现代黄河三角洲叶瓣模式的Pb证据

发布网友发布时间：2022-05-01 03:13

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热心网友时间：2022-06-23 03:13

业渝光　薛春汀　刁少波

（地质矿产部海洋地质研究所）

提要　作者采用a谱技术测定了现代黄河三角洲ZK224孔岩心²¹⁰Pb的放射性含量，为现代黄河三角洲是由河道演化而形成的叶瓣体组成的模式，提供了有力的证据。实验结果表明ZK224孔14.7m以上部分的形成历史可分5期，3个为沉积期，2个为相对间歇期。第一沉积期（1926～1929年），平均沉积速率 v=2.17m/a；第二沉积期（1953～1960年），平均沉积率v=0.25m/a；第三沉积期（1964～1976年），平均沉积速率v=0.29m/a。

黄河三角洲的叶瓣模式是，河道的演化相应沉积了一套沉积物，组成三角洲的一个叶瓣，叶瓣依次叠置便形成三角洲，整个现代黄河三角洲是由12个叶瓣组成^[1]。按照这个模式，黄河三角洲上任一钻孔的岩心都应反映出这种叶瓣的叠置，由于绝大部分沉积物来自同一源地——黄土高原，难于在岩心中确定每一个叶瓣的层位，而²¹⁰Pb的放射性含量却可成为一个极好的标志。由于河口不断改变，某一地点沉积物的堆积速率不能一致，而且会出现沉积的相对中断，这样在²¹⁰Pb含量的剖面上也应出现一些“台阶”，这些“台阶”拐点的年代就是河口改变时的年代。本文测定了黄河三角洲ZK224孔岩心的²¹⁰Pb放射性含量，为现代黄河三角洲是由河道演化而形成的叶瓣（或舌状体）组成的模式，提供了有力的证据，并对沉积速率、沉积通量和三角洲的形成速率等一些有关的问题进行了讨论。

1　实验方法

实验方法基本同文献[2]中所记述的一样，据²⁰⁸Po示踪剂的定时测定，整个流程化学回收率70%左右。自镀在银片上钋同位素（²⁰⁸Po和²¹⁰Po）的a放射性用金硅面垒探测器连结256道脉冲幅度分析器（北京核仪器厂生产）测试，探测器的有效面积大约300mm²，能量分辨率40～50keV，探测凝率20%左右，每个样品一般测1000个计数以上。

2　取样地点及岩性描述

ZK224孔位于东营市河口区神仙沟和刁口流路之间的汀河屋子北西700m公路南侧（图1）。孔口高程1.17m，孔深30m。

从该孔岩心中采集了14个粘土质粉砂样品，分析²¹⁰Pb含量，各样品的采样位置及岩性见表1。

图1　现代黄河三角洲河道变迁及ZK224孔位图（据成国栋等，1986，加绘钻孔位置）　Fig.1　Map shoring the shifting of channel on the Huanghe River Delta and the site ZK 224(After Cheng,ct al.,1986)

1—1855.6～1889.3夺大清河入海；2—1889.3～1897.5由毛丝坨向东入海：3—1897.5～1904.6由朱家坨丝网坨向东偏南入海；4—1904.6～1917.7由老鸹嘴向北入海；5—1917.7～1926.6由大英铺等处入海；6—1926.6～1929.8由钓口向东北入海；7—1929.8～1934.8由宋春沟青坨子入海；8—1934.8～1953.7由甜水沟等处入海；9—1953.7～1960.8由神仙沟入海；10—1960.8～1964.1由四号桩附近入海；l1—1964～1976.5由钓口河入海；12—1976.5～1985由清水沟入海

表1　样品的岩性及²¹⁰Pb数据Table1　Lithology of samples and²¹⁰Pb data in core ZK224

续表

3　测试结果和讨论

样品中的总²¹⁰Pb含量及过剩的²¹⁰Pb含量列入表1，并标绘在以²¹⁰Pb含量的对数为纵轴，岩心深度为横轴的坐标内，除3^＃样品的²¹⁰Pb异常外，其他各点都较好，线性关系明

图2　ZK224孔²¹⁰Pb沿深度分布图　Fig.2 Distribution of²¹⁰Pb forcore ZK224

1—总²¹⁰Pb实测值；2—总²¹⁰Pb推测值；3—过剩²¹⁰Pb实测值；4—过剩²¹⁰Pb推测值

显（图2）。由图2可看出²¹⁰Pb含量的变化果然出现明显的“台阶”，这与J.N.Smith等（1980）在加拿大魁北克Saguenay峡湾所测定的76-3112,76-3113,76-3110,76-3109号柱状样的情况极为相似^[3]。他们对76-3112,76-3113号“台阶”形成的解释是，由于那些能产生高沉积速率因素的影响明显减弱的原因，如上游波浪产生的紊流等因素；76-3109和76-3110号的“台阶”是由于生物扰动而使“表层”沉积物混合的缘故。ZK224孔产生这种“台阶”的原因则和Saguenay峡湾相反，是黄河携带的大量泥沙在短时期内快速堆积所造成的。

3.1　河道的年代

根据放射性衰变公式导出年代公式

地质年代学理论与实践

式中，I₀为²¹⁰Pb的初始放射性强度，用dpm/g表示；I为经过时间t后的²¹⁰Pb的放射性强度，用dpm/g表示；t为时间，用a表示；τ为²¹⁰Pb平均寿命，32.3a。

我们可求出各次河道变迁的年代。由于表层缺样，而且有人工挖掘的情况，以表层的²¹⁰Pb值定为²¹⁰Pb的初始值，显然不妥。我们以第4号样品的²¹⁰Pb含量为基准，此时是第9次河道变迁的开始年代，即1953年。第一“台阶”甚为平直，²¹⁰Pb含量间差异很小，故用第一“台阶”的6个²¹⁰Pb含量的平均值代入式（1）计算出第一个“台阶”的年代为1926年。已知第9次河道变迁的结束年代为1960年，求出此时的²¹⁰Pb含量为1.78dpm/g。其后黄河第10次河道变迁由四号桩附近入海。此时为1960.8～1964.1 ZK224孔不应有大量的沉积物堆积。

3.2　3^＃样品的异常

3^＃样品的²¹⁰Pb含量为0.53dpm/g，比本底平均值0.85dpm/g还低，是一个异常值。为了慎重起见，我们对同一样品在不同的化学条件下做过4次²¹⁰Pb测定，结果基本一致。那么，这个异常是如何产生的呢？只要黄河在ZK224孔附近经过，大量的泥沙就淤积在这里，²¹⁰Pb含量总是要大于携带来的陆源物质的本底值。从岩心的颜色可确定13^＃、14^＃样品是海相沉积物，我们曾做过14^＃样品下1m处的一个¹⁴C测年，为8180±95a，那时还没有受到黄河携带泥沙的入海充填，看来11^＃、12^＃、13^＃、14^＃样品求出的²¹⁰Pb平均本底值是合理的。夏明等（1983）分析渤海锦州湾（渤－2）样品时也曾出现过这样的数据，0.53±0.03dpm/g^[2]。有可能3^＃样品这一层粘土质粉砂不是来自于黄河，我们推测这个异常是在1960.8～1964.1黄河第10次河道变迁由四号桩附近入海时产生的，此时黄河携带的陆源物质距ZK224孔较远，没有在此处堆积。若按同样情况的1929～1953年间的沉积速率计算，1960.8～1964.1期间的这个异常在岩心中的深度应为5.65±0.07m。

3.3　沉积速率和沉积通量

沉积速率可用下式计算

地质年代学理论与实践

式中，V为沉积速率，用m/a表示；L为岩心的长度，用m表示；T为时间，用a表示。

从图2可看出5^＃～10^＃样品间的²¹⁰Pb值几乎相等，成一直线，由式（1）计算出第一“台阶”的年代为1926年。据历史记载这里应为1926～1929年。由于样品的粒度不均，测定的样品中²¹⁰Pb值一定会受一些影响，示踪剂²⁰⁸Po的不确定度小于3%，也有一定的影响。究竟是1926年还是1929年，是1a还是3a堆积的沉积物，这并不重要，重要的是这段沉积物是第6次河道变迁的产物。计算出各段的沉积速率列入表2中。应该指出的是，由于黄河的水、沙量变化都很大，沉积速率随年月而不同，求出的沉积速率皆是各个时期的平均沉积速率。

沉积通量可由下式求出

地质年代学理论与实践

式中，ω为沉积通量，用t/m²表示；v为沉积速率，用m/a表示；p为未含水的岩心平均密度，用t/m³表示。ZK224孔位于陆地上，和海洋中箱式取样器的岩心相比，要长得多，而且多为粘土质粉砂，早已压实，含水量较少，基本上不存在海洋样品的压实效应和校正深度等问题，故p取2.5t/m³，计算出各个沉积时期的沉积通量，列入表2中。

表2　ZK224孔沉积速率和沉积通量　Table2 Sedimention rate and flux in core ZK224

以年代为纵坐标，岩心深度为横坐标，把各个时期标绘图3中，ZK224孔14.7m以上岩心的形成可分为5个时期，3个叶瓣形成期（Ⅰ、Ⅲ、V）,2个相对间歇期（Ⅱ、Ⅳ），该处的三角洲是由三角洲上的第6(1926～1929年），9(1953～1960年），11(1964～1976年）河道形成的3个叶瓣所组成。由于不同时期ZK224孔相对于河口位置以及每一段岩心形成时水深不同，使各个时期的沉积速率和沉积通量变化甚大，最高沉积期和相对间歇期竟相差近60倍。

3.4　估算三角洲的形成速率

知道黄河的输沙量，由沉积通量可估算出三角洲的形成速率，现以第11次河道变迁为例。由水文资料得出1964.1～1976.5期间黄河的总输沙量为13.845×10⁹t，平均每年输沙1.123×10⁹t，假定把一个叶瓣理想地看成一个圆柱体，用沉积通量ω＝0.735t/m²去除平均每年的输沙量，就可得出此期间三角洲形成的面积为1528km²，三角洲每年平均增长1.8km。这个形成速率和野外调查的每年2km的结论基本一致^[1]，因为是按圆柱体计算，比实际的叶瓣（舌状体）小是在意料之中。

若已知叶瓣的范围，根据沉积通量反过来可以估算出各个河道变迁期的年平均含沙量。

图3　ZK224孔的深度和年代关系图Fig.3²¹⁰Pb age versus depth in core ZK224

4　结束语

由ZK224孔的²¹⁰Pb剖面可看出，²¹⁰Pb技术在现代黄河三角洲的应用前景十分广阔。它可以确定出三角洲是由哪几次叶瓣组成的，可以计算出三角洲形成各个时期的沉积速率和沉积通量，还可以估算出三角洲的形成速率。这些应用不仅有利于现代黄河三角洲的研究工作更加深入，而且对三角洲的经济建设也有实际意义。就²¹⁰Pb地质年代学而言，在具有详细历史记载的三角洲这样一个大实验室里，结合其他测试手段和野外调查的结果也可使其自身更加完善。

工作中得到成国栋同志的指导和帮助，并审阅全文，在此表示衷心感谢。

参考文献

[1]成国栋等。1986．现代黄河三角洲河道演变及垂向序列，海洋地质与第四纪地质，第6卷，第2期，1～12页

[2]夏明等，1983．铅－210年代学方法和珠江口。渤海锦州湾沉积速度的测定，科学通报，第5期，291～295页

[3]Smith,J.N.and walton,A..1980.Sediment accumulation rates and geoehronologiesmeasured in the Saguenay Fjord using the Pb-210 datingmethod.Geochimica et Cosmoehimica Acta,Vol.44,No.2,pp225～239

（海洋地质与第四纪地质，1987.4，第七卷（增刊），75～80页）