 14C 年龄均大于43.5ka BP。
海河北部宁河-北辰-宝坻沿海平原3 个钻孔的Ⅱ海埋深分别为XLP1：33.2~26.0m（黄海85高程：-31.9~-24.7m）；H3：31.2~30.0m（黄海85 高程：-29.9~-28.7m）；H4：33.6~30.6m（黄海85 高程：-32.8~-29.8m）。由海向陆同样为连续展布。这3 个由海向陆分布的钻孔揭示Ⅱ海对应的高度为-32.8~-24.7m，4个AMS 14C年龄均大于43.5 ka BP。
王福等[12]的研究显示，渤海湾西岸青县附近4个钻孔第Ⅱ海相层对应的高度为-37.3~-11.1m，12个AMS 14C 年龄均大于43.5ka BP。
综上所述，沿渤海湾200 余千米的现代岸线垂直展布的3 条长剖面布设了10 个机械钻孔（图 1）。沉积学和古生物学（有孔虫和硅藻）结果显示，在这10 个钻孔中均识别出第Ⅱ海相层，该海相层在研究区普遍发育，埋深-37.3~-11.1m，海侵向陆最大进侵距离大于80km。第Ⅱ海相层内21 个AMS 14C 样品有双壳闭合的Scapharca ka⁃goshimensis、单瓣贝壳（Potamocorbula laevis,Scapharca kagoshimensis,Ruditapes philippinarum 和Moerella jedoensis）、腹足类贝壳（Nassarius varicifer⁃us,Nassarius succinctus 和Bellamya purificata）和泥炭4 类，总计21 个AMS 14C 年龄均大于43.5kaBP。因此，可以得出渤海湾沿海低地普遍发育的第Ⅱ海相层年龄大于43.5ka BP 的结论，进一步证实这一海相层形成于MIS 3 阶段早期或MIS 5 阶段，而不是前人认为的23~39ka。
4. 结论
渤海湾沿海低地10 个钻孔中第Ⅱ海相层的21个AMS 14C 年龄显示，该海相层的形成时代早于43.5ka BP，说明第Ⅱ海相层形成于MIS 3 阶段早期或MIS5 阶段，而非前人报道的23~39ka BP。
致谢: 感谢美国Beta 实验室提供AMS 14C 测年数据。 -
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图 1 钻孔位置（第Ⅱ海侵层影响范围据文献[13]修改）
Figure 1. Distribution map showing the boreholes in this study
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图 2 钻孔岩心沉积相、年龄综合柱状图
Figure 2. Geological columns of the facies and ages from the cores in this study
表 1 钻孔编号、坐标及高度参数
Table 1 Code, depth, coordinates and altitude of the collected cores
钻孔编号 孔深/m 坐标 钻孔高程/m 备注 H4 50 39°12'39.5"N、117°37'33.8"E +0.84 海河以北 H3 80 39°19'25.2"N、117°37'49.6"E +1.31 XLP1 40 39°27'52.6"N、117°24'57.0"E +1.31 CZ03 40 38°22′19.0″N、117°06′29.0″E +3.94 沧州北部（海河以南） CZ02 40 38°21′28.0″N、116°54′50.0″E +5.77 CZ01 40 38°22′29.0″N、116°46′31.0″E +6.89 
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表 2 AMS 14C 测年材料及结果
Table 2 Materials for AMS 14C dating and results
样品编号 Beta实验室编号 深度/m 高程/m 测年材料 δ13C/‰ 惯用年龄/a BP 校正年龄/cal BP2σ BP概率 采用的校正年龄范围/cal BP CZ01-14C-6 395014 15.42 -8.53 泥炭 -27.5 8930±40 10099~9914
10198~101090.65
0.3510198~9914 CZ01-14C-8 395016 19.84 -12.95 有机物 -23.6 14060±50 17350~16866
8980~88211.00 17350~16866 CZ01-14C-9 395017 28.2 -21.31 单瓣光滑河篮蛤Potamocorbula laevis -1.7 > 43500 CZ02-14C-5 395022 12 -8.06 有机物 -23.1 7950±30 8818~8691
8689~8682
8678~86490.53
0.39
0.01
0.078980~8649 CZ02-14C-7 395024 30.05 -26.11 单瓣毛蚶Scapharca kagoshimensis -2.9 > 43500 CZ02-14C-8 395025 32.43 -28.49 梨形环棱螺Bellamya purificata -9.4 > 43500 CZ03-14C-9 395034 12.4 -6.63 泥炭 -27.2 7290±30 8171~8025 1.00 8171~8025 CZ03-14C-10 395035 25.4 -19.63 江户明樱蛤Moerella jedoensis -3.5 > 43500 CZ03-14C-11 395036 30.7 -24.93 单瓣毛蚶Scapharca kagoshimensis -2.9 > 43500 XLP1-14C-4 392694 13.0 -11.69 泥炭 -22.1 9000±40 9990~9940
10025~10011
10060~10038
10242~101340.072
0.011
0.025
0.89110242~9940 XLP1-14C-7 392696 32.7 -31.39 泥炭 -27.9 > 43500 H3-14C-5 358168 14.2 -12.89 泥炭 -20.6 8840±40 9715~9710
9969~9735,
10156~99810.006,
0.578,
0.41610156~9710 H3-14C-6 358169 31.2 -29.89 菲律宾蛤仔Ruditapes philippinarum -3.7 > 43500 H4-14C-7 392681 16.4 -15.56 泥炭 -23.8 9080±40 10294~10182
10366~103600.996
0.00410366~10182 H4-14C-8 392682 20.1 -19.26 丽蚌Lamprotula sp. -11.3 > 43500 H4-14C-9 392683 30.7 -29.86 单瓣光滑河篮蛤Potamocorbula laevis -4.6 > 43500 H4-14C-10 392684 33.5 -32.66 旋螺Gyraulus sp. -8.6 > 43500
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