珠江口盆地沉积物地球化学特征及其成因

珠江口盆地沉积物地球化学特征及其成因

1999年南海勘探计划（odp）184航线的结果表明，在南海地区，32、23、9和16个阶段有明显的沉积层析成像。这些圆圈是南海进化过程中一些构造活动留下的印记。然而，在长期的研究结果表明，在距离odp11048站附近的珠江口盆地，没有发现沉淀规律和时间定标。这些累积规律只反映了局部现象，而在珠江口盆地的研究中，这些规律的存在对正确理解海洋结构的发展和地层的划分具有重要意义。作者从地质学的角度探讨了这一问题，结合沉积物元素的地球化学特性，对珠江口盆地和odp11048站的沉积物来源进行了相应的研究，并对盆地结构的形成进行了探讨。1沉积相和沉积相众所周知,常量元素能反映沉积的来源和源区母岩的风化程度,微量元素和稀土元素(REE)由于性质稳定,相对较少受到沉积作用的改造,在沉积盆地研究中能更好地用来分析母岩的变迁演化,通过对珠江口盆地P33井的主量、微量及稀土元素进行分析,揭示构造沉积界线,同时,和ODP1148站进行对比探讨沉积物源变迁特点.分析采用珠江口盆地P33井和H9-2井130个的样品,ODP1148站147个样品.所有样品首先压碎至200目,然后在高温炉中保持650℃恒温2h以剔除有机质及沉积物内粘土矿物中的层间水,HF+HNO3混合酸进行分解.样品中10种主量元素采用电感耦合等离子光谱仪(IRISADVANTAGEICP-AES),微量元素采用电感耦合等离子质谱仪(VGX7ICP-MS),共测试了46种微量元素的含量.样品处理过程中,每30个样品加一个空白样、一个重复样和两个标准样,最后样品测试结果都根据标样数据进行校正,精度由空白样及重复样控制,分析工作在同济大学海洋地质国家重点实验室完成.2中—盆地构造特征及演化过程南海是西太平洋地区一个最大的边缘海盆地.珠江口盆地位于南海北部,盆地的基底是华南板块在南海延伸的部分.盆地呈北东向展布,由北向南可划分出三个二级构造单元:北部坳陷带(由珠I、珠III坳陷组成)、中央隆起带(由东沙隆起、番禺低隆起和神狐暗沙隆起组成)和南部坳陷带(由珠II和潮汕坳陷组成),见图1.大量研究工作表明,盆地的发展与南海演化密切相关.盆地演化在中—新生代经历了裂前、裂谷、沉降和断块升降四个阶段,主要经历5次构造运动:(1)裂前阶段(早白垩世),燕山期太平洋板块向西北方向俯冲,使南海产生第一次扩张,形成原始南海.广东沿海及大陆架一直处于隆起状态.(2)裂谷阶段(晚白垩世至渐新世初),晚白垩世到早古新世发生神狐运动使得珠江口盆地北部断陷开始形成;早中始新世的珠琼运动一幕使盆地形成分隔的南北断陷;中晚始新世发生的珠琼二幕,在珠二凹陷和番禺低隆起上形成近东西向断陷.此期间盆地发育了神狐组、文昌组和恩平组.(3)沉降阶段(晚渐新世至早中新世),裂谷盆地转入断拗盆地,沉积了包括珠海组及珠江组在内的沉积,与下伏地层以不整合为界.ODP1148站沉积记录显示,南海在28.5,25,23.9Ma有几次较大规模的构造运动,造成深海沉积物的矿物成分及地球化学成分发生了跳跃突变,其中28.5Ma是南海西北海盆停止扩张而南海扩张轴仅在中央海盆发生分裂,到25Ma南海扩张轴发生跳跃,南海西南海盆打开,到23.9Ma南海出现大规模构造运动,不但造成沉积物成分发生巨大变化,而且有较大规模的滑塌层出现.(4)断块升降阶段(中中新世至第四纪)盆地进入坳陷期,出现大规模的海侵活动,发育了韩江组、粤海组和万山组海相地层.3分析浪费3.1水景环境元素含量变化图2和图3分别显示了珠江口盆地P33井沉积物元素变化特征,表明所有元素在32,23.9,16Ma处均存在成分上的突变,界线十分明显.常量元素分析结果显示,反映陆源碎屑供给的Al2O3的含量从老到新基本稳定,仅在恩平组含量略高,表明当时大量陆源物质供给.反映环境变化灵敏的氧化钾K2O,CaO以及Fe2O3呈现明显的变化,反映陆源母岩区风化程度的K2O和Fe2O3呈现相反变化趋势:K2O随着地层时代由老到新含量逐步减少,而Fe2O3含量则逐步增加,指示源区风化程度逐步加深.值得注意的是CaO含量从恩平组到韩江组早期变化不甚明显,含量基本保持稳定,但从2000m以上质量分数明显增高,平均达到20%左右,如此高的含量变化指示了沉积物中海相生源大量增加而造成沉积岩中CaCO3含量的增高.微量元素与稀土元素一样,抗风化能力较强,特别是一些元素的质量比基本不受风化的影响,如图3所示,P33井微量及稀土元素含量和质量比变化反映了母源区成分上的变化,是构造运动造成源区成分发生改变的直接证据.3.2岩相古地理与岩石风化化学蚀变指数由Nesbitt和Young创建于1982年,用以判断源区化学风化程度,它的表达式通常表示为:化学蚀变指数={x(Al2O3)/[x(Al2O3)+x(CaO)+x(Na2O)+x(K2O)]}×100%,主成分x指摩尔分数,化学蚀变指数越大,说明母岩化学风化程度越高.图4显示,化学蚀变指数在32,23.9,16Ma时期存在物理风化突然增强,化学风化减弱的突变事件,这种表现正是该时期构造运动存在的根据,构造运动造成母岩区在短时期内强烈快速的剥蚀,引起沉积物化学蚀变指数突然降低,剧烈的构造运动过后,母岩区化学风化重新加强,化学蚀变指数明显上升.渐新世以来,岩石风化指数总体呈逐步下降的趋势,这与同时期全球气候变化相呼应,但2000m以上地层中岩石CaCO3质量分数明显偏高,平均达到20%左右,所以造成化学蚀变指数快速下降的原因可能是由于该时期海水深度增大,海洋生物繁盛,生源物质大量增加所致,故该时段化学蚀变指数不能代表同期母岩风化程度.需要指明的是,在P33井所有元素分析中,深度2000m左右同样存在一个成分上的突变,反映一次沉积—构造事件的存在,该界线对应于13.8Ma左右,但在ODP1148站沉积中,该界线并不明显,故在此未进行讨论.4相关系数的计算典型相关性分析是研究两组指标(变量)间一种多变量统计分析方法,主要目的是研究变量之间关系的密切程度,以及根据样本的资料推断总体是否相关.反映变量之间关系紧密程度的指标主要是相关系数r,当相关系数数值愈接近-1或+1之间时,说明关系愈紧密,但当数值为零时,说明关系不紧密.相关系数常常是根据样本的资料计算的,确定总体两个变量是否相关与样本的大小有一定的关系,样本太小时可能出现较大误差,因此相关分析中一个重要任务是根据样本相关系数来推断总体的相关情况.在所做相关性分析中,可以看出ODP1148站与P33井沉积物有极好的相关性,相关系数大部分介于+1和-1之间(图5a),可以认为,1148站与P33井沉积物源区存在一定的关联,是源自同一物源区,仅存在沉积物随搬运距离不同而显示出的沉积分异差别.H9-2井与P33井相关性一般(图5b),与1148站相关性更差(图5c),显示H9-2井应该还有除了古珠江沉积物之外的其他来源.5odp1149站沉积与南海地质构造环境研究表明,珠江口盆地与南海北部地区在32,23.9,16Ma均存在明显的沉积物成分突变现象,是南海构造活动的直接反映.同时显示,珠江口盆地,特别是白云凹陷与ODP1148站在沉积物源上关系密切,表明它们来自同一物源区,ODP1148站沉积物堆积是白云凹陷沉积物充填向前的延伸部分.前人研究表明,ODP1148站沉积物堆积速率经历了渐新世高,中新世低及之后又增高的特点,与南海北部构造演化密不可分,晚渐新世早期,珠江口盆地处于裂谷阶段,南海扩张较为缓慢,