晚渐新世期间，在冰盖与季风相互作用的影响下，轨道尺度气候响应的变化：来自东海大陆架盆地的沉积记录

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Shift in Orbital-Scale climate response under the coupling of ice sheet and monsoon during the late Oligocene: Sedimentary records from the East China Sea Shelf Basin

沉积韵律与冰盖-水循环耦合驱动东中国海陆架盆地晚渐新世沉积演化，通过GR测年构建高精度天文时间尺揭示季风增强主导沉积转换。

　　

崔英坤|姜富杰|何贤科|刘一辰|王文姬|张瑞|刘英辉|李卓|齐正国|徐波|吕航|史吉明

中国石油大学（北京）石油资源与勘探国家重点实验室，北京102249，中国

摘要

晚渐新世是单极南极冰室世界中的一个关键过渡阶段。然而，冰盖动态与低纬度水文气候在调节大陆边缘沉积系统中的作用仍知之甚少。本文通过将伽马射线（GR）测井数据与405千年的偏心率周期相匹配，为东海陆架盆地（ECSSB）西湖凹陷的上部华光组构建了一个高分辨率的天文时间尺度（ATS；约27.4–23.1百万年，分辨率约0.4千年）。循环地层学分析表明，三角洲砂岩-泥岩的交替层序保留了完整的米兰科维奇轨道周期，表明沉积演化受到区域构造沉降、东亚季风（EAM）增强以及全球海平面变化的共同影响。大约在25.5百万年前，沉积体系发生了显著变化，从持续富含砂岩的地层转变为高频的砂岩-泥岩交替层序。这一变化与南极冰盖退缩（中渐新世冰期[MOGI]到晚渐新世温暖期[LOW]的过渡）以及低纬度水文循环的增强在时间上相关。我们的研究结果表明，在构造静止和高沉积供应的条件下，轨道尺度信号会被放大。此外，在冰室气候下，冰盖间歇性退缩期间，低纬度季风过程可能成为控制大陆边缘沉积的主要因素。本研究不仅为ECSSB晚渐新世地层提供了高精度的年代框架，还提供了一个“冰量-水文气候”驱动转变的经典案例，有助于我们理解轨道尺度强迫在全球变暖条件下如何调节大陆架沉积系统。

引言

大陆边缘陆架盆地保存了记录了构造、气候和海平面多时间尺度相互作用的沉积层序（Bhattacharya等人，2019；Hsieh等人，2025；Miller等人，2020）。三角洲系统对这些强迫特别敏感，同时响应上游的沉积供应和下游的海平面变化，因此记录了自生和外来信号的混合（Bhattacharya等人，2019；Cai和Kong，2024；Hsieh等人，2025；Lin等人，2021；Marshall等人，2017）。在外来强迫中，高纬度冰盖动态和低纬度水文气候（例如季风）是两个主要但相互关联的驱动因素，它们分别调节全球海平面和陆地沉积通量（Berger等人，1992；Levy等人，2019；Liu等人，2018；Schwarzacher，1993；Smith等人，2014；Yang等人，1998；Zhu等人，2012）。然而，在沉积学和古气候学中，区分它们在大陆边缘沉积中的各自作用，尤其是在轨道时间尺度上，仍然是一个基本挑战（Hsieh等人，2025；Marshall等人，2017）。

渐新世（约34–23百万年）标志着新生代第一个稳定的冰室气候，其特征是南极存在单极冰盖（Liebrand等人，2017；Zachos等人，2001）。在这一时期，晚渐新世经历了从中渐新世冰期（MOGI，约28–26.3百万年）到晚渐新世温暖期（LOW，约25.7–23.7百万年）的关键过渡（Liebrand等人，2017）。这一过渡伴随着东南极冰盖的脉冲式退缩、海平面的中等幅度波动以及纬向温度梯度的增强（Jin等人，2023；Liebrand等人，2016；Liebrand等人，2017；Miller等人，2020；Miller等人，2005）。这些条件为研究冰室气候下冰冻圈与低纬度水文循环的耦合提供了理想的自然实验室。同时，亚洲季风系统经历了根本性的重组。来自黄土、孢粉和湖泊沉积记录的大量证据表明，现代类似的东亚季风（EAM）体系最初在晚渐新世到早中新世期间建立（Ding等人，2021；He等人，2025；Liu等人，2018；Zhao等人，2022）。这种水文气候重组与青藏高原的阶段性抬升和古特提斯海的退缩有关（Ruddiman和Kutzbach，1989；Liu和Yin，2002；Zhang等人，2021b；Zhang等人，2007）。然而，南极冰盖退缩与EAM增强之间的时间巧合和机制联系仍不明确。这在一定程度上是由于缺乏来自中低纬度边缘海域的高分辨率、精确定年的沉积记录，导致缺乏稳健的气候对比框架（Bae等人，2018；He等人，2025）。这也因为以前的研究很少将这两个系统置于统一的、可轨道缩放的年代地层学框架内进行直接比较（Wang等人，2021）。

晚渐新世时，东海陆架盆地（ECSSB）位于中低纬度（约27°N–34°N），接收了来自古长江和局部抬升的大量碎屑沉积物（Zhang等人，2021a；Zhou等人，2024），是受EAM影响的关键区域。上部华光组沉积在受限的海洋环境中，具有完整的沉积序列，保留了有节奏的砂岩-泥岩交替层序。然而，这些沉积节奏是否记录了轨道尺度的气候强迫，以及它们如何响应冰盖动态和季风强度的相互作用，尚未得到严格验证。为此，我们基于ECSSB西湖凹陷上部华光组的高分辨率天然伽马射线（GR）测井数据进行了系统的循环地层学分析。结合锆石U-Pb年龄数据（Jia等人，2022）和生物地层学框架（Huang等人，2024），并利用低构造“噪声”，建立了可靠的晚渐新世天文时间尺度，用于古气候分析。这一年代框架使我们能够揭示东亚边缘海域气候-水文过程的轨道尺度变化及其与南极冰盖动态的关联，为理解这一关键冰退缩期间EAM增强的驱动机制提供了新的见解。

地质背景

ECSSB是中国东南部最大的海上盆地，位于欧亚板块、太平洋板块和菲律宾海板块的汇聚边界。它西侧被闽浙隆起所限，东侧通过钓鱼岛褶皱带与冲绳海槽分隔，并与南侧的台湾新生代盆地相连（Sdrolias等人，2004；Zhu等人，2019）（图1）。在晚渐新世，它位于中低纬度区域（27°N–34°N）（图1a）。

样品和地震数据

本研究调查了ECSSB渐新世三角洲沉积物中的沉积驱动因素，研究了从百万年尺度的板块运动到高分辨率天文周期的各种时间和尺度上的构造和气候对海平面变化的影响（图1，图2）。使用了A1井和A2井的数据，包括GR测井数据（采样间隔：0.1米）、岩性和地层深度数据（图3）。此外，还使用了分辨率为25米的3D地震数据。

三角洲地层学和演化

A1井中上部华光组的厚度为992米，A2井中为1076米，主要由中粒至粗粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩和泥岩组成，其间夹杂着代表高能量洪水沉积的砂砾岩（图2a）。H5–H3段以发育良好的厚层砂岩为特征，而上覆的H2–H1段则表现出频繁的砂岩-泥岩交替层序，其中泥岩含量丰富（图3）。

ECSSB的高分辨率晚渐新世天文时间尺度

本研究利用天然GR测井中明显的405千年长的偏心率周期作为节拍器，为上部华光组建立了ATS，从而将深度序列转换为时间序列。鉴于Y1井、A1井和A2井相对较高、相似且稳定的沉积速率（24.8–25.8厘米/千年），A2井所示的地层年代学（27.42–23.13百万年，包含10,690个数据点）具有高分辨率和精度。

结论

本研究为ECSSB西湖凹陷晚渐新世上部华光组建立了高精度的天文时间尺度（约27.4–23.1百万年；约0.4千年分辨率）。循环地层学分析证实，三角洲砂岩-泥岩的交替层序忠实地记录了完整的米兰科维奇周期，为气候振荡的轨道驱动提供了有力证据。

在约25.5百万年前，识别出一个关键的变化阶段，其特征是从富含砂岩的混合层序转变为高频的砂岩-泥岩交替层序。

CRediT作者贡献声明

崔英坤：撰写——初稿、可视化、方法论、调查、正式分析、概念化。姜富杰：撰写——审稿与编辑、监督、数据管理、概念化。何贤科：资源获取、项目管理、资金筹措。刘一辰：撰写——审稿与编辑、调查。王文姬：项目管理、资金筹措。张瑞：撰写——审稿与编辑、验证、监督、软件。刘英辉：方法论、数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有可能影响本手稿工作的竞争性财务利益或个人关系。所有支持这项研究的资金来源都在致谢部分明确披露，且这些来源没有引起任何利益冲突。作者确认与学术机构和工业机构的隶属关系没有影响研究结果的解释或呈现。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：ZX20240301）和中国石油大学（北京）科学基金（资助编号：ZX20200104）的支持。我们衷心感谢他们的支持。作者还感谢中国海洋石油总公司上海分公司提供研究材料和支持。