北部湾近对称海底沙丘的发育演化及其对全新世晚期海平面变化的响应

Sea level changes in Late Holocene probably alter tidal environments in shelf seas and thus modify sediment transport processes and trigger the formation and evolution of features on the seabed. However, the records of sediment transport changes in shallow seas in late Holocene are rarely found. How sediment transport responses to the late Holocene sea level fluctuation within narrow ranges is still unclear. Probably, near-symmetrical submarine sand dunes could record these responses. This program focuses on the near-symmetrical submarine sand dunes in the southeast Beibu Gulf. Multidisciplinary data including high-resolution multibeam data, high-resolution shallow seismic profiles, surface sediments, drilling cores, hydrodynamics will be analyzed. The formation and maintaining mechanism of the dunes will be investigated through the analysis of their distribution, morphology, internal structure, and modern sediment transport near the near-symmetrical submarine dunes. In addition, basing on the analysis of stratigraphic sequences and regional sea-level change curves during the late Holocene, the changes of tidal currents and sediment transport in Beibu Gulf will be identified and studied by simulating tidal environments under different sea levels. Then we can discuss the correspondence between the small sea level changes during late Holocene and the historical dune transitions. Finally, the responses of near-symmetrical dune evolution to the small sea level fluctuations in the late Holocene will be revealed. This study will expand our understanding on the effects of small-amplitude sea level fluctuations on the depositional environment and also provide field evidences.

全新世晚期海平面变化可能导致陆架潮流环境改变，进而影响沉积物输运过程和海底地貌的发育演化。然而，全新世晚期浅海沉积物输运过程变化的沉积记录极少被鉴别和发现，其对全新世晚期小幅度海平面变化的响应尚不明确。近对称海底沙丘可能是记录这些响应的重要载体。本项目将聚焦北部湾东南海域发育的近对称海底沙丘，对高精度测深数据、高分辨率浅地层剖面、表层沉积物、钻孔、水动力等数据资料进行综合分析，查明近对称海底沙丘的发育特征、精细内部结构及现代沉积物输运过程，阐释近对称海底沙丘的成因、维持机制及演化过程；分析地层层序特征及全新世晚期北部湾海平面变化曲线，模拟不同海平面时期潮流场，解译研究区潮流及沉积物输运变异特征；在此基础上，厘清小幅度海平面变化与沙丘历史变迁的对应关系，揭示北部湾近对称海底沙丘发育演化对全新世晚期海平面波动的响应和记录。以此拓展对小幅度海平面变化沉积环境效应的认识并提供现实证据。

全新世晚期浅海沉积物输运过程变化的沉积记录极少被鉴别和发现，其对全新世晚期小幅度海平面变化的响应尚不明确。本项目选取了可能记录这些响应的海底近对称沙丘作为研究对象，对北部湾东南海域高精度测深数据、地球物理剖面、水动力等资料开展了深入分析，利用观测与模拟相结合的方法，查明了研究区域内近对称沙丘的发育演化特征，揭示了近对称沙丘对动力过程细微变化响应的过程，阐释了其环境变化驱动机制。研究发现，近对称海底沙丘的剖面具有陡峭的特征，其形态特征与现代动力环境相耦合，是现代区域沉积物输运体系及其基底结构共同控制的。近对称沙丘多发育在相临沙丘场的交界区域，其近对称的剖面特征及其弱的活动性反映了局部沉积物的净输运过程较弱。研究证实，区域潮流环境下输运过程及动力环境发生了细微调整，近对称沙丘的局部输运平衡将发生破坏，导致其位置和形态会发生变化。因此，现代环境条件下近对称沙丘的移动能够记录年际尺度区域海域沉积物输运过程的变化。除此之外，通过数值模拟分析，我们发现0.5m的海平面变化能够导致的研究区涨落潮流强度和周期发生变化。研究区涨、落潮流可能同时增强，但涨潮流增强幅度相对更大。这些变化同时具有空间差异。这一结果意味着，小幅度海平面变化所导致的涨、落潮差异变化将导致大型近对称沙丘表面沉积物搬运趋势和分布发生调整和改变，进而导致沙丘发生迁移。局部沉积物搬运的长期变化趋势决定了近对称沙丘的演变过程。因此，在百年时间尺度及海平面发生变化能够改变区域潮流流场的特征和分布，可能是大型近对称沙丘内部层理发生反转的重要原因。本研究拓展了对海底地貌类型及发育演变的理解，也为利用地质记录研究海洋动力环境变化提供了新的思路。