關(guān)鍵詞 塊體搬運(yùn)沉積；沉積層序建造；地層正演模擬；珠江陸緣；晚第四紀(jì)

0 引言

塊體搬運(yùn)沉積（Mass-Transport Deposits，MTDs）是指除濁積巖之外的各種重力誘使的沉積體，主要由滑塊體（slump）、滑移體（slide）、碎屑流沉積物（debris-flow deposits）組成[1?2]。作為大陸邊緣地層的重要構(gòu)成部分[3?4]，MTDs一方面與深水油氣儲(chǔ)層關(guān)系密切，可以有效促進(jìn)巖性油氣藏的形成[5?8]；另一方面，其對(duì)海域相關(guān)工業(yè)設(shè)施具有潛在破壞隱患，而且可以產(chǎn)生海嘯、大洋環(huán)流變遷等自然災(zāi)害[9?11]。因此，探究MTDs在大陸邊緣深水區(qū)的發(fā)育具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)深水MTDs的發(fā)育展開了較為細(xì)致的研究，發(fā)現(xiàn)其不僅受到地震、火山噴發(fā)、風(fēng)暴、水合物分解等短期事件的影響，還對(duì)沉積物堆積、海平面波動(dòng)、地貌變化等長(zhǎng)期地質(zhì)過(guò)程具有明顯的響應(yīng)[12?17]。但是，需要說(shuō)明的是，前人研究卻很少將深水MTDs的發(fā)育與大陸邊緣沉積層序的建造建立成因上的聯(lián)系。由于地質(zhì)資料分辨率有限，再加上地質(zhì)歷史時(shí)期基準(zhǔn)面變化難以恢復(fù)，厘定MTDs發(fā)育的層序建造背景往往較難實(shí)現(xiàn)，而地層正演模擬技術(shù)的發(fā)展卻為解決這一重要科學(xué)問題提供了可能。

本研究以晚第四紀(jì)珠江陸緣的兩套沉積層序?yàn)檠芯繉?duì)象，在經(jīng)典層序地層學(xué)模式指導(dǎo)下使用Dionisos運(yùn)行了45組模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)分析不同層序建造背景對(duì)于深水MTDs發(fā)育的影響。具體來(lái)說(shuō)，首先利用地震資料對(duì)兩套目標(biāo)層序的內(nèi)部構(gòu)型進(jìn)行系統(tǒng)表征，初步認(rèn)識(shí)深水MTDs在晚第四紀(jì)珠江陸緣的發(fā)育情況；其次參考實(shí)際地質(zhì)資料進(jìn)行一系列模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，并進(jìn)而根據(jù)模擬結(jié)果建立MTDs發(fā)育與層序建造背景的耦合關(guān)系；最后選擇典型模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，進(jìn)一步揭示具體層序建造背景下深水MTDs的發(fā)育機(jī)制。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)珠江陸緣屬于南海北部陸緣的一部分，位于珠江口盆地的中部（圖1a）。作為南海北部深水區(qū)規(guī)模最大的盆地（總面積約1.75×105 km2），珠江口盆地起源于59.0 Ma的拉伸裂谷，其隨后經(jīng)歷了兩個(gè)主要的構(gòu)造演化階段：古近世—漸新世的同生裂谷階段以及中新世—第四紀(jì)的裂谷后階段[18?20]。從23.8 Ma開始，南海北部陸緣逐漸形成了明顯的陸架—陸坡—海盆底部的地貌結(jié)構(gòu)，與此同時(shí)，古珠江不斷向其輸送陸源碎屑物質(zhì)，形成了分布廣泛的三角洲和深水重力流沉積體系[21?25]。本研究聚焦于晚第四紀(jì)珠江陸緣沉積層序的建造過(guò)程，即珠江口盆地中部最年輕的地層序列（圖1b）[26?28]。由于珠江水系源頭青藏高原自第四紀(jì)以來(lái)的劇烈隆升[29?30]，以及東亞季風(fēng)強(qiáng)度從0.9 Ma以來(lái)的普遍增強(qiáng)[31?33]，珠江陸緣在晚第四紀(jì)的沉積物供給一直保持在一個(gè)十分充足的狀態(tài)，使得即使在海平面高位時(shí)期，三角洲—濱岸沉積體系依然可以進(jìn)積到陸架邊緣[24?25，34?35]。另一方面，在整個(gè)晚第四紀(jì)，“東沙運(yùn)動(dòng)”一直是南海北部最為主要的新構(gòu)造活動(dòng)，其和南海板塊與菲律賓板塊的匯聚碰撞有關(guān)。在東沙島附近，東沙運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為東沙脊的隆起、北西走向斷裂體系的發(fā)育，以及大規(guī)模的熱流活動(dòng)[36?37]；在更靠近西部的珠江陸緣附近，東沙運(yùn)動(dòng)則對(duì)大陸邊緣的隆升和沉降有著明顯的影響[38?39]，其直接造成了晚第四紀(jì)高達(dá)250 m的相對(duì)海平面變化幅度[24?25，40]。

綜合使用地震、測(cè)井、巖心數(shù)據(jù)，Lin et al.[25]將珠江口盆地的充填序列劃分為7 個(gè)大的復(fù)合層序（Composite Sequence，CS）：CS1～CS7；其對(duì)應(yīng)由構(gòu)造沉降和隆升控制的區(qū)域性海平面變化和海侵—海退旋回。本研究要開展工作的晚第四紀(jì)珠江陸緣屬于復(fù)合層序CS7，其以T0這一晚上新世（大約2.8 Ma）發(fā)育的區(qū)域性不整合面作為邊界（圖1b）。在復(fù)合層序CS7內(nèi)部，前人共識(shí)別出6套次一級(jí)的沉積層序，按照從老到新的順序，這些沉積層序被分別命名為SQ1～SQ6，對(duì)應(yīng)的層序邊界分別為SB1～SB6[24?28]（圖1b）。其中，對(duì)于SQ1和SQ2，其代表復(fù)合層序內(nèi)區(qū)域性海侵背景下發(fā)育的沉積層序；在上新世末期，由于呂宋島弧和臺(tái)灣島的碰撞，流花運(yùn)動(dòng)在珠江口盆地發(fā)生，緊隨其后，珠江陸緣發(fā)生了快速的沉降，進(jìn)而導(dǎo)致了以上區(qū)域性海侵的發(fā)生（圖1b）。對(duì)于SQ3～SQ5，其對(duì)應(yīng)復(fù)合層序內(nèi)區(qū)域性海退背景下發(fā)育的沉積層序；在早更新世的晚期，由于東沙運(yùn)動(dòng)的階段性活躍，珠江陸緣發(fā)生了一定程度的隆升，因此導(dǎo)致了這次區(qū)域性海退的發(fā)生以及SQ3～SQ5的發(fā)育（圖1b）。隨后發(fā)育的SQ6，代表著整個(gè)復(fù)合層序的結(jié)束，由于東沙運(yùn)動(dòng)階段性活躍在SQ6發(fā)育后期的停止，珠江陸緣再次發(fā)生了大規(guī)模的海侵，這使得SQ6演化后期的三角洲體系只能進(jìn)陸架中部，無(wú)法到達(dá)陸架邊緣，因此，在珠江陸緣的陸架邊緣附近只發(fā)育SQ6的低位體系域部分（圖1b）。前人根據(jù)淺層鉆孔資料的熱釋光年齡以及生物地層事件，將SB2～SB6這5個(gè)層序邊界的形成時(shí)間確定為大洋氧同位素階段（Marine Isotope Stage，MIS）54（MIS54）、MIS38、MIS20、MIS12，以及MIS6[26?28]（圖1b）。全球海平面在這些大洋氧同位素階段的下降以及珠江陸緣在晚第四紀(jì)所伴隨的充足沉積物供給造成了明顯的海退和陸架剝蝕，從而最終形成了這些層序邊界。本文以SQ4和SQ5兩套沉積層序?yàn)檠芯繉?duì)象來(lái)探究不同層序建造背景對(duì)深水MTDs發(fā)育的影響，它們對(duì)應(yīng)的上下邊界分別為SB4、SB5以及SB6，相應(yīng)的形成時(shí)間分別為795 ka（MIS20）、440 ka（MIS12）、以及140 ka（MIS6）（圖1b）。

2 研究資料與方法

2.1 地震資料解釋

使用的地震資料位于珠江陸緣的外陸架以及陸坡部分，由中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司采集，垂向采樣速率為4.0 ms，目的層主頻為50 Hz，對(duì)應(yīng)的垂向分辨率約為7.5 m。利用二維地震剖面對(duì)晚第四紀(jì)珠江陸緣的沉積層序SQ4和SQ5進(jìn)行地震地層學(xué)分析，主要通過(guò)地層終止關(guān)系來(lái)進(jìn)行層序邊界的識(shí)別，通過(guò)地震反射內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部幾何形態(tài)來(lái)進(jìn)行地震相的分析以及不同體系域的識(shí)別。

2.2 Dionisos 地層正演模擬

Dionisos是由法國(guó)石油研究院開發(fā)的一款地層正演模擬軟件，主要基于擴(kuò)散模式的非線性沉積物搬運(yùn)規(guī)律來(lái)模擬大陸邊緣沉積層序的建造[41?43]。在每一個(gè)時(shí)間步下，Dionisos 主要計(jì)算三個(gè)物理過(guò)程，分別是可容空間的創(chuàng)造，沉積物的供給，以及沉積物的搬運(yùn)、侵蝕、和沉積。通過(guò)對(duì)這些物理過(guò)程的計(jì)算，該軟件可以對(duì)地質(zhì)歷史時(shí)期盆地規(guī)模的地層記錄進(jìn)行正演模擬[44?48]。

3 地震資料解釋與層序構(gòu)型表征

為了設(shè)置合適的模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)探究晚第四紀(jì)珠江陸緣層序建造背景對(duì)MTDs發(fā)育的影響，首先需要對(duì)MTDs在SQ4與SQ5內(nèi)的實(shí)際發(fā)育情況有所認(rèn)識(shí)。利用地震資料對(duì)這兩個(gè)目標(biāo)層序的陸坡深水部分（圖2）和陸架破折部分（圖3）進(jìn)行了構(gòu)型表征。

3.1 SQ4與SQ5陸坡深水部分

SQ4與SQ5分別以SB4和SB5兩個(gè)不整合面作為層序邊界，根據(jù)穿過(guò)陸架坡折和陸坡深水部分的區(qū)域地震剖面（圖2a，b），這兩個(gè)不整合面在上傾方向與上覆層頂超（圖2b中的黑色三角形），在下傾方向，上覆層則明顯地上超于該界面之上（圖2b中的紅色三角形）。另外，根據(jù)兩個(gè)位于陸坡深水區(qū)的局部地震剖面，SQ4與SQ5的深水沉積體系表現(xiàn)出截然不同的反射特征；前者主要為雜亂反射或無(wú)反射結(jié)構(gòu)，而后者則主要表現(xiàn)為強(qiáng)振幅—連續(xù)性好的反射特征（圖2c，d）。根據(jù)前人對(duì)珠江陸緣深水沉積體系的地震相分析結(jié)果[7，49?51]，結(jié)合作者早期的研究[52]，這兩類不同的地震反射特征被分別解釋為濁流沉積和MTDs（圖2c，d）。因此，可以發(fā)現(xiàn)在晚第四紀(jì)珠江陸緣，深水MTDs主要發(fā)育在SQ4中，在SQ5中則鮮有發(fā)育。

3.2 SQ4與SQ5陸架坡折部分

對(duì)SQ4和SQ5陸架坡折部分的內(nèi)部構(gòu)型也進(jìn)行了詳細(xì)表征，主要是對(duì)層序內(nèi)部的不同體系域進(jìn)行劃分識(shí)別（圖3）。根據(jù)傳統(tǒng)的可容空間序列法，層序內(nèi)部不同體系域可以基于地層序列的疊置樣式（濱岸線的遷移軌跡）來(lái)進(jìn)行識(shí)別。低位體系域表現(xiàn)為進(jìn)積—加積的地層樣式（P—A序列）和前進(jìn)—上升的濱岸軌跡點(diǎn)；海侵體系域表現(xiàn)為退積的地層樣式（R序列）和后退的濱岸軌跡點(diǎn)；高位體系域?qū)?yīng)加積—進(jìn)積的地層樣式（A—P序列）和上升—前進(jìn)的濱岸軌跡點(diǎn)；強(qiáng)制海退體系域則對(duì)應(yīng)“衰退”的地層樣式（D序列）和下降的濱岸軌跡點(diǎn)（表1）[53]。然而，由于晚第四紀(jì)珠江陸緣充足的沉積物供給及較大幅度的相對(duì)海平面變化這一地質(zhì)條件，以及陸架坡折附近水深急劇增大的特殊地貌背景，陸架坡折部分的不同體系域在一定程度上表現(xiàn)出與理論模式不同的地層疊置樣式（表1）。因此，在對(duì)SQ4和SQ5的陸架坡折部分進(jìn)行體系域劃分時(shí)主要參考Lobo et al.[54]對(duì)世界范圍內(nèi)第四紀(jì)大陸邊緣層序進(jìn)行內(nèi)部構(gòu)型分析時(shí)所采用的方法，即主要根據(jù)地層內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部幾何形態(tài)來(lái)進(jìn)行不同體系域的識(shí)別（表1）。在陸架坡折附近，由于可容空間會(huì)向下傾陸坡方向急劇增大，低位體系域往往不形成斜坡前積體形態(tài)（clinoform），而是表現(xiàn)為向下傾方向逐漸變厚的發(fā)散地層結(jié)構(gòu)；海侵體系域在本質(zhì)上與可容空間序列法中的特征有些相似，總體呈薄層的披覆形態(tài)，內(nèi)部則為平行結(jié)構(gòu)；高位體系域由于在一定程度上受到后期強(qiáng)制海退時(shí)剝蝕作用的影響，其形成的斜坡前積體往往不發(fā)育頂積層，底積層則微弱發(fā)育，對(duì)應(yīng)切線斜交型的前積結(jié)構(gòu)；至于強(qiáng)制海退體系域，其同樣以退覆不整合作為最主要的識(shí)別標(biāo)志，其形成的斜坡前積體頂積層和底積層往往均不發(fā)育，內(nèi)部則表現(xiàn)為平行斜交型的前積結(jié)構(gòu)（表1）。

根據(jù)以上體系域識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)SQ4和SQ5在陸架坡折部分的不同體系域進(jìn)行了詳細(xì)解釋?？梢园l(fā)現(xiàn)這兩個(gè)沉積層序在內(nèi)部構(gòu)型上具有某些相似性，這可以反映三角洲—濱岸沉積體系在沉積層序建造過(guò)程中進(jìn)積—退積的一些基本特征。首先，在SQ4和SQ5中，低位體系普遍發(fā)育在陸架坡折以下（圖3），說(shuō)明在一個(gè)相對(duì)海平面旋回的早期，即相對(duì)海平面剛開始上升的時(shí)候，三角洲—濱岸沉積體系已經(jīng)進(jìn)積越過(guò)了陸架坡折。其次，海侵體系域在SQ4和SQ5中發(fā)育十分有限，較難在地震剖面中被識(shí)別（圖3），表明三角洲—濱岸沉積體系退積到大陸邊緣的陸上部分是一個(gè)非常快的過(guò)程。最后，高位體系域在SQ4和SQ5的陸架坡折附近仍然有明顯的發(fā)育（圖3），說(shuō)明在海平面高位階段，三角洲—濱岸沉積體系依然可以進(jìn)積到陸架邊緣，這進(jìn)一步證明了晚第四紀(jì)珠江陸緣充足的沉積物供給這一基本地質(zhì)情況。另一方面，根據(jù)層序內(nèi)部不同體系域的解釋結(jié)果，還可以發(fā)現(xiàn)高位體系域在SQ4和SQ5中的發(fā)育程度存在明顯的差異（圖3）。在SQ4中，高位體系域相較于其他體系域極其發(fā)育，相應(yīng)的三角洲—濱岸沉積體系甚至進(jìn)積越過(guò)了早期的陸架坡折，然而在SQ5層序中，雖然高位體系域也有一定的發(fā)育，但是其發(fā)育程度與低位體系域和強(qiáng)制海退體系域總體相當(dāng)，相應(yīng)的三角洲—濱岸沉積體系主要進(jìn)積到外陸架部分（圖3）。

4 Dionisos地層正演模擬

4.1 模擬方案設(shè)計(jì)

根據(jù)以上對(duì)深水MTDs在晚第四紀(jì)珠江陸緣發(fā)育情況的初步認(rèn)識(shí)，本文在Dionisos中建立了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的二維地質(zhì)模型，并進(jìn)而設(shè)計(jì)了一系列的模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)探究不同層序建造背景對(duì)深水MTDs發(fā)育的影響（圖4）[55?56]。在Dionisos中進(jìn)行地質(zhì)模型建立和模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：規(guī)模范圍與初始地形、沉積物供給與相對(duì)海平面變化，以及沉積物擴(kuò)散搬運(yùn)。

4.1.1 規(guī)模范圍與初始地形

根據(jù)上文對(duì)SQ4和SQ5的介紹，其上下三個(gè)邊界（SB4～SB6）的形成時(shí)間分別為795 ka、440 ka 以及140 ka，說(shuō)明一個(gè)基準(zhǔn)面旋回的時(shí)間超過(guò)了300 ky，因此，設(shè)置模擬實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行時(shí)間為340 ky，時(shí)間步則為5 ky（表2）。另外，因?yàn)槭窃诮?jīng)典層序地層學(xué)模式下開展工作，一般假設(shè)沿著沉積走向（Y方向）的地層過(guò)程在體系域尺度上是一致的[57?58]，所以這里建立了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的“二維模型”來(lái)模擬沉積傾向方向（X方向）的層序建造過(guò)程（圖4a、表2）。并且，這種二維模擬實(shí)驗(yàn)還具有其他“優(yōu)勢(shì)”，一方面，其可以在最大程度上排除三角洲—濱岸沉積體系在沉積走向上自旋回?cái)[動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果所帶來(lái)的影響；另一方面，可以有效減少軟件的運(yùn)算時(shí)間。因此，模型規(guī)模被設(shè)置為410 km（X方向）×20 km（Y方向），網(wǎng)格邊長(zhǎng)則為10 km。至于模型的初始地形，設(shè)置其為一個(gè)典型的陸架— 陸坡地貌，根據(jù)現(xiàn)今珠江陸緣的地貌參數(shù)[22，27，59?60]，陸架寬度設(shè)為200 km，對(duì)應(yīng)坡度為0.06°（1 m/km），陸坡寬度則設(shè)為210 km，對(duì)應(yīng)坡度1.2°（20 m/km）（圖4a、表2）。此外，在SQ4和SQ5中，低位體系域普遍發(fā)育在陸架坡折以下，三角洲—濱岸沉積體系在相對(duì)海平面剛開始上升時(shí)已經(jīng)越過(guò)陸架坡折，所以在模擬實(shí)驗(yàn)中把初始海平面的位置設(shè)在陸架坡折以下50 m處，相應(yīng)地，模型中陸架坡折的地形值為50 m，近物源一端模型邊界的地形值則為250 m（圖4a）。

4.1.2 沉積物供給與相對(duì)海平面變化

關(guān)于模擬實(shí)驗(yàn)中的沉積物供給情況，經(jīng)典層序地層學(xué)模式一般假設(shè)其不隨時(shí)間發(fā)生明顯變化，因此將其設(shè)置為常量[44?45]。因?yàn)橹榻懢壴谕淼谒募o(jì)對(duì)應(yīng)充足的沉積物供給，所以將沉積物通量和水通量數(shù)值設(shè)置得均較大，分別為5 000 km3/My和1 200km3/My（表2），這兩個(gè)數(shù)值與現(xiàn)今世界范圍內(nèi)大河流所對(duì)應(yīng)的通量參數(shù)具有一定的可比性（圖4c）。而且，使用這兩個(gè)數(shù)值進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示最終形成的地層規(guī)模也與SQ4和SQ5相差不大，這進(jìn)一步證明了該沉積物供給情況的設(shè)置是合適的。至于相對(duì)海平面的變化，經(jīng)典層序地層學(xué)模式認(rèn)為其是驅(qū)動(dòng)層序建造的核心因素，因此，將其認(rèn)定為反映層序建造背景的唯一變量，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一系列模擬實(shí)驗(yàn)（圖4b）。為了使模擬的層序建造更加簡(jiǎn)單直觀，相對(duì)海平面被設(shè)置為線性變化，變化的總幅度根據(jù)Liu et al.[26]和Lüdmann et al.[40]的研究成果設(shè)置為常量250 m（圖4b、表2）。在SQ4和SQ5中，低位體系域普遍發(fā)育在陸架坡折以下（圖3），相對(duì)海平面在低位時(shí)期不應(yīng)超過(guò)陸架坡折位置，所以低位時(shí)期的海平面上升幅度被設(shè)置為50 m；相應(yīng)地，在隨后海侵時(shí)期，相對(duì)海平面上升到近物源一端模型邊界對(duì)應(yīng)的幅度則為200 m（圖4b）。此外，在SQ4和SQ5中，高位體系域上邊界在上傾方向與上覆層普遍頂超，且沒有明顯加積的趨勢(shì)（圖3），推測(cè)在高位階段相對(duì)海平面的上升十分有限，并沒有在陸架上創(chuàng)造足夠的可容空間，所以簡(jiǎn)單地將高位時(shí)期的海平面上升幅度設(shè)置為0 m（圖4b）。

作為反映層序建造背景的唯一變量，相對(duì)海平面變化情況在不同模擬實(shí)驗(yàn)之間是不同的，本研究將這種不同集中在低位體系域、高位體系域、強(qiáng)制海退體系的持續(xù)時(shí)間上（圖4b）。在SQ4和SQ5中，海侵體系域發(fā)育十分有限（圖3），說(shuō)明海侵是一個(gè)十分迅速的過(guò)程，所以這里將所有模擬實(shí)驗(yàn)中海侵體系域的持續(xù)時(shí)間統(tǒng)一設(shè)置為僅占模擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間的10%，即34 ky（圖4b）。此外，SQ4和SQ5中高位體系域在陸架坡折附近普遍發(fā)育（圖3），這不僅要求充足的沉積物供給，還要求海平面高位階段必須具有一定的持續(xù)時(shí)間，所以將所有模擬實(shí)驗(yàn)中高位體系域的持續(xù)時(shí)間設(shè)置為最少占模擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間的40%，即136 ky（圖4b）。至于低位體系域和強(qiáng)制海退體系域的持續(xù)時(shí)間，它們?cè)诓煌M實(shí)驗(yàn)中從占運(yùn)行時(shí)間的5%到45%遞增，增量為5%。設(shè)定低位體系域和強(qiáng)制海退體系域持續(xù)時(shí)間的變化分別由字母A～I(xiàn)和數(shù)字1～9代替，這樣一來(lái)總共就有45種組合（A1 至A9+B2 至B9+C3 至C9+…+I9=9+8+7+…+1=45），即45組單獨(dú)的模擬實(shí)驗(yàn)（圖4b）。以實(shí)驗(yàn)C8為例（圖4b中加粗虛線），低位體系域、高位體系域、強(qiáng)制海退體系域?qū)?yīng)的持續(xù)時(shí)間分別占模擬運(yùn)行時(shí)間的15%、65%、10%，即51 ky、221 ky、34 ky。

4.1.3 沉積物擴(kuò)散搬運(yùn)參數(shù)

在Dionisos地層正演模擬過(guò)程中，沉積物的搬運(yùn)分散是基于水和重力驅(qū)動(dòng)的非線性擴(kuò)散方程進(jìn)行的。

式中：Qs指沉積物通量，Kc和Kw分別是重力驅(qū)和水驅(qū)的擴(kuò)散系數(shù)，qw指水通量，m和n是介于1～2的反應(yīng)沉積物搬運(yùn)能力的常量，S 則指的是地形坡度[61]。以上與沉積物擴(kuò)散搬運(yùn)有關(guān)的參數(shù)的具體數(shù)值都詳細(xì)地列在了表2當(dāng)中，并且這些數(shù)值的大小位于眾多已開展的Dionisos地層正演模擬研究所限定的相關(guān)參數(shù)的范圍內(nèi)[44?46，62?64]。更為重要的是，使用這些參數(shù)開展模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示最終形成的地層與SQ4和SQ5在地震剖面中的表現(xiàn)具有可比性（圖3），這進(jìn)一步說(shuō)明了以上參數(shù)設(shè)定的合理性。

4.2 模擬結(jié)果展示

為了探究不同層序建造背景對(duì)深水MTDs發(fā)育的影響，對(duì)以上設(shè)計(jì)的45組模擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行后產(chǎn)生的深水MTDs的體積進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。首先，利用Dionisos的輸出功能，將每一個(gè)時(shí)間步下各模型網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的MTDs體積導(dǎo)出為數(shù)值文件；然后，利用Python小程序?qū)Ω鱾€(gè)時(shí)間步的導(dǎo)出文件進(jìn)行讀取和整理，從而分析各組模擬實(shí)驗(yàn)關(guān)于深水MTDs的最終結(jié)果。這里的“深水”指的是水深在1 000 m（以初始地形為參考）以下的地區(qū)，對(duì)應(yīng)SQ4中MTDs在現(xiàn)今珠江陸緣的最小水深[50?51，59?60]。另外，為了確保以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行模型設(shè)計(jì)時(shí)將遠(yuǎn)物源一端的邊界設(shè)置為零通量（圖4a），其可以阻止沉積物流出模型范圍，從而保證了整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量守恒。然而，必須承認(rèn)的是，由于零通量邊界的存在，陸源沉積物不得不在其前面堆積，從而造成了類似深海平原的“假象”，但是幸運(yùn)的是，這個(gè)“假象”對(duì)深水MTDs體積這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有任何影響。在Dionisos地層正演模擬中，MTDs的發(fā)育是由斜坡垮塌模型模擬的，對(duì)應(yīng)一個(gè)自旋回過(guò)程，是非線性的沉積物搬運(yùn)和堆積的產(chǎn)物。在以上模擬實(shí)驗(yàn)中，垮塌臨界坡度被統(tǒng)一設(shè)置為1.5°，即26 m/km（圖4d、表2）。這個(gè)數(shù)值與Wang et al.[51]早期的研究成果一致，他們通過(guò)對(duì)晚第四紀(jì)珠江陸緣MTDs的地震表征，發(fā)現(xiàn)底部垮塌面的坡度介于0.8°～2.3°；而且，通過(guò)將這個(gè)數(shù)值與Hance[56]建立的全球海底滑坡數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，也證明該臨界坡度是典型的（圖4d）。

根據(jù)設(shè)計(jì)的模擬方案，低位體系域和強(qiáng)制海退體系域持續(xù)時(shí)間的變化分別由字母A～I(xiàn)和數(shù)字1～9代替，以這兩個(gè)離散變量分別作為左右坐標(biāo)建立了一個(gè)如圖5a的三角圖。圖中由左右兩個(gè)坐標(biāo)確定的45個(gè)菱形方格代表45組模擬實(shí)驗(yàn)，其中，左、右、上三個(gè)端元的菱形方格（即I9、A1、A9）分別代表低位體系域、強(qiáng)制海退體系域、高位體系域在模擬運(yùn)行時(shí)間中占比最大的模擬實(shí)驗(yàn)（圖4b）。將統(tǒng)計(jì)得到的各單獨(dú)模擬實(shí)驗(yàn)中深水MTDs的體積大小按照黃綠色標(biāo)的形式投點(diǎn)到各自對(duì)應(yīng)的菱形方格中，可以直觀地展示層序建造過(guò)程中不同體系域發(fā)育情況，即不同的層序建造背景對(duì)深水MTDs發(fā)育的影響。最終生成的圖5a顯示，高位體系域相對(duì)于低位和強(qiáng)制海退體系域，其持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)（即越靠近三角圖頂端），深水MTDs的體積越大。然而，在高位體系域持續(xù)時(shí)間不變的情況下，無(wú)論低位和強(qiáng)制海退體系域持續(xù)時(shí)間如何占比（即沿三角圖左右端點(diǎn)方向），深水MTDs的體積無(wú)顯著變化（圖5a）。

5 討論

根據(jù)以上45組模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，深水MTDs的體積對(duì)層序建造過(guò)程中高位體系域的發(fā)育極其敏感；在高位體系域持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)從而進(jìn)行充分發(fā)育的層序建造背景下，深水MTDs 普遍較易發(fā)育（圖5a）。該規(guī)律與深水MTDs在晚第四紀(jì)珠江陸緣的實(shí)際發(fā)育情況相一致；在陸架坡折部分，因?yàn)镾Q4中的高位體系域相較于SQ5發(fā)育程度明顯較高，所以在陸坡深水部分，MTDs只出現(xiàn)在SQ4中而在SQ5中則幾乎不發(fā)育（圖3）。

研究認(rèn)為這種MTDs表現(xiàn)出的與高位體系域充分發(fā)育的層序建造背景緊密耦合的關(guān)系，與晚第四紀(jì)珠江陸緣充足的沉積物供給以及大幅度相對(duì)海平面變化這一特殊地質(zhì)條件有關(guān)。在傳統(tǒng)的層序地層學(xué)理論中，陸源沉積物主要是在海平面下降階段和低位階段被搬運(yùn)到陸架邊緣堆積，進(jìn)而發(fā)生斜坡垮塌，造成深水區(qū)MTDs的發(fā)育[65?67]。因此，強(qiáng)制海退體系域和低位體系域理應(yīng)在深水MTDs發(fā)育中扮演著更重要的角色。然而，在晚第四紀(jì)珠江陸緣，無(wú)論強(qiáng)制海退體系域和低位體系域的持續(xù)時(shí)間多長(zhǎng)，幅度達(dá)250 m的相對(duì)海平面變化都可以保證它們?cè)陉懠芷抡垡韵掳l(fā)育，這在一定程度上削弱了它們對(duì)深水MTDs的影響。另一方面，在海平面的高位階段，晚第四紀(jì)珠江陸緣充足的沉積物供給也會(huì)造成大規(guī)模海退，同樣使得陸源沉積物在陸架邊緣堆積并發(fā)生垮塌，加強(qiáng)了高位體系域的發(fā)育程度與深水MTDs發(fā)育之間的聯(lián)系。在大陸邊緣，陸源沉積物不僅可以通過(guò)三角洲—濱岸沉積體系首先進(jìn)積到陸架內(nèi)海底峽谷頭部并隨后借助峽谷向深水區(qū)輸送，其還可以通過(guò)斜坡垮塌或者異重流的形式直接向陸坡以及海盆底部擴(kuò)散[68?70]。因此，深水區(qū)內(nèi)的MTDs往往和濁流沉積交替發(fā)育，這樣的深水沉積體系除了在晚第四紀(jì)珠江陸緣發(fā)育外，前人在墨西哥灣西部的斜坡內(nèi)盆地[71]、特立尼達(dá)島和多巴哥島的深水區(qū)[72]、亞德里亞海盆地[73]也均有發(fā)現(xiàn)。本研究利用地層正演模擬方法建立的層序建造背景與深水MTDs發(fā)育的耦合關(guān)系，一方面可以從地層學(xué)的角度為這種MTDs濁流沉積交替發(fā)育的深水沉積體系提供成因解釋；另一方面，可以為今后深水區(qū)沉積單元的預(yù)測(cè)提供參考，尤其是與晚第四紀(jì)珠江陸緣一樣具有強(qiáng)沉積物供給以及高幅度海平面變化背景的大陸邊緣盆地。

在晚第四紀(jì)珠江陸緣，因?yàn)镸TDs主要在SQ4深水區(qū)發(fā)育，而在SQ5中鮮有發(fā)育（圖2c，d），所以，選擇45組模擬實(shí)驗(yàn)中深水MTDs體積相差最大的C8和E5來(lái)分別代表SQ4和SQ5（圖5a）。這兩組模擬實(shí)驗(yàn)在深水區(qū)形成的地層剖面如圖5b，可以發(fā)現(xiàn)兩者在MTDs的百分含量上確實(shí)存在明顯的差距。此外，實(shí)驗(yàn)C8和實(shí)驗(yàn)E5在陸架和上陸坡部分形成的地層剖面與SQ4和SQ5在地震剖面上的表現(xiàn)具有相似性（圖3，6），而且這兩個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)所使用的相對(duì)海平面變化曲線與馮志強(qiáng)等[59]利用淺層鉆孔ZQ3（具體位置見圖1）獲得的SQ4和SQ5沉積時(shí)期的相對(duì)海平面變化曲線也具有可比性（圖7），均說(shuō)明實(shí)驗(yàn)C8和實(shí)驗(yàn)E5可以有效地反應(yīng)SQ4和SQ5的建造過(guò)程。

對(duì)實(shí)驗(yàn)C8和實(shí)驗(yàn)E5的結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示，從而進(jìn)一步揭示了深水MTDs在具體層序建造背景下的發(fā)育機(jī)制（圖6，7）。在SQ4中，深水MTDs的形成與高位體系域充分發(fā)育的層序建造背景密切相關(guān)。在持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的海平面高位階段，三角洲—濱岸沉積體系持續(xù)發(fā)育并越過(guò)了陸架坡折，使得陸架邊緣三角洲前緣直接與大陸坡復(fù)合，從而形成了具有高起伏和高坡度的斜坡前積體（圖6a、圖7a）。此外，三角洲—濱岸沉積體系在陸架坡折附近發(fā)生了“自退現(xiàn)象”，其對(duì)應(yīng)的地層疊置模式往往由進(jìn)積向加積突然轉(zhuǎn)變[44?45，74]；如在圖6a中，可以發(fā)現(xiàn)濱岸線的軌跡在陸架坡折由緩慢上升突然變?yōu)榧眲∩仙?。這種三角洲—濱岸沉積體系的強(qiáng)烈加積會(huì)進(jìn)一步增大斜坡前積體的起伏和坡度，從而使得其具有極大的不穩(wěn)定性，并最終導(dǎo)致斜坡垮塌的發(fā)生以及深水區(qū)MTDs的發(fā)育（圖7a）。另一方面，在SQ5中，以濁流沉積為主的深水沉積體系對(duì)應(yīng)高位體系域、低位體系域、強(qiáng)制海退體系域均勻發(fā)育的層序建造背景。此種情況下，三角洲—濱岸沉積體系雖然進(jìn)積到外陸架，但并沒有越過(guò)陸架坡折，水深較淺的大陸架環(huán)境下往往會(huì)形成低起伏和低坡度的斜坡前積體（圖6b、圖7b）。因此，在陸架坡折附近，三角洲—濱岸沉積體系總體比較穩(wěn)定，不利于斜坡垮塌的發(fā)生以及深水MTDs的發(fā)育（圖7b）。

6 結(jié)論

（1） 在晚第四紀(jì)珠江陸緣的陸坡深水部分，MTDs 主要在SQ4 內(nèi)發(fā)育，而在SQ5 內(nèi)鮮有發(fā)育。SQ4和SQ5內(nèi)不同體系域的地層疊置樣式與傳統(tǒng)可容空間序列法有所不同；SQ4中的高位體系域發(fā)育程度相較于SQ5明顯較高。

（2） 深水MTDs對(duì)層序建造過(guò)程中高位體系域的發(fā)育極其敏感，在高位體系域充分發(fā)育的層序建造背景下，深水MTDs普遍較容易發(fā)育。

（3） 在SQ4建造過(guò)程中，高位體系域充分發(fā)育，相應(yīng)的三角洲—濱岸沉積體系越過(guò)陸架坡折，形成了高起伏和高坡度的斜坡前積體，其具有很大的不穩(wěn)定性，極易發(fā)生斜坡垮塌，從而導(dǎo)致深水MTDs的發(fā)育。在SQ5建造過(guò)程中，高位體系域發(fā)育相對(duì)有限，相應(yīng)的三角洲—濱岸沉積體系只進(jìn)積到外陸架，形成低起伏和低坡度的斜坡前積體，不利于斜坡垮塌的發(fā)生以及深水MTDs的發(fā)育。