桑沟湾周边海域晚更新世以来的层序地层.pdf
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1、王敬,韩忠,袁星芳.桑沟湾周边海域晚更新世以来的层序地层J.海洋地质前沿,2023,39(9):68-76.WANG Jing,HAN Zhong,YUAN Xingfang.Sequence stratigraphy around Sanggou Bay since the Late PleistoceneJ.Marine Geology Fron-tiers,2023,39(9):68-76.桑沟湾周边海域晚更新世以来的层序地层王敬1,2,韩忠1,2*,袁星芳1,2(1 山东省第六地质矿产勘查院,威海 264209;2 山东省深部金矿探测大数据应用开发工程实验室,威海 264209)摘要:
2、通过桑沟湾周边海域高分辨率浅地层剖面的地质解译,结合典型钻孔沉积地层的对比分析,揭示了研究区晚更新世以来的层序地层序列。研究表明,桑沟湾周边海域晚更新世以来的地层上覆于基岩之上,自下而上识别出了具有层序意义的 3 个声学地层单元(SU2、SU1-2、SU1-1),与钻孔的 3 个沉积地层单元(DU2、DU1-2、DU1-1)对应性良好。桑沟湾周边海域晚更新世以来的层序序列,形成于末次冰盛期低海面时期及早中全新世高海面以来,自下而上包括低水位体系域(河流-河道充填相沉积)、海侵体系域(潮流沙脊与滨海相沉积)、高水位体系域(浅海相沉积)。研究区低水位体系域受河流下切侵蚀作用,沉积厚度变化较大,介于
3、 015 m;海侵体系域的沉积厚度普遍介于 4.55.5 m,分布广泛;高水位体系域由岸向海,自西南至东北沉积厚度逐渐增加,最厚处超过 30 m。关键词:桑沟湾周边海域;晚更新世;层序地层;海平面变化中图分类号:P736.2文献标识码:ADOI:10.16028/j.1009-2722.2022.125 0 引言南黄海晚更新世以来的地层序列主要受控于海平面变化1-2,海平面的波动造成了海陆交互沉积,形成了特征的层序地层。近年来,有学者对南黄海及周边海域地层结构、环境演化进行了大量研究,取得了一系列研究成果,然而这些研究多集中于浅海区3-6,针对南黄海西部近岸地区桑沟湾周边海域层序地层的研究仍然
4、欠缺,对该地区地层特征及其沉积响应认识不足。桑沟湾周边海域地理位置优越,作为山东半岛最开阔的海湾之一,是中国北方重要的水产养殖区,这一地区晚更新世层序地层的厘定,可为该区域海洋牧场的发展规划及工程建设提供地质依据,并有效支撑服务海洋经济的可持续发展与海洋生态文明建设。本文通过高分辨率浅地层剖面与钻孔资料的综合对比解释,精细厘定了桑沟湾周边海域晚更新世以来的地层格架,并进一步探讨了这一地质时期研究区的层序地层序列及其对海平面变化的响应。1 材料与方法山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队于2019 年 89 月在研究区共采集浅地层剖面资料210 km(图 1)。作业定位采用美国 Trimble 公
5、司SPS351 卫星/信标差分 GPS 系统,定位精度优于1 m。资料采集采用英国 AAE 公司 SBPAAE 浅地层剖面系统,震源能量为 300 J,激发间隔为 800 ms,滤波为 3005 000 Hz,测量期间,调查船速保持在均速 5 节左右。本文剖面时深转换的平均声学速度采用 1 600 m/s。2019 年 10 月山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队钻获 ZK2 孔(3708.339 N、12241.090 E,水深 33 m)(图 1),岩芯长 24 m,平均取芯率 89.2%。在室内对钻孔岩芯进行拍照、详细岩性描述与精细分样,大致 4 cm 间隔采样。挑选关键层位 10 件样
6、 收稿日期:2022-04-22资助项目:“山东省威海市海洋牧场示范区海底沉积物地球化学调查”(鲁勘字(2019)52 号)。作者简介:王敬(1982),男,正高级工程师,主要从事水文地质、环境地质及海洋地质等方面的研究工作.E-mail:*通讯作者:韩忠(1988),男,高级工程师,主要从事水文地质、环境地质及海洋地质等方面的研究工作.E-mail: ISSN 1009-2722海洋地质前沿第 39 卷第 9 期CN37-1475/PMarine Geology FrontiersVol 39 No 9品在自然资源部海洋地质实验检测中心完成微体古生物鉴定,样品浸泡 24 h 后,采用 0.0
7、63 mm 的标准筛冲洗,然后烘干称重,显微镜下对0.125 mm样品进行鉴定统计。根据样品中微体古生物化石丰度实际情况,采用二分法进行鉴定,一般微体古生物化石统计个体数100 枚。微体古生物鉴定结果显示,介形虫个体数量较少,且仅出现在个别样品,本文主要依据底栖有孔虫的鉴定结果对地层划分进行解释。2 声学地层分析依据浅地层剖面反射的形态结构、振幅强弱、终止类型及叠置方式等,识别出桑沟湾周边海域晚更新世以来的声学地层界面及介于其间的声学地层单元。研究区这一地质时期自下而上发育 4 个声学地层界面 R3、R2、R1、R0,这些地层界面将研究区的地层划定为具有层序意义的 3 个声学地层单元或亚单元(
8、SU2、SU1-2、SU1)(图 25)。这些声学地层单元时空分布特征存在明显的差异性与规律性。地层界面 R3 为基岩顶界面,在研究区广泛分布,在浅地层剖面上以中高频、强振幅、较连续反射为主,其下地层内部反射模糊杂乱,无层理,并且对两侧地层有明显扰动,上覆松散沉积物。研究区R3 界面埋深变化主要介于海平面以下 4060 m,总体呈现自近岸向海逐渐变深的趋势,埋深最浅处位于海平面以下 32 m,主要位于桑沟湾东南部近岸海域,埋深较深区域位于研究区东北部与东南部,埋深普遍超过 60 m(图 6)。SU2 声学地层单元上覆于基岩面 R3 之上,其顶界面为海进侵蚀面 R2,上部反射表现为强振幅、层状反
9、射,下部呈现弱振幅、杂乱的特征。该地层单元主要对应末次冰盛期河流相及后期的河流充填相沉积。该地层单元厚度介于 015 m,存在 4 个厚度中心,俚岛镇东部海域、爱连湾东南海域、宁津街道东部近岸与浅海区,厚度普遍超过 5 m(图 6)。SU1-2 声学地层单元底界面(R2)为一海进侵蚀面,与顶界面(R1)最大海泛面近似平行,内部反射特征主要表现为中强振幅、层状结构。SU1-2 声学反射地层单元相当于下全新统,主要表现为全新世早中期海侵开始至海平面上升至最高海平面期间的滨海相沉积。该地层单元底界面 R2 埋深大部分介于4066 m,自西南至东北埋深逐渐增加。SU1-2 地层单元厚度变化较小,大部分
10、厚度介于4.55.5 m,多成斑块状分布,主要存在南部与北部沉积区,厚度普遍超过 5 m,南部近岸附近该地层单元在潮流作用下主要表现为潮流沙脊,高差超过6 m(图 7)。SU1-1 声学地层单元是研究区识别出的最上部的地层单元,下超于最大海泛面 R1,其内部反射特征主要表现为弱振幅、半透明声学反射层,结构上表现为加积或低倾角进积。研究区最大海泛面(R1)埋深变化较大,大部分介于3660 m,总体呈现 3658370637023710122261223012234122381224212246 E3714N水系浅剖测线引用测线钻孔图例等深线/m图 1研究区浅地层剖面与钻孔位置Fig.1 Loca
11、tions of shallow seismic profiles and cores in the study area第 39 卷 第 9 期王敬,等:桑沟湾周边海域晚更新世以来的层序地层69 SWNE02 kmR0R1R2R3405060双程反射时间/ms708090100SWNE02 kmR0R1R2R3405060双程反射时间/ms708090100高水位体系域海侵体系域低水位体系域图 2研究区 SWNE 向过 ZK2 孔声学剖面Fig.2 SW-NE seismic profile of Line RCZ2 through core ZK2 in the study area SW
12、NE02 kmR0R1R2405060双程反射时间/ms708090100SWNE02 kmR0R1R2405060双程反射时间/ms708090100高水位体系域海侵体系域低水位体系域图 3研究区 SWNE 向声学剖面Fig.3 SW-NE seismic profile of Line RCZ4 in the study area70Marine Geology Frontiers海洋地质前沿2023 年 9 月 SWNE02 kmR0R1R2405060双程反射时间/ms708090100SWNE02 kmR0R1R2405060双程反射时间/ms708090100高水位体系域海侵体系域
13、低水位体系域图 4研究区 SWNE 向声学剖面Fig.4 SW-NE seismic profile of Line RCZ5 in the study area NWSENWSE02 kmR0R1R2R3R33030405060双程反射时间/ms70809010002 kmR0R1R2405060双程反射时间/ms708090100高水位体系域海侵体系域低水位体系域图 5研究区 NWSE 向声学剖面Fig.5 NW-SE seismic profile of Line RCL3 in the study area第 39 卷 第 9 期王敬,等:桑沟湾周边海域晚更新世以来的层序地层71自西向
14、东、自南往北逐渐变深的趋势。SU1-1 声学地层单元最大沉积厚度超过 30 m,沉积中心主要位于爱连湾东部海域,向西、向南逐渐变薄尖灭(图 8),该单元主要是黄河物质在沿岸流的作用下沉积形成。365837063702371012226 12230 12234 12238 1224212246 E3714N30364248546066埋深/m365837063702371012226 12230 12234 12238 1224212246 E3714N302520151050厚度/m图 8研究区 SU1-1 地层单元底界面埋深(左图)与 SU1-1 地层单元厚度图(右图)Fig.8 Depth
15、 of bottom boundary and thickness of unit SU1-1 in the study area 3 钻孔沉积地层分析由于本文实测的 ZK2 孔未进行测年,沉积地层的划分主要基于钻孔的岩性特征与微体古生物鉴定结果,同时对比周边海域钻孔确定4,7,共识别出基岩面以上自老至新的 3 个沉积地层单元(D2、D1-2、D1-1),这 3 个沉积地层单元与浅地层剖面划定 365837063702371012226 12230 12234 12238 1224212246 E3714N32404856647280埋深/m365837063702371012226 1223
16、0 12234 12238 1224212246 E3714N15129630厚度/m图 6研究区 SU2 地层单元底界面埋深(左图)与 SU2 地层单元厚度图(右图)Fig.6 Depth of bottom boundary and thickness of unit SU2 in the study area 365837063702371012226 12230 12234 12238 1224212246 E3714N3036424854606672埋深/m365837063702371012226 12230 12234 12238 1224212246 E3714N6.55.54
17、.53.5厚度/m图 7研究区 SU1-2 地层单元底界面埋深(左图)与 SU1-2 地层单元厚度图(右图)Fig.7 Depth of bottom boundary and thickness of unit SU1-2 in the study area72Marine Geology Frontiers海洋地质前沿2023 年 9 月的 3 个声学地层单元(SU2、SU1-2、SU1)对应性良好(图 9),主要揭示了末次冰盛期以来海平面上升过程中的地层序列。SWNE02 kmR0R1R2R3405060双程反射时间/ms708090100图例粉砂/砂质透镜体贝壳碎片结壳体砾石地层年代0
18、5101520底栖有孔虫组合P.turberculatumB.frigidaC.subincertumA.becari var.A.becarii var.C.subincertum深度/mMIS1MIS2全新世晚更新世缺失二长花岗质片麻岩黏土粉砂细砂岩性特征剖面位置见图 1图 9研究区 ZK2 孔沉积地层与过孔声学剖面对比Fig.9 Correlation between the depositional units of the core ZK2 and the seismic units from the profilethrough the core in the study area
19、 2421.8 m 段:对应声学地层单元 SU2 以下的浅埋基岩,岩性主要为红褐色二长花岗质片麻岩,成分以长石、石英为主,含少量黑云母(图 10)。01020304050长度/cm21.8022.30 m14.3414.84 m11.812.30 m6.106.60 m图 10ZK2 孔典型岩性照片Fig.10 Pictures of typical lithology of core ZK2 21.814.5 m 段(D2):对应声学地层单元 SU2,主要为灰褐色、黄褐色、红褐色砂质沉积,局部含砾石与结壳体,显示较强的水动力条件。该层段微体古生物鉴定未发现任何完整的海相或陆相微体生物化石(图
20、 11),岩性与微体古生物变化综合分析显示,该层段对应末次冰盛期低海面及之后海平面上升时期的河流-河道充填相沉积。14.511.4 m 段(D1-2):对应声学地层单元SU1-2,主要为灰黑色黏土质粉砂,局部见贝壳碎片。该层段底栖有孔虫丰度较高,优势种主要包括滨岸浅水种 Ammonia becarii var.和 Cribrononion subin-certum(图 11),这 2 个属种是中国陆架滨岸浅水区代表性属种,在潮上带、潮间带、潟湖与河口湾等半咸水及正常盐度的滨岸浅海广泛分布8-10,推断该层位对应全新世早期海水开始侵入到海平面逐渐上升至最高海平面阶段的滨海相沉积。11.40 m
21、段(D1-1):对应声学地层单元 SU1-1,主要为灰黑色、深灰色粉砂质黏土,岩性较为均一,下部见粉砂透镜体,指示了稳定且水深较大的沉积环境。ZK2 孔该层段底栖有孔虫丰度为全孔最高,优势种以冷水种 Protelphidium tubercu-latum 和 Buccella frigida 为主,这 2 个属种是中国渤、黄、东海常见的低温低盐的代表性属种,主要集中在沿岸流影响区以及冷水团控制的范围以内8-11。此外,滨岸属种 Cribrononion subincertum 和 Ammo-nia becarii var.也占一定比例(图 11),推断该地层单元形成于全新世高海面以来,对应浅海
22、相沉积。第 39 卷 第 9 期王敬,等:桑沟湾周边海域晚更新世以来的层序地层73 4 晚更新世以来层序地层分析研究区识别出的基岩之上的 3 个地层单元形成于末次冰盛期低海面及之后的海平面上升过程,对应一个较为完整的层序,包括低水位体系域、海侵体系域与高水位体系域组合。桑沟湾周边海域晚更新世以来地层存在明显的沉积间断,对应末次冰盛期低海面时期,这一阶段海平面大幅下降,研究区裸露成陆,河流盛行,表现为高能的沉积环境,对应层序界面 R3,其下为浅埋基岩,其上地层相对连续,包括 SU2、SU1-2、SU1-13 组地层单元,分别形成于 MIS2 期低海面时期、全新世海平面上升海侵时期、全新世高海面以
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