西湖凹陷中新世“源”向“汇”的演化过程：来自钓鱼岛褶皱隆升带的物源证据

《Journal of Asian Earth Sciences》：Miocene evolution of source to sink in the Xihu Depression: evidence from Diaoyu island fold-uplift belt provenance

　　

唐志毅|江东辉|李坤|吴峰|陈北辰|董欣|谢新农

中国地质大学海洋科学与技术学院，武汉430074，中国

摘要

西湖凹陷对于重建东亚大陆的古水文演化和沉积物输送过程至关重要。然而，关于其中新世源-汇系统的演化仍存在争议，尤其是关于钓鱼岛褶皱-隆起带（DIFB）东部来源的贡献。为了解决这个问题，我们分析了新获得的渐新世-中新世地层的锆石年代数据，并确定了西湖凹陷中新世源-汇系统的三个转变阶段。首先，菲律宾板块的俯冲在中新世早期引起了沉积系统的显著变化。这种构造活动导致了向北的古水文系统，使得来自东卡西亚流域的沉积物供应增加了约20%。在中新世中期，在东部压缩作用的影响下，DIFB的来源增加，主要由中新世沉积的火成岩和侏罗纪基底碎片组成。同时，东卡西亚流域的相对贡献率超过了54%，表明该区域有所扩张（可能包括古岷江）。到了中新世晚期，沉积物主要来自北部地区，长江重新确立了其作为主要沉积物来源地的地位。这一时期长江供应量的增加可能与长江的重新组织有关。西湖凹陷源-汇系统中观察到的这些转变表明了西湖凹陷及其周边地区古水文系统的扩张和重组事件，并阐明了板块运动期间DIFB的东部来源。

引言

沿岛弧型大陆边缘的板块碰撞会引发后弧裂谷盆地的一系列变化（Granja Bru?a等人，2015年；Han等人，2015年；Meng等人，2021年；Zhang等人，2024年）。在中新世中期，菲律宾板块沿东亚大陆边缘俯冲，导致西湖凹陷发生大规模的区域性压缩隆升和频繁的岩浆活动（Wang等人，2020年；Yao等人，2020年）。这一被称为“龙井运动”的构造事件形成了一个明显的不整合面（T12不整合面，23 Ma），并抬升了中央逆冲构造带（Liang和Wang，2019年；Yu等人，2024年）。这些重大的构造事件深刻改变了西湖凹陷的沉积过程和来源贡献，从而引发了关于其演化和响应机制的广泛讨论（Liu等人，2023年）。理解源-汇系统与这些事件之间的相互作用对于阐明东亚的古环境演化和沉积物循环过程至关重要。

尽管沿东亚大陆已经进行了大量的源-汇系统研究（Li等人，2016年；Liu等人，2023年；Zhang等人，2018年；Zhang等人，2021年；Zhang等人，2023年），但关于偶发性构造运动对西湖凹陷的控制仍存在争议。东亚源-汇系统包括东海大陆架盆地（ECSSB）及其周围的较大排水系统、地块和相邻的隆起区，包括（古）长江和东卡西亚流域。在玉泉运动（约32 Ma）期间，长江上游的楚江段成为西湖凹陷的主要来源，拦截了古红河（Zhao等人，2024年）。自渐新世以来，东卡西亚流域一直是西湖凹陷的另一个主要来源。然而，在华岗运动（约23 Ma）之后，古岷江的上游可能被下游的长江拦截，扩大了长江对台湾地区的影响（Lan等人，2016年）。当前的长江格局是在龙井运动（约12 Ma）之后形成的（Fu等人，2021年；Zhang等人，2017年）。沿东亚大陆边缘的多阶段构造事件对西湖凹陷产生了广泛的影响。然而，在中中新世龙井运动的影响下，西湖凹陷的源-汇输送过程及其与周围来源的关系，尤其是来自东部的沉积物供应，仍然知之甚少。

早期的研究主要集中在西湖凹陷内的平湖组和华岗组的源-汇系统上，而中新世地层的研究相对较少。Zhao等人（2024年）指出，在晚始新世到渐新世期间，长江和东卡西亚流域已成为ECSSB的重要来源。Fu等人（2021年）报告称，在晚中新世之前，ECSSB主要由来自华北和朝鲜的沉积物以及附近的来源地供给。Liu等人（2023年）认为，西湖凹陷的整体沉积分布模式受到来自北部来源地的远距离输入和西部及西南部来源地的近距输入的控制。

然而，人们对东部来源的潜在影响关注较少。钓鱼岛褶皱-隆起带（DIFB）位于西湖凹陷的东部，由古太平洋板块的俯冲形成，主要由中生代基底岩石组成，并受到渐新世-中新世岩浆活动的影响（Gungor等人，2012年；Sibuet等人，2004年；Yang等人，2016年）。地震剖面显示，在晚中新世之前，DIFB一直是西湖凹陷的东部构造高地（Lee等人，2019年；Liang和Wang，2019年；图1c）。然而，由于缺乏碎屑样品，DIFB作为来源与西湖凹陷之间的关系仍不清楚。

本研究整合了西湖凹陷渐新世-中新世地层的最新碎屑锆石年代数据和地震剖面信息。区域沉积系统和古地貌特征为重建中新世源-汇系统的演化提供了关键见解。利用DZmix程序，我们量化了来源贡献，并评估了中新世逆冲和东亚河流演化对西湖凹陷源-汇输送的耦合影响。为了了解沉积物供应和DIFB的独特锆石年龄，我们通过比较沉积特征和碎屑锆石铀-铅（U-Pb）年龄分布，研究了DIFB对龙井运动的沉积响应。本研究讨论了沉积系统的演化，评估了潜在来源的相对贡献，分析了DIFB沉积物供应的影响，并重建了中新世的源-汇系统。结果表明，在逆冲阶段，古水文系统发生了变化，增强了东卡西亚流域的来源，使DIFB成为中新世和侏罗纪锆石的来源。本研究有望加深对DIFB的理解，并为重建中新世景观提供新的见解。

章节片段

西湖凹陷的地质背景

西湖凹陷面积超过46,000平方公里，位于ECSSB的东部。它自新生代以来经历了多次构造运动（Zhang等人，2024年）。其形成是太平洋板块、菲律宾板块和印度-澳大利亚板块相互作用的结果（Wang等人，2024a）。该凹陷具有“从东到西呈带状，从南到北呈块状”的典型特征（图1b），这些隆起的块体和山脉带

样品和方法

本文使用的样品和地震剖面数据来自中国石油天然气集团上海石油地质研究所。地层划分遵循该研究所制定的标准（图3）。砂岩样品取自华岗组、龙井组、玉泉组和柳浪组，具体深度见表1。这些样品采集于中央逆冲构造带，该区域对沉积作用非常敏感

沉积系统的演化

西湖凹陷在始新世之后经历了两次主要的沉积系统转变。第一次转变发生在渐新世末期（T20不整合面，23 Ma）。在渐新世期间，华岗组形成了具有北部河流三角洲和南部向南扩展的广阔河口（北河-南海系统）的海洋-陆地过渡相（Wang等人，2024a）。随后，龙井组转变为完全大陆性的南河-北湖沉积

潜在来源分析

与周围潜在来源的比较显示，所有研究层的主要峰值（>500 Ma范围：750–800 Ma、1800–2000 Ma和2500–2550 Ma）与整个长江的锆石年龄峰值相当吻合。这表明长江是一个持续且重要的来源。在<500 Ma范围内，区分长江和东卡西亚流域的关键指标是80–150 Ma和200–300 Ma的比例。

结论

根据最新获得的锆石年龄数据、地震剖面以及渐新世-中新世地层的沉积系统，结合东亚和ECSSB主要河流的碎屑年龄信息，我们重建了西湖凹陷中新世源-汇系统的演化过程。从上述分析中得出以下结论：

(1)

最新的锆石U-Pb数据显示，年龄分布范围广泛，从18.6 ± 0.5 Ma到

CRediT作者贡献声明

唐志毅：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，验证。 江东辉：监督，资源，项目管理。 李坤：监督，资源，项目管理。 吴峰：调查，正式分析。 陈北辰：方法学，数据管理。 董欣：软件，调查，数据管理。 谢新农：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，验证，监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。