IODP 367、368航次新成果——揭示南海西北次海盆沉积过程、控制因素及物质来源

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摘要

  陆上盆地与近海盆地的沉积通量变化可用于约束侵蚀速率以及探索构造活动与气候变化之间的联系。南海作为西太平洋最大的边缘海,在沉积物搬运与堆积过程中发挥了重要的作用。对南海沉积过程的研究,可以同时研究陆源沉积物的搬运路径,并讨论沉积通量变化的主要因素,以此帮助我们加深对于南海西北次海盆构造活动、气候变化与沉积演化之间联系的理解。

  陆上盆地与近海盆地的沉积通量变化可用于约束侵蚀速率以及探索构造活动与气候变化之间的联系。南海作为西太平洋最大的边缘海,在沉积物搬运与堆积过程中发挥了重要的作用。对南海沉积过程的研究,可以同时研究陆源沉积物的搬运路径,并讨论沉积通量变化的主要因素,以此帮助我们加深对于南海西北次海盆构造活动、气候变化与沉积演化之间联系的理解。

  自然资源部第二海洋研究所丁巍伟课题组吴艳梅博士开展了南海西北次海盆沉积过程研究。根据IODP 367、368航次最新钻井数据与岩性分析(图1),以及对地震剖面上沉积单元的划分(图2),定量计算了海盆区在不同地质时期的沉积通量,并分析了南海西北次海盆沉积通量变化的控制因素以及沉积物源,展现了沉积物从物源搬运到陆架,再到陆坡,最终进入海盆完整的沉积过程。

IODP 367、368航次新成果——揭示南海西北次海盆沉积过程、控制因素及物质来源

图1 过U1499井的地震界面校正,根据恢复的岩性层位对解释的地震剖面进行校正,U1499井位于南海洋陆过渡带的洋脊之上,U1499井钻遇大部分新生代地层,但未钻遇玄武岩基底。

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图2 SE-NW向的地震剖面SO49-17。(a)原始地震剖面;(b)地质解释及标定;(c)时深转换剖面。渐新统地层与下中新统地层经历了南海的同断裂时期。垂向比例尺放大率为3:1。

  研究结果显示,南海的沉积过程主要由区域构造事件及气候变化控制,但是会受到局部构造事件及地理位置的影响,尤其是西北次海盆,相较于其他陆缘盆地以及西南次海盆,呈现出特有的沉积通量特征(图3)。自南海西北次海盆打开以来,沉积速率较低。进入中中新世后,青藏高原的隆起以及东亚夏季风的增强,导致沉积速率快速增加。在晚中新世期间,东沙隆起事件导致大量被剥蚀的沉积物越过白云凹陷,直接进入西北次海盆,使得沉积通量在该阶段达到峰值。上新世以来,南海海平面处于高水位期,大量沉积物堆积在广阔的南海北部陆架区域,进入海盆的沉积物减少,沉积通量快速下降。而在更新世,东亚夏季风的再次盛行以及冰期—间冰期气候变化,导致陆缘侵蚀增加,进而导致沉积通量再次增加。自西北次海盆扩张以来,其主要的沉积物源来自于华南陆块,以及少量来自红河、海南岛、陆架区局部隆起的沉积贡献。

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图3 南海北部主要陆缘盆地及海盆区的沉积通量。(a)莺歌海-宋红盆地(Clift and Sun, 2006);(b)琼东南盆地(Clift and Sun, 2006);(c)珠江口盆地(Clift, 2006);(d)白云凹陷(Xie et al., 2013);(e)西南次海盆(Wu et al., 2018);以及(f)西北次海盆。

  以上研究成果已在国际地学期刊《International Geology Review》上发表。该研究得到了国家重点研发计划(2016YFC0600402)、全球变化和海气相互作用项目(GASI-GEOGE)、国家自然基金项目(91858214,41676027)和国家自然科学基金—山东国家海洋科学研究中心联合基金(U1606401)的联合资助。