陈芳李学杰刘坚陆红锋王金莲张欣廖志良陈超云
(广州海洋地质调查局 广州 510760)
第一作者简介:陈芳,1966年生,教授级高工,主要从事海洋微体古生物学、沉积学研究。
摘要 本文对位于南海西部深海平原的 SA14-34 岩心进行详细的沉积物组分研究,结果表明:该岩心岩性复杂多变,沉积了粘土、粉砂质粘土、砂质粘土、粘土质粉砂、砂质粉砂、砂和粉砂质砂等7种沉积物类型。浊流沉积发育,至少已识别出4个特征明显的浊流层。浊流层厚度为18~120cm,具有粒度较粗呈下粗上细、异地钙质微体生物化石丰富、陆源碎屑矿物含量高、SiO2/Al2O3比值和CaCO3含量高四大特点。并对浊流沉积的物质来源、成因进行了初步分析,认为浊积物主要来自西部陆架-陆坡区,有利的地形、丰富的物源和频繁的海底火山活动诱发的地震是浊流发生的主要原因。
关键词 浊流沉积 深海平原 南海西部
南海,作为西太平洋的边缘海,物源丰富,沉积速率高,且生物多样,是研究古气候、古海洋环境和现代沉积作用的场所,近20年来成为热点研究地区,取得了一系列成果。对南海的浊流沉积也进行了一些研究,相继在南海的北部、南部以及东北部发现了浊流沉积的记录[1~7]。南海西部海域由于其研究程度较低,有关浊流沉积的研究基本上空白。
1996—2002年期间,广州海洋地质调查局在实施国家“126”专项时,对南海西部浅表层沉积物进行系统取样。取样站位北起琼东南,南至巽它陆架,覆盖整个南海西部海域,包括陆架、陆坡和深海盆地。通过对浅表层沉积物开展沉积学的研究,在西部中南半岛外深海平原区发现大量的浊流沉积[8]。本文通过对南海西部深海盆典型SA14-34岩心的研究,分析其浊流沉积特征及其控制因素。
1 材料与方法
SA14-34岩心位于地形平缓的南海西南海盆西南角,西侧紧邻地形陡峭的西南海岭,地理坐标111°57′48〞E,11°36′〞N,水深4137m(图1),柱长801cm。对该柱状沉积物以5~15cm间隔取样,对其进行粒度、矿物、钙质微体生物化石和地球化学等综合分析。
图1 SA14-34岩心位置图
Location of piston core SA14-34
粒度分析,大于粒级采用筛析法,小于粒级用比重计法。
碎屑矿物分析,称取定量干样(通常7 g),自来水浸泡,用孔径和的铜筛冲洗,选取~粒径样品,烘干,进行磁选和电磁选,分为磁性矿物、电磁性矿物和无磁性矿物,对无磁性进行淘洗,分重矿物和轻矿物,然后分别称该四部分质量,用实体显微镜鉴定,并统计其相对含量。
有孔虫、介形虫样品采用常规方法处理:称取10 g干样,用水浸泡,待充分松散后,用孔径的铜筛冲洗烘干,鉴定并统计>的个体,化石丰富的样品采用缩分鉴定。钙质超微化石样品处理采用简易涂片法。
地球化学分析,SiO2采用重量法,CaCO3采用容量法,A12O3用离子体光谱法。
上述分析均由广州海洋地质调查局实验测试所完成。
2 岩性特征
根据岩心肉眼观察、沉积物粒度和涂片发现,该岩心沉积特征不是以细粒沉积为主,粒度明显偏粗,岩性复杂多变,包含粘土、粉砂质粘土、砂质粘土、粘土质粉砂、砂质粉砂、砂、粉砂质砂等7种沉积物类型。沉积物组分以粘土矿物、长英矿物和风化矿物为主,其中长英矿物总体偏高,最高可达72%;钙质生物(主要由有孔虫和钙质超微化石组成)含量悬殊,从<1%~31%,多个层段含量偏高,在10%~31%间变化;而硅质生物(主要由硅藻和放射虫组成)含量偏低,一般<1%,在300~650cm含量增加,最高达10%(图2)。该岩心含多层粒度变化的正韵律层,其中大多钙质生物丰富,初步可识别出4层特征明显的浊流沉积:浊流层1(0~40cm),浊流层2(40~58cm),浊流层3(220~260cm)和浊流层4(653~773cm)。
图2 SA14-34岩心岩性、组分特征及浊流层系(数字1,2,3,4 代表浊流层,下同)
Lithologic feature,biogenic components and turbidite layers in core SA14-34
(numberl,2,3 stand for turbidite layer)
3 浊流沉积物特征
粒度特征
与上下正常深海沉积相比,浊流沉积物相对较粗,且浊流沉积物内自下而上粒度由粗变细,具有典型的正粒序沉积层序——浊流沉积物的显著标志。
浊流层1,从上而下依次为含钙质生物砂质粘土(0~12cm)、粘土质粉砂(12~25cm)、粉砂质砂(25~40cm);
浊流层2,从上而下依次为粉砂质粘土(40~45cm),含钙质生物粉砂质砂(45~58cm);
浊流层3,底部为砂,向上递变为砂质粉砂、粉砂质粘土;
浊流层4,从上而下依次为粉砂质粘土和粘土质粉砂。
下面仅以浊流层3(220~260cm)为例(图3),剖析其粒度特征。
图3 SA14-34岩心浊流层3(220~260cm)粒度特征
The feature of grain of turbidite layer 3(220~260cm)
220~226cm,粘土,其中砂含量为,粉砂为,粘土为;
226~235cm,砂质粉砂,平均砂含量为,粉砂为,粘土为11%;
235~260cm,砂,砂含量为~,粉砂~,粘土~。自上而下,沉积物中值粒径由小变大,由顶部粉砂质粘土的6~7μm逐渐增大至底部砂的110μm左右,沉积物由细变粗,由下向上,分别相当于鲍马序列的A,B,D,E层。
微体古生物特征
SA14-34岩心取样位置位于碳酸盐临界补偿深度(CCrD)以下,碳酸盐溶解作用强烈,附近站位沉积物中钙质生物强烈溶失,丰度很低,一般为1~50个/g。但浊积物中的钙质生物化石有孔虫、介形虫和钙质超微化石尤其丰富,以高丰度区别于上下正常深海沉积,硅质生物放射虫、硅藻则不发育,该特征在浊流层1,2,3中表现明显(图4)。
图4 SA14-34岩心钙质生物丰度变化
Abundance of calcareous microfossils in core SA14-34
浊积沉积中有孔虫浮游类易溶种与抗溶种共存,抗溶等级由2级到7级的浮游有孔虫(据Berger,1979)同时出现;底栖类浅水种和深水种混杂,以浅水种为主。浊积物中有孔虫丰度一般为几百个/克,最高1900个/克,分异度20~39;而该岩心正常深海沉积物的有孔虫丰度只有几~十几个/克。以浊流层1为例,有孔虫丰度300~1900个/克,分异度 29~39,自下而上,丰度下降。浮游有孔虫常见有 Globigerinoides ruber,,,Neogloboquadrina dutertrei,,pulleniatina obliquiloculata,Globorotalia menardii,,Globigerinella aequilateralis,,等;底栖类有孔虫以玻璃质壳最多,其次为瓷质壳,胶结壳最少。常见种有 Elphidium jeseni,Cibicides refulgens,Quinqueloculina seminula,Psuodoeponides japonicus,Nonionella decora,Bolivina robusta,Bolivina earlandi,Bulimina marginata,等。还具有 Cibicides refulgens ,Pseudorotalia gaimardii,Elphidium jeseni,Han“a”aiaconcentrina,Uvigerina torquata,Virgulopsis orientalis,Quinqueloculina seminula,Quinqueloculina lamarckina等典型的浅水种。其他浊流沉积有孔虫组合面貌与第一层浊积物的相似。
与有孔虫相似,浊积沉积中介形虫亦相当丰富,但几乎全部为异地埋葬分子,以滨、浅海-半深海异地分子为主。前人对南海表层沉积物中介形虫的分布研究结果表明[5]:当水深大于4000m时,表层沉积物中的介形虫丰度在4个/10 g以下,种数不足1个,且全部为异地分子。而在浊流层1中介形虫丰度高达39~528个/10 g,分异度13~25,自下而上,数量减少。常见的有Iestoleberis guangdongensis,Lo”oconcha siensis,Cytheropteron minrensis,Hemicytherra cuneata,Munseyella japonica,Cornucoquimba tosaensis,Cytherlloideasabahensis,Leguminocythereis hodgii,Stigmatcythere dorsinoda等,其中Lo”oconcha sp.仅出现在800m水深的环境中,Cytheropteron minrensis在南海东北部分布在100~700m水深处,parabythocythere limata分布在800~1500m水深范围内,Krithe sa”anensis在南海东北部分布在700~3000m的海区。各层浊积物介形虫数量不等,这与浊流作用规模大小有关。浊流层2中的介形虫数量有所下降,丰度为28~77个/10 g,分异度13~25,少数介形虫如Cornucoquimba tosaensis,Aconthocythereis munechikai等只以幼虫出现。
陆源碎屑矿物特征
SA14-34岩心浊流沉积中的陆源碎屑矿物以含量特别高,矿物种类多而区别与上下正常深海沉积。浊流沉积中的陆源碎屑矿物以长石、石英为主,占50%~80%。此外,尚有黑云母、白云母、绿帘石、磁铁矿、褐铁矿、钛铁矿、独居石、锆石、角闪石等矿物,风化矿物含量明显增加。浊流层1、浊流层2中的长英矿物含量最高达50%;浊流层3长英矿物含量最高达72%;浊流层4长英矿物含量最高达67%(图2),其他层位长英矿物含量偏低,一般为6%~0%。在陆架和上陆坡广泛分布的海绿石在浊积物中普遍出现,浊流层1层段浊积物中的含量达×10-4。而其他层位含量极低,几乎未见。镜下观察,浊流沉积中的石英具有两种明显不同的形态,大部分表面干净、透明,呈棱角状;部分表面具有雾痕、斑痕,呈次圆状,为搬运相互磨擦所造成;长石有些较新鲜,有些发生次生变化,说明浊流沉积物为近距离搬运。
地球化学特征
海洋沉积物中SiO2/Al2O3比值主要反映了沉积物中陆源碎屑和粘土的比例,该比值越高说明陆源碎屑含量越高,而CaCO3主要来自在海洋沉积物中的钙质生物有孔虫、钙质超微化石等,研究结果表明:该海域正常沉积的表层沉积物中的CaCO3含量一般为2%~5%。而SA14-34岩心浊流层1,2,3,4 中的SiO2/A12O3比值明显高于上下正常深海沉积,而浊流层1,2中的CaCO3明显高于下伏的正常深海沉积粘土层,最高可达8%,而下伏的正常深海沉积粘土层中的CaCO3含量<2%(图5)。
4 浊流沉积的物源、成因初探
根据浊积物组成特征,大体可以了解浊积物的物质来源。SA14-34岩心的浊积物主要由陆源碎屑和生物碎屑组成。从上述浊积物的矿物组合来看,与南海西部中南半岛外陆架、陆坡区的矿物组合具有明显的相似性;经浊流搬运的生物碎屑通常保存较差,壳面遭受不同程度的磨损,壳体的破碎率较高。但SA14-34岩心中的介形虫保存良好,壳薄、透明、干净,壳体很少出现破碎、磨损充填现象,这主要与浊流搬运距离较短,搬运速度较快有关,据此推测浊积物的矿物主要来自南海西部陆架、陆坡区。
图5 SA14-34岩心SiO2/Al2O3比值和CaCO3含量
Downhole Plots SiO2/Al2O3ratio,CaCO3(%)in core SA14-34
南海西部自西向东发育有陆架、陆坡和深海盆地(南海西南海盆的一部分)等地形地貌,其中陆架狭窄,陆坡陡峭,深海盆地平缓。由于主要受南北向和北东向断裂的作用和火山作用的影响,自西向东呈阶梯状下降,高差变化极大,由200m降至4000m。而SA14-34岩心则位于地形平坦的深海盆地边缘,即西南海盆的西南角,四周被海山所围绕,西面与地形陡峭的陆坡海山陡坡相邻,南面与东面为深海海山。这种四周高,中间低的地形为浊流形成、搬运和沉积提供了有利的地理条件;而周围大量松散沉积物堆积为浊流的形成提供了重要的物质基础;频繁的海底火山喷发引起的地震则诱发了区内浊流的发生。SA14-34岩心所在的深海盆地分布着众多的由海底火山喷发形成的海山和海丘,该区是Cu、Ba元素含量的高值区,沉积物中Cu、Ba元素的富集主要是受区内海底火山活动控制的[9],说明该区火山活动较强,为浊流的发生提供了动力条件。
5 结论
1)位于南海西部深海平原的SA14-34岩心岩性复杂多变,沉积了粘土、粉砂质粘土、砂质粘土、粘土质粉砂、砂质粉砂、砂和粉砂质砂等7种沉积物类型。浊流沉积发育,浊流沉积构成了该岩心的主体,至少已识别出4个特征明显的浊流层。
2)浊流沉积相对较粗,自下而上,主要由砂、粉砂和粉砂质粘土组成,沉积物中值粒径由小变大;浊流沉积中异地钙质生物化石有孔虫、介形虫富集。有孔虫浮游类易溶种与抗溶种共存,底栖类浅水种和深水种混杂,介形虫大部分为浅海-半深海类型,与正常深海组合完全不同;浊流沉积中的陆源碎屑矿物含量特别高,矿物种类多,以长石、石英为主。浊流沉积中SiO2/Al2O3比值、CaCO3含量相对偏高。
3)对浊流沉积的物质来源、成因初步分析表明:浊流沉积主要来自西部陆架-陆坡区,有利的地形、丰富的物源和频繁的海底火山活动诱发的地震是浊流发生的主要原因。
参考文献
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CharacteriSticS of Turbidity Current DepoSits of Core SA14-34 in Deep Sea BaSin ofthe WeStern South China Sea
Chen FangLi XuejieLiu JianLu HongfengWangjin1ianZhangXinLiaozhi1iangChen Chaoyun
(Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou,510760)
AbStract:Results based on visual core description,smear slide,microfossils,grain size,chemical and mineral analyses indicate turbidity current deposits have been developed in Core SA14-34,At least 4 layers of turbidities can be layers,each 18~120cmthick,are characterized by turbidite sequence With graded bedding,abundant allochthonous calcareous microfossils and high SiO2/Al2O3ratio,high content of CaCO3and high contents of terrigenous detrital addition,a preliminary analysis is made on the material source and origin of the turbidity current authors suggest that the favorable topography,abundant source materials and earthquakes induced by repeatedly occurring submarine volcanic activities are the main causes for the occurrence of turbidity currents.
Key WordS:Turbidity current deposits Deep sea basin Western South China Sea