巽他陸架晚新生代地震超覆層序與海平面變化研究.pdf

1、海平面是巖石圈、水圈、大氣圈三者交互作用的重要界面，對(duì)于研究地球?qū)尤χg的相互作用及其演變機(jī)理，探討一些重大地質(zhì)事件的成因，研究石油和天然氣等礦產(chǎn)資源的形成與賦存規(guī)律，預(yù)測(cè)與環(huán)境有關(guān)的未來(lái)海平面變化走向，具有很大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。南海南部的巽他陸架是冰期東亞經(jīng)歷滄桑變化的最大淺海區(qū)，是公認(rèn)的解譯晚新生代全球海平面變化歷史的理想地區(qū)之一。本文應(yīng)用地震地層學(xué)和層序地層學(xué)原理，基于對(duì)德國(guó)太陽(yáng)號(hào)SO-115航次及廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局提供

2、的高分辨率反射地震剖面的解釋，重建巽他陸架北部上新世以來(lái)的層序格局，研究晚新生代全球海平面變化歷史。 對(duì)現(xiàn)有層序地層界面等時(shí)性問(wèn)題的探討表明，關(guān)鍵層序地層界面，包括與不整合對(duì)應(yīng)的整合、海侵面、最大泛濫面及被迫海退沉積物底界等，在全球?qū)Ρ?、跨區(qū)對(duì)比，甚至區(qū)域內(nèi)部對(duì)比時(shí)，存在著潛在的穿時(shí)性。通常只有當(dāng)沉降和沉積物供應(yīng)的綜合效應(yīng)與全球海平面變化相比微不足道或可以忽略不計(jì)時(shí)，才可能出現(xiàn)全球可比性的等時(shí)層序地層界面。這種情況或許只有在

3、大的冰期或全球一致性的構(gòu)造活動(dòng)期才會(huì)出現(xiàn)。多數(shù)層序界面的等時(shí)性僅在沉降與沉積物供應(yīng)條件在橫向上無(wú)顯著變化的地區(qū)才有意義。 按照現(xiàn)有層序模式，層序和體系域的確定，通常需要有諸如海侵、海退、陸上暴露、沉積相的橫向遷移等成因證據(jù),缺乏足夠的客觀性和科學(xué)的可重復(fù)性。針對(duì)這一問(wèn)題，結(jié)合研究區(qū)地震解釋的實(shí)際情況，在現(xiàn)有地震地層學(xué)及層序地層學(xué)分析方法基礎(chǔ)上，本文提出根據(jù)地層超覆點(diǎn)的遷移識(shí)別和劃分地震層序及體系域的基本原則。其主要觀點(diǎn)是：超覆

4、點(diǎn)是地層的普遍特征，在盆地邊緣區(qū)域傾向地震剖面上能夠客觀地予以識(shí)別;地層超覆點(diǎn)由上超到退覆的旋回性變化，記錄了盆地沉積作用范圍的階段性擴(kuò)張與收縮演化歷程，超覆點(diǎn)由區(qū)域退覆轉(zhuǎn)為區(qū)域上超,和由區(qū)域上超轉(zhuǎn)為區(qū)域退覆時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的盆地整合沉積區(qū)的地層層面，是盆地沉積充填體制發(fā)生轉(zhuǎn)折的兩類關(guān)鍵地層界面，它們分別是盆地沉積作用范圍收縮至極小或擴(kuò)展至極大時(shí)刻的沉積面，稱為“極小沉積面”和“極大沉積面”；這兩類界面可以通過(guò)對(duì)地震超覆點(diǎn)遷移特征

5、的追索或根據(jù)地震超覆路徑曲線予以確定；地震超覆層序定義為以極小沉積面及其對(duì)應(yīng)的上超/削蝕不整合或下超不整合為界的反射地震單元，解釋為地層超覆旋回或盆地沉積作用擴(kuò)張與收縮旋回的產(chǎn)物；以極大沉積面為界，可以將地震超覆層序劃分為上超和退覆兩個(gè)體系域，二者分別為盆地沉積作用擴(kuò)張期及收縮期的產(chǎn)物。 根據(jù)總長(zhǎng)為2200km高分辨率地震剖面的解釋，在上新統(tǒng)一第四系地層內(nèi)共識(shí)別了23地震超覆層序,建立了迄今為止巽他陸架乃至整個(gè)南海地區(qū)晚新生代

6、分辨率最高的地震層序框架．這些層序在垂向上疊置構(gòu)成7個(gè)進(jìn)積、加積或退積型層序組合。從上新世到第四紀(jì),層序的演化總體上呈進(jìn)積趨勢(shì)。層序內(nèi)部體系域的配置有上超域主導(dǎo)型、退覆域主導(dǎo)型及對(duì)稱發(fā)育型三種類型。前兩者體系域的發(fā)育呈不對(duì)稱狀，分別以上超域或退覆域?yàn)橹?。上新統(tǒng)下部以上超域主導(dǎo)型層序?yàn)橹鳎闲陆y(tǒng)中上部及第四系,退覆域主導(dǎo)型層序逐漸增多。上超域主導(dǎo)型層序意味著，層序發(fā)育過(guò)程主要受上超或盆地沉積范圍的擴(kuò)張過(guò)程控制，退覆或沉積范圍的

7、收縮過(guò)程相對(duì)短暫；退覆域主導(dǎo)型層序則相反，上超或盆地沉積范圍的擴(kuò)張過(guò)程相對(duì)短暫,層序的演化主要受退覆或盆地沉積范圍的收縮過(guò)程制約。研究區(qū)V形或下凹狀地震反射被解釋為北巽他河下切作用的遺跡，在納土納隆起以東的陸架區(qū)域主要沿第四系項(xiàng)、底及中部三個(gè)層序界面發(fā)育。這表明，更新世期間該陸架至少出現(xiàn)過(guò)三次大的暴露期，并接受北巽他河下切作用的改造。 根據(jù)傾向剖面上地層厚度的橫向變化特點(diǎn)，提出了有效厚度擬合恢復(fù)原始地層超覆點(diǎn)及剝蝕量的定量方

8、法。該方法假定區(qū)域傾向剖面上，地層厚度由盆地邊緣到盆地中心在達(dá)到其最大厚度前呈指數(shù)增大，且地層的剝蝕作用從盆地邊緣開始,依次向盆地中心方向推進(jìn)?！坝行Ш穸取奔吹貙涌颗璧貍?cè)未剝蝕區(qū)的地層厚度，它反映了原始地層厚度的變化規(guī)律。根據(jù)最大厚度值點(diǎn)靠陸地側(cè)地層有效厚度的分布，采用指數(shù)和線性相結(jié)合的分段函數(shù)模型,恢復(fù)地層原始超覆點(diǎn)位置，并計(jì)算地層剝蝕量。 從相對(duì)海平面變化的定義出發(fā)，論證了Vail等1977年提出的基于地震地層學(xué)研究海平

9、面變化之方法的不足。Vail等所謂的“相對(duì)海平面變化”是海平面相對(duì)于岸線或盆緣地層超覆點(diǎn)的上升或下降。他們用以度量海平面變化幅度的“海岸加積”所反映的是，在下一個(gè)地層單元沉積期間，當(dāng)前岸線或超覆點(diǎn)處相對(duì)海平面的升降量。由于超覆點(diǎn)隨時(shí)間推移而不斷遷移，因此按照Vail等的方法所得到的“相對(duì)海平面變化曲線”是空間上不同超覆點(diǎn)處在不同時(shí)間段內(nèi)相對(duì)海平面變化量的累加，它既不是地表某個(gè)具體地點(diǎn)處的相對(duì)海平面變化，也不是區(qū)域或全球相對(duì)海平

10、面的平均變化。 考慮地層剝蝕、壓實(shí)沉降、載荷沉降、構(gòu)造沉降及古水深變化，提出了基于地震超覆點(diǎn)法定量確定全球海平面變化幅度的定量模型。對(duì)模型中所涉及的參量，分別建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，包括：超覆點(diǎn)和剝蝕量恢復(fù)的有效厚度擬合模型，計(jì)算地層原始沉積厚度及壓實(shí)沉降量的脫壓實(shí)模型，計(jì)算載荷沉降量的Airy均衡和撓曲均衡模型，區(qū)域構(gòu)造沉降模型及古水深模型等。在巽他陸架地震超覆層序分析基礎(chǔ)上，根據(jù)上述模型，編制了5.33Ma年來(lái)全球海平面變

11、化曲線。該曲線與Haq全球海平面變化曲線及深海底棲有孔蟲氧同位素曲線比較，在變化趨勢(shì)上表現(xiàn)出良好的一致性，證明本文提出的全球海平面變化模型及海平面變化曲線編制過(guò)程中所選參數(shù)的合理性。 5.33Ma以來(lái)的海平面變化趨勢(shì)，除5.1Ma前表現(xiàn)為短暫的快速上升外，5.1 Ma之后總體呈下降趨勢(shì)。后者可細(xì)分為3個(gè)階段：5.1～3.7Ma，全球海平面基本穩(wěn)定在高出現(xiàn)今海平面50-100m的高水位,說(shuō)明當(dāng)時(shí)全球氣候相對(duì)溫暖，與已有的古氣候結(jié)

12、論一致；3.7～0.9Ma間，全球海平面穩(wěn)步下降，特別是3.7～2.2Ma間，下降速率較高，與此間發(fā)生的北極冰蓋形成事件具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系；0.9Ma至全新世海侵發(fā)生之前，海平面穩(wěn)定在相對(duì)于現(xiàn)今海平面-60～-100m以下的低水位，標(biāo)志著北極冰蓋的進(jìn)一步擴(kuò)大。 對(duì)原始海平面變化數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和重采樣(采樣間隔0.01Ma),分別采用長(zhǎng)、短兩種不同時(shí)窗(時(shí)窗長(zhǎng)度分別為0.5Ma和0.1Ma)求其滑動(dòng)平均，并與經(jīng)過(guò)同樣濾波處理的底棲

13、有孔蟲氧同位素曲線進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在0.1～0.5Ma級(jí)別的周期尺度上，無(wú)論是在長(zhǎng)時(shí)窗濾波所得到的低頻背景信息，還是短時(shí)窗濾波所揭示的變化細(xì)節(jié)方面，上述兩種分辨率截然不同的資料所揭示的變化趨勢(shì)具有良好的一致性。這表明，上新世以來(lái)，四級(jí)全球海平面升降變化可能主要受全球冰蓋大小的變動(dòng)控制。 本論文的研究成果表明，根據(jù)盆緣地區(qū)高分辨率反射地震剖面上地震超覆點(diǎn)的變化，可以分離出4級(jí)全球海平面變化信息，所得結(jié)果與根據(jù)傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)方法