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南海是西太平洋最大的边缘海盆,也是中国具有深水环境的海盆,南海是一个半封闭的海,其和外围大洋进行深水交换的唯一通道可能是台湾岛南部的巴士海峡。南海北部陆缘是研究南海大陆边缘沉积过程的一个特殊场所,该地区东接欧亚板块和吕宋岛弧碰撞形成的台湾弧陆碰撞造山带,东南侧南海海盆向菲律宾海板块俯冲消减,南侧为海底扩张形成的南海洋壳。多种多样的地质活动在此汇集,因此南海北部构造复杂,地质内涵丰富,并形成了多种多样的地貌。南海陆坡上地貌类型多样,分布着一系列海山、海丘,还发育着深切陆坡的海沟、海槽及海底峡谷。同时重力流、碎屑流、浊流和等深流等也是非常发育,而峡谷区是研究这些特殊沉积作用的理想场所之一。海底峡谷地形地貌特征独特,水动力条件复杂。对海底峡谷形态特征,峡谷区沉积体系及成因进行研究,可为深入了解沉积物的搬运模式提供科学依据。 本论文主要利用水深和高分辨率地震资料,对南海北部陆坡研究区峡谷地貌、滑塌体、沉积物波、地质和地层特征进行了详细分析,探讨了其成因以及空间分布的形态,提出了峡谷区地层演化模型,获得的主要认识和成果有: (1)揭示了研究区地形地貌特征。研究区地貌主要发育有峡谷群和沉积物波区。海底峡谷群由两条规模不等的峡谷及五条规模较小的槽谷组成。峡谷及槽谷总体呈NNW—SSE向展布。峡谷规模较大,下切深度较深,槽谷下切深度较浅。研究区还发育大型沉积物波区,沉积物波区呈NE—SW向展布,长约85km,宽约14.8km,分布面积约926km2。 (2)研究区取得的29个表层沉积物进行粒度分析,结果表明研究区表层沉积物类型主要为砂质粉砂和粘土质粉砂2种。砂含量变化范围为86.34%-2.76%,平均值为22.58%,粉砂含量变化范围为76.44%-13.66%,平均值为56.61%,粘土含量变化范围为30.85%-4.39%,平均值为21.59%,平均粒径变化范围为7.13Φ-2.5Φ,平均值为6Φ。 (3)研究区发育三个区域性地震反射界面,由上而下分别为T3、T4和Tg。研究区还发育三套主要的地震层序:层序1(古新统-中中新统)、层序2(上中新统)和层序3(上新统-第四系)。识别出六种主要的地震相:层状地震相、弱-中振幅层状地震相、杂乱地震相、楔状(透镜状)地震相、U型充填地震相和波状地震相。这六种地震相分别代表了半深海相、含浊流的半深海相、半深海块体搬运、滑塌相、(埋藏)河道和沉积物波沉积体系。 (4)高分辨率单道地震资料揭示断层在研究区不发育。断层均为小规模的正断层。倾向主要为NW,其次为SE向,断层多为单条分布。研究区峡谷区外围,发育小规模的岩浆侵入,岩浆活动相对较弱。往下陆坡方向强度加大,并在海底出露形成海山。 (5)滑塌区分布在水深330-660m范围,埋深在海底以下200-358m,平均厚度约200m,滑塌体趾部最大厚度约348m。三维空间上呈长条透镜状,NE—SW向展布,滑塌体规模往SE方向厚度逐渐变大,长约93km,宽约24km,面积约1790km2。进一步分析表明滑塌体的形成可能是较高的沉积速率以及沉积物中的孔隙压力较大所致,也可能是研究区海域天然气水合物分解导致其形成的。滑塌体属于前端限制型。 (6)沉积物波区水深分布范围500-900m,面积约926km2,呈NE—SW向展布。沉积物波波长1.4-2km,波高30-50m,属于大型沉积物波。沉积物波主要发育在上新统-第四系内。研究表明沉积物波是内波和等深流共同作用的结果,并一直活动到第四纪。 (7)研究区地貌及地层发育主要经历了四个时期的演化阶段:1)地层稳定期(约11.5-5.3Ma):该时期海平面快速下降,陆源碎屑物质被搬运至陆坡区,沉积速率较高,形成了层序2地层;2)滑塌发育期(约5.3Ma):较高的沉积速率,导致沉积物内部形成超压孔隙水和弱胶结力,或天然气水合物分解导致地层沿着平缓的海底朝下陆坡方向发生“原位”移动,形成滑塌体;3)沉积物波形成期(约5.3-0Ma):在等深流和内波的作用下,沉积物波开始形成,在等深流的作用下,随着时间的推移,沉积物波形也发生迁移。沉积物波由底部开始,朝西南方向缓慢的向上变迁;4)峡谷形成期(约2.6-0Ma):海底局部地形陡峭的地方发生初始滑塌,随着滑塌的进一步发育,在冲刷作用下峡谷开始形成,随后不断发生朔源侵蚀,峡谷不断下切和朔源侵蚀,导致坡壁变陡,在浊流、等深流、碎屑流和沿着陆坡方向的下切底流共同作用下,形成现今的海底峡谷。 本文综合利用水深和地震资料,通过详细对比和分析,建立了研究区滑塌体,沉积物波和峡谷地貌形成演化的三维模型。该模型反映了研究区沉积作用的复杂性,总体反映了晚中新世以来,研究区活跃的底流、浊流、碎屑流、内波等影响和改变沉积和地貌的演化。滑塌体,沉积物波和峡谷之间是地质历史时期发展演化不同阶段的不同产物,具有一定的联系性,又各自独立发展,构成了南海北部陆坡复杂的沉积和地貌演化格架。本文为南海北部陆坡沉积和地貌的演化提供了新的视角,也为研究南海北部陆坡沉积提供了良好的基础资料,为在南海北部陆坡开展工程地质调查提供科学依据。