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珠江口盆地白云凹陷北坡第四纪层序地层和沉积体系演化及其控制因素

刘汉尧 林畅松 张忠涛 张博 姜静 田洪训 刘欢

刘汉尧, 林畅松, 张忠涛, 张博, 姜静, 田洪训, 刘欢. 珠江口盆地白云凹陷北坡第四纪层序地层和沉积体系演化及其控制因素[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2019, 39(1): 25-37. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2017060201
引用本文: 刘汉尧, 林畅松, 张忠涛, 张博, 姜静, 田洪训, 刘欢. 珠江口盆地白云凹陷北坡第四纪层序地层和沉积体系演化及其控制因素[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2019, 39(1): 25-37. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2017060201
LIU Hanyao, LIN Changsong, ZHANG Zhongtao, ZHANG Bo, JIANG Jing, TIAN Hongxun, LIU Huan. Quaternary sequence stratigraphic evolution of the Pearl River Mouth Basin and controlling factors over depositional systems[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2019, 39(1): 25-37. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2017060201
Citation: LIU Hanyao, LIN Changsong, ZHANG Zhongtao, ZHANG Bo, JIANG Jing, TIAN Hongxun, LIU Huan. Quaternary sequence stratigraphic evolution of the Pearl River Mouth Basin and controlling factors over depositional systems[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2019, 39(1): 25-37. doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2017060201

珠江口盆地白云凹陷北坡第四纪层序地层和沉积体系演化及其控制因素


doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2017060201
详细信息
    作者简介:

    刘汉尧(1992—),男,博士,从事层序地层及沉积学研究

    通讯作者: 林畅松(1958—),男,博士,教授,目前主要从事沉积地质学、层序地层和构造地层学、盆地动力学与计算机模拟分析等研究,E-mail: Lincs58@163.com
  • 基金项目:

    国家自然科学基金项目“南海北部新近纪陆架坡折的发育演化及其对南海盆地动力学过程的沉积响应” 41130422

    国家自然科学基金项目“南海北部新近纪陆架坡折的发育演化及其对南海盆地动力学过程的沉积响应” 91328201

    国家自然科学基金项目“南海北部新近纪陆架坡折的发育演化及其对南海盆地动力学过程的沉积响应” 91528301

  • 中图分类号: P736.2

Quaternary sequence stratigraphic evolution of the Pearl River Mouth Basin and controlling factors over depositional systems

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-02
  • 修回日期:  2017-11-27
  • 刊出日期:  2019-02-28

珠江口盆地白云凹陷北坡第四纪层序地层和沉积体系演化及其控制因素

doi: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2017060201
    作者简介:

    刘汉尧(1992—),男,博士,从事层序地层及沉积学研究

    通讯作者: 林畅松(1958—),男,博士,教授,目前主要从事沉积地质学、层序地层和构造地层学、盆地动力学与计算机模拟分析等研究,E-mail: Lincs58@163.com
基金项目:

国家自然科学基金项目“南海北部新近纪陆架坡折的发育演化及其对南海盆地动力学过程的沉积响应” 41130422

国家自然科学基金项目“南海北部新近纪陆架坡折的发育演化及其对南海盆地动力学过程的沉积响应” 91328201

国家自然科学基金项目“南海北部新近纪陆架坡折的发育演化及其对南海盆地动力学过程的沉积响应” 91528301

  • 中图分类号: P736.2

摘要: 结合地震、测井及微体古生物等资料,研究了珠江口盆地白云凹陷北斜坡区第四纪的沉积体系、层序地层及控制因素。研究区第四系发育以巨厚的高角度前积层为特征的大陆斜坡沉积体系,可将其划分为4个三级层序。层序的构成包括低位、海进及高位域,沉积体系包括下切谷、北东向单向迁移斜坡水道、陆架边缘三角洲、斜坡扇及高角度陆架边缘前积体系等。随着海平面下降及物源供应,三角洲体系推进至陆架坡折形成巨厚的陆架边缘三角洲和斜坡扇体系。更新世大陆斜坡沉积体系不断从番禺隆起向白云凹陷推进,陆架坡折带向海迁移;陆架区下切谷向上不断发育,在SB3和SB2界面上最密集;而冰后期至今的全新世高位三角洲被局限在内陆架地区。大陆斜坡沉积体系的演化主要受海平面变化、构造作用、气候变化以及沉积供给变化的共同控制。

English Abstract

  • 珠江口盆地位于南海北部大陆边缘东部,是新生代形成的被动陆缘伸展盆地。研究区位于番禺低隆起—白云凹陷北坡(图 1),白云运动以来,白云凹陷深部地幔上隆产生强烈热沉降,陆架坡折带突变转移到白云凹陷北坡[1],此后进入相对稳定期。大约3.0Ma,南海北部发生一次大规模的海侵,此后总体发生大规模的第四纪海退,直至全新世海平面开始回升[2],在研究区地震及测井资料中保留下良好的地质记录。近年来在我国南海珠江口盆地依据大量地震、钻井资料的综合研究表明,新生代以来的陆架坡折带的层序结构和发育演化不仅与海平面变化有关,而且与构造沉降、气候变化和沉积物供给量同样有着密切关系[3, 4]

    图  1  珠江口盆地地震剖面位置及研究区地貌

    Figure 1.  The schematic map of Pearl River Mouth Basin and location of profiles and loggings and the seabed topography basemap of study area

    对于南海陆架边缘沉积体系,前人在渐新世—中新世进行了大量研究,包括陆架边缘沉积体的平面展布、沉积旋回的划分、充填演化特征、控制因素等[5-10]。对于南海第四系,前人对于内部地层进行了细致划分[11],然而对于第四系底界及层序时间格架还存在争议,对第四纪层序地层、沉积体系等系统性的研究较少,对于相关海平面变化、构造、气候、沉积供给等的相应关系更是缺乏认识[3, 12-19]。从盆地沉积地质的角度分析构造、气候、海平面变化等控制因素相互作用是一项极其重要的研究,陆架坡折带受控制因素变化敏感,是该项研究的最佳场所之一。同时,第四系由于后期构造作用较少,加之构造沉降以及较高的沉积速率[15],较好地保存了原始的地质历史信息。本文聚焦于珠江口盆地陆架边缘,对研究区第四纪地层进行三级层序、体系域及沉积体系进行详细刻画全面分析,旨在揭示其与海平面变化、构造、气候及沉积供给的响应关系,为南海珠江口盆地白云凹陷北斜坡第四纪以来沉积地质提供一定的依据。通过建立和识别第四纪陆架边缘层序及沉积体系以及对控制因素的分析,对陆架边缘盆地分析以及深层研究有着重要的学习和指导意义。

    • 近年来,大规模石油勘探及海洋地质调查在研究区获取了丰富的地震、钻井以及微古生物等资料,3D地震资料分辨率高,为层序地层和沉积体系的精细研究提供重要基础。本文利用珠江口盆地南部第四纪地层的高精度3D地震资料,结合测井资料和微古生物资料进行了综合分析。首先通过层序地层学的原理[20]对研究区地震资料进行了层序界面的识别,它们均被不整合及其对应的整合面所分隔,界面上下可见上超、下超、顶超、削截、下切冲刷等接触关系以及地层叠加样式的变化,或存在沉积相序的突变和沉积间断。利用相关测井数据(岩性、GR曲线)的形态及组合类型进一步分析,可以在三级层序内部划分出低位域、海侵域和高位域。三级层序界面的时间格架通过研究区古生物地层(超微化石、有孔虫)建立(图 2),可以与ODP1148站年龄格架进行对比[21, 22]。沉积体系的识别主要通过Mitchum,Vail和Sangree[23-25]的原理进行地震相分析,依据“外部形态+内部属性”的分类原则。同时通过与钻井资料对比分析,结合区域海底地形地貌(图 1),建立研究区第四系沉积模式,揭示该地区第四系沉积体系和沉积相的发育分布和演化。最后,通过大量文献调研,对南海北部沉积体系及控制因素进行了探讨。

      图  2  研究区SE向剖面地震及测井层序格架解释图

      Figure 2.  Sequence architecture framework interpretation of study area using seismic proiles and well log

    • 沉积充填序列是由一系列沉积旋回(不同级别)所组成,各级沉积旋回对应所划分出的地层单元称为层序地层单元[26]。研究区第四系识别出1个二级层序界面(T20)、4个三级层序界面(SB1—SB4),将其划分为4个三级层序(SQ1—SQ4),层序内部分别识别出最大海泛面(MFS1—MFS3)、初次海泛面及内部不整合等(图 2)。总体来说,第四系厚度由陆向海逐渐变大,陆架区厚度为100~400m,至陆架边缘位置厚度达到最大,为500~700m。

      T20界面为第四系的底界,全区范围发育,年龄大约为3.0~2.4Ma,具有强振幅、中高频、高连续的反射特征,反射同相轴较平直、可连续追踪。在地震剖面上呈强振幅反射,在东沙隆起处呈角度不整合,向上被上覆地层上超,下部则为一套强振幅前积反射,在番禺隆起到白云凹陷转换带广泛被侵蚀。同时通过与测井资料对比(图 23),发现界面处岩性为泥岩,GR曲线呈漏斗型,测井数据突变说明其上部发现大套海侵体系域,代表了在3.0Ma左右发生了一次大范围海侵事件。

      图  3  研究区SE向剖面地震及测井沉积体系解释图(剖面及测井位置见图 1)

      Figure 3.  Depositional systems of the study area (see Fig. 1 for profile location)

      三级层序界面(SB4—SB1)年龄分别约为1.6、0.8、0.45、0.12Ma,研究区内发育,地震反射强振幅、中—高频、中—高连续,以下切侵蚀为特征。界面处向上均可见上超、底超或双向底超,向下与下伏前积反射削截不整合反射接触(图 3)。同时陆架区发育“U”型或“V”型下切谷,SB3和SB2界面发育最为密集。界面上、下反射波组突变接触。依据测井资料,可见界面处岩性大多发生突变,GR曲线呈漏斗型,推测下切谷底部充填低位域较粗的沉积物,上部被海侵域细粒沉积充填。

      最大海泛面(MFS3—MFS1)在地震剖面中具有稳定的响应,几乎分布整个陆架区,这些界面通常被上部区域性前积下超,下部发育有典型的丘状地震相单元。连续的两个最大海泛面之间的沉积层序都具有明显的“二元”结构[27],即层序下部为大套区域前积反射,上部为强振幅席状反射。在测井上表现为GR值增大,岩性对应为泥岩(图 3)。

      内部不整合面常常表现为强振幅,主要特征为分布局限,无法区域追踪,易于发生和其他不整合界面合并等,推测与高频海平面变化或三角洲朵体迁移的自旋回过程有关[28],是一种高频类型界面。

    • 进一步对层序进行划分,在SQ4层序内识别出海侵域和高位域,在SQ3—SQ1层序内部识别出低位体系域、海侵体系域和高位体系域。低位域和高位域在第四纪地层沉积过程中占主导地位(图 4)。

      图  4  研究区W-E向地震剖面地震层序结构及沉积体系解释图

      Figure 4.  Sequence architecture and depositional systems interpretation of study area using seismic proiles

      低位体系域(LST):低位域沉积在地震剖面上呈高角度前积反射,多跃过陆架坡折带沉积,对其下部层序界面底超或双向底超,在测井上岩性主要为泥质粉砂岩和粉砂质泥岩,GR值向上变大。

      海侵体系域(TST):SQ4内海侵域在地震剖面上呈大套强振幅反射,测井资料表现为GR值较大,岩性主要为泥岩,指示了3.0Ma的快速大幅海侵事件。在SQ3—SQ1内,海侵域呈强振幅席状反射,厚度很薄,常见典型的丘状地震相单元,上部被高位域区域性前积下超,向下被低位域上超,测井资料表现为GR曲线呈箱型,岩性为泥岩。

      高位体系域(HST):高位域地震上主要为低角度斜交平行前积、S型前积地震相,其内部前积层顶部被侵蚀,形成下切谷。测井资料表现为GR曲线值向上变小,岩性向上变粗。

    • 从SQ4至SQ1,高位域推至陆架边缘发育海退体系域(FST),上下两层序相邻的前积体共同组成巨厚的高角度前积体,在地震剖面上主要表现为区域前积反射。研究区地震剖面可识别出三套高角度前积体。这些前积体内部结构主要表现为从内陆架到陆架边缘前积角度不断增大,前积层高度逐渐增大,底积层厚度逐渐变小,前积层逐渐向底部收敛,到了前端逐渐过渡为斜交型前积(图 4)。这些现象表明这些前积体为海平面逐渐下降过程中形成的,同时也指示了当时充足的沉积供给。从整体上看,由于SQ3—SQ1内部海侵域厚度很薄,因此研究区第四系可看作发育有一套巨厚的高角度前积层,在地震剖面中层序厚度向海逐渐增大,厚度约400m,呈现出典型的向海出现楔状增厚的特征。说明第四纪海侵期持续时间较短,海平面旋回整体以下降期为主。

    • 本文通过研究区珠江口盆地南部多个地震剖面解释,结合地震相和沉积学分析[22-25, 29],识别出研究区第四纪发育的沉积体系有下切谷、斜坡水道、三角洲—陆架边缘三角洲和斜坡扇等沉积体系。

    • 下切谷是在相对海平面下降时形成的深切河道,与三级层序界面相对应,主要可以划分为简单型和复合型下切谷。在第四系陆架区发育大量的下切谷,内部充填作用明显。在地震剖面中表现为简单充填相和复合充填相,多成U型或V型,深度约10~20m,宽度可达数百米至几十千米,内部结构不尽相同,或对称或不对称,大多数呈不对称结构,以强振幅为主,GR曲线呈漏斗型,岩性突变。下切谷底部充填低位域较粗的沉积物,上部被海侵域细粒沉积充填。三级层序之上垂向上向上下切谷增多,SB3和SB2界面上发育最为密集(图 34)。

      在研究区陆架斜坡发育17条单向迁移水道[19],从左向右命名为C1—C17(图 14),互相大致平行,呈U型或V型,顺陆坡向下,大致呈NNW—SSE向展布,水道内部侵蚀特征明显,轴部沉积连续性较差、具有上平下凹的透镜状强反射地震特征,底部见侵蚀面,沉积期次明显,发育三级阶地,垂向上北东侧向堆积,向下发育分支水道,具有SE单向迁移特征,推测为等深流和重力流的共同作用。通过对研究区三维地震方差切片可以清晰地识别出斜坡水道,如图 5所示,第四纪研究区水道整体向海迁移。

      图  5  研究区三维地震方差切片演化图

      Figure 5.  Variance cube slices showing depositional evolution

      研究区水道自中新世开始发育,第四纪发育有三期,水道对于陆坡区的沉积具有十分重要的作用,沉积物通过水道向陆坡运输。水道发育的陆坡区沉积物供给相对丰富,容易形成大规模的斜坡浊积扇体;反之,水道相对不发育的陆坡不容易形成浊积扇体。水道内部填充沉积物主要来自于海退早期形成的低位域以及基准面上升形成的海侵域。

    • 珠江口盆地南部第四系发育大量前积结构,主要可以解释为三角洲前缘—前三角洲和陆架边缘三角洲(图 3)。

      三角洲前缘主要形成于高位期,进积作用不明显,三角洲主体推进的不远,在地震上主要表现为低角度斜交平行前积、S型前积地震相,呈中到高连续、高振幅,GR曲线向上减小或呈漏斗型,岩性主要为泥质粉砂岩和粉砂质泥岩;前三角洲一般可延伸至斜坡,在地震上呈中—低连续、低振幅的前积反射,GR值较大,岩性为泥岩;三角洲平原位于内陆架,在地震上表现为平行—亚平行反射,发育下切谷侵蚀充填。

      在陆架区SQ4—SQ1高位期间,地震相从中—低连续、低振幅的前积相逐渐变为低角度斜交平行前积,同时测井数据显示整体岩性向上逐渐变粗,GR曲线向上增大,说明沉积物不断由南部番禺隆起向北部白云凹陷推进。研究区于SQ4内发育前三角洲,SQ3—SQ1内分别发育三角洲前缘及前三角洲平原,沉积环境逐渐由深水沉积—前三角洲—三角洲前缘—三角洲平原演化(图 3)。

      随着海平面继续下降到陆架坡折,三角洲前缘或前三角洲随海平面向海推进至陆架斜坡,进积作用明显增强,三角洲主体快速推进到陆架边缘,沉积厚度明显增加,形成了陆架边缘三角洲。由于受重力作用,向陆坡供给的沉积物逐渐增多,陆坡稳定性逐渐增加,使得最大的沉降中心位于陆架边缘附近。以陆架边缘为界,陆架边缘三角洲的横剖面由两个楔形体组成,一个向陆,一个向海。陆架边缘三角洲的生长过程总与陆架坡折的迁移方向一致,且最厚的沉积一般位于陆架坡折线附近,主要为高角度斜坡沉积地震相。如图 34,约从1.6Ma开始,三角洲大幅向海推进,于SQ3、SQ2和SQ1陆架边缘附近分别发育陆架边缘三角洲,高度分别约100m,根据岩芯数据,其岩性主要为泥质粉砂岩和粉砂岩。随着陆坡梯度迅速增加,由于重力作用,陆架边缘三角洲沉积常发生重力流滑塌,在地震剖面表现为杂乱反射(图 4)。

      根据三维地震及地震剖面解释,确定了研究区三角洲沉积中心及陆架坡折展布(图 5),研究区三角洲从SQ4—SQ1垂向上进积作用增强,三角洲—陆架边缘三角洲沉积由南部番禺隆起逐渐向北部白云凹陷推进,陆架边缘随之向前推进。而冰后期至今的全新世高位三角洲被局限在内陆架地区,以细粒泥质沉积为主[23],其在研究区地震资料中未被发现,由Lüdmann等[17]二维地震剖面1(SO-50B)解释确定,现代三角洲在内陆架发育。由于沿岸流和波浪作用很强,现代三角洲推进至陆架坡折不太可能。研究区沉积相主要为更新世残余砂体(陆架)及半远洋沉积(斜坡)[30],全新世沉积只出现在大型古河道中。

    • 陆架边缘三角洲与斜坡扇呈三级源汇关系,主要有3种途径[31]:(1)河口超密度流;(2)陆架边缘三角洲推进至斜坡水道;(3)陆架边缘三角洲前缘发生重力流滑塌。

      在研究区,随着海平面下降,陆架边缘三角洲推进至斜坡水道发生三级源汇响应,在斜坡水道发育斜坡扇体系。在地震剖面层序内部识别出大量斜坡扇体系,其呈强振幅、高频率,连续性较低,形态呈下平上凸的丘型。斜坡扇与陆架边缘三角洲呈三级源汇关系,是陆架边缘三角洲在低位域晚期越过陆架边缘,沿着斜坡水道堆积形成。在斜坡水道上部呈过路沉积,主要发育在中下部,形态呈朵体状,向下发育分支河道,逐渐呈席状展布(图 2)。同时斜坡区还识别出重力流滑塌沉积成因斜坡扇,由于陆坡梯度迅速增加,在重力作用下,陆架边缘三角洲沉积发生重力流滑塌,地震相呈杂乱反射,位于上斜坡带(图 24)。

      从整体来说,如图 5所示,T20时期斜坡扇范围较小,而斜坡水道范围较大,SB3—SB2斜坡扇后缘向陆推进,范围变大,可能与SB3以来陆架边缘三角洲及下切谷发育有关。第四纪以来,研究区斜坡扇随着陆架边缘三角洲的向海推进,沉积物总体由南部番禺隆起逐渐向北部白云凹陷推进。

    • 根据层序地层学原理,沉积体系及层序类型的演化主要与可容空间大小有关,可容空间主要受海平面变化、构造运动、气候及沉积供给的影响。通过文献调研及大量基础工作,证实研究区第四系层序及沉积体系演化主要是由海平面变化、构造运动、沉积供给及气候等相互作用造成的。

    • 海平面变化是形成沉积层序旋回的根本原因。在研究区第四纪,单个三级层序内,在低位期海平面下降时,原来处于海水中的陆架区暴露在外,接受河流下切作用,形成下切谷;随着海平面下降,三角洲向海推进至陆架坡折,形成巨厚的陆架边缘三角洲体系;低位域晚期,沉积物继续推进到达斜坡水道发生三级源汇响应,在陆架斜坡发育斜坡扇;在海侵期,深海沉积物上超低位体系域之上形成薄层的海退体系;高位期,海水继续下降,物源充足,沉积物越过陆架坡折,形成大套向海进积的三角洲沉积和陆坡沉积。从整体来看,每个旋回的海侵期持续的时间较短,整体呈下降特征。

      第四纪层序变化与全球海平面变化曲线二级、三级均可对比。T20界面作为区域不整合面,指示了二级海平面快速下降,与Haq曲线[32]同样对应较好,同时南海δ18O含量在3.0~2.4Ma下降了1.9‰[33](图 6),证实了南海区域在此期间变冷、海平面骤降。然而在T20界面之上出现大套海侵体系域,指示一次快速的海侵事件,与全球海平面变化中的下降趋势相反,暗示了在此期间构造作用起到一定控制作用。三级层序界面SB4—SB1作为下切侵蚀面,分别指示了4次三级海平面的下降,与全球海平面变化及氧同位素曲线具有较好的对应关系(图 6)。最后,全新世高位三角洲被局限在内陆架,成为湾头三角洲,与末次盛冰期之后全球海平面大幅回升相对应。然而研究区三角洲等沉积中心及陆架坡折向海迁移(图 24),说明四次海降幅度逐渐增大,而全球海平面变化在此期间二级海平面下降幅度较小,说明区域构造、沉积供给及气候因素起到了一定的影响。

      图  6  南海珠江口盆地3Ma以来层序划分及控制因素

      Figure 6.  Sequence classification and controlling factors of the Pearl River mouth Basin since 3Ma

      相对海平面变化主要由全球海平面变化及构造作用共同控制。构造运动可以通过改变可容空间进而对沉积体系演化起到控制作用。二级层序界面T20以下切侵蚀及在东沙隆起附近的角度不整合面为特征,研究认为与流花运动的构造上升有关,而流花运动被认为是吕宋岛弧向欧亚大陆及南海构造域碰撞的结果[34, 35]。流花运动之后,第四纪进入快速沉降期[35],推测为导致T20界面上出现大套海侵体系域的原因。同时前人研究认为南海北部陆架边缘早中更新世末期进入构造上升期[36](图 6),认为与此期间二级海平面下降幅度相对增大及巨厚的前积层的发育有关。综上,相比全球海平面变化对研究区整体的沉积演化控制作用,区域构造可能进一步加强了T20之上海侵域及SQ3—SQ1的沉积,海平面变化和构造运动基本控制了研究区的沉积结构和沉积体系演化(图 7)。

      图  7  南海珠江口盆地第四纪沉积演化及控制因素

      Figure 7.  Depositional evolution and controlling factors of the Pearl River mouth Basin since Quaternary

    • 沉积供给是控制盆地沉积样式的基本条件之一[20]。南海北部第四纪陆源物质的堆积速率很大[37],根据ODP1148站研究显示,南海沉积物母岩区随时间逐渐扩大,第四纪南海北部陆源输入作用明显增强,沉积速率高达49.01m/Ma[38]。前人对珠江口盆地研究得出更新世沉积速率达到最大(50.7km3 · km-1 · Ma-1)[39](图 6)。前人研究认为,南海第四纪的高堆积速率是由滇西高原西部第四纪期间快速上升,剥蚀速度加快,向南海提供了大量的沉积物所造成的[40]。由于充足的物源供应及高堆积速率,使得研究区第四纪发育大套巨厚的斜坡高角度前积层,海平面下降期间三角洲得以推进至陆架坡折带,形成陆架边缘三角洲及斜坡扇体系。根据测井岩心数据,陆架区主要以砂岩为主,而在研究区陆架坡折及斜坡扇处岩性却相对较细,以泥岩和粉砂岩为主。由于研究区主要位于陆架坡折带及斜坡环境,与河口距离较远,主要为三角洲前缘及前三角洲沉积,所以这并不与第四纪较强的陆源输入相矛盾。同时研究发现,沉积速率在第四纪出现大幅上升是具有全球范围的事件[41]。前人研究认为造成这一事件的原因为在4~2Ma发生气候变化,由之前较稳定的气候变化为温度、降雨及植被均频繁突变的气候环境[42],造成强烈的下切侵蚀作用。因此研究区较大的堆积速率可能不直接对应陆源输入,较细的沉积物是由于下切及剥蚀作用增强造成的。

      进入第四纪,全球从温暖、单一的环境变为具有典型冰期-间冰期旋回的极端气候[43],气候变化更加频繁,对沉积演化有着一定控制作用。气候变化可以通过两极冰盖的作用导致海平面变化,进而影响层序及沉积演化。前人通过南海有孔虫氧同位素(图 6)、孢粉、黏土矿物等研究发现,进入第四纪冰期后,全球气温开始迅速下降,气候变冷变干,北极初现冰盖[34, 44, 45],到了全新世早期气候开始转暖, 全新世中期气候炎热,干湿季明显,海平面上升, 全新世晚期气候暖热湿润[46],与全球海平面变化良好对应。随着北极冰盖的增大,南海季风与冰期旋回的关系变得密切,冬季风作用也愈益加强[47],尤其南海北部及周边地区的气候受东亚季风强烈影响[48]。前人通过ODP1148站浮游有孔虫、氧碳同位素等证据发现3.1~2.2Ma东亚冬季风增强,冬季表层海水温度下降幅度可达4℃以上[49],与全球冰量响应。同时,除了全球冰量的增长,东亚季风的演化还与喜马拉雅-青藏构造带的隆升作用密切相关,前人研究认为青藏高原在2Ma以来发生快速隆升事件(图 6),推测其导致温暖潮湿的南亚季风被阻挡,东亚季风明显加强[38, 50]。研究表明,冬季风在约1.7、1.3、0.9、0.45、0.12Ma明显增强[49],南海北部表层水温呈阶梯状下降,与研究区层序界面良好对应。强烈的冬季风可以强化南海周边的寒冷和干燥的背景,与SB3—SB1层序界面上陆架下切和SQ3—SQ1陆架边缘三角洲发育联系密切。同时,中更新世转型是第四纪的重要事件之一,标志着气候旋回从约40ka忽然增大到100ka[51, 52],δ18O含量在此期间也发生明显变化(图 6)。南海中更新世转型时间段约为1.2~0.6Ma,更新世转型之后,气候旋回周期逐渐变长,海平面变化下降幅度和持续时间显著增加,推测与SB3之后三角洲大规模向前推进形成陆架边缘三角洲及SB3和SB2界面发生大规模谷下切作用密切相关。

      综上,与海平面变化和构造作用对沉积结构及演化的主控作用不同,充足的沉积供给是第四纪沉积结构形成及演化的前提,充足的沉积供给和极端的气候与研究区SQ3—SQ1的进积作用以及SB3和SB2下切谷的形成密切相关,进一步影响斜坡扇沉积,同样对第四纪的沉积演化有着重要的作用(图 7)。

    • (1) 根据地震测井资料以及微古生物资料,建立南海北部白云凹陷陆架坡折带第四纪三级层序格架。识别出第四纪基底T20界面及SB4—SB1四个三级层序界面,将第四系划分为4个完整的三级层序;在三级层序内部分别识别出低位域、海侵域和高位域;顶底界面以上超不整合、下超不整合、削蚀不整合或者下切谷充填不整合接触关系为特征。

      (2) 结合地震相及测井资料识别出珠江口盆地南部第四系典型沉积体系包括巨厚的高角度前积层、下切谷、斜坡水道、三角洲—陆架边缘三角洲及斜坡扇体系。垂向向上下切谷增多,SB3和SB2界面最为密集;珠江口三角洲体系总体以进积作用为主,垂向向上进积作用增强;大陆斜坡沉积体系不断由南部番禺隆起逐渐向北部白云凹陷推进,陆架坡折带向海迁移;冰后期至今的高位三角洲被局限在内陆架盆地,形成细粒泥质沉积的高位三角洲。

      (3) 研究区第四纪层序及沉积体系演化主要由海平面变化、构造运动、沉积供给及气候等共同控制。第四系层序沉积演化与全球海平面变化曲线可以较好对比;T20界面的形成与流花运动有关,而T20界面之上发育大套海侵体系域被认为是流花运动之后盆地快速沉降的结果;海平面变化和构造运动基本控制了研究区的沉积结构和沉积体系演化,而第四纪充足的沉积供给和极端的气候进一步加强了研究区SQ3—SQ1内陆架边缘三角洲的进积以及SB3和SB2界面上下切谷的发育,进而对斜坡扇的沉积产生影响。

参考文献 (52)

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