中国科学家发表IODP 381航次新成果:揭示活动裂谷盆地沉积物粒度对水动力条件及物源的响应

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伦敦地质学会特刊(Geological Society London, Special Publications)近日发表了中国地质大学(北京)康文君博士(第一作者)、李顺利副教授(通讯作者,IODP 381航次中国科学家代表)及其合作者关于科林斯裂谷晚更新世沉积物粒度分析的研究成果:“Grain-Size Analysis of the Late Pleistocene Sediments in the Corinth Rift: Insights into Strait Influenced Hydrodynamics and Provenance of an Active Rift Basin”。

海峡(Strait)和海道(Seaway)是连接开阔海与局限海的关键枢纽,它们调节水、沉积物和生物的交换,并影响当地和全球气候(Rossi et al., 2022)。海峡控制流体放大机制下沉积物堆积(Cavazza & Longhitano, 2022)包含反映沉积体系内部动力学运行时空尺度的粒度信息(Ganti, Lamb & McElroy, 2014; Watkins et al., 2020)。

研究团队选取了IODP 381航次M0079A钻孔(位于希腊科林斯湾中部)晚更新世样品作为研究对象(图1),通过频率分布曲线、粒度-标准差法和概率值累积曲线,提取了对沉积环境敏感的粒度总体,表征不同流动过程/机制下沉积物的粒度总体,利用敏感粒度总体的变异性来确定晚更新世活动裂谷内主要水动力条件和物源,揭示了海峡闭/开状态对科林斯裂谷盆地沉积和物源演化的控制,为大陆边缘活动裂谷沉积过程研究提供了新思路

中国科学家发表IODP 381航次新成果:揭示活动裂谷盆地沉积物粒度对水动力条件及物源的响应

图1. (a)科林斯湾晚更新世地质简图、IODP 381航次M0079A钻孔(红点);(b)南北向地震剖面解释(图a红色虚线位置)

该研究发现:约0.593-0.613 Ma之间,科林斯湾的沉积环境从孤立湖泊转变为周期性与大洋连接的海湾,并被记录在研究区域沉积物粒度信息中。在科林斯湾南部汇水区水系反转之前,0.15-0.25 μm粒度组分通常可以指示河流沉积物供应(高密度羽流),水系反转后该组分指示洪水期间河流沉积物供应(异重流);0.3-0.5 μm粒度组分可作为悬浮沉积物沉降指标,尤其是当海湾与海洋周期性连接时,其含量稳定在0.8%附近。同时,基于粒度分析,建立了区分科林斯湾的半远洋沉积、事件沉积(可能是由地震触发)、异重流和高密度羽流的概率值累积曲线图版(图2)。

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图2. 左侧:通过标准偏差-粒径法提取的敏感粒度组分;右侧:用于区分研究区物源的概率值累积曲线图版

此外,作者对深水岩芯分析表明,在海湾与海洋连接时沉积层段沉积物粒度更粗,同时基于科林斯地峡更新世古地理重建结果(Collier & Thompson, 1991),认为海峡沉积物通量引起的相关洋流(顺时针方向循环)可能促进了浅水沉积物从较浅陆架向科林斯裂谷主轴沉积中心的搬运(图3),解释了海相沉积期间的粗粒沉积物。

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图3. 科林斯湾M0079A场地水动力和物源解释的剖面示意图。(a)科林斯湾南部排水逆转后,海湾定期连通;(b)科林斯湾南部排水逆转前,存在间歇性海侵的孤立湖泊;(c)科林斯地峡沉积层序照片;(d)细砂岩中的双向波纹

本研究说明了海峡存在是如何影响邻近沉积中心深水轴的沉积流体流动细节,并提供了通过粒度组分区分沉积物供应的新见解。

文章第一作者为中国地质大学(北京)康文君博士(第一作者)、通讯作者为中国地质大学(北京)李顺利副教授。该研究受IODP 381航次、国家自然科学基金项目(42272124,41802129)及中央高校基本科研专项资金项目(2-9-2019-100)的支持。作者对参与IODP 381航次的科学家团队,以及中国IODP办公室一并致谢。

Wenjun Kang, Shunli Li*, Robert L. Gawthorpe, Mary Ford, Richard E. Ll. Collier, Xinghe Yu, Liliane Janikian, Casey W. Nixon, Romain Hemelsdaël, Spyros Sergiou, Jack Gillespie, Sofia Pechlivanidou, and Gino De Gelder. 2022. Grain-Size Analysis of the Late Pleistocene Sediments in the Corinth Rift: Insights into Strait Influenced Hydrodynamics and Provenance of an Active Rift Basin. Geological Society, London, Special Publications. Volume 523, https://doi.org/10.1144/SP523-2022-166.

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撰稿:康文君、李顺利