中国南海西沙碳酸盐台地西北坡上埋藏的中新世中期周期性阶地

《Marine Geology》：Buried Middle Miocene cyclic steps on the northwestern slope of the Xisha carbonate platform, South China Sea

三维地震数据揭示西沙碳酸盐台地西北斜坡中Miocene埋藏超临界流形成的循环阶地，通过岩相古地理分析表明其与碳酸盐台地扩张期的高沉积供给相关，晚期因构造抬升导致海平面上升淹没台地而废弃。

　　在南中国海西北大陆边缘的西沙碳酸盐台地的西北坡，中中新世地层中出现的高振幅、波浪状的地震反射特征引起了过去十年来的广泛关注。这些特征引发了关于其成因的多种假说，包括碳酸盐礁、浊流或底流通道以及与正断层相关的构造特征。本研究利用高分辨率的三维地震数据，结合二维地震剖面和钻井资料，对这些波浪状反射的形态、内部结构和分布特征进行了系统分析。研究结果表明，这些波浪状反射应被识别为与超临界流相关的周期性阶梯（cyclic steps），其特征包括长波长（0.5–2.3公里）、低波高（15–80米）、大长宽比（20–60）、向坡上迁移的波形，以及坡上不对称的横截面形态。这些特征与浊流通道的沉积特征高度吻合，进一步支持了周期性阶梯的成因。

周期性阶梯作为沉积系统中重要的地貌-沉积单元，其研究对于理解形成流体的形态动力学过程和沉积产物具有重要意义。它们不仅有助于重建古水动力条件和古环境，还能为地质科学研究和资源勘探提供关键信息。在现代深水沉积系统中，周期性阶梯通常出现在峡谷或通道的轴部，它们的形成与超临界流的活动密切相关。这种流体具有较高的能量，能够在沉积物输送过程中形成特定的沉积结构，如周期性阶梯和其相关沉积物填充的沟槽。

本研究的区域位于西沙碳酸盐台地的西北坡和琼东南盆地的南部，该区域属于南中国海的重要沉积区。通过三维地震数据和区域二维地震剖面的综合分析，研究团队识别了五种主要的地震相，包括波浪状反射、填充型反射、亚平行反射、透明至混乱反射以及前积反射。这些地震相分别被解释为周期性阶梯、沉积物填充的沟槽或通道、浊流与半深海沉积物互层、大规模滑塌沉积物（MTD）以及前积楔。其中，波浪状反射的特征尤为显著，其长波长和低波高，以及坡上不对称的横截面形态，与周期性阶梯的典型特征高度一致。同时，这些反射的波峰方向与现代海底等深线和地形走向一致，进一步支持其由浊流形成。

此外，研究还发现，波浪状反射的波谷区域通常被半深海沉积物和浊流沉积物填充，这表明在中中新世时期，碳酸盐台地向研究区输送了大量碳酸盐沉积物，形成了广泛的周期性阶梯。然而，随着中中新世末期碳酸盐台地的沉没，沉积物供应逐渐减少，导致这些地貌特征被废弃，并最终被半深海沉积物和浊流沉积物填充。这种沉积模式不仅反映了台地的演化过程，也揭示了古水动力条件和古环境的变化。

本研究的意义在于，它首次对南中国海西北部埋藏的超临界流相关沉积结构进行了系统分析，并提出了新的成因解释。此前，关于这些波浪状反射的成因存在诸多争议，而本研究通过综合多种地质数据，澄清了其形成机制，为理解深水沉积系统的三维地貌-沉积结构提供了重要依据。同时，这一发现也为区域古地理和古环境重建提供了新的视角，对未来的深水油气和天然气水合物勘探具有重要指导意义。

在研究方法上，团队采用了三维地震数据和区域二维地震剖面相结合的方式，进一步结合钻井数据进行地质控制。通过对地震相的描述和分析，研究团队不仅识别了周期性阶梯的特征，还明确了其与周边沉积结构之间的关系。例如，波浪状反射的波谷与填充型反射之间的过渡，以及亚平行反射和透明至混乱反射的分布，均与古水动力条件的变化密切相关。此外，通过提取地震属性，如振幅方差和均方根振幅，团队能够更准确地划分沉积单元，并识别其空间分布特征。

本研究还揭示了碳酸盐台地的演化过程与周期性阶梯形成之间的密切联系。在中中新世初期，碳酸盐台地生产力较高，大量碳酸盐沉积物从台地边缘向研究区输送，为周期性阶梯的形成提供了丰富的物质基础。然而，随着台地的沉没，沉积物供应逐渐减少，导致周期性阶梯被废弃，其波谷区域被半深海沉积物和浊流沉积物填充。这一演化过程不仅反映了台地的构造和沉积变化，也与全球气候和海平面变化密切相关。中中新世时期，全球气候温暖，冰盖退缩，海平面上升，这为碳酸盐台地的快速发育提供了有利条件。然而，随着台地的沉没，沉积环境发生了显著变化，导致周期性阶梯的沉积作用减弱。

本研究的结论表明，中中新世时期西沙碳酸盐台地的周期性阶梯是由浊流形成的，而非其他假说所认为的碳酸盐礁或底流通道。这一新的解释为理解深水沉积系统的形成机制提供了重要依据，也为未来的地质勘探和资源评估提供了新的视角。同时，研究还指出，周期性阶梯的分布和演化受到碳酸盐台地的形态和沉积条件的控制，因此在区域古地理和古环境重建中具有重要意义。

通过本研究，团队不仅揭示了周期性阶梯的成因，还进一步探讨了其在不同沉积环境中的演化模式。例如，周期性阶梯的波峰方向与现代海底等深线和地形走向一致，表明其形成与浊流的流动方向密切相关。此外，周期性阶梯的波谷区域被半深海沉积物和浊流沉积物填充，说明在沉积作用减弱后，这些区域逐渐被新的沉积物覆盖。这一过程与台地的沉没和区域构造沉降密切相关，进一步支持了研究中提出的沉积模型。

总之，本研究通过对西沙碳酸盐台地西北坡中中新世地层中波浪状反射的详细分析，揭示了其作为周期性阶梯的成因，并为理解深水沉积系统的三维结构和演化过程提供了新的视角。研究结果不仅有助于古地理和古环境的重建，也为未来的深水资源勘探提供了重要的理论支持。同时，本研究也强调了多学科方法在沉积学研究中的重要性，展示了地质数据与地球物理数据结合分析的价值。