基于矿物与生物成因碳酸钙组成估算喜界岛晚更新世至全新世浊积岩物源区

本研究针对浊积岩物源区定位难题，通过分析喜界岛周边海洋岩芯与表层沉积物的矿物组成、粒度分布及微体化石组合，建立碳酸钙矿物比例与水深回归方程，结合X射线衍射（XRD）与主成分分析（PCA），首次精确约束浊积岩源区水深与地质背景，揭示14.7–9.7 ka间珊瑚礁淹没导致的不稳定钙质砂层触发浊流，为古地震重建与油气储层评价提供新方法。

　　

在深邃的海洋底部，浊流如同水下雪崩般裹挟着沉积物奔涌而下，形成的浊积岩（turbidite）如同地质“黑匣子”，记录着古地理变迁、地震活动和油气储层的关键信息。然而，如何精准追溯这些浊积岩的“出生地”——物源区，一直是困扰地质学家的难题。特别是在岛弧区域，火山灰与浊积岩的薄砂层极易混淆，而物源区定位的模糊性更会直接影响古地震重建的可靠性。日本南海海槽的喜界岛（Kikai Island）作为琉球弧中段快速隆起的“地质实验室”，其全新世四级海阶地暗示着复杂的地震-海平面交互作用，但该区域的古地震历史仍因缺乏独立地质证据而存疑。

为破解这一难题，东京大学等机构的研究团队利用“白凤丸”KH-22-3航次获取的弧前斜坡岩芯（AF1-AF4）与表层沉积物，通过多学科交叉方法开展研究。论文发表于《Marine Geology》，首次建立碳酸钙矿物-水深定量模型，结合沉积学与统计学分析，揭示了晚更新世至全新世浊积岩的触发机制与物源约束框架。

关键技术方法包括：1）X射线衍射（XRD）定量分析碳酸钙矿物（文石aragonite、镁方解石magnesium calcite与方解石calcite）比例；2）底栖/浮游有孔虫比率（Benthic/Planktonic foraminiferal ratio）估算古水深；3）主成分分析（PCA）整合矿物组成与粒度数据；4）岩芯CT扫描识别浊积层（Type C）的纹层与正粒序结构；5）火山玻璃成分对比排除火山灰干扰。

地质背景
研究区位于菲律宾海板块以98 mm/year速率俯冲的琉球海沟，喜界岛处于火山前缘与弧前斜坡过渡带，其快速隆起与珊瑚礁阶地形成可能关联地震活动。岩芯采样于半封闭深海盆地（AF1、AF3）与阶地（AF2、AF4），背景沉积为生物扰动的钙质纳米软泥。

沉积岩相学
识别出两类砂层：1）Type C浊积层（钙质砂，具纹层与正粒序），区别于火山灰层（贫火山玻璃）；2）14.7–9.7 ka的浊积层集中出现期，与海平面快速上升导致的珊瑚礁淹没事件同步，暗示钙质砂层失稳触发浊流。

矿物-水深模型
XRD显示文石与镁方解石比例随水深增加而降低，反映有孔虫与翼足类栖息深度差异。建立的回归方程预测浊积岩源区水深与有孔虫比率结果一致，验证了矿物指标的可靠性。PCA进一步将物源区约束至特定地质单元。

讨论与结论
该研究创新性提出浊积岩物源区“三重验证法”（矿物组成-古水深-粒度PCA），证实喜界岛周边浊积岩源自浅水钙质砂层，其14.7–9.7 ka的集中沉积与冰消期海平面骤升导致的珊瑚礁生态系统崩溃直接相关。这一发现不仅为琉球海沟古地震研究提供了独立于阶地学的证据，更建立的矿物-水深定量模型为全球浊积岩物源分析提供了普适性框架。未来可结合强震模拟与斜坡稳定性分析，进一步揭示浊流触发机制与地震动强度的关联性。