晚更新世以来南黄海中部构造变形:来自浅地层剖面的新证据

Tectonic deformation of the central South Yellow Sea since late Pleistocene: New evidence from sub-bottom profile

摘要

构造变形是晚更新世以来南黄海层序地层演变不可忽视的控制因素,对这一因素的识别及其对层序发育与保存的影响过程鲜有报道。本文通过对南黄海中部6 011 km高分辨率浅地层剖面的地质解译,揭示了晚更新世以来地层中的构造变形及其对层序演变的制约。结果表明:南黄海中部晚更新世以来不同时期的地层中存在古浙闽隆起的构造沉降、褶皱变形、活动断层等构造变形的痕迹。MIS5期早期,古浙闽隆起仍处于构造沉降阶段,其较高的古地形限制了海水侵入南黄海中部地区,导致这一时期研究区地层中与全球高海面不相匹配的沉积记录。至MIS3期中期,古浙闽隆起趋于稳定,研究区逐渐演变为开放的陆架环境,这一时期研究区中北部基底断裂活化向上延伸,引起褶皱变形,并伴随一定规模的活动断层,造成MIS5期地层最大变形厚度超过33 m,MIS3期早期地层中也记录了近4 m的变形痕迹,MIS3期研究区有限的可容纳空间、较强的海洋影响和高沉积物供给促进了地层的广泛发育。MIS3期晚期至MIS2期,研究区地层的发育明显受到前期构造变形引起的古地形影响。全新世以来,研究区构造变形的影响不明显,地层发育主要受控于海平面变化。研究成果对于深入理解南黄海的整体演化史和河流入海沉积物扩散体系的源-汇过程,丰富不同类型边缘海层序模式等具有重要的科学意义。

Abstract

Tectonic deformation has been a critical controlling factor for sequence stratigraphic evolution in the central South Yellow Sea (SYS) since the late Pleistocene. Despite its significance, few reports have focused on identifying this factor and its influence on sequence development and preservation. In this study, based on the interpretation of 6,011 km of high-resolution sub-bottom profiles from the central SYS, tectonic deformations within the strata since the late Pleistocene and their constraints on sequence evolution have been revealed. The results indicate that traces of tectonic deformation, such as tectonic subsidence of the ancient Zhe-Min Uplift (ZMU), active faults, and folding exist in strata of different periods since the late Pleistocene. During the early stage of Marine Isotope Stage (MIS) 5, although the ancient ZMU was still undergoing tectonic subsidence, its high paleotopography obstructed seawater flowing into the central SYS, resulting in sedimentary records in the study area that did not match the contemporaneous global high sea level. By the middle stage of MIS 3, the ancient ZMU had stabilized, and the study area gradually evolved into an open shelf environment. During this period, basement faults in the middle and northern parts of the study area were reactivated and propagated upward, causing folding deformation accompanied by active faulting. This resulted in a maximum deformation thickness exceeding 33 m in MIS 5 strata and deformation traces of nearly 4 m in early MIS 3 strata. The combination of limited accommodation space, strong marine influence, and high sediment supply led to the extensive development of strata in the central SYS during MIS 3. From late MIS 3 to MIS 2, stratigraphic development was significantly influenced by the paleotopography inherited from previous tectonic deformation. Since the Holocene, no obvious tectonic deformation has occurred in the study area, and stratigraphic evolution has been primarily controlled by sea-level changes. These findings provide important insights into the entire evolution history of the SYS and the source-to-sink processes of its sediment dispersal system, while also enriching sequence stratigraphic models for different types of marginal seas.

Graphical abstract

关键词

南黄海中部 / 晚更新世以来 / 构造变形 / 古浙闽隆起 / 浅地层剖面

Key words

the central South Yellow Sea / since late Pleistocene / tectonic deformation / the ancient Zhe-Min Uplift / sub-bottom profile

0 引言

晚第四纪以来,全球边缘海区清晰地记录了米兰科维奇旋回的层序序列^[1],这些层序不但是不同时间尺度海平面旋回耦合的结果,同时也受构造、海洋过程、沉积物供应等多种因素的影响,往往不同海区甚至同一海区的不同区域存在明显的差异性^[2-8]。构造因素,传统上认为表现在百万年较长时间尺度上控制层序的形成演化^[9],但越来越多的研究表明,构造这一因素可在晚第四纪以来的时间尺度上控制边缘海层序地层的叠置模式和沉积中心的分布^[7,10-14],导致不同空间位置地层发育对海平面变化响应的差异性。

南黄海至晚第四纪才出现与海平面变化相对应的大规模海侵^[5,15],这与位于南黄海与东海之间的浙闽隆起的构造活动密切相关(图1a^[5,16])。浙闽隆起作为西太平洋海水进入我国东部边缘海特别是南黄海与东海之间的屏障^[17],被认为第四纪早中期开始沉降^[5,18],416 ka大规模沉降^[19],12.6 ka沉降停止^[6],或至MIS3期趋于稳定^[14],这直接导致浙闽隆起两侧可容纳空间的变化,从而造成东海与南黄海晚第四纪以来层序的发育、时空分布和保存状况差异性。MIS5期以来东海宁德湾地区与浙闽隆起沉降密切相关的构造变形,导致这一地区MIS5期地层中有限的海洋记录及与全球高海面响应的差异性^[14],目前针对南黄海晚第四纪尤其晚更新世以来层序发育的构造控制已取得初步认识^[5,20],但未涉及系统性研究,对晚更新世以来南黄海构造变形的横向与纵向变化特征尚不清楚。

本文通过南黄海中部采集的高分辨率浅地层剖面的地质解释(图1b^[21]),结合钻孔相关资料的对比研究,准确识别不同时期层序地层中的构造变形信息,揭示晚更新世以来构造变形性过程及其对层序发育与保存的制约。研究成果对于深入理解南黄海的整体演化史和河流入海沉积物扩散体系的源-汇过程,丰富不同类型边缘海层序模式等具有重要的科学意义。

1 地质概况

南黄海是一个位于中国大陆与朝鲜半岛之间的半封闭陆架浅海,平均水深约46 m,海底地形西缓东陡,水深由两侧向中央黄海槽逐渐变深^[22]。研究区构造上归属于下扬子地块的东部地区,主体为南黄海盆地,自北向南横跨南黄海北部坳陷、中部隆起、南部坳陷与勿南沙隆起4个二级构造单元(图1a^[5,16])。南黄海盆地是古、中、新生界叠置形成的叠合盆地,新近纪以来持续沉降^[23-24],新近系与第四系的沉积厚度可达500~2 000 m^[5,25]。浙闽隆起曾隆起于研究区南部,介于南黄海与东海之间,从中国东南沿海延伸至朝鲜半岛南部,是由中生代大规模火山喷发形成的^[17-18,26],浙闽隆起的沉降很大程度上控制着西太平洋海水向南黄海的入侵、黄海物质向东海陆架及冲绳海槽的输运,其沉降趋于稳定的时间目前可追溯至MIS5期^[6]甚至MIS3期^[14],因此,构造变形是南黄海地区晚更新世以来地层形成与保存不可忽视的重要因素。南黄海地区晚更新世以来,是在构造变形^[5-6,20-21]与海平面3次大幅度升降变化的双重背景下^[20,27],控制了黄河、长江及朝鲜半岛河流等入海的陆源碎屑物质沉积在南黄海^[28-35],形成了这一地质时期海陆交互的特征沉积地层^[5,21]。

晚第四纪以来,研究区活动断层相对发育,北部主要发育NEE-EW向活动断层,南部以NE向活动断层为主^[16],最新浅地层剖面也显示断裂可延伸至晚更新世以来的地层中^[21]。这些断裂是地震活动的主要危险源,导致研究区地震的多发,据国家地震数据共享中心记录,研究区1970年以来3.0级以上的地震28次,其中5级以上5次,这些地震大多发生在研究区北部,表明北部目前是地震活动密集与强烈的地区。

2 材料与方法

2.1 浅地层剖面资料的采集与解释

本文用于地震解释和对比的资料是中国地质调查局青岛海洋地质研究所于2016年7月~8月,在南黄海中部获取的6 011 km高分辨率浅地层剖面(图1b^[21]),资料采集使用英国SBP(Sub-bottom Profiler)/AAE(Applied Acoustics Engineering)浅地层剖面测量系统,震源类型为电火花,激发能量为500 J,激发间隔为800 ms,浅地层剖面穿透深度超过海底以下70 m,分辨率优于0.5 m。导航采用美国NAV3050星站差分全球定位系统(global positioning system,GPS),定位精度优于1 m。根据地震地层学原理^[36],基于浅地层剖面声学反射的反射结构、几何外形、反射连续性、振幅强弱、叠置方式等,识别出南黄海中部主要声学反射界面,这些全区闭合的界面将研究区划分出不同的声学地层单元。本文在对声学反射界面埋深或声学地层单元厚度计算时,时深转换统一采用的声学平均速度为1 600 m/s。浅地层剖面中构造变形的识别主要依据地震反射同相轴或波组的扰动或错动,构造变形的最新活动年代主要依据所在声学地层的先后关系及地层的形成年代来确定。

2.2 沉积地层与年代地层的标定

针对晚第四纪以来南黄海层序地层的研究,目前已经发表了大量的钻孔数据^{[5,20-21,32,34,37]}。本文重点选取位于研究区内本文作者已公开发表的SYS-1孔(123°1.3875'E,34°3.5628'N,水深为71.70 m,岩心长度为200.00 m)^[21],该孔0~62.76 m段的岩心记录了晚更新世(MIS5期)以来的沉积。通过钻孔沉积地层与贯穿钻孔浅地层剖面声学地层的综合对比,揭示研究区地层特征与年代学框架。SYS-1孔前期进行了微体古生物鉴定及年代学测定,微体古生物鉴定采用约40 cm的采样间隔,在山东理工大学完成,考虑AMS¹⁴C测年在约40 ka范围内的准确性及光释光测年(optically stimulated luminescence, OSL)MIS5期以来的有效性,年代标定采用AMS¹⁴C与OSL相结合的方法,AMS¹⁴C测年基于混合底栖有孔虫与泥炭层植物碎屑样品于美国Beta Analytic实验室完成,OSL年代测试选取沉积物样品在中国科学院青海盐湖研究所盐湖化学分析测试中心完成。

3 结果

3.1 南黄海中部声学地层

南黄海中部浅地层剖面自下而上共识别出7个主要的声学反射界面(R5、R4、R3、R2、R1、R1m和R0)(图2~6),其中R0为海底面,研究区东南部由于二次反射的影响,R5与R4界面未能连续追踪。研究区识别出的声学反射界面主要分为两类:一类是由于海平面下降引起的强震幅削截界面R4与R2,多呈“U”型截切下伏地层,波动大,存在区域不连续性,主要与低海面时期陆架暴露或河流下切侵蚀作用密切相关,对应层序界面;另一类是具有下超终止特征的中强振幅界面R5、R3、R1和R1m,波动较小,区域上可连续追踪,对应层序内的海进侵蚀面或最大海泛面。

上述7个声学反射界面将研究区声学地层自下而上划分为6个声学地震单元(U5、U4、U3、U2、U1-2和U1-1)(图2~6)。这些声学地震单元差异性与规律性明显,根据反射特征,主要分为两种类型:连续层状反射相和低连续性填充相,分别对应海相与陆相沉积,连续层状反射相连续性好,振幅较弱或中等,内部呈平行-亚平行或前积的层状反射结构,表现为加积或前积叠置方式,连续层状反射相主要对应U5、U3、U1-2和U1-1声学地层单元。低连续性填充相连续性差,厚度变化大,下部大多表现为弱振幅、杂乱的内部反射结构,上部呈现中强振幅、弱水平成层的反射特征,主要包括U4与U2声学地层单元。

本文在对各地层单元的分布特征分析时,重点关注海相沉积地层的厚度与埋深(图7)。声学地层单元U5的底界面为海进侵蚀面R5,变化范围较大,变化幅度可达57 m,R5界面埋深最浅处位于研究区东南部,低于现今海平面101 m,最深处位于研究区西北部,低于现今海平面158 m,总体呈现自东南至西北逐渐变深的趋势。声学地层单元U5受低海面时期层序面R4侵蚀作用,厚度变化较大,西北部最大厚度可达26 m,总体表现为自西北至东南逐渐减薄的趋势。此外,研究区西南部也存在一厚度中心,最大厚度可达15 m,向东北部逐渐减薄直至尖灭。声学地层单元U3的底界面R3变化幅度约30 m,明显小于界面R5,但两界面的总体分布特征基本一致,均表现为自东南至西北逐渐倾斜,R3埋深在研究区东南部位于现今海平面以下88 m,至西北部逐渐变深至现今海平面以下119 m。声学地层单元U3与U5相比厚度更大,最大厚度位于研究区西南部约40 m,向东变薄,研究区西北部U3最大厚度超过24 m,向东南减薄直至尖灭。声学地层单元U1-2与U1-1的底界面R1与R1m,分别对应海进侵蚀面与最大海泛面,虽然界面埋深存在差异性,但两界面变化趋势相类似,均表现为自西南至东北逐渐变深的特征,与现今海底地形变化趋势基本一致。

3.2 年代框架与层序地层

通过南黄海中部SYS-1孔0~62.76 m段岩心的年代学与沉积学数据的分析,基本建立了研究区的年代地层格架,SYS-1孔沉积地层与过孔浅地层剖面声学地层的对比显示,钻孔的沉积界面与基于研究区浅地层剖面划定的声学反射界面具有良好的对应关系(图8^[21,38]),以此识别出晚更新世以来研究区不同海平面变化过程的层序序列^[21]。

U5声学地层单元对应SYS-1孔D5沉积单元(62.76~53.80 m段),其中钻孔57.30~55.30 m段3个OSL年龄结果为(124.0±12.0)~(104.0±11.0)ka,对应MIS5期早中期。SYS-1孔D5沉积单元岩性主要为深灰色黏土或粉砂质黏土,夹粉砂质透镜体或薄层,交错层理发育,含贝壳碎片。钻孔这一层段的底栖有孔虫优势种以浅海类、冷水团属种及滨岸广盐类浅水种为主^[21],总体显示了U5地层单元为形成于MIS5期早中期滨浅海相沉积。

U4声学地层单元对应SYS-1孔D4沉积单元(53.80~34.73 m段),钻孔该段地层未能获取测年数据,SYS-1孔该段沉积地层岩性自下而上主要为黄褐色、灰褐色中砂-细砂-粉砂-粉砂质黏土,下部粒度较粗,岩性相对均一,向上粒度逐渐细化,交错层理发育,顶部为一厚度约1 cm的泥炭层^[21]。钻孔D4沉积单元基本未发现微体古生物化石,零星出现的不具有代表意义,根据岩性及微体古生物的变化,结合上下地层,确定了U4地层单元对应MIS4期低海面及海平面上升过程中的河流相与充填相沉积。

U3声学地层单元对应SYS-1孔D3沉积单元(34.73~4.40 m段),其中钻孔22.72~4.40 m段5个AMS¹⁴C测年结果介于41 340±490~33 780±210 a,18.20 m与28.04 m位置的OSL年龄分别为25.9±6.9 ka与68.6±9.5 ka,钻孔D3沉积单元对应MIS3期早中期。SYS-1孔该段沉积地层岩性为深灰色、灰褐色粉砂质黏土,中下部见大量贝壳碎片,夹粉砂透镜体,上部炭质斑点较多,夹粉砂薄层。D3沉积单元底栖有孔虫丰度为全孔最高,且总体呈现自下而上逐渐减少的变化特征,优势种以浅海类属种为主^[16],总体显示U3为MIS3期早中期的滨浅海相沉积。

U2声学地层单元对应SYS-1孔D2沉积单元(4.40~2.98 m段),钻孔该段地层无测年数据。SYS-1孔该段沉积地层岩性为黄褐色粉砂质黏土,粒度自下而上逐渐变细。D2沉积单元下部底栖有孔虫零星出现,至上部出现少量滨岸广盐类浅水种^[21],总体表明U2为MIS2期低海面及海平面上升过程中的河流相与充填相沉积。

U1声学地层单元(包含U1-1与U1-2)对应SYS-1孔D1沉积单元(2.98~0 m段),表层10~12 cm处的AMS¹⁴C年龄为(4 990±30)a,显示D1沉积单元对应全新世。SYS-1孔该段沉积地层岩性较为均一,下部为灰褐色粉砂质黏土,至上部为深灰色黏土。该层段底栖有孔虫优势种以浅海类属种与滨岸广盐类浅水种为主^[21],显示U1形成于全新世海平面上升以来的滨海-浅海相沉积。

总体来说,层序界面R4与R2分别形成于MIS4期与MIS2期两个最近的低海面时期,地层单元U5属于层序界面R4之下的层序,对应MIS5期海平面变化过程中的海侵体系域-高水位体系域-海退体系域的沉积,各体系域之间的界面受浅地层剖面分辨率的限制未能识别。U4—U3代表一个完整的海平面变化旋回的层序,其中U4对应MIS4期低水位体系域的沉积,U3对应MIS3期海平面波动过程中的海侵体系域-高水位体系域-海退体系域的沉积。U2—U1-2—U1-1代表一个海平面由低到高的不完整旋回的层序,其中U2对应MIS2期低水位体系域的沉积,U1-2与U1-1分别对应全新世以来海平面升高过程中的海侵体系域与高海面以来的高水位体系域的沉积。

3.3 南黄海中部MIS5以来的活动变形特征

南黄海中部晚更新世以来的地层中发育明显的构造变形,主要包括褶皱与活动断层。研究区的褶皱以背斜为主,浅地层剖面上表现为与地层褶皱变形基本一致的地震反射,海相地层褶皱变形特征显著,陆相沉积由于低海面时期古河道的下切侵蚀作用,地层多呈现杂乱的内部反射结构,受浅地层剖面分辨率的限制,褶皱变形特征不明显,仅局部弱水平成层的地层中得以识别,因此,本文重点对海相地层中的褶皱变形进行识别与圈定。研究区晚更新世以来褶皱变形造成地层构造形态的起伏变化,局部因塑性流变而产生地层厚度变化,自下而上变形幅度逐渐减小(图2~6),其中MIS5期变形幅度最大,局部超过33 m,至MIS3期变形幅度普遍小于4 m。南黄海中部晚更新世以来的褶皱变形主要分布在研究区中北部,其中MIS5期主要分布在34°10'N以北的区域,主要存在5个褶皱变形中心,基本沿NW向展布,其中西部两个变形中心的变形幅度均超过15 m,中东部3个变形中心的变形幅度普遍小于9 m,西部变形幅度与梯度明显超过东部(图9a)。MIS3期褶皱变形与MIS5期的分布存在明显的继承性,主要有中西部5个变形中心,最大变形幅度超过4 m,变形幅度与梯度也呈现出西部大于东部的特征(图9b)。全新世以来海相地层无明显褶皱变形痕迹。

除褶皱变形外,研究区西北部浅部沉积地层中存在明显弯曲或错动的现象,发育明显的活动断层,主要包括逆断层与正断层(图9),其中逆断层倾角较缓,一般不超过70°,规模较大,对地层无明显的错断(图4,6);正断层倾角较陡,一般为70°~80°,大多数具有垂向断距,最大断距超过5 m,自下而上断距逐渐减小,断裂的影响可贯穿至MIS3期中期的地层,但均未切入后期的地层,最新活动时间应为MIS3期中期,后期活动断层不明显(图5,6)。研究区逆断层活动规模明显大于正断层,区内逆断层主要有两条,分布在西部34°50'N~35°30'N的地区,与褶皱变形幅度最大的地区相对应,两条逆断层断层走向均为NW向,相向分布;研究区正断层主要分布在124°E以西,34°N以北的地区,其中逆断层周边正断层最为发育,断层走向与逆断层基本一致,为NW向,往南发育的若干条正断层走向与逆断层一致,基本为NW向,研究区北部的正断层走向与逆断层明显不同,呈近EW向分布。

此外,研究区SYS-1孔11.90~12.30 m段粉砂质黏土的沉积记录中发育明显的正断层(图8),断层倾角较大,近乎直立,断距为1~3 cm,这些断层多与地震活动密切相关,多为地震作用下,沉积物发生差异性沉降,造成突发性失衡造成^[39-41]。该段沉积对应MIS3期中期,虽然与浅地层剖面表征的构造变形尺度有所差异,但也印证了南黄海中部MIS3期中期的构造活动性。

4 讨论

4.1 古浙闽隆起的构造沉降

古浙闽隆起的构造演化是黄、东海晚第四纪以来最显著的构造活动^[5-6,26],南黄海中部晚更新世以来的层序地层记录了明显的古浙闽隆起构造沉降的证据。MIS5期早期与MIS3期早期均显示研究区东南高西北低的古地形分布特征,这与全新世的古地形乃至现今海底地形明显不符。此外,MIS4期与MIS2期海平面分别位于现今海平面80 m与120 m以下^[38,42],MIS4期对下伏地层的下切侵蚀作用明显弱于MIS2期,即便在这种情况下,研究区MIS5期无论地层分布范围还是地层厚度明显小于MIS3期,MIS5期最高海平面超过现今海平面,远高于MIS3期海平面(低于现今海平面至少20 m)^[38,43-44],SYS-1孔的沉积记录也显示MIS5期沉积层发育程度更低,岩性、微体古生物反映的MIS5期的沉积环境与这一时期全球高海面并不匹配。可能的解释是古浙闽隆起在MIS5期仍处于构造沉降阶段,青藏高原在晚第四纪时期(130~75 ka)的快速隆升,古浙闽隆起MIS5期的构造沉降是维持青藏高原和日本—琉球岛弧之间地壳应力平衡的响应^[45]。MIS5期古浙闽隆起沉降过程中仍处于较高的地形状态,限制了海水侵入南黄海中部地区,造成了研究区全球高海面时期有限的滨浅海沉积环境,长江为主的物质在研究区西北部形成平行-亚平行结构的海相沉积,至东南部地形较高处为前积的海相沉积^[32,34],从而导致研究区MIS5期地层发育程度与全球高海面响应的差异性^[14]。古浙闽隆起的这种沉降在MIS3期早期仍未停止,至MIS3期中期基本趋于稳定,造成MIS3期中期后开放的海洋环境,高沉积物供给和有限的可容纳空间有助于MIS3期地层中保存较强的海相记录^[46],这与长江三角洲及东海部分地区古浙闽隆起沉降造成的MIS3期海侵比MIS5期更广的研究结果相一致^[14,47-48]。

4.2 褶皱变形与活动断层

南黄海中部晚更新世以来的地层中记录了明显的褶皱变形与活动断层等构造变形的证据。就褶皱变形而言,MIS5期至MIS3期中期的地层记录中,褶皱变形趋势基本一致,自下而上变形幅度逐渐变小,表现为明显的继承性,MIS5期地层最大变形厚度超过33 m,MIS3期早期地层中也记录了近4 m的变形痕迹,MIS3期中晚期地层中记录的褶皱变形不明显,地层明显超覆于前期的地层之上。因此,研究区的褶皱变形发生的时间应为MIS3期中期,这与浅地层剖面中记录的活动断层的最新活动时间相一致。

研究区的褶皱变形与活动断层主要分布在西北部地区,部分褶皱与活动断层相伴而生。地震资料解译结果显示,断层性质既有逆断层又有正断层(图9),逆断层规模较大,正断层发育规模较小,断层走向分为两组,以NW向为主,其次为近EW向。逆断层走向和褶皱长轴走向主要为NW向,据此判断研究区构造变形主要对应NE-SW方向的挤压^[49],这与研究区现今应力场特征一致^[50-51]。这一时期太平洋-欧亚板块汇聚与印度—欧亚板块汇聚的综合效应,是形成这一区域应力场的主要控制因素^[52]。在这一区域背景之下,原先形成的基底断裂再次活化^[53],形成的断块抬升和由此产生的顺层挤压及重力作用等多重因素导致褶皱变形的发生^[54-56]。研究区周边深部的地层中发现明显的底劈构造,造成盐丘、火成岩、泥岩等类型的侵入体中新世中期之后持续隆升^[57],在南黄海中更新世的地层中保留了明显的褶皱或断裂的痕迹^[53],这也印证了研究区褶皱变形与活动断层的继承性。此外,研究区主要构造变形均发生在MIS3期中期地层之下,这表明MIS3期中晚期以来沉积基底的构造活动相对较弱。

4.3 构造变形对层序演变的制约

南黄海中部晚更新世以来的层序地层记录了复杂的构造变形与沉积历史,这是构造与海平面变化双重因素作用的结果,同时受到海洋过程与沉积物供应等因素的制约^[5-6,20-21]。海平面变化的信号主要反映在层序的叠加模式^[7],而构造变形主要影响层序的分布、内部结构和地震相等。构造变形对层序的控制作用在不同沉积时期表现各异:在沉积前期,表现为对地形和剩余可容空间的控制;在同沉积期,表现为对新增可容空间的制约;在沉积期后,表现为对地层保存状况的影响^[58]。南黄海中部晚更新世以来的构造变形主要包括古浙闽隆起的沉降、褶皱变形及活动断层等。本文在论述研究区晚更新世以来构造变形对层序演变的制约时考虑了这些因素的综合影响(图10)。

MIS5期早期,全球气候变暖,海平面逐渐上升至现今海平面高度,这一时期研究区周边的构造变形主要表现为古浙闽隆起的构造沉降,即使MIS5e期时比现今海平面高6~9 m^[38,43-44],古浙闽隆起的阻隔作用限制了海水侵入南黄海中部地区,造成南黄海中部地区东南向西北倾斜的古地形分布特征。研究区为东南部受古浙闽隆起较高地形限制的水深较浅的陆架环境,这一时期,研究区离海岸线较远,输运到研究区以长江为主的陆源碎屑相对较少^[32,34]。地层厚度总体呈现自西部超过26 m向东逐渐变薄的变化特征(图10),地层记录中保存了有限的海洋信息,导致MIS5期研究区与全球海平面高度不相匹配的沉积环境,对应了海侵体系域、高水位体系域与海退体系域的沉积。

至MIS3期早期,全球众多海域地层中均发现了MIS3期高海面的证据^[19,59],南黄海西部MIS3期早期海平面可达现今海平面以下?傆b50~?傆b20 m^[20],虽然这一时期海平面的高度低于MIS5期,然而古浙闽隆起的进一步沉降导致其对海水侵入研究区的阻隔作用有限,在东南高西北低的古地形的基础上,形成了较强的海相沉积环境。至MIS3期中期,海平面呈现波动式下降,古浙闽隆起基本趋于稳定,此时南黄海中部基本为开放的海洋环境,同期研究区中北部受基底断裂活化向上延伸的影响,发生大范围的构造活动^[39],引起前期地层大幅度的褶皱变形与断裂活动^[55-56],造成研究区古地形的变化,可容纳空间较MIS5期明显减小,有限的可容纳空间使得研究区具有较高的保存潜力,利于MIS3期中晚期的地层超覆于前期地层之上。此外,MIS3期中国东部温暖湿润的气候条件有利于向海输送充足的沉积物^[60-61],从而使研究区保存了西部最大厚度40 m向东减薄的沉积记录,对应了长江物质为主的海侵体系域、高水位体系域与海退体系域的沉积^[32,34]。

MIS3期晚期至MIS2期,海平面大幅下降,尤其末次冰盛期海平面最大降幅至现今海平面以下130 m^[38,43-44],南黄海陆架区裸露成陆,古黄河与古长江盛行^[20-21,32],前期构造变形造成古地形的变化对地层的发育与保存造成明显的影响,如活动断层造成的地堑式结构(图5),导致古河道的广泛发育。

全新世以来,研究区构造变形影响不明显,地层发育主要受控于海平面变化,之后随着海平面上升,古河道被充填,研究区这一时期的沉积总体对应了与古黄河及古长江密切相关的低水位体系域的沉积。全新世以来,海平面呈阶梯式上升^[38,43-44],至7.0 ka左右达到现今海平面并持续至今,研究区广泛发育以长江物质为主的海侵体系域与高水位体系域的沉积。

5 结论

(1)基于浅地层剖面的地质解释,识别出了南黄海中部晚更新世以来不同时期的地层中存在古浙闽隆起的构造沉降、褶皱变形、活动断层等构造变形的痕迹,这些构造变形通过古地形、可容纳空间的变化影响研究区层序的发育与保存。

(2)MIS5期早期,古浙闽隆起仍处于构造沉降阶段,古浙闽隆起较高的古地形阻碍了海水侵入南黄海中部地区,研究区在东南高西北低的古地形的基础上,形成了与MIS5期全球海平面高度不相匹配的滨浅海沉积环境,导致研究区这一时期地层中有限的海洋记录;至MIS3期中期,古浙闽隆起趋于稳定,这期间研究区逐渐演变为开放的陆架环境。

(3)研究区发生大规模褶皱变形的时间为MIS3期中期,与活动断层的最新活动时间相一致,这一过程对前期的地层保存状况产生直接的影响,造成MIS5期地层最大变形厚度超过33 m,MIS3期早期地层中也记录了近4 m的变形痕迹,直接导致MIS3期中期研究区有限的可容纳空间、较强的海洋环境、充足的沉积物供给,虽受后期低海面侵蚀作用仍保存了较厚MIS3期的沉积记录。末次冰盛期,研究区地层的发育与保存明显受到MIS3期中期构造变形引起的古地形影响,全新世以来地层发育主要受控于海平面变化,构造变形的影响不明显。

感谢张克信教授给予的指导和帮助,感谢两位审稿人提出的宝贵意见和建议!

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基金资助

中国地质调查局地质调查项目(DD20242758)

中国地质调查局地质调查项目(DD20160139)

中国地质调查局地质调查项目(DD20240089)

山东省自然科学基金项目(ZR2022MD098)