南海北部陸坡神狐海域SH-CL38站位的粒度特征及沉積記錄

陳唯，趙彥彥,2，李三忠,2，唐智能，楊俊，魏浩天，吳佳慶，朱俊江,2，劉盛，董濤，張廣璐，楊丹丹，孫國(guó)靜

1. 深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心，海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，青島 266100

2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，青島 266237

3. 廈門(mén)地質(zhì)工程勘察院，廈門(mén) 361000

晚第四紀(jì)深海沉積物通常被認(rèn)為可以提供較為準(zhǔn)確且連續(xù)的沉積記錄，從而更好地重建大陸和海洋沉積環(huán)境的耦合演化[1]。南海北部陸坡沉積環(huán)境復(fù)雜，重力流和濁流廣泛發(fā)育，是陸源碎屑沉積物進(jìn)入深海平原的主要路徑，已成為研究深水沉積的熱點(diǎn)地區(qū)之一[2-3]。尤其是珠江口外海底峽谷的東北側(cè)600～1600 m的水深范圍，發(fā)育著多條呈NNW-SSE向分布的線狀海底負(fù)地形[4]。然而目前已有的研究大多是地球物理資料，尤其是多波束及2D或3D地震剖面，大尺度上研究中晚更新世發(fā)育的深水水道[5]或海底峽谷的沉積物失穩(wěn)[6]，直接針對(duì)海底峽谷群沉積物的微觀地球化學(xué)研究相對(duì)較少，導(dǎo)致其搬運(yùn)方式仍然存在很大的爭(zhēng)議[7]。

海洋沉積物一般記錄著古環(huán)境、古海洋、古地貌和古氣候的演化。沉積物的粒度分布是沉積物的基本特征之一，與沉積環(huán)境密切相關(guān)[8]。尤其是海底峽谷區(qū)沉積物的粒度參數(shù)及其組合特征，記錄了沉積物的搬運(yùn)方式、水動(dòng)力條件和沉積環(huán)境的演變[9]。例如許莎莎等[10]對(duì)南海西北部陸坡ZK3巖芯沉積物的AMS14C定年、粒度及地球化學(xué)元素分析，結(jié)合薩哈-蘭迪姆相濁流環(huán)境判別及C-M圖識(shí)別出4個(gè)特征明顯的濁積層，其中有3次是發(fā)生在末次冰期。章偉艷等[11]以南海東部3個(gè)站位的巖芯沉積物為研究對(duì)象，根據(jù)粒度參數(shù)、概率累積曲線和有孔蟲(chóng)的碳氧同位素組成等綜合分析，識(shí)別出多次濁流沉積事件，年齡均為晚更新世中晚期，全新世未見(jiàn)發(fā)育。趙玉龍等[12]通過(guò)粒度參數(shù)和XRF元素掃描及電子探針測(cè)試對(duì)南海南部MD05-2895站位末次冰期的深海沉積物進(jìn)行分析,共發(fā)現(xiàn)5處濁流沉積層且均具有向上變細(xì)的正粒序特征。周楊銳等[13]通過(guò)對(duì)南海北部A和B兩個(gè)巖芯沉積物進(jìn)行粒度分析，認(rèn)為A巖芯沉積物出現(xiàn)地層倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象與沉積物失穩(wěn)和滑塌所引起的濁流沉積有關(guān)。

圖 1 南海北部陸坡神狐海域區(qū)域位置圖（A）及SH-CL38站位取樣位置圖（B）A摘自 Su 等[32],B摘自Yang等[33-34]。Fig.1 Geographic location map of the Shenhu Area on the northern continental slope of the South China Sea (A),sampling location map of the SH-CL38 station(B)A.modified from Su et al[32],B. modified from Yang et al[33-34].

南海北部陸坡區(qū)流系十分復(fù)雜，不同沉積動(dòng)力之間相互影響、相互觸發(fā)[14-15]。研究表明，南海北部陸坡區(qū)神狐海域海底峽谷群的沉積物經(jīng)常發(fā)生失穩(wěn)，甚至有的已經(jīng)發(fā)生滑塌[16]。通過(guò)地震反射剖面和數(shù)值模擬的差異性，研究者在大范圍和宏觀上對(duì)神狐海域海底峽谷群的深水沉積作用和沉積相進(jìn)行了詳細(xì)的類型劃分和特征描述，認(rèn)為廣泛發(fā)育重力流及濁流沉積[17]。通過(guò)2D/3D地震資料，Su等[18]認(rèn)為南海北部陸坡沉積物主要是以重力流搬運(yùn)方式為主。Chen等[19]利用高密度的地震資料建立海底峽谷群的沉積模式，不僅識(shí)別出深水沉積體系，而且還分析了沉積物供給和沉積物失穩(wěn)對(duì)峽谷群的不同影響。這些研究多集中在神狐海域的含水合物層或峽谷的上游區(qū)，這些區(qū)域大多含甲烷水合物，具有典型的沉積物特征[20]、沉積速率[21]、生物指標(biāo)[22]、沉積相[23]和地震反射特征[3]，對(duì)峽谷區(qū)下部沉積物的研究較少，具體的沉積特征、水動(dòng)力條件和制約因素仍不清楚。

本文以神狐海域海底峽谷群12號(hào)峽谷脊部下游的SH-CL38站位巖芯沉積物為研究對(duì)象，根據(jù)沉積物巖性特征、粒度參數(shù)及有孔蟲(chóng)的氧同位素組成并結(jié)合AMS14C年齡進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)存在兩處異常沉積層，它們具有不同的沉積特征、水動(dòng)力條件和影響因素，為深水沉積體系下研究沉積物的微觀變化、水動(dòng)力改變和環(huán)境演化研究提供依據(jù)。

1 區(qū)域概況

南海是西太平洋最重要的邊緣海之一，位于歐亞板塊、太平洋板塊和印度洋板塊的交匯處，面積約為350×104km2，平均水深約1350 m[24]。南海北部陸坡為被動(dòng)型大陸邊緣，水深為500～3500 m，屬于深水沉積環(huán)境[25]。大陸架平坦開(kāi)闊，陸坡地形較為復(fù)雜，底流十分活躍，發(fā)育大量峽谷水道、海底滑坡、泥底辟和海底斷層等地貌[26]。

神狐海域位于南海北部陸坡中段神狐暗沙的東南海域附近，即西沙海槽與東沙群島之間，構(gòu)造上屬于珠江口盆地珠Ⅱ凹陷的白云凹陷[27]（圖1A）。中中新世以來(lái)，受河流輸入和陸坡地形的影響，白云凹陷發(fā)生側(cè)向遷移和垂向疊加從而發(fā)育大量深水水道、海底峽谷和沉積物失穩(wěn)等，呈現(xiàn)類型多樣、相互疊置、成因復(fù)雜的深水沉積特征[28-29]。該區(qū)域發(fā)育有17條海底峽谷群（圖1B），垂直于陸坡并呈NNW-SEE向線狀分布，區(qū)內(nèi)水深約500～1500 m，是深水沉積物搬運(yùn)的重要通道和陸源碎屑物質(zhì)的重要沉積場(chǎng)所。此外，海底峽谷也是濁流和滑塌的頻發(fā)區(qū)域[30-31]。

2 材料和方法

SH-CL38站位位于南海北部陸坡神狐海域，珠江口外海底峽谷群12號(hào)峽谷的脊部下游（圖1B），于2018年7月由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局HYSH201805航次通過(guò)重力取樣獲得。SH-CL38站位水深為1288 m，巖芯長(zhǎng)約800 cm。沉積物取到甲板上之后，按照0.5 m間距進(jìn)行切割，將首尾密封好后立即封存在4 ℃冰箱中。我們以2 cm等間距分樣，密封冷凍保存，等待分析。

2.1 粒度分析

對(duì)巖芯沉積物以10 cm為間隔進(jìn)行取樣，先選取67個(gè)樣品進(jìn)行粒度測(cè)試，后對(duì)異常沉積層進(jìn)行加密，每?jī)蓚€(gè)樣品間隔為2 cm，增加了22個(gè)樣品。因此，本研究共對(duì)89個(gè)樣品進(jìn)行了粒度測(cè)試分析。

粒度分析的前處理步驟如下：首先取0.5～1 g樣品放入離心管底部，加入15 mL濃度為15%的H2O2去除有機(jī)質(zhì)雜質(zhì),充分震蕩搖勻后靜置24 h；待反應(yīng)完全后，加入5 mL濃度為10%的HCl去除鈣質(zhì)生物，微晃動(dòng)離心管使樣品和HCl混合均勻，再靜置12 h；待沉積物中的鈣質(zhì)充分反應(yīng)后，加入MiliQ水，并反復(fù)離心直至離心管中的剩余沉積物呈中性。粒度測(cè)試在自然資源部國(guó)家海洋局第一海洋研究所完成。儀器為英國(guó)Malvern公司產(chǎn)Mastersizer2000激光粒度分析儀，粒徑范圍為0.02～2 000 μm，測(cè)試的相對(duì)誤差＜2%。

2.2 有孔蟲(chóng)的氧同位素組成

為獲得分辨率較高的氧同位素?cái)?shù)據(jù)，我們對(duì)沉積物共進(jìn)行兩次取樣。第一次取樣是以20 cm為間隔，挑選38個(gè)沉積物樣品，第二次取樣以1 m為間隔，挑選8個(gè)加密樣品，共計(jì)46個(gè)沉積物樣品。測(cè)試時(shí)，首先按照微體古生物分析方法對(duì)有孔蟲(chóng)進(jìn)行挑選和處理：用超純水浸泡24 h使沉積物充分分散后，將沉積物放在240目（孔徑為63 μm）標(biāo)準(zhǔn)銅篩上，用去離子水沖洗并震蕩以完全除去泥質(zhì)沉積物，分離出粒徑超過(guò)63 μm的粗組分。然后將粗組分在常溫下晾干，在顯微鏡下挑選20～30枚殼體完整、無(wú)黑點(diǎn)、無(wú)泥質(zhì)充填的浮游有孔蟲(chóng)（G.ruber）用于氧同位素測(cè)試。上機(jī)前，先將挑選好的有孔蟲(chóng)移至玻璃小管中，在顯微鏡下將殼體壓為2～3瓣，同時(shí)拋棄大塊填充物。這些碎的殼體首先用濃度為10%的雙氧水浸泡30 min；移出廢液，再加入濃度為99.9%的無(wú)水乙醇，用40 kHz的超聲波清洗1 min；最后用去離子水沖洗至中性。將清洗后的樣品用60 ℃的烘箱干燥 5 h，再轉(zhuǎn)移到Gasbench質(zhì)譜聯(lián)用裝置中測(cè)定碳氧同位素比值。該測(cè)試是在青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試儀器為T(mén)hermo Fisher公司的Delta V穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀。儀器分析精度為0.05‰，樣品池溫度為72 ℃，反應(yīng)時(shí)間為1 h，標(biāo)準(zhǔn)參照中國(guó)國(guó)家碳酸鈣標(biāo)準(zhǔn)（GBW04405）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) （NBS19）。

2.3 AMS14C定年

本研究共挑選12個(gè)沉積物樣品進(jìn)行AMS14C測(cè)年。在浸泡、過(guò)篩、沖洗烘干后，在顯微鏡下挑選完整、未污染的單種浮游有孔蟲(chóng)（G.ruber），每個(gè)樣品至少10 mg。樣品制備方法與有孔蟲(chóng)氧同位素組成測(cè)試的前處理方法相同。然后送往青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。測(cè)試儀器為National Electrostatics Corporation （NEC, Middleton,Wisconsin, USA）加速器質(zhì)譜儀，測(cè)試條件為0.5MV Pelletron。

3 結(jié)果

3.1 巖性和粒度參數(shù)特征

SH-CL38站位的巖芯沉積物主要由粉砂和黏土組成（圖2）。其中粉砂組分的平均含量為74%；545 cm層位的含量為83%；455 cm層位的含量為67%。黏土組分的平均含量為24%，455 cm層位的含量為33%；545 cm層位的含量為15%。砂組分含量較少，平均含量?jī)H為2%。

SH-CL38站位巖芯沉積物在垂向上巖性和粒度參數(shù)呈不均一變化（圖2）。根據(jù)粒度參數(shù)的變化將該巖芯劃分為3個(gè)層段：第Ⅰ層段（0～285 cm）砂組分平均含量為2.71%，平均粒徑為6.62～7.18Φ，分選系數(shù)為1.29～1.63，分選較差，偏度為?0.47～1.03，峰度為1.77～2.17。第Ⅱ?qū)佣危?85～615 cm）沉積物的砂含量減少，顆粒表現(xiàn)為粗-細(xì)-粗的變化過(guò)程。粒度參數(shù)波動(dòng)頻率較大，平均粒徑為6.53～7.68Φ，分選系數(shù)為1.18～1.49，分選較差，偏度為?1.00～1.16，峰度為1.61～2.12。第Ⅲ層段（615～800 cm）不含砂組分，粉砂的平均含量為73%，黏土的平均含量為27%，各粒度參數(shù)變化較小，平均粒徑為7.18～7.53Φ，分選系數(shù)為1.21～1.32，偏度為0.99～1.04，峰度為1.63～1.76。

3.2 有孔蟲(chóng)的氧同位素組成

SH-CL38站位有孔蟲(chóng)的氧同位素組成為?2.66‰～0.27‰（圖2）。巖芯第Ⅱ?qū)佣危?85～615 cm）的氧同位素組成變化較大，在331 cm處為最低值（?2.66‰），619 cm處為最高值（0.27‰）。

3.3 AMS14C定年

根據(jù)AMS14C定年結(jié)果（表1）、浮游有孔蟲(chóng)的氧同位素組成（圖2）并參照LR04站位氧同位素組成[35]構(gòu)建SH-CL38站位的年代框架。首先巖芯0～102 cm劃分為氧同位素1期，有孔蟲(chóng)的δ18O值變化為?0.20‰～?2.53‰，代表著MIS1溫暖的沉積環(huán)境。130～132 cm層段的年齡為26348 cal.aBP，155～157 cm層段的年齡為37368 cal.aBP，平均沉積速率為2.27 cm/ka，因次將137 cm層位作為氧同位素2期和3期的界線。不過(guò)該巖芯MIS2層段的沉積物記錄較少，MIS3又未見(jiàn)底，因此，SH-CL38站位巖芯沉積物記錄的是50 kaBP以來(lái)的全新世沉積和晚更新世沉積。

表 1 SH-CL38站位的AMS14C定年結(jié)果Table 1 AMS14C dating results of SH-CL38 station

圖 2 巖性組分、粒度參數(shù)及有孔蟲(chóng)氧同位素組成Fig.2 Lithological components, particle size parameters and foraminifera oxygen isotope compositions

值得注意的是，出現(xiàn)255～257和365～567 cm層位年齡數(shù)據(jù)均超過(guò)43500 cal.aBP、而405～407 cm層位的年齡變年輕僅為38340 cal.aBP的現(xiàn)象。462～464 cm以下的地層年齡均大于43500 cal.aBP，超過(guò)AMS14C的準(zhǔn)確定年范圍（表1），其余年齡利用Calib 6.01軟件中的Marine09數(shù)據(jù)庫(kù)將14C年齡校正為日歷年齡。

4 討論

4.1 SH-CL38站位的沉積特征

沉積物的粒度參數(shù)記錄了物質(zhì)搬運(yùn)、沉積、再懸浮以及再沉積的水動(dòng)力特點(diǎn)，能夠反演沉積環(huán)境中的水動(dòng)力條件和搬運(yùn)方式[36-37]。其中粒度參數(shù)的偏度和峰度能敏感地反映粒度粗細(xì)端元的變化，對(duì)區(qū)分不同搬運(yùn)動(dòng)力和沉積環(huán)境有重要意義[38]。

SH-CL38站位巖芯沉積物的平均粒徑為6.53～7.68Φ，與神狐海域GMGS01區(qū)的4個(gè)站位平均粒徑分布范圍（6.2～7.9Φ）相似[28]。SH-CL38站位巖芯第Ⅰ層段（0～285 cm）砂組分的平均含量為2.71%，平均粒徑為6.62～7.18Φ，分選較差，有孔蟲(chóng)的δ18O值為?2.53‰～?0.04‰，表明該層段屬于水動(dòng)力較強(qiáng)的半深海沉積環(huán)境。雖然255～257 cm層段的年齡大于43500 cal.aBP，但該層段的粒度參數(shù)和巖性組成并沒(méi)有明顯變化。但在285 cm層位以后，沉積物的粒度明顯變細(xì)，分選系數(shù)和峰度值也變小，有孔蟲(chóng)的δ18O值出現(xiàn)降低并波動(dòng)變化（圖2），表明巖芯在285 cm層位沉積環(huán)境發(fā)生了變化。巖芯第Ⅱ?qū)佣危?85～615 cm）存在兩段明顯不同的粒度參數(shù)特征，據(jù)此分為285～505和505～615 cm兩個(gè)層段進(jìn)行研究。其中285～505 cm層段的沉積物顆粒較細(xì)，僅在361～371、383～399和407～425 cm等層位出現(xiàn)少量砂組分，粒度參數(shù)波動(dòng)頻率大并出現(xiàn)峰值（圖2）。其中395 cm的平均粒徑為7.17Φ，459 cm的平均粒徑為7.68Φ，平均粒徑的變化呈現(xiàn)粒度向上變細(xì)的正粒序特征；沉積物的偏度在該層段的395和425 cm處出現(xiàn)負(fù)值；分選系數(shù)（1.27—1.49—1.18）和峰度（1.65—2.12—1.61）也呈現(xiàn)先增大后減小的韻律變化，并均于395 cm層位達(dá)最大值。505～615 cm層段的平均粒徑為7.05～6.53Φ，該層段平均粒徑變小，即顆粒較285～505 cm層段變粗；分選系數(shù)為1.32～1.48，分選變差；偏度變化較??；峰度為1.81～1.96。浮游有孔蟲(chóng)的δ18O值在505～615 cm層段為?0.95‰～0.24‰，而在上部285～505 cm層段可達(dá)到?2.66‰～?0.80‰，出現(xiàn)一定的負(fù)異?，F(xiàn)象，這比南海其他站位氧同位素變化幅度更大[39-40]。巖芯第Ⅲ層段（615～800 cm）的沉積物全部由粉砂和黏土組成，平均粒徑為7.18～7.53Φ，偏度、峰度變化均較?。▓D2），有孔蟲(chóng)的δ18O值為?1.08‰～0.27‰，指示了水動(dòng)力較弱的深海沉積環(huán)境。

濁流和海底滑塌都是海洋中常見(jiàn)的重力流活動(dòng)，常表現(xiàn)為沉積物粒度的突然變化，因此，沉積物的粒度參數(shù)被認(rèn)為是識(shí)別濁流和海底滑塌最可靠的標(biāo)志[15]。李軍等[41]對(duì)沖繩海槽A23孔的研究認(rèn)為，沉積物粒度參數(shù)和粒度組成的突然變化代表了濁流沉積，通常具有粒徑變粗、分選變差、偏度出現(xiàn)負(fù)值及砂含量增加等特征，這與SH-CL38站位巖芯第Ⅱ?qū)佣萎惓３练e層的粒度參數(shù)變化相似。然而，巖芯第II層段的粒度分布并沒(méi)有呈現(xiàn)出濁流沉積典型的鮑馬序列特征。章偉艷等[11]指出并不是所有的濁流沉積層都能記錄完整的鮑馬序列。Shanmugam[42]對(duì)世界各海區(qū)長(zhǎng)達(dá)6000多米的巖芯進(jìn)行了觀察和描述，認(rèn)為濁流沉積的判別標(biāo)志為顆粒向上變細(xì)的正粒序及沉積物底部發(fā)育沖刷構(gòu)造。SH-CL38站位巖芯第Ⅱ?qū)佣伟l(fā)育兩段粒度參數(shù)明顯不同的層段，其中385～395和459～555 cm層段沉積物的平均粒徑指示了向上變細(xì)的正粒序，285～505 cm層段的偏度出現(xiàn)兩次負(fù)值，分選系數(shù)和峰度呈現(xiàn)一定的韻律變化。浮游有孔蟲(chóng)的δ18O值呈一定的負(fù)偏（圖2），加之，SH-CL38站位沉積物AMS14C年齡在巖芯第II層段還出現(xiàn)新老倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這些證據(jù)均表明巖芯第II層段受到了事件沉積的影響，發(fā)育非正常沉積層。zhao等[12]發(fā)現(xiàn)南海南部MD05-2895站位末次冰期的濁流沉積層也出現(xiàn)類似的粒度特征。

4.2 異常沉積層的判別及成因機(jī)制

海底峽谷沉積物的搬運(yùn)方式和沉積過(guò)程一直是深水沉積體系研究的關(guān)鍵[43]。南海北部陸坡神狐海域海底峽谷群的地質(zhì)構(gòu)造及水動(dòng)力條件復(fù)雜，是研究深水沉積的理想地區(qū)[44]。研究表明，神狐海域峽谷群的11-17號(hào)海底峽谷沉積物搬運(yùn)的主要?jiǎng)恿κ怯蓸?gòu)造作用控制的重力流沉積，如滑動(dòng)、滑塌、碎屑流及濁流等[40]。

4.2.1 異常沉積層的判別

除巖性和粒度參數(shù)外，粒度的概率累積曲線可以反映沉積環(huán)境水動(dòng)力的搬運(yùn)方式。當(dāng)粒度頻率曲線為正態(tài)分布時(shí)，概率累積曲線應(yīng)為一條直線。具有不同粒級(jí)組分時(shí)，概率累積曲線則表現(xiàn)為不同斜率相互疊加的直線段，斜率越大說(shuō)明分選性越好，代表著推移、躍移和懸浮三種不同的搬運(yùn)方式[45-46]。SH-CL38站位的粒度頻率曲線多以單峰的正態(tài)分布為主，第Ⅰ層段多數(shù)峰寬且平緩，第Ⅱ?qū)佣斡辛６确植驾^為集中的高峰，也出現(xiàn)寬緩的單峰，第Ⅲ層段分選較好，為粒度分布較為集中且眾數(shù)小于10 μm的單峰?？梢?jiàn)巖芯第Ⅰ層段和第Ⅲ層段的沉積環(huán)境較為穩(wěn)定，第II層段沉積環(huán)境較為復(fù)雜。下文將重點(diǎn)討論巖芯第II層段（285～615 m）異常沉積層的沉積環(huán)境。由于第II層段存在兩段明顯不同的粒度參數(shù)特征，因此將第II層段分為兩部分進(jìn)行分析。

（1）285～505 cm層段

巖芯285～505 cm層段的粒度頻率曲線為粒度集中分布的單峰（圖3），眾數(shù)小于10 μm。概率累積曲線表現(xiàn)為斜率較緩的一段式和兩段式分布，分選較差，表明沉積物是以懸浮組分為主。其中395 cm層位的概率累積曲線為懸浮組分大于85%的一段式；369、409和425 cm層位的概率累積曲線表明沉積物的懸浮組分大于90%，分選較差，懸浮總體對(duì)應(yīng)的粒度區(qū)間較寬，主要粒徑為4～9Φ。

（2）505～615 cm層段

巖芯505～615 cm層段的粒度頻率曲線呈寬緩的單峰分布（圖4），眾數(shù)大于10 μm，顆粒較285～505 cm層段變粗。概率累積曲線呈以懸浮組分為主的兩段式分布，懸浮組分大于90%，主要粒徑為3～9Φ，呈現(xiàn)受重力流影響快速堆積的特征。

粒度C-M圖是研究沉積環(huán)境的理想指標(biāo)之一，其中C值是概率累積曲線上1%對(duì)應(yīng)的粒徑，M值是50%處對(duì)應(yīng)的粒徑[47]。濁流及重力流是攜帶物質(zhì)發(fā)生的快速搬運(yùn)沉積，沉積物幾乎都是以懸浮的搬運(yùn)方式為主，因此濁流沉積的樣品點(diǎn)一般在粒度C-M圖上落在懸浮區(qū)，與C=M基線平行并呈線性排列，不同于牽引流沉積的三段式[48-49]。在粒度CM圖上，285～505 cm層段的粒度M值為8～25，C值為200～400，C與M成比例增加，表現(xiàn)為近平行于C=M基線的遞變懸浮方式（圖5），為濁流沉積的典型特征，其他3個(gè)層段的樣品點(diǎn)均分散分布并主要位于深海靜水遠(yuǎn)洋懸浮區(qū)域。結(jié)合巖芯粒度參數(shù)變化及該站位位于峽谷脊部下游的深水環(huán)境，判斷巖芯285～505 cm層段發(fā)育濁流沉積，505～615 cm層段推測(cè)可能受重力流影響較大，但該層段的總體砂含量均較少，可能是由于濁流或重力流的幅度較小，僅影響了小范圍的沉積物。后續(xù)研究中我們會(huì)對(duì)異常層段的沉積物和正常層段沉積物的物源信息進(jìn)行對(duì)比，以期解決這個(gè)問(wèn)題。

圖 3 SH-CL38站位369、395、409和425 cm處的粒度頻率曲線和概率累積曲線Fig.3 Particle size frequency curves and cumulative probability curves of SH-CL38 samples at 395 cm、407 cm、409 cm and 425 cm respectively.

圖 4 SH-CL38站位545 和615 cm處的粒度頻率曲線及概率累積曲線Fig.4 Particle size frequency curves and cumulative probability curves of SH-CL38 samples at 545 cm and 615 cm in depth

圖 5 SH-CL38站位的粒度C-M圖Fig.5 Grain size Distribution in C-M diagram of SH-CL38 samples

4.2.2 異常沉積層的成因探討

南海北部陸坡神狐海域海底峽谷的沉積物除受海平面變化、河流輸入等影響較大外，風(fēng)塵、海底底流及重力流活動(dòng)也有重大貢獻(xiàn)[7]。研究站位位于峽谷脊部下游的深水環(huán)境，其中風(fēng)塵輸入對(duì)沉積物的影響較穩(wěn)定，而沉積物被底流持續(xù)改造一般會(huì)表現(xiàn)出牽引流的沉積特征，分選較好，且具有向上突變的接觸關(guān)系[50]。因此，風(fēng)塵和底流不足以引起SH-CL38站位巖芯第II層段粒度參數(shù)及有孔蟲(chóng)δ18O值的異常變化。

（1）深水沉積作用

深海沉積作用類型多樣，沉積過(guò)程復(fù)雜[51]。南海北部峽谷內(nèi)的深水沉積主要為重力流、等深流和內(nèi)波作用[52]。重力流一般具有間斷性和爆發(fā)性，常伴隨大量碎屑物質(zhì)的快速堆積。等深流作用主要通過(guò)黑潮南海分支和中層環(huán)流水對(duì)沉積物進(jìn)行侵蝕搬運(yùn)，而內(nèi)波作用則是對(duì)底部沉積物進(jìn)行持續(xù)改造[40]。海洋沉積中，海底峽谷內(nèi)重力流和濁流頻發(fā)，濁流是最常見(jiàn)的重力流活動(dòng)之一，多發(fā)育在陸架斜坡和深海盆地[53]。王一凡等[15]認(rèn)為珠江的河流會(huì)穿過(guò)南海北部陸架輸送大量陸源物質(zhì)搬運(yùn)至海底峽谷，常引起邊坡失穩(wěn)甚至造成沉積物滑塌，使峽谷內(nèi)成為濁流易發(fā)區(qū)。SH-CL38站位巖芯沉積物的顆粒較細(xì)，以黏土質(zhì)粉砂為主，而巖芯第II層段505～615 cm與發(fā)育濁流沉積的285～505 cm層段粒度參數(shù)明顯不同，顆粒明顯變粗，分選變差，以懸浮組分為主，推測(cè)可能是受重力流的影響發(fā)生了沉積物失穩(wěn)。該站位巖芯沉積物在海底峽谷內(nèi)不僅受南海中層與深層環(huán)流水的共同作用，還被重力流或濁流等深水沉積作用在很大程度上進(jìn)行分選改造，影響著沉積物的再搬運(yùn)和再沉積過(guò)程。

（2）海平面的變化

末次冰期以來(lái)，全球海平面的變化十分活躍（圖6），發(fā)生了多次海平面快速變化的事件，海平面最低可達(dá)到?130 m左右，直到全新世才逐漸趨于穩(wěn)定[54]。SH-CL38站位位于神狐海域海底峽谷群12號(hào)峽谷脊部的下游，巖芯第II層段異常沉積層（285～615 m）屬于末次冰期，全新世發(fā)育正常沉積。異常沉積層具有兩段明顯不同的粒度參數(shù)變化，本研究通過(guò)巖性、粒度參數(shù)及有孔蟲(chóng)的δ18O值變化的綜合分析，認(rèn)為285～505 cm層段發(fā)育濁流沉積，而505～615 cm層段推測(cè)是受重力流影響發(fā)生的沉積物失穩(wěn)，為沉積物再搬運(yùn)和再沉積的產(chǎn)物。因此，我們推斷該站位的異常沉積層與海平面變化密切相關(guān)。海平面在末次冰期持續(xù)降低，大量陸源物質(zhì)被搬運(yùn)到南海北部陸坡沉積，同時(shí)海底峽谷較陡的地形也為濁流沉積提供了有利條件。海平面變化時(shí)期，沉積事件之間常相互影響，相互作用，海底峽谷內(nèi)頻繁發(fā)生重力流或濁流活動(dòng)，濁流搬運(yùn)進(jìn)一步引起沉積物失穩(wěn)[55-56]。地球物理資料表明在海底峽谷下游沉積物經(jīng)常發(fā)生失穩(wěn)造成滑塌，從而引發(fā)濁流[45]。不過(guò)，海平面波動(dòng)可能并不是直接因素，引發(fā)濁流通常是一些陣發(fā)性事件，如坍塌、海嘯、火山及地震等[57]。因此，結(jié)合SH-CL38站位末次冰期的沉積特征和對(duì)異常沉積層影響因素的綜合研究，我們認(rèn)為該站位發(fā)育的異常沉積受深水沉積作用和海平面變化的影響較大，其中285～505 cm層段發(fā)育濁流沉積，而505～615 cm層段可能是濁流或重力流引發(fā)的沉積物失穩(wěn)。

圖 6 西太平洋海平面變化圖[57-60]Fig.6 Sea-level changes with time in the Western Pacific[57-60]

5 結(jié)論

（1）SH-CL38站位發(fā)育約50 ka以來(lái)的沉積，沉積物為黏土質(zhì)粉砂，顆粒較細(xì)。根據(jù)巖性組成、粒度參數(shù)和有孔蟲(chóng)氧同位素組成變化將該巖芯劃分為3個(gè)層段，其中第Ⅰ層段（0～285 cm）為水動(dòng)力較強(qiáng)的半深海沉積環(huán)境；第Ⅱ?qū)佣危?85～615 cm）具有兩段明顯不同的粒度參數(shù)特征，浮游有孔蟲(chóng)δ18O值出現(xiàn)負(fù)偏，AMS14C年齡也出現(xiàn)新老倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，表明該層段沉積環(huán)境復(fù)雜，發(fā)育異常沉積層；第Ⅲ層段（615～800 cm）為水動(dòng)力較弱的深海沉積環(huán)境。

（2）該站位巖芯第Ⅱ?qū)佣危?85～615 cm）的異常沉積層根據(jù)粒度參數(shù)和有孔蟲(chóng)δ18O值的變化分為285～505和505～615 cm兩個(gè)層段，結(jié)合概率累積曲線和粒度C-M圖進(jìn)一步分析其沉積環(huán)境，認(rèn)為285～505 cm層段發(fā)育濁流沉積，而505～615 cm層段推測(cè)可能是重力流引發(fā)的沉積物失穩(wěn)。

（3）通過(guò)對(duì)海底峽谷脊部下游SH-CL38站位的微觀地球化學(xué)分析，認(rèn)為在海底峽谷的復(fù)雜深水環(huán)境中，該站位巖芯第Ⅱ?qū)佣伟l(fā)育的異常沉積層不僅受到深水沉積作用的分選改造，而且還與末次冰期海平面的變化密切相關(guān)。