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科研亮点|徐杰:碎屑锆石年代学数据定量分析指示河流对深海扇的相对贡献-以中新世墨西哥湾“源-汇”系统为例【BR】

2022-03-09     发布:    点击:97

沉积物从源区到深海盆地的搬运是一个复杂的过程,涉及到古水系演化对源区-海岸平原之间沉积物搬运路径的调节,以及海流在大陆架-深海平原之间对沉积物进行侧向搬运和混合。通常认为深海沉积物在多数情况下是由河流-三角洲通过重力流的形式进入深海盆地。大量的现代陆架和深海观测证实了沿岸流和等深流可以沿盆地走向搬运大量砂质沉积物并堆积在远离沉积物供源区,但是很少有相关的研究揭示深时地层中沉积物从河流-陆架-深海之间完整的搬运过程,尤其是海流在其中的作用。

美国墨西哥湾作为全球最为重要的边缘海含油气盆地之一,具有大量的地震、测井和岩芯资料及古地理研究认识,是研究沉积物从源到汇的理想场所。前人对于该地区的古地理重建时观察到,在中中新世墨西哥湾东部存在一个大型的海底扇(McAVLU fan),然而该大型海底扇沿着盆地上倾方面并没有追踪到大型和河流和三角洲沉积体,对于其沉积物的来源目前并没有清晰的认识。在墨西哥湾东部大型潜在供源河流只有古田纳西河,然而古田纳西河的入海口及其形成的三角洲与该海底扇体在走向上存在着150公里的水平错位。

针对上述科学问题和墨西哥湾深时古地理研究中观察到的现象,海洋学院副教授徐杰与美国德克萨斯大学奥斯汀分校John W. Snedden高级研究员、Craig S. Fulthorpe高级研究员、Daniel F. Stockli教授、William E. Galloway教授、和Zachary T. Sickmann助理研究员一起,依托Gulf Basin Depositional Synthesis Industrial Associates Program项目、中央高校基本业务费(35832020029)、国家自然科学基金(41902108)和111学科创新引智基地项目(B20011)的资助,综合岩石学、河流-陆架-深海样品的碎屑锆石年代学(图2)、Top-down Mixing model定量计算方法及区域的岩相古地理图件及认识,开展早-中新世沉积物从源区到深海平原的搬运过程。

取得如下认识:

   (1)中中新世时期北美的古水系发生变化,其中北美西部的红河被密西西比河所袭夺,同时由于古田纳西河的扩大将原本流入密西西比河的支流纳入其中,导致密西西比河携带了更多的西部物源的信号;

   (2)研究区所在的Green Canyon海底扇,虽然位于古田纳西河流三角洲的下倾方法,海底扇却更富古密西西比河的信号,证实古海流将古密西西比河的沉积物侧向搬运至此。同时古海流使得部分古田纳西河的碎屑物质向东搬运,从而为McAVLU海底扇供源(图3和4)。

   (3)该早中新世-中中新世古海流的变迁,很可能与区域上巴拿马运河开始关系有关(图4)。


图1 早中新世和中中新世墨西哥湾北部主要古水系和沉积体系分布图

图2 研究所涉及到主要河流、陆架和深海扇样品的碎屑锆石年龄谱


图3 基于Top-down Mixing model定量化计算不同河流体系对于深海扇的相对供源大小


图4. 早中新世和中中新世墨西哥湾古地理和古海流重建

上述研究成果发表在国际权威地学刊物《Basin Research》上,文章信息如下:Xu, J., Snedden, J. W., Fulthorpe, C. S., Stockli, D. F., Galloway, W. E., & Sickmann, Z. T. (2022). Quantifying the relative contributions of Miocene rivers to the deep Gulf of Mexico using detrital zircon geochronology: Implications for the evolution of Gulf Basin circulation and regional drainage. Basin Research, 00, 1–21. [IF=4.308]