【摘要】：近年來,隨著深水沉積體系研究和深水油氣勘探的深入,深水峽谷體系受到越來越多的關(guān)注。世界范圍內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)大量關(guān)于深水峽谷沉積體系的研究報道,但是對于這方面的研究我國卻相對比較薄弱。深水峽谷作為陸源沉積物從淺水區(qū)向深水區(qū)輸送的主要通道,廣泛發(fā)育于被動和主動大陸邊緣,由于峽谷形成與演化記錄了豐富的古氣候、海平面變化和區(qū)域構(gòu)造演化史信息,故引起了海洋地質(zhì)學(xué)者們的廣泛關(guān)注。本文圍繞深水峽谷體系這一個國際地質(zhì)學(xué)研究熱點,以珠江口外峽谷體系為研究對象,綜合利用地震、巖心、測井數(shù)據(jù),依據(jù)地震沉積學(xué)、層序地層學(xué)的研究理論和分析方法,從峽谷幾何形態(tài)和內(nèi)部充填特征入手,分析了珠江口外峽谷體系的垂向剖面形態(tài)特征、平面幾何展布特征、內(nèi)部充填特征,討論了構(gòu)造背景、地形地貌條件、海平面升降、沉積物供給和深水底流等方面對峽谷體系的控制作用,建立了相應(yīng)的沉積充填模式。研究成果可進一步深化南海北部陸緣深水區(qū)沉積學(xué)研究,為珠江口盆地儲層分布預(yù)測和油氣勘探提供參考。主要研究成果如下：1.定量描述了現(xiàn)今珠江口外峽谷體系的空間展布特征。珠江口外峽谷體系整體呈“S”型形態(tài)展布,總長度約254km,其路徑上表現(xiàn)為三種有明顯區(qū)別的走向。在頭部(upper reach)表現(xiàn)為NW-SE走向,軀干(middle reach)變?yōu)榻黃EE-NWW向；尾部(lower reach)路徑又變回了NW-SE走向；最終,峽谷在水深3500m出匯入深海盆地。其中,在峽谷頭部,主干峽谷發(fā)育規(guī)模不大,在其東側(cè)白云凹陷北側(cè)陸坡發(fā)育的陸坡峽谷群充當了其頭部,這些峽谷呈NNW向展布,長約30-60km,寬約1-5.7 km,下切深度約50-300 m,峽谷兩側(cè)壁平滑且陡峭,其中位于西部的9條陸坡峽谷與主干峽谷直接相連。在其下部發(fā)現(xiàn)的埋藏水道充填特征顯示出其明顯的ENE方向的遷移特征,指示這些峽谷可能受到長期、持續(xù)自西向東的底流改造,導(dǎo)致峽谷在約10.5Ma以來的強制性東向遷移。定量統(tǒng)計了峽谷幾何形態(tài)的7個要素,它們分別是谷底長度(Valley Length)、水道長度(Channel Length)、水道幅度(Amplitude)、水道彎曲波長(Meander Wavelength)、水道彎曲半徑(Meander Radius of Curvature)、水道平均寬度(Average Width)和水道彎曲度(Sinuosity),從而系統(tǒng)刻畫了中央峽谷體系的平面形態(tài)。識別出峽谷體系的3種剖面形態(tài)類型：U型、V型和復(fù)合型。通過對其剖面幾何形態(tài)和平面展布特征的分析,指出峽谷上中下游在延伸方向、寬度、彎曲度、剖面形態(tài)、發(fā)育時間跨度、底界面下切能力等方面存在差異性。2.刻畫了珠江口外峽谷體系沉積單元內(nèi)部構(gòu)成及微相特征。峽谷內(nèi)部充填由2大類沉積體類型構(gòu)成：濁流沉積和塊體流沉積。上陸坡的復(fù)合峽谷群剖面上主要表現(xiàn)為強振幅反射側(cè)積反射或雜亂的弱振幅反射特征,在陸坡區(qū)通常形成由復(fù)雜的多個水道復(fù)合而成的雜亂反射帶,有時可見明顯定向遷移的側(cè)積反射結(jié)構(gòu)；中陸坡的主干峽谷谷道通常下切較淺,呈現(xiàn)寬緩平坦的U型,弱-中振幅連續(xù)平行-亞平行反射特征；海底扇則以中-高振幅連續(xù)平行為地震反射特征,邊緣部位出現(xiàn)明顯的丘狀下超。峽谷內(nèi)部的濁流和塊體流沉積來主要源自珠江口三角洲。充填沉積物可進一步劃分出濁積水道、殘余水道砂體、分支水道、席狀砂、塊體流、深海泥沉積物、峽谷側(cè)壁垮塌沉積體等多種沉積單元。在不同區(qū)段和不同地層之中,沉積單元的類型、含量、結(jié)構(gòu)特征和組合樣式等存在差異性。3.建立了珠江口外峽谷體系三個主要發(fā)育時期及相應(yīng)的沉積充填樣式。①、早期峽谷發(fā)育階段(23-21Ma),峽谷幾乎不發(fā)育,全區(qū)沉積體主要為濁積扇和塊體流沉積：②、中期峽谷發(fā)育階段(21-11.6Ma),早期主要發(fā)育塊體流沉積,自15.5 Ma起峽谷開始發(fā)育壯大,逐漸下切侵蝕陸坡形成寬緩U型谷道,并在峽谷末端形成深海扇沉積,其上游段主要發(fā)育濁積水道沉積、底部滯留沉積、峽谷側(cè)壁滑塌沉積等沉積相,下游段主要發(fā)育深海扇沉積；③、晚期峽谷發(fā)育階段(11.6-0 Ma),該時期峽谷發(fā)育規(guī)模到達最大,到了2.6 Ma峽谷下切能力逐漸減弱,侵蝕范圍縮小,上游還是主要發(fā)育峽谷側(cè)壁滑塌沉積、濁積水道沉積等沉積相,中下游沉積作用則主要被塊體流沉積主導(dǎo),后期的主干峽谷谷道幾乎被塊體流沉積所掩埋和填平。4.總結(jié)了珠江口外峽谷體系的主控因素。珠江口外峽谷體系發(fā)育演化主要受控于構(gòu)造作用、海平面變化、物源體系、古地貌及洋流活動等因素。①新生代構(gòu)造活動是珠江口外峽谷體系發(fā)育的重要控制因素,一方面控制了陸坡峽谷發(fā)育的古地形地貌,另一方面控制了部分陸坡峽谷發(fā)育延伸方向。大約30Ma開始的南海海底擴張,導(dǎo)致陸源碎屑物質(zhì)開始從大陸架搬運至深海盆地,運輸過程中就有可能下切和侵蝕陸坡區(qū)并形成許多小規(guī)模的線狀水道。隨著陸坡梯度降低,峽谷在被動大陸邊緣通常會形成像陸地上的河流一樣蜿蜒的水道。而且,珠江口外峽谷頭部以及白云凹陷北部的陸坡峽谷群之下的地層中存在多個斷層,部分斷層位于埋藏水道或者現(xiàn)今峽谷的正下方。這些斷層和埋藏水道的位置之間存在某些直接關(guān)系,由西北—東南向斷層組成的主要構(gòu)造單元可能影響了深海侵蝕作用以及研究區(qū)峽谷或水道的形成。②南海北部大陸邊緣盆地在23 Ma、15.5 Ma、11.6 Ma、5.5 Ma、2.6 Ma均發(fā)生大規(guī)模的區(qū)域性海平面下降,導(dǎo)致低位域沉積時期陸坡峽谷的下切作用,有利于發(fā)育由上陸坡復(fù)合峽谷群-中陸坡主干峽谷-下陸坡和深海平原海底扇組成的有頭型峽谷系統(tǒng)。因此,每一次的區(qū)域性海平面下降都對應(yīng)了珠江口外峽谷的侵蝕階段,只是每一次的侵蝕能力會有所差異,這也是控制珠江口外峽谷形成、發(fā)育的重要因素之一。③來自珠江大量陸源沉積物的輸入對珠江口外峽谷系統(tǒng)的形成、演化造成了一定的影響。對南海北部深水下陸坡1148站位(ODP184航次)取芯樣品中的釹同位素進行測試后,發(fā)現(xiàn)其含量特征與珠江三角洲沉積物相似,物源指示華南地區(qū)。這些特征都說明了珠江三角洲不僅提供豐富的沉積物,同時這些沉積物還可以通過深水峽谷進行遠距離的搬運,被搬運至深海平原。④海底古地形地貌對深水峽谷體系發(fā)育具有一定的影響。海底隆起或者海山的出現(xiàn),也會導(dǎo)致峽谷侵蝕路徑的改變,進而影響到峽谷的形態(tài)特征以及演化過程。從地震資料可以看出,現(xiàn)今的海底地形地貌決定了現(xiàn)今峽谷體系的發(fā)育范圍、走向及其各個沉積單元的空間展布。⑤南海北部陸坡洋流作用也對深水峽谷充填產(chǎn)生一定程度的影響。珠江口外峽谷其頭部上陸坡區(qū)的峽谷群自西向東的定向遷移明顯與該區(qū)自西向東的中層洋流影響有關(guān),顯然,南海北部中層洋流對峽谷沉積充填樣式、演化過程起到了一定的改造作用。5.提出了珠江口外峽谷體系自早中新世以來的演化階段。結(jié)合控制因素分析、形態(tài)和充填特征,將珠江口外峽谷體系劃分為三個沉積模式演化階段：①、早期階段(23-21 Ma),該時期峽谷水道不發(fā)育,僅形成規(guī)模較小的水道,以陸架邊緣三角洲和海底扇發(fā)育為主要特征,構(gòu)成陸架邊緣三角洲-小型水道-海底扇樣式。在中新世早期古陸坡中下部出現(xiàn)了規(guī)模很小的侵蝕水道,但因為白云運動(21 Ma)導(dǎo)致的陸架坡折突然地向北遷移,使得這兩個水道很快就被大面積的濁積扇和塊體流沉積所覆蓋。②、中期階段或水道-海底扇發(fā)育階段(21-11.6 Ma),構(gòu)成了上陸坡復(fù)合水道-下陸坡和深海平原海底扇樣式。自21 Ma以來,研究區(qū)主要為塊體流和濁積扇沉積,扇體之上發(fā)育少量扇上水道,一直到了中中新世(15.5Ma),主干峽谷的下切水道才再次出現(xiàn),這時的峽谷在平面形態(tài)上已經(jīng)與后期主干峽谷的形態(tài)類似了,因此,筆者認為這時發(fā)育的峽谷就是現(xiàn)今珠江口大峽谷體系的雛形。③、晚期階段或陸坡峽谷-海底扇發(fā)育階段(11.6-0 Ma),該時期以上陸坡復(fù)合水道群-中下陸坡峽谷-深海平原海底扇為特點,海底扇沉積特征在11.6-2.6 Ma之間主要為濁流沉積,而2.6 Ma以來就主要為塊體流沉積體。到了中新世晚期(11.6 Ma),研究區(qū)再次出現(xiàn)區(qū)域性的海平面下降,形成低水位時期。陸架可能處于暴露的環(huán)境,且陸架邊緣的砂質(zhì)沉積物供給增多,導(dǎo)致了位于坡折帶的陸坡峽谷群的形成和發(fā)育。此時,峽谷的下切侵蝕、沉積物運輸能力都到達了最大規(guī)模,陸架坡折被峽谷群強烈侵蝕,沉積物沿著峽谷的路徑,穿過峽谷口附近的基底隆起,沉積在深海盆地里,形成了大規(guī)模的濁積扇體。隨著時間的推移,峽谷的侵蝕能力逐漸減弱,大量的沉積物沉積在主干峽谷區(qū)域,到了上新世(5.5 Ma)峽谷谷道大部分已被后來的濁積扇、塊體流等沉積物所充填。從上新世至今,氣候因素導(dǎo)致的強烈沉積物供給和全球海平面持續(xù)下降,導(dǎo)致了珠江口盆地陸架坡折處在被填平的埋藏水道之上又開始發(fā)育新的陸坡峽谷,這些峽谷輸送大量的沉積物到下陸坡,在下陸坡地區(qū)形成深海扇,當這些深海扇與主干峽谷相連時,受地勢的驅(qū)動,將沿著先存形成的峽谷走向繼續(xù)自北向南運動。由于現(xiàn)今峽谷受地形地貌控制較大,因此峽谷將沿著現(xiàn)存的“負地形”繼續(xù)向下侵蝕,繼續(xù)發(fā)育。由于該時期更遠離珠江三角洲物源,有些僅為陸坡發(fā)育的無頭性峽谷,故下陸坡及深海平原海底扇規(guī)模較小或不發(fā)育。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P618.13

【參考文獻】

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本文編號：2790035