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，對于研究地球?qū)尤χg的相互作用及其演變機理，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)測與環(huán)境有關(guān)的未來海平面變化走向，具有很大的理論和現(xiàn)實意義。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，基于對德國太陽號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的層序格局，研究晚新生代全球海平面變化歷史。 對現(xiàn)有層序地層界面等時性問題的探討表明，關(guān)鍵層序地層界面，包括與不整合對應(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)對比，甚至區(qū)域內(nèi)部對比時，存在著潛在的穿時性。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時，才可能出現(xiàn)全球可比性的等時層序地層界面。這種情況或許只有在

3、大的冰期或全球一致性的構(gòu)造活動期才會出現(xiàn)。多數(shù)層序界面的等時性僅在沉降與沉積物供應(yīng)條件在橫向上無顯著變化的地區(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。針對這一問題，結(jié)合研究區(qū)地震解釋的實際情況，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)地層超覆點的遷移識別和劃分地震層序及體系域的基本原則。其主要觀點是：超覆

4、點是地層的普遍特征，在盆地邊緣區(qū)域傾向地震剖面上能夠客觀地予以識別;地層超覆點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張與收縮演化歷程，超覆點由區(qū)域退覆轉(zhuǎn)為區(qū)域上超,和由區(qū)域上超轉(zhuǎn)為區(qū)域退覆時刻所對應(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展至極大時刻的沉積面，稱為“極小沉積面”和“極大沉積面”；這兩類界面可以通過對地震超覆點遷移特征

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體系域，二者分別為盆地沉積作用擴張期及收縮期的產(chǎn)物。 根據(jù)總長為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)共識別了23地震超覆層序,建立了迄今為止巽他陸架乃至整個南海地區(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個進積、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積趨勢。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)型及對稱發(fā)育型三種類型。前兩者體系域的發(fā)育呈不對稱狀，分別以上超域或退覆域為主。上新統(tǒng)下部以上超域主導(dǎo)型層序為主，上新統(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)育過程主要受上超或盆地沉積范圍的擴張過程控制，退覆或沉積范圍的

7、收縮過程相對短暫；退覆域主導(dǎo)型層序則相反，上超或盆地沉積范圍的擴張過程相對短暫,層序的演化主要受退覆或盆地沉積范圍的收縮過程制約。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、底及中部三個層序界面發(fā)育。這表明，更新世期間該陸架至少出現(xiàn)過三次大的暴露期，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，提出了有效厚度擬合恢復(fù)原始地層超覆點及剝蝕量的定量方

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?！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)地層原始超覆點位置，并計算地層剝蝕量。 從相對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“相對海平面變化”是海平面相對于岸線或盆緣地層超覆點的上升或下降。他們用以度量海平面變化幅度的“海岸加積”所反映的是，在下一個地層單元沉積期間，當(dāng)前岸線或超覆點處相對海平面的升降量。由于超覆點隨時間推移而不斷遷移，因此按照Vail等的方法所得到的“相對海平面變化曲線”是空間上不同超覆點處在不同時間段內(nèi)相對海平面變化量的累加，它既不是地表某個具體地點處的相對海平面變化，也不是區(qū)域或全球相對海平

10、面的平均變化。 考慮地層剝蝕、壓實沉降、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法定量確定全球海平面變化幅度的定量模型。對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：超覆點和剝蝕量恢復(fù)的有效厚度擬合模型，計算地層原始沉積厚度及壓實沉降量的脫壓實模型，計算載荷沉降量的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程中所選參數(shù)的合理性。 5.33Ma以來的海平面變化趨勢，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。后者可細分為3個階段：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,說明當(dāng)時全球氣候相對溫暖，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)志著北極冰蓋的進一步擴大。 對原始海平面變化數(shù)據(jù)進行插值和重采樣(采樣間隔0.01Ma),分別采用長、短兩種不同時窗(時窗長度分別為0.5Ma和0.1Ma)求其滑動平均，并與經(jīng)過同樣濾波處理的底棲

13、有孔蟲氧同位素曲線進行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在0.1～0.5Ma級別的周期尺度上，無論是在長時窗濾波所得到的低頻背景信息，還是短時窗濾波所揭示的變化細節(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具有良好的一致性。這表明，上新世以來，四級全球海平面升降變化可能主要受全球冰蓋大小的變動控制。 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的變化，可以分離出4級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