长江三角洲-苏北盆地上新统沉积物源判别及对水系演化的指示

As the major depocenters in East China during the late Cenozoic, the Changjiang Delta and its adjacent area (the Northern Jiangsu plain) have been continuously fed by the sediments sourced from various river basins, with the terrigenous sediment thickness reaching several hundreds of meters since the Pliocene. Serving as an ideal archive, this depocenter preserved valuable information on sediment sources in relation to landform and river evolution. Most previous studies suggest that the sediment provenance of the Pliocene strata in the Changjiang Delta was mainly originated from the local area, while the sediment provenance of the North Jiangsu plain in the same time period is controversial. Our heavy mineral analysis indicates strong chemical weathering in the Pliocene with high content of stable minerals (ilmenite, zircon and tourmaline) and altered minerals (limonite and leucoxene). So, in this sediment environment, provenance analysis firstly needs make sure the creditability of discrimination index. On the basis of these previous studies on the provenance of the Changjiang Delta and on the river sediment compositions, we attempt to measure magnetite morphology features, zircon geochronology and geochemical properties of magnetite-garnet in the core sediments from the delta and the Northern Jiangsu basin, aiming to identify sediment provenance of the Pliocene strata. Combining with the previous research results about the Quaternary environmental changes, this project will contribute to the understanding of river system development and the mechanism of the sediment provenance evolution.

上新世以来，长江三角洲和苏北盆地广泛发育一套松散陆源沉积地层，它对研究新构造运动控制下的盆地演化及长江等河流水系发育演变具有重要意义。大量研究揭示三角洲南翼上新统沉积物以近源为主，但同期北翼及苏北盆地沉积物源研究不足，制约了对中国东部上新世以来区域地貌和河流水系境演变的整体认识。前期碎屑重矿物分析表明，上新统地层中存在大量蚀变矿物（褐铁矿、白钛石）和稳定原生矿物（锆石、电气石及金红石），指示这一时期的化学风化强烈。因此，研究该时期沉积物源时，需要选择能减少风化影响的可靠指标。在前人对长江等河流沉积物组成和三角洲地区沉积物源的大量研究基础上，并借鉴国际前沿的沉积物源研究方法，本课题拟开展上新统地层中稳定单矿物的晶体形态、元素组成和锆石Pb/Hf年代学分析，判别长江三角洲和苏北盆地上新统沉积物的来源；结合第四系沉积物源和古环境研究成果，探讨长江等河流水系演化对三角洲南北两翼沉积物源演变的控制。

本项目以长江三角洲-苏北盆地晚新生代地层多个钻孔为研究对象，应用宽粒级、多指标的研究方法，综合对比分析研究区上新世以来沉积物物源演化，探讨区域构造、沉积环境演变及河流水系演化。项目的主要进展包括：（1）长江三角洲-苏北盆地晚新生代地层的物源时空差异明显，碎屑锆石年龄谱系揭示上新世期间苏北盆地物源复杂，主要来自盆地局地滨海隆起区、苏鲁山区、华北克拉通、江淮地区及宁镇山脉；而同期的长江三角洲物源表现为鲜明的局地特征。第四纪以来，研究区开始出现类似于现代长江物源信号，但长江三角洲南部地区在1.2Ma才出现类似信号。（2）长江三角洲上新世地层富含稳定重矿物（锆石、电气石）、风化蚀变矿物（褐铁矿、白钛石）及自生锰矿，不稳定重矿物含量很少（均值为5%左右），指示区域在上新世期间化学风化强烈。第四纪以来，地层中不稳定重矿物角闪石陡增至40%左右，而稳定重矿物和蚀变矿物锐减，指示这一时期化学风化较弱。（3）上新世强烈风化期间，长江三角洲不稳定重矿物角闪石晶面坑蚀严重，而稳定重矿物电气石则几乎不受影响。电子探针测试结果表明，不同程度的风化条件下，不同种类的单矿物常量元素Si、Fe、Mn、Al、Mg、Ti、Na等均未出现明显变化。此外，单矿物的晶体形态和元素在不同风化条件下的特征也未受到粒度大小的影响。本项目深化了对长江三角洲-苏北盆地物源演化的认识，初步揭示了强烈风化作用对物源指标可靠性的影响，研究结果为整体认识中国东部上新世以来区域构造运动、地貌变动及河流水系演变提供理论依据。