东莞盆地第四纪地层研究

盛 强 ，郭良田 ，王 萍

(1.广东省地震局，广东 广州 510070；2.中国地震局地震监测与减灾技术重点实验室，广东 广州510070；3.广东省地震预警与重大工程安全诊断重点实验室 （筹），广东 广州 510070；4.中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室，北京 100029）

0 前言

东江自东而西流经东莞盆地，构成平坦的、以赤岭峡西口为顶点的东江三角洲。东江三角洲与西、北江三角洲共同构成广阔的珠江三角洲平原。东莞盆地位于东莞市的北部和广州市的东南部，近东西方向展布，面积约500 km2，盆地内第四纪地层广泛发育[1～3]。自1934年陈国达[4]对珠江三角洲进行初步研究以来，涉及东莞盆地第四纪地层的研究众多，其中以黄镇国等[5]指出珠江三角洲是经3次海进-海退而成，廖示庭等[6]认为东莞盆地第四纪地层由3个旋回组成，并划分了7个岩石地层单位。

本文是“东莞市石龙－厚街、南坑－虎门断裂探测与地震危险性评价”项目的专题成果之一①“东莞市石龙－厚街、南坑－虎门断裂探测与地震危险性评价”项目专题8：标准孔与第四纪地层剖面报告,。通过对地层层序的划分和对比以及岩心样品的14C和光释光（OSL）测年，建立了东莞盆地第四纪地层综合剖面。对珠江三角洲的发育和演化、古气候和古海平面变化以及活动断裂研究等方面具有重要的意义。

1 地层沉积特征与沉积相

在东莞盆地共布设7个钻孔（图1），其中位于麻涌的ZK3钻孔的第四系厚度可达31.2m。

图1 东江三角洲第四系等厚线及钻孔位置图[1]Fig.1 Isopachous lines of the quaternary and position map of the drills of Dongjiang River Delta[1]

如图2所示：根据岩性和粒度变化，ZK3可分为5层，自下而上为：①埋深24.8～31.2 m，厚度6.4 m的河流冲积层，下部以灰白色砂砾石为主，下部中细砂为主，埋深28.8 m处OSL年龄值为135.6±3.6 ka；② 埋深14.2～24.8m，厚度10.6 m的海相沉积层，由灰黑色淤泥、淤泥质粘土和粉细砂组成。孢粉非常丰富，以蕨类孢子占绝对优势，主要为中华里白、金毛狗属和水龙骨属。间或见有海相的微有孔虫和具刺沟鞭藻。沉积环境应为间或海侵的边缘海。埋深22.6 m处OSL年龄值为98.3±3.7 ka；19.6m处OSL年龄值为65.0±4.0 ka；16.8 m处14C年龄值为＞46 ka；15.1m处OSL年龄值为47.8±2.4 ka；③埋深13.3～14.2 m，厚度0.9 m的陆相硬土层，由灰白、黄褐色花斑状粘土组成，为海退期间出露地表的残留古风化壳层，代表较长时期的沉积间断，为珠江三角洲地区上更新统与全新统之间分解的标志层；④埋深13.3～6.3 m，厚度7.0 m，由灰-灰黑色淤泥、粘土或粘土质粉细砂等组成，含腐木、贝壳和海相硅藻化石，连续见有海相的微有孔虫，以海相细粒沉积为主，埋深8.1 m处14C年龄为6390±35 aBP；⑤埋深0～6.3 m的海陆交互相沉积，以灰褐色粉细砂、粘土为主，埋深6.1 m处OSL年龄为2.3±0.1 ka。

根据地层结构及测年资料来看， (1)～(2)层为全新统，(3)～(5)层为上更新统。

其他6个钻孔岩性的基本特征如下。

ZK1：第四系厚23.5m，上部（0～4.8 m）为黑灰色含淤泥质的中砂、粉细砂等组成，埋深9.8 m处腐木的14C年龄为：7 240±35 aBP。下伏第三系风化泥岩。

ZK2：第四系厚11.3 m，为黑灰-灰色淤泥和淤泥质粉细砂，下伏第三系强风化泥岩。

ZK4：第四系厚29.8 m，可分上下两套地层。上部地层，埋深2.0～18.9 m，为灰色淤泥、淤泥质粉砂和含砾中细砂等，底部见海螺壳。埋深3.8 m处14C年龄值560 aBP；11.5 m处OSL年龄值：4.5±0.2中、ka；16.6 m处14C年龄值：3905 aBP。下部地层，埋深18.9～30.8 m，为黄色砂砾石层。埋深26.8 m、28.8 m处腐木14C年龄分别为：41575 aBP和 ＞43 ka。下伏白垩系灰色强风化粉砂岩。其中埋深2.0-18.9 m的上部地层中，含丰富的孢粉，以蕨类孢子占绝对优势，主要为中华里白河水龙骨属，次有鳞盖蕨、凤尾蕨、海金沙属，14.8 m以下主要为松属；被子植物少量，主要为禾本科。间或见有海相微有孔虫和具刺沟鞭藻囊孢。样品中断续见有海相化石，山地类型的松属相对较多，为接近山地的全新世间或海侵的边缘沉积。上部地层段与下部地层段的年龄突变，反映其间存在沉积间断。

图2 ZK3钻孔综合柱状图Fig.2 Synthesis column map of ZK3 boreholes

ZK5：第四系厚17 m，可分4层，① 埋深0～4.0 m，为素填土；② 埋深4.0～12.2 m，为灰色淤泥质粉砂、中细砂，夹黄色中细砂层。埋深10.04 m处14C年龄值：3245 aBP；11.8 m处OSL年龄值：5.1±0.3 ka；12.05 m处14C年龄值：6270 aBP。③ 埋深12.2～14.8 m，为黄色中砂，含多层铁质侵染层。④ 埋深14.8～17.0 m，为灰色淤泥质粘土和淤泥质粉细砂，底部含细砾。埋深15.8 m处OSL年龄值：63.9±2.9 ka；16.38 m处14C年龄值：39505 aBP。下伏第三系红色风化砂岩。4.0～12.2 m地层段含较丰富孢粉，以蕨类孢子占绝对优势，主要为中华里白河水龙骨属，次有鳞盖蕨属金毛狗属等；裸子植物花粉少量，主要为松属；被子植物花粉少量，主要为禾本科和苋科。海相化石微有孔虫和具刺沟鞭藻间或少量可见。反映为全新世间或海侵的边缘海沉积。12.2～17.0 m，为陆相冲积和河间凹地堆积。

ZK6：第四系厚29.8 m。顶部2.2 m为素填土。埋深2.2～24.3 m，为灰色-深灰色淤泥、和淤泥质粘土，夹中细砂等，含丰富的腐木、泥炭和贝壳。埋深24.3～29.8 m，为含砾粘土、含砾中细砂和粘土质粉细砂等，砾石成分为紫红色粉砂岩，砾径＞2 cm，含木屑、贝壳碎片。下伏紫红色风化砂岩。

ZK7：第四系厚7 m。埋深0～1.0 m为素填土；埋深1.0～7.0 m，为灰色淤泥、淤泥与粉砂互层，含腐木、贝壳。

2 地层的沉积时代

前人在珠江三角洲及南海沿海地区已获得上千个14C数据，最大14C年代为距今4万年左右。因此，一般认为珠江三角洲形成于晚更新世中期约4万年以来。

而准确、可靠的年代数据是钻孔探测最为关键性的技术指标之一。东莞盆地钻孔岩芯中富含可作14C等测年的腐木和腐殖质等，同时也广泛存在可作OSL测年的含石英、长石矿物的晚第四纪碎屑物。本文对钻孔岩芯的绝对年龄测定采用了14C和细颗粒石英OSL测年。

14C的半衰期为5568年，理论上，可以测出10倍半衰期长时间跨度的样品年龄，对于年代更久远的样品，利用14C测年法是无法测定出来的。北京大学于1975年建成国内第一个液体闪烁方法的碳十四测年实验室，1993年建成了北京大学加速器质谱计。14C测量灵敏度达到6×10-15，相当于测年上限为四万三千年。因此，受测年上限制约，北大实验室14C技术是无法给出珠江三角洲地区＞43 ka地层的年代。

因此，14C年龄仅具有参考意义，珠江三角洲地层年代需要其它独立的测年手段予以验证和修正。

对于晚第四纪沉积物测年，光释光测年是目前国际上各实验室的首选方法，其年龄值代表了样品最后一次曝光距今的时间，也即其沉积年龄。其测年上限理论上可达数十万年。本次工作完成了13个OSL样品的年代测试。采用细颗粒石英简单多片再生法方法[7]进行了等效剂量的测试，用饱和指数方法进行拟合，认为本批样品测试数据基本可信。

3 钻孔地层孢粉分析结果

第四纪孢粉分析的主要对象是各种松散沉积物（如淤泥、粘土、泥炭等）所含的花粉及孢子，孢粉组合分析是恢复古气候、古地理环境的最常用的传统方法之一。生物化石不仅可以鉴定地层的地质年代，还是进行沉积环境分析的重要标志，本项目对微体古生物样品的分析有助于更好地区分海洋与陆地沉积环境。

ZK3钻孔选取了15份孢粉－微体古生物样品送往中国科学院南京地质古生物研究所进行分析。样品分布于3.5～26.5 m，除ZK3-WT-3（10.5 m）和ZK3-WT-13（12.0 m）两块样品孢粉较少外，均含有丰富的孢粉，大致分为两个组合：

（1）3.5～12.0 m，孢粉以蕨类孢子占绝对优势，主要为中华里白、鳞盖蕨、凤丫蕨、凤尾蕨、水龙骨属和槲蕨属；裸子植物花粉少量，主要为松属；被子植物花粉含中等量，主要为草本禾本科；另外，连续见有海相的微有孔虫。孢粉为南亚热带至热带第四纪常见类型，显示为气候炎热，应为第四纪全新世沉积，样品中连续有海相化石，推测应为全新世边缘海侵环境。

（2）13.0～26.5 m，孢粉非常丰富，以蕨类孢子占绝对优势，主要为中华里白、金毛狗属和水龙骨属，裸子植物花粉稀少，主要为松属；被子植物花粉亦较少，主要为苋科，其它较常见有胡桃属、枫香属和禾本科。间或见有海相的微有孔虫和具刺沟鞭藻。除植物中有较多金毛狗和苋科和枫香属外，面貌与上面一段（3.5～12.0m）基本相当，反映气候与上基本相同，推测时代为晚更新世。沉积环境应为间或海侵环境。

此外，还选取了13份孢粉样品送中国地震局地质研究所进行了分析。结果显示钻孔区域总体上为水域环境，孢子较多、花粉颗粒较少。以蕨类孢子为主，乔木、灌木和草本花粉居次要地位。

上述孢粉植物群演化序列中松粉含量反映研究区附近可能没有松林分布，区域上分布有少量松的疏林草原植被景观，以栲和栎为主的少量阔叶树分布于研究区周围。总体上，以上2个孢粉组合带都以局地水生蕨类孢子为主，体现无论冰期还是间冰期，钻孔周边均有相当范围的水域分布，气候变化对沉积环境影响较小。

4 结论与讨论

根据上述对东莞盆地钻孔剖面的地层沉积特征、沉积年龄、孢粉分析结果的论述，可以看出，三者均表现了较为明显的分层、分段性质，且互相之间吻合较好。由此，可以得出以下几点认识：

（1）东莞盆地第四系不整合覆盖于凹凸起伏的基岩风化壳之上。第四系可分为上下两套地层（表1）。上部地层为全新世沉积，以灰黑色淤泥、粘土和粉细砂为主，地层年龄<8 000 a。下部地层为晚更新世沉积，地层最老年龄达13.5万年。

表1 东江三角洲第四系地层综合剖面Table 1 Comprehensive profiles of the quaternary stratum in Dongjiang delta

（2）东江三角洲第四系由上更新统和全新统组成，分别对应晚更新世与全新世两次海侵旋回时期。与前人主要根据14C年龄得到东江三角洲沉积小于4万年的认识不同，OSL测年结果显示上更新统的年龄值为4.7～13.5万年。珠江三角洲地区第一次海侵旋回可能发生于距今4～10万年时期。

（3）东莞盆地花斑粘土层与珠江三角洲地区一样，呈断续分布，在7个孔中仅在ZK3钻孔中有所发育。如ZK3孔在第一次海侵旋回与第二次海侵旋回之间 （埋深13.3～14.2 m）发育一厚度不足1 m的含钙花斑粘土，孔深15.1 m处OSL年龄值为47.8±2.4 Ka，孔深10.6 m处OSL年龄为6.9±0.3 ka。反映两次海侵之间，本区处于风化与剥蚀环境，导致长时期的地层间断。花斑粘土层不仅野外易于识别，而且是区分全新统和上更新统的重要标志层。

（4）随着测年技术的发展，OSL测年已成为第四纪年代学研究的重要方法。其测年上限（能测的最老年龄）理论上可达数十万年，然而受到释光信号饱和、释光信号稳定性和环境辐射场强度（放射性核素含量）影响，一般认为，对＞100 ka的光释光年龄结果的解释和使用需要谨慎。对于河流沉积物来说，释光测年可能存在不均匀晒退导致年龄偏老、等效剂量离散性大导致年龄不确定等问题。对于10万年左右的老年龄还需要开展更多的检验工作，进一步开展珠江三角洲地区的地层年代学研究十分必要。

致谢：本文14C数据由北京大学14C实验室完成，OSL由国土资源部水文地质环境地质研究所释光年代学实验室完成，孢粉分析由中国科学院南京古生物研究所和中国地震局地质研究所孢粉实验室完成。在此一并表示诚挚的谢意！

[1]李平日，林晓东，黄光庆.东江三角洲地貌特征[J].北京，地理研究，1991，10(2)：11-19.

[2]陈国能,张珂,贺细坤,等.珠江三角洲晚更新世以来的沉积－古地理[J].第四纪研究，1994， (1)：67－74.

[3]赵焕庭,珠江三角洲的形成和发展[J].海洋地质， 1982，4(5)：595－607.

[4]陈国达.广州三角洲问题[C]\陈国达.陈国达全集.长沙：中南大学出版社，2008.

[5]黄镇国，李平日，张仲英，等.珠江三角洲形成发展演变[M].广州：普及出版社广州分社，1982.

[6]廖示庭，吴甲添，刘建雄.广东东莞盆地第四纪地质研究新进展[J].广东地质，2001，16(4)：48－58.

[7]王旭龙，卢演俦，李晓妮.细颗粒石英光释光测年：简单多片再生法[J].地震地质，2005，27(4)：615－623.