《Marine Geology》：Formation mechanisms of foraminifera-dominated silt–sand sheets in the Baiyun Sag, South China Sea: The role of Kuroshio and North Pacific Intermediate Water
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浮游有孔虫硅质岩在白海气凹陷北部陆架边缘发现，厚度3-14米，形成生物-颗粒间复合孔隙系统，受SCSBK暖流和NPIW北大洋暖流共同控制，气候变冷、海平面下降及古地形高程影响其时空分布，揭示双洋流耦合沉积模式。
邓成坤|魏小杰|高志谦|范天亮|张忠涛|罗纳德·J·斯蒂尔|徐蕾怡|王海荣|高浩杰|车天贵|彭凌雪
中国地质大学（北京）能源资源学院，北京100083，中国
摘要
在珠江口盆地北部大陆架边缘的上中新统地层中，发现了一种新型的混合沉积物——以有孔虫为主的粉砂-砂层（FSSs），主要由浮游有孔虫泥岩-粉砂岩组成。这些沉积物反复出现，含有丰富的浮游有孔虫壳体，陆地来源的粉砂含量较高，并形成了独特的生物成因-颗粒间复合孔隙系统。通过对三维地震、钻探、岩石学和微古生物学数据的综合分析，发现：（1）这些沉积体厚度为3-14米，具有高振幅、连续的低频反射波，且极性反转，表明其中含有浅层气体；（2）这些沉积物分布范围为SWW-NNE方向，面积达55-177平方公里，主要分布在底流路径与古地形高地的交汇处。其形成受到双重海洋因素的控制：黑潮的南海分支（SCSBK）增强了浮游有孔虫的繁殖能力，而北太平洋中层水（NPIW）的NNE方向分流作用则筛选出了细颗粒并集中了粗颗粒，形成了分选良好的底流重塑沉积物。三个因素影响了它们的时空分布：（1）气候变冷加剧了NPIW的活动；（2）相对海平面下降增加了陆地沉积物的输入；（3）古地形高地加速了底流并增强了沉积物的分选作用。因此，FSSs记录了晚中新世期间SCSBK活动的增强以及NPIW向大陆架边缘的北扩。我们提出了一个“能量-供应-地形”耦合模型，将气候强迫、相对海平面变化和古地形控制通过SCSBK-NPIW的相互作用联系起来。该模型为南海地区的混合沉积物动力学和古海洋环流模式提供了新的见解。
引言
以有孔虫为主的粉砂-砂层（FSSs）是新近在南海北部发现的独特类型的混合碳酸盐-硅质碎屑沉积物（Zuffa, 1980; Mount, 1984; Chiarella et al., 2017; do Amarante et al., 2024），由浮游有孔虫壳体和陆地来源的粉砂至细砂混合而成。这种生物-硅质碎屑耦合反映了生物生产力和水动力重塑的共同作用，记录了古海洋环流与大陆边缘沉积之间的动态相互作用（Coffey and Read, 2004; Schwarz et al., 2018; Longhitano et al., 2021）。尽管现代和古代环境中都广泛存在混合碳酸盐-硅质碎屑沉积物（Dorsey and Kidwell, 1999; Chiarella and Longhitano, 2012; Zecchin and Catuneanu, 2017; Cumberpatch et al., 2021），但以浮游有孔虫为主的沉积物极为罕见，其形成机制仍不甚明了（García-García et al., 2009; Chiarella et al., 2017）。
在珠江口盆地北部的白云凹陷（PRMB）中（图1A–C），上中新统地层中多次出现FSSs。这些沉积物以丰富的浮游有孔虫壳体、高粉砂-细砂含量以及片状、高振幅、横向连续的地震反射波为特征。它们具有生物成因和颗粒间孔隙双重孔隙系统，表明可能成为高质量的浅层气藏（McNeill et al., 2004; Li et al., 2021; Hussain et al., 2022）。尽管这些沉积物在沉积学和经济上具有重要意义，但关于它们如何形成以及为何在复杂的古海洋条件下优先出现在北部大陆架边缘仍存在关键问题（图1A–C, 2）。野外观察表明它们与当时的水流活动有关，但具体的水动力和环境机制尚不清楚。
自中中新世以来，南海北部大陆架边缘的古海洋环流主要由两个主要水团之间的相互作用主导（Zhu et al., 2010; He et al., 2017; Zhuo et al., 2024）：黑潮的南海分支（SCSBK）和北太平洋中层水（NPIW）（图1A, C）。SCSBK通过吕宋海峡输送温暖咸水，增强了表层生产力和生物碳酸盐的生成（Sun et al., 2016a, Sun et al., 2016b; Du et al., 2021），而NPIW则作为中间水流筛选出细颗粒并集中粗颗粒（Gong et al., 2013, Gong et al., 2016）。晚中新世期间，全球变冷和海平面波动加剧了NPIW的活动，影响了区域环流模式，同时也改变了珠江三角洲的沉积物供应（图3）。然而，SCSBK和NPIW的综合影响——受气候、相对海平面和古地形变化调节——在控制FSSs的形成和空间分布方面的作用仍不清楚。
为了解决这一问题，本研究旨在：（1）描述FSSs的沉积特征和沉积过程；（2）评估SCSBK和NPIW在其形成和分布中的作用；（3）建立一个整合气候、相对海平面和古地形控制的沉积模型。通过三维地震、钻探、岩石学、微古生物学和岩石物理学分析的综合性数据集来实现这些目标。这种多代理方法揭示了晚中新世期间古海洋环流、沉积物供应和大陆架边缘古地形的动态耦合，阐明了边缘系统对气候和古海洋重组的响应。这些发现为生物-硅质碎屑混合沉积系统提供了新的模型，并为古海洋重建和沉积物匮乏的大陆架边缘的浅层气勘探提供了预测依据。
地质与海洋背景
珠江口盆地北部大陆架（PRMB）位于南海北部（图1A），是中国的主要油气产区（Wang et al., 2019）。白云凹陷是该盆地内最大的深水凹陷，面积约为20,000平方公里（Cao et al., 2017; Wang et al., 2019）。它被番禺低隆、东沙隆、云里低隆和云开低隆所包围（图1B）。现今的水深范围为200至2800米（Lu et al., 2024）。该凹陷保存了从古新世到新近纪的连续沉积物
方法
本研究使用的数据由中海油深圳分公司提供，包括来自南海北部白云凹陷的三维地震、测井、岩石学、岩石物理学和微古生物学数据。三维地震覆盖面积约为18,000平方公里，水深在100-2000米之间。数据的空间分辨率为25×12.5米，采样间隔为4毫秒，主频为40-50赫兹，估计的垂直分辨率为10-15米。
结果
4.1 上中新统的沉积相特征；4.2 沉积相的时空分布概述了研究区域上中新统地层中的沉积相及其分布情况，有助于理解FSSs的独特特征。第4.3节进一步记录了该区域内外同时期的现象，以更好地约束控制FSSs形成的沉积和动力条件。
环境背景与有限沉积物供应下的控制因素
在中新世至晚中新世期间，珠江向PRMB西北部输送了大量来自Cathaysia块的碎屑物质（Wang et al., 2021, Wang et al., 2023）。研究区域位于白云凹陷的东侧大陆架边缘，远离主要的沉积物入口点（图1B），处于泥质水下三角洲叶的扩散路径上（图10A–C）。与现代三角洲系统类似，这些三角洲叶可延伸至离岸约150公里处（Cummings et al., 2015；
结论
对南海北部大陆架边缘的生物-硅质碎屑混合沉积物的综合分析揭示了一种新的沉积类型：以有孔虫为主的粉砂-砂层（FSSs）。这些沉积物主要由浮游有孔虫壳体和三角洲来源的碎屑组成，具有独特的地震特征，主要出现在上中新统地层边界和古地形高地附近。这一发现扩展了混合沉积系统的类型
CRediT作者贡献声明
邓成坤：数据整理、概念构思、初稿撰写。魏小杰：调查、正式分析、审稿与编辑。高志谦：监督、资金获取。范天亮：监督、项目管理。张忠涛：资源协调。徐蕾怡：资源支持。王海荣：方法论设计。高浩杰：软件应用。车天贵：数据验证。彭凌雪：数据可视化。罗纳德·J·斯蒂尔：撰写、审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
本研究得到了油气重大项目（项目编号：2025ZD1402703-1）和CNOOC（中国）有限公司生产研究项目（项目编号：CCL2022ZJFN0583）的支持。我们感谢中海油深圳分公司为本研究提供必要的数据和资源。同时，我们也非常感谢Michele Rebesco博士和三位匿名审稿人的建设性和富有洞察力的评论，这些评论显著提高了论文的质量。我们还要感谢利兹大学的Adam MacArthur博士。
