【研究意义】全新世是迈向现代的重要阶段，气候波动变化，出现了数次小冷期，对生态环境产生了显著影响。陆区全新世气候及其效应方面取得了诸多研究成果，但在海陆界面即近岸对全新世特殊事件下的沉积响应少有研究。北部湾以北与青藏高原和云贵高原东麓相邻，为华南和华东丘陵台地的过渡区，同受季风影响，气候关系密切，有待加强这方面的工作，国际上对包括北部湾北部的气候研究也予以关注^[1]。【前人研究进展】前人根据广西海岸第四系地层岩性和区域地质资料，认为第四纪海岸线受到断块运动等构造和气候变化因素的共同影响，第四纪地层滨海相沉积广泛存在，以淤泥、粘土和砂滩等组成^[2-3]，并探讨总结了广西主要河口地貌类型和基本成因，分析了重要沉积物类型黏土在主要河口的分布和全新世以来的变化特征，研究了钦州湾岸线格局以及变化与响应^[4-6]。通过对末次冰期晚期以来黔桂地区洞穴石笋碳同位素的分析对比，认为气候具有冷暖波动变化特征^[7]。对该区全新世以来海侵过程分区差异和近岸各主要海湾的构造沉降速度进行进一步的研究，结果表明构造沉降速度差异是全新世以来广西沿岸海侵时间不同的原因之一^[8]。全新世作为塑造广西海岸线的重要阶段，周建超等^[9]对广西桂林岩溶区沉积物进行了孢粉等分析，结果显示中全新世以来区域气候波动表现在温度、湿度的变化和研究区水域面积扩展与收缩。各项成果加深了对广西气候演化和地质环境背景的认识。【本研究切入点】在广西近岸水域岩芯取样进行地质和年龄综合测试，研究沉积物要素的分布与变化特征。【拟解决的关键问题】 探究北部湾北部全新世沉积环境和气候特征，以及对全新世早期重要的8.2 ka小冷期的响应及其意义。

研究区位于广西北部湾北部近岸的钦州湾口-廉州湾水域，地形向南和西南缓慢倾斜，水域水深不到20 m。2007年—2009年依次在该水域实施了直至基底的3个岩芯钻取(图 1)，全新世底界采用氧同位素1/2期界限，年龄约1.2万年，并结合岩性和不整合强侵蚀面确定^[10-11]。全新统样品长度6.5~14.6 m，以20 cm较细间距进行分样，获得32~72个样品。

图 1 (Fig. 1)

图 1 研究区和钻孔站位图 Fig.1 Location map of study area and sediments core position

每个样品取样不到10 g，经盐酸去钙处理之后，采用重液分离法使孢粉富集并制片。每个样品在Leitz显微镜下放大200~300倍观察统计400 mm²盖玻片下的孢粉数量。

采用植物碳化残骸或者有孔虫Globigerinoides ruber壳体，由国土资源部海洋地质实验检测中心(青岛)完成，主要仪器是芬兰产1220型超低本底液闪谱仪。

对粗粒直径(＞2 000 μm)采用筛分法，而余下细粒则采用激光粒度法，仪器为Mastersizer 2000激光衍射粒度分析仪，沉积物分类标准采用GB/T 12763.8—2007。由广州海洋地质调查局实验测试所完成。

依据《海洋调查规范海洋地质地球物理调查》GB/T13909-1992，每个样品的干样质量为6.00 g，分析粒极为0.063~0.25 mm，矿物含量为占分析重量的百分含量。

硅藻鉴定：每个样品取干样1.0~10 g放入烧杯，加入过氧化氢充分反应，沉积物颗粒分离，然后经过纯净水清洗、浓盐酸浸泡、过滤水冲洗至中性。再将样品倒入50 mL离心管并晾干，采用比重为2.4的重液进行浮选，把浮选液收集到离心管稀释到一定体积后，用滴管取1/n滴，用中性树胶制成固定片，最后在Leica显微镜下进行鉴定，放大倍数平均300倍，再换算硅藻丰度为个/g。

有孔虫鉴定：每个样品取干样10~20 g，用清水浸泡，加入少许过氧化氢做松散剂，采用0.063 mm标准铜筛筛洗，再将样品烘干供鉴定使用。使用Leica双目实体显微镜鉴定并统计大于0.15 mm的个体。

微量元素(Co、Ni、Cu、Zn、V、Sr、Ba、Pb、Ga、Zr)：试样经密闭分解，再在开放体系中蒸发除去氢氟酸，用盐酸加热溶解盐类并转化为硝酸介质。将试样置于聚四氟乙烯熔样罐中，加入硝酸和氢氟酸摇匀，密闭加热分解48 h之内冷却蒸干，再电热板加热溶解盐类蒸并近干，再加硝酸密闭加热溶解。冷却后加入内标溶液摇匀，用硝酸移至50 mL容量瓶中稀释至刻度备测。工作曲线的备制包括内标溶液、空白标准溶液、工作曲线标准溶液等，采用ICP-OES 4300DV型电感耦合等离子体发射光谱仪测定。

有机质测试依据GB17378.5.18-2007。

钻孔全新统孢粉具有分段特征。ZK4钻孔孢粉自下而上划分两个基本组合：13.7~6.8 m，热带、亚热带木本花粉Castanopsis和Quercus大量出现，Castanopsis尤为丰富，阔叶Halorrhagis以及Agnolia 等开始出现，木本种类增加，蕨类以Cibotium barometz增加、Microlepia减少为特征；6.8~0 m，以Microlepia等蕨类植物为主，植被较单调。ZK5钻孔孢粉同为两个基本组合：5.6 m以下未见任何化石，5.6~4.2 m孢粉增加，热带、亚热带常绿木本Castanopsis与Quercus大量出现，蕨类热带种Cibotium barometz明显增加；4.2~0 m孢粉相对丰富，共鉴定木本8个科属，蕨类10个科属，但以蕨类占优势，常见有Microlepia和Cibotium barometz等，木本次之，以Castanopsis和Quercus常见，热带-亚热带裸子植物Pinus多有出现。ZK9钻孔9.7~0 m孢粉相对丰富，平均丰度为58粒/g，共鉴定出科属18个，以蕨类占优势，Microlepia为绝对优势种，木本次之，以Castanopsis及Quercus 常见，裸子植物以Pinus最为丰富，草本花粉稀少。总体上，以上孢粉组合面貌反映了热带、亚热带暖湿气候下植物的分布，其中前期(下段)较后期(上段)还要湿润一些。

钻孔测年结果显示，由于气候波动和沉积环境的差异，年龄存在差异，ZK9钻孔5.2 m、2.3 m年龄分别为(10 110±210) a BP、(8 590±220) a BP，ZK4钻孔10.4 m、6.0 m分别为(7 985±33) a BP、(6 012±30) a BP，ZK5钻孔1.6 m为(7 950±35) a BP。

岩芯沉积物粒度波动变化，以ZK4和ZK5为代表。ZK4岩芯经历3个沉积旋回，可划分为3个阶段：① 14.5~11.0 m为冲刷性河床环境，从组分累计含量分布可见，以砾石、砂占优势，粒径phi偏小，分选很差，偏态左偏，峰形尖锐；② 11.0~6.2 m发生显著改变，成为盐沼，海绿石有所出现，粉砂和粘土平均含量相近，且占优势，砂和砾石含量较少，粒径phi值显著增加，颗粒变细，分选略有好转，趋向右偏，峰形有所平缓；③ 6.2~0 m为浅海湾相环境，在波浪侵蚀作用下砂增加，粉砂变化不大，粘土降低，粒径变小，分选变差，趋向左偏，峰态趋向尖锐(图 2a1~e1)。经历了推移和跃移占优势到悬移组占优势的过程。ZK5岩芯为2个沉积旋回：① 6.5~4.4 m为河漫滩，以粉砂和粘土占优势，先是浅黄和灰黄粉砂质粘土，出现15 cm厚的薄砾石层，然后褐灰色粘土质粉砂，含少量生物壳体碎屑，粒径为8.2~9.0 φ，分选较差，极右偏，平均峰态近1.50，统计分布上峰形比较尖锐(图 2a2~e2)；② 4.4~0 m，为浅海湾相，波浪对海岸侵蚀作用较强，砂含量增加，为青灰色粘土质粉砂或者砂-粉砂-粘土，钙质生物碎屑丰富，粒径有所变细，分选进一步变差，偏态左移，峰态趋尖。

图 2 (Fig. 2)

图 2 ZK4、ZK5钻孔岩芯全新世沉积粒度分布 Fig.2 Grain size distribution of sediments in the core ZK4 and ZK5 since Holocene

碎屑矿物有10余种，其中以轻矿物石英和长石为主，重矿物出现种类有磁铁矿、赤铁矿、铬铁矿、钛铁矿、辉石、石榴石、锆石、金红石、锐钛矿、电气石以及钙质生物碎屑等，含量波动变化，变异性较大。ZK4岩芯第1个旋回由于为河流冲刷较强，钛铁矿持续出现。第2个旋回由于水动力较弱而出现还原环境，使得黄铁矿富集，盐沼环境出现海绿石。第3个旋回海绿石稳定发展，潮流扩散较强使得黄铁矿消失。整个阶段以石英为绝对优势，长石含量低于5%，云母保持波动变化(图 3a1~e1)。除了初期第1旋回之外，钙质生物碎屑维持在较高水平。ZK5岩芯第1旋回同样以石英为绝对优势，但波动较大，长石低于6%，海绿石间断出现，黄铁矿丰富，风化矿物处于较低水平，云母波动变化。第2旋回石英的优势性有所减弱，海绿石保持稳定，由于水动力较强，增加了氧化性，使得黄铁矿消失，风化矿物较高(图 3a2~e2)。整个阶段钙质生物碎屑呈现线性增加趋势。

图 3 (Fig. 3)

图 3 ZK4、ZK5钻孔岩芯全新世沉积物碎屑矿物含量(%)分布 Fig.3 Detrital minerals content distribution of sediments in the core ZK4 and ZK5 since Holocene

微量元素含量与沉积物粒径有关，几乎与沉积旋回同步变化。ZK4岩芯第1旋回Co、Cu、Ni、Pb、Sr等普遍偏低，有机质Org.M贫乏，第2旋回含量达到最高阶段，分布曲线为右凸形态，有机质同样丰富，第3旋回大多数元素含量介于第1和第2旋回之间，有机质也是如此(图 4a1~f1)；ZK5岩芯在第1旋回除了Sr和Ba，元素含量处于高值区，有机质富集，第2旋回由于进入河口海湾发展时期，水域开阔，水深加深，沉积物在水动力作用下有所分散使得元素和有机质含量降低，Sr虽然有所波动，但平均值明显升高(图 4a2~f2)。

图 4 (Fig. 4)

图 4 ZK4、ZK5钻孔岩芯全新世沉积物微量元素(×10-6)和有机质(%)含量分布 Fig.4 Micro-geochemical elements (×10-6) and organic matter distribution (%) of sediments in the core ZK4 and ZK5 since Holocene

ZK4岩芯在第1旋回未有有孔虫，第2旋回出现少量，第3旋回出现丰富，主要有底栖类浅海种和暖水种Cavarotalia annectens、Elphidium advenum、Elphidium hispidulum、Hanzawaia concentrina、Quinqueloculina spp.、Bigenerina.nodosaris等，偶见浮游类G.ruber；ZK5岩芯在第1旋回属种稀少，间断出现，均为底栖类，未出现浮游类。第2旋回属种数量开始增多。底栖类占优势，为C.annectens、E.advenum、E.hispidulum、H.concentrina、Quin-queloculina spp.、B.nodosaris等，浮游类偶见。复合分异度为1.0~1.93，以玻璃质壳类为主。

共检出硅藻十余种。ZK4岩芯硅藻丰度变化很大，在第1旋回出现峰值，以半淡水和半咸水的C.striata为绝对优势，余下为Cyclotella stylorum，第2和第3旋回仍以C.striata仍以为主，但多出现Melosira sulcata，也散见咸水种Rhizosolenia bergonii等；主要属种有C.striata、C.stylorum、M.sulcataa及Nitzschia cocconeiformis。ZK5岩芯在第1旋回主要为C.striata和N.cocconeiformis，之后旋回主要为C.striata、C.stylorum和M.sulcata，偶见N.cocconeiformis。

Sr/Ba波动变化，结合碎屑矿物海绿石、生物钙质碎屑、有孔虫以及测年等，自西向东ZK9、ZK4、ZK5钻孔位置出现海侵最早年代依次为8.0 ka BP、6.0 ka BP、9.0 ka BP，ZK5在海平面快速达到最高后又快速下降，于(7 950±50) a BP前后又开始第二次大规模海侵(图 5)。这是由于ZK9、ZK5地处河谷地带，地势低洼，而ZK4地处断裂凹陷之间的相对隆起处^[8]。

图 5 (Fig. 5)

图 5 钻孔岩芯全新世沉积物Sr/Ba比值分布 Fig.5 Downcore variations of Sr/Ba since Holocene

研究认为全新世气候变化总体可分为11.0~8.5 ka、8.5~3.0 ka、3.0~0.0 ka 3个阶段，彭学敏^[12]和施雅风等^[13]指出，中国季风区在8.5~7.2 ka BP为不稳定的冷、暖交替波动时段，早全新世为中等暖湿，中全新世为大暖期，晚全新世气温则有所下降。本岩芯显示，在全新世之前的晚更新世末期或者后期可能为古河流期间，ZK9岩芯(62±6) ka BP(光释光测年)以来，由于已经进入末次冰期，沉积物普遍为粗颗粒，砾石和砂混杂，为山前坡积或风成，分选一般，岩性来看颜色灰色、青灰色居多，径流等水动力能量有限，碎屑矿物种类稀少，以石英和长石占绝对优势，无生物活动的钙质碎屑和硅藻，未有黄铁矿出现，微量元素Pb、Cr、Sr、Ga等呈现阶段变化，显示气候虽有波动，但总体干冷，与风力强、水位浅等邻区区域气候特征是一致的^[14-16]。

岩芯显示全新世早期(11.5~8.0 ka BP)-2~2φ即砾石和粗砂显著降低，过渡粒级3~5 φ有所参差，6 φ~F细颗粒和极细颗粒同步增加，相对增幅82.0%~1267.4%；除了ZK9岩芯Ba由于亚环境导致局部影响而有所减少外，微量元素几乎全部同步增加，最大增幅362.6%。特别有机质，增幅超过了700%，显示充足的光热条件和活跃的生物活动(图 6)。碎屑矿物种类有所增加，以石英和长石占据绝对优势，有少量钛铁矿，零星出现锆石。

图 6 (Fig. 6)

图 6 钻孔岩芯沉积物粒级和元素在全新世早期的增幅 Fig.6 Crowth percentage of grain sizes and micro elements of sediments in the core during early Holocene

ZK9岩芯全新世早期孢粉化石为68个/g，以下晚更新统地层硅藻零星或者未有出现，孢粉仅零星见有Liquidambar sp.和Microlepia sp.，为4个/g，ZK4、ZK5岩芯早期平均孢粉丰度为118个/g，之前几乎没有孢粉化石，硅藻同样罕见或零星出现。全新世早期的ZK4、ZK5岩芯孢粉显示，木本和蕨类种数保持上升态势(图 7a)；硅藻属种数也呈现增加趋势，ZK5岩芯在2.0 m达到最高(图 7b)。说明全新世早期气候改善，陆地和水体植物和浮游生物繁衍生长。

图 7 (Fig. 7)

图 7 钻孔岩芯沉积物全新世早期微体古生物属种数的增加值分布 Fig.7 Growth number distribution of microfossil species in the core sediments during early Holocene

可见，岩芯显示全新世早期径流发育，风化增强，侵蚀活跃，河流挟沙力高，物质重新分配，沉积快速，沉积速率0.20~0.26 cm/a，为全新世平均沉积速率的1.36~1.85倍。以砂、粉砂、粘土为主，受到磨蚀颗粒呈现次圆或次棱角，生物碎屑逐渐出现。孢粉均以蕨类和木本依次占优势，含量分别为54.2%~75.2%、15.8%~35.4%，硅藻以C.striata占优势，气候暖润。这些特征与全新世早期适宜期气候相符。

根据上述钻孔沉积物测年结果，并以此为控制点进行线性插值推算，得到的以上全新世早期环境变化转折点的年龄均在8.0 ka BP前后(表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 钻孔岩芯沉积物全新世早期8.2 ka小冷期年代 Table 1 Dating and estimated ages of sediments in the core during 8.2 ka cold event in early Holocene 特征点 Key depth ZK9 ZK4 ZK5 深度 Depth (m) 实测年龄 Dating ages (a BP) 深度 Depth (m) 实测年龄 Dating ages (a BP) 深度 Depth (m) 实测年龄 Dating ages (a BP) 测年点 Dating depth 2.3 8 590±220 6.0 6 012±30 1.6 7 950±35 控制点 Controlled depth 5.2 10 110±210 10.4 7 985±33 5.5 转折点 Transition depth 2.0 8 400* 10.7 8 300* 1.6 7 950±35 注：*表示推算年龄 Note:*indicates the estimated ages

表 1 钻孔岩芯沉积物全新世早期8.2 ka小冷期年代 Table 1 Dating and estimated ages of sediments in the core during 8.2 ka cold event in early Holocene

在转折点附近孢粉蕨类减少，木本增加，显示林下茂盛蕨类植被改观，气候趋干，硅藻属数和种数降低，为-67%~-45%，生物活动有所下降(图 8a~b)；微量元素几乎全面上升，增幅最大超过200%，沉积物砂大幅降低，粉砂和粘土明显升高，粒径也是如此，分选变化参差，有变好和变差两种，偏态均趋向右偏，峰态总体趋向平缓(图 8c~d)。黄铁矿有所出现，陆源角闪石、锆石、云母、白钛石、锐钛矿等减少几乎至零，生物钙质碎屑降低，生物活动减弱，化学风化指标长石/石英降至最低。ZK5钻孔位于三角洲盆地或者河谷，已有海水混入，海绿石有所发育。其它沉积物要素也显示孔隙比增大、含水率提高、密度减小^[7-8]。以上表明转折点气候变冷变干，径流萎缩，河槽淤缩，出现封闭性游积环境，物源减少，水位降低。

图 8 (Fig. 8)

图 8 8.2 ka小冷期期间岩芯沉积物要素的增长率分布 Fig.8 The growth percentage of elements in the core sediments during 8.2 ka cold event

全新世中国气温集成序列可辨认出全新世早期有8.2 ka冷事件C6，对应于大西洋冷事件5^[17]；青藏高原东部全新世泥炭沉积物序列分析显示，8.2 ka BP为气候段Ⅰ和段Ⅱ的转折点，表现为冬季风加强，夏季风撤退。青藏高原中部湖泊沉积物序列表明，全新世早期为暖湿气候特征，但在8.6~8.4 ka BP发生两次强烈冷事件，冰芯、矿物等研究也有同样结果^[18-19]。青藏湖区全新世干湿曲线在7.8~8.0 ka BP前后有一次明显的下降变干变化，形成“V”型态^[20]；云贵高原石笋记录揭示8.5~8.1 ka BP存在气温突降事件，贵州荔波董哥洞D1石笋碳氧同位素也有在此时间附近短暂偏重的记录^[21-23]；雷州半岛湖光岩沉积物显示11.0~6.0 ka BP为夏季风强盛，气候温湿，但8.4~8.3 ka BP出现叶绿素、TOC、Sr/Rb、磁化率大幅度回调，夏季风消减，为一次干冷事件^[24]。广西近岸早全新世为热湿偏凉干气候Ⅰ期，中全新世早期为热湿气候Ⅱ期，8.0 ka BP为两者气候转折点^[25-26]。近来对广西北部山地沼泽20 ka以来的有机碳同位素等的研究表明，碳同位素于9.0~8.0 ka BP存在一个正偏波动变化，可能与8.2 ka降温事件和本地物源发生输入变化有关^[27]。

如前所述，研究区3个钻孔于全新世初期所处环境为河滩或者沼泽等，该类地表水来自大气降水补给和浅层地下水渗透，对气候变化响应敏感，在转折点具备了同时发生性和同特征性，且与8.2 ka冷事件也具有可比性，应属于该全新世早期小冷期区域变化乃至全球变化的范畴。

对位于北部湾北部的广西钦州湾口外、三娘湾口外以及南流江三角洲盆地前缘的钻孔沉积物进行了综合分析，得出如下结论：

(1) 孢粉显示全新世为热带与亚热带组合，早期为感潮河流环境，经历了河流-河口沼泽-浅海湾的环境演化。碎屑矿物-重矿物组合显示以陆源为主，沉积物波动变化，经历了2~3个明显旋回，微量元素和有机质分布几乎与沉积旋回同步，与海侵过程之中海面升降有关。

(2) 全新世早期约8.4~8.0 ka BP之前气候具有较为湿润，径流发育，化学风化较强，沉积较快，物质分配活跃的特征，微体古生物、碎屑矿物、微量元素相对于晚更新世大幅增加，钙质生物逐渐丰富。北部湾地处东亚低纬度季风区，该特征与全新世早期气候复苏以及适宜期是相对应的。

(3) 研究区岩芯显示于8.4~8.0 ka BP出现一次明显的转折变化，显示气候变冷变干，径流枯缩，物源减少，水位下降，水动力变弱，形成淤浅性环境，可能是对8.2 ka小冷期气候之响应。