Sedimentary characteristics and processes revealed by the push cores of the 140th dive of DSV "Jiaolong" in the Taiwan Submarine Canyon, Northern South China Sea
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摘要: 海底峡谷沉积物来源、输运机制和沉积过程的研究一直是深水沉积体系研究的关键，也是近年来深海浊流沉积研究中的热点问题。对“蛟龙号”第140潜次在南海北部台湾峡谷中段3个站位获取的沉积物短柱的粒度、有孔虫和黏土矿物进行综合分析，结果表明3个短柱上部均以粒度较细、变化较小并含半深海—深海环境的底栖有孔虫为特征的半深海沉积，下部以粒度明显变粗、含有较多浅水种底栖有孔虫的浊流沉积为主。AMS14C测年结果显示该浊流沉积形成于约150aBP，表明台湾峡谷中段有典型的近现代浊流活动。此外，黏土矿物组成表明研究区正常半深海沉积与浊流沉积物源主要来自台湾，其次为珠江和吕宋岛的碎屑沉积物。Abstract: Transportation and deposition of sediments in submarine canyons are critical for understanding the deep-sea processes and environments, particularly the turbidity currents. In this paper, three push cores, collected from three sites in the middle reaches of the Taiwan Submarine Canyon during the 140th dive of Chinese DSV (Deep Submersible Vehicle) "Jiao Long", are analyzed for sediment characteristics, sources, and depositional processes. The upper parts of the push cores are dominated by homogeneous fine-grained sediments signified by a typical hemipelagic-pelagic benthic foraminifera assemblage. In contrast, the lower parts consist of coarse-grained sediments and assemblages of "shallow-water" benthic foraminifera typically occur in coastal or shelf areas. Their depositional characteristics suggest a down-slope transportation most likely by turbidity currents along the canyon. AMS14C dating indicates that the turbidite was formed approximately 150 cal.aBP, and the clay mineral compositions suggests a kind of hemipelagic-pelagic and the turbidite deposits with sediment sources dominantly from the Taiwan island and partly from the Pearl River and Luzon Island.
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海底峡谷广泛发育于世界各大陆边缘[1]，是深水沉积物搬运的重要通道和陆源粗粒碎屑物质的重要堆积场所[2]。此外，海底峡谷又是浊流、滑坡事件的频发区域，而海底浊流因其强大的冲刷力在海底又可形成峡谷[3]，海底峡谷研究已成为当前深水沉积研究的焦点[4]。
南海北部峡谷区被认为是现代浊流过程研究的天然实验室[5]，尤其是峡谷区东部的高屏峡谷，由于其上游与台湾高屏溪河口相连，有充足的陆源沉积物供应，每年2—3次台风登陆台湾加之该区为地震高发区，触发了多次现代浊流过程[6-8]。台湾峡谷位于峡谷区东部，受南海半封闭边缘海特性、复杂的构造背景[9]及活跃的沉积活动[10]的影响，台湾峡谷区沉积物输运过程复杂，目前普遍认为台湾峡谷沉积物跨陆架输运的主要动力是浊流作用[11, 12]。已有的研究主要集中在台湾峡谷区下段，且基于沉积记录认为台湾峡谷区浊流沉积主要发育在末次冰期低海平面时期[13, 14]。目前台湾峡谷上游的陆架无类似于高屏峡谷充足陆源沉积物供应，其是否存在现代浊流活动尚无公开报道。另一方面，南海北部海域沉积物物源复杂，风尘物质对南海北部有一定的贡献[15-17]，但是河流输入的物质仍然占主导地位[18-20]，其中长江沉积物无法越过台湾海峡到达南海北部[21]。现今有关南海北部物质来源的研究多集中在东沙东南高速堆积区[22-25]。位于南海北部陆坡的台湾峡谷区沉积物物源多样，主要受到来自珠江、台湾、吕宋岛物质输入的影响，不过其相对贡献率一直未有定论，同时研究区浊流活动是否会导致物源产生改变尚不清楚。
因此，本论文基于“蛟龙号”第140潜次在南海北部台湾峡谷中段获取的沉积物短柱样品，开展沉积物粒度特征、有孔虫尤其是底栖有孔虫的种属特征研究，结合黏土矿物分析，揭示“蛟龙号”第140潜次下潜区域的沉积特征，识别研究区近现代浊流事件，并探讨研究区沉积物的物源及浊流活动对物源的影响。
1. 区域地质概况
南海是世界最大的边缘海之一，台湾峡谷区位于南海北部陆坡(图 1)，毗邻东沙隆起和台湾造山带。台湾峡谷全长大于220km，从陆架边缘(水深200~300m)一直延伸到水深约3500m的峡谷下部。整个峡谷可以分为：(1)峡谷头部(从陆架坡折处至水深1200m)，有多个分支，其上部与南海宽浅陆架相连；(2)峡谷上段(1200~2500m)，呈树枝状，由众多支流和冲沟组成，表现为V形下切；(3)峡谷中段(2500~3000m)，地形坡度较缓；(4)峡谷下段(3000~3500m)，地形坡度最缓。台湾峡谷整体上呈NW—SE向延伸，峡谷的延伸方向出现两次转向，第一次由N—S向的峡谷的上段转为呈NW—SE向的峡谷中段，此后峡谷下段进一步转为近E—W向，并和澎湖峡谷一起汇入马尼拉海沟[12]。其中峡谷中部至下部方向的转变发生在靠近海山55°的弯折处(图 1)，很可能与E—W向的火山海丘的扩张相关[11, 26]。台湾峡谷中部和下部也出现由浊流活动引起的台阶地形[12]。
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图 1 南海地形图A.红色方框代表“蛟龙号”第140潜次的下潜区域, B.台湾峡谷多波测深图(据文献[12]改绘)Figure 1. A. Geographic map of the South China Sea (SCS), with the rectangle identifying the 140th dive site of Chinese DSV (Deep Submersible Vehicle) "Jiaolong" B. Multi-beam bathymetry of the Taiwan Submarine Canyon (Modified after Zhong et al[12])The dive site is shown by red dot2. 数据和方法
2.1 研究材料
3个沉积物短柱样品(#3，#3a和#4)是在中国大洋第38航次期间，于2017年5月6日搭乘“蛟龙号”在台湾峡谷中段开展第140潜次期间获取的。“蛟龙号”具有近底自动航行、悬停定位和高精度测量等功能，配合其高清摄像机、高清照相机、机械手和其他配套作业工具，可以做到水下精准定位和取样。#3，#3a和#4站位分别位于一个台阶地形的上、中、下游(图 2)，能够揭示一个台阶地形的沉积特性。短柱取样水深为2935~2985m，取样长度13~14.5cm(表 1)。
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图 2 台湾峡谷“蛟龙号”第140潜次深潜路线图(A)及沿峡谷方向调查测线地形变化图(B)Figure 2. A. The track lines of the DSV "Jiaolong" during the 140th dive in the Taiwan Submarine Canyon, B. Water depth variation along the axis of the Taiwan Submarine Canyon based on the data collected by the DSV altimeter表 1 台湾峡谷“蛟龙号”第140潜次短柱样品信息Table 1. Information of the push cores collected during the 140th dive of DSV Jiaolong in the Taiwan Submarine Canyon短柱编号 北纬(N) 东经(E) 水深/m 长度/cm #3 21°20.00′ 119°0.62′ 2935 13.0 #3a 21°19.83′ 119°0.82′ 2961 14.1 #4 21°19.64′ 119°0.98′ 2985 14.5 2.2 粒度分析
沉积物粒度分析在中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室完成，样品按1cm间隔取样。首先，取适量沉积物样品经双氧水和稀盐酸浸泡，去除有机质和碳酸盐，然后加入适量六偏磷酸钠溶液经超声波分散后上机测试。所用仪器为英国Malvern公司生产的Mastersizer 2000型激光粒度分析仪，该仪器所测量的范围为0.02~2000μm，偏差＜2%。沉积物粒级采用伍登-温德华-Φ粒级标准，沉积物的命名采用Shepard分类命名法，粒度参数的计算采用McManus矩值法[27]。
2.3 有孔虫鉴定和AMS14C测年
有孔虫的鉴定与统计采用微体古生物学方法：首先取约10g湿样置于40℃烘箱中烘干，将烘干后的样品置于烧杯中，并记录样品净重。然后加入适量浓度为10%的H2O2，静置约24h，以完全去除有机质并充分分散样品。样品充分散开后再使用250目(孔径为63μm)标准铜筛冲洗样品，将筛洗后的样品残渣在50℃的烘箱中烘干。最后将收集样品残渣在实体显微镜下鉴定、拍照并统计底栖有孔虫种类及数量，并对浮游有孔虫的特征进行分析。鉴定标准参考《东海底质中的有孔虫和介形虫》[28]、《南黄海西北部底质中有孔虫、介形虫分布规律及其地质意义》[29]、《东海的胶结和瓷质有孔虫》[30]。扫描电镜拍照工作在自然资源部第一海洋研究所完成，所用仪器为环境扫描电子显微镜(QUANTA2000)，工作电压为50kV。
选取#4站位9~10cm适量样品经和有孔虫鉴定同样的实验步骤(烘干、去除有机质和黏性、冲洗再烘干)后，在实体显微镜下挑选干净完整的浮游有孔虫混合种壳体约6mg，由美国Beta实验室进行加速器质谱(Accelerator Mass Spectrometry，AMS)14C测年，测试得到的原始14C年龄使用CALIB 7.0.4校正到日历年龄(以公元1950年为起算点，单位是cal. aBP)。
2.4 黏土矿物分析
使用黏土粒级矿物(< 2μm)定向薄片X射线衍射方法(XRD)分析黏土矿物，该测试工作在中国科学院青岛生物能源与过程研究所完成。取约4g湿样, 加入适量的H2O2和稀醋酸浸泡，以去除有机质及碳酸钙，用去离子水清洗离心后，根据Stokes沉降原理提取小于2μm沉积物制成薄片。自然样品上机测试后在乙二醇蒸汽中浸泡48h，制成乙二醇饱和定向片再测试。上机测试利用Rigaku D/max-rB型X射线衍射仪测试(CuKα)，工作电压40kV、电流100mA，扫描范围3°~35°(2θ)，步长2°/min。使用改进的Biscaye方法计4种主要黏土矿物的相对含量，即计算乙二醇饱和片X射线衍射图谱上蒙脱石(17Å)、伊利石(10Å)、绿泥石和高岭石(7Å)4种矿物的3个特征峰的峰面积，其强度因子分别为1、4和2.5，绿泥石和高岭石的含量比例根据3.53Å/3.57Å的衍射峰面积比值求得。根据乙二醇曲线计算伊利石矿物学特征，伊利石的结晶度是根据10Å衍射峰处的半峰宽来确定，伊利石化学风化指数是根据5Å/10Å衍射峰处的峰面积来确定。
3. 结果
3.1 粒度特征
粒度分析结果显示(图 3)，#3和#3a短柱沉积物粒度在垂向上变化不显著，为典型的细颗粒沉积，二者的平均粒径均为6~7Φ，主要由粉砂和黏土组成，沉积物类型为黏土质粉砂，且二者的分选程度都较差。#4短柱沉积物粒度在垂向上具有明显的突变特征，12cm以下砂含量增加可达25%，沉积物类型为砂质粉砂，向上砂含量降低，沉积物粒度变细，岩性变为黏土质粉砂，该短柱沉积物分选性同样差。
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图 3 #3(A)、#3a(B)和#4(C)短柱沉积物粒度参数垂向变化特征Figure 3. Grain-size distributions of core #3 (A), #3a (B) and #4 (C) collected by the DSV "Jiaolong" from the Taiwan Submarine Canyon3.2 有孔虫特征及AMS14C测年结果
基于各站位短柱沉积物粒度的垂向变化，选取#3短柱深度1~2cm(样品量为6.2g，下同)、7~8cm(5.5g)、12~13cm(5.4g)，#3a短柱深度1~2cm(5.5g)、6~7cm(4.6g)、13~14cm(7.2g)和#4短柱深度1~2cm(6.4g)、6~7cm(4.9g)、11~12cm(7.4g)、13.5~14.5cm(5.8g)共10个样品进行有孔虫鉴定分析。3个短柱的主要特征底栖有孔虫种属、含量及生存环境见表 2。
表 2 短柱底栖有孔虫主要特征种属含量Table 2. Relative abundance of benthic foraminifera in the push cores短柱 层位/cm 内陆架 外陆架 外陆架-半深海 半深海-深海 深海 外陆架-深海 1~2 15.4 7.7 19.2 26.9 30.8 #3 7~8 4.0 36.0 8.8 6.4 44.8 12~13 17.1 35.2 1.9 2.8 43.0 1~2 6.8 1.4 34.2 57.6 #3a 6~7 4.3 17.4 78.3 13~14 0.9 9.4 17.9 8.5 63.3 1~2 11.1 16.7 5.6 66.6 #4 6~7 2.6 3.8 45.9 47.7 11~12 7.9 35.2 3.4 3.4 50.1 13.5~14.5 8.5 31.4 3.4 56.7 内陆架主要为Elphidium advenum、Florilus scaphum、Pseudorotalia schroeteriana
外陆架主要为Bolivina robusta、Brizalina sp.、Brizalina striatula、Hanjawaia mantanensis
外陆架—半深海主要为Eggerella bradyi、Globocassidulina subglobosa、Planulina wuellerstorfi
半深海—深海主要为Bulimina aculeata、Epistominella exigua
深海主要为Rhabdammina sp.#3短柱样品共鉴定底栖有孔虫42属49种。根据有孔虫的特征，可以分为两部分，自上而下分别为：1~2cm，有孔虫种类、数量很少，底栖有孔虫以深海种类为主(26.9%)，如Rhabdammina sp.等，浮游的多是溶蚀后的碎屑，完整壳体少见；7~8cm，底栖有孔虫的种类、数量较多，多为外陆架种类(36%)，如Bolivina robusta、Brizalina striatula，其次为半深海—深海种、深海种(15.2%)，如Epistominella exigua、Bulimina aculeate、Rhabdammina sp.等，还有少量内陆架种类(4.0%)，如Florilus scaphum等，浮游有孔虫种类、数量均不多，可见完整壳体，另外还见到石英、云母等矿物颗粒；12~13cm，底栖有孔虫主要为外陆架生活的种类(35.2%)，如Bolivina robusta、Hanzawaia mantaensis，及较多内陆架种类(17.1%)，如Elphidum advenum、Pseudorotalia schroeteriana等(表 2，图 4)，含有少数完整的浮游有孔虫壳体，溶蚀不明显，可见大量石英矿物颗粒。
选取#3a短柱的3个样品进行有孔虫种属鉴定，辨认出底栖有孔虫39属47种。上部1~2cm和6~7cm沉积物中，底栖有孔虫种类、数量稀少，以深海胶结质壳为主(分别占34.2%、17.4%)，如Rhabdammina sp.，其他种类仅零星出现；而浮游有孔虫几乎不见完整壳体，溶蚀强烈，这些特征说明了明显的溶蚀环境。下部13~14cm样品中，有孔虫种类和数量都较为丰富，底栖有孔虫多为外陆架至半深海生活的种类(17.9%)，如Globocassidulina subglobosa、Brizalina stritula等；浮游有孔虫保存完好，种类多、数量大。
选取#4短柱的4个样品进行有孔虫种属鉴定，辨认出底栖有孔虫41属57种。上部1~2cm样品中底栖有孔虫种类和数量很少，主要为半深海—深水种类(16.7%)；浮游有孔虫种类亦少，且溶蚀明显，所见多为其溶解后的碎屑。6~7cm样品中底栖有孔虫种类和数量有所增多，主要为半深海—深海种类(45.9%)，如Epistominella exigua、Bulimina aculeata等；浮游有孔虫种类和数量都明显增多，且保存完好，溶蚀现象不明显。这些特征反映其为外陆架到半深海、深海环境。11~12cm及13.5~14.5cm两个样品中底栖有孔虫种类多，主要为外陆架种属(35.2%, 31.4%)，如Bolivina robusta、Brizalina sp.、Hanzawaia mantaensis等，还出现内陆架生活的种类(分别占7.9%、8.5%)，如Florilus scaphum等。此外，这两个样品含有大量粗颗粒成分，主要是石英及云母。另外，对#4短柱9~10、10~11cm沉积物进行了底栖有孔虫种属辨别后发现，前者主要由深海—半深海的底栖有孔虫组成，后者存在较多的浅水种底栖有孔虫，未对底栖有孔虫种属含量进行详细的统计分析。
3.3 黏土矿物特征
南海北部台湾峡谷第140潜次短柱样品黏土矿物组成特征见表 3。3个站位黏土矿物主要由伊利石(分别为57.5%~70.3%、56.5%~67.5%、58.8%~72.3%)、绿泥石(分别为20.0%~22.3%、15.1%~22.2%、17.2%~20.4%)和蒙脱石(分别为3.8%~16.6%、4.0%~19.0%、2.0%~16.8%)组成，含有少量高岭石(分别为4.8%~7.8%、6.3%~10.1%、5.6%~7.8%)。3个短柱沉积物的黏土矿物含量垂向变化显示，高岭石和绿泥石的含量基本不变，蒙脱石和伊利石含量在5cm处发生了较为明显的改变：5cm以上蒙脱石含量较低且随深度的增加而增加，直到5cm处蒙脱石含量较多且向下变化幅度变小，伊利石则出现和蒙脱石近似相反的变化趋势(图 5)。
表 3 #3，#3a和#4短柱黏土矿物组成特征Table 3. Clay mineral content of the push cores短柱 层位/cm 蒙脱石/% 伊利石/% 高岭石/% 绿泥石/% 伊利石化学指数 伊利石结晶度/(°)Δ2θ 0~1 3.8 70.3 5.9 20.0 0.26 0.33 2~3 3.8 69.0 7.1 20.2 0.25 0.29 4~5 8.2 64.7 4.8 22.3 0.30 0.29 #3 6~7 7.1 65.7 4.3 23.0 0.32 0.29 8~9 8.0 64.8 4.6 22.6 0.20 0.30 10~11 6.6 65.1 7.8 20.6 0.27 0.28 11~12 16.6 57.6 5.5 20.4 0.29 0.28 0~1 4.0 67.5 6.3 22.2 0.29 0.29 2~3 6.1 65.2 5.0 23.7 0.27 2~3 4~5 16.4 58.8 7.8 17.0 0.28 0.29 #3a 6~7 15.3 58.7 6.4 19.6 0.28 6~7 8~9 19.0 56.5 6.8 17.8 0.29 0.32 10~11 14.2 61.0 7.1 17.8 0.27 0.30 12~13 14.5 60.3 10.1 15.1 0.27 0.32 0~1 2.0 72.3 5.6 20.1 0.29 0.30 2~3 5.3 68.0 6.2 20.4 0.29 0.29 4~5 14.4 59.5 6.3 19.9 0.29 0.30 6~7 12.2 60.4 7.0 20.4 0.26 6~7 #4 7~8 11.6 61.6 7.8 19.1 0.27 0.28 9~10 12.8 60.5 6.9 19.8 0.29 0.27 10~11 16.8 59.7 6.2 17.2 0.26 0.32 12~13 16.6 58.8 6.7 17.9 0.32 0.27 ![]()
图 5 #3(A)、#3a(B)和#4(C)站位黏土矿物垂向组成特征Figure 5. Vertical variations of the clay mineral compositions of #3 (A), #3a (B) and #4 (C)4. 讨论
虽然“蛟龙号”具有精准取样的优势，但因为每个潜次时间有限，所以站位之间的距离比较短，无法体现区域性的变化，只能识别跨越某个地形地貌单元(本文中是一个谷底台阶地形)的变化。所幸“蛟龙号”强有力的机械手取到的短柱样品能够反映沉积物特征在垂向上的变化。基于此，本章主要讨论与沉积物粒度及底栖有孔虫种属关系密切的浊流事件及由黏土矿物决定的沉积物的区域性来源及浊流活动引发的物源变化。
4.1 浊流事件
Murray[31]指出深海底栖有孔虫的组合与深度密切相关，底栖有孔虫的“标志种”常常用于指示特定水团。#3短柱样品(7~8及12~13cm)和#4短柱样品(10~11、11~12、13.5~14.5cm)中出现了较多的浅水底栖有孔虫，如Florilus scaphum、Elphidum advenum、Pseudorotalia schroeteriana，且含有和有孔虫一起保存下来的石英、云母等粗颗粒组分。在近3000m水深的峡谷地区出现的浅水种底栖有孔虫应为浊流从陆架或上陆坡地区搬运而来。#3a短柱沉积物中主要包含半深海—深海底栖有孔虫。结合粒度特征认为#3和#4短柱样品下部发育有浊流沉积，但#3和#4短柱上部及#3a短柱是否仅为正常的半深海—深海沉积而不包含浊流沉积仍无法确定。因为在浊流活动结束时或即将结束时，近底层的物质仍是浊流带来的，此时虽然不再沉积粗粒物质，但沉积下来的细颗粒物质仍有可能是浊流活动的产物。有孔虫倾向于在粗颗粒组分中富集，绝大部分从陆架或上陆坡搬运而来的浅水种底栖有孔虫沉积在较粗的砂层中，而细颗粒的浊流沉积物中几乎不包含浅水种底栖有孔虫[32]。#3，#3a和#4短柱分别位于一个台阶地形(cyclic step)的上、中、下游，其中#3a短柱位于侵蚀陡坎处，属于侵蚀区，很难沉积较粗的浊流物质，而#3和#4短柱则位于堆积区，可以较好地保存浊流砂层[12]，与本研究有孔虫种属和粒度分析结果一致。
由于3个短柱采集位置非常接近，浊流活动发育的时间应一致，因此选取#4短柱9~10cm样品中的浮游有孔虫混合种进行AMS14C测年，测年结果显示年龄为152.5aBP。9~10cm样品中沉积物是浊流活动带来的，浊流活动发生于该层物质沉积之后，测年结果表明台湾峡谷“蛟龙号”第140潜次下潜区发育有近现代浊流活动。
4.2 物源及其变化
黏土矿物是海洋沉积物中最重要的颗粒成分，对海洋沉积环境的变化十分敏感，因而在判别沉积物物质来源、沉积环境、洋流搬运以及重建古环境古气候等方面发挥了越来越重要的作用[23, 33]。珠江、台湾岛以及吕宋岛作为潜在的三大物源区，其黏土矿物含量相差较大，因此已经广泛用于判断沉积物物源，已有研究几乎都表明珠江为南海北部提供了几乎全部的高岭石，台湾河流则提供了伊利石和绿泥石，吕宋岛提供了全部蒙脱石[22, 34]。不过Liu等[35]对南海东北部沿岸表层黏土矿物组成进行研究，发现中国华南大陆沿岸识别出蒙脱石含量高值区，并根据黏土矿物组成将其分为珠江西部、邻近珠江、珠江东部、雷州半岛东部4个区域，其中邻近珠江及雷州半岛东部蒙脱石含量较高(约15%)，并推测与火山物质的蚀变有关。同样地，Liu等[36]在南海北部陆架也发现了一个较高的蒙脱石含量区。样品中蒙脱石含量的垂向变化(图 5)说明5cm处蒙脱石的物源发生了较为明显的改变，推测浊流活动将南海北部沿岸和陆架地区的蒙脱石搬运到研究区，导致浊流沉积层中蒙脱石的含量大于正常深海沉积物中的含量, 5cm及以下层位的样品受浊流活动的影响，5cm以上为正常半深海—深海沉积。
为定性识别第140潜次沉积物中黏土矿物的来源，绘制了伊利石+绿泥石-蒙脱石-高岭石端元图(图 6)。结果发现，即使浊流活动带来了部分南海北部沿岸和陆架地区的物质，但台湾仍然是最主要的物源，珠江和吕宋岛的贡献率则相对较低。
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5. 结论
(1)#3和#4短柱位于浊流活动所形成的台阶地形的堆积区，短柱下部均出现较多的浅水底栖有孔虫，且前者沉积物粒度较细且变化小，后者下部粒度变粗且砂含量相对较高；#3a短柱位于侵蚀区，沉积物颗粒也较细，无浅水种底栖有孔虫。AMS14C测年结果为152.5aBP，表明研究区发育有近现代浊流活动。
(2) 黏土矿物特征表明#3和#4短柱样品5cm以下皆为浊流沉积物，5cm以上则是正常的半深海—深海沉积物；浊流活动带来部分南海北部沿岸及陆架地区物质，但研究区的物质主要来源于台湾，珠江、吕宋岛的贡献率则相对较低。
致谢: 感谢青岛海洋科学与技术试点国家实验室鳌山科技创新计划项目(2016ASKJ05)的支持，感谢“蛟龙号”驾驶员和团队及“向阳红”9号科考船全体人员为本研究的样品采集提供的帮助，感谢中国海洋大学刘东升老师、龙海燕老师在底栖有孔虫种属鉴定实验中给予的帮助。 -
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图 1 南海地形图
A.红色方框代表“蛟龙号”第140潜次的下潜区域, B.台湾峡谷多波测深图(据文献[12]改绘)
Figure 1. A. Geographic map of the South China Sea (SCS), with the rectangle identifying the 140th dive site of Chinese DSV (Deep Submersible Vehicle) "Jiaolong" B. Multi-beam bathymetry of the Taiwan Submarine Canyon (Modified after Zhong et al[12])
The dive site is shown by red dot
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图 2 台湾峡谷“蛟龙号”第140潜次深潜路线图(A)及沿峡谷方向调查测线地形变化图(B)
Figure 2. A. The track lines of the DSV "Jiaolong" during the 140th dive in the Taiwan Submarine Canyon, B. Water depth variation along the axis of the Taiwan Submarine Canyon based on the data collected by the DSV altimeter
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图 3 #3(A)、#3a(B)和#4(C)短柱沉积物粒度参数垂向变化特征
Figure 3. Grain-size distributions of core #3 (A), #3a (B) and #4 (C) collected by the DSV "Jiaolong" from the Taiwan Submarine Canyon
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图 5 #3(A)、#3a(B)和#4(C)站位黏土矿物垂向组成特征
Figure 5. Vertical variations of the clay mineral compositions of #3 (A), #3a (B) and #4 (C)
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表 1 台湾峡谷“蛟龙号”第140潜次短柱样品信息
Table 1 Information of the push cores collected during the 140th dive of DSV Jiaolong in the Taiwan Submarine Canyon
短柱编号 北纬(N) 东经(E) 水深/m 长度/cm #3 21°20.00′ 119°0.62′ 2935 13.0 #3a 21°19.83′ 119°0.82′ 2961 14.1 #4 21°19.64′ 119°0.98′ 2985 14.5 
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表 2 短柱底栖有孔虫主要特征种属含量
Table 2 Relative abundance of benthic foraminifera in the push cores
短柱 层位/cm 内陆架 外陆架 外陆架-半深海 半深海-深海 深海 外陆架-深海 1~2 15.4 7.7 19.2 26.9 30.8 #3 7~8 4.0 36.0 8.8 6.4 44.8 12~13 17.1 35.2 1.9 2.8 43.0 1~2 6.8 1.4 34.2 57.6 #3a 6~7 4.3 17.4 78.3 13~14 0.9 9.4 17.9 8.5 63.3 1~2 11.1 16.7 5.6 66.6 #4 6~7 2.6 3.8 45.9 47.7 11~12 7.9 35.2 3.4 3.4 50.1 13.5~14.5 8.5 31.4 3.4 56.7 内陆架主要为Elphidium advenum、Florilus scaphum、Pseudorotalia schroeteriana
外陆架主要为Bolivina robusta、Brizalina sp.、Brizalina striatula、Hanjawaia mantanensis
外陆架—半深海主要为Eggerella bradyi、Globocassidulina subglobosa、Planulina wuellerstorfi
半深海—深海主要为Bulimina aculeata、Epistominella exigua
深海主要为Rhabdammina sp.
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表 3 #3，#3a和#4短柱黏土矿物组成特征
Table 3 Clay mineral content of the push cores
短柱 层位/cm 蒙脱石/% 伊利石/% 高岭石/% 绿泥石/% 伊利石化学指数 伊利石结晶度/(°)Δ2θ 0~1 3.8 70.3 5.9 20.0 0.26 0.33 2~3 3.8 69.0 7.1 20.2 0.25 0.29 4~5 8.2 64.7 4.8 22.3 0.30 0.29 #3 6~7 7.1 65.7 4.3 23.0 0.32 0.29 8~9 8.0 64.8 4.6 22.6 0.20 0.30 10~11 6.6 65.1 7.8 20.6 0.27 0.28 11~12 16.6 57.6 5.5 20.4 0.29 0.28 0~1 4.0 67.5 6.3 22.2 0.29 0.29 2~3 6.1 65.2 5.0 23.7 0.27 2~3 4~5 16.4 58.8 7.8 17.0 0.28 0.29 #3a 6~7 15.3 58.7 6.4 19.6 0.28 6~7 8~9 19.0 56.5 6.8 17.8 0.29 0.32 10~11 14.2 61.0 7.1 17.8 0.27 0.30 12~13 14.5 60.3 10.1 15.1 0.27 0.32 0~1 2.0 72.3 5.6 20.1 0.29 0.30 2~3 5.3 68.0 6.2 20.4 0.29 0.29 4~5 14.4 59.5 6.3 19.9 0.29 0.30 6~7 12.2 60.4 7.0 20.4 0.26 6~7 #4 7~8 11.6 61.6 7.8 19.1 0.27 0.28 9~10 12.8 60.5 6.9 19.8 0.29 0.27 10~11 16.8 59.7 6.2 17.2 0.26 0.32 12~13 16.6 58.8 6.7 17.9 0.32 0.27
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-
[1] Harris P T, Whiteway T. Global distribution of large submarine canyons: Geomorphic differences between active and passive continental margins [J]. Marine Geology, 2011, 285(1-4): 69-86. doi: 10.1016/j.margeo.2011.05.008
[2] Mchugh C M G, Damuth J E, Mountain G S. Cenozoic mass-transport facies and their correlation with relative sea-level change, New Jersey continental margin[J]. Marine Geology, 2002, 184(3): 295-334. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=93a97b61cc82972ffac2471a8f36537f
[3] Daly R A. Origin of submarine canyons[J]. Amer. J. Sei. 5th. Ser., 1936, 31: 401-420. doi: 10.2475-ajs.s5-31.186.401/
[4] 毛凯楠, 解习农.深水峡谷体系研究现状及其地质意义[J].地质科技情报, 2014, 33(2): 21-27. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dzkjqb201402004 MAO Kainan, XIE Xinong. Research reviews of submarine canyons system and its geological significance [J]. Geoloical Scinence and Technology Information, 2014, 33(2): 21-27. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dzkjqb201402004
[5] 徐景平.海底浊流研究百年回顾[J].中国海洋大学学报:自然科学版, 2014, 44(10): 98-105. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qdhydxxb201410014 XU Jingping. Turbidity current research in the past century: An overview [J]. Periodical of Ocean University of China, 2014, 44(10): 98-105. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qdhydxxb201410014
[6] Carter L, Milliman J D, Talling P J, et al. Near-synchronous and delayed initiation of long run-out submarine sediment flows from a record-breaking river flood, offshore Taiwan [J]. Geophysical Research Letters, 2012, 39(12): L12603. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=552863899f083583c4c2839fc4a8f185
[7] Hsu S, Kuo J, Lo C, et al. Turbidity currents, submarine landslides and the 2006 Pingtung Earthquake off SW Taiwan[J]. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences, 2008, 19(6):767-772. doi: 10.3319/TAO.2008.19.6.767(PT)
[8] Liu J, Wang Y, Yang R, et al. Cyclone-induced hyperpycnal turbidity currents in a submarine canyon [J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2012, 117(4): C04033. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=c3a8a10fb7a1d126f09f194ff50ed464
[9] 蔡学林, 朱介寿, 曹家敏, 等.东亚西太平洋巨型裂谷体系岩石圈与软流圈结构及动力学[J].中国地质, 2002, 29(3): 234-245. doi: 10.3969/j.issn.1000-3657.2002.03.002 CAI Xuelin, ZHU Jieshou, CAO Jiamin, et al. Structure and dynamics of lithosphere and asthenosphere in the gigantic East Asian-West Pacific rift system[J]. Geology in China, 2002, 29(3): 234-245. doi: 10.3969/j.issn.1000-3657.2002.03.002
[10] Shao L, Qiao P, Pang X, et al. Nd isotopic variations and its implications in the recent sediments from the northern South China Sea[J]. Science Bulletin, 2009, 54(2): 311-317. doi: 10.1007/s11434-008-0453-8
[11] Kuang Z, Zhong G, Wang L, et al. Channel-related sediment waves on the eastern slope offshore Dongsha Islands, northern South China Sea[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2014, 79: 540-551. doi: 10.1016/j.jseaes.2012.09.025
[12] Zhong G, Matthieu J B, Kang Z, et al. Cyclic steps along the South Taiwan Shoal and West Penghu submarine canyons on the northeastern continental slope of the South China Sea[J]. Geological Society of America Bulletin, 2015, 127(5-6): 804-824. doi: 10.1130/B31003.1
[13] Gong C, Wang Y, Peng X, et al. Sediment waves on the South China Sea Slope off southwestern Taiwan: Implications for the intrusion of the Northern Pacific Deep Water into the South China Sea[J]. Marine and Petroleum Geology, 2012, 32(1): 95-109. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2011.12.005
[14] 徐尚, 王英民, 彭学超, 等.台湾峡谷中段沉积特征及流体机制探讨[J].地质论评, 2013, 31(2): 325-330. doi: 10.3969/j.issn.0371-5736.2013.02.014 XU Shang, WANG Yingmin, PENG Xuechao, et al. Depositional elements and settings of HD13 and HD77 cores in the Taiwan Canyon[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2013, 31(2):325-330. doi: 10.3969/j.issn.0371-5736.2013.02.014
[15] Liu Z, Trentesaux A, Clemens S C, et al. Clay mineral assemblages in the northern South China Sea: implications for East Asian monsoon evolution over the past 2 million years[J]. Marine Geology, 2003, 201(1-3): 133-146. doi: 10.1016/S0025-3227(03)00213-5
[16] Tamburini F, Adatte T, Föllmi K, et al. Investigating the history of East Asian monsoon and climate during the last glacial-interglacial period (0~140000 years): mineralogy and geochemistry of ODP Sites 1143 and 1144, South China Sea[J]. Marine Geology, 2003, 201(1): 147-168.
[17] Wan S, Li A, Clift P D, et al. Development of the East Asian monsoon: Mineralogical and sedimentologic records in the northern South China Sea since 20 Ma[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2007, 254(3-4): 561-582. doi: 10.1016/j.palaeo.2007.07.009
[18] Clift P, Lee J I, Clark M K, et al. Erosional response of South China to arc rifting and monsoonal strengthening; a record from the South China Sea[J]. Marine Geology, 2002, 184(3): 207-226. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=3bd879293e1dcfe29d32184d3ae6930e
[19] Li X, Wei G, Shao L, et al. Geochemical and Nd isotopic variations in sediments of the South China Sea: a response to Cenozoic tectonism in SE Asia[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2003, 211(3-4): 207-220. doi: 10.1016/S0012-821X(03)00229-2
[20] Wan S, Li A, Clift P D, et al. Increased contribution of terrigenous supply from Taiwan to the northern South China Sea since 3Ma[J]. Marine Geology, 2010, 278(1-4): 115-121. doi: 10.1016/j.margeo.2010.09.008
[21] Xu K, Milliman J D, Li A, et al. Yangtze- and Taiwan-derived sediments on the inner shelf of East China Sea[J]. Continental Shelf Research, 2009, 29(18): 2240-2256. doi: 10.1016/j.csr.2009.08.017
[22] Boulay S, Colin C, Trentesaux A, et al. Sediment sources and East Asian monsoon intensity over the last 450 ky: Mineralogical and geochemical investigations on South China Sea sediments [J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2005, 228(3): 260-277.
[23] Liu Z, Tuo S, Colin C, et al. Detrital fine-grained sediment contribution from Taiwan to the northern South China Sea and its relation to regional ocean circulation[J]. Marine Geology, 2008, 255(3-4): 149-155. doi: 10.1016/j.margeo.2008.08.003
[24] Shao L, Li X, Wei G, et al. Provenance of a prominent sediment drift on the northern slope of the South China Sea[J]. Science in China (Series D), 2001, 10(44): 919-925. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_zgkx-ed200110008.aspx
[25] Wehausen R, Brumsack H. Astronomical forcing of the East Asian monsoon mirrored by the composition of Pliocene South China Sea sediments[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2002, 201(3): 621-636. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=687bd0468fd21d647fb1dfcaaa50b248
[26] 丁巍伟, 李家彪, 李军.南海北部陆坡海底峡谷形成机制探讨[J].海洋学研究, 2010, 28(1): 96-105. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dhhy201001004 DING Weiwei, LI Jiabiao, LI Jun, et al. Geomorphology, grain-size charicteristics, matter source and forming mechanism of sediment waves on the ocean bottom of the northeast South China Sea[J]. Journal of Marine Sciences, 2010, 28(1): 96-105. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dhhy201001004
[27] Mac Manus J. Grain size determination and interpretation[J]. Techniques in Sedimentology, 1988: 63-85. http://d.old.wanfangdata.com.cn/NSTLQK/NSTL_QKJJ0227211167/
[28] 汪品先, 章纪军, 赵泉鸿, 等.东海底质中的有孔虫与介形虫[M].北京:海洋出版社, 1988. WANG Pinxian, ZHANG Jijun, ZHAO Quanhong, et al. Foraminifera and Ostracoda in the Sediments of East China Sea[M]. Beijing: Ocean Press, 1988.
[29] 汪品先, 闵秋宝, 卞云华.南黄海西北部底质中有孔虫、介形虫分布规律及其地质意义[C]//海洋微体古生物论文集.北京: 海洋出版社, 1980. WANGA Pinxian, MIN Qiubao, BIAN Yunhua. Papers on Marine Micropaleontology[C]. Beijing: Ocean Press, 1980.
[30] 郑守仪.东海的胶结和瓷质有孔虫[M].北京:科学出版社, 1986. ZHENG Shouyi. Cement and Porcellaneous Foraminifera in the East China Sea[M]. Beijing: Science Press, 1988.
[31] Murray J. Ecology and Applications of Benthic Foraminifera[M]. Cambridge University Press, Cambridge, 2006.
[32] 袁迎如.冲绳海槽的浊流沉积物[J].地质论评, 1987, 33(6): 499-505. doi: 10.3321/j.issn:0371-5736.1987.06.001 YUAN Yingru. Turbidites in the Okinawa Trough[J]. Geological Review, 1987, 33(6): 499-505. doi: 10.3321/j.issn:0371-5736.1987.06.001
[33] Liu Z, Colin C, Huang W, et al. Climatic and tectonic controls on weathering in south China and Indochina Peninsula: Clay mineralogical and geochemical investigations from the Pearl, Red, and Mekong drainage basins[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2007, 8(5):938-949.
[34] Liu Z, Colin C, Li X, et al. Clay mineral distribution in surface sediments of the northeastern South China Sea and surrounding fluvial drainage basins: Source and transport[J]. Marine Geology, 2010, 277(1-4): 48-60. doi: 10.1016/j.margeo.2010.08.010
[35] Liu J, Yan W, Chen Z, et al. Sediment sources and their contribution along northern coast of the South China Sea: Evidence from clay minerals of surface sediments[J]. Continental Shelf Research, 2012, 47: 156-164. doi: 10.1016/j.csr.2012.07.013
[36] Liu Z, Zhao Y, Colin C, et al. Source-to-sink transport processes of fluvial sediments in the South China Sea[J]. Earth-Science Reviews, 2016, 153: 238-273. doi: 10.1016/j.earscirev.2015.08.005
[37] Liu Z, Zhao Y, Colin C, et al. Chemical weathering in Luzon, Philippines from clay mineralogy and major-element geochemistry of river sediments[J]. Applied Geochemistry, 2009, 24(11): 2195-2205. doi: 10.1016/j.apgeochem.2009.09.025
-
期刊类型引用(8)
1. 武芳芳，瞿璇，周宁杰，朱薇，李彦兵，周小平，张东阁，张庆军，郭岭. 鄂尔多斯盆地五蛟西地区长6段单砂体叠置特征研究. 地质科学. 2024(04): 1034-1047 . 
百度学术
2. 曹洪. 大庆长垣外围葡萄花油层河道砂储层单砂体精细刻画新方法. 中外能源. 2023(07): 33-41 . 百度学术
3. 刘庆海，王博涛，阮金凤，阎娜，朱玉双. 环江油田L158区块长8_1~2段水下分流河道单砂体空间组合样式及其对剩余油分布的影响. 油气地质与采收率. 2022(02): 23-33 . 百度学术
4. 任奕霖，赵俊峰，陈佳宇，关新，宋璟淦. 鄂尔多斯盆地浅水三角洲前缘沉积特征与砂体构型——以宜川仕望河剖面长9油层组为例. 新疆石油地质. 2022(03): 310-319 . 百度学术
5. 鲍志东，李忠诚，陈栗，吴凡，牛博，魏兆胜，王振军，封从军，周新茂，张莉，臧东升，李泉泉，刘锐，万谱，李磊. 成熟探区相控油藏储集体精细表征与产能劈分. 中国石油勘探. 2022(03): 61-77 . 百度学术
6. 武田田，商斐，陈睿倩，钟志. 松辽盆地青山口组页岩有机碳含量分布特征. 地球科学. 2022(11): 4309-4318 . 百度学术
7. 王夏斌，姜在兴，胡光义，范廷恩，范洪军，何明薇，陈飞. 浅水三角洲分流河道沉积模式分类. 地球科学与环境学报. 2020(05): 654-667 . 百度学术
8. 王新宇，王德海，王思琳，王金娜，刘奇，贾雨东. 松辽盆地南部永平油田泉四段油气成藏条件分析. 世界地质. 2020(02): 388-397 . 百度学术
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