新型地下水咸化模式及珠江三角洲地层演化

（一）环北部湾海岸带含水层调查研究

（1）揭示新型地下水咸化模式，构建了人类与自然双重作用下海水入侵的数学模型。在调查和研究的基础上，发现“人类和自然双重作用下”的地下水咸化新模式（图11-19）。相比传统意义上的海水入侵模式，华南沿海高位养殖区的地下水咸化不仅表现为横向上受到因地下水开采引起的咸淡水界面向陆地推进，引发海岸带地区地下水咸化，纵向上还受到高位养殖区的海水下渗，以及海水下渗过程中与岩土、淡水之间相互作用的影响。为了更好地认知高位养殖区地下水咸化过程，以及预测新海水入侵模式下地下水环境的变化和发展规律，对海岸带高位养殖区地下水流动过程进行了数值模拟，构建了“人类与自然双重作用下海水入侵”的数学模型，并利用监测数据进行数据拟合和计算，结果趋于合理。

图11-19　海水养殖引发的新型海水入侵模式图

（2）利用Cl-和Br-比率建立了北海地区地下水咸化来源快速评价指标。Cl-和Br-因不会受到氧化还原反应影响，也不易被其他物质或有机质表面吸收，是海水入侵或其他咸化来源分析的两种常规化学离子。广西壮族自治区北海地区地下水中Cl-／Br-与SMOW 比率（Ratio of Standard Mean Ocean Water）对比表明，该地区的Cl-／Br-与SMOW 权重比率大约是288（其中海水中Cl-=19 352mg／L；Br-=67.3mg／L）。若地下水中Cl-／Br-比率与SMOW 接近，指示该地区地下水咸化主要受横向自然海水入侵的影响；若地下水中Cl-／Br-比率＜SMOW，则指示主要受海水养殖等农业生产影响所致；若地下水中Cl-／Br-比率＞SMOW，则指示地下水咸化原因主要为工业废水排放等（图11-20）。

图11-20　北海地区地下水中Cl-与Cl-／Br-比值关系图

（3）统一了环北部湾海岸带第四系含水层，为大型含水层调查评价奠定基础。通过钻孔资料的对比研究，建立了广西壮族自治区北部湾、广东雷州半岛和海南琼北地区海岸带第四纪地层层序，统一了环北部湾地区更新统以雷州半岛中部为中心的层序格架，并在此基础上统一了环北部湾海岸带第四系松散空隙含水层的划分。根据第四纪地层的对比研究，环北部湾地区海岸带第四系含水层从新至老依次划分为中上全新统滨海砂含水层、下全新统冲积砂砾含水层、上更新统滨海砂含水层、上更新统玄武岩孔洞含水层、中更新统冲洪积砂砾含水层、中更新统玄武岩孔洞含水层、下更新统冲洪积砂砾和滨海砂含水层7套含水层（表11-5）。

表11-5　环北部湾地区第四系含水层划分方案

(www.xing528.com)

（二）珠江三角洲晚第四纪沉积响应与环境变化

1.珠江三角洲晚第四纪环境演化的沉积响应

珠江三角洲是一个复杂的网状河三角洲沉积体系，目前对其第四纪环境演化的历史仍存在多种认识。为进一步查清珠江三角洲地区第四纪环境演化的过程，对位于珠江口西岸的ZK6孔，在沉积结构、构造等研究的基础上，利用AMS14 C 和光释光（OSL）测年、有机碳同位素、粒度等对第四纪地层的形成年代和沉积特征进行了详细分析。结果显示，该孔39.40～27.38m 发育晚更新世风化层、河流等陆相沉积体系，27.38～2.00m 发育全新世三角洲沉积体系。其中全新世三角洲沉积又可分为27.38～5.30m 由三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲组成的退积式三角洲沉积体系，以及5.30～2.00m 的河口湾-三角洲前缘进积式三角洲沉积体系。该孔第四纪沉积特征揭示的环境变化，是对末次冰期低海面、早中全新世海面升高及晚全新世海面下降的响应。

2.现代珠江三角洲地区晚第四纪海侵的微体古生物记录

海平面波动历史对认识低海拔海岸带地区地质环境演化具有重要的参考意义。在年代测试的基础上，结合岩芯的沉积特征，通过对现代珠江三角洲地区ZK1和ZK4孔微体古生物化石的鉴定分析，发现有孔虫和介形类微体古生物化石均仅出现于两孔全新统的灰色黏土层中。微体化石分布特征显示：现代珠江三角洲地区全新世海侵从早全新世，或稍早的晚更新世开始，而ZK4孔6.20m 附近可能记录了全新世海平面的最高值，之后海平面开始下降至现代高度；前人报道的晚更新世海侵发生时间内，两孔中发育陆相地层，未发现海侵沉积。

3.现代珠江三角洲地区第四纪沉积年代

在地质环境变迁迅速的现代珠江三角洲地区，对于第四纪沉积的年代存在多种认识。结合南中国海的海平面变化记录，通过AMS14C和光释光测年发现，珠江三角洲腹地QZK4孔第四纪岩芯底部最老年龄约为43.71ka。岩芯记录的第四纪环境对南中国海海平面变化有着良好的响应：岩芯下部陆相河流沉积和暴露风化层发育于末次冰期至早全新世的低海平面时期，上部滨海-河口湾沉积发育于早中全新世以来的高海平面时期。根据钻孔岩芯的环境分析，推测现代珠江三角洲地区第四纪的底界可能较QZK4钻孔记录的更老。

（三）长江中游碎屑锆石研究与长江贯通年代

碎屑锆石物源示踪是当今国际上研究大河演化的重要手段。通过对湖北省监利县周老镇钻孔中砂样Gsh6（86.76～88.58m）和Gsh10（126.22～128.42m）的碎屑锆石原位U-Pb年龄进行分析，并与周围可能源区的岩石年龄进行对比，发现Gsh6的U-Pb年龄主要可以分为11个年龄峰值：＞3.0Ga，2490～2386Ma，2006～1784Ma，838～723Ma，654～625Ma，453～415Ma，257Ma，235Ma，212Ma，166Ma和＜17Ma。Gsh10中碎屑锆石年龄表现出8个年龄峰值：＞3.0Ga，2543～2273Ma，1979～1535Ma，835～723Ma，638Ma，451～423Ma，235Ma和212Ma。Gsh6 比Gsh10 多的3 个年龄峰值表明长江流域面积逐渐扩大，其中257Ma年龄峰值的出现表明峨眉山玄武岩已成为长江的源区，14.8±0.4Ma和16.5±0.3Ma锆石的出现，预示着长江源头已到达青藏高原。分析认为，Gsh6 样沉积时（大约800kaB.P.），长江三峡已经贯通。