珠江口盆地沉積物地球化學(xué)特征及其成因

1999年南海勘探計(jì)劃（odp）184航線的結(jié)果表明，在南海地區(qū)，32、23、9和16個(gè)階段有明顯的沉積層析成像。這些圓圈是南海進(jìn)化過(guò)程中一些構(gòu)造活動(dòng)留下的印記。然而，在長(zhǎng)期的研究結(jié)果表明，在距離odp11048站附近的珠江口盆地，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)沉淀規(guī)律和時(shí)間定標(biāo)。這些累積規(guī)律只反映了局部現(xiàn)象，而在珠江口盆地的研究中，這些規(guī)律的存在對(duì)正確理解海洋結(jié)構(gòu)的發(fā)展和地層的劃分具有重要意義。作者從地質(zhì)學(xué)的角度探討了這一問(wèn)題，結(jié)合沉積物元素的地球化學(xué)特性，對(duì)珠江口盆地和odp11048站的沉積物來(lái)源進(jìn)行了相應(yīng)的研究，并對(duì)盆地結(jié)構(gòu)的形成進(jìn)行了探討。1沉積相和沉積相眾所周知,常量元素能反映沉積的來(lái)源和源區(qū)母巖的風(fēng)化程度,微量元素和稀土元素(REE)由于性質(zhì)穩(wěn)定,相對(duì)較少受到沉積作用的改造,在沉積盆地研究中能更好地用來(lái)分析母巖的變遷演化,通過(guò)對(duì)珠江口盆地P33井的主量、微量及稀土元素進(jìn)行分析,揭示構(gòu)造沉積界線,同時(shí),和ODP1148站進(jìn)行對(duì)比探討沉積物源變遷特點(diǎn).分析采用珠江口盆地P33井和H9-2井130個(gè)的樣品,ODP1148站147個(gè)樣品.所有樣品首先壓碎至200目,然后在高溫爐中保持650℃恒溫2h以剔除有機(jī)質(zhì)及沉積物內(nèi)粘土礦物中的層間水,HF+HNO3混合酸進(jìn)行分解.樣品中10種主量元素采用電感耦合等離子光譜儀(IRISADVANTAGEICP-AES),微量元素采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(VGX7ICP-MS),共測(cè)試了46種微量元素的含量.樣品處理過(guò)程中,每30個(gè)樣品加一個(gè)空白樣、一個(gè)重復(fù)樣和兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣,最后樣品測(cè)試結(jié)果都根據(jù)標(biāo)樣數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,精度由空白樣及重復(fù)樣控制,分析工作在同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.2中—盆地構(gòu)造特征及演化過(guò)程南海是西太平洋地區(qū)一個(gè)最大的邊緣海盆地.珠江口盆地位于南海北部,盆地的基底是華南板塊在南海延伸的部分.盆地呈北東向展布,由北向南可劃分出三個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元:北部坳陷帶(由珠I、珠III坳陷組成)、中央隆起帶(由東沙隆起、番禺低隆起和神狐暗沙隆起組成)和南部坳陷帶(由珠II和潮汕坳陷組成),見(jiàn)圖1.大量研究工作表明,盆地的發(fā)展與南海演化密切相關(guān).盆地演化在中—新生代經(jīng)歷了裂前、裂谷、沉降和斷塊升降四個(gè)階段,主要經(jīng)歷5次構(gòu)造運(yùn)動(dòng):(1)裂前階段(早白堊世),燕山期太平洋板塊向西北方向俯沖,使南海產(chǎn)生第一次擴(kuò)張,形成原始南海.廣東沿海及大陸架一直處于隆起狀態(tài).(2)裂谷階段(晚白堊世至漸新世初),晚白堊世到早古新世發(fā)生神狐運(yùn)動(dòng)使得珠江口盆地北部斷陷開(kāi)始形成;早中始新世的珠瓊運(yùn)動(dòng)一幕使盆地形成分隔的南北斷陷;中晚始新世發(fā)生的珠瓊二幕,在珠二凹陷和番禺低隆起上形成近東西向斷陷.此期間盆地發(fā)育了神狐組、文昌組和恩平組.(3)沉降階段(晚漸新世至早中新世),裂谷盆地轉(zhuǎn)入斷拗盆地,沉積了包括珠海組及珠江組在內(nèi)的沉積,與下伏地層以不整合為界.ODP1148站沉積記錄顯示,南海在28.5,25,23.9Ma有幾次較大規(guī)模的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),造成深海沉積物的礦物成分及地球化學(xué)成分發(fā)生了跳躍突變,其中28.5Ma是南海西北海盆停止擴(kuò)張而南海擴(kuò)張軸僅在中央海盆發(fā)生分裂,到25Ma南海擴(kuò)張軸發(fā)生跳躍,南海西南海盆打開(kāi),到23.9Ma南海出現(xiàn)大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng),不但造成沉積物成分發(fā)生巨大變化,而且有較大規(guī)模的滑塌層出現(xiàn).(4)斷塊升降階段(中中新世至第四紀(jì))盆地進(jìn)入坳陷期,出現(xiàn)大規(guī)模的海侵活動(dòng),發(fā)育了韓江組、粵海組和萬(wàn)山組海相地層.3分析浪費(fèi)3.1水景環(huán)境元素含量變化圖2和圖3分別顯示了珠江口盆地P33井沉積物元素變化特征,表明所有元素在32,23.9,16Ma處均存在成分上的突變,界線十分明顯.常量元素分析結(jié)果顯示,反映陸源碎屑供給的Al2O3的含量從老到新基本穩(wěn)定,僅在恩平組含量略高,表明當(dāng)時(shí)大量陸源物質(zhì)供給.反映環(huán)境變化靈敏的氧化鉀K2O,CaO以及Fe2O3呈現(xiàn)明顯的變化,反映陸源母巖區(qū)風(fēng)化程度的K2O和Fe2O3呈現(xiàn)相反變化趨勢(shì):K2O隨著地層時(shí)代由老到新含量逐步減少,而Fe2O3含量則逐步增加,指示源區(qū)風(fēng)化程度逐步加深.值得注意的是CaO含量從恩平組到韓江組早期變化不甚明顯,含量基本保持穩(wěn)定,但從2000m以上質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增高,平均達(dá)到20%左右,如此高的含量變化指示了沉積物中海相生源大量增加而造成沉積巖中CaCO3含量的增高.微量元素與稀土元素一樣,抗風(fēng)化能力較強(qiáng),特別是一些元素的質(zhì)量比基本不受風(fēng)化的影響,如圖3所示,P33井微量及稀土元素含量和質(zhì)量比變化反映了母源區(qū)成分上的變化,是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成源區(qū)成分發(fā)生改變的直接證據(jù).3.2巖相古地理與巖石風(fēng)化化學(xué)蝕變指數(shù)由Nesbitt和Young創(chuàng)建于1982年,用以判斷源區(qū)化學(xué)風(fēng)化程度,它的表達(dá)式通常表示為:化學(xué)蝕變指數(shù)={x(Al2O3)/[x(Al2O3)+x(CaO)+x(Na2O)+x(K2O)]}×100%,主成分x指摩爾分?jǐn)?shù),化學(xué)蝕變指數(shù)越大,說(shuō)明母巖化學(xué)風(fēng)化程度越高.圖4顯示,化學(xué)蝕變指數(shù)在32,23.9,16Ma時(shí)期存在物理風(fēng)化突然增強(qiáng),化學(xué)風(fēng)化減弱的突變事件,這種表現(xiàn)正是該時(shí)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)存在的根據(jù),構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成母巖區(qū)在短時(shí)期內(nèi)強(qiáng)烈快速的剝蝕,引起沉積物化學(xué)蝕變指數(shù)突然降低,劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)后,母巖區(qū)化學(xué)風(fēng)化重新加強(qiáng),化學(xué)蝕變指數(shù)明顯上升.漸新世以來(lái),巖石風(fēng)化指數(shù)總體呈逐步下降的趨勢(shì),這與同時(shí)期全球氣候變化相呼應(yīng),但2000m以上地層中巖石CaCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯偏高,平均達(dá)到20%左右,所以造成化學(xué)蝕變指數(shù)快速下降的原因可能是由于該時(shí)期海水深度增大,海洋生物繁盛,生源物質(zhì)大量增加所致,故該時(shí)段化學(xué)蝕變指數(shù)不能代表同期母巖風(fēng)化程度.需要指明的是,在P33井所有元素分析中,深度2000m左右同樣存在一個(gè)成分上的突變,反映一次沉積—構(gòu)造事件的存在,該界線對(duì)應(yīng)于13.8Ma左右,但在ODP1148站沉積中,該界線并不明顯,故在此未進(jìn)行討論.4相關(guān)系數(shù)的計(jì)算典型相關(guān)性分析是研究?jī)山M指標(biāo)(變量)間一種多變量統(tǒng)計(jì)分析方法,主要目的是研究變量之間關(guān)系的密切程度,以及根據(jù)樣本的資料推斷總體是否相關(guān).反映變量之間關(guān)系緊密程度的指標(biāo)主要是相關(guān)系數(shù)r,當(dāng)相關(guān)系數(shù)數(shù)值愈接近-1或+1之間時(shí),說(shuō)明關(guān)系愈緊密,但當(dāng)數(shù)值為零時(shí),說(shuō)明關(guān)系不緊密.相關(guān)系數(shù)常常是根據(jù)樣本的資料計(jì)算的,確定總體兩個(gè)變量是否相關(guān)與樣本的大小有一定的關(guān)系,樣本太小時(shí)可能出現(xiàn)較大誤差,因此相關(guān)分析中一個(gè)重要任務(wù)是根據(jù)樣本相關(guān)系數(shù)來(lái)推斷總體的相關(guān)情況.在所做相關(guān)性分析中,可以看出ODP1148站與P33井沉積物有極好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)大部分介于+1和-1之間(圖5a),可以認(rèn)為,1148站與P33井沉積物源區(qū)存在一定的關(guān)聯(lián),是源自同一物源區(qū),僅存在沉積物隨搬運(yùn)距離不同而顯示出的沉積分異差別.H9-2井與P33井相關(guān)性一般(圖5b),與1148站相關(guān)性更差(圖5c),顯示H9-2井應(yīng)該還有除了古珠江沉積物之外的其他來(lái)源.5odp1149站沉積與南海地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境研究表明,珠江口盆地與南海北部地區(qū)在32,23.9,16Ma均存在明顯的沉積物成分突變現(xiàn)象,是南海構(gòu)造活動(dòng)的直接反映.同時(shí)顯示,珠江口盆地,特別是白云凹陷與ODP1148站在沉積物源上關(guān)系密切,表明它們來(lái)自同一物源區(qū),ODP1148站沉積物堆積是白云凹陷沉積物充填向前的延伸部分.前人研究表明,ODP1148站沉積物堆積速率經(jīng)歷了漸新世高,中新世低及之后又增高的特點(diǎn),與南海北部構(gòu)造演化密不可分,晚漸新世早期,珠江口盆地處于裂谷階段,南海擴(kuò)張較為緩慢,