雷生学 陈 杰 刘进峰 尹金辉 侯康明 王昌盛

1)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

2)天津市地震局，天津 300201

3)江苏省地震局，南京 210014

南京长江全新世河流阶地的年代及其意义

雷生学1，2)陈 杰1)*刘进峰1)尹金辉1)侯康明3)王昌盛1)

1)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

2)天津市地震局，天津 300201

3)江苏省地震局，南京 210014

河流阶地作为古气候和古环境的重要载体，在研究古气候、古环境变化方面有着极其重要的作用。文中对南京市长江南岸全新世河流阶地的23m厚钻孔沉积物，采用细颗粒石英单测片再生法技术进行了系统的光释光(OSL)测年，并对沉积物中的植物碎片等进行了14C测年，样品的OSL年龄和经树轮校正后的14C年龄吻合。测年结果表明，这批样品的光释光信号较强，部分层位释光测年分辨率可达百年尺度。该阶地堆积并不连续，主要堆积于距今0.26～1.9ka和7.9～9.1ka期间且沉积速率较快，而在1.9～7.9ka BP之间即全新世大暖期内存在一个明显的沉积间断期或地层缺失，这有可能是受长江河道摆动或侵蚀下切所致。钻孔的孢粉分析结果表明，古气候由7.9ka BP之前的相对温暖湿润转为1.9ka BP之后的相对温和湿润。

长江阶地 光释光测年 单测片再生法14C测年 古气候

0 引言

河流阶地在研究古气候、古环境变化上发挥着十分重要的作用。系统建立河流阶地的年代框架显得至关重要。通常在测定年轻沉积物(＜5万a)时优先选用14C技术，如若无法找到可供14C测年的合适样品，就得考虑其他测年技术。近年来，光释光(OSL)测年技术无论是在仪器设备还是在技术方面都取得了长足的进展。并且，OSL的测年对象为自然界广泛存在的石英或长石矿物，使得该方法越来越广泛地应用在缺乏14C测年物质的第四纪沉积物测年上，现已成为第四纪碎屑沉积物年龄测定的主要方法之一(Aitken，1998;Murray et al.，2002;Wintle，2006)。

长江三角洲(江南)地区松散沉积物分布广泛，厚达300余m。对该区内的第四纪沉积物，前人已做过大量的工作(李徐生等，2001)。将光释光技术应用于对区内的沉积物测年上，目前尚少见，仅赖忠平于2001年对下蜀黄土中的第2层黄土(L2)进行过光释光测年。本文利用“南京市地震活断层探测与地震危险性评价”项目提供的N06S2钻孔岩心样品，对南京市长江南岸的全新世河流阶地进行了光释光和14C样品测年，并采集相应样品进行了孢粉分析，以期对全新世以来该阶地堆积的历史进行初步研究。

1 材料与方法

1.1 取样点位置和样品岩性

N06S2孔位于南京市栖霞山以西、象山以北的栖霞镇石埠桥附近(118.94°E，32.17°N)(图1)，地貌上位于长江干流南岸全新世阶地上。钻孔终孔深42.85m，在38.9m处见基岩。该钻孔揭露的河流沉积主要由漫滩相黏土、天然堤相泥质粉砂与粉砂质黏土互层、河道相粉细砂组成。我们对这套河流沉积物进行了光释光采样，并在有腐殖质等有机物质层位采取了14C样品，另外我们还采集了孢粉样品并进行了孢粉分析。需要指出的是，在15.95～16.95m段主要为灰色粉砂夹薄层黏土，因当时打钻时用的是2m套管，此段岩心取心率较差，且存在上下混染和曝光现象，不能满足光释光采样的要求，故未采取任何光释光样品。本文主要报道该钻孔23m以上样品的测年结果(图2)。

图1 N06S2钻孔位置图Fig.1 The position of drilling hole N06S2.

N06S2钻孔岩性特征自上而下依次为:

(1)素填土，含砖瓦碎块、植物根系、螺壳碎片，厚度0.65m;

(2)灰黄色(湿)，粉砂质黏土，微细层理发育，偶含螺壳，厚度2.65m;

(3)灰色(湿)，粉砂质黏土，夹1～3mm厚粉砂，底部见约0.2m厚的粗粉砂，厚度4.3m;

(4)灰色(湿)，粉砂质黏土与细砂互层，厚度0.8m;

(5)灰色(湿)，粉砂质黏土，夹薄层粉砂(单层厚1～3mm)，厚度1.1m;

(6)灰色(湿)，细砂，夹3～6mm厚的粉砂质黏土层，厚度0.9m;

(7)灰色(湿)粉砂质黏土，夹1～3mm厚粉砂层，纹层发育，呈千层饼状，厚度5.55m;

(8)灰色(湿)，粉砂，夹薄层黏土(单层厚1～2mm)，厚度1m;

(9)灰色(湿)，黏土，微细层理发育，富含腐殖质，偶含螺壳碎片，厚度1.15m;底部0.25m段内为青灰色(湿)粉砂，分选良好;

(10)青灰色(湿)，黏土，微细层理发育(单层厚1～3mm)，富含腐殖质，厚度1.85m;

(11)青灰夹黄绿色(湿)，黏土，富含腐殖质，偶含螺壳碎片，含泥质结核(10～30mm)，厚度 3.5m;

(12)灰色(湿)，粉砂质黏土，偶含腐殖质和泥质结核，厚度3.9m;

(13)灰色(湿)，细粉砂，无层理，分选良好，含白云母碎片，厚度0.2m;

(14)灰色(湿)粉砂质黏土，偶含腐殖质和泥质结核，厚度2.1m;

(15)绿灰色(湿)，黏土质粉砂，27.5m处含泥质结核，厚度0.25m;

(16)淡黄灰色(湿)，粉砂质黏土，偶含泥质结核，夹30～50mm厚的粉砂层，厚度0.4m;

图2 N06S2钻孔的岩性柱状图Fig.2 The lithological histogram of drilling hole N06S2.

(17)灰色(湿)，粉砂质黏土，夹2～5mm厚的粉砂层，厚度1.25m;

(18)灰色(湿)，粉砂、粉细砂夹20～50mm厚粉砂质黏土层，厚度3.05m;

(19)灰色(湿)，粉砂质黏土夹黏土，纹层发育(层厚 0.1 ～0.4mm)，厚度1.1m;

(20)灰色(湿)，粉砂质黏土，纹层发育(层厚 0.2 ～0.5mm)，厚度0.55m;

(21)青灰色(湿)，粉砂质黏土夹粉砂层，纹层发育(层厚0.3 ～0.8mm)，厚度 2.4m;

(22)风化壳，灰色、青灰色，砂状结构，无层理;岩心呈块状、圆柱状，手掰易碎，厚度2.8m;

(23)青灰、黄灰色砂砾岩，厚度1.15m。

1.2 光释光(OSL)测量方法与步骤

1.2.1 样品前处理和测量仪器

本文采用细颗粒石英技术，前处理采用的是常规实验室流程(Lu et al.，2007;杨会丽等，2011)，OSL测量在Daybreak 2200释光测量仪上完成，激发光源分别为蓝光(波长:(470±5)nm，最大功率67.3mw/cm2)和红外光(波长:(880±60)nm，最大功率80.1mw/cm2)，测量时激发光强设为最大功率的80%，光释光信号通过EMI QA9235型光电倍增管(PMT)检测，在激发光源和PMT之间附加2块U-340滤光片。Daybreak 2200机载辐照源强度，测量时采用的是2005年9月15日标定的细颗粒石英(剂量率0.051 8Gy/s)，2010年9月1日采用丹麦Risoe实验室辐照的高灵敏度细颗粒石英标样对其重新进行了标定，新标定后的剂量率为0.032 7Gy/s。本文采用新标定的剂量率重新进行了计算。

1.2.2 细颗粒石英样品的释光特性

在测年过程中，石英的纯度会影响到测年结果的可靠性。为了得到能够满足测年要求的石英，我们依次进行了如下检测试验:热释光测量试验，结果如图3a所示，在110℃处非常明显地出现一个峰，此为石英的典型热释光峰;随后，又进行了红外后蓝光释光信号(［Post-IR］OSL)与蓝光释光(OSL)信号对比(图3b)，二者并无明显差异，且红外逐出比(Duller et al.，2003)为1.02。这表明石英的纯度已达到测年所需的要求。为了进一步研究这批样品4～11μm细颗粒石英粒组的释光特性，每个样品选取若干测片退火至500℃，随后附加一定人工剂量，一组测片直接在真空下进行热释光测量，所测样品均具有典型的石英325℃峰，其热释光信号以325℃峰为主，仅在325℃峰右肩部有一较微弱的375℃峰;另一组测片先在125℃下用蓝光激发300s后，再进行热释光测量，如图3c所示，所有样品的石英325℃峰均被蓝光激发所消除，只剩下较微弱的石英375℃峰，这表明该批样品的OSL信号主要来自于石英325℃峰，此为极易晒退的石英快速组分。

1.2.3 等效剂量De值的测量

单测片再生法(即SAR法)自提出后已广泛地应用于各种沉积物的年龄测定上，且与已知的独立年龄符合得相当好(Murray et al.，2002)。我们在测量等效剂量De值时采用的是标准SAR法流程(Murray et al.，2000)。为了确定合适的预热温度区间，我们进行了预热坪实验，加热区间为160～300℃，预热时间10s。如图4a显示，在160～260℃出现了较好的坪区，在实际操作过程中选定的是预热温度为220℃、10s这一条件。

另外，为了检验SAR法流程是否适用于这批样品，需要对各样品进行剂量恢复实验(Wintle et al.，2000)。以样品07-552为例，对晒退过的各测片辐照8Gy的已知剂量，通过SAR法恢复得到的剂量结果见图4b，恢复比率均在0.9～1.1之间，说明这批样品可以采用SAR法流程来测量De值。

图3 细颗粒石英检验及热释光特征Fig.3 Fine quartz purity IR check and thermal luminescence characteristics.

图4 样品07-552:预热温度等效剂量坪实验结果(a);剂量恢复结果(b)Fig.4 Sample 07-552:Preheating plateau test，where open diamonds are recuperation ratio，and solid diamonds are Equivalent dose(a);and the dose recovery tests at a dose of 8Gy(b).

采用SAR法对N06S2钻孔23m以上11个样品进行了系统测量，获得了所有样品的等效剂量(表1)。在表1中，测片数目一列括号内为每个样品的总测片数，括号外为循环比、回授比不符合Murray等(2000)给出的建议值而剔除后余下的有效测片数，每个样品的有效测片数最少在20个以上。在计算等效剂量值时取光释光信号衰减曲线第1s的OSL信号强度减去最后10s的平均值(本底)。图3d为典型样品的光释光生长曲线，所有样品的释光剂量生长曲线拟合较好。表1中每个样品的等效剂量值是该样品全部有效测片De的平均值。

1.2.4 环境剂量率的测量

样品的环境剂量率通过在实验室内测量样品中放射性元素U、Th和K的含量，然后依据一定的换算关系确定的。本文采用的α系数为0.04±0.02。用Daybreak 583型厚源α计数仪测量样品的α计数率，用火焰光度计分析方法测定样品的钾含量，利用环境剂量率与U、Th和K含量之间的转换关系，并考虑样品含水量及宇宙射线的贡献，计算出各样品所吸收的环境剂量率(表1)。

2 年龄结果与分析

2.1 细颗粒石英单测片再生法年龄

各样品的环境剂量率、等效剂量值以及光释光年龄结果见表1和图2。在钻孔23m以上岩心获得了11个样品的细颗粒石英释光年龄。各样品释光年龄在误差范围内与地层层序基本一致。层(2)下部至层(3)样品释光年龄在误差范围内基本无法区分;层(5)至层(7)样品释光年龄在100～200a范围内可细致区分，上下顺序一致性很好，未出现颠倒现象;层(9)至层(11)上部2个样品释光年龄误差较大，在误差范围基本无法区分。样品07-559的K含量较高(2.56%)，导致环境剂量率偏大，这可能是该样品与样品07-558年龄无法区分的原因之一。

2.2 14C样品年龄

钻孔17.3m到23m段岩心为富含腐殖质黏土，我们采了3个14C样品，编号分别是N06S2-C1、N06S2-C2和N06S2-C3(图2)。其中N06S2-C1为富含腐殖质黏土样品，在中国地震局地震动力学重点实验室的14C实验室，采用常规14C法获得了该样品的全炭14C年龄(表2)。样品N06S2-C2、N06S2-C3分别采自富含小树枝、树叶等植物残体的层位，选择小树枝和树叶在中国科学院广州地球化学研究所由沈承德研究员制靶，利用北京大学加速器质谱仪(AMS)完成测量(表2)。样品的树轮年龄校正使用Calib 5.0.1校正软件(http:∥www.calib.org)。样品N06S2-C2、N06S2-C3的树轮校正年龄与地层层序吻合较好。全炭样品常规14C法获得的N06S2-C1年龄明显比其下伏样品AMS14C法结果偏老约16%，这可能是由于全炭样品中含有“老碳”引起的。

2.3 年龄可靠性评价

光释光准确测年的前提是沉积物在沉积埋藏前得到充分的光晒退，其释光信号被晒退至基本可以忽略的水平。本研究采用的是细颗粒石英技术，目前尚无直接的方法检验样品沉积时的光晒退程度。从沉积相分析，本钻孔17.3m以上的地层主要为粉砂质黏土偶夹粉砂或细砂，纹层发育，分选极好，说明沉积时水动力条件微弱，样品沉积前光晒退充分，样品光释光年龄在百年尺度上是可分辨的，且在误差范围内与地层层序一致，说明其释光年龄是可靠的。

钻孔17.3m以下的地层主要为黏土，层(9)至层(11)上部2个样品07-558和07-559的释光年龄与2个样品的AMS14C树轮校正年龄吻合较好。但层(11)底部样品07-560的释光年龄则明显偏老，这有可能是该沉积物样品在水下环境沉积时没有充分晒退所致。

3 孢粉分析结果及其环境意义

在该钻孔岩心中共采集了35个孢粉样品，由中国地震局地质研究所孢粉实验室分析处理，共鉴定和统计分析各类孢粉2，725粒。详细的孢粉图谱见图5所示，从中可以看出，松、冷杉、桦、蒿及藜粉等其数量在剖面纵向上有明显的变化，尤其是在16.3m左右，上下地层的孢粉组合特征明显不同:16.3m以上为松-栎-山毛榉-蒿花粉组合，乔木植物花粉多，约占总数的78.9%，松、山毛榉和栎粉分别占总数的50.5%、6.0%和4.7%;灌木和草本植物的花粉较少，约占总数的13.6%，其中蒿和藜粉分别占总数的4.3%和2.2%;蕨类植物孢子极少，仅占总数的7.5%。16.3m以下为松-冷杉-蒿-藜花粉组合，乔木植物花粉较多，约占总数的71%，其中松、冷杉和桦粉分别占总数55.3%、7.3%和3.3%;灌木和草本植物花粉较少，约占总数的18.6%，其中蒿和藜粉分别占总数的6.6%和5.9%;蕨类植物孢子少，约占总数的 10.4%。

图5 N06S2钻孔的孢粉图谱(注意16.3m处的孢粉组合变化)Fig.5 The pollen and spores pattern of N06S2 core(Note:A distinct change in palynological assemblage occurred in the horizon line at depth of 16.3m).

据以上的孢粉组合特征，可以推断剖面沉积时的古气候环境:16.3m以上应为森林型常绿针叶林，对应的古气候为温和湿润，而16.3m以下应为常绿及落叶针、阔叶林混合，对应的古气候为温暖湿润。结合得到的光释光年龄，古气候由7.9ka之前以常绿及落叶针、阔叶林组合为代表的相对温暖湿润转为1.9ka之后以森林型常绿针叶林为代表的相对温和湿润。

4 剖面蕴含的地质意义

本钻孔厚约23m的地层是在0.26～9.1ka BP期间沉积的。图6为这批样品的年龄与地层埋深关系图，三角形代表SAR法测年结果，菱形代表14C测年结果。显然，此阶地沉积并不是连续堆积，它主要堆积于0.26 ～1.9ka BP 和7.9 ～9.1ka BP 期间，而在 1.9 ～7.9ka BP 之间存在一个明显的沉积间断期或地层缺失。

全新世时全球气候环境曾发生过显著的变化，最为典型的是全新世大暖期，关于这一暖期的起讫时间，中外学者众说纷纭(彭晓莹等，2005)。施雅风先生等(1993)认为中国的大暖期在8.5～3ka BP间;日本高温期出现似乎较晚，在7.0～4.0ka BP(Tsukada，1988);Nilsson(1983)认为全新世高温期出现在8.0～2.3ka BP。若选择8.0 ～2.3ka BP 作为大暖期的起讫时间，这恰好与该剖面的沉积间断期1.9～7.9ka BP十分接近，那么可以看出在大暖期内，该剖面几乎没有或者极少接受沉积物。为什么会出现此情况?究其原因，极有可能是在大暖期内，长江河道发生摆动，致使在该剖面处的河漫滩相沉积物难以到达此处;而在距今1.9ka以后，长江河道又摆移至剖面附近，于是它又开始堆积新的沉积物。

需要指出的是，在15.95～16.95m段主要为灰色粉砂(图2)，可能为砂质河道沉积，其岩性和粒度均较上、下层位要粗，表明当时河道水动力相对较强。因此也不排除在大暖期内，长江水动力较强，将该剖面7.9ka BP之后堆积的沉积物冲蚀搬运掉而造成地层缺失。

图6 N06S2钻孔样品的年龄结果与地层关系图(包括SAR法、14C结果，图中年龄误差棒代表1σ范围;黑色直线为由年龄结果拟合得出的地层沉积速率)Fig.6 Plots of the ages as a function of depth(including the results of SAR and 14C，the error bar is 1σ;the solid line is the deposition rate inferred from age results).

依据实测的年龄数据与地层深度的关系，我们可以计算得到该钻孔剖面的沉积速率，依照速率的大小不同可以将该剖面分为3段:

第1段:1.1～2.6m，平均沉积速率约为1.32m/ka，沉积速率较慢，表明当时的物源补给相对不充分;

第2段:2.6～15.95m，平均沉积速率高达25.0m/ka，相比其它沉积物如黄土高原的黄土沉积速率0.3m/ka来说，其速率可谓十分惊人;

第3段:15.95～23m，平均沉积速率＞10.0m/ka，虽然比上段沉积速率减缓，但依然保持着较高的沉积速率，表明这一阶段沉积物来源比较充分。

杨达源等(1986，1990)曾对江西湖口至江苏镇江等地的长江下游近河口段两侧的河漫滩相沉积物厚度及其沉积速率变化进行了统计，结果显示，本河段全新世沉积有较高的沉积速率，如湖口附近达11.7m/ka(14C样品)，芜湖附近为5.0m/ka(14C样品)，远远超过河流河漫滩相沉积的正常厚度，他们通过与海平面升降关系进行对比后指出，长江下游近河口段大量泥沙淤积与海平面迅速上升形成涨潮流及其顶托作用，以及下游水面比降变小有密切关系。刘进峰等(2009)对长江一级支流秦淮河古河道沉积物的研究发现，在4.7ka BP至5.3ka BP间(此为采用新标定的 beta辐照剂量率重新计算后的结果)该河道快速堆积，平均沉积速率约为13.5m/ka。

本钻孔剖面研究表明，长江全新世河流阶地主要堆积于0.26～1.9ka BP和7.9～9.1ka BP期间，而在1.9～7.9ka BP之间即全新世大暖期内存在一个明显的沉积间断期或地层缺失，该间断有可能是因长江河道的摆动所致，也不排除后期的侵蚀作用所致。由此可看出，在全新世时期内，长江及其支流普遍存在一段快速堆积时期，只是各级支流及主河流的快速堆积期会有所差异，并且进一步证明了河流阶地的堆积受河道摆动或侵蚀下切影响极为明显。

5 初步认识

栖霞镇石埠桥村N06S2钻孔的测年结果表明，本批样品细颗粒石英的光释光信号较强，部分层位释光测年分辨率可达百年尺度。N06S2孔所处的长江全新世河流阶地沉积并非连续堆积，它主要堆积于0.26 ～1.9ka BP 和7.9～9.1ka BP 期间，而在1.9 ～7.9ka BP 之间存在一个明显的沉积间断期或地层缺失。该钻孔的孢粉分析结果表明，古气候由7.9ka BP之前的相对温暖湿润转为1.9ka BP之后的相对温和湿润。该钻孔除了2.6m以上外，岩心其它部分的沉积速率都比较快，可能对应于海平面的快速上升时期。在全新世时期内，长江及其支流普遍存在一段快速堆积时期，只是主河流与支流的快速堆积期会有所不同。

致谢 魏丽实验员帮助测量了样品的环境剂量率，在此表示感谢。同时，感谢审稿人提出的宝贵修改意见。

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THE AGES AND IMPLICATION OF
YANGTZE RIVER HOLOCENE TERRACE

LEI Sheng-xue1，2)CHEN Jie1)LIU Jin-feng1)YIN Jin-hui1)HOU Kang-ming3)WANG Chang-sheng1)
1)State Key Laboratory of Earthquake Dynamics，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
2)Earthquake Administration of Tianjin，Tianjin 300201，China
3)Earthquake Administration of Jiangsu Province，Nanjing 210014，China

The fluvial terrace has plenty of paleoclimate and paleoenviromental information which play an important role in paleoclimate and paleoenviromental researches.In this paper，we drilled a 42.85mlong core(N06S2)in 2007，which was located in the south bank of Yangtze River at Shifuqiao in Qixia district of Nanjing City.

Firstly，fine quartz grains(4 ～ 11μm)were extracted from bulk samples in dark room，and the quartz purity tests were conducted.The results show that purity can satisfy the experiment.All measurements were performed on an automated Daybreak 2200 TL/OSL system with blue(470±5nm)light stimulation and U-340 luminescence detection filters.Thick source alpha counting(TSAC)was used to measure the uranium and thorium concentrations.The potassium content was determined using flame spectrophotometer.

Secondly，the preheat plateau test and dose recovery test were performed on one sample using the SAR protocol.The results indicate that the fast component dominates the OSL signals.In preheat plateau test，identical Dein the thermal treat from 160 ～260℃ was observed，thus we use the preheat temperature of 220℃ for 10 seconds.The recuperation ratios of zero point are below 2%and the recycling ratios lie between 0.9 and 1.1.In dose recovery test，OSL signal sensitivity changes are well corrected.Tests of luminescence characteristics confirm the suitability of the material for OSL dating.

At last，samples from this drilling core were systematically dated by optically stimulated luminescence(OSL)dating method，and samples which contain organic matters were dated by AMS14C.The results show that the Devalues from the two methods accord with each other very well.However，OSL dating results show that there is a hiatus in this core，and the hiatus，which ranges from 1.9ka to 7.9ka，may be the result of change of Yangtze River's channel or the erosion of the river.The ages of the fluvial deposition mainly range from 0.26ka to 1.9ka and 7.9ka to 9.1ka，it could be attributed to the results of paleoclimate and sea levels change.Meanwhile，study results on pollen and spores show that the paleoclimate has changed from warm wet to temperate wet during the stage of hiatus.

Yangtze River terrace，OSL dating，SAR，14C dating，paleoclimate

P597

A

0253-4967(2011)02-0391-11

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.02.012

2011-04-11收稿，2011-05-17改回。

地震行业科研专项(200808015)和中国地震局地质研究所基本科研业务专项(DFIGCEA060821)共同资助。

* 通讯作者:陈杰，研究员，E-mail:chenjie@ies.ac.cn。

雷生学，男，1981年生，2008年在中国地震局地质研究所获地球化学专业硕士学位，助理工程师，现在天津市地震局监测预报中心工作，电话022-28130651，E-mail:studentlei 2000@163.com。