东海外陆架磁性地层年代框架的建立及其古环境意义

Continental shelf is a bridge between the continent and ocean and sediments in this region bear significant signals of sea-land interaction, sea-level change as well as local tectonic information. As one of the globally broadest continental shelf, the sedimentary strata and environmental evolution of the shelf of the East China Sea (ECS) have always been hot issues for marine geology and Quaternary geology. However, studies over the past three decades mainly focused on the late Quaternary research in the inner shelf, with obviously few investigations in the outer shelf, mainly because of the lack of reliable chronological frameworks. This has led to incomplete understanding on the sedimentary strata and paleoenvironmental evolution of the ECS shelf, which warrants urgent promotion. In this project, we will conduct systematically rock magnetic and high-resolution magnetostratigraphic studies on a long sediment core (DH03, 200 m) from the outer shelf of the ECS. Combining with the AMS14C dating results, we aim to construct a robust chronology, then the paleoenvironmental information recorded by the core will be further explored. This study will not only provide effective age constraints for further studies, but also improve knowledges on the sedimentary strata and environmental evolution of the ECS shelf.

陆架是连接陆地和大洋的纽带，其沉积物记录了丰富的海陆相互作用、海平面变化以及区域构造活动等信息，对于地质过程研究具有重要意义。东海陆架是世界上最宽阔的陆架之一，其沉积地层和环境演化一直是海洋地质和第四纪地质领域关注的焦点。过去三十多年，东海陆架的研究主要集中在内陆架地区，且以晚第四纪研究为主，而对外陆架的研究程度明显薄弱，至今缺乏对东海陆架沉积地层和古环境演化的整体认识。这其中最主要的原因在于缺少可靠的年代地层框架。为了解决这个问题，本项目拟选择东海外陆架DH03孔（200 m），开展系统的岩石磁学和高分辨率的磁性地层学研究，同时结合AMS14C测年，建立钻孔可靠的年代地层框架。此基础上，进一步探讨该孔记录的古环境演化信息。该项研究不仅可以为后续研究提供有效的年龄约束，而且也将提升对东海陆架沉积地层和环境演化的认识水平。

该项目以东海外陆架DH03孔(123.8˚E, 28.3˚N)岩心为研究重点，并同时对DH01(125.75˚E, 31.9˚N)和DH02(125˚E, 29.6˚N)孔开展了一定研究。系统的岩石磁学测量分析并结合针对性的矿物学研究发现，东海外陆架沉积物中的磁性矿物非常复杂：以陆源碎屑型磁铁矿为主要磁性组分，含有少量赤铁矿；部分层位的铁氧化物已遭受早期还原成岩作用而向铁硫化物转化，导致原生和次生磁性矿物不同程度地共生；磁性矿物的含量和粒径变化幅度均十分明显。这也初步表明相对古强度方法在研究区并不适用。在此基础上，古地磁研究结果显示，三孔均未揭示布容-松山极性转换界线(B/M: 0.78 Ma)，表明上部100 m的岩心均为中更新世以来的沉积记录。在此一级年龄框架的约束下，结合AMS14C和OSL测年数据、微体古生物鉴定分析结果以及地球物理剖面等，推断DH01和DH03孔系MIS 5期以来的记录而DH02孔的底界年龄约为0.3 Ma，并进一步重建了研究区的沉积环境演化历史。上述结果有效填补了东海外陆架沉积系统岩石磁学研究的空白，同时也为后续研究奠定了良好的年代学基础，极大地提升了对于该区古环境演化的认识水平。此外，项目还结合元素地球化学、矿物学以及古生物学等参数，对陆架沉积物中的广泛分布自生胶黄铁矿(Fe3S4)进行了深入的探讨，首次发现胶黄铁矿与氧化还原敏感微量元素Cd的协同性，推断其更易于在铁还原和硫酸盐还原的交叉层位富集，是极具潜力的古海洋学指标，对于揭示我国东部陆架第四纪环境演化具有重要意义，同时也进一步提升了对于自生胶黄铁矿形成和保存机制的认识。再者，项目执行过程中所建立的元素测定新方法可满足大批量海洋沉积物样品的快速、准确测试需求；基于项目研究方法开展的扩充性研究所取得的成果则有利于提升其国际影响力。总之，该项目的实施对于促进陆架磁性地层研究以及海洋磁学发展都具有重要的意义。