南海西北海盆晚中新世以来浊积体地震相特征及海平面变化

南海西北海盆晚中新世以来浊积体地震相特征及海平面变化高红芳
【摘要】10.3969/j.issn.1009-5470.2012.03.015% 运用近3年来高分辨率地震资料，对南海西北海盆晚中新世以来浊积体的地震相组合和内部特征进行了详细分析，结合浊积体不同时期、不同层段发育特征的逐步演化探讨了海平面变化趋势。

认为西北海盆晚中新世到上新世时期浊积体以水道相-天然堤相组合为特征，第四纪浊积体以浊积朵叶体相为主，水道相不发育。

频繁发生的水道下切作用及水道相由海向陆的逐渐后退是西北海盆晚中新世以来浊积作用的显著特色，浊积体水道相的这种发育演化特征，表明晚中新世以来海平面总体呈现出上升的变化趋势，而地震层序内部浊积体地震相特征的变化揭示出在晚中新世和上新世期间海平面分别经历至少两次升降旋回，第四纪海平面处于急剧下降后的初期上升阶段。

西北海盆晚中新世以来海平面变化的这种趋势，同全球海平面变化周期图晚中新世以来的趋势基本一致。

【期刊名称】《热带海洋学报》
【年(卷),期】2012(000)003
【总页数】7页(P113-119)
【关键词】南海;西北海盆;浊积体;地震相;海平面变化
【作者】高红芳
【作者单位】广州海洋地质调查局,广东广州510760
【正文语种】中文
【中图分类】P736;P738
随着深海探测的不断开展, 人们已知在远离大陆的洋盆底部有大量浊流存在, 这些
浊流形成了规模不等的浊积水道和浊积扇体。

南海为太平洋边缘海之一, 其深海盆具有洋壳性质[1-2], 根据水深和地形地貌特征, 可将南海深海盆分为中央次海盆、西北次海盆和西南次海盆3个次海盆(图1)。

研究区南海西北海盆位于南海中央海盆西北部, 东西宽近200km, 南北宽约140km, 水深介于 3500—4000m之间, 海盆底部较平坦, 为深海平原地貌。

西北次海盆的
北部为珠江口盆地白云坳陷, 是南海深水扇的主要发育区域, 而在北部陆坡与南海
次海盆转折带的下陆坡上, 沟谷纵横, 最深的槽谷深度超过500m; 西部为西沙海槽、西沙群岛,发育琼东南盆地; 南部为中沙群岛和中沙海岭, 在西南角发育中沙海槽; 东部为南海中央次海盆。

这样的周缘地理地质条件, 预示着研究区北部、西部和南部水动力条件非常活跃, 十分有利于浊积体的发育。

但由于该海盆区调查程度较低,
对浊积体的发育特征和地质意义一直缺乏系统研究。

图1 研究区及典型区段高分辨率地震测线(AA’、BB’、CC’)位置图Fig.1 Location of research area and representative high-resolution seismic line (AA’, BB’, CC’)
本文利用近3年新采集的高分辨率单道地震和高分辨率多道地震数据, 通过解译分析, 在南海西北次海盆上中新统及以上地层中发现了大量浊积水道和浊积扇体, 其
地震相特征各异, 在海平面变化方面有一定的指示意义。

1 南海西北海盆地震地层简析
根据剖面地震反射特征, 识别出了 8个主要地震反射界面, 自海底(T0)而下分别命
名为T1、T2、T3、T5、T6和Tg, 各界面主要反射特征及分布如下。

T0: 为海底地震反射界面, 呈高频、强振幅、高连续、双相位反射特征, 随海底起伏
而起伏。

T1: 全区均有分布, 总体呈高频、中—强振幅、高连续、双相位反射特征, 反射同相轴总体上相对平直、稳定, 可连续追踪。

该界面与上、下地震层序的地震波反射同相轴平行, 从南到北, 频率增强,振幅变弱。

T2: 全区均有分布, 为高频、中—强振幅, 局部弱振幅, 中—高连续, 以双相位反射为主, 易于追踪, 局部区域下切水道发育。

T3: 全区均有分布, 总体呈现中频、中—强振幅、中—高连续, 下切水道发育, 部分区域可见对下伏地震层序有明显削截作用, 界面上可见上覆地层的上超现象。

界面上下地震反射特征明显不同, 界面之上为一套中—弱振幅的反射层组, 界面之下总体为一套中—强振幅的反射层组, 大部分区域双相位反射特征明显, 较易于追踪。

T5: 全区分布, 为中频、中振幅、中—高连续、双相位反射特征。

上覆反射层平行或呈低角度斜交其上, 与下伏反射层组一般为平行或呈低角度削截。

T6: 全区分布, 仅在部分隆起区缺失, 为中频、强振幅、高连续、单相位或双相位反射。

海盆中部部分区域该界面与基底反射界面重合, 上覆反射层平行或双向上超界面之上。

Tg: 全区分布, 总体上为低频、中—强振幅、中—高连续、多相位反射, 局部反射同相轴为中频、单相位。

下伏乱岗状—杂乱状反射层, 上覆反射层一般上超或双超于界面之上(图2a)。

根据与南海北部陆坡地震剖面进行地震层序界面追踪对比的结果, 地震反射界面T1为第四纪与新近纪地层的分界, T2为上新世与中新世地层的分界,T3为晚中新世与中中新世地层的分界, T5为中中新世与早中新世地层的分界, T6为新近纪与古近纪地层的分界, Tg为西北次海盆新生界沉积层底界面。

本文的研究目标层位为 T0—T3之间的地层, 对应于地震层序 A(T0—T1)、地震层序 B(T1—T2)、地震层序
C(T2—T3)。

根据地震反射特征的差异及内部结构、外部形态, 同时结合浊积体的属性特征, 对
南海西北次海盆晚中新世以来的浊积体进行了识别。

2 晚中新世以来浊积体地震相特征及海平面变化
2.1 晚中新世
西北海盆晚中新世地层对应于地震层序C(T2—T3)。

该时期浊积体非常发育, 总体
上以水道相-天然堤相复合体为主, 地震相内部反射特征表现形式多样, 浊积体分布
非常广泛, 在海盆边部和中部都有发育。

在高分辨率地震剖面上, 可见浊积水道和
天然堤层层叠置, 成组成群出现(图2—4)。

图2 西北海盆地震剖面(a)及地震层序B(T1—T2)典型区段地震解释图(b)测线AA’位置见图1Fig.2 Seismic profile (a) and an interpretation of a representative section (b) about sequence B (T1−T2).See Fig.1 for the location of line AA’在上中新统底部, 下切水道最为发育(图 3), 下切深度最大可达到 300m, 在西北海
盆西部和中部都有发育, 北部近陆坡区水道不太发育。

其浊积体表现形式以水道-天然堤复合体为主。

地震层序 C(T2—T3)底部下切水道不仅发育普遍, 规模也最大。

水道相总体上以充填状变振幅地震相特征为主, 表现为充填状外形, 内部结构主要呈现发散型、前积
型和双向上超3种, 在图3a水道1所示的大型水道中, 外部形态约呈“U”, 内部
结构则为上述3种结构的复合型, 但以双向上超型为主;振幅特征多变, 强、中、弱
都有发育, 水道内显示为3层结构, 下部以强振幅为主, 中部以弱振幅为主,上部为中—强振幅; 频率整体上中—低, 水道中下部频率以低频为主, 上部为中频; 连续性高、中、低连续都有出现, 下部为中—低连续, 中部以低连续为主, 顶部以高连续性为主。

在水道 1内部又可识别出小型的下切水道及具有丘状或平台状外形的天然堤, 这些天然堤外部振幅强, 内部为弱振幅, 与下切水道伴生, 层层叠置, 形成水道-天然堤群。

因此水道1内部充填以水道-天然堤群为主, 形成了上中新统底部浊积体主要构成
形式。

西北海盆上中新统底部下切水道的大规模发育, 说明中中新世末—晚中新世初期海平面的大幅快速下降, 水道下层强振幅、低频、低连续显示出低水位时期粗粒厚层状的不连续地层沉积, 水动力条件较强; 水道中层弱振幅、低频率、低连续的地震相反映出沉积物变细,地层成层性和连续性依然较差, 水动力条件紊乱;水道顶层中—强振幅、中等频率、高连续的地震相说明为相对细粒、薄层状的较连续地层, 水动力条件相对稳定。

水道充填沉积结构层从下到上的这种变化揭示了水道回填期间沉积可容纳空间的变化,显示出海平面大幅下降后的不断上升, 是一种明显的海进沉积进程。

图3 西北海盆地震层序C (T2—T3)典型区段地震解释图图3a和3b的位置见图2Fig.3 An interpretation of representative section about seismic sequence C (T2−T3)of northwest sub-basin of the SCS.The location of Fig.3a and Fig.3b are shown in Fig.2
地震层序 C(T2—T3)中段浊积体仍然以水道相-天然堤相复合为主, 但水道规模总体不大, 下切深度较小, 而天然堤规模较大。

在西北海盆边部较发育, 海盆中部一般仅零星发育。

中段局部较大规模的水道, 地震相特征与底部水道类似, 但内部充填结构相对简单, 以图3a水道2为例, 也是以充填状变振幅地震相为主, 可分为上、中、下3层, 下层为强振幅, 中层为弱振幅, 上层为中—强振幅; 但其内部结构相对单一, 主要为双向上超型, 下层地震波的连续性中—好, 中层连续性差, 上层连续性好。

该水道两侧天然堤发育(见图3a天然堤1-2), 以强振幅、中—高连续、中频地震特征为主, 外形为丘型(天然堤 1)或台地型(天然堤 2)。

根据水道 2和天然堤1-2组合的浊积体的地震相特征分析, 该浊积体的沉积以加积型为主, 其下层、中层、上层地震相的变化也反映出可容纳空间的逐渐增大, 但增大幅度较小。

地震层序C(T2—T3)中段其他大部分充填水道规模较小, 天然堤规模相对较大, 以图3a中水道3、天然堤3和图3b为例, 该类型水道地震相特征为弱前积型充填, 振幅较弱,
频率较低, 连续性中等, 部分水道为弱反射—无反射或杂乱充填。

天然堤表现为透镜状地震相, 主要为透镜状或梭状外形; 叠瓦状反射结构; 中—强振幅为主; 大部分为中—低频率; 中等连续性, 顶底连续性好。

在西北海盆西部,这些由水道-天然堤复合体组成的透镜状浊积体层层叠置排列, 显示出由于水道长时期侧向迁移而导致的水道/天然堤体系的叠置, 推测西北海盆边部晚中新世中期水流动力条件较强。

因此上中新统中段浊积体总体上为以侧向加积形成的天然堤为主的水道/天然堤体系, 但在局部地区水道较发育, 充填结构简单, 总体显示出经历了晚中新世早期的海平面上升后, 至晚中新世中期略有下降, 致使水道再度小规模发育; 此后相对海平面小幅度上升, 水道回填, 在海盆边部发生频繁迁移摆动, 使得侧向加积沉积层发育。

地震层序 C(T2—T3)上部地震相特征总体上为席状披覆、平行—波状结构、中—弱振幅、中—高频率、连续性好, 显示出一种可容纳空间较大、相对海平面较高的广海沉积环境。

这种沉积环境总体不利于浊积体发育, 在海盆边部部分区域发育, 在海盆中部仅局部零星发育; 一般以透镜状地震相(见图 3b)和楔状发散形地震相(图 5)为主, 具透镜状地震相的浊积体与层序中部浊积体特征相似, 局部区域叠置于其上。

楔状发散形地震相一般发育于海盆边部断层的下降盘上, 呈现楔状外形; 发散形或波状结构, 局部呈现乱岗状; 以中—强振幅为主, 可见低振幅反射相位; 主要为中频, 偶见低频反射;中—高连续性, 局部为低连续。

地震相特征反映该类浊积体内部水道不发育, 沉积环境水动力条件不稳定。

综上所述, 地震层序C发育时期西北海盆区相对海平面周期性变化较大, 水动力条件在地层底部和盆地边部不太稳定, 沉积环境变化较大, 地震反射特征多变, 浊积体以多种地震相组合类型出现。

相对海平面经历了晚中新世初期大幅度下降、中到后期总体上升的过程, 其间又经历了两次小幅度振荡变化, 晚期相对海平面到达一个相对高位期, 沉积环境相对稳定。

而根据地震相特征及北海[3]、西非扎伊尔深海浊积扇[4]的勘探经验, 推测该层序浊积体总体上及各层段的岩性从下到上都具有由粗
变细的特征。

2.2 上新世
西北海盆上新世地层对应于地震层序 B(T1—T2),该时期浊积体主要发育在西北海盆西部和北部边缘区域, 海盆中部一般局部发育(见图2、图4、图5)。

西北海盆西部上新世浊积体的发育继承了晚中新世的特色, 以水道和天然堤的复合体为主, 现以图2b为例进行说明。

图4 西北海盆中部地震剖面地震剖面CC’位置见图1Fig.4 Seismic profile in the middle of the northwest sub-basin of the SCS.See Fig.1 for the location of line CC’
图5 西北海盆北缘晚中新世以来浊积体地震相特征地震剖面BB’位置见图1Fig.5 Seismic facies feature of turbidities in the northern northwest sub-basin of the SCS since late Miocene.See Fig.1 for the location of line BB’
在地震层序B底界面上, 发育大型下切水道谷地——水道1, 该水道下切深度约为250—300m, 大致形态呈“U”形, 沟壁较缓, 南侧略陡, 其地震反射特征同图3b 所示地震层序C中水道1具有一定相似性, 但结构更加复杂。

总体上以充填状变振幅地震相为主, 表现为充填状外形; 内部结构为发散型、前积型和双向上超型 3种结构的复合型, 以发散型和前积型为主; 振幅特征多变, 强、中、弱都有发育,水道下部以强振幅为主, 中部以弱振幅为主, 上部为中—强振幅; 频率的变化可分为两层, 水道下部以低频为主, 上部过渡为中频; 连续性好、中、差连续交替互层出现, 下部为中—低连续, 中部以低连续为主, 顶部以高连续性为主。

在水道 1内部可识别出多个小型的下切水道, 这些小型水道内部结构多为发散型和前积型, 少数为杂乱或无反射结构,伴生的天然堤具有丘状或平台状外形, 振幅外强中弱, 因此水道 1内部充填以水道-天然堤群为主, 水道内显示为三层结构, 水道下层强振幅、低频、低连续显示出低水位时期粗粒厚层状的不连续地层沉积, 水动力条件较强; 水道中层弱
振幅、低频率、低连续的地震相反映出沉积物变细, 地层成层性和连续性依然较差, 水动力条件异常; 水道顶层中—强振幅、中等频率、高连续的地震相说明为相对细粒、薄层状的较连续地层, 水动力条件相对稳定。

西北海盆边缘上新统底部大型下切水道的发育,说明继晚中新世初期海平面的大幅下降后, 在晚中新世末期到上新世初相对海平面再度较大幅度下降。

水道充填沉积结构层从下到上的这种变化指示出上新世底部水道充填期间明显的海进沉积进程,揭示出海平面再次较大幅度下降后的再次不断上升过程。

水道内部复杂的结构说明了充填过程中浊流水道的不断迁移和摆动, 彰显出上新世初期海平面相对上升过程中的复杂性。

在地震层序 B中段, 水道依然发育, 其规模比水道 1明显变小。

该段水道有的直接发育在水道 1浊积体之上, 下切至水道1顶层沉积之中(见图2水道3及其右侧水道), 这些水道处于层序B中段的下部, 双向上超结构, 振幅中—强, 频率中等, 连续性中等—好, 两侧天然堤不太发育。

图2层序B中段的上部, 识别出了水道3、水道4和水道9, 这些水道以双向上超结构为主, 局部为发散型或杂乱结构,振幅弱, 频率中等—低, 连续性中等, 伴生天然堤发育, 规模较大, 尤其以水道 9两侧天然堤最为发育(天然堤4、天然堤5)。

天然堤4为下平上凸的丘状外形, 双向下超结构, 中—弱振幅, 中等—低频率, 中等连续性; 天然堤5为透镜状外形, 发散型结构, 中—弱振幅, 中等—低频率, 中等—好连续性。

水道 9两侧天然堤相的不同地震结构特征, 显示出紧靠水道(天然堤 4)和背离水道(天然堤 5)的不同沉积背景下, 浊积体的不同沉积构造。

地震层序 B中段水道地震相振幅由强到弱的变化, 反映出了西北海盆沉积物岩性的变化和可容纳空间的逐渐变大,说明相对海平面再度经历了由低到高相对上升的过程。

在地震层序B上段, 浊积体的发育以下部的水道 7、8和天然堤 1-3的复合体(见图2)最为典型。

该类水道相内部结构主要以前积型和双向上超复合结构为主, 振幅中
—弱, 频率中等—低频, 连续性中—差。

天然堤则表现为差异较大的地震相特征,天然堤 1和天然堤3的外部形态为梭形, 内部结构为前积型; 位于水道7和水道8之间的天然堤2外部形态为台地状, 内部结构为加积型; 天然堤 1-3的振幅比相邻水道相普遍较强, 为中—强振幅, 中等频率, 连续性中—好。

地震层序B上段的上部, 浊积体不发育, 地层呈席状披盖, 连续性好, 水动力条件稳定。

地震层序B上段地震相的变化揭示出西北海盆相对海平面的又一次由低到高的变化旋回。

西北海盆北部边缘上新世浊积体以楔形体为主,内部反射为杂乱—波状, 振幅弱, 连续性差, 频率中—低(图5), 揭示出高能量水动力条件下快速堆积的沉积环境。

总之, 上新统(地震层序 B)浊积体地震相西部和北部特征不同, 反映出水动力条件和沉积环境的差异对沉积体系发育的控制作用; 而层序底部、中部、上部浊积体地震相特征的差异, 则揭示了海平面在上新世期间的多旋回变化。

2.3 第四纪
西北海盆第四纪地层对应于地震层序 A(T0—T1), 该时期浊积体主要发育在西北海盆北部边缘区域, 海盆中部仅局部发育(见图2a、图4、图5)。

浊积体主要表现为楔形体、透镜状、丘状, 水道不发育, 以浊积朵叶体为主。

以图5浊积体1—4为例对西北海盆第四纪浊积体地震相特征进行讨论。

下部的浊积体4为丘状叠瓦形地震相, 为扁平丘状外形; 丘状体内部为角度较小的叠瓦状结构; 以中—强振幅为主, 局部为弱振幅; 中—高频, 偶然可见低频反射; 中—高连续性为主。

浊积体 2也为丘状外形, 内部结构下部分为叠瓦状, 上部分为前积结构, 振幅以中—强为主,局部为弱振幅; 中频, 中—高连续性为主。

浊积体3为透镜状外形, 内部以杂乱反射结构为主, 弱振幅,低频, 连续性差。

浊积体1楔状外形, 内部结构为发散型, 振幅以中等为主, 中频, 中等连续性。

这4个浊积体分两层叠置, 水动力条件较强, 为低水位期沉积, 揭示出海平面上升初期的沉积特色。

3 讨论与结论
通过对晚中新世以来地震层序C、B、A各层段浊积体的精细地震解释和分析, 根据沉积相发育与海平面变化的关系, 可以揭示出晚中新世以来海平面的多旋回升降变化。

西北海盆北部为珠江口盆地白云凹陷南部, 根据LW3-1和ODP1148钻井资料研究结果, 白云深水区渐新世末期发生重大地质事件——白云运动, 从此成为深水陆坡环境[5], 在中中新世时期西北海盆已经是深海平原环境。

而在中中新世末期到晚中新世早期, 西北海盆普遍发育下切水道, 水道规模大, 说明相对海平面急剧大幅度下降, 此后海平面上升, 其间又经历了两次小幅度升降变化(图6), 中新世晚期相对海平面到达一个相对高位期; 中新世末期到上新世早期西北海盆再度发育规模较大的下切水道, 但该时期水道主要在海盆边部发育, 说明相对海平面的再度快速下降, 但下降幅度不太大, 不足以影响到海盆内部, 在上新世其间海平面经历了3次升降旋回, 至晚期升至高位;第四纪西北海盆内浊积水道不发育, 盆地边部沉积以低水位体系为主, 但根据地形图(图1)可见在西北海盆边部冲刷沟谷非常发育, 说明该时期海平面处于急剧下降后的初期上升阶段。

图6 晚中新世以来研究区海平面变化示意曲线图Fig.6 The sea level’s changing trend since late Miocene in the northwest sub-basin of the South China Sea
以上西北海盆晚中新世以来海平面变化的趋势,同全球海平面变化周期图[6]晚中新世以来的变化趋势基本一致。

综合分析, 得到如下几点认识。

1)西北海盆晚中新世到上新世时期浊积体以水道相-天然堤相组合为特征, 地震相特征各层次具有明显的差异性, 第四纪浊积体水道相不发育, 以浊积朵叶体相为主。

2)频繁发生的水道下切作用及水道由海向陆的逐渐后退是西北海盆晚中新世以来浊积作用的显著特色。

从中中新世末期或晚中新世早期水道的普遍发育, 到上新世水道的海盆边部发育, 再到第四纪海盆水道不发育, 水道仅在陆坡大规模发育, 表现出
浊积水道由海向陆逐步后退, 总体呈现出海平面上升的变化趋势。

3)晚中新世和上新世中期水道的侧向迁移而导致的水道/天然堤体系的叠置是层序
C、层序B中段浊积体的主要表现形式。

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