莱州湾冰期-间冰期物源变化：通过碎屑锆石记录破译黄河改道历史

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Glacial–interglacial provenance shifts in Laizhou Bay: deciphering Yellow River avulsion history from detrital zircon records

　　

## 摘要
在多源海湾系统中，与远源大河相比，短源河流的贡献通常被低估。莱州湾南部BH2101岩心——同时接受黄河和中山东部山区河流的输入——为研究两者间的相互作用提供了理想的记录。本研究利用光释光（OSL）/加速质谱14C测年、粒度、有孔虫及碎屑锆石U-Pb数据，考察了渤海晚更新世以来的沉积演化。结果表明，三次海侵（MIS 5、3、1）期间物源主导地位交替变化。中更新世以黄河为主导（93.3%）。MIS 5期间夏季季风增强，提高了小河的输入，系统转变为黄河（52.4%）和小河（44.8%）的二元物源。MIS 4干旱条件有利于小河（74.4%）。MIS 3之后，黄河主导地位回归，在全新世晚期因沿岸流增强和人类活动达到95.2%。综合区域岩心数据，本研究进一步揭示晚更新世以来黄河多次改道入黄海的现象：除全新世短暂的南流外，黄河更可能在MIS 4–MIS 3期间长期入南黄海。该发现拓展了我们对黄河地质历史中"改道"的认知，为认识冰消旋回下大河源汇响应机制提供了典型案例，并为解决长期悬而未决的基本地质争论（如晚更新世黄河是否经渤海湾入海）提供了新证据。

## 引言
亚洲大陆通过河流向海洋输送了全球约三分之二的碎屑物质（Smith等，2003）。如此巨大的陆源输入对陆海相互作用产生深远影响（Paola，2011；Bi等，2015），从而将河口-海岸区域确立为陆海物质输运的关键枢纽以及源汇系统中物质与能量交换的关键节点（T?rnqvist等，2004；Liu等，2010a；Liu等，2010b；Wang等，2012；Wu等，2020）。

长期以来，全球海平面波动和构造活动共同控制着大陆架的沉积格局（Dalrymple等，1992；MacEachern等，2012；Jin等，2023；Chen等，2024；Zhang等，2024a；Zhang等，2024b；Zhang等，2024c），而古气候变化通过调控流域风化、河流输沙及海洋水动力条件，持续塑造着海岸沉积系统的时空演化（Milliman and Farnsworth，2013；B?rker等，2020；Li等，2024；Zhang等，2025）。特别是自第四纪以来，冰消旋回驱动全球海平面剧烈波动超过100米，直接导致河口迁移、沉积中心转移以及海岸环境的根本性转变（Grant等，2014；Rohling等，1998；Yoon等，2023；Chua等，2023）。在此背景下，接受多河流输入的多源海湾保存了各种物源端元对海平面和气候变化复杂响应的完整沉积记录，成为揭示沉积系统演化机制和古地理变迁的理想档案（Sun等，2022；Sun等，2024；Li等，2025）。

莱州湾位于渤海湾南岸，既是黄河三角洲沉积扩散的前沿区，又同时接受来自中山东部山区多条小河（如潍河、弥河和孝青河）的输入，构成了远源大河与本地短源河流相互作用的典型多源沉积系统。现代黄河每年输送约11亿吨泥沙，其中约70%沉积于渤海（Meade，1996）；然而，其地质贡献经历了显著波动：仰韶文化（~7 ka）之前，输沙量仅为现代值的十分之一（Ren，2015；Wu等，2020），末次冰盛期（~20 ka）可能更低（Zhao等，2023）。相比之下，莱州湾的小河发源于海拔超过1000米的中山东部山区，具有坡陡流短的山溪特征，对气候变化更为敏感（Wheatcroft等，2010；Milliman and Farnsworth，2013；Gao等，2019）。然而，在此类多源系统中，小河的贡献往往被低估（Farnsworth and Milliman，2003；Li等，2023），且这两种河流对冰消旋回的不同响应机制仍知之甚少。

特别值得关注的是，晚更新世黄河入海口迁移历史仍存在重大争议——黄河是该系统的关键物源端元。黄河素以"多泥沙、易改道、善迁徙"著称，全新世以来经历了十二次重大改道。这些包括：早全新世入北黄海（11–9.2 ka BP；Liu and Gao，2005）；大洪水后南流入南黄海约2000年（9.6–8.5 ka BP；Liu等，2001；Yang and Liu，2007）；北归渤海（~7–7.5 ka BP）；第二次南迁至江苏（1128–1855年）；以及1855年最终北归渤海（Xue，1993）。关于末次冰期及更早时期古黄河路径的认识仍十分有限。一些研究认为末次冰期至早全新世（~21–9 ka BP）黄河流经渤海湾地区（Lei等，2021），而南黄海西部MIS 3三角洲的存在则暗示该时期黄河可能南流入海（Liu等，2010a；Liu等，2010b）。然而，MIS 5的地球化学物源指标表明主河道位于华北平原，注入渤海（Alexander等，1991；Guo等，2017；Yuan，2022）。这些相互矛盾的证据暗示MIS 5至MIS 3期间可能存在河道迁移。尽管渤海湾地区研究较为充分，在晚更新世海侵、海平面变化及三角洲演化方面已有大量研究（Zhao等，1978；Xue等，1989；Saito等，2000；He等，2019），但精确定量区分黄河与短源河流贡献的方法仍缺乏，关于晚更新世黄河河道迁移的系统性、连续性认识仍然不足。

本研究选取莱州湾BH2101岩心上部60米，通过AMS 14C和光释光（OSL）测年建立年代框架。通过整合粒度分析和底栖有孔虫鉴定，重建了晚更新世（>128 ka至今）以来的沉积环境演化序列，并利用碎屑锆石U-Pb地球年代数据结合DZmix模型定量解析沉积物源贡献，阐明小河与黄河对冰消旋回的不同响应。通过与渤海-黄海区域17个典型岩心的物源数据系统性对比，本研究揭示了晚更新世以来黄河改道事件的时序规律，为理解东亚陆架海区陆海相互作用机制提供了典型案例研究，并为未来研究奠定了理论基础。

### 章节片段

#### 区域背景
渤海位于中国东部山东半岛与辽东半岛之间，与黄海相连，包括渤海湾、莱州湾、辽东湾、渤海中央盆地和渤海海峡（Qin等，1985）。莱州湾是受郯庐断裂控制的断陷海湾，面积为6967平方公里。该湾水深较浅（最大深度约15米，大部分<10米），平均潮差0.9米（最大约2.2米）。潮流不规则。

#### 样品采集
2021年9月，在莱州湾南部潮间带进行BH2101钻孔的岩心采集工作。钻孔位于东经119.5562°、北纬37.1103°（图1），海拔0米，钻深222.08米。本研究选取岩心上部60米进行分析。

#### 粒度分析
粒度样品以20厘米间隔采集，部分段采用更密集采样，共获得487个样品。使用Microtrac S3500激光粒度仪进行粒度分析。

#### 测年结果与钻孔年代框架
AMS 14C测年结果见表3，包括采样材料、深度及校正年龄。表3还列出了OSL测年结果及相关参数。55.76米处的OSL-10样品超过了单粒石英OSL的饱和剂量（Wintle and Murray，2006），因此未获得有效年龄。所有样品均表现出较高的OSL敏感性，OSL衰减曲线显示OSL信号中快组分占主导（Li and Li，2006）。发光年龄

#### 地层发育与古环境演化
基于平均粒径、颜色、沉积构造等岩性特征，结合微体化石组合，将BH2101岩心沉积物地层划分并环境解释为八个沉积单元，每个单元代表不同的沉积环境（图9）。

沉积单元DU1（0–7.5米）：该单元主要由浅灰黄色和黄灰色细砂组成，具交错层理。部分层含贝壳碎片。有机质含量

### 结论
自中更新世以来，黄河与本地河流对莱州湾的沉积贡献在不同阶段交替主导。中更新世期间，莱州湾物质主要来自黄河（93.3%）。MIS 5期间，夏季季风活动增强可能使小河贡献逐渐增加。至MIS 5.1，黄河和小河似乎都发挥了重要作用（黄河

### CRediT作者贡献声明
Yang Wang：软件、方法学。Rijun Hu：写作–审阅与编辑、可视化、验证、资金支持获取。Jiandong Qiu：写作–审阅与编辑、可视化、验证、资金支持获取、概念化。Jingrui Li：写作–审阅与编辑、监督、方法学。Xu Lin：写作–审阅与编辑、资源提供。Naishuang Bi：监督、数据整理。Xiaodong Zhang：写作–审阅与编辑、监督。Longhai Zhu：监督。Yongchen Xu：数据整理。

### 未引用参考文献
Qin and Zhao, 1985
Xue et al., 2004

### 利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性经济利益或可能影响本文所报告工作的个人关系。

### 致谢
本研究得到山东省自然科学基金（编号：ZR2019MD037）和国家自然科学基金（编号：42276172）的资助。感谢Editage（www.editage.cn）提供的英文编辑服务。

Yang Wang|Rijun Hu|Jiandong Qiu|Jingrui Li|Xu Lin|Yang Zhang|Naishuang Bi|Xiaodong Zhang|Longhai Zhu|Yongchen Xu|Haiyan Long

中国海洋大学海洋地质学院，中国青岛266000