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层序地层学自上个世纪80年代形成完整的理论体系,在地学领域中的成功应用,体现出了其重要的理论价值及实际应用意义。自从引入到海洋地质学范畴中,地层的高分辨率研究即取得了突飞猛进的突破,让科学家们能够从千变万化的地层记录中利用多项参数寻找到地层演变的基本规律。本文是利用层序地层学的方法,结合《中国东部陆架海海底沉积物成因环境图》制图工作以及国家重点基金项目《末次冰消期来东部陆架海海洋环境的地质记录及演化过程》中所获得的资料来完成的。
在我国东部陆架海的海底,分布着各式各样的沉积单元,它们在海底的叠置组成了现今的沉积体系。这些沉积单元都有固有的属性,主要的包括三个方面,即岩性、成因和形成年代。将这三个属性有机的结合起来可以清晰的描述沉积单元的现存状态和相互之间的接触关系。经过科学家们近半个世纪的调查和研究,对中国东部陆架海的海底沉积物类型的了解已经较为深入和清楚。根据物源类型、沉积物特征及水动力特征,结合分布区的水深地形等,按海底沉积环境空间分布,在东部海域可划分出四级类型体系(表3.2):一级按海洋环境进行分带,分为四个带;二级依据海洋沉积动力环境进行划分,分出12个沉积区;三级分类依据沉积相特征划分,分出48种类型;四级分类根据沉积亚相特征划分出若干类型。
对全球几条比较著名的海面变化曲线进行了对比,表明这些曲线具有较好的同步变化趋势,经二十余条末次冰盛期以来的全球海面变化曲线综合对比,并参考中国东部陆架末次海侵进程,从中选取Lambeck(2001)曲线(图1.6)作为主要参考依据,经过李广雪(2004a)的修改并在东部陆架海成功应用之后发现这条曲线具有相当好的代表性。末次冰盛期以来,海面变化可以划分为3期,8个阶段(表3.3)。根据末次冰期以来的沉积特征,结合Lambeck(2001)海面变化曲线,建立起东部陆架海末次冰盛期以来的层序地层模型-层序1(Sq1),存在三个体系域层序单元。低位体系域,对应于末次冰期后期(21cal.ka~15cal.ka),主要有朝鲜海峡—日本海低位体系域、东海陆坡—冲绳海槽低位体系域;海侵体系域,对应于冰消期(15cal.ka~7cal.ka),主要分布大范围的海侵边界层、古滨岸沉积、潮流沙脊群、陆架涡漩泥质沉积;高位体系域,对应于高水位期(7cal.ka以后),有部分陆架涡漩泥质沉积、河口进积三角洲沉积、近岸泥质沉积、滨外风暴沉积、滨岸沉积体系。
根据海面变化的阶段性划分,获得了8个海面上升阶段海岸在中国东部陆架上的移动状态,对比研究结果表明,中国东部陆架海底的沉积大环境分布对全球海面变化有很好的整体响应。冰期低海面,以陆架边缘发育古滨岸带为标志。在LGM之后的三个缓慢上升期和三个快速上升期,古海岸在广阔的陆架平原上活动,留下不同阶段的沉积环境记录。缓慢上升期主要以潮流沙脊体系为代表,快速上升期以海侵边界层和改造残留沉积为主。进入高水位期,现代沉积环境过程开始,发育大面积涡漩泥质区、沿岸流沉积区、河口海岸堆积区,这些堆积体覆盖在前期沉积物之上。并针对各个时期具有代表性的沉积单元,如陆坡沉积、古滨岸沉积、海侵边界层和潮流砂脊体系做了进一步的分析和讨论。
通过东部陆架海层序地层模型的建立,形成了中国东部陆架海末次冰盛期以来关于层序地层学的完整理论体系。在这样一个大的背景下,利用2003和2004年完成黄海工作的基础上,对“黄海剖面(图4.2)”和YE02钻孔进行详细的分析工作。分析结果认为全球海面变化在“黄海剖面”上留下了良好的地层记录。在末次冰消期过程中,海水是在RRP-Ⅱ(MWP1A)时期大范围入侵黄海,改造前期的陆相沉积,并留下了大型深切谷充填和海侵砂沉积(TSS1和TSS2)体系。在随后的SRP-Ⅱ(YDEvent)时期,由于海面上升趋缓或停滞,复苏的大型河流在黄海的入海口处形成了大型三角洲沉积体。SRP-Ⅱ结束之后,伴随着MWP1B事件,RRP-Ⅲ开始,部分改造前期三角洲沉积形成了第二期次的海侵砂沉积(TSS3)。RRP-Ⅲ结束之后,进入末次冰消期后期阶段,海面上升缓慢,进入到高海面前的过渡时期(SRP-Ⅲ)。约7CalkaB.P.,开始了高海面时期,海洋环流系统形成,高水位体系域广泛发育。
在黄海中西部海域首次发现了海侵进程中的三角洲沉积体,本文对其形成年代和成因做了详细的论述。通过构造演化、剖面中的海侵侵蚀证据、全球变化与区域响应(古环境探讨)及海底地形继承性对这个三角洲沉积体做了初步分析,认为其形成于海面上升相对较慢的SRP-Ⅱ时期,与新仙女木事件(YDEvent)的出现相呼应。在确定其形成年代之后,通过逐个排除的方法,分别否定了复合式三角洲和长江三角洲的可能性,而将其定位在海侵过程中黄河形成的产物。
将黄海剖面与黄海东侧陆架的浅地层特征做对比分析工作,分析结果发现末次冰消期海侵初期东、西两侧陆架处于同一海侵进程中,形成了类似的地层叠置样式,即大型深切谷上覆改造海侵砂沉积(TSS1,2)。但在海侵三角洲下部,由于三角洲的上覆保护作用,下部的晚更新世陆相地层沉积没有经历后期的海侵改造作用而保存完整。在海侵中期(SRP-Ⅱ,RRP-Ⅲ),西侧陆架由于有中国大陆大型河流的介入而形成三角洲沉积,并在随后的海面快速上升过程中部分遭受改造和侵蚀,形成第二期次的海侵砂沉积(TSS3)。而黄海东侧陆架则由于缺乏足够的物源供给,在环流、潮汐的综合作用下,侵蚀前期沉积物,形成潮流砂脊地形。
在工作中发现南黄海中部泥质区存在与韩国西南岸泥质区相类似的双层结构特征,基于末次冰消期海面上升的特点,将黄海东、西两侧陆架海侵进程联系在一起,对这种双层结构的成因进行了重新定位和讨论,提出了其成因演化过程的新构想,认为这种泥质沉积中双层结构的出现与末次冰消期海面的阶段性上升有着密切的联系,下部单元A2(Ⅰ2)形成于RRP-Ⅱ海面快速上升期,上部单元A1(Ⅰ1)是高海面以来的产物。其间的界面未必全是韩国科学家所认为的侵蚀界面,而是沉积间断面。