论文部分内容阅读
大陆坡峡谷是浊流从大陆架边缘将沉积物输运至深海平原沉积的最主要通道,而浊流在通过峡谷时其行为模式特征仍缺乏研究,其主要原因是由于目前尚存在于北美洲及欧亚大陆陆坡区域,浊流作用超过3000 m水深全程通畅的大型峡谷相对稀少,绝大部分浊流均在峡谷顶部水深较浅的区域就已消亡。现今仅在位于美国的Monterey Canyon以及位于加拿大的Squamish prodelta channels,有详细的海洋水文、地貌和沉积物调查。尽管使用现代化仪器对浊流进行实时观测提供了浊流行为过程特征的多种重要参数,如浊流体厚度、流速、悬沙浓度等。依靠上述数据模拟古浊流的行为特征仍存在诸多不足,而研究浊流沉积物反演浊流特征的方式在一定程度上可以弥补现场观测的不足,但对规模较小(消亡在峡谷顶部,搬运沉积物较少)以及规模巨大(强烈侵蚀,造成沉积间断)的古浊流来说,其难以在峡谷中留下足够的沉积物记录,探讨和理解这类浊流的行为特征显然更具挑战性。本文作者在位于大西洋西岸的Halibut Canyon以及Halibut Channel冰融水浊蚀峡谷系统中(约北纬44~45°,西经52~55°)采集了一系列的沉积物柱状样样品,并根据样品所处位置构建起了峡谷上部、峡谷下部以及中轴线处的纵、横剖面,研究浊流沉积物在纵向及横向剖面中的变化规律,进而与现代浊流观测结果进行对比分析,探讨浊流在峡谷中的运行规律。Halibut Canyon是位于大西洋西岸,加拿大东南部陆架区具有代表性的冰融水浊蚀峡谷,是在冰盛期后期峡谷受到冰融水爆发侵蚀,峡谷加深变宽,形成“V”字型峡谷,并随着冰盛期结束后冰融水事件的频繁发生,在狭窄的天然堤内壁处开始产生浊流堆积体,最大厚度超过了50 m。根据距大陆架坡折20 km以及40km处沉积物样品年代测定结果,本研究中在Halibut Canyon的沉积物样品包含了该峡谷19–0 cal ka BP的完整沉积记录。海因里希事件第1阶段(H1)、新仙女木事件(YD)、8.2 ka冷事件等典型沉积事件均可在柱状样中找到相应的沉积记录。该峡谷是研究晚第四纪北美大陆冰盖进退和冰融水过程以及沉积环境变化的典型例证。本项研究的目标总结为:1)对比分析在不同时期内冰融水以及浊流对峡谷侵蚀-堆积的过程特征;2)根据峡谷谷床形态及浅地层剖面数据,解译阐明峡谷蚀、积过程;3)重建Halibut Canyon中19 cal ka BP至今的沉积环境;(4)构建浊流在峡谷中的行为模式以及探讨冰融水浊蚀峡谷的演化阶段。沉积层及沉积单元:根据沉积物粒度、沉积物色谱、元素含量、沉积相等因素,将Halibut Canyon沉积柱状样划分为3个沉积单元,6种沉积层。其中,粉砂、黏土互层(Unit 1)出现于峡谷下部样品(Core 29,32,33)底部,其特征为粉砂层与黏土层间互分布,平均粒径大于其他单元。根据定年数据,此单元包含了海因里希事件第1阶段及更早时期的沉积;粉砂质黏土层(Unit 2)位于样品中下部,包含由浊流形成的均质粉砂层。层顶部出现数层硅藻泥,据定年数据,该层为从海因里希事件第1阶段至新仙女木事件期间的沉积记录;生物扰动黏土层(Unit 3)位于样品最顶部,由全新世沉积的橄榄灰黏土所组成,多见虫孔、爬痕分布其间,该层主要由拉布拉多(Labrador Current)洋流沉积所组成搬运。在上述3种沉积单元中,还可根据粗颗粒沉积物含量特征、生物遗骸沉积物含量以及生物扰动作用强弱细分为6种沉积层。作者基于沉积单元、沉积层特征,结合事件沉积记录,元素含量变化,粒度特征,年代框架等数据构建起了可对比的Halibut Canyon区域柱状样系统。沉积物来源及沉积环境:Halibut Canyon中沉积物具有2个不同来源,分别为:由拉布拉多洋流(Labrador Current)所带来的全新世黏土沉积物,构成了位于柱状样顶部的生物扰动黏土层(Unit 3),以及由冰融水引发浊流带来的大陆架融水通道粉砂黏土质沉积物,构成了柱状样中下部的粉砂质黏土层(Unit 2)和粉砂、黏土互层(Unit 1)。研究采用了沉积物元素含量特征进行物源分析,并确定了黏土质生物扰动层(Unit 3)来自纽芬兰北部以及拉布拉多陆架区域。粉砂黏土层与粉砂、黏土互层(Unit 2 and 1),多为陆源碎屑物质,来自Halibut Channel。峡谷演化阶段:Halibut Canyon从形成至消亡可分为3个阶段:1)形成阶段发生时期早于44 cal ka BP,在此阶段中冰融水引发了数次规模巨大的浊流事件,浊流对大陆架融水通道、大陆坡峡谷产生强烈的侵蚀作用,在短时间内切穿大陆架,使峡谷快速加深,拓宽;2)发育阶段为44–12 cal ka BP时期,在天然堤内浊积物逐渐形成并开始堆积成层,冰融水水量的减少使浊流强度减弱,导致浊流由侵蚀逐渐转变为堆积为主;3)消亡阶段为12 cal ka BP至今,在这一阶段中,冰融水基本消失,在沉积物中未能找到浊流沉积。拉布拉多洋流成为Halibut Canyon区域全新世沉积物主要来源,冰融水浊蚀峡谷系统侵蚀过程逐渐减弱,融水通道以及大陆坡峡谷逐渐被全新世沉积物填埋。