中沙海槽重力流沉積發(fā)育特征及成因機(jī)制*

陳俊錦，劉時(shí)橋，汪斯毓，張歡，秦永鵬，陳萬(wàn)利，2，吳時(shí)國(guó)

1. 中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所/海南省海底資源與探測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 三亞 572000

2. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（珠海），廣東 珠海 519082

3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

4. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局海口海洋地質(zhì)調(diào)查中心，海南 ?？?571127

重力流沉積廣泛發(fā)育于全球大陸邊緣深水區(qū)，是將沉積物從淺水陸架向深水盆地搬運(yùn)的重要沉積過(guò)程，在“源-匯”研究中占有重要地位，且與油氣和天然氣水合物成藏具有密切的關(guān)系［1-3］。重力流沉積可以重塑大陸邊緣海底形態(tài)、控制陸坡盆地的沉積構(gòu)造［4-6］以及觸發(fā)海嘯等深水地質(zhì)災(zāi)害［7-9］。重力流沉積的形成通常與地震、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)（火山活動(dòng)、泥底辟/鹽底辟）、海平面變化、沉積物快速沉積、天然氣水合物分解、海嘯和風(fēng)暴等事件密切相關(guān)，是多種因素共同作用的結(jié)果［10-13］。

二維/三維地震和多波束等地球物理方法是識(shí)別重力流沉積的重要手段，重力流沉積以雜亂或透明的地震反射為特征［14］。前人通過(guò)大量巖心和露頭資料對(duì)硅質(zhì)碎屑巖重力流沉積進(jìn)行了研究，建立了重力流沉積模式［15-16］，為深水重力流勘探奠定了基礎(chǔ)。隨著高精度地球物理資料的廣泛應(yīng)用，重力流沉積能被很好地識(shí)別出來(lái)，對(duì)重力流沉積的研究也越來(lái)越深入［17-19］。目前國(guó)際上關(guān)于碳酸鹽臺(tái)地周緣斜坡沉積體系的研究主要集中在大巴哈馬灘［20-25］、馬爾代夫［26-27］、澳大利亞?wèn)|北部［28-29］等地區(qū)。大型碳酸鹽臺(tái)地可以通過(guò)重力流將大量沉積物運(yùn)輸?shù)狡渲芫壭逼律希练e形成的碳酸鹽巖層序由重力流沉積（濁流、碎屑流）組成，由于地層巖化的差異性斜坡會(huì)發(fā)生失穩(wěn)［25］，重力流沉積沿臺(tái)地周緣斜坡向深海盆地搬運(yùn)，這些重力流沉積對(duì)碳酸鹽臺(tái)地的發(fā)育演化具有重要的指示意義。然而，關(guān)于碳酸鹽臺(tái)地周緣重力流沉積的研究還十分匱乏，重力流沉積模式及成因機(jī)制也缺乏深入認(rèn)識(shí)。多波束地形可清晰顯示中沙海槽兩側(cè)發(fā)育大量海底峽谷和水道，說(shuō)明中沙海槽是主要的重力流沉積場(chǎng)所，中沙碳酸鹽臺(tái)地與西沙隆起碳酸鹽臺(tái)地是中沙海槽重力流沉積的主要物源，重力流沉積的發(fā)育主要受到臺(tái)地沉積物供給等因素的影響。

本文對(duì)中沙海槽最新獲取的二維多道地震資料進(jìn)行解釋，結(jié)合鄰區(qū)鉆井資料建立中沙海槽的層序地層格架，在層序地層格架的約束下，對(duì)各個(gè)地震相類型進(jìn)行解釋并識(shí)別重力流沉積，揭示中沙海槽重力流沉積的地震反射特征和時(shí)空分布特征，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造和沉積演化過(guò)程，討論了重力流沉積的控制因素。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

南海處于歐亞、印度-澳大利亞及太平洋板塊的交匯地帶，是西太平洋最大的邊緣海之一，面積約為350 萬(wàn)km2，其形成演化受控于洋、陸板塊的相互作用，經(jīng)歷了多期伸展作用和海底擴(kuò)張［30-31］，在拉張斷塊肩部和構(gòu)造高位上發(fā)育了大量碳酸鹽臺(tái)地，蘊(yùn)含豐富的油氣資源［32-33］。

中沙地塊位于南海北部下陸坡-洋殼盆地過(guò)渡帶（圖1），是華南陸緣新生代伸展減薄、南海海盆多期擴(kuò)張作用下伸展裂離形成的微陸塊，三面被海盆環(huán)繞［34］，其特殊的地質(zhì)背景對(duì)南海構(gòu)造演化、沉積學(xué)和古海洋學(xué)研究具有重要意義［35］。1987 年“中德南海聯(lián)合航次”SONNE SO49 在中沙臺(tái)地北部和西北次海盆獲取了三條多道地震剖面SO49-17、SO49-18 和SO49-25，根據(jù)IODP367和368 航次U1499 鉆孔識(shí)別了地震層序（圖1a）［36］。西沙海域西科1 井巖石學(xué)分析表明西沙隆起的結(jié)晶基底為晚侏羅世角閃斜長(zhǎng)片麻巖［37］，前人認(rèn)為西沙與中沙為同一地塊，具有相似的基底結(jié)構(gòu)和沉積蓋層的特征［38-39］，但中沙地塊聲學(xué)基底的性質(zhì)和組成仍不清楚，推測(cè)中沙地塊基底由前新生代的變質(zhì)巖、花崗巖和玄武巖等組成。中沙微陸塊與南海南部禮樂(lè)盆地的磁性基底和深部結(jié)構(gòu)特征非常相近，在南海海盆拉張之前二者可能為同一塊體，地殼厚度約20～25 km［40-41］。中沙臺(tái)地是中沙海域獨(dú)特的大型碳酸鹽臺(tái)地，面積約23 500 km2，直接發(fā)育于中沙隆起之上，完全被淹沒(méi)于海面以下，由許多水深10～20 m 的暗沙和礁灘組成［42］。Huang 等［43］結(jié)合中沙環(huán)礁的地震數(shù)據(jù)和西沙海域的鉆井資料，揭示了中沙環(huán)礁的地層發(fā)育演化及其沉積模式。

中沙海槽東接中沙臺(tái)地，西鄰西沙隆起，南臨中沙南盆地，北靠西北次海盆，面積約5.78 萬(wàn)km2，呈NE-SW 向展布，水深范圍為2 600～3 200 m，地形上主要表現(xiàn)為低陷的長(zhǎng)條帶狀（圖1）。中沙海槽發(fā)育于裂陷期拉張塊體之上，上地殼高度減薄，莫霍面從兩側(cè)約20 km 向中心逐漸上升到約17 km，基底深約6 km，中心區(qū)的沉積厚度最大，東北部的沉積厚度較小，主要沉積了中新統(tǒng)以上的海相地層，不存在中生界沉積層，西南部海盆和海山發(fā)育，地形起伏變化大，中北部以深海平原為主［35，44-45］。中沙海域目前還沒(méi)有鉆井，只能利用其周圍鄰近地區(qū)已有的鉆井資料開(kāi)展井震聯(lián)合解釋，包括南海北部陸緣瓊東南盆地的YC35-1-2 井［46］，西沙海域永興島的西永1 井和西永2 井［47-49］、石島的西科1 井和西石1 井［50-52］、琛航 島 的 西 琛1 井 和 琛 科2 井［49，53］，以 及 洋 盆 區(qū)IODP349 航次U1431 鉆孔［54-55］和IODP367、368 航次U1499鉆孔［36］等（圖1a）。本文根據(jù)西科1井資料［50］以及前人在西沙和中沙碳酸鹽臺(tái)地的層序地層和地震層序地層劃分方案［43，48，52］（圖2），對(duì)中沙海槽新生代地層進(jìn)行了劃分和厘定，得出研究區(qū)重力流沉積的地震反射特征和時(shí)空分布特征，進(jìn)而對(duì)重力流沉積的控制因素進(jìn)行分析，建立中沙海槽重力流沉積模式。

圖1 研究區(qū)地形地貌和地震測(cè)線位置圖Fig.1 Topographic map and position of seismic tracks in the study area

2 數(shù)據(jù)與方法

本文研究主要基于中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局?？诤Ｑ蟮刭|(zhì)調(diào)查中心的中沙群島海域海洋區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所采集的二維多道地震數(shù)據(jù)。震源為GI 槍組合震源，總?cè)萘繛? 849 cm3，震源沉放深度為5 m，震源炮間距為25 m，最小偏移距150 m。信號(hào)接收系統(tǒng)為360 道的Seal 型24 位數(shù)字電纜，道間距6.25 m，電纜沉放深度為6 m。本航次在中沙群島海域采集了約1 922 km 的二維多道地震數(shù)據(jù)。地震數(shù)據(jù)處理使用PARADIGM2017 地震資料處理系統(tǒng)完成，地震數(shù)據(jù)解釋使用GeoEast 軟件。本研究使用的多波束測(cè)深數(shù)據(jù)可清晰顯示研究區(qū)的海底地形地貌，由于西沙和中沙臺(tái)地水深較淺，島嶼區(qū)域船舶無(wú)法到達(dá)而缺少多波束測(cè)深數(shù)據(jù)，利用全球衛(wèi)星水深數(shù)據(jù)填補(bǔ)。

3 結(jié) 果

3.1 層序地層劃分

通過(guò)地震剖面中侵蝕削截、上超、下超、頂超、波組特征差異等典型地震反射特征，運(yùn)用地震地層學(xué)基本原理，根據(jù)前人對(duì)西沙和中沙碳酸鹽臺(tái)地層序地層的劃分方案（圖2），在新采集的中沙海槽多道地震剖面上，識(shí)別出了6個(gè)主要的地震層序界面（Tg，T60，T50，T40，T30 和T20），以及海底地震反射界面SB，劃分了6 個(gè)地震層序（Sq1，Sq2，Sq3，Sq4，Sq5和Sq6），見(jiàn)圖3。

圖2 中沙海槽層序地層框架劃分及海平面變化曲線Fig.2 Sequence stratigraphic framework and sea-level curve in Zhongsha Trough

3.1.1 Sq1 晚漸新世層序 中沙海槽晚漸新世層序（Sq1）為斷陷期的沉積產(chǎn)物，覆蓋在變質(zhì)結(jié)晶基底之上，在火山隆起區(qū)或構(gòu)造高位受到嚴(yán)重剝蝕而缺失。Sq1 頂?shù)捉缑嬗蒚60 和Tg 所限定。Tg界面為新生代底界，界面以中-弱振幅、中-低頻、中-低連續(xù)為主要特征，界面之上地層沿Tg上超終止，界面之下為雜亂反射基底，受構(gòu)造和巖漿活動(dòng)影響起伏明顯，局部見(jiàn)削截。T60界面為新近系和古近系的分界，是斷坳轉(zhuǎn)換面，界面呈弱-中振幅、中-低頻、中-低連續(xù)、雙相位的地震反射。Sq1 地震相整體以中-弱振幅、中-低頻、不連續(xù)的雜亂反射為特征（圖3）。

3.1.2 Sq2 早中新世層序 中沙海槽早中新世層序（Sq2）發(fā)育范圍擴(kuò)大，為坳陷期的沉積產(chǎn)物，在火山隆起區(qū)或構(gòu)造高位受到嚴(yán)重剝蝕而缺失。Sq2 頂?shù)捉缑嬗蒚50 和T60 所限定，沿T60 上超終止，T50界面為新近系和古近系的分界，局部高位缺失，界面呈中-弱振幅、中-低頻、中-低連續(xù)的地震反射。Sq2 地震相整體以席狀、亞平行、中-弱振幅、中-低頻、中-弱連續(xù)反射為特征（圖3）。

3.1.3 Sq3 中中新世層序 中沙海槽中中新世層序（Sq3）普遍分布，為坳陷期的沉積產(chǎn)物。Sq3頂?shù)捉缑嬗蒚40 和T50 所限定，T40 界面為下中新統(tǒng)和中中新統(tǒng)的分界，界面表現(xiàn)為中-強(qiáng)振幅、高頻、高連續(xù)、雙相位的地震反射，在構(gòu)造高位見(jiàn)上超削截。Sq3 地震相整體以亞平行、中-低振幅、中頻、中-高連續(xù)反射為特征，相較于Sq2 內(nèi)部反射波組頻率增高、連續(xù)性變好（圖3）。

3.1.4 Sq4 晚中新世層序 中沙海槽晚中新世層序（Sq4）廣泛發(fā)育，為區(qū)域沉降期的沉積產(chǎn)物。Sq4 頂?shù)捉缑嬗蒚30 和T40 所限定，T30 界面為中新統(tǒng)和上新統(tǒng)的分界，界面表現(xiàn)為中-弱振幅、中-低頻、中-高連續(xù)的地震反射在構(gòu)造高位見(jiàn)上超削截。Sq4 地震相整體以高振幅、高頻、中-高連續(xù)反射為特征，反射同向軸總體上相對(duì)平直、穩(wěn)定，局部在重力滑塌作用下呈雜亂-空白的地震反射（圖3）。

3.1.5 Sq5 上新世層序 中沙海槽上新世層序（Sq5）廣泛發(fā)育，為區(qū)域沉降期的沉積產(chǎn)物，斷裂不發(fā)育。Sq5 頂?shù)捉缑嬗蒚20 和T30 所限定，T20 界面為上新統(tǒng)和第四系的分界，界面表現(xiàn)為中-強(qiáng)振幅、高頻、高連續(xù)、雙相位的地震反射。Sq5 地震相整體以亞平行、中-強(qiáng)振幅、高頻、中-高連續(xù)反射為特征，局部在重力滑塌作用下呈雜亂-空白的地震反射（圖3）。

3.1.6 Sq6 第四紀(jì)層序 中沙海槽第四紀(jì)層序（Sq6）分布廣泛，為區(qū)域沉降期的沉積產(chǎn)物。Sq6頂?shù)捉缑嬗蒘B 和T20 所限定，SB 界面為第四系頂界面，表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、高頻、高連續(xù)、雙相位反射特征，隨海底起伏變化。Sq6 地震相整體以平行-亞平行、中-弱振幅、中頻、中-高連續(xù)反射為特征，局部在重力滑塌作用下呈雜亂-空白的地震反射（圖3）。

圖3 中沙海槽ZSHC01測(cè)線地震層序劃分（測(cè)線位置見(jiàn)圖1b）Fig.3 Seismic stratigraphy of the ZSHC01 track in the Zhongsha Trough(The location of the track is shown in Fig.1b)

3.2 地震相類型

根據(jù)地震反射同相軸的內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)和外部幾何形態(tài)，在中沙海槽中心區(qū)和斜坡區(qū)共識(shí)別出了9種地震相類型。

中沙海槽中心區(qū)表層地震相主要為連續(xù)、強(qiáng)振幅的平行反射，解釋為半深海沉積（圖4A）；波狀、中-強(qiáng)振幅、連續(xù)的平行反射，解釋為等深流沉積（圖4B）；局部被中-強(qiáng)振幅、雜亂反射（圖4C）和弱振幅、半透明、雜亂反射（圖4D）錯(cuò)斷，解釋為塊體搬運(yùn)沉積。在中心區(qū)較深地層區(qū)域地震相主要表現(xiàn)為波狀、中-弱振幅、連續(xù)的平行反射（圖4E）和波狀、中-強(qiáng)振幅、連續(xù)的平行反射（圖4F），解釋為濁流沉積，局部被強(qiáng)振幅、雜亂反射（圖4C）和弱振幅、半透明、雜亂反射（圖4D）錯(cuò)斷，解釋為塊體搬運(yùn)沉積。中沙海槽北部發(fā)育流體逃逸通道，地震相表現(xiàn)為垂向不連續(xù)、中振幅、平行-亞平行反射（圖4G）。中沙海槽內(nèi)部巖漿活動(dòng)頻繁，火山隆起地震相表現(xiàn)為強(qiáng)振幅、雜亂反射（圖4H），其基底呈中-強(qiáng)振幅、雜亂反射的地震相（圖4I）。

中沙海槽東部斜坡區(qū)地震相表現(xiàn)為弱振幅、半透明、雜亂的地震反射（圖4D），解釋為塊體搬運(yùn)沉積，由中沙臺(tái)地重力流形成，從中沙臺(tái)地邊緣向中沙海槽中心遷移。中沙海槽西部斜坡區(qū)地震相主要為中-強(qiáng)振幅、連續(xù)、平行反射（圖4F），解釋為等深流沉積，較東部斜坡區(qū)受重力流沉積影響較弱。

圖4 中沙海槽地震相類型Fig.4 The type of seismic facies in Zhongsha Trough

4 中沙海槽重力流沉積

由于研究區(qū)缺少巖心資料，無(wú)法準(zhǔn)確確定重力流沉積的形成時(shí)間。根據(jù)中沙海槽中地震測(cè)線的分布，我們將中沙海槽分為南部和北部來(lái)進(jìn)行對(duì)比研究（圖1b）。我們根據(jù)層序地層學(xué)原理，結(jié)合層序年代格架和地震相特征，對(duì)中沙海槽重力流沉積的分布、發(fā)育規(guī)模和期次進(jìn)行了討論，建立了重力流沉積模式，結(jié)果表明中沙海槽重力流沉積的發(fā)育具有階段性特征，且南部和北部重力流沉積的發(fā)育時(shí)期具有差異性。

4.1 沉積特征

4.1.1 南部重力流沉積特征 中沙海槽南部自晚中新世以來(lái)（T40 之上）的層序呈高振幅、中-高連續(xù)地震反射特征，而晚中新世之前（T40 之下）的層序呈低振幅、弱連續(xù)地震反射特征（圖5），反映了T40界面上下沉積物性質(zhì)的明顯差異，沉積環(huán)境發(fā)生了明顯的變化，中沙海槽南部從晚中新世開(kāi)始大量發(fā)育了重力流沉積。中沙海槽南部共識(shí)別出了8 套MTDs，根據(jù)層序年代格架將MTDs劃分為上新世MTDs（MTD1、MTD2、MTD3 和MTD4）和第四紀(jì)MTDs（MTD5、MTD6、MTD7和MTD8）（圖5，圖6和表1）。

表1 中沙海槽南部MTDs特征Table 1 Characteristics of MTDs in the southern part of Zhongsha Trough

MTD1 發(fā)育于上新世底部，呈弱振幅、半透明、雜亂地震反射特征，頂?shù)捉缑孑^清晰，厚度由北東向南西減薄，底部發(fā)育侵蝕溝槽（圖5）。MTD2發(fā)育于上新世底部，位于MTD1南部，呈弱振幅、半透明、雜亂地震反射特征，側(cè)向?qū)挾茸畲螅穸容^薄且均勻，頂?shù)捉缑孑^清晰，其南端覆蓋在火山隆起之上，呈上凸形態(tài)（圖5）。MTD3發(fā)育于上新世頂部，覆蓋在MTD1 之上，呈弱振幅、半透明、雜亂地震反射特征，頂?shù)捉缑媲逦?，其底部具有明顯的侵蝕溝槽（圖5）。MTD4 位于剖面南端，發(fā)育于上新世頂部，呈中-弱振幅、雜亂地震反射特征，在火山隆起處覆蓋在MTD2 之上，平均厚度最小，頂?shù)捉缑媲逦▓D5）。MTD5發(fā)育于第四紀(jì)底部，覆蓋在MTD2 之上，呈中-弱振幅、雜亂地震反射特征，頂界面清晰，底界面模糊，中間厚兩側(cè)?。▓D5）。MTD6 位于剖面最北端，發(fā)育于第四紀(jì)頂部，呈中-強(qiáng)振幅、雜亂地震反射特征，側(cè)向覆蓋于第四紀(jì)等深流沉積之上，中間厚兩側(cè)薄，側(cè)向?qū)挾茸钚?，頂?shù)捉缑媲逦▓D5）。MTD7 發(fā)育于第四紀(jì)頂部，呈中-強(qiáng)振幅、雜亂地震反射特征，在側(cè)向上呈蝌蚪狀，南西厚，北東薄，頂?shù)捉缑媲逦?，?nèi)部夾帶殘留塊體，其地震反射軸與周圍相比明顯連續(xù)（圖5）。MTD8位于研究區(qū)最南端，發(fā)育于第四紀(jì)，呈中-弱振幅、雜亂地震反射特征，平均厚度最大，頂?shù)捉缑孑^清晰（圖6）。

圖5 中沙海槽南部ZSHC01測(cè)線重力流沉積分布Fig.5 Distribution of gravity flow deposits on the ZSHC01 track in the southern part of Zhongsha Trough

綜上所述，上新世MTDs 具有弱振幅、半透明、雜亂地震反射特征，發(fā)育范圍較集中，側(cè)向?qū)挾容^大，第四紀(jì)MTDs 具有中-弱/中-強(qiáng)、雜亂地震反射特征，發(fā)育范圍較分散，側(cè)向?qū)挾容^小，但平均厚度較大。由于多點(diǎn)式的沉積物來(lái)源，且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的搬運(yùn)，MTDs的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)育程度較差，僅底部侵蝕溝槽較為發(fā)育，頂?shù)捉缑孑^清晰。

中沙海槽南部地震剖面上能清晰地識(shí)別出晚中新世和上新世的兩期重力流沉積，均呈北東-南西減薄的楔狀體，往南西方向尖滅（圖6）。晚中新世重力流沉積具有中-強(qiáng)振幅、較連續(xù)地震反射特征，上新世重力流沉積具有中-強(qiáng)振幅、雜亂地震反射特征，兩期重力流沉積之間發(fā)育了一套具弱振幅、半透明地震反射特征的沉積層，與重力流沉積的強(qiáng)反射特征具有明顯差異，可能為半深海沉積。這表明中沙海槽南部重力流沉積在晚中新世和上新世較為發(fā)育，期間發(fā)生了一次間斷，可能受沉積物供給變化的影響。

圖6 中沙海槽南部ZSHC01測(cè)線重力流沉積分布Fig.6 Distribution of gravity flow deposits on the ZSHC01 track in the southern part of Zhongsha Trough

中沙海槽南部北西向地震剖面上識(shí)別出了晚中新世和上新世的三期重力流沉積（圖7），具有強(qiáng)振幅地震反射特征，其中，兩期為中沙臺(tái)地來(lái)源重力流沉積，一期為西沙隆起來(lái)源重力流沉積。中沙臺(tái)地來(lái)源的兩期重力流沉積分別發(fā)育于晚中新世和上新世，具有中-強(qiáng)振幅地震反射特征，厚度由南東至北西方向減薄，這兩期重力流沉積之間發(fā)育了呈弱振幅地震反射特征的半深海沉積。西沙隆起來(lái)源重力流沉積發(fā)育于上新世（圖7），覆蓋在晚中新世中沙臺(tái)地來(lái)源重力流沉積之上，具有強(qiáng)振幅地震反射特征，其厚度由北西至南東方向減薄。

圖7 中沙海槽南部ZSHC02測(cè)線重力流沉積分布（測(cè)線位置見(jiàn)圖1b）Fig.7 Distribution of gravity flow deposits on the ZSHC02 track in the southern part of Zhongsha Trough(The location of the track is shown in Fig.1b)

4.1.2 北部重力流沉積特征 中沙海槽北部重力流沉積發(fā)育特征和發(fā)育時(shí)期與南部具有明顯的差異。中沙海槽北部重力流沉積在早中新世和中中新世均有發(fā)育，集中于火山隆起兩側(cè)的低位區(qū)，呈半透明、雜亂地震反射特征。自晚中新世（T40之上）以來(lái)重力流沉積逐漸停止發(fā)育，僅發(fā)育了等深流沉積，呈中-強(qiáng)振幅、連續(xù)、平行的地震反射特征，覆蓋在早期的重力流沉積之上。受巖漿活動(dòng)影響發(fā)育了大量斷層，在火山隆起區(qū)由于斜坡較陡，沿其側(cè)翼發(fā)生了滑塌（圖8）。

圖8 中沙海槽北部ZSHC03測(cè)線重力流沉積分布（測(cè)線位置見(jiàn)圖1b）Fig.8 Distribution of gravity flow deposits on the ZSHC03 track in the northern part of Zhongsha Trough(The location of the track is shown in Fig.1b)

自晚中新世相對(duì)海平面上升，中沙臺(tái)地逐漸被淹沒(méi)，中沙臺(tái)地北部于晚中新世開(kāi)始發(fā)生臺(tái)地后退［43］，與中沙海槽北部重力流沉積向等深流沉積過(guò)渡的時(shí)期相對(duì)應(yīng)，表明中沙臺(tái)地北部由于臺(tái)地后退，沉積物來(lái)源減少，向中沙海槽北部搬運(yùn)的重力流沉積也大量減少，逐漸過(guò)渡到穩(wěn)定的深水環(huán)境，在底流作用下發(fā)育了等深流沉積。

4.2 沉積模式

在早—中中新世期間，早中新世相對(duì)海平面為高位，碳酸鹽生產(chǎn)力較高，中沙臺(tái)地開(kāi)始發(fā)育了數(shù)百米的碳酸鹽巖，中中新世相對(duì)海平面轉(zhuǎn)變?yōu)榈臀?，但生物礁在不斷縱向生長(zhǎng)，斜坡逐漸變陡，重力流沉積沿其周緣斜坡不斷向中沙海槽搬運(yùn)（圖9a）。由于中沙臺(tái)地北部的碳酸鹽巖發(fā)育較早［43］，因此中沙海槽北部開(kāi)始發(fā)育了大量重力流沉積，其南部此時(shí)還尚未發(fā)育重力流沉積，可能由于中沙臺(tái)地南部的碳酸鹽生產(chǎn)力較弱，重力流僅搬運(yùn)至斜坡處而未能抵達(dá)中沙海槽。

在晚中新世-上新世期間，相對(duì)海平面為高位，碳酸鹽生產(chǎn)力較高，生物礁持續(xù)生長(zhǎng)，但此時(shí)中沙臺(tái)地北部發(fā)生臺(tái)地后退[43]，形成了一個(gè)階地，重力流沉積主要搬運(yùn)到階地上，因此，中沙海槽北部自晚中新世以來(lái)重力流沉積逐漸停止發(fā)育，在穩(wěn)定的深水環(huán)境下受底流影響主要發(fā)育了等深流沉積，覆蓋在早期的重力流沉積之上。而中沙海槽南部于晚中新世開(kāi)始主要發(fā)育了重力流沉積，在晚中新世和上新世期間較為繁盛，MTDs側(cè)向?qū)挾容^大（圖9b）。中沙臺(tái)地北部的臺(tái)地后退原因還有待進(jìn)一步開(kāi)展研究，可能受構(gòu)造作用、海平面上升和古季風(fēng)增強(qiáng)等因素影響。

自第四紀(jì)以來(lái)，整體上繼承了晚中新世-上新世的發(fā)育模式，雖然相對(duì)海平面轉(zhuǎn)變?yōu)榈臀唬杂猩锝赋掷m(xù)生長(zhǎng)至今[43]，受臺(tái)地后退影響，重力流沉積僅在中沙海槽南部持續(xù)發(fā)育，但MTDs的發(fā)育較為分散，側(cè)向?qū)挾容^小（圖9c）。

5 重力流沉積成因機(jī)制

MTDs 形成的必要條件主要包括：足夠的坡度、豐富的沉積物來(lái)源以及一定的觸發(fā)機(jī)制［57-58］。MTDs 的形成通常受地震、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海平面變化、沉積物快速沉積、天然氣水合物分解等因素的相互作用［59-61］。結(jié)合中沙海槽的獨(dú)特地理位置，主要從沉積物來(lái)源、相對(duì)海平面變化、碳酸鹽生產(chǎn)力、巖漿活動(dòng)等方面來(lái)分析中沙海槽重力流沉積的形成原因。

5.1 沉積物來(lái)源

中沙臺(tái)地北部以西北次海盆與南海北部陸坡相隔，受南海北部陸源碎屑物質(zhì)的影響非常微弱，長(zhǎng)期處于適宜碳酸鹽巖和生物礁生長(zhǎng)的環(huán)境中。中沙海槽東部與中沙臺(tái)地相接，中沙臺(tái)地周緣斜坡陡立，為重力流的形成和搬運(yùn)提供了良好的條件，發(fā)育了大量海底峽谷和海底滑坡（圖1）。由圖6 和圖7 中的重力流沉積楔狀體的厚度減薄方向（SE-NW 向）可推斷重力流沉積的運(yùn)動(dòng)方向大致為南東到北西向，即中沙臺(tái)地為中沙海槽重力流沉積的主要物源區(qū)。中沙臺(tái)地新近紀(jì)以來(lái)沉積了超過(guò)1 km 厚的海相碳酸鹽巖層序［43］，臺(tái)地不斷縱向生長(zhǎng)，坡度變陡，在這樣的環(huán)境下極易于觸發(fā)重力流，形成海底滑坡，且向周緣斜坡下切侵蝕形成大量海底峽谷。重力流沿中沙臺(tái)地周緣斜坡向深海搬運(yùn)，在中沙海槽中發(fā)育了大量重力流沉積（圖9）。

圖9 中沙海槽重力流沉積模式Fig.9 Gravity flow sedimentary model of the Zhongsha Trough

中沙海槽西部與西沙隆起相鄰，西沙隆起碳酸鹽臺(tái)地自早中新世開(kāi)始發(fā)育，晚中新世開(kāi)始受海平面變化和區(qū)域性構(gòu)造沉降作用的影響逐漸被淹沒(méi)［47-48］，但有部分臺(tái)地現(xiàn)今仍發(fā)育有環(huán)礁，如西沙隆起東南部的浪花礁與東島環(huán)礁。多波束地形顯示，浪花礁與東島環(huán)礁發(fā)育有通向中沙海槽的海底峽谷（圖1），說(shuō)明目前中沙海槽內(nèi)有來(lái)源于西沙隆起碳酸鹽臺(tái)地的重力流沉積。結(jié)合地震資料上識(shí)別出來(lái)的上新世重力流沉積（圖7），表明西沙隆起也是中沙海槽重力流沉積的物源之一。

5.2 相對(duì)海平面變化

南海北部經(jīng)歷了頻繁的相對(duì)海平面變化，許多學(xué)者認(rèn)為重力流沉積的形成與海平面的周期性波動(dòng)具有密切聯(lián)系［62-63］。在海平面上升或海平面高位期，由于碳酸鹽臺(tái)地的平頂區(qū)在海平面高位期的生產(chǎn)面積比海平面低位期大，沉積物較豐富，碳酸鹽臺(tái)地平頂區(qū)的沉積物會(huì)不斷向周緣斜坡區(qū)輸送［64］。西沙海域新生代碳酸鹽臺(tái)地從早中新世以來(lái)開(kāi)始發(fā)育，受相對(duì)海平面變化和基底構(gòu)造共同控制，經(jīng)歷了萌芽期、繁盛期、衰退期和淹沒(méi)期等演化階段［47-48，65］。中沙臺(tái)地可能與西沙臺(tái)地具有相似的發(fā)育演化史，中沙臺(tái)地受同裂期構(gòu)造沉降作用和裂后期熱沉降作用的影響，相對(duì)海平面逐漸上升［43］。在沉積物供應(yīng)充足的條件下，較高的相對(duì)海平面會(huì)造成中沙臺(tái)地坡折帶頻繁發(fā)生遷移，改變了沉積物內(nèi)聚力和地層壓力等參數(shù)，使斜坡沉積物失穩(wěn)而形成大量重力流沉積。

5.3 碳酸鹽生產(chǎn)力

高碳酸鹽生產(chǎn)力有利于碳酸鹽臺(tái)地的垂向快速生長(zhǎng)和側(cè)向進(jìn)積生長(zhǎng)，造成大量的沉積物在碳酸鹽臺(tái)地周緣斜坡堆積，為重力流沉積的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。高碳酸鹽生產(chǎn)力會(huì)還使碳酸鹽堆積速率增大，沉積物處于欠壓實(shí)狀態(tài)，使得孔隙水壓力增高，沉積物抗剪強(qiáng)度降低［66］。DSDP573和574鉆孔資料顯示，中央赤道太平洋在中新世以來(lái)具有較高的碳酸鹽堆積速率［67］。南海北部ODP 1148 站位是南海大洋鉆探中取芯最長(zhǎng)、年代最老的站位，記錄了24 Ma以來(lái)的碳酸鹽百分含量和碳酸鹽堆積速率的起伏變化，南海北部整體上在24 Ma 以來(lái)具有較高的碳酸鹽生產(chǎn)力［68-69］。因此，中沙臺(tái)地中新世以來(lái)的高碳酸鹽生產(chǎn)力可以使大量沉積物堆積在臺(tái)地周緣，在促進(jìn)重力流沉積發(fā)育的過(guò)程中扮演重要的角色。

5.4 巖漿活動(dòng)

巖漿活動(dòng)會(huì)使大陸邊緣沉積物失穩(wěn)從而觸發(fā)海底滑坡，影響海底滑坡的分布，例如夏威夷群島大規(guī)模的Nuuanu和Alika海底滑坡由火山活動(dòng)觸發(fā)［70］。通過(guò)高精度地球物理資料研究發(fā)現(xiàn)，南海北部陸緣在裂后期（32 Ma 以來(lái)）存在強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng)，主要分布于晚中新世至第四紀(jì)地層［71-73］。中沙臺(tái)地內(nèi)部的沉積構(gòu)造整體上相對(duì)穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)明顯的巖漿活動(dòng)，但中沙臺(tái)地周緣斜坡區(qū)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，發(fā)育了許多深大斷裂［34，45］。中沙臺(tái)地周緣斜坡的大量巖漿和斷裂活動(dòng)，極有可能是將重力流沉積從臺(tái)地周緣斜坡向深海盆地搬運(yùn)的觸發(fā)機(jī)制之一，中沙海槽中也發(fā)育了大量海底火山（圖3和圖8），控制重力流沉積的分布。

6 結(jié) 論

1）利用新獲取的二維多道地震資料在中沙海槽識(shí)別出Tg（古近紀(jì)底）、T60（早中新世底）、T50（中中新世底）、T40（晚中新世底）、T30（上新世底）、T20（第四紀(jì)底）6個(gè)地震層序界面，劃分為6個(gè)地震層序：Sq1（古近系）、Sq2（下中新統(tǒng)）、Sq3（中中新統(tǒng)）、Sq4（上中新統(tǒng)）、Sq5（上新統(tǒng)）和Sq6（第四系）。

2）中沙海槽南部和北部的重力流沉積發(fā)育特征具有差異性：中沙海槽南部的重力流沉積主要發(fā)育于晚中新世至今，在晚中新世和上新世分布范圍較廣，且于上新統(tǒng)和第四系識(shí)別出了多期塊體搬運(yùn)沉積體系；而中沙海槽北部的重力流沉積主要發(fā)育于早中新世和中中新世，晚中新世至今主要發(fā)育了等深流沉積，覆蓋在早期的重力流沉積之上，與中沙臺(tái)地北部晚中新世臺(tái)地后退的時(shí)期相對(duì)應(yīng)。

3）沉積物來(lái)源和相對(duì)海平面變化可能是中沙海槽重力流沉積發(fā)育的主要控制因素，碳酸鹽生產(chǎn)力和巖漿活動(dòng)也間接影響了中沙海槽重力流沉積的發(fā)育。