THE INFLUENCE OF EAST ASIAN MONSOON ON SEASONAL VARIATIONS IN PLANKTONIC FORAMINIFERAL FLUX AND STABLE ISOTOPE IN THE NORTHERN SOUTH CHINA SEA DURING 2009-2010
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摘要: 通过对南海北部2009-2010年获得的浅层、中层和深层时间系列沉积物捕获器的样品分析,发现浮游有孔虫总通量和主要属种Globigerinoidesruber,Globigerinoidessacculifer,Pulleniatinaobliquiloculata和Neogloboquadrinadutertrei的通量和百分含量存在明显的季节性变化,在东北季风和西南季风盛行期出现高值,特别在冬季风期间高值明显,在季风间歇期出现低值,展示出"双峰型"通量模式。浮游有孔虫通量与颗粒总通量、有机碳通量、总碳通量、总氮通量、碳酸钙通量和蛋白石通量变化一致,随叶绿素a浓度和风速大小变化而改变,表明南海北部生源颗粒通量主要受季风影响的表层生产力所控制。浮游有孔虫壳体氧同位素与表层海水温度的季节变化相吻合。壳体δ18O主要受海水温度变化的影响,不同深度属种的δ18O变化反映了上层海水温度梯度。此外,壳体碳同位素值总体上在东亚季风强盛期低、季风间期高,与表层海水中叶绿素a浓度和海表风速的变化趋势相反,说明浮游有孔虫δ13C值反映了水体营养和表层生产力的变化。Abstract: Based on the analysis of the time-series samples obtained from the shallow, middle and deep sediment traps in the northern South China Sea from July 2009 to May 2010, it is found that the flux of the total planktonic foraminiferal tests(shells), and the flux and percentage of the primary species Globigerinoides ruber, Globigerinoides sacculifer, Pulleniatina obliquiloculata and Neogloboquadrina dutertrei are characterized by apparent seasonal variation.Their higher values appeared in the prevailing northeast and southwest East Asian Monsoon periods, especially in the winter monsoon time, and lower values appeared in intermittent period of the East Asian Monsoon, which performed a "bimodal pattern" flux model. Their seasonal variations are in line with the change in total particle flux, organic carbon flux, total nitrogen flux, calcium carbonate flux and opal fluxes, and all are closely related to the alteration of chlorophyll-a concentrations and wind speed,indicating that the biogenic particle flux in northern South China Sea is primarily controlled by the surface productivity affected by the monsoon.The seasonal δ18O variation in planktonic foraminiferal tests is in conformity with the seasonal changes in sea temperature.The variations in species dwelled in different depth reflected the temperature gradient of the upper ocean.The δ13C variations of planktonic foraminiferal tests generally performed lower values in the prevailing East Asian Monsoon periods and higher values in the monsoon intermittent time, showing an opposite variation trend with the chlorophyll-a concentrations and wind speed of the surface water.It demonstrates that the δ13C value of the planktonic foraminiferal tests reflected the variation in nutrition or primary productivity of the ocean water.
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生物礁是碳酸盐储层中的核心部分，由于其储层具有良好的物性条件，故易形成大型油气藏[1-9]。南海是中国油气勘探的重点地区之一，也是生物礁广泛发育的区域。南海目前共发现油气田200多个，有为数不少的生物礁油气藏[10-16]。对于我国而言，针对南海生物礁的深度研究主要是围绕琼东南盆地、珠江口盆地展开，已经获得了生物礁储层的油气，如流花11(Chip，2000)；而对于南海中南部的生物礁研究，还处在初级的调查阶段，已有的认识主要是基于对现代生物礁的考察、早期海调过程中获得的地震剖面，研究程度远远不能和南海北部礁区相比。实际上，根据周边国家的研究情况，南海中南部发育有大量的生物礁且是高质量的油气储层，如北巴拉望盆地、礼乐盆地、曾母盆地、西沙群岛、万安盆地等[17-25]，但由于受资料匮乏的限制，我国目前对于南海中南部生物礁的研究处于刚刚起步阶段。
1. 区域地质概况
礼乐盆地是南海中南部最大的盆地，北邻中央海盆，东邻巴拉望盆地，南邻南沙海槽盆地，西邻南华北盆地和安渡北盆地，面积4.5×104km2，水深变化在0~2000m之间(李鹏春等，2011)。国外油公司的勘探实践已表明，礼乐盆地具有较好的油气资源前景。Fatima Alvarez Castillo(2012)初步估计礼乐盆地拥有4.4亿桶油当量资源，且92%为天然气。菲律宾是礼乐盆地及巴拉望盆地研究的主力。至2003年，菲律宾在西北巴拉望盆地共进行了85400km的二维地震和5300km2的三维地震，共钻井126口，发现一批中小型的油气田[10-16]。对于我国而言，由于资料的限制，对于礼乐盆地的研究非常薄弱，目前的研究认为，礼乐盆地沉积充填由两部分组成，古近系主要以碎屑岩沉积为主(T100—T70)，南海运动之后，盆地的沉积以碳酸盐为主，尤其是23.8Ma (T70)—16Ma (T50)期间是生物礁主要发育时期(图 1)，但是由于受到资料的限制，对于生物礁的结构、特征及其分布都不是很清楚[26-34]。在本次研究中，利用重新处理过的二维地震资料，对上渐新统至下中新统发育的生物礁进行了精细的解剖，细分了类型，划分了期次，建立了模型。
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图 1 礼乐盆地沉积综合柱状图Figure 1. The integrated stratigraphic column of the Liyue Basin in South China Sea2. 生物礁生长结构与模式
借助重新处理过的2D地震数据，利用地质-地震综合分析手段，对研究区生物礁进行了精细分析。通过分析发现，生物礁主要发育在T60—T50时期，尤其是集中发育在T50界面之下。T70—T60时期主要以碳酸盐沉积为主，礼乐盆地整个被碳酸盐系统覆盖，在这个时期生物礁不发育。此外，还可以看到，生物礁一般发育在比较孤立的构造高地之上，在侧向上是一种串珠状展布的特征，并未连片成带。仔细研究后发现，生物礁这种特征是与下伏断层的控制密切相关的(图 2)。
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图 2 碳酸盐系统及生物礁发育剖面图Figure 2. The sections of carbonate system and the reefs deposits in the Liyue Basin受断层的影响，在研究区形成两种主要类型的高地：断棱型与断垒型。断棱型进一步可以识别出两种亚类：多棱型与单棱型。这几种类型均是受构造作用而形成的有利于生物礁发育的孤立高地，为生物礁的生长提供了基座。
2.1 断棱型结构
断棱型结构是受控于一对或者一组同向断层控制而形成的掀斜高地。生物礁就生长在这些高地之上。这类高地轮廓不对称，断层呈现的是隐伏状态，因此上部地层没有被切断，故而顶部发育的生物礁会连在一起。进一步的分析发现，断棱型结构包含了两种类型：多棱型与单棱型，它们对于礁体的生长具有不同的控制作用(图 3)。
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图 3 断棱型台地结构Figure 3. The structural characteristics of a fault-ridges carbonate platform in the Liyue Basin2.1.1 多棱型台地结构与生物礁发育
多棱型台地是有多条同向断层掀斜而形成的一组棱形高地。很明显可以看到，生物礁主要发育在中上部，即上渐新统与下中新统时期。地震同相轴能量强，反射外形呈现不对称丘状。进一步仔细研究发现，实际上生物礁的生长可以细分出6期，其生长过程具有明显的垂向加积和侧向退积特征。在垂向上，生物礁依次往上叠加生长，但是这种叠加不是对称性的叠加，而是退积式的叠加，即晚期的礁体生长是在上期礁体的基础上逐渐向构造高点迁移，礁体发育中心的迁移曲线清楚地展示了这种过程(图 4)。
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图 4 多棱型台地结构与生物礁发育Figure 4. The structural characteristics of a multi-fault-ridges carbonate platform and reefs deposits in the Liyue Basin不过，这种退积式的迁移过程并不是一成不变的，而是表现出了阶段性。早期是一种加积慢退的生长过程。在这个过程中，礁体的生长在垂向上的加积占据主导地位，在侧向上是一种缓慢的节奏，因此表现出来以垂向生长为主的过程。在这个阶段主要是mfs-T60时期，即礁体发育的①、②、③期；晚期礁体往高地的迁移速度加快，退积占据了主导地位，加积过程弱化，因此这个阶段称为快退型生长阶段，主要以礁体发育的④、⑤、⑥期为主(图 4)。
2.1.2 单棱型台地结构与生物礁发育
单棱型台地是由2条同向断层掀斜而形成的单个高地。生物礁的丘状发射结构非常明显, 而且期次非常易于识别，共识别出6期礁体单元，礁体单元在垂向上呈现的是一种加积增生过程(图 5)。
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图 5 单棱型台地结构与生物礁发育Figure 5. The structural characteristics of a single-fault-ridges carbonate platform and reefs in the Liyue Basin进一步的研究表明，各礁体单元内部礁的生长方式是不尽相同的。①、②、③期礁体是慢退加积生长过程，而从第④期礁体开始，礁体内部开始呈现快速的退积增长趋势，晚期的礁单元快速地往高处退积，礁体的生长范围快速缩小，这个过程称为快退型生长阶段，一直持续到礁体发育结束(图 5)。
2.2 断垒型结构
断垒型结构是另外一类台地形态。它是由两条相对的正断层对掉之后形成的地垒型的高地。生物礁就发育在高地之上。与断棱型台地礁相比，此类台地礁厚度较薄，且发育较晚。通过对比发现，断垒型台地上的礁体相当于断棱型台地礁的⑤、⑥期，是一种快速的退积生长。由于每期礁单元较薄，因此内部结构较难划分(图 6)。
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图 6 断垒型台地结构与生物礁发育Figure 6. The structural characteristics of a fault-horsts carbonate platform and reefs in the Liyue Basin2.3 发育模式
在对礼乐盆地生物礁生长结构解剖的基础上，建立了该区生物礁发育模式(图 7)。图 7清楚地显示了两类生物礁发育构型。实际上，生物礁发育主要受控于构造(古地貌)与海平面。首先，研究区发育一系列正断层，同向正断层形成掀斜断块，反向正断层形成断垒，这些块垒地貌为生物礁发育提供了有利的地形。其次，在生物礁生长过程中，由于海平面的不断上升，使得早期生成礁体不断被淹没，停止生长。这种趋势一直向更高构造的部位发展，从而使得礁体单元空间生长呈现退积式生长过程，即礁体生长是不断向更高的高点处迁移，因此礼乐盆地的礁体基本上是一种淹没礁。
3. 生物礁平面分布
借助地震资料，利用地震相分析技术，在空间上刻画了生物礁在不同时期的展布规律(图 8、图 9)。
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图 8 礼乐盆地T70—T60时期生物礁平面分布图Figure 8. The distribution of reefs in T70—T60 period of the Liyue Basin![]()
图 9 礼乐盆地T60—T50时期生物礁平面分布图Figure 9. The distribution of reefs in T60-T50 period of the Liyue Basin3.1 T70—T60生物礁展布特征
T70—T60时期，整体环境为浅海碳酸盐背景，碳酸盐台地面积大范围分布。其中北部单个台地展布范围大，南部单个台地范围小。这个阶段生物礁数量不多，主要分布在北1凹陷之内，更确切地说，大部分礁的生长位于碳酸盐岩台缘地带，且礁的生长与断层密切相关，以断棱型的礁体为主(图 8)。
3.2 T60—T50生物礁展布特征
T60—T50时期是生物礁的主发育时期。在这个阶段，整个碳酸盐台地的格局并未发生大的变化，但是礁体的数量和规模明显增大。断棱型的礁体依然发育在北1凹陷之内，沿着弧形断层的上升盘展布；同时，断垒型礁体出现，发育在中央隆起带和礼乐滩台地之上(图 9)。因此，这个时期，构造作用对礁体的控制作用更为明显。
4. 结论
(1) 礼乐盆地生物礁主要发育在T70—T50时期，其中T70—T60是礁体的初始发育期，T60—T50是礁体的主生长期。礁体的发育主要受控于正断层和海平面变化。正断层形成了构造高点，为礁体生长提供了依托，海平面控制了礁体生长的侧向迁移。
(2) 识别出两类礁体生长模型：断棱型和断垒型。断棱型礁体是本区主要类型，受控于同向断层形成的掀斜高地。此类型的礁体生长为侧向上退积和垂向上加积。礁体可以细分为6期，生长有明显的阶段性，前三期是加积慢退型生长，后三期为快退型生长。断垒型的礁体主要发育在T60—T50时期，数量较少。
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