南海晚渐新世滑塌沉积指示的地质构造事件

南海北部ODP1148站晚渐新世至早中新世沉积以滑塌堆积和长时间沉积缺失为主要特征.由构造活动引起的沉积间断始于渐新世中期28.5 Ma至早中新世23 Ma左右结束.主间断面位于25 Ma, 亦即滑塌沉积层的底界.4次沉积间断总共造成至少3 Ma沉积记录的缺失.综合岩性、古生物年代测定、地球化学等分析结果, 表明南海晚渐新世的海底扩张模式呈多次跳跃式, 并以“25 Ma事件”为型变高峰.这一系列构造活动是欧亚、澳大利亚、菲律宾-太平洋板块相互作用的结果, 直接导致南海向前期裂谷更发育, 红河大断裂左擦拉张更强的南部扩张的转型.1148站的滑塌沉积为此次南海扩张转型提供了直接的证据.      

Late Oligocene sedimentary environments and provenance abrupt change event in the northern South China Sea

A significant change in composition was recorded in late Oligocene sediments from the northern South China Sea. This abrupt event coincided with the seafloor spreading axis jump across the Oligocene/Miocene boundary, leading to sedimentation breaks and slumps as well as obvious changes in sediment geochemical composition, and representing the greatest tectonic activity in the South China Sea region since the Oligocene. Through this tectonic event, the sedimentary environment in the Baiyun sag area transformed from a continental shelf in the late Oligocene to a continental slope since the early Miocene, the provenance of the sediments changed from neighboring areas to the hinterland of the South China block, and the sea level rose since the early Miocene in the area. Therefore, this abrupt change event has a profound influence on the evolution of petroleum offshore in the northern South China Sea. __________ Translated from Geology in China, 2007, 34(6): 1022–1031 [译自: 中国地质]     

The mechanism of post-rift fault activities in Baiyun sag,Pearl River Mouth basin

Post-rift fault activities were often observed in deepwater basins, which have great contributions to oil and gas migration and accumulation. The main causes for post-rift fault activities include tectonic events, mud or salt diapirs, and gravitational collapse. In the South China Sea continental margin, post-rift fault activities are widely distributed, especially in Baiyun sag, one of the largest deepwater sag with its main body located beneath present continental slope. During the post-rift stage, large population of faults kept active for a long time from 32 Ma (T70) till 5.5 Ma (T10). Seismic interpretation, fault analysis and analogue modeling experiments indicate that the post-rift fault activities in Baiyun sag between 32 Ma (T70) and 13.8 Ma (T30) was mainly controlled by gravity pointing to the Main Baiyun sag, which caused the faults extensive on the side facing Main Baiyun sag and the back side compressive. Around 32 Ma (T70), the breakup of the continental margin and the spreading of the South China Sea shed a combined effect of weak compression toward Baiyun sag. The gravity during post-rift stage might be caused by discrepant subsidence and sedimentation between strongly thinned sag center and wing areas. This is supported by positive relationship between sedimentation rate and fault growth index. After 13.8 Ma (T30), fault activity shows negative relationship with sedimentation rate. Compressive uplift and erosion in seismic profiles as well as negative tectonic subsiding rates suggest that the fault activity from 13.8 Ma (T30) to 5.5 Ma (T10) might be controlled by the subductive compression from the Philippine plate in the east.     

Denudation History of South China Block and Sediment Supply to Northern Margin of the South China Sea

On the basis of apatite fission track (AFT) analyses,this article aims to provide a quantitative overview of Cenozoic morphotectonic evolution and sediment supply to the northern margin of the South China Sea (SCS).Seventeen granite samples were collected from the coast to the inland of the South China block.Plots of AFT age against sample location with respect to the coastline show a general trend of youngling age away from the coast,which implies more prolonged erosion and sediment contribution at the inland of the South China Sea during post break-up evolution.Two-stage fast erosion process,Early Tertiary and Middle Miocene,is deduced from simulated cooling histories.The first fast cooling and denudation during Early Tertiary are recorded by the samples along the coast (between 70 and 60 Ma) and the inland (between 50 and 30 Mu),respectively.This suggests initial local erosion and deposition in the northern margin of the SCS during Early Tertiary.Fast erosion along the coast ceased since ca.50 Ma,while it had lasted until ca.30 Ma inland,indicating that the erosion was transferred from the local coastal zone initially toward the continental interior with unified subsidence of the northern margin,which resulted in the formation of a south-dipping topography of the continental margin.The thermal stosis in the South China block since ca.30 Mu must det'me the time at which the northern margin became dynamically disconnected from the active rifting and stretching that was taking place to the south.The lower erosion rate is inconsistent with higher sedimentary rate in the Pearl River Mouth basin during Late Oligocene (ca.25 Ma).This indicates that the increased sedimentation in the basin is not due to the erosion of the granite belt of the South China block,but perhaps points to the westward propagation of the paleo-Pearl River drainage related to the uplift of the eastern margin of Tibet plateau and southward jumping of spreading axis of the South China Sea.The socond erosion acceleration rate of the Middle Miocene (ca.14 Ma) cooling could have been linked to the long-distance effect of uplift of the Tibet plateau or due to the enhanced East Asian monsoon.     

南海北部深水区新生代热演化史

在构造沉降史恢复的基础上确定拉张期次,再采用非瞬时非均匀多期拉张纯剪切模型恢复南海北部深水区新生代热流史,结果表明：始新世以来,南海北部深水区存在多期热流升高的加热事件。裂谷阶段盆地基底热流幕式升高,裂后阶段也并非完全处于热衰减期。琼东南盆地新生代存在56.5～32 Ma、32～16 Ma和5.3 Ma以来3期加热事件,珠江口盆地存在56.5～32 Ma和32～23.3 Ma两期加热事件。琼东南盆地深水区基底热流始新世末为56～62 mW/m2; 早中新世末上升到60～64 mW/m2; 上新世末在深断陷区最高达75mW/m2。珠江口盆地深水区基底热流始新世末升高到60 mW/m2; 渐新世末升高到70 mW/m2。深水区新生代裂谷阶段多期拉张决定了基底热流幕式升高的多期加热事件,琼东南盆地晚期加热事件与红河走滑断裂在10～5 Ma时由左旋走滑转变为右旋走滑拉张有关。     

南海渐新世以来构造演化的沉积记录--ODP 1148站深海沉积物中的证据

南海ODP 1148站井深859 m、时间跨度32.8 Ma,是南海大洋钻探中取芯最长、年代最老的站位,详细记录了渐新世以来南海北部的演变历史。该站位深海沉积物地球化学分析结果显示,自早渐新世以来南海经历了复杂的沉积、构造演变过程。在32 Ma、30 Ma、28.5 Ma、25 Ma、23.5 Ma 和16 Ma以及10 Ma、8 Ma和3 Ma沉积物成分存在明显的突变或不连续面。特别是在晚渐新世沉积物成分发生剧烈改变,并伴有沉积间断和滑塌作用,代表着南海以及我国东部地区一次重大构造运动,该构造运动对我国近代地理格局的形成以及我国东部地区众多陆相盆地由断陷型转为坳陷型起到了极为关键的作用。     

南海深水区晚更新世以来沉积速率、沉积通量与物质组成

通过调查所获得柱样沉积物氧碳同位素测年资料及多学科综合分析表明,晚更新世以来南海沉积速率和沉积通量具有以下几个特征 :(1)总体上为间冰期沉积速率低、冰期沉积速率高,冰期沉积速率是间冰期沉积速率的 1.3～ 1.6倍;(2 )南海沉积速率趋势面分析表明,氧同位素 1期东北陆坡和西南陆坡沉积速率高,氧同位素 2、3期沉积速率分布特征相似,与 1期有所不同,东北陆坡沉积速率高于西南陆坡,表明氧同位素 2期之后,南海的沉积环境发生明显的改变,造成上述沉积速率分布的主要控制因素是南海周围的河流分布、季风、海流等;(3)南海东部沉积通量与物质组成分析表明,末次冰期以来沉积总通量北部陆坡区明显高于深海区,前者是后者 2～ 3倍,并有自北向南逐渐降低的趋势;(4)硅质生物沉积通量冰期明显高于间冰期,末次冰期以来东北部陆坡区的硅质生物沉积通量最高,末次冰期之前恰好相反,深海盆高于陆坡区;(5 )末次冰期以来,陆源沉积约占南海东部海域沉积的 4 4 %以上。     

南海东北部台湾浅滩陆坡的浊流沉积物波的发育及其成因的构造控制

南海东北部马尼拉海沟发育有面积达35 000 km2的、壮观的沉积物波波域,水深2 600～4 100 m。基于波域的特征、区域分布、物质组成等,判断其为重力流成因。该波域于1.2 Ma开始起动,从而形成了和下伏平行反射截然不同的波状反射,二者之间为沉积物波的起动面。该波域的发育史受控于台湾造山运动的发育史,吕宋岛弧在北西西向运动的菲律宾海板块的携带下,于6.5 Ma左右和欧亚大陆边缘发生斜向弧—陆碰撞,碰撞焦点持续向南转移,于1.2 Ma左右转移至台湾南部,造成台湾南部的物理剥蚀、乃至向毗邻深水的碎屑供应急剧增加,改变了深水沉积动力学状态,浊流活动的强度和频率极大加强,从而开始了该波域的起动和发育。该沉积物波的发育和台湾造山运动构成了完美的构造活动和沉积响应关系。     

南海ODP1143站上新世至更新世天文年代标尺的建立

基于底栖有孔虫δ18O的精确的年代标尺是古海洋学研究的基础, 特别是长度超过5 Ma, 分辨率小于5 ka的连续δ18O记录在全球大洋深海记录中更是凤毛麟角.在大西洋和东太平洋已经建立起了类似的代表性剖面, 如大西洋ODP659站和东太平洋ODP846站, 但在对全球气候有着重要影响的“西太平洋暖池区”还没有建立起这样的剖面.以南海大洋钻探184航次1143站底栖有孔虫的δ18O为材料, 建立了西太平洋地区跨越5 Ma、分辨率达2~ 3 ka的天文年代标尺.天文调谐的基本原理参照Imbrie et al.(1984), 并将斜率周期上8 ka的相位差和岁差周期上5 ka的相位差从晚更新世扩展到5 Ma; 调谐目标选用Laskar(1990)的斜率和岁差; 调谐方法采用了有别于ODP659站和ODP846站的自动轨道调谐方法(Yu and Ding, 1998).调谐结果显示, 1143站190.77 m、191个冰期、间冰期的深海沉积记录了5.02 Ma的南海古海洋学历史; 1143站布容/松山磁性反转事件的年龄为0.78 Ma, 与前人研究结果一致; 15个识别出的浮游有孔虫生物事件年龄部分与已经发表过的年龄相吻合, 部分为该生物事件在南沙海区的新年龄.由年代标尺推导出的南海沉积特征显示, 2.9 Ma是沉积速率的一个转折点, 在此之前, 平均线性沉积速率只有39.5 m/Ma, 冰期、间冰期平均波动幅度为50 m/Ma; 2.9 Ma以后, 平均线性沉积速率猛然上升到65.4 m/Ma, 冰期、间冰期平均波动幅度为200 m/Ma.此外, 南海的沉积速率还显示出冰期或间冰期中的亚冰阶沉积速率高, 而相邻的间冰期或亚间冰阶的沉积速率低, 这种特点在更新世尤为典型.这可能与全球冰量变化带来的冰期、间冰期差异性风化剥蚀和搬运有关.      

南海新生代碳酸盐台地淹没事件记录的海底扩张

本文通过对南海4个碳酸盐台地及其淹没事件的分析来阐明南海海底扩张的演化史.南海碳酸盐台地出现在最大海底扩张期,淹没事件出现在海底扩张和地壳下降速率进一步加快时期,因而它记录了海底扩张的阶段性和不均一性.南海共经历了早中新世晚期(距今17±0.5 Ma)、晚中新世早期(距今10.0～8.2 Ma)和上新世早期(距今3.4～3.0 Ma)等3次大的淹没事件,表明南海经历了3次大的海底扩张,短暂淹没事件是与海底扩张有关的各种地质事件的反映.     

南海北部陆坡古地貌特征与13.8Ma以来珠江深水扇

综合利用层序地层学和地球物理方法对珠江口盆地白云凹陷13.8 M a以来沉积古地貌进行了分析。通过对南海珠江深水扇系统分布及其独特的沉积特征和层序充填演化规律的分析,得出在13.8 M a以来层序发育过程中,凹陷位于宽阔陆架向海盆变迁的陆坡区,北部发育两种类型的峡谷水道,向南海盆方向逐渐变得宽缓;盆地的古地貌背景、物源和气候变化为其主控因素的结论。同时,13.8 M a以来南海北部陆坡深水区的沉积具有明显的继承性特点,现今的海底峡谷发育特点基本反映了整体的沉积背景。结果表明,白云凹陷13.8 M a以来的深水沉积受海平面相对变化的影响相对较弱,主要受古地貌背景及其变迁的控制,沉积具有继承性,与现今的沉积面貌非常相似。     

南海北部陆坡高速堆积体的构造成因

南海北部陆坡是南海海域沉积活动最为活跃的地区之一,发育着迄今为止所发现的南海最高沉积速率堆积体。构成该堆积体的沉积物究竟来自何方,仍是南海沉积学研究中未解决的问题之一。通过对南海北部多道地震剖面的解释和海底底流观测资料的分析,指出南海北部中新统披覆层是南海北部断陷阶段结束后开始沉积的一套地层,直到上新世开始前,该地层在很大一个区域内是保持水平的;上新世后,由于构造抬升,中新统披覆层随之隆起,并在东沙隆起的部位遭受很大程度的剥蚀,其剥蚀量和南海北部珠江、韩江以及台湾西南部高屏溪和曾文溪向南海的输沙量相当,为南海北部一个非常重要的沉积物来源。研究分析指出,如果珠江和韩江所携带的沉积物全部沉积到南海北部陆坡区,则可获得的沉积速率为12 cm/ka,这一数值远低于该高速堆积体上的沉积速率值。从南海北部现今的沉积动力条件和地形上看,来自珠江和韩江的沉积物几乎不可能经过平坦的陆架区,再绕过东沙岛,优先沉积到该高速堆积体上。本研究中的高速堆积体的沉积物也不可能主要来自台湾西南的高屏溪和曾文溪,因为台西南河流所携带的沉积物被特殊的洋流体系圈闭于台湾周边一个较小的范围内沉积下来。观测数据表明,南海北部东沙隆起区有足够强的水动力环境能够剥蚀海底隆起的沉积地层,并将剥蚀下来的沉积物向南经陆架输运到陆坡区;该高速堆积体紧邻东沙隆起剥蚀区,其沉积物来源应该主要来自东沙隆起剥蚀区。     

南海颗粒物质的通量、组成及其与沉积物积累率的关系初探

通过大孔径时间系列沉积物捕获器的多年测量及对样品的多学科综合分析表明:南海北部与中部深海区1000m左右水深颗粒通量大约为90mg·m-2·d-1,在多数情况下,季风期间的颗粒通量有比较明显的增高。颗粒物主要组成为钙质生物来源的CaCO₃、生物硅、岩源物质及海洋生物来源的有机质。颗粒通量与组成在水柱中的垂向变化表明,生源组分中CaCO₃及有机质随深度具有较为明显的减少。颗粒物侧向运动可能是造成某些时段南海中部深层颗粒通量增加的主要原因。颗粒物质在进入深海沉积物之前,CaCO₃、生物硅均在深层水与沉积物界面之间发生大量的溶解作用。有机质在沉降过程中的减少,一方面是由于硅质与钙质壳体的溶解而使结合在壳体内部的有机质随之溶解造成;另一方面可能与生物及生物地球化学作用有关。岩源物质除水柱沉降之外,还可以通过浊流等底层搬运机制进入南海北部及中部海盆,其中在南海北部这种搬运作用更为明显。     

晚中新世以来亚洲季风阶段性演化的海陆记录

本文在综合对比晚新生代以来中国黄土高原黄土一红粘土沉积、西北太平洋粉尘沉积、南海有孔虫、阿拉伯海有孔虫记录的基础上,探讨了大约8Ma以来亚洲季风的阶段性演化历史。结果发现,黄土高原粉尘沉积在8Ma前后大规模出现,在3．5Ma前后大幅增加;印度季风在8Ma前后形成(或显著加强);南海ODP1146站位浮游有孔虫Neoglcboquadrina丰度也有两次明显增加,表明海水表面温度不断降低和海洋生产力的增加,指示东亚冬季风作用增强。北太平洋()DP885／886钻孔风成粉尘通量也有增加,指示亚洲内陆进一步的干旱化和冬季风作用的增强。印度洋沉积通量在11Ma前后开始增加。在9～8Ma时出现峰值,表明喜马拉雅山和青藏高原南部逐渐隆起。当隆起达到足够高度时,导致亚洲内陆干旱气候带扩大,同时提供大量粉尘并向东传输到中国北方和北太平洋地区。青藏高原北缘山前盆地的沉积记录显示,在3．6Ma时,高原北部的进一步快速隆升过程可能影响到整个高原,从而导致亚洲内陆更加干旱化,东亚季风增强,粉尘沉积加快,南海及印度洋陆源沉积作用加剧。     

早中新世以来南海北部陆坡古生产力的碳酸盐和生物成因Ba元素记录

通过对南海北部ODP1148站岩芯454．8mcd以上（约23．2Ma以来）的175个沉积物样品中CaCO3以及生物成因Ba含量变化的研究,并结合初期对ODP1148站岩芯分析的一些相关地球化学组成结果,探讨了碳酸盐、生物成因Ba作为海洋古生产力指标的影响因素,以及早中新世以来南海北部陆坡古生产力的变化特征。结果显示,除中新世早期（23～21．4Ma）以外,生物成因Ba与CaCO3含量和沉积速率变化有很好的相关性,反映南海北部古生产力变化波动较大。对钻孔中生物成因Ba的研究表明,在沉积埋葬以及埋葬后的保存过程中（特别是在320mcd以下）。生物成因Ba会在少氧或缺氧环境下发生还原反应而迁移,影响了它在古环境研究当中的作用。另外,结合钻孔中CaCO3含量变化的数据,在南海北部陆坡,CaCO3的溶解作用并不是很强,其沉积后保存良好,可作为研究南海北部古生产力的基础性指标。     

Geochemistry Characteristics of Sediment and Provenance Relations of Sediments in Core NT1 of the South Yellow Sea

The contribution of substance from Yellow River, Yangtze River, and Korean rivers to the sedimentation of Yellow Sea is studied through geochemical analysis and through characterization of the source of the substance about sediment from Core NT1 among the lutaceous area in Central South Yellow Sea. The research finds out that the sediment in Core NT1 mainly comes from Yangtze River and Yellow River, the sediment between 0-7.70 m in upper Core NT1 mainly belongs to Yangtze River source; the sediments between 7.70-16.60 m and 42.0-54.80 m in middle Core NT1 are mainly from Yellow River, the 26 m thick sediment interlayer in it mainly comes from Yangtze River; and the sediment between 54.80-69.76 m in the bottom of Core NT1 is mainly from Yangtze River. The results demonstrate that Yangtze River has been playing a main role in the lutaceous area in the Central South Yellow Sea since early Late Pleistocene, and Yellow River started to influence the continental sedimentation of Yellow Sea from early Warm Glaciation of late Late Pleistocene.     

珠江深水扇系统沉积和周边重要地质事件

最近的研究发现了位于南海北部珠江口外白云凹陷陆坡深水区的珠江深水扇系统。珠江深水扇系统以珠江为沉积物源、以持续深沉降的白云凹陷为沉积古地理背景、以与全球海退型海平面相反的相对海侵型海平面变化的沉积层序构成了其发育演化的特殊性,并留下了控制沉积的周边重要事件的记录。23.8 Ma等界面沉积速率和岩石地球化学特征均有突变,反映出物源区的变化,可能折射出与青藏高原隆升、南海扩张有关的重要事件,使得古珠江骤然向西部高原拓展,甚至较今天的珠江流域范围还广阔;承载珠江深水扇系统的白云凹陷持续沉降形成了陆坡内盆地,导致21~10.5 Ma BP多个层序深水扇垂向叠置充填的特殊沉积建造;根据60多口井资料建立的相对海平面变化曲线,具有与全球海平面变化相一致的三级旋回和不一致的二级旋回。如果能对珠江深水扇系统实施综合大洋钻探获取更为全面和准确的资料,开展珠江深水扇沉积作用与白云凹陷沉降的深部机制、珠江流域演化、海侵型相对海平面变化的耦合性等研究,将有利于揭示南海扩张、边缘海沉积、海平面变化、中国西部高原隆升事件的相关联系和形成机制。     

珠江口盆地深水区晚中新世以来构造沉降与似海底反射（BSR）分布的关系*

2007年中国在南海北部神狐海域通过钻探首次获得天然气水合物样品,证实了珠江口盆地深水区是水合物富集区。通过对珠江口盆地深水区构造沉降史的定量模拟研究,发现晚中新世以来区内构造沉降总体上具有由北向南、自西向东逐渐变快的演化趋势;从晚中新世到更新世,盆地深水区经历了构造沉降作用由弱到强的变化过程：晚中新世(11.6～5.3 Ma),平均构造沉降速率为67 m/Ma;上新世(5.3～1.8 Ma),平均构造沉降速率为68 m/Ma;至更新世(1.8～0 Ma),平均构造沉降速率为73 m/Ma。而造成这些变化的主因是发生在中中新世末-晚中新世末的东沙运动和发生在上新世-更新世早期的台湾运动。东沙运动（10～5 Ma）使盆地在升降过程中发生块断升降,隆起剥蚀,自东向西运动强度和构造变形逐渐减弱,使得盆地深水区持续稳定沉降;台湾运动（3 Ma）彻底改变了盆地深水区的构造格局,因重力均衡调整盆地深水区继续沉降,越往南沉降越大。将似海底反射（BSR）发育区与沉降速率平面图进行叠合分析,发现80％以上的BSR分布趋于构造沉降速率值主要在75～125 m/Ma之间、沉降速率变化迅速的隆坳接合带区域。     

相对海平面变化与南海珠江深水扇系统的响应

根据微体古生物分析建立起来的珠江口盆地第三系相对海平面曲线,具有与全球海平面变化相一致的三级旋回和不一致的二级旋回。三级海平面升降导致了各沉积层序体系域在宽广陆架和陆坡之间的迁移,研究证实,位于南中国海北缘、珠江口外的陆坡深水区广泛发育第三系多层序叠置的南海珠江深水扇系统。区域性构造作用使得珠江口盆地二级海平面变化与全球海平面变化具有不一致性,并形成与全球海退趋势相反的海侵型海平面曲线。受相对海平面变化的控制,现今处于陆坡深水区的白云凹陷自32Ma南海扩张以来经历了三台阶式的海侵事件,形成了台阶式退积层序组合,具有下粗上细的沉积序列;造就了23.8Ma以前的浅水三角洲-滨岸砂泥岩沉积组合;23.8~10.5Ma的深水扇砂泥岩为主的沉积组合;以及10.5Ma以来主要为远端的细粒沉积为主。     

南海东部次海盆海山链多金属结核(壳)地球化学特征及成因

为了进一步解释南海不同区域内多金属结核（壳）的地球化学特征与成因,对东部次海盆黄岩?珍贝海山链上新获取的多金属结核（壳）样品进行了X光衍射、X荧光光谱测试、SEM-EDS分析和X Series2 ICP-MS测试,详细分析了样品的矿物组成、地球化学成分特征. 结果表明,矿物组成为水羟锰矿、石英、斜长石等;主要造岩元素中Si、Al含量较高,与陆缘碎屑物影响较大有关;富含Mn、Fe、Co、Ti、Ni、Pb、Sr等多种金属元素,相比南海其他区域,具有中等的Fe、Mn含量特征,地化元素特征与南海西北陆坡发现的铁锰结核（壳）相似;稀土元素具有总量高（平均2 070.01×10-6）的特点,高于南海北部其他样品,与西太平洋结壳稀土含量接近（接近工业品位）,指示了重要的稀土资源前景. 结核Be同位素结果指示该区铁锰结核生长时代为1.17~8.51 Ma,形成于晚中新世大量火山喷发之后,因此水成作用是南海东部次海盆海山链结核（壳）的主要控制作用,而陆源物质的输入、火山作用和高压富氢离子海水的浸取作用都为结核（壳）的形成提供了有利的沉积环境.