珠江口外峡谷体系内部构成特征及沉积模式

发布时间：2020-08-12 04:15

【摘要】：近年来,随着深水沉积体系研究和深水油气勘探的深入,深水峡谷体系受到越来越多的关注。世界范围内已经出现大量关于深水峡谷沉积体系的研究报道,但是对于这方面的研究我国却相对比较薄弱。深水峡谷作为陆源沉积物从浅水区向深水区输送的主要通道,广泛发育于被动和主动大陆边缘,由于峡谷形成与演化记录了丰富的古气候、海平面变化和区域构造演化史信息,故引起了海洋地质学者们的广泛关注。本文围绕深水峡谷体系这一个国际地质学研究热点,以珠江口外峡谷体系为研究对象,综合利用地震、岩心、测井数据,依据地震沉积学、层序地层学的研究理论和分析方法,从峡谷几何形态和内部充填特征入手,分析了珠江口外峡谷体系的垂向剖面形态特征、平面几何展布特征、内部充填特征,讨论了构造背景、地形地貌条件、海平面升降、沉积物供给和深水底流等方面对峡谷体系的控制作用,建立了相应的沉积充填模式。研究成果可进一步深化南海北部陆缘深水区沉积学研究,为珠江口盆地储层分布预测和油气勘探提供参考。主要研究成果如下：1.定量描述了现今珠江口外峡谷体系的空间展布特征。珠江口外峡谷体系整体呈“S”型形态展布,总长度约254km,其路径上表现为三种有明显区别的走向。在头部(upper reach)表现为NW-SE走向,躯干(middle reach)变为近SEE-NWW向；尾部(lower reach)路径又变回了NW-SE走向；最终,峡谷在水深3500m出汇入深海盆地。其中,在峡谷头部,主干峡谷发育规模不大,在其东侧白云凹陷北侧陆坡发育的陆坡峡谷群充当了其头部,这些峡谷呈NNW向展布,长约30-60km,宽约1-5.7 km,下切深度约50-300 m,峡谷两侧壁平滑且陡峭,其中位于西部的9条陆坡峡谷与主干峡谷直接相连。在其下部发现的埋藏水道充填特征显示出其明显的ENE方向的迁移特征,指示这些峡谷可能受到长期、持续自西向东的底流改造,导致峡谷在约10.5Ma以来的强制性东向迁移。定量统计了峡谷几何形态的7个要素,它们分别是谷底长度(Valley Length)、水道长度(Channel Length)、水道幅度(Amplitude)、水道弯曲波长(Meander Wavelength)、水道弯曲半径(Meander Radius of Curvature)、水道平均宽度(Average Width)和水道弯曲度(Sinuosity),从而系统刻画了中央峡谷体系的平面形态。识别出峡谷体系的3种剖面形态类型：U型、V型和复合型。通过对其剖面几何形态和平面展布特征的分析,指出峡谷上中下游在延伸方向、宽度、弯曲度、剖面形态、发育时间跨度、底界面下切能力等方面存在差异性。2.刻画了珠江口外峡谷体系沉积单元内部构成及微相特征。峡谷内部充填由2大类沉积体类型构成：浊流沉积和块体流沉积。上陆坡的复合峡谷群剖面上主要表现为强振幅反射侧积反射或杂乱的弱振幅反射特征,在陆坡区通常形成由复杂的多个水道复合而成的杂乱反射带,有时可见明显定向迁移的侧积反射结构；中陆坡的主干峡谷谷道通常下切较浅,呈现宽缓平坦的U型,弱-中振幅连续平行-亚平行反射特征；海底扇则以中-高振幅连续平行为地震反射特征,边缘部位出现明显的丘状下超。峡谷内部的浊流和块体流沉积来主要源自珠江口三角洲。充填沉积物可进一步划分出浊积水道、残余水道砂体、分支水道、席状砂、块体流、深海泥沉积物、峡谷侧壁垮塌沉积体等多种沉积单元。在不同区段和不同地层之中,沉积单元的类型、含量、结构特征和组合样式等存在差异性。3.建立了珠江口外峡谷体系三个主要发育时期及相应的沉积充填样式。①、早期峡谷发育阶段(23-21Ma),峡谷几乎不发育,全区沉积体主要为浊积扇和块体流沉积：②、中期峡谷发育阶段(21-11.6Ma),早期主要发育块体流沉积,自15.5 Ma起峡谷开始发育壮大,逐渐下切侵蚀陆坡形成宽缓U型谷道,并在峡谷末端形成深海扇沉积,其上游段主要发育浊积水道沉积、底部滞留沉积、峡谷侧壁滑塌沉积等沉积相,下游段主要发育深海扇沉积；③、晚期峡谷发育阶段(11.6-0 Ma),该时期峡谷发育规模到达最大,到了2.6 Ma峡谷下切能力逐渐减弱,侵蚀范围缩小,上游还是主要发育峡谷侧壁滑塌沉积、浊积水道沉积等沉积相,中下游沉积作用则主要被块体流沉积主导,后期的主干峡谷谷道几乎被块体流沉积所掩埋和填平。4.总结了珠江口外峡谷体系的主控因素。珠江口外峡谷体系发育演化主要受控于构造作用、海平面变化、物源体系、古地貌及洋流活动等因素。①新生代构造活动是珠江口外峡谷体系发育的重要控制因素,一方面控制了陆坡峡谷发育的古地形地貌,另一方面控制了部分陆坡峡谷发育延伸方向。大约30Ma开始的南海海底扩张,导致陆源碎屑物质开始从大陆架搬运至深海盆地,运输过程中就有可能下切和侵蚀陆坡区并形成许多小规模的线状水道。随着陆坡梯度降低,峡谷在被动大陆边缘通常会形成像陆地上的河流一样蜿蜒的水道。而且,珠江口外峡谷头部以及白云凹陷北部的陆坡峡谷群之下的地层中存在多个断层,部分断层位于埋藏水道或者现今峡谷的正下方。这些断层和埋藏水道的位置之间存在某些直接关系,由西北—东南向断层组成的主要构造单元可能影响了深海侵蚀作用以及研究区峡谷或水道的形成。②南海北部大陆边缘盆地在23 Ma、15.5 Ma、11.6 Ma、5.5 Ma、2.6 Ma均发生大规模的区域性海平面下降,导致低位域沉积时期陆坡峡谷的下切作用,有利于发育由上陆坡复合峡谷群-中陆坡主干峡谷-下陆坡和深海平原海底扇组成的有头型峡谷系统。因此,每一次的区域性海平面下降都对应了珠江口外峡谷的侵蚀阶段,只是每一次的侵蚀能力会有所差异,这也是控制珠江口外峡谷形成、发育的重要因素之一。③来自珠江大量陆源沉积物的输入对珠江口外峡谷系统的形成、演化造成了一定的影响。对南海北部深水下陆坡1148站位(ODP184航次)取芯样品中的钕同位素进行测试后,发现其含量特征与珠江三角洲沉积物相似,物源指示华南地区。这些特征都说明了珠江三角洲不仅提供丰富的沉积物,同时这些沉积物还可以通过深水峡谷进行远距离的搬运,被搬运至深海平原。④海底古地形地貌对深水峡谷体系发育具有一定的影响。海底隆起或者海山的出现,也会导致峡谷侵蚀路径的改变,进而影响到峡谷的形态特征以及演化过程。从地震资料可以看出,现今的海底地形地貌决定了现今峡谷体系的发育范围、走向及其各个沉积单元的空间展布。⑤南海北部陆坡洋流作用也对深水峡谷充填产生一定程度的影响。珠江口外峡谷其头部上陆坡区的峡谷群自西向东的定向迁移明显与该区自西向东的中层洋流影响有关,显然,南海北部中层洋流对峡谷沉积充填样式、演化过程起到了一定的改造作用。5.提出了珠江口外峡谷体系自早中新世以来的演化阶段。结合控制因素分析、形态和充填特征,将珠江口外峡谷体系划分为三个沉积模式演化阶段：①、早期阶段(23-21 Ma),该时期峡谷水道不发育,仅形成规模较小的水道,以陆架边缘三角洲和海底扇发育为主要特征,构成陆架边缘三角洲-小型水道-海底扇样式。在中新世早期古陆坡中下部出现了规模很小的侵蚀水道,但因为白云运动(21 Ma)导致的陆架坡折突然地向北迁移,使得这两个水道很快就被大面积的浊积扇和块体流沉积所覆盖。②、中期阶段或水道-海底扇发育阶段(21-11.6 Ma),构成了上陆坡复合水道-下陆坡和深海平原海底扇样式。自21 Ma以来,研究区主要为块体流和浊积扇沉积,扇体之上发育少量扇上水道,一直到了中中新世(15.5Ma),主干峡谷的下切水道才再次出现,这时的峡谷在平面形态上已经与后期主干峡谷的形态类似了,因此,笔者认为这时发育的峡谷就是现今珠江口大峡谷体系的雏形。③、晚期阶段或陆坡峡谷-海底扇发育阶段(11.6-0 Ma),该时期以上陆坡复合水道群-中下陆坡峡谷-深海平原海底扇为特点,海底扇沉积特征在11.6-2.6 Ma之间主要为浊流沉积,而2.6 Ma以来就主要为块体流沉积体。到了中新世晚期(11.6 Ma),研究区再次出现区域性的海平面下降,形成低水位时期。陆架可能处于暴露的环境,且陆架边缘的砂质沉积物供给增多,导致了位于坡折带的陆坡峡谷群的形成和发育。此时,峡谷的下切侵蚀、沉积物运输能力都到达了最大规模,陆架坡折被峡谷群强烈侵蚀,沉积物沿着峡谷的路径,穿过峡谷口附近的基底隆起,沉积在深海盆地里,形成了大规模的浊积扇体。随着时间的推移,峡谷的侵蚀能力逐渐减弱,大量的沉积物沉积在主干峡谷区域,到了上新世(5.5 Ma)峡谷谷道大部分已被后来的浊积扇、块体流等沉积物所充填。从上新世至今,气候因素导致的强烈沉积物供给和全球海平面持续下降,导致了珠江口盆地陆架坡折处在被填平的埋藏水道之上又开始发育新的陆坡峡谷,这些峡谷输送大量的沉积物到下陆坡,在下陆坡地区形成深海扇,当这些深海扇与主干峡谷相连时,受地势的驱动,将沿着先存形成的峡谷走向继续自北向南运动。由于现今峡谷受地形地貌控制较大,因此峡谷将沿着现存的“负地形”继续向下侵蚀,继续发育。由于该时期更远离珠江三角洲物源,有些仅为陆坡发育的无头性峡谷,故下陆坡及深海平原海底扇规模较小或不发育。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P618.13

【参考文献】