乌埃德塔姆里河（摩洛哥西部高阿特拉斯山脉）的第四纪沉积：岩相的环境意义及沉积序列的地质动力学影响

《Proceedings of the Geologists' Association》：Quaternary of the Oued Tamri (Western High Atlas, Morocco): Environmental significance of facies and geodynamic implications of sedimentary sequences

研究摩洛哥西部高阿特拉斯Tamri地区三个更新世台地（TT1、TT2、TT3）的沉积特征，揭示构造抬升与海平面变化对台地发育的协同作用。TT1和TT2呈阶状排列反映构造活动，TT2与TT3的连续沉积显示海平面主导作用，通过海洋同位素阶段（MIS5.5和MIS5.1）确认台地形成与Ouljian阶段对应。

　　

哈桑·埃尔-巴格达迪（Hassan El-Baghdady）| 穆阿德·本萨乌（Mouad Benssaou）| 奥斯曼·布阿拉（Othmane Boualla）| 穆罕默德·阿比乌伊（Mohamed Abioui）

摩洛哥阿加迪尔伊本·佐赫尔大学（Ibnou Zohr University）理学院地球科学系GEG实验室

摘要

本文从沉积学角度分析了摩洛哥西部高阿特拉斯山脉（Western High Atlas）塔姆里地区（Tamri）的三个更新世阶地——塔姆里阶地1（TT1）、塔姆里阶地2（TT2）和塔姆里阶地3（TT3），以评估气候因素和构造因素在沉积作用中的各自作用。传统的地貌学方法未能清晰地解释这些因素的影响。相分析识别出多种沉积环境，包括大陆环境（如陆上塌陷、急流系统、河流系统和洪泛平原）、混合区域（可能包含河口盆地的扇三角洲），以及完全的沿海-海洋环境。这些阶地之间的空间和地层关系表明，TT1和TT2形成了阶梯状序列，这归因于西部高阿特拉斯山脉的构造抬升。相比之下，TT2到TT3之间的正常地层过渡表明在相对构造稳定的时期，海平面变化起到了主导作用。形成TT1和TT3的两次海侵事件之间夹有一次强迫回归事件，表现为TT2的扇三角洲前积。这些海侵事件可以可靠地与海洋同位素阶段5（MIS5）相对应，尤其是MIS5.5（TT1）和MIS5.1（TT3），这意味着所有研究的阶地都属于乌尔吉安阶段（Ouljian stage）。

引言

第四纪代表了地球地质史上最近的时期（258万年前至今）。尽管其沉积物在露头中的分布有限，但由于它们提供了关于过去气候、新构造活动、地球化学过程以及人类社会演化历史的宝贵信息，因此引起了极大的科学兴趣（参见Tanner和Hassan，2023年）。在这一时期中，更新世（258万年前至11,700年前）尤为重要，因为它经历了多次冰期和间冰期的循环。这些气候变化导致了相对海平面的显著变化，这些变化现在记录在更新世沉积物中保存的化石海岸线的沉积结构和相特征中。

这些变化被解释为极端气候变化的结果，促使人们广泛关注极地地区的深冰芯研究。自20世纪60年代以来，格陵兰岛和南极洲钻探了许多冰芯。例如，来自格陵兰岛的GISP2冰芯达到了约3053米的深度。现代格陵兰岛的深冰芯项目（如NEEM）恢复了可追溯至129,000年前的冰层记录。这些跨越数万到数十万年的记录为了解间冰期的过去气候和海平面变化提供了有力证据（参见Bentley和Koci，2007年；Masson-Delmotte和Landais，2014年；Gkinis等人，2021年）。

这一发展标志着冰川研究的一个重要里程碑：冰芯直接提供了形成冰时气体成分的信息，从而实现了更为精确的古气候重建。虽然有孔虫和其他微化石是海洋沉积物冰芯中的主要指示物，但冰芯允许直接采样古代大气。相比之下，对于第四纪之前的冰川作用，重建必须依赖沉积物代用指标来推断过去海水的同位素组成，进而推断古气候。对更新世冰芯的地球化学分析揭示了氧同位素¹⁸O比例的周期性变化，这些变化对应于不同的海洋同位素阶段（MISs）（Lisiecki和Raymo，2005年）。最后一次更新世冰期记录了极端快速的气候波动，被称为丹斯加德-奥施格（Dansgaard–Oeschger，D-O）事件，这一名称由Dansgaard和Oeschger首次提出（Dansgaard等人，1993年）。无论是以D-O事件还是海洋同位素阶段（MISs）的形式表现，这些信号都反映了交替的冰川期和间冰期，进而导致了相对海平面的变化（Grootes等人，1993年；Stuiver和Grootes，2000年）。

为了建立一个可靠的全球参考曲线，汇编了来自不同冰芯的数据，每个海洋同位素阶段都按从最近的一个（MIS1）开始顺序编号，该阶段对应于当前的间冰期。虽然这条综合曲线提供了全球气候参考，但它直接应用于第四纪海洋沉积物时并不总是那么简单；它假设气候是控制海侵和海退周期的唯一因素。实际上，相对海平面还受到冰盖融化引起的等静力调整（Potter和Lambeck，2004年；Rémillard等人，2017年）以及构造活动的影响，特别是在靠近活跃山脉（如摩洛哥高阿特拉斯山脉）的沿海地区。

从地理上看，摩洛克远离极地冰盖，没有直接受到冰川作用的影响。相反，它经历了与全球冰期-间冰期循环同步的降雨期和干旱期（Baudet，1971年）。在大陆地区，许多研究记录了河流阶地和冲积扇沉积物，强调了新构造作用在阶地形成中的作用（参见Rognon，1984年；Dutour和Ferrandini，1990年；Morel等人，1993年；Chabli等人，2005年；Weisrock等人，2016年及其中的参考文献）。在沿海地区，多项研究指出摩洛克的第四纪记录了多次海平面波动，这通过海岸平台和海滩沉积物得到了证实（参见Akil，1990年；Chahid，2017年；Chakroun等人，2017年；Boudad等人，2017年）。这些海洋相得到了广泛的年代测定，使得能够重建其地层框架并识别出其中地中海甚至阿尔卑斯山的对应物（Weisrock等人，2008年）。尽管这种相关性有助于解析海洋第四纪的地层，但对于不受相对海平面变化直接影响的大陆地区来说，这些问题仍然存在。

塔姆里河（Oued Tamri）流经高阿特拉斯山脉的西侧，第四纪沉积物既出现在大西洋沿岸，也出现在上游河流系统中（图1）（Weisrock等人，2008年）。这些沉积物形成了暴露在死崖和活崖底部的阶地，这种环境便于将海洋阶地与其大陆对应物进行比较。在河口以南约200米的蒂格林-恩姆克索恩（Tighrine n'Imksaoune），El Ouahidi等人（2016年）和Ouammou等人（2019年）的研究将这些暴露的沉积物归因于晚更新世，具体来说是MIS5阶段。从底部海洋砾岩中提取的Patella贝壳的U/Th年龄分别为100.02 ± 1.662 ka和101.188 ± 1.339 ka（MIS5.3），而上方沙丘砂的OSL测年结果为84 ± 4 ka（MIS5.1）。在这些底部砾岩之上，蒂格林-恩姆克索恩剖面主要显示了后乌尔吉安时期的沙丘系统，其中夹杂着磨蚀的古土壤和成土壳，表明当时的气候较为湿润（El Ouahidi等人，2016年；Weisrock等人，2016年；Ouammou等人，2019年）。

在河口上游，海岸露头中清晰可见的海平面变化指标迅速减少。河流两岸的阶地逐渐富含砾石而缺乏沙子，同时地层标志物和可测年的物质（如化石和碳酸盐贝壳）变得稀少，这使得沿海与内陆沉积物之间的对比变得复杂。

本文的目的是评估构造抬升和海平面波动对摩洛哥西部高阿特拉斯山脉塔姆里地区三个更新世阶地发育的相对影响。选择塔姆里河的海洋和河流第四纪沉积物进行研究的理由有：（i）该河口系统对海平面变化非常敏感，因此对气候波动也很敏感；（ii）沉积学分析在重建这一河口的近期历史方面利用不足；（iii）研究区域位于高阿特拉斯山脉的大西洋边缘，这一山脉仍在抬升中，因此构造影响在该地区的地层序列中非常可能；（iv）重建第四纪气候波动有助于了解当前的气候趋势。

部分摘录

地理与地质背景

研究区域位于摩洛哥中部的大西洋边缘，大约在阿加迪尔以北57公里处（图1）。研究露头从蒂格林-恩姆克索恩（河口以南200米）的沿海地区延伸至塔姆里大坝。

从地层学角度来看，摩洛克第四纪沉积物的第一个综合框架由Choubert和Faure-Muret（1956年）提出，他们建立了初步的划分，仅限于大陆沉积物。这些单元被命名为……

材料与方法

研究材料包括三个第四纪阶地（表2），由从粗砾岩到富含粘土的相组成的碎屑沉积物构成，中间还包含砂岩。第一个阶地（TT1）既出现在海岸线，也出现在塔姆里河（Oued Tamri）两岸；它直接覆盖在上白垩统沉积物之上。第二个阶地（TT2）沿着塔姆里河口南岸的路边暴露出来。第三个阶地（TT3）位于同一地点……

阶地TT1

TT1阶地的特征是侵蚀性的基底接触，使得第四纪砾岩与下伏的白垩纪泥灰岩直接不整合。这个单元在多个地点都有暴露；为了本研究，我们考察了蒂格林-恩姆克索恩剖面（Tighrine n'Imksaoune）、Bridge剖面和Grand Tamri Dam（GTD）剖面的海岸露头。

阶地TT1

TT1阶地的基底接触特征表明第四纪砾岩与下伏的白垩纪泥灰岩之间存在不整合。该单元在多个地点都有暴露；为了本研究，我们考察了蒂格林-恩姆克索恩剖面（Tighrine n'Imksaoune）、Bridge剖面和Grand Tamri Dam（GTD）剖面的海岸露头。

阶地TT1

在蒂格林-恩姆克索恩（Tighrine n'Imksaoune），整体相组合表现出大陆砾岩输入和海洋砂岩相的双重影响。这些海侵-海退（T–R）序列规模较小，记录了高分辨率的海平面波动。从垂直方向上看，这些序列分为两个主要的沉积序列。第一个序列主要由砾岩组成，这些砾岩最初靠近河口（S1和S2），然后逐渐远离河口（S3和基底部分）

结论

塔姆里的砾岩阶地记录了当地晚更新世历史的重要部分。从沉积学和序列地层学的角度研究了三个阶地：其中两个形成了阶梯状排列，而第三个阶地则是前一个单元的地层延续。沿着当前海岸线，活跃的悬崖显示了碎屑相，表明大陆冲积物和海滩砂之间的交替。进一步向内陆，沉积物变得……

CRediT作者贡献声明

哈桑·埃尔-巴格达迪（Hassan El-Baghdady）：撰写初稿、可视化、验证、软件使用、资源提供、方法论设计、调查实施、数据分析、数据整理、概念构建。穆阿德·本萨乌（Mouad Benssaou）：撰写初稿、可视化、验证、软件使用、资源提供、方法论设计、调查实施、数据分析、数据整理、概念构建。奥斯曼·布阿拉（Othmane Boualla）：撰写初稿、可视化、验证、监督。穆罕默德·阿比乌伊（Mohamed Abioui）：撰写修订稿、可视化、验证

资金

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致谢

本研究是第一作者（H. El-Baghdady）在摩洛克伊本·佐赫尔大学（Ibnou Zohr University）撰写博士论文的一部分。我们的同事Mohammed Ouchchen重新绘制了图1b。我们感谢Jonathan R. Lee博士（《地质学家协会会刊》（Proceedings of the Geologists' Association）和两位匿名审稿人提供的宝贵且富有建设性的评论和深刻见解，这些评论和见解显著改进了手稿的质量。