晚更新世以来杭州湾沉积物黏土矿物特征及其古环境意义

黄冬琴，高秦，厉子龙*，杨师航，洪晨，Piotrowski A M，孙淼军，李川

（1.浙江大学海洋学院，浙江 舟山 316021；
2.杭州国海海洋工程勘测设计研究院，浙江 杭州 310012；
3.浙江大学 地球科学学院，浙江 杭州 310027；
4.剑桥大学 地球科学系，英国 剑桥 CB2 3EQ；
5.中国电建集团华东勘测设计研究院，浙江 杭州 310014）

晚更新世以来杭州湾沉积物黏土矿物特征及其古环境意义

黄冬琴1，高秦1，厉子龙1*，杨师航2，洪晨3，Piotrowski A M4，孙淼军5，李川1

（1.浙江大学海洋学院，浙江 舟山 316021；
2.杭州国海海洋工程勘测设计研究院，浙江 杭州 310012；
3.浙江大学 地球科学学院，浙江 杭州 310027；
4.剑桥大学 地球科学系，英国 剑桥 CB2 3EQ；
5.中国电建集团华东勘测设计研究院，浙江 杭州 310014）

通过对杭州湾南岸HZW1907长84 m及甬江口YJ19-02长9 m柱状样进行粒度分析、X射线衍射（XRD）分析，研究了沉积物粒度变化、黏土矿物特征，探讨杭州湾地区晚更新世以来源区风化程度、水动力条件变化、物质来源及环境演变情况。根据岩性粒度特征及黏土矿物变化规律，将HZW1907柱状样划分为4个沉积阶段：阶段1（0～26 m）、阶段2（26～49 m）、阶段3（49～70 m）、阶段4（70～84 m）。阶段4和3处于晚更新世至早全新世，沉积物以粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂为主，处于湖泊河床相、泛滥平原相沉积，水动力条件较强。阶段4黏土矿物组合较复杂，高岭石、蒙皂石占比异常高，阶段3以伊利石—绿泥石—高岭石—蒙皂石组合类型为主，2个阶段沉积物受钱塘江物质输入影响巨大，同时部分受长江物质影响，气候环境由温暖湿润转为温凉偏湿，源区经历较强风化过程。阶段2和1沉积物主要由粉砂组成，粒度较细，水动力条件较弱，处于近岸潮坪相及河口湾相沉积，黏土矿物组合类型均以伊利石—绿泥石—高岭石—蒙皂石为主，指示全新世（约10.8 ka BP）以来杭州湾沉积物主要受长江物质输入影响，经历温凉偏湿—冷凉干燥的环境，源区风化程度较弱。甬江口YJ19-02柱状样沉积物类型为粉砂及砂质粉砂，水动力条件较弱，黏土矿物组合类型为伊利石—绿泥石—高岭石—蒙皂石，沉积物主要由长江物质输入，处于相对稳定、偏寒冷干燥的环境，源区风化过程较弱。柱状沉积物粒度、黏土矿物在垂向上的变化及组合特征为研究区及邻区沉积物的物质来源及古环境状况提供了有效指示。

杭州湾；
黏土矿物；
物质来源；
古环境；
晚更新世

黏土矿物大多是在一定物化条件下源区母岩经风化形成的产物，是海洋和河流沉积碎屑的主要组成部分，特别是在浅海沉积物中占沉积总量的30%以上［1］，是河口和海洋沉积物物源指示的重要手段［2-5］，在海洋沉积物研究中具有重要地位。黏土矿物颗粒细小（一般小于2 μm），成分不一，分布广泛，具类质替换等特点，且成因多样，以风化为主［6］，受物源、水动力条件、风化程度和沉积过程等因素影响和制约，其对物源区气候变化非常敏感，可作为指示物源区气候变化的指标［2-6］。国内学者利用黏土矿物分析了东海、长江、浙江沿岸海域沉积物来源、沉积环境、气候变化等，并取得了较大进展［7-10］。

杭州湾属强潮型河口湾，是我国沿海地区厚度相对较大且典型的海陆交会沉积区之一［1］。晚更新世以来，包括杭州湾在内的中国海域受海侵与海退、气候变化、末次冰期等的影响，形成了较复杂的沉积环境［7，11-12］。杭州湾沉积物主要来自钱塘江和长江径流运输和潮汐作用携带的东海海底侵蚀［1］，在沉积过程中易受强大潮流和沿岸流作用，如长江径流（CDW）、东海沿岸流（ECSCC）、黄海沿岸流（YSCC）等［13］（图1）的影响。受地形、物源、水动力条件影响，湾内底质主要为粉砂质和黏土质沉积物［14］。

前人对杭州湾和甬江沉积物，开展了沉积动力特征、沉积物重金属含量、生态环境评价、分布特征、沉积物运输通量、泥沙运移趋势等研究［13-17］，主要集中于对浅表层沉积物的研究，对深部钻孔岩芯沉积物的粒度参数分布特征、沉积物来源、沉积动力环境和沉积物黏土矿物在垂向上的变化研究尚不多。笔者以杭州湾南岸HZW1907及甬江口YJ19-02柱状样沉积物为研究对象，借助粒度分析、X射线衍射（XRD）分析等手段，探讨沉积物中黏土矿物的占比、组合特点、垂向变化以及沉积物粒度分布特征，揭示源区风化强度、水动力条件，并追踪沉积物物质来源、分析古环境变化情况。

杭州湾，位于浙江省东北部，长江三角洲南翼，毗邻我国东海（图1），钱塘江、曹娥江、甬江注入其中，是典型的漏斗状强潮型河口海湾［1］，潮汐范围宽，潮流强，潮汐、潮流是杭州湾泥沙搬运的主要动力［1，14］。杭州湾的形成与长江来沙、长江三角洲的伸展和宁绍平原成陆密切相关。在洋流、沿岸流及潮汐作用下，长江泥沙向东南方向不断淤积，形成了现今的长江三角洲雏形，其又与浙闽丘陵包夹形成具有喇叭口的杭州湾雏形，因此，长江口泥沙是杭州湾沉积物的主要物质来源，沉积速率受长江影响较大［14］。

甬江为浙江省八大水系之一，位于杭州湾南翼，由奉化江和姚江汇集而成，其河流由西南流向东北，通过甬江入海口汇入东海。甬江入海口呈喇叭状，潮汐现象明显，入海径流属于山溪性强潮河流，距离短、径流量小，为顺岸的往复流。甬江泥沙主要来自北部海域，悬沙和底质以黏土质粉砂沉积物为主［15］。

（a） 区域环流模式 （b） 钻孔位置流系：CDW-长江冲淡水；
YSCC-黄海沿岸流；
ECSCC-东海沿岸流；
YSWC-黄海暖流；
TWC-台湾暖流；
KC-黑潮。Current system：
CDW-Yangtz River diluted water；

YSCC：
Yellow Sea coastal current；

ECSCC-East China Sea coastal current；

YSWC-Yellow Sea warm current；

TWC-Taiwan warm current；

and KC-Kuroshio current.

2.1 样品采集

HZW1907与YJ19-02柱状样为课题组2019年在华东勘测设计研究院海洋工程平台勘查时采集，分别采自杭州湾南岸和甬江口，两地的经纬度分别为30°24apos;16apos;apos; N，121°29apos;50apos;apos; E和29°58apos;40apos;apos; N，121°46apos;40apos;apos;E（图1）。现场将柱状样分割为1 m高的样品，避光密封保存，带回实验室后冷冻保存，以便后期分析。HZW1907柱状样总长84 m，共82个样品（缺2 m和3 m处的样品）。YJ19-02柱状样总长约9 m，共9个样品。对所有样品进行粒度与黏土矿物分析。

2.2 分析方法

2.2.1 粒度分析方法

按照《海洋调查规范第8部分：海洋地质地球物理调查》（GB/T 12763.8—2007）要求，对HZW1907及YJ19-02柱状样进行粒度分析，实验在浙江浙勘检测有限责任公司进行。用国产BT-2002激光粒度分布仪分析测量沉积物，进样方式为电磁振动进样，气体压力为0.1～0.8 MPa，气体流速为400～6 000 L·min-1，测试范围为1～2 600 μm，测量值相对误差及偏差均小于3%。实验得到柱状样不同深度的粒度数据，用FOLK等［18］的分类命名法对沉积物命名。

2.2.2 黏土矿物分析方法

XRD是分析黏土矿物最主要、最传统的方法，既可定性地判断黏土矿物的组成，又可定量或半定量地计算黏土矿物的占比［19］。黏土矿物预处理过程如下：称取约10 g样品于烧杯中，加去离子水溶解、搅拌，静置1 d左右，将上层清液倒掉。在剩余样品中加入适量H2O2，去除有机质，搅拌静置，待气泡不再产生后离心洗去H2O2，根据Stokes沉降定律，提取粒度小于2 μm的悬浊液。加入10 mL浓度为1 mol·L-1的HCl溶液使样品絮凝沉淀，离心、洗酸至中性。采用刮片方法制成自然片（记为N），对其进行XRD分析，然后用同一定向片在55 ℃下烘7 h，得到乙二醇饱和片（记为EG），再进行XRD分析。对处理后的EG片加热至550 ℃，2 h后得到加热片（记为H），冷却至室温后进行XRD分析。XRD分析在浙江大学海洋学院实验中心完成，测试仪器为荷兰Xapos;Pert3 Powder X射线衍射仪，仪器参数：Cu靶，工作电压为40 kV，工作电流为40 mA；
衍射条件：防发散狭缝（DS）为1/16，防散射狭缝（SS）为1/8，步长为0.013°（2θ），扫描角度为3°～30°（2θ），扫描速度为0.042 °·s-1。

利用MDI Jade 6.0软件分析样品的X射线衍射图谱，得到所有衍射峰的位置及强度，用BISCAYE［20］半定量法分析数据。黏土矿物占比由各黏土矿物（001）晶面衍射峰的峰面积比求得。将EG片的17 Å，10 Å，7 Å衍射峰强度分别与半高宽（FWHM）相乘，得到蒙皂石、伊利石、高岭石+绿泥石的峰面积，再分别将峰面积与各权重因子（1，4，2）相乘。高岭石和绿泥石的占比由3.58 Å与3.54 Å对应的衍射峰的峰高比求得。伊利石化学指数（CI）为EG片XRD图谱中伊利石（002）主衍射峰（5 Å）和伊利石（001）主衍射峰（10 Å）的峰面积比［5］。

AMS14C测年在美国BETA实验室完成，年龄数据为常规年龄。

3.1 岩性及粒度特征

对HZW1907及YJ19-02孔沉积物进行粒度分析，得到沉积物粒度中值、分选性与深度的关系以及不同深度砂（0.063 0～2.000 0 mm）、粉砂（0.003 9～0.063 0 mm）、黏土（lt;0.003 9 mm）的相对含量，发现其沉积物具有明显的沉积韵律，自下而上粒度呈粗—细—粗变化，如图2（a）所示。HZW1907孔沉积物以粉砂为主，底部含少量砂，不含砾，而YJ19-02孔沉积物为粉砂和砂质粉砂，如图2（b）和（c）所示。

图2 HZW1907与YJ19-02孔沉积物粒度特征Fig.2 Grain-size characteristics of sediments in the cores HZW1907 and YJ19-02

利用AMS14C定年及地层对比法，在搜集整理前人研究成果的基础上，建立完整的HZW1907孔年代框架（图3）。根据HZW1907孔沉积物岩性、AMS14C测年、粒度、黏土矿物特征及前人对附近钻孔样的研究，将岩芯划分为4个阶段：阶段1（0～26 m）、阶段2（26～49 m）、阶段3（49～70 m）、阶段4（70～84 m），对应沉积相分别为河口湾相、近岸潮坪相、泛滥平原相及湖泊河床相。

图3 杭州湾南岸HZW1907孔年代框架及水动力变化Fig.3 Age frame and hydrodynamic variation of the core HZW1907 on the south bank of Hangzhou Bay

由图3和表1可知，阶段4的沉积物岩性主要为灰绿色粉砂、青灰色砂质粉砂，含少量砂和粉砂，粒度较粗，粒度中值为7.8～270.8 μm，分选性较差，属于湖泊河床相。

阶段3的沉积物岩性主要为黄褐色粉砂质砂及少量黄褐色粉砂，粒度中值为9.5～203.0 μm，砂含量增加，平均粒径最大，分选性差，属于泛滥平原相。

阶段2的沉积物岩性主要为灰褐色粉砂及黄灰色泥，粒度中值为3.1～19.0 μm，该段平均粒度最小，分选性好，黏土含量高，最高可达71%，富含有机质，属于近岸潮坪相。

阶段1的沉积物岩性均为灰褐色粉砂，粒度较细，粒度中值为9.1～31.1 μm，分选性较好，偶见贝壳碎片，属于河口湾相。

YJ19-02孔沉积物粒度参数在垂向上较均一，分选性较好，粒度中值为9.3～41.3 μm，均值为24.6 μm，沉积物岩性主要为灰褐色粉砂和砂质粉砂。

表1 HZW1907与YJ19-02孔沉积物粒度参数Table 1 Grain-size parameters of sediments in the core HZW1907 and YJ19-02

3.2 黏土矿物垂向变化及组合特征

对比分析N，EG，H片，得到3种衍射曲线（图4），通过XRD谱线对沉积物中黏土矿物的组分进行识别。高岭石、绿泥石和伊利石的N、EG片衍射峰未发生变化。在550 ℃下，高岭石晶格被破坏，衍射峰消失，绿泥石在14 Å，7 Å，3.54 Å的峰强度大大减弱甚至消失。蒙皂石的N片在15 Å衍射峰移至EG片的17 Å，在加热状态下，15 Å与17 Å处的衍射峰转移至10 Å。在3种情况下伊利石在10 Å的衍射峰峰位均不变，在加热状态下10 Å处衍射峰增强。这些现象反映了沉积物中存在高岭石、绿泥石、伊利石、蒙皂石4种黏土矿物。通过对比N片和EG片的XRD谱线，可得到各黏土矿物的占比。

图4 HZW1907及YJ19-02孔黏土矿物典型XRD图谱Fig.4 Typical X-ray diagram of clay minerals in the cores HZW1907 and YJ19-02

3.2.1 黏土矿物垂向变化特征

HZW1907及YJ19-02孔沉积物黏土矿物占比如表2和图5所示，其中，S/I为蒙皂石/伊利石。在杭州湾HZW1907孔沉积物中，阶段4，黏土矿物变化幅度较大，蒙皂石、高岭石的占比呈异常高值，最高均达42%，伊利石、绿泥石的占比相对较低，分别为33%～63%和3%～12%，平均值分别为41%和8%。阶段3，绿泥石占比仅次于伊利石，蒙皂石占比相对较小甚至为零，自下而上呈微弱增加的趋势，高岭石占比自下而上呈微弱减小的趋势。阶段2，伊利石、绿泥石的占比较阶段3有所增加，自下而上呈先减小后增加的趋势，高岭石、蒙皂石的占比相对减小。阶段1，黏土矿物各参数变化相对较小，伊利石为优势矿物，占比平均值为72%，在10 m处达最大值82%。

表2 HZW1907及YJ19-02孔沉积物黏土矿物组合Table 2 Clay mineral assemblages of sediments in the cores HZW1907 and YJ19-02

甬江口YJ19-02孔沉积物黏土矿物各参数随深度的增加变化较小。伊利石占比最高，达66%～74%，平均值为71%。其次是绿泥石和高岭石。蒙皂石占比最小，为3%～6%，平均值为5%。

图5 HZW1907与YJ19-02孔各黏土矿物占比及变化特征Fig.5 The relative contents and parameter changes of clay minerals in the cores HZW1907 and YJ19-02

3.2.2 黏土矿物组合特征

根据柱状沉积物中各黏土矿物占比，将HZW1907孔沉积物黏土矿物分为9种组合类型（图6）。阶段4的组合类型为伊利石—蒙皂石—绿泥石—高岭石（Ⅳ型）、伊利石—高岭石—蒙皂石—绿泥石（Ⅴ型）、蒙皂石—伊利石—高岭石—绿泥石（Ⅵ型）、高岭石—伊利石—绿泥石—蒙皂石（Ⅷ型）、蒙皂石—高岭石—伊利石—绿泥石（Ⅸ型）。阶段3的组合类型主要为伊利石—绿泥石—高岭石—蒙皂石（Ⅰ型）、伊利石—绿泥石—高岭石（Ⅱ型），含少量伊利石—高岭石—绿泥石—蒙皂石（Ⅶ型）。阶段2的组合类型为Ⅰ型、Ⅱ型。阶段1的组合类型主要为Ⅰ型、Ⅱ型和伊利石绿泥石—蒙皂石—高岭石（Ⅲ型）。

图6 HZW1907孔黏土矿物组合类型Fig.6 The types of clay mineral assemblage in the core HZW1907

HZW1907孔沉积物黏土矿物的组合类型以Ⅰ型为主，占比最高，达57%，Ⅱ型次之，均主要分布于0～70 m，Ⅲ型仅分布于0～26 m，Ⅳ～Ⅸ型占比很小，分布于70～84 m。甬江口YJ19-02孔沉积物黏土矿物组合类型单一，为Ⅰ型。

4.1 沉积动力环境

沉积物粒度特征、参数对沉积物搬运、水动力条件、物源及沉积环境等具有很好的指示作用［23］。利用PEJRUP［24］提出的三角图解反映HZW1907和YJ19-02孔沉积物在垂向上的沉积水动力分区（图7）。将图分为4个部分（a～d），用以反映水动力条件逐渐减弱。进一步根据含砂量，将每个剖面划分为4个等级（A～D）。因此，将三角图分为16组。晚更新世以来，海平面总体呈现上升趋势［11］，研究区岩芯沉积物粒度总体表现为自下而上逐渐变细。HZW1907孔沉积物在阶段4主要分布于C- a区，在阶段3主要分布于B- b，D- a，D- b区，在阶段2分布于D- c，D- b区，在阶段1主要分布于D- a区，表明杭州湾沉积物在湖泊河床相和泛滥平原相粒度较粗，水动力较强，搬运介质的扰动强度相对较大，处于相对高能且不稳定的沉积环境；
沉积物在近岸潮坪相和河口湾相粒度较细，砂含量减少，沉积动力减弱，处于低能且稳定的沉积环境［25］。YJ19-02孔沉积物主要分布于C- a，D- a，D- b区，反映了甬江口沉积物粒度变化小且沉积连续，细粒沉积物形成于低能、稳定的沉积环境，且水动力条件较弱［25］。

图 7 HZW1907与YJ19-02孔沉积水动力分区Fig.7 The sedimentary dynamic partition in the cores HZW1907 and YJ19-02

4.2 沉积物物源及古环境

4.2.1 沉积物物源

海洋沉积物中黏土矿物为主要来源为陆源碎屑和自生作用［2］。研究区位于浙江沿岸，为河口岸沉积环境，陆源供应充足，水动力条件复杂，不利于自生黏土矿物的形成，因此杭州湾及甬江口沉积物中黏土矿物基本来自陆源［26］。从杭州湾及甬江口的地理位置和潜在源区来看，主要源区可能是长江、钱塘江、东海。晚更新世以来，以长江、黄河为主要输入物源的区域其沉积物黏土矿物占比、组合类型等相对稳定，无明显变化［6-8，27-28］。东海、长江、杭州湾沉积物中黏土矿物组合类型主要为Ⅶ型或Ⅰ型［6-7，27］，黄河沉积物中黏土矿物组合类型主要为Ⅳ型［8，28］。为探讨杭州湾及甬江口沉积物物源，将潜在源区及邻近河流沉积物黏土矿物与研究区黏土矿物成分作三角图（图8）进行对比。

图 8 我国东南部各主要河流物质与研究区沉积物黏土矿物组合分布三角图解Fig.8 Ternary diagram of clay mineral distribution in the sediments of major rivers in SE China and study areas

阶段4对应晚更新世时期，黏土矿物组合复杂多样。该阶段伊利石占比较低，最小值为33%，高岭石占比较高，整体高于绿泥石，蒙皂石占比呈异常高值，最大值为42%，如图8（a）和（f）所示，周围潜在源区（长江、钱塘江、甬江等）蒙皂石占比均偏低（0～10%）［4，9，27］，黏土矿物占比变化与前人［9，27］所认为的长江源物质中黏土矿物相对稳定的认识不同，这不能简单地用物源混合解释，笔者推测该阶段黏土矿物占比变化较大的原因可能是由于在沉积过程中4种黏土矿物发生了分异和相互转化。另外，朱凤冠［7］通过研究东海地层发现，在间冰期，高岭石与蒙皂石富集，伊利石与绿泥石减少，HZW1907孔沉积物在该阶段处于玉木冰期亚间冰期，气候回暖，这也能解释蒙皂石和高岭石呈异常高值的原因。

阶段3对应晚更新世至早全新世时期，此阶段海平面持续波动上升，在2.5 ka BP出现大规模海退，黏土矿物组合类型以Ⅰ型、Ⅱ型为主。黏土矿物组分介于长江和钱塘江物质之间（图8（b）和（f）），说明物质来源发生了变化，除受钱塘江物质影响外，还受长江物质影响，海平面升降变化影响沉积物陆源物质输入。同时，该阶段水动力条件较强，沉积物粒度较粗，分选性较差，黏土粒度较粗，说明碎屑物质很可能未经长距离搬运，主要来自钱塘江、甬江等邻近河流。

阶段2对应全新世早中期，此阶段海平面急剧升高，黏土矿物组合类型以Ⅰ型、Ⅱ型为主，相比阶段3变化不大。黏土矿物与长江物质接近，蒙皂石占比大多小于10%，甚至为0，符合类长江型沉积物黏土矿物特征（图8（c）和（f））。综上所述，海平面的升高导致大陆来源物质减少，沉积物主要来源于长江物质。

阶段1对应全新世中晚期，水动力条件较弱，黏土矿物组合类型以Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型为主，且蒙皂石的占比大部分小于10%，伊利石的占比大于60%，黏土矿物组合类型与长江物质最接近（图8（d）和（f）），符合类长江型沉积物黏土矿物组合特征［27］，沉积物受长江物质来源影响较大。

甬江口YJ19-02孔沉积物水动力条件较弱，黏土矿物垂向上变化不大，伊利石占主导，蒙皂石占比最低，黏土矿物组合类型为Ⅰ型，其黏土矿物属类长江型沉积物（图8（e）和（f）），与全新世以来杭州湾的沉积物分布范围相似，可判断沉积物主要来源于长江物质。

杭州湾、甬江等浙江沿岸流域源岩类型复杂多样，与长江流域中沉积物的黏土矿物相似［26］。同样根据杭州湾、甬江口以及各流域沉积物S/I与高岭石+绿泥石（K+C）的关系（图9）判断沉积物物源。总体看，在晚更新世至早全新世期间，HZW1907孔沉积物受钱塘江物质影响巨大，同时部分受长江物质影响。自全新世（约10.8 ka BP）以来，沉积物主要来自长江，这与张霞等［22］对杭州湾顶部SE2孔沉积物的物源分析结果较一致。

图9 中国东南部各主要河流与研究区沉积物黏土矿物参数Fig.9 The clay mineral parameters in the sediments of major rivers in SE China and study areas

4.2.2 古环境

黏土矿物作为常见的物源指示剂，其组合特征、矿物含量及垂向上变化等可较好地反映源区母岩与源区冷、暖周期性气候变化［6］。黏土矿物的形成和转化受气候因子（温度、湿度）影响［5］。高岭石主要形成于温暖潮湿的弱酸性沉积环境，水在酸性条件下与长石、云母等富铝硅酸盐岩反应或由蒙皂石退化而成。蒙皂石为碱性及寒冷气候环境的指示物［2，27］，由高岭石转化而来，随埋藏深度的增加，蒙皂石在K+作用下易脱水转化为伊利石。伊利石和绿泥石主要存在于碱性、寒冷、干燥的沉积环境，当水介质条件发生变化时两者可相互转化［27］。

通常，由于沉积物中单种黏土矿物在运输过程中易稀释，很难用单一黏土矿物的占比变化反映环境变化，因此利用黏土矿物组合类型、分布规律及CI、S/I、蒙皂石/高岭石（S/K）等参数反映沉积物物源、气候环境及化学风化强度［6，9，25，37］。伊利石是黏土矿物中最稳定的矿物之一，一般由陆源形成［27］。CI可反映不同气候背景下源区伊利石的风化程度，是判断沉积物风化程度及沉积环境变化的重要指标［5，37］。当CIgt;0.5时，为受高风化、强水解的富Al伊利石，说明黏土矿物经历了强烈的风化作用；
当CIlt;0.5时，为未风化的富Fe—Mg伊利石，是物理风化的结果［37］。黏土矿物特别是伊利石与高岭石、蒙皂石占比的变化提示物源和沉积环境发生变化，因此S/I可反映气候对源区侵蚀过程的影响，S/K可反映气候冷暖、干湿的变化［3］。

对于HZW1907孔沉积物，阶段4总体处于晚更新世的玉木冰期亚间冰期，气候回暖［38］。此阶段沉积物粒度较粗，水动力条件较强，沉积动力环境复杂，黏土矿物各物质占比及组合特征在垂向上变化较大。蒙皂石与高岭石的占比异常高，而伊利石与绿泥石的占比减少，反映处于相对温暖湿润的环境。沉积物中CI为0.33～1.94，大多高于0.5，平均值为0.83，以富Al伊利石为主，说明沉积环境具有较强的水解作用［37］。S/I的变化范围较大，为0.21～1.25，平均值为0.73，反映该阶段沉积环境较复杂，风化程度波动较大，源区经历了较强的风化过程。汪品先等［38］对东海、上海等地玉木冰期亚间冰期（24～39 ka BP）的沉积物进行了分析，指示该阶段呈温暖湿润的气候特征。

阶段3所在的晚更新世至早更新世时期，属于末次冰期晚期，沉积物粒度最粗，水动力条件强，蒙皂石、高岭石的占比相对阶段4减少，伊利石、绿泥石的占比相对增加，CI与S/I相对减小，反映此阶段的温度较阶段4有所下降。尤其是在末次冰期冰盛期（18～22 ka BP），海平面大幅下降，研究区出露成陆地，古海岸线及古河口位置明显向海推进［39］，全球气候较干冷。发生于11.6～12.8 ka BP的新仙女木事件［40］，反映了该时期全球较寒冷，与GISP2冰心δ18O、三宝洞石笋δ18O对应的寒冷期一致。新仙女木事件后，海平面持续上升，沉积物粒度增大，伊利石占比轻微减少，高岭石占比、CI均轻微升高，CI最高达0.74，反映该阶段晚期温度有所升高。总体而言，阶段3气候温凉偏湿，早期温度偏低。这与林清龙等［41］得到的温凉较湿气候环境一致。

阶段2所在的全新世早中期为全新世大暖期，全球气温相对较高。平均粒径最细，水动力条件较弱，沉积物主要受长江物质影响，各黏土矿物占比变化不大，伊利石与绿泥石占主导，S/K均小于1，且CI在0.5附近摆动，指示相对稳定、弱风化、偏干燥的环境。沉积物中S/I较低，介于0和0.09之间（平均值为0.04），反映该时期风化强度在相对狭窄的范围内波动［3］。总体环境温和略干，源区风化过程较弱。

阶段1所在的全新世中晚期，相当于冰后期晚期，该时期海平面逐渐趋于平缓，水动力条件较弱，相对于阶段2，各黏土矿物占比发生轻微变化，蒙皂石占比呈微弱增加趋势，高岭石则相反，因此S/K较阶段2呈增加趋势，反映该时期气候逐渐转凉，总体环境冷凉干燥，这与前人对杭州湾南岸环境变化研究的结果［41］一致。

YJ19-02孔沉积物粒度较细，水动力条件相对稳定，处于低能且稳定的沉积动力环境。黏土矿物类型单一，与HZW1907孔阶段4特征相似，反映处于偏寒冷干燥的环境［5］。CI整体小于0.5（平均值为0.39），说明黏土矿物主要受物理风化影响，以富Fe—Mg伊利石为主［37］。S/I变化不大，为0.04～0.09，平均值为0.07，指示沉积物经历的风化作用相对较弱。

总的来说，晚更新世以来杭州湾沉积物经历了温暖湿润—温凉偏湿—温和略干—冷凉干燥的环境变化，风化程度由强到弱。甬江口沉积物经历了偏寒冷干燥的环境，风化程度较弱。

运用粒度分析及XRD分析方法，对晚更新世以来杭州湾南岸HZW1907长84 m及甬江口YJ19-02长9 m的柱状样粒度变化特征及黏土矿物组合特征进行了系统分析，探讨了源区风化程度、水动力条件变化、物质来源及其对环境的指示意义，主要认识如下：

（1）根据岩性粒度特征及黏土矿物变化规律，将HZW1907孔划分为4个沉积阶段：阶段1（0～26 m）、阶段2（26～49 m）、阶段3（49～70 m）、阶段4（70～84 m），对应的沉积相分别为河口湾相、近岸潮坪相、泛滥平原相及湖泊河床相。阶段4和3沉积物以粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂为主，粒度较粗，水动力条件较强，处于相对高能且不稳定的沉积环境。阶段2和1沉积物主要为粉砂，粒度变细，水动力条件较弱，处于相对低能且稳定的沉积环境。YJ19-02孔沉积物类型主要为粉砂及砂质粉砂，粒度变化较小，反映其所处水动力条件相对较稳定。

（2）HZW1907孔沉积物黏土矿物在垂向上变化较大。阶段4黏土矿物组合较复杂，伊利石、绿泥石占比较少，高岭石、蒙皂石占比异常高。阶段3、2和1，黏土矿物以伊利石为主，蒙皂石占比均小于10%，组合类型主要为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型。YJ19-02孔沉积物黏土矿物组合类型单一，为Ⅰ型。

（3）选取HZW1907及YJ19-02孔沉积物黏土矿物参数作为物源及环境变化指标，指示在晚更新世至早全新世期间，杭州湾沉积物受钱塘江物质影响巨大，同时部分受长江物质影响，气候环境由温暖湿润转为温凉偏湿，源区风化程度较大。自全新世（约10.8 ka BP）以来，杭州湾沉积物主要为长江物质输入，经历了温和略干—冷凉干燥的环境，且源区经历的风化过程较弱。甬江口沉积物以长江物质输入为主，处于偏寒冷干燥的环境，源区风化程度较弱。

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Characteristics of clay minerals in sediments of Hangzhou Bay since the Late Pleistocene and their paleoenvironmental significance

HUANG Dongqin1, GAO Qin1, LI Zilong1, YANG Shihang2, HONG Chen3, PIOTROWSKI A M4, SUN Miaojun5, LI Chuan1

（1. Ocean College，Zhejiang University，Zhoushan316021，Zhejiang Province，China；
2. Hangzhou Guohai Marine Engineering Survey and Design Institute，Hangzhou310012，China；
3. School of Earth Sciences，Zhejiang University，Hangzhou310027，China；
4. Department of Earth Sciences，University of Cambridge，Cambridge CB23EQ，UK；
5. Power China Huadong Engineering Corporation Limited，Hangzhou310014，China）

The grain-size variation and clay mineral characteristics of sediments in the cores of HZW1907 (84 m) near the south bank of the Hangzhou Bay and YJ19-02 (9 m) near the Yongjiang Estuary are studied by grain-size measurement and X-ray diffraction (XRD) analysis, in order to investigate the weathering degree, hydrodynamic variation, material source and sedimentary environmental evolution of the Hangzhou Bay since the Late Pleistocene. According to the grain-size characteristics and clay mineral changes, the HZW1907 core can be divided into four sedimentary stages, i.e., stage 1 (0～26 m), stage 2 (26～49 m), stage 3 (49～70 m) and stage 4 (70～84 m). The sediments from stage 4 and stage 3 were formed at the Late Pleistocene-Early Holocene, composed of are mainly silt, sandy silt and silty sand, which indicated that they were formed under the lake -riverbed phase facies and floodplain facie, with strong hydrodynamic conditions. The clay mineral assemblages in stage 4 were more complex, having abnormally rich kaolinite and smectite. The clay mineral assemblage type of the stage 3 was mainly composed of illite-chlorite-kaolinite-smectite. The sediments from the above two stages were greatly affected by the source of the Qiantang River, and by the source of the Yangtze River partly. It appeared that the climate environment changed from warm and humid to less warm and wet, and the source area experienced strong weathering. The sediments from the stage 2 and stage 1 were mainly composed of fine-grain silt, with weak hydrodynamic conditions, and were located in near-shore tidal flats facies and estuarine facies. The dominant type of their clay mineral assemblage was illite-chlorite-kaolinite-smectite, indicating that the Hangzhou Bay were mainly affected by the materials of the Yangtze River since the Holocene (ca. 10.8 ka BP), and experienced the environmental changes from mild and slightly dry to cold and dry conditions. The weathering degree in the source area was relatively weak. The sediments of the core YJ19-02 were silt and sandy silt, and had clay mineral assemblage of illite-chlorite-kaolinite-smectite, indicating the weak hydrodynamic conditions. The sediments were mainly from the Yangtze River, indicating a relatively stable, cold and dry sedimentary environment, and the source area underwent weak weathering. The vertical variation and assemblage characteristics of grain-sizes and clay minerals in sediments of the cores provide effective indicators for the material source and paleoenvironment in the study area and adjacent area.

Hangzhou Bay; clay minerals; material source; paleoenvironment; Late Pleistocene

P 736

A

1008⁃9497（2022）05⁃584⁃14

2021⁃07⁃26.

国家自然科学基金重点项目（91858213）；
浙江大学教育基金世界顶尖大学合作计划（100000-11320）；
华东勘测设计研究院科研项目（HDY-CG25-2022004）；
舟山市科技局科研项目（2022C13039）.

黄冬琴（1996—），ORCID：https：//orcid.org/0000-0002-3622-9187，女，硕士，主要从事地球化学研究.

通信作者，ORCID：https：//orcid.org/0000-0003-0604-0460，E-mail：zilongli@zju.edu.cn.

10.3785/j.issn.1008-9497.2022.05.010

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