南海中央海盆碎屑物源与周缘水系演化
2021年1月，国际地学杂志《GSA Bulletin》以“Fingerprinting sand from Asian rivers to the deep central South China Sea since the Late Miocene”为题在线发表了我院曹立成副教授的研究成果。
源汇系统是研究沉积物从剥蚀区至沉积区过程中组分的时空变化特征和各种控制因素，是连接地球深部和表层地质过程的重要一环。目前，陆地及大陆边缘的源汇系统已有广泛的研究，但是对深海盆地中沉积路径的认识还较为薄弱。东亚和东南亚是世界上最大的沉积物供给区，每年向海洋输送的河流沉积物通量约占全球总量的一半。南海作为西太平洋最大的边缘海，捕获了周缘陆地不同尺度河流的大量沉积物（图1）。这些河流供给的粗颗粒碎屑沉积物一般堆积在南海大陆边缘，很少进入平均水深达4700米的深海盆地。目前，南海两侧大陆边缘的沉积记录已获得工业勘探和科学钻探的广泛关注，但是深海盆地沉积记录的研究程度一直较低。国际大洋发现计划（IODP）349航次首次在南海扩张轴附近获得了连续的新近系沉积序列：除了普遍存在的半深海相至深海相沉积，多个站位揭示了由砂岩、粉砂岩、碳酸盐等组成的多套浊积岩单元，其中碎屑组分的比例在东部次海盆站位中更高（图1）。这些碎屑浊积岩在深海盆地环境较为罕见，其物质来源也尚不明确。
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图1 南海及周缘地区地形图；IODP349航次U1431和U1432站位岩性柱状图及样品 |
我院姜涛教授、曹立成副教授等近期针对IODP349航次U1431和U1432站位获得的浊积岩样品开展重矿物和碎屑锆石U-Pb测年分析（图1）。锆石颗粒在河流中以推移质搬运为主，并且主要沉积在陆架附近，这一特征使得南海海盆中的碎屑锆石可以示踪周缘亚洲陆块不同河流的物源贡献。该研究团队近些年在南海北部莺歌海盆地、琼东南盆地、珠江口盆地和台西南盆地等地开展了系统的物源调查，揭示了红河、珠江、海南岛水系的演化过程以及沉积物在盆地范围的运移特征，这些前期成果为开展南海地区同时代地层的物源对比分析奠定重要基础。
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图2 U1431和U1432站位晚中新世-更新世沉积物碎屑锆石U-Pb年龄信号对比 |
南海海盆浊积岩
南海海盆浊积岩的物源在晚中新世-第四纪发生了多次转折，这在重矿物组合和锆石U-Pb年龄分布均有体现（图2）。为进一步揭示不同物源区对南海海盆的相对贡献，将浊积岩样品、南海陆缘同时代地层以及潜在物源区的锆石年龄信号进行综合对比，并开展多维尺度分析（图2）和沉积混合模型。沉积混合模型依靠逆向蒙特卡罗方法，对设定的不同物源端元进行随机配比，使得配比后混合产物的年龄信号与南海海盆浊积岩样品实际获得的年龄信号相近，从而获得该条件下的各物源相对贡献系数。
南海中央深水区的源汇系统并不像前人设想的那么简单。晚中新世早期，南海东部次海盆的物源主要来自越南东部，可能与该区域大规模的火山活动和快速隆升有关，越南沿岸（如中建南盆地）的碳酸盐沉积也开始被碎屑沉积所取代（图3）。随后至更新世，南海东部次海盆的主导物源区在珠江流域和越南东部之间交替，同时有红河、湄公河以及华南沿岸水系不同程度的额外贡献。该研究强调深水沉积物进行碎屑物源分析的必要性，这对解耦物源、气候和构造等控制因素和提取环境演化信息至关重要。
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图3 南海地区晚中新世-更新世源汇系统恢复示意图 |
本文第一作者为我院曹立成副教授，通讯作者为姜涛教授。该项研究得到国家自然科学基金（41976073/41476032）、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项（GML2019ZD0102）、中央高校基本科研基金（162301192662）的联合资助。
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