轨道驱动与海平面变化对亚马逊扇长期沉积作用的控制机制

本研究针对新近纪以来亚马逊扇沉积模式的控制因素尚不明确的问题，通过建立4800米沉积记录的天文年代模型，揭示了轨道周期性和全球平均海平面（GMSL）变化对沉积过程的关键控制。研究发现晚中新世低沉积速率（~5–13 cm/kyr）与西部亚马逊巨型湿地系统的沉积截留作用相关，而上新世早期沉积速率的显著增加（~50 cm/kyr）则反映了屏障系统的崩塌。研究还捕捉到中更新世转型期（~1.3 Ma）从斜率主导到偏心率主导的冰期-间冰期周期转变。这些发现为理解亚马逊河演化与安第斯构造和气候变化的联系提供了新框架，对深时气候-构造相互作用研究具有重要意义。

　　

在地球科学领域，亚马逊扇作为全球最大的深海扇系统之一，保存了亚马逊盆地长期气候和构造演化的关键记录。然而，新近纪以来控制该区域沉积模式的主导因素一直存在争议。究竟是全球海平面变化、轨道尺度的气候周期性，还是区域构造活动扮演了更关键的角色？这个问题的答案对于重建南美洲北部新近纪以来的地球动力学和气候演化至关重要。

为了解答这一科学问题，由法国布雷斯特大学Geo-Ocean实验室Gabriel R. Moizinho和Thiago P. Santos领衔的研究团队，对亚马逊扇上部的BP-3钻井进行了系统的沉积学分析。他们通过对4800米沉积序列的高分辨率研究，建立了跨越过去约2400万年的天文年代模型，揭示了轨道力和海平面变化对沉积过程的联合控制机制。这项重要研究成果发表在《Global and Planetary Change》期刊上。

研究人员主要采用了多种先进的地球物理和地质年代学技术方法。他们首先获取了BP-3钻井的伽马射线（GR）测井数据，该数据具有15-20厘米的垂直分辨率，能够有效区分粘土质/有机质沉积物和粗粒碳酸盐/砂岩组分。通过多锥谱分析（MTM）方法，研究人员识别出沉积记录中保存的米兰科维奇旋回信号。基于生物地层学提供的先验年龄约束，研究团队采用最小调谐方法，将滤波后的沉积旋回与Laskar等人的天文解决方案进行对齐，分别针对不同层段使用405-kyr长偏心率周期和~95-kyr短偏心率周期作为调谐目标。对于上新世-更新世层段，还应用了集成预测误差滤波分析（INPEFA）和贝叶斯推断高斯过程回归（BIGMACS）方法，将沉积记录与LR04底栖有孔虫δ¹⁸O参考栈进行概率对比，显著提高了年代模型的精度。

研究结果揭示了亚马逊扇沉积历史的多阶段性特征。在5.1. 轨道节律与全球平均海平面在亚马逊扇中的表现部分，研究发现GR数据与GMSL记录之间存在显著的一致性。小波变换分析显示，亚马逊扇沉积保存了完整的米兰科维奇频率谱，包括21-kyr岁差、41-kyr斜率、~100-kyr和405-kyr偏心率周期，以及~1.2-Myr和~2.4-Myr的振幅调制周期。特别值得注意的是，在Plio-Pleistocene期间，GR数据中清晰保留了405-kyr周期，而GMSL记录中该周期表现较弱，这可能反映了轨道力通过调节热带水文气候对沉积过程的直接影响。

在5.2. 轨道驱动在亚马逊扇沉积速率中的印记部分，新建立的天文年代模型使研究人员能够重新评估新近纪沉积速率。研究发现，在上新世早期（5.1–4.8 ± 1.78 Ma）出现了沉积速率的显著增加，达到~50 cm/kyr，这一现象与区域构造事件密切相关。尽管安第斯造山运动从中新世中期就开始增强区域降水和侵蚀速率，但直到上新世早期，沉积物才大量输送到大西洋，这表明西部亚马逊的巨型湿地系统（如Pebas系统）在此前发挥了有效的沉积物截留作用。

5.3. 第四纪冰期与中更新世转型部分的研究结果显示，BP-3钻井上部约3000米段的GR数据呈现出向高频变率的转变。INPEFA分析成功识别了与GMSL和气候变化相关的沉积体制转变，谱分析显示中更新世转型期（~1.3-1.2 Ma）存在从斜率主导到偏心率主导的冰期-间冰期变率的明显转变。通过BIGMACS软件将中短期INPEFA与LR04底栖δ¹⁸O记录进行概率对比，发现几乎所有的海洋同位素阶段（MIS）在2.5-0.5 Ma期间都能被识别，表明该层段构成了一个基本完整的地层序列。

研究结论强调，轨道驱动、海平面变化和区域地球动力学事件共同控制了亚马逊扇的沉积作用。新建立的天文年代模型揭示了沉积旋回与GMSL之间的密切联系，晚中新世低沉积速率与西部亚马逊巨型湿地系统的沉积截留作用相关，而上新世早期沉积速率的显著增加则反映了屏障系统的崩塌和跨大陆排水系统的最终建立。研究还捕捉到中更新世转型期从斜率主导到偏心率主导的冰期-间冰期周期转变，表明北半球冰川作用已成为扇体沉积结构的主要控制因素。

这项研究的重要意义在于提供了第一个将亚马逊扇沉积与过去~2400万年GMSL进行明确对比的框架，为理解新近纪亚马逊河演化与安第斯构造和气候变化的联系奠定了坚实基础。研究发现表明，亚马逊扇对轨道尺度的气候变率和全球冰量变化具有高度敏感性，使其成为研究深时气候-构造相互作用的理想档案。BP-3钻井上部~3000米段基本完整的地层序列，也使其成为未来研究Plio-Pleistocene期间亚马逊河流系统演化的关键目标。这些认识不仅对重建亚马逊盆地的古环境演化具有重要意义，也为理解全球碳循环和气候系统的长期演化提供了新的视角。