南海深水沉積過(guò)程之大洋鉆探目標(biāo)

姜濤，陳慧，孫啟良，田冬梅，程聰

1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）海洋地質(zhì)資源湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074

2. 中山大學(xué)海洋學(xué)院，珠海 519082

深水沉積體系的研究不僅豐富了古海洋、古氣候、海洋構(gòu)造演化和物理海洋的信息，而且對(duì)深水油氣勘探開(kāi)發(fā)具有巨大經(jīng)濟(jì)意義，深水沉積體系研究已成為當(dāng)今國(guó)際沉積學(xué)界的研究熱點(diǎn)[1]。深水環(huán)境中主導(dǎo)性的沉積機(jī)制為重力流和底流作用，順坡的重力驅(qū)動(dòng)形成海底扇等重力流沉積物，平行陸坡發(fā)育的持續(xù)底流活動(dòng)可形成等深流沉積[2]。

南海由于其獨(dú)特的構(gòu)造環(huán)境和復(fù)雜海流樣式形成了不同深水沉積體系類(lèi)型和豐富的沉積記錄(圖1)。重力流(滑移、滑塌、碎屑流、濁流及深水水道)和底流等多種深水沉積發(fā)育，這已被在南海實(shí)施的多個(gè)大洋鉆探航次所證實(shí)[3-4]。近十多年來(lái)油氣勘探及南海地質(zhì)調(diào)查積累了南海北部陸緣豐富的構(gòu)造演化及其相關(guān)沉積響應(yīng)的地質(zhì)地球物理資料，同時(shí)也積累了一些有關(guān)深水沉積特征及物理海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)，使得南海北部陸緣區(qū)成為研究深海沉積過(guò)程及其交互作用的最佳場(chǎng)所。

圖1 南海環(huán)流特征及已有大洋鉆探的站位分布圖[3-4,6]Fig.1 Ocean circulation and IODP sites in the SCS[3-4,6]

以我國(guó)科學(xué)家為主導(dǎo)的南海大洋鉆探航次(ODP184 航次、IODP349 航次、IODP367/368/368X航次)的實(shí)施以及近年來(lái)我國(guó)各相關(guān)單位開(kāi)展的對(duì)南海的頻繁科考和地震數(shù)據(jù)采集，為南海深水沉積研究提供了寶貴的第一手材料[5-6](圖1)，極大地促進(jìn)了對(duì)相關(guān)科學(xué)問(wèn)題的深入認(rèn)識(shí)和重要科學(xué)假設(shè)的驗(yàn)證。本文在深入分析凝練南海區(qū)域關(guān)鍵的深水沉積科學(xué)問(wèn)題基礎(chǔ)上，提出未來(lái)的科學(xué)鉆探目標(biāo)建議，為今后實(shí)現(xiàn)中國(guó)主導(dǎo)的全球大洋鉆探工作提供參考。

1 深水沉積過(guò)程研究現(xiàn)狀及存在的科學(xué)問(wèn)題

1.1 重力流沉積過(guò)程

重力流最初由Middleton和Hampton (1973)引入地質(zhì)學(xué)界，用于描述沉積物再次搬運(yùn)過(guò)程中由于浮力不平衡產(chǎn)生的流體作用[7]，這種浮力的不平衡性是由于化學(xué)組分、鹽度和溫度造成的密度差導(dǎo)致的。在重力流對(duì)深水沉積物的搬運(yùn)、侵蝕和沉積過(guò)程中發(fā)育了多種深水沉積體系，主要包括碎屑流沉積體系和濁流沉積體系。當(dāng)層狀碎屑流中的流體含量增加到一定程度，碎屑流將轉(zhuǎn)變?yōu)闈崃鳌Ｗ匀唤缰心承崃饕部赡苡沙练e物崩塌直接導(dǎo)致，而非所有的濁流都是由碎屑流轉(zhuǎn)變而來(lái)的。

1.1.1 塊體流沉積過(guò)程

塊體流是一種沉積物密度流事件沉積，又稱(chēng)塊狀搬運(yùn)沉積體(mass-transport deposit, MTD)，它可能涉及一種以上的流態(tài)。海底滑坡形成的高密度碎屑流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于顆粒沉積和卷吸海水作用逐漸被稀釋?zhuān)M(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)闈崃鳌８呙芏葔K體流的流動(dòng)表現(xiàn)為非牛頓流體，顆粒間的碰撞在整個(gè)流動(dòng)中占主導(dǎo)地位。由于其稠密的性質(zhì)，湍流運(yùn)動(dòng)將被抑制。塊體流一般規(guī)模較大，對(duì)海底地貌具有較強(qiáng)的重塑作用，進(jìn)而影響后期濁流的搬運(yùn)路徑及其沉積體的展布[8]。由于塊體流沉積的誘發(fā)需要長(zhǎng)期的地質(zhì)準(zhǔn)備，如天然氣水合物分解和地震活動(dòng)等[9]，其觸發(fā)機(jī)制需要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景進(jìn)行分析。濁流是一種非粘性流體，其中的沉積物顆粒主要通過(guò)流體湍流保持懸浮狀態(tài)。目前，由于實(shí)驗(yàn)測(cè)量技術(shù)的限制，其具體稀釋過(guò)程還不是很清楚。Felix和Peakall[10]對(duì)碎屑流向濁流演變過(guò)程進(jìn)行了定量研究，進(jìn)一步將碎屑流到濁流的轉(zhuǎn)換過(guò)程分成了6種類(lèi)型，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)碎屑流密度和粘性都較大時(shí)，只有極少的沉積物顆?？梢孕纬蓾崃鳎译S著碎屑流的密度和粘性逐漸降低，碎屑流穩(wěn)定性逐漸降低，更容易形成濁流。另外，F(xiàn)elix等[11]基于其2006年的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，觀察描述了相應(yīng)的沉積過(guò)程和沉積產(chǎn)物。

1.1.2 濁流沉積過(guò)程

Daly 提出了海底峽谷可能是由于類(lèi)似濁流所導(dǎo)致的，但“濁流”這個(gè)術(shù)語(yǔ)是Johnson在1939年才正式提出的[12]。Kuenen和Migliorini[13]對(duì)濁流進(jìn)行了第一次實(shí)驗(yàn)?zāi)M，揭示了濁流的性質(zhì)及其向深海搬運(yùn)沉積物的作用。現(xiàn)代海底地形復(fù)雜多樣的原因之一就是濁流的侵蝕和沉積作用所造成的。侵蝕作用從上陸架坡折處幾十米深和幾百米寬的下切谷，到幾百米深及幾千米寬的深水峽谷普遍存在[14-15]。其沉積特征包括側(cè)向遷移深水水道和深海平原上發(fā)育的海底扇沉積體。深水水道長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)千到數(shù)萬(wàn)公里，而且還經(jīng)常發(fā)育有天然堤。深水水道和天然堤沉積往往導(dǎo)致水道-天然堤沉積體高于周?chē)５譡16]。深水水道終端發(fā)育典型海底扇沉積，其分布范圍可達(dá)幾平方公里到幾百平方公里[17-19]。在濁流發(fā)育演化過(guò)程中，還可能導(dǎo)致大規(guī)模沉積物波的發(fā)育，特別是在濁流經(jīng)過(guò)地形變化的區(qū)域，如天然堤頂部或大陸坡角等部位[20]，沉積物波的波高可達(dá)幾十米，波長(zhǎng)數(shù)公里，并且波峰走向垂直于流體流動(dòng)方向。

深海中的濁流活動(dòng)，即便規(guī)模很小，也可能對(duì)海底設(shè)備和儀器以及海底電纜等造成損壞[14,21-22]。只要海底的地形梯度足夠大，流體向前運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的湍流就足以維持沉積物的自懸浮，這種海底沉積物的自懸浮作用就會(huì)對(duì)海底床進(jìn)行侵蝕并對(duì)海底設(shè)施造成破壞[23-24]。濁流中沉積物顆粒濃度通常很低(按體積計(jì)算為0.1% ～7%)，因此顆粒間相互作用在維持懸浮體方面的作用很小或可以忽略不計(jì)[24]。

1.2 底流沉積過(guò)程

相對(duì)于已經(jīng)日漸成熟的重力流沉積研究體系而言，底流沉積體系研究仍有待進(jìn)一步完善。尤其近年來(lái)“底流活動(dòng)及其沉積響應(yīng)”正得到越來(lái)越多的關(guān)注與重視，在太平洋、地中海和大西洋地區(qū)已有大量有關(guān)底流沉積體系的實(shí)例報(bào)道[25-26]。過(guò)去十多年以來(lái)，人們不僅關(guān)注了深水底流沉積特征，而且關(guān)注了產(chǎn)生底流的各種物理海洋過(guò)程，且越來(lái)越多地強(qiáng)調(diào)了海洋沉積學(xué)與物理海洋學(xué)的交叉融合[26]。底流在特殊的海洋學(xué)條件或海底地形環(huán)境下形成了特征迥異的沉積體[25]，尤其是深層渦旋對(duì)其沉積過(guò)程產(chǎn)生了重要影響[27]，局部海底地形變化也對(duì)底流產(chǎn)生了重要的影響[28]，區(qū)域性內(nèi)波或渦旋活動(dòng)與復(fù)雜海底地形交互作用也能使底流得到區(qū)域性增強(qiáng)[29]，但對(duì)于底流的具體沉積過(guò)程和動(dòng)力機(jī)制的研究還有待深入。

“等深流沉積”(contourite)由Hollister和Heezen在20世紀(jì)60年代初首次提出，用以描述美國(guó)東部大陸邊緣在西邊界潛流影響下形成的深海沉積物。20世紀(jì)70年代，人們?cè)诖笪餮蟮貐^(qū)開(kāi)展了大量識(shí)別和描述大型等深流沉積體的工作，80年代進(jìn)入了等深流沉積研究的重要發(fā)展階段，在全球各大洋等深流沉積展開(kāi)了全面調(diào)查，對(duì)等深流沉積過(guò)程、沉積環(huán)境、海底地形地貌及等深流漂積體發(fā)育和展布等方面都取得了重要進(jìn)展。20世紀(jì)90年代至今是等深流沉積的綜合發(fā)展階段，人們一方面對(duì)過(guò)去調(diào)研資料重新審視，進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出“等深流沉積體系”(contourite depositional system, CDS)，并建立其相關(guān)理論體系，包括術(shù)語(yǔ)、判別標(biāo)準(zhǔn)、分類(lèi)系統(tǒng)、動(dòng)力機(jī)制、成分結(jié)構(gòu)及成巖作用等[30-31]，另一方面重視探討有關(guān)沿岸流(底流)和垂岸流(重力流)相互作用下的沉積過(guò)程[1,32]，這些底流沉積體系研究成果大大加深了深水沉積記錄對(duì)洋流活動(dòng)的響應(yīng)過(guò)程的理解。

南海實(shí)測(cè)海洋水文資料、海流觀測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在南海不同深度發(fā)育多個(gè)水團(tuán)，存在多樣的水體交換，并發(fā)育了三層環(huán)流結(jié)構(gòu)[33]：上層環(huán)流、中層環(huán)流和深層環(huán)流。受季節(jié)性變化的季風(fēng)控制，夏季南海北部上層環(huán)流為弱的氣旋式環(huán)流，南部上層環(huán)流表現(xiàn)為反氣旋環(huán)流；冬季是氣旋式環(huán)流[5]。呂宋海峽的水交換對(duì)南海上層海洋的水平環(huán)流結(jié)構(gòu)和經(jīng)向翻轉(zhuǎn)有重要作用[34]。南海中層環(huán)流主要呈反氣旋方向(圖1)，其在秋季自西向東經(jīng)過(guò)東沙群島附近時(shí)出現(xiàn)偏離等深線而向更深層偏轉(zhuǎn)的行為。該偏轉(zhuǎn)行為主要由東沙群島以東沿等深線存在的密度梯度差異導(dǎo)致，可能與黑潮的入侵有關(guān)[35]。海水溫鹽特性分析及數(shù)值模擬均表明南海唯一的深水來(lái)源是北太平洋深層水經(jīng)呂宋海峽入侵的“深水瀑布”[35]。呂宋海峽“深水瀑布”和南海內(nèi)復(fù)雜地形環(huán)境下強(qiáng)混合被認(rèn)為是南海深海氣旋式環(huán)流的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制[35]。南海深層環(huán)流自東向西流經(jīng)南海北部陸緣(圖1)，物理海洋觀測(cè)資料和海洋動(dòng)力模型顯示其本身整體流速較低(＜5 cm/s)，水深范圍約為1 000 m以下[36]。謝強(qiáng)等[37]分析對(duì)比了8個(gè)模型，均證實(shí)了南海深海氣旋式環(huán)流的存在。然而，除呂宋海峽處，南海北部絕大部分海域有關(guān)中層和深層環(huán)流水團(tuán)交互界面水流動(dòng)力機(jī)制的研究極少。受到巴士海峽強(qiáng)烈水團(tuán)交互作用影響，南海北部東沙及以東海域，頻繁發(fā)生渦旋和上層內(nèi)波活動(dòng)[38]。在深層，由于復(fù)雜地形的影響，南海深海有著強(qiáng)的內(nèi)潮和頻發(fā)的高能量地形羅斯貝波，調(diào)制著南海深海環(huán)流在局部范圍高頻變化并顯著加強(qiáng)深?；旌线^(guò)程[38]?？傊?，南海北部陸緣既發(fā)育豐富的等深流沉積體，又具有大量的物理海洋觀測(cè)及地質(zhì)和地球物理資料，是研究深水底流活動(dòng)及其沉積響應(yīng)這一科學(xué)問(wèn)題的最佳場(chǎng)所，有望揭示南海北部陸緣半封閉海盆復(fù)雜海底地形環(huán)境下底流活動(dòng)是如何影響沉積物搬運(yùn)過(guò)程的。

1.3 重力流-底流相互作用過(guò)程

順陸坡方向的重力流與平行陸坡方向的底流之間發(fā)生交互沉積作用，形成具有復(fù)雜成因的地形和構(gòu)造[25]。許多研究表明，在大陸邊緣發(fā)育了大量重力流與底流相互作用形成的單向遷移深水水道[39-40]（圖2）。雖然深水沉積作用之間的交互作用得到了初步的探討，但主要集中在底流對(duì)重力流沉積的改造作用，然而陸緣深水區(qū)重力流與底流交互作用的響應(yīng)過(guò)程和動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究仍較薄弱。例如，F(xiàn)onnesu等[41]認(rèn)為，在底流的上游，水道遷移是由于天然堤在底流的下游方向增長(zhǎng)。Gong等[42]則認(rèn)為水道在底流的下游方向遷移，而天然堤主要在底流的上游生長(zhǎng)。重力流與底流的先后次序也存在爭(zhēng)議[42]，如重力流與底流同時(shí)發(fā)生、還是重力流與底流間互發(fā)生[1]。南海北部發(fā)育多個(gè)持續(xù)地向同一方向遷移的深水水道，順坡發(fā)育的重力流和平行陸坡發(fā)育的底流同時(shí)同地存在，是重力流與底流交互作用研究的有利場(chǎng)所[39,42-43]。深化重力流與底流交互作用過(guò)程的研究，對(duì)更好地理解復(fù)雜深水環(huán)境下的沉積作用意義重大。

圖2 南海北部珠江口盆地白云凹陷單向遷移峽谷地震反射特征Fig.2 Seismic profile showing major unidirectionally-migrated submarine canyons in the Baiyun Depression, northern SCS

1.4 巖石圈破裂過(guò)程的沉積響應(yīng)

Mckenzie純剪切模式是經(jīng)典的板塊構(gòu)造模型，即認(rèn)為大陸的伸展和破裂是一個(gè)獨(dú)立的、瞬時(shí)的、深度均勻的伸展過(guò)程[44]。該模式中，“破裂不整合”(breakup unconformity)被認(rèn)為是盆地范圍內(nèi)分隔同裂陷地層和裂后期地層的不整合界面，其發(fā)育時(shí)間與地殼的破裂和洋殼擴(kuò)張開(kāi)始的時(shí)間一致[45]，大陸邊緣的裂后不整合界面應(yīng)該是等時(shí)的，即其發(fā)育時(shí)間在整個(gè)被動(dòng)陸緣是一致的。但是在Iberia-Newfoundland邊緣的研究中發(fā)現(xiàn)，首先是裂谷作用和地殼巖石圈的破裂，之后是上地幔的剝露、伸展、巖石圈的裂解和洋盆擴(kuò)張開(kāi)始，因此，裂谷作用與巖石圈的裂解是兩個(gè)階段，很多盆地中從同裂陷到裂后的轉(zhuǎn)變都存在一個(gè)過(guò)渡階段。Moore和Shannon[46]在位于大西洋近端邊緣陸側(cè)的Porcupine盆地中厘定出一個(gè)清晰的以不整合為界的層序，該層序處于同裂陷和裂后階段之間，發(fā)育于Iberia邊緣和Newfoundland邊緣裂解之前(即Aptian/Albian)，且分布范圍小，局限于盆地范圍內(nèi)，這說(shuō)明在整個(gè)被動(dòng)大陸邊緣，尤其是存在多期裂陷作用幕的邊緣，不同區(qū)域的破裂不整合不是同一個(gè)不整合界面，“破裂不整合”識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)只在較小的區(qū)域尺度上具有一致性[47]。在南海也存在這種現(xiàn)象，由于南海的擴(kuò)張過(guò)程由東到西，南海裂后不整合界面時(shí)間從東至西逐漸變新：臺(tái)灣（38 Ma）、珠江口盆地（32 Ma）、瓊東南盆地（23.8 Ma）、南海南部盆地和萬(wàn)安盆地（15.5 Ma）[48]。南海被動(dòng)大陸邊緣在破裂不整合界面之上也發(fā)現(xiàn)了一套主要以前積反射為特征的地層，說(shuō)明巖石圈破裂后并沒(méi)有立刻進(jìn)入熱沉降階段，而是發(fā)生了撓曲回彈?？傊?，南海巖石圈破裂過(guò)程的詳細(xì)信息在裂解層序中都有所記錄和反映，通過(guò)對(duì)裂解層序的鉆探取芯有望揭示詳細(xì)的巖石圈破裂過(guò)程。

Soares等[49]詳 細(xì) 研 究 了Iberia-Newfoundland邊緣112 Ma的破裂不整合界面，將其重新命名為“巖石圈裂解界面”，認(rèn)為該界面在近端帶表現(xiàn)為時(shí)間間隔較長(zhǎng)的復(fù)合式不整合特征，而向陸架邊緣過(guò)渡逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間間隔較短的沉積間斷。在巖石圈裂解界面之上發(fā)育了記錄巖石圈裂解開(kāi)始到熱松弛作用主控離散邊緣沉降為止這一階段內(nèi)巖石圈的均衡調(diào)整過(guò)程的“裂解層序”。將破裂不整合進(jìn)行簡(jiǎn)單的全陸緣盆地對(duì)比已不合適，通過(guò)盆地沉降和沉積記錄來(lái)展開(kāi)裂解層序的識(shí)別和對(duì)比分析，有利于闡明巖石伸展破裂過(guò)程。

2 未來(lái)鉆探目標(biāo)分析

南海的物理海洋調(diào)查已發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜的深水沉積動(dòng)力環(huán)境，而且已有的多個(gè)大洋鉆探航次也已發(fā)現(xiàn)了多種類(lèi)型的深水沉積物，已初步揭示了其復(fù)雜的深水沉積過(guò)程。南海北部大陸邊緣盆地是我國(guó)重要的油氣產(chǎn)地，該地區(qū)近半個(gè)世紀(jì)的石油勘探工作已經(jīng)積累了大量二維、三維地震剖面、鉆井巖心以及海量地質(zhì)資料，同時(shí)也積累了豐富的物理海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)，但受站位的分布位置所限，為深入理解重力流和底流的形成演化過(guò)程及其相互作用關(guān)系，需要在不同地形地貌背景進(jìn)行鉆探并對(duì)比分析各類(lèi)型的深水沉積物，進(jìn)而有望更好地理解其深水沉積過(guò)程。

雖然南海已執(zhí)行的多個(gè)大洋鉆探航次和深潛航次中已鉆遇了數(shù)千米的沉積物巖心，證實(shí)了各類(lèi)型深水沉積體的存在，但由于鉆探位置的不連貫性，無(wú)法分析對(duì)比各類(lèi)型沉積體系的沉積過(guò)程和動(dòng)力學(xué)機(jī)制，因此，擬通過(guò)對(duì)多剖面多站位不同地形地貌條件下多類(lèi)型深水沉積物的鉆探對(duì)比分析，深入剖析重力流-底流相互作用特征，揭示塊體流、濁流和底流形成和發(fā)育演化過(guò)程，查明巖石圈破裂和海底擴(kuò)張的沉積響應(yīng)等科學(xué)問(wèn)題，豐富深水沉積動(dòng)力學(xué)理論，深化對(duì)南海大陸邊緣沉積格局演變和深層海流演變的整體性和全面性認(rèn)識(shí)。由于深水沉積體的分布與其沉積環(huán)境和古地貌特征有關(guān)，其沉積分布范圍有限，因此，針對(duì)不同的科學(xué)問(wèn)題，建議沿著多個(gè)鉆探剖面進(jìn)行系統(tǒng)鉆探取芯（圖3），通過(guò)連續(xù)取芯的沉積特征對(duì)比分析，揭示其沉積觸發(fā)機(jī)制、沉積過(guò)程與各類(lèi)型沉積體之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程以及沉積產(chǎn)物的分布特征等。

2.1 底流沉積過(guò)程剖面

人們雖然已認(rèn)識(shí)到底流的存在，但對(duì)于其沉積特征的直接觀察描述則較少，一般認(rèn)為其具有牽引流沉積構(gòu)造、雙向遞變層理、生物擾動(dòng)強(qiáng)烈等特征[50]，但關(guān)于其不同流速條件下的具體沉積特征及其時(shí)空變化等有待通過(guò)鉆探獲取沉積物巖芯進(jìn)行深入分析和總結(jié)。由于南海海底復(fù)雜地形，缺少鉆井巖性及有關(guān)底流形成演化的相關(guān)資料，使得深水底流活動(dòng)及其沉積響應(yīng)成為當(dāng)前研究的難點(diǎn)問(wèn)題，通過(guò)深水沉積體系與海底地形及底流樣式的成因聯(lián)系分析，可以系統(tǒng)揭示整個(gè)環(huán)流格局對(duì)深水沉積的影響，相應(yīng)地利用深水沉積演化分析，可推斷古環(huán)流格局。通過(guò)深水沉積差異還可以分析古海洋深海環(huán)流的演變特征，從而揭示南海大陸邊緣沉積格局演變和深層海流演變的耦合關(guān)系。陳慧等[51]通過(guò)二維地震剖面解釋?zhuān)Y(jié)合海底地形特征，在南海北緣一統(tǒng)暗沙附近識(shí)別出了與海山相關(guān)的底流沉積，并進(jìn)一步劃分出環(huán)槽、伸長(zhǎng)狀-丘狀漂積體、邊緣漕溝、黏附型漂積體和海山背側(cè)補(bǔ)丁型漂積體等沉積單元，認(rèn)為洋流活動(dòng)、科氏力和海山地形限制作用導(dǎo)致環(huán)流左側(cè)以侵蝕作用為主、環(huán)流右側(cè)以沉積作用為主（圖3B）。基于以上研究，建議在一統(tǒng)海山兩側(cè)平行陸坡方向開(kāi)展系列取樣，有望在厘定沉積物年齡與火山演化序列基礎(chǔ)上，系統(tǒng)揭示南海不同深度底流沉積特征、時(shí)空分布及其成因機(jī)制。

圖3 南海深水沉積過(guò)程鉆探建議站位分布圖A. 已有大洋鉆探站位及建議鉆探剖面位置，B. 底流沉積過(guò)程建議鉆探站位分布，C. 重力流沉積過(guò)程建議鉆探站位分布，D. 重力流-底流交互作用建議鉆探站位分布，E. 裂解層序建議鉆探站位。Fig.3 Proposed drill targets for deep water sedimentary processes in the SCSA. Locations of drilled sites and proposed drilling sections, B. Drill targets at bottom current processes, C. drill targets at deep-water sedimentary processes,D. Drill targets at gravity-flow - bottom-current interaction, E. drill targets at lithosphere break-up.

2.2 重力流沉積過(guò)程剖面

雖然重力流的沉積特征和鑒別標(biāo)志相對(duì)較成熟，但根據(jù)流體支撐性質(zhì)，重力流還可進(jìn)一步劃分為碎屑流、顆粒流、液化流和濁流等，近年來(lái)還有學(xué)者提出了異重流、臨界流和超臨界流等，更重要的是在一次重力流事件過(guò)程中，這些類(lèi)型之前可以相互轉(zhuǎn)化，因此，通過(guò)連續(xù)剖面鉆探取芯有望系統(tǒng)闡明同一重力流事件的時(shí)空演化過(guò)程。東沙區(qū)域發(fā)育多種沉積體類(lèi)型，是深水沉積過(guò)程研究的天然場(chǎng)所。邵磊等[52]通過(guò)ODP巖芯資料和地震資料研究表明東沙隆起南部斜坡發(fā)育等深流漂積體沉積；江寧等[53]通過(guò)ODP巖芯資料和地震資料別出5種成因的底流沉積和分布于陸坡的沉積物波；王星星等[54]借助二維地震和多波束測(cè)深數(shù)據(jù)闡明了東沙海底峽谷的沉積演化，認(rèn)為峽谷的形成與重力流侵蝕有關(guān)，發(fā)育過(guò)程中受到底流的持續(xù)影響（圖3C）?；谝陨涎芯?，建議在東沙隆起東部順著陸坡方向開(kāi)展系列鉆探，一方面擬揭示不同構(gòu)造體系下沉積響應(yīng)的差異，另一方面也可闡明不同類(lèi)型重力流的沉積作用差異。

2.3 重力流-底流交互作用剖面

重力流是事件沉積，通常能量相對(duì)較強(qiáng)，但持續(xù)時(shí)間較短，而底流則相反，其流速和能量相對(duì)較低，但持續(xù)穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，而且由于重力流需要重力驅(qū)動(dòng)，經(jīng)常是順陸坡發(fā)育，而底流則經(jīng)常平行于陸坡發(fā)育，因此，關(guān)于重力流與底流的相互作用方式也復(fù)雜多樣，至少包括重力流與底流間互發(fā)生、底流改造重力流沉積以及底流與重力流同時(shí)沉積等[55]，具體作用過(guò)程和方式有待于通過(guò)鉆探獲取的沉積物巖芯進(jìn)行詳細(xì)研究。南海北部普遍存在重力流與底流交互作用，在珠江口盆地白云凹陷陸坡的單向遷移峽谷群研究中已有所體現(xiàn)[42]，且也有學(xué)者關(guān)注到濁流、底流和沉積變形綜合成因的沉積物波[56]，但對(duì)于從滑塌、滑移、碎屑流到濁流的具體沉積過(guò)程及其與底流的交互作用研究則較少。對(duì)于在南海發(fā)育的重力流與底流交互作用沉積體的成因的解釋?zhuān)蠖嗷趯?duì)地震資料的解釋?zhuān)狈ΜF(xiàn)今海底的底流觀測(cè)和鉆探樣品研究[57]。東沙區(qū)域西側(cè)，發(fā)育有滑塌、漂積體和沉積物波等沉積體類(lèi)型，通過(guò)順著陸坡方向開(kāi)展系列鉆探取芯，將有助于更好地闡明重力流與底流相互作用關(guān)系以及確定兩種機(jī)制的相對(duì)強(qiáng)度（圖3D）。

2.4 裂解層序剖面

破裂不整合在不同區(qū)域界面并不完全一致，不能簡(jiǎn)單地對(duì)全盆地進(jìn)行對(duì)比分析[45]。通過(guò)盆地沉降和沉積記錄來(lái)開(kāi)展裂解層序的識(shí)別和對(duì)比分析，有利于闡明巖石伸展破裂過(guò)程。關(guān)于南海陸緣張裂過(guò)程的研究，近幾年已取得了重要進(jìn)展，認(rèn)為南海陸緣盆地中不整合面由陸向洋方向逐漸變新，具有穿時(shí)現(xiàn)象，但關(guān)于具體張裂模式尚有爭(zhēng)議[47]，而裂解層序則記錄了具體張裂過(guò)程，因此，對(duì)不同部位的完整裂解層序的鉆探取芯將有望更詳細(xì)地揭示南海陸緣張裂過(guò)程。西北次海盆西側(cè)可識(shí)別出裂解層序，同時(shí)還存在底流沉積，因此，沿著陸坡方向開(kāi)展系列鉆探取芯，通過(guò)精確的年代學(xué)分析無(wú)疑將有助于明確“破裂不整合”的時(shí)空演化過(guò)程（圖3E）。

3 結(jié)論

南海北部陸緣區(qū)海底地形地貌復(fù)雜，發(fā)育重力流（滑移、滑塌、碎屑流、濁流及深水水道）和底流等多種深水沉積體系，已被在南海多個(gè)大洋鉆探航次所證實(shí)。多種類(lèi)型深水沉積體系的發(fā)育是由其獨(dú)特的構(gòu)造環(huán)境和復(fù)雜海流樣式所導(dǎo)致的，這使得南海北部陸緣區(qū)成為研究深水沉積過(guò)程的最佳場(chǎng)所。復(fù)雜的沉積環(huán)境對(duì)南海北部普遍存在的重力流沉積觸發(fā)機(jī)制和沉積過(guò)程的影響仍有待深入研究，尤其是對(duì)于滑移-滑塌-碎屑流-濁流沉積轉(zhuǎn)化過(guò)程缺乏直接證據(jù)。底流對(duì)地形的侵蝕改造作用和沉積物的搬運(yùn)作用缺乏詳細(xì)證據(jù)，導(dǎo)致洋流對(duì)沉積物的搬運(yùn)機(jī)制存在爭(zhēng)議。重力流與底流的交互作用的基本控制因素以及主要沉積產(chǎn)物的時(shí)空展布特征有待深入研究。南海邊緣盆地巖石圈破裂和擴(kuò)張?jiān)缙诘某练e特征、南海擴(kuò)張對(duì)沉積物的控制作用等研究較薄弱，因此，建議就以上4個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展大洋鉆探，詳細(xì)揭示深水沉積過(guò)程，不但對(duì)豐富深水沉積動(dòng)力學(xué)理論具有重要意義，而且對(duì)指導(dǎo)深水油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、滿足國(guó)家需求具有重要現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)意義。