自晚更新世以来，东海内陆架沿岸由于海平面变化而形成的三次泥楔周期性构造

《Marine Geology》：Three sea-level-induced cyclic formations of the mud wedge along the Inner Shelf of East China Sea since late Pleistocene

东中国海内架泥楔晚更新世以来形成机制及环境响应研究。通过90.2米长ECS1601钻孔岩芯分析，结合AMS^{14}C测年、粒度分布及黏土矿物组合溯源，揭示泥楔三旋回形成与海平面高程变化及台湾暖流-沿岸流（ZFCC）相互作用相关，提出“管效应”新概念解释沉积封存机制。泥楔主要物质源为长江河流，但受近岸小河流影响呈现多源特征。研究结果为全球陆架泥楔形成机制及古环境重建提供新依据。

　　

胡刚|徐克辉|张勇|孙天琦|孔向淮|朱文军

中国地质调查局青岛海洋地质研究所，青岛266071，中国

摘要

由于持续的沉积作用和高沉积速率，过去几十年里对东海内陆架（ECSIS）的泥楔进行了许多古气候和古海洋学研究。然而，泥楔的定义以及自晚更新世以来形成泥楔的过程仍存在争议。缺乏长距离的高质量钻孔岩芯限制了这一时期的地质研究，也阻碍了进一步的研究。为了填补这一知识空白，在ECSIS采集了一个长度为90.2米的钻孔岩芯。对整个岩芯进行了岩性解释、AMS ^{14}C测年、粒径分析以及通过粘土矿物组合进行的来源分析。我们的新结果表明，该钻孔代表了自晚更新世（0–100千年前）以来的沉积过程，泥楔在海平面高程期形成了三次周期性沉积。由于来自周围河流的沉积物主要集中在水深20米以内的最浅海床区域，因此泥楔具有连续记录和稳定来源的特征，并且主要由长江河流的沉积物组成。泥楔的周期性形成主要受海平面变化和海洋环流的影响。此外，我们提出了一个新的概念模型——“管状效应”，以加深对泥楔形成和演化的理解。该效应由环流作用以及浙江-福建沿岸流（ZFCC）和台湾暖流（TWC）的相互作用共同作用形成，在捕获沉积物和限制其扩散方面起着主导作用。重新定义泥楔和管状效应对于研究其他形成泥楔的沿岸过程以及影响全球生物地球化学循环的过程具有价值。

引言

青藏高原的抬升是新生代最重要的地质事件，它导致了亚洲大多数大河流的起源，包括长江（CJR）和黄河。根据之前在CJR和黄河流域以及大陆架地区的沉积源-汇研究，已经确定了这两条河流开始流入海洋的时间（Lin等人，2001；Yang等人，2001；Pan等人，2005；Jiang等人，2007；Richardson等人，2010；Zheng等人，2013；Yao等人，2017；Zhang等人，2019；Xiao等人，2020）。尽管具体时间仍有争议，但这两条河流至少在0.88百万年前就已经流入了拥有广阔大陆架的东海（ECS）。在第四纪期间，受东亚月亮海流（EAM）和大规模海平面波动（>100米）的影响，大量的河流沉积物被输送到ECS大陆架（Wellner和Bartek，2003）。随后，东海内陆架（ECSIS）的泥楔开始形成，长度约为800公里，宽度约为100公里（Qin等人，1987；Li和Zhang，2020）。关于内陆架泥楔的研究变得越来越流行，其沉积系统和高分辨率的气候-环境变化记录成为国际地球科学研究的热点话题。在包括亚马逊大陆架（Kuehl等人，1986；Nittrouer和DeMaster，1996；Nittrouer等人，1996；Nittrouer等人，2021）、恒河-布拉马普特拉河三角洲地区（Goodbred和Kuehl，2000）、埃布罗大陆架（Díaz等人，1996）、东南亚的巽他大陆架（Hanebuth等人，2003，Hanebuth等人，2011）、意大利的亚得里亚海大陆架（Ridente和Trincardi，2005；Palinkas和Nittrouer，2006；Cattaneo等人，2007）以及墨西哥湾北部的密西西比河三角洲海岸（Anderson等人，2016）等全球大陆架上，都进行了对大型河流附近泥楔的研究。因此，研究ECSIS中的泥楔对于进行全球比较非常重要。

由于泥楔中包含丰富的沉积信息，它非常适合用于研究与海平面变化、气候变化和古河流-海洋相互作用相关的沉积演化过程。在过去二十年里，ECSIS中的泥楔被广泛研究，以了解从源头到沉积地的过程、气候变化和沉积物分布模式。全新世期间形成了多种沉积系统，如河流三角洲、潮间带平原、潮间带沙丘和泥楔（Gao，2013；Gao和Collins，2014；Li等人，2014；Gao等人，2015）。ECSIS中的泥楔是在低能量沉积环境中形成的，这些环境受到沿岸流和全新世海平面高程的制约（Liu等人，2006，Liu等人，2007；Xu等人，2012）。随着陆源沉积物进入ECS，两个沉积中心分别位于长江水下三角洲和瓯江附近，这些沉积中心由季节性的浙江-福建沿岸流（ZFCC）形成（Liu等人，2006，Liu等人，2007；Xu等人，2012）。同时，沉积物被强大的台湾暖流（TWC）捕获在50-60米以内的浅水区（Dong等人，2011；Qiao等人，2016；Liu等人，2018），尽管有一小部分沉积物被输送到更深的海洋（Wu，2015；Wu和Wu，2018）。近年来，ECSIS中的泥楔成为研究热点。

ECSIS内的细长泥楔由大量沉积物组成，估计总体积为4.5×10^{11}立方米，相当于约5.4×10^{11}吨（Liu等人，2007）。潜在的沉积物来源包括邻近陆地（Xu等人，2012；Bi等人，2015；Yang等人，2015），包括长江、台湾的小型山区河流以及其他河流（图1）。目前，泥楔的主要来源被认为是长江河流的沉积物，这一点通过多种判别方法得到了证实，包括粘土矿物学（Fan等人，2001；Xu等人，2009a，Xu等人，2009c，Xu等人，2009b；Xiao等人，2009；Shi等人，2010；Zhao等人，2018）、重矿物矿物学（Wang等人，2007；Chen，2008；Dong等人，2015；Zhang等人，2015）、地球化学方法（Xu等人，2011a，Xu等人，2011b；Bi等人，2015，Bi等人，2017；Duan等人，2019）、环境磁学（Liu等人，2010a，Liu等人，2010b；Chen等人，2015；Luo等人，2016）。然而，不应忽视来自邻近地区的沉积物。每年流入ECS的沉积物量约为1.3×10^{9}吨，这超过了长江（0.5×10^{9}吨）和台湾河流（0.26×10^{9}吨）的总流量（Su和Huh，2002）。结果表明，ECS中的沉积物来源，尤其是泥楔中的沉积物，主要受长江河流的影响。例如，在过去的600年里，来自黄河的沉积物在泥楔的北部区域有所增加（Wang等人，2009；Liu等人，2010a，Liu等人，2010b），而来自台湾河流的沉积物则贡献于泥楔的南部区域。总体而言，ECSIS中泥楔的沉积物来源复杂且多源。

高沉积速率的泥楔是一个高分辨率的档案，可以记录受气候变化影响的沉积物排放和流体动力学过程。基于环境磁学指标（Zheng等人，2010；Xu等人，2011a，Xu等人，2011b）、敏感的粒径成分（Xiao等人，2005；Xu等人，2009a，Xu等人，2009b；Hu等人，2014b，Hu等人，2014a）、地球化学组成（Xu等人，2010；Liu等人，2013）、矿物学（Liu等人，2014）和同位素分析（Hu等人，2014b，Hu等人，2014a），重建了自全新世以来东亚月亮海流（EAM）的演化历史，并建立了EAM与太阳活动之间的关系。根据泥楔记录的EAM变化，三个气候变化阶段分别为：8300年前至4200年前为温暖湿润的气候，4200年前至2300年前为寒冷干燥的气候，以及2300年前至今逐渐变暖的气候。

许多先前的研究集中在沉积物来源判别、气候变化及其形成过程上，尽管其中仍存在一些争议。然而，为什么泥楔被定义为全新世形成的？在全新世之前是否存在其他泥楔？总体而言，由于ECSIS的沉积速率高且采集长距离沉积岩芯困难，关于第四纪或更新世地层的沉积相序列、地层框架和年代学的基本知识仍然有限。另一方面，在ECS中段外大陆架这些问题更容易研究（Wang等人，2014；Xu等人，2020；Liu等人，2023）。到目前为止，几乎没有长距离的高质量钻孔岩芯能够穿透到更新世层。这一知识空白也阻碍了对泥楔形成机制、源-汇过程及其对气候变化响应的研究。2016年，从ECSIS远端泥楔处采集了一个长度为90.2米的钻孔岩芯ECS1601（图1）。基于岩芯ECS1601上部15米的剖面，对全新世的沉积过程进行了研究（Hu等人，2018；Cong等人，2020a，Cong等人，2020b，Cong等人，2021，Cong等人，2022）。对ECSIS中的泥楔进行长期研究非常重要，因为该地区具有高沉积速率和详细的环境记录。

在这项新研究中，首次基于整个ECS1601岩芯报告了自晚更新世以来的ECSIS地层框架。通过粒径分布、年代学、沉积结构和矿物学，我们旨在解释沉积过程及其对环境变化的响应。本研究的目标是：1）使用测年方法确定泥楔是形成于全新世还是晚更新世；2）识别沉积物岩芯的来源及其对泥楔形成的影响；3）确定形成泥楔的过程，并研究它们与海平面变化之间的关系。

章节片段

区域背景

东海位于世界上最广阔的大陆架之一，宽度超过600公里，连接着欧亚大陆和西太平洋。它覆盖的面积约为0.77×10^{6}平方公里，平均坡度仅为0.28‰。海水深度从东向和南方向逐渐加深，从不到200米增加到冲绳海槽的最大2300米（图1，Wang和Sun，1994；Yang等人，2015）。现代ECS的沉积主要由河流带来的陆源沉积物主导

岩芯ECS1601

岩芯ECS1601是在2016年由青岛海洋地质研究所从CJR水下三角洲的远端（120.66°E，26.84°N）处采集的，水深为38.5米。Kan 407研究船钻探了超过90米的沉积物，平均回收率为92.29%。在实验室中，岩芯被分成两半，一半保存在仓库中，另一半被拍照、描述并进行了 subsampling

沉积单元和沉积相

岩芯被纵向分割、目视描述并拍照（图2）后，根据岩相特征、年龄模型和粒径分布，将ECS1601钻孔划分为四个沉积单元（DU），按降序编号为DU 1–5。根据年龄测定结果，DU2在该钻孔中缺失，因为它在相对较低的海平面时期被侵蚀，对应于末次冰盛期（图3）。

岩芯底部的DU5（90.2–61.5米）被解释为

沉积物来源和环境演化

位于ECSIS的泥楔通常被认为是全新世海平面高程期间长江河流沉积物的产物（Liu等人，2006，Liu等人，2007；Xu等人，2012；Gao，2013；Li等人，2014）。从长期角度来看，关于泥楔有两个科学问题需要考虑，分别是来源变化和全新世的独特产物。

作为地球表面的典型风化产物，粘土矿物携带了宝贵的信息

结论

由于ECSIS缺乏长距离的高质量钻孔岩芯，关于泥楔的形成、特征和形成机制的研究受到限制。在这项新研究中，首次基于长度为90.2米的岩芯（ECS1601）的数据，报告了自MIS5（晚更新世）以来的沉积过程和环境变化。得出的结论如下：

首先，冰期-间冰期的海平面变化控制着广阔ECS大陆架上的沉积周期。90.2米长的

CRediT作者贡献声明

胡刚：撰写——初稿。

未引用的参考文献

Liu等人，2021

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢编辑Nadia senechal以及两位匿名审稿人提供的宝贵意见和建议，这些意见和建议有助于改进我们的手稿。本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：41676052、42476058）、中国地质调查局（资助编号：DD20242759、20240089）的共同资助。我们感谢青岛海洋地质研究所“Kan 407”实验与测试中心的所有技术人员的支持。