巴西南部末次间冰期滨岸障壁岛地层及沉积相研究.doc

1 -巴西南部末次间冰期滨岸障壁岛地层及沉积相研究马奎祥 Luiz J.Tomazelli*,Sérgio R.Dillenburg巴西南大河洲联邦大学地质研究所沿海及海洋地质研究中心（CECO ）2006 年 10 月 12 日收到文稿；2007 年 6 月 1 日接收到修订文稿；2007 年 6 月 12 日录取 摘要巴西南部南里奥格兰德州在末次间冰期高水位期沉积的沿岸沉积体，是一个沿海岸延伸数百公里几乎不间断的滨岸障壁岛沿海平原北部几个采沙场高清露头的分析，为检验该区地层沉积性质提供了一个的机会基于物理和生物沉积构造独特的组合，垂直的相序揭示了海退的（进积）海岸沙坝和浅海海洋沉积物在高水位期近岸砂供应充足可能促进了进积作用，研究发现海平面初次的下降（强的海退）与末次间冰期相关，其时间大约为 125ka根据蛇形潜穴的海拔高度表明，曾经最高的海平面比目前高约 7 米研究区域古水流资料表明，在末次间冰期高水位期沿海岸线方向水动力学及沉积物搬运条件与现今的相似2007 年爱思唯尔 B.V.版权所有○ C关键词 ：障壁岛岸线；末次间冰期海岸线；海平面变化；岸线推进；海滨沉积构造 1. 简介 海生氧同位素阶段（OIS）为 5e 类水平的末次间冰期高水位期，时间大约 125ka，是在最重要的第四纪地质事件之一，根据遍及全球沿海地区的沉积体系和侵蚀特征，表明该期海平面比目前的高出几米（沙克尔顿，1969；布鲁姆等人，1974；诺伊曼和摩尔，1975；道奇等人，1983；察佩尔和沙克尔顿，1986；沙克尔顿，1987；Muhs 等人，1994； Muhs，2006）。

沿着巴西大多数的海岸线，此事件主要表现在比现在的海平面高 6 至 8 米（当古等人，1979）、7 ± 1 米（马丁等人，1982）、8 ± 2 米（Suguio 等人，2005）处的有微小变化的海洋阶地在巴西南部南里奥格兰德州（RS）的沿海平原，这一全球性事件表现为一个突出的形态特征 ——在海岸沿线发育数百公里的沙质滨岸障壁岛（图 1）南里奥格兰德州末次间冰期的滨岸障壁岛是晚第四纪高水位期发育的宽（至 100 公里）且低地势沿海平原的四个独特的沙质障壁岛之一这些障壁岛从最老到最年轻依次被命名为障壁岛Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ（维尔沃克等人，1986），它们在连续的海侵和海退的周期下已经被改造成了冲积扇和沙洲沉积物末次间冰期障壁岛Ⅲ是这些障壁岛中保存最好的之一，其相关沉积物遗迹遍布从北到南的整个沿海平原这一期障壁岛的发育对海岸地质演化是至关重要的，因为它形成了在世界上有最大沿岸水域范围的泻湖（帕图斯泻湖）障壁岛后区域最终地层 2 -在南里奥格兰德州沿海平原第一幅地质图（德莱尼，1965）上的更新世 chui 地层包括末次间冰期障壁岛沉积物沿着海岸平原这些沉积物根据它们不同的地貌、沉积特征和地层序列客观的得到辨认和标定。

一些热释光年龄测定的属性（普波等人，1988；布赫曼和Tomazelli，2003 ）表明沉积事件发生在末次间冰期障壁岛沉积学的奠基研究者是 Tomazelli等人（1982），最近吉伯特等人（2006）对遗迹化石作出更精细地研究上述的研究展示了本区障壁岛相当少的关于沉积相和地层的信息巴西南部的障壁岛具有数百公里的惊人连续性，其平均厚度和宽度分别约 20m 和 8km在南里奥格兰德州的北部沿海地区的巨大障壁岛沉积物中提取工艺砂留了很多矿坑在一些矿坑中可以观察到巨厚（约 20 米）且连续的垂直相序在巴西缺乏对末次间冰期精细地研究，所以南里奥格兰德州的矿坑是研究如次巨厚沉积相的难得机会本文以精细描述高质量的露头为基础，着眼于分析障壁岛的沉积相和地层我们特别注重以波浪作用为主的小潮汐作用形成的近全砂质的物理、生物和沉积构造的性质，它们可以帮助我们识别地层形成的不同沿海环境（风成沙丘，海滩亚环境）本文将最详尽的阐述科学界关于南美洲末次间冰期障壁岛形成日期的有关地质情况 图 1 研究区位置及南里奥格兰德州沿海平原简图- 3 -2. 区域环境 南里奥格兰德州沿海平原是巴西被动大陆边缘最南端的沉积盆地，它是佩洛塔斯盆地一个很长（620 公里）很宽的（100 公里）独特自然地理区。

佩洛塔斯盆地自从早白垩世南大西洋板块开始扩张（丰塔纳，1996）到现在，已沉积了累计超过 10000 多米的陆源碎屑物在沿海平原凸起部位出露了这个地区较年轻的沉积地层南里奥格兰德州海岸位于板块内部，根据构造学观点认为其位置相对稳定南里奥格兰德州沿海平原的海岸线在南纬 29°和 34°之间几乎成直线，其中含有大量水体的凹地面积约为 33,000km²，它们中的一些规模很大，比如帕图斯泻湖面积为 10,000 km²；米林潟湖面积为 3770 km²在沿海平原北部，巴拉纳流域主要是由古生代、中生代的沉积物和火山碎屑岩组成的高原，局厚度部达到 1000 米在南部，由前寒武纪火成岩和变质岩形成次平原地带目前，高原被侵蚀形成的沙质沉积物经河流运到沿海，被沿岸泻湖或障壁岛所阻挡而未能到达海岸线该地区气候温和湿润，全年雨季均匀分布，年均降雨大约 1300 毫米风向由一个双向高能级系统控制（Tomazelli，1993），在春季和夏季主导风为东北向，其风力非常强；在秋季和冬季西—西南向风占主导地位在南里奥格兰德州海岸以小潮汐波浪作用为主，其潮汐一天两次，平均潮差为 0.5m由于东南向波浪的影响在该区形成了向北的沿岸沉积带。

构造隆起加上东向和北东向的海浪，特别是来自东向和东南向间歇性的风暴一起控制了沿岸的侵蚀和沉积过程（T omazelli 和维尔沃克，1992； Calliari 等人，1996）大陆架边缘平均宽度为 150km， 陆架坡折位于水下 170m 处（Zembruscki 和França， 1976）大陆架海底沉积物主要是陆源碎屑物和一些生物碎屑残余物（马丁斯等人，1967，1972； Corrêa，1987）3. 研究领域和方法 这次研究是以对暴露的沙坑剖面详细的调查和测量为基础的，本次研究基于沿海平原北部奥索里奥附近的一些沙坑（图 2）通过观察海岸不同地点末次间冰期障壁岛露头，发现它们具有相同的特征研究区域的障壁岛沙子现已当建筑的原材料而被开采研究者用 25 年跟踪这些沙坑中一个（沙坑 2）的开采变化，明显地发现这种露头有一定的优势和不足连续不断的打开一些不同空间的高质量露头，沉积物的易碎性很容易形成新的断面，使得能够观察到真实的沉积构造和沉积形态然而这种类型的露头不断的发生变化，沉积物表面也不断地遭到破坏，比如采沙向前挖进的破坏今天，一些最早的采沙坑被完全地遗弃，现在它们能提供非常有限的与障壁岛及地层相关的信息。

因此，为了避免重要信息的遗失，我们收集一些例子反复地进行描述，并对一些有特征且寿命短暂的露头进行拍照本文所使用的资料主要来源于采沙坑的露头，挖沙机挖出的沉积物补充了一些岩性信息资料除了观察和测量露头外，几个典型的关于沉积相的实例被收集用于研究晶粒大小和成分分析在实验室用滤网和滴管对粒度进行了分析，通过显微镜对晶粒的构成进行了鉴定在一些- 4 -主要的露头尤其是那些古海平面露头，利用 DGPS 系统发现海拔对沉积相有控制作用我们 在所有的DGPS 控制点设置了至少 35 分钟的读入记录，每次间隔 3 秒钟（读 700 次） 露头附近的大地测线位置校正了古海平面海拔，其精度通常在 0.70m 左右（表 1）在位于研究区北200km 的因比图巴潮位站观察发现古海平面 海拨与平均低潮位有关我们认为良好的蛇形潜穴遗迹是研究沉积物沉积时平均低潮线最佳的标志在 5 个研究区分别对蛇形潜穴最高海拔进行测量（表 1），发现它们一般分布在比目前海平面（因比图巴潮位站检测的平均低潮线）高 5.1 ~7.7m 的地方 图 2 南里奥格兰德州沿海平原北部 Osório 镇附近主要研究沙坑的区域地质简图- 5 -4. 沉积相分析 在研究区根据采沙坑沉积物露头和挖沙机挖出的沙（低于地下水位约 5 米）推断末次间冰期障壁岛的厚度约为 20m 左右。

根据岩石的岩相以及物理、生物沉积构造特征，障壁岛可分为四种不同的沉积相研究表明， 基本上所有的沉积相具有相似的垂向序列（见图3） ，下面将对这些沉积相进行详细描述，简述见表 2 表 2 沉积相露头研究沉积相 厚度 岩性 沉积构造 沉积环境D 4-5 米 红褐色石英细砂岩底部发育大量的近于水平的层理、植物根和昆虫潜穴遗迹、古土壤含有植被的沿岸沙丘C 1-2 米分选好的淡黄色细粒石英砂岩低角度平行层理，生物扰动现象，石针迹遗迹相，植物根和昆虫潜穴遗迹 前滨-后滨图 3 Osório 镇附近的沙坑剖面出露着约 18 米厚垂直连续的相序，其中在相 B 上存在高密度的蛇形潜穴 6 -B 4-5 米分选好的白色细粒石英砂岩大型板状和槽状交错层理，一些水平的、低角度的交错层，丰富的遗迹化石：主要是蛇形潜穴和石针迹遗迹上临滨-前滨A 5-6 米分选非常好的黄绿色泥质石英砂岩 丘状交错层理 中-下临滨4.1 相 A：中—下临滨底部相当于采沙坑在水位线下面被采捞的沉积物，厚度至少为 5-6m这种底部相大多数是不会出露的，对其的沉积环境演变研究基于岩性特征（沉积物的结构和构成）而不是沉积结构和几何形态采捞的沉积物包括黄绿色细砂岩（90-95%）和一些粉砂岩、粘土（ 5-10%） 。

通常情况下，在挖掘后被氧化前，沉积物呈现鲜明的绿色在显微镜下观察它们发现存在海绿石圆形颗粒( 含量到达 3%)（图 4a） ，大多数海绿石颗粒呈现出淡黄绿色(10 Y 8/2)，通常在它们表面有裂纹；其次是深黄绿(10 Y 6/6)色颗粒这些海绿石颗粒的磨圆很好，平均直径（ 5颗沙粒）与沉积环境相一致在一些采沙坑剖面的底部，基础相由粉砂质波状层理组成，可能是波状交错层理（图4b） 这些层理厚 0.20m，波长约 1m4.2 相 B：上临滨—前滨中—下临滨到上临滨—前滨含有 4-5m 分选好的白色细砂岩(Mz=2.2 phi)发育大规模的板状层理、槽状交错层理和低角度的薄层（图 4c）图 4 相 A 和 B 的沉积相特征：（a）在显微镜下拍摄的相 A 中圆形海绿石颗粒，请注意颗粒表面的裂缝b）在沙坑壁底部附近相 A 的细砂岩，显示有波状的结构，可能是丘状交错层理 （c）相 B 中含有蛇形潜穴的板状交错层理 （d）一些软体动物的贝壳模型遗迹存在于相 B 的细砂岩中，请注意贝壳凸起的方向 7 -在一些地方沿层面排列着双壳软体动物的印痕（图 4d），这些贝壳由碳酸盐和亚稳态的霰石组成，埋藏后由于溶解作用被完全地的破坏，但是贝壳地形态被完全的保存下来。

几乎所有的贝壳印模以向上排列的形式被保存在只有牵引流和波浪作用的稳定位置（Allen，1982 ） 在许多地方，内部层理的标定一般利用相邻的反向前积层——人字形交错层理（图5）除了独特的内部层理，这个相另一显著的特点是含有丰富的遗迹化石，主要是石针迹遗迹相（图 6 和 7）丰富的动物遗迹群包含大量保存很好的节状蛇形迹潜穴这种遗迹含有复杂的分枝，三维的潜穴体系由水平和垂直的管状体连网形成，在一些地方它们的长度超过了 1m（图 6c）这些潜穴的直径有大有小，但通常它们的内径和外径分别在 3-4cm和 6-7cm 之间潜穴壁厚约 1 厘米，其内部平滑表面呈疙瘩状图 5 相 B（上临滨-前滨）的露头显示邻近层系呈反向的层理——人字形型交错层理图 6 相 B 的沉积构造（上临滨-前滨） （a,b）板状交错层理，含有大量的蛇形潜穴 （c）蛇形潜穴的主杆（长 1.2m）含有一些横向分枝，在分枝处含有球形的腔室 8 -其他遗迹化石在研究蛇形潜穴时已被鉴定，包括 ichnogenera 石针迹、Rosselia 、似海蚯蚓迹、双杯迹和 Ma。