潮坪韵律沉积的形成和保存及沉积间断的定量分析

来源 :同济大学海洋地质与地球物理系 同济大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hiss006
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通过潮汐韵律层研究来恢复古环境和地质历史时期的地-月轨道演化,已成为国外 潮汐沉积和天文地质学研究的重要热点之一。潮汐沉积的连续性是古潮汐和古环境 研究的基础和关键。因此,地层中几米甚至几十米的潮汐韵律沉积剖面通常被解释 成连续的大小潮周期沉积,以此为依据进行这一研究。由这一假设所推算出来的年 沉积率大多在几十厘米以上,有的高达十儿米。然而,滨、浅海地区由于环境影响 因素众多,使得地层连续性差,沉积缓慢,年沉积率很少超过厘米级。由此需要对 潮汐韵律沉积的生成与保存及其连续性作深入研究。 本文通过现场观测研究纹层的生成和保存与沉积动力的关系。若连续记录的纹层 能够100%地保存下来,其厚度变化能够反映大小潮周期。但是,开阔潮坪层偶保存 率很低,难以保存较完整的大小潮周期层序。潮滩季节性观测表明开阔潮坪小型层 序实际上是风暴层序。间断是开阔潮坪沉积的主要特性,以层偶保存率估算沉积间 断在长江口开阔潮坪层序中所占的比例,其值高达99.34%。沉积速率随时间尺度增 大呈指数递减,根据不同时间尺度沉积速率的相关关系,可以定量地计算开阔潮坪 沉积地层的完整性。通过钻孔、探槽和剖面揭露的近代、全新世、晚奥陶世潮坪沉 积纹层数和厚度的统计,利用傅立叶变换分析提取纹层厚度变化所记录的周期信息, 假定小型层序是大小潮周期成因,由此推算的年沉积率都在米级以上。实际上近代 和全新世潮汐沉积的年沉积率不超过几厘米,造成这一差异的根本原因在于把小型 层序当作连续的大小潮周期沉积,而实际上小型层序是风暴事件沉积。 长江三角洲面向开阔大海,台风季节滩面冲刷明显。但是,长江巨大输沙量不仅 促使三角洲周边发育广阔的泥质潮坪,而且使之以每年几个厘米的速度快速淤积。 平静天气开阔潮坪沉积主要受潮汐作用控制,沉降板每天记录的基本沉积单元为潮 汐层偶,层偶厚度变化记录了大小潮能量变化的规律。假定层偶保存率为100%,则 可以通过保存较完整的潮汐韵律层的研究来恢复古潮汐周期。但是,开阔潮坪沉积 受潮流和风浪侵蚀改造作用的影响明显,层偶保存率很低。半月观测结果表明,保 存下来的层偶数只有同期间日观测累计层偶数的20%,而且层偶厚度已不再反映大 小潮周期变化。由此可见,层偶的保存是决定潮坪沉积能否反映大小潮周期的关键。 要保存较连续的潮汐韵律沉积,需要相对封闭的、基本不受风浪影响的沉积环境。 台风浪可以将含于砂、泥质单层中众多的层偶消灭殆尽,使层偶的保存率进一步降 低,形成反映季节性气候变化的砂、泥单层更替构成的风暴层序。即使风暴天气形 成的小型层序也不是完整地保存下来,亚近代开阔潮坪层序平均每三年才有一个砂 质单层保存下来。因此,沉积过程就象是一个过滤器,把能量低的事件沉积都滤掉, 只留下能量高的事件沉积。 开阔潮坪沉积的不连续性是主要的。如果以层偶的保存率作为衡量潮坪层序不连 续性的尺度,那么开阔潮坪层序的完整性为0.66%,99%以上的时间是没有沉积记录 的。代表季节性气候变化的砂、泥单层可能在暴风浪作用过程及其过后的几天里就 形成了,其余时间要么没有沉积,要么形成的沉积物又被侵蚀改造,最后将时间浓 缩在一个不易分辨的间断面上。因此,在利用潮汐沉积进行古环境分析、建立潮坪 沉积模式时,必须充分考虑沉积间断所占的比例。在开阔潮坪沉积层序,沉积间断 可能是几个月或几年,沉积率随时间尺度增大而迅速减小。如果作不同时间间隔及 其所确定沉积率的对数相关图,发现它们之间存在对数线性负相关关系。在许多沉 积环境都得出类似的结果,只是二者线性拟合直线的斜率不同而已。长江三角洲开 敝型泥质潮坪该线性拟合直线的斜率为-0.39,由此可以定量地计算地层的完整性为 (t/T)0.39。 冰后期海侵,长江下切河谷淹没,形成巨大河口湾。大的潮差和高的沉积速率使 发育并保存较完整的大小潮周期层序成为可能。但是,强潮流、径流和波浪等动力 的侵蚀作用以及区域海平面变化,使全新世河口地层普遍发育不同尺度的小间断。 层偶保存率不及0.1%,远低于开阔潮坪,地层连续性更差。由此可见,低能海岸不 仅开阔潮坪沉积是不连续的,相对封闭的潮道等环境,其沉积地层也远非是连续的。 海滩则以波浪的冲刷作用为主。因此,沉积间断在滨海沉积中具有普遍性。 古地理重建和沉积相分析表明,桐庐文昌组上段为潮坪沉积,沉积环境类似于现 代长江三角洲,面向开阔海洋。文昌组潮坪沉积小型层序发育,假定小型层序是大 小潮周期成因,由此计算出的古沉积率为3.62m/a,与国外由大小潮周期层序所推算 的沉积率相比并不算高。但是,文昌组潮坪沉积具有明显的强风浪冲刷改造作用的 记录,如对称波痕、冲刷构造、呈层状分布的泥砾等。与亚近代长江口开敞型泥质 潮坪层序相对比,每个亚相的沉积构造特征基本相一致,后者的砂、泥质单层组合 形成的韵律不是大小潮周期的记录,而是代表季节性甚至更长周期的风暴层序。由 此推断,文昌组潮坪沉积的小型层序也是风暴成因。文昌组潮坪沉积应用大小潮周 期所推算的沉积率,如果以长江口开敞型潮坪层序层偶保存率为参照值进行较正, 所得沉积率为2.4cm/a,可能更符合文昌组潮坪层序建造的实际情形。 关键词:潮坪,开阔海岸,韵律沉积,大小潮周期,风暴层序,沉积间断,定量分析。
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