大陆边缘沉积物记录了高频古气候和古环境信息,是认识海陆相互作用区域地貌演化历史、沉积充填响应过程的最佳载体。对第四纪尤其是末次盛间冰期旋回古地貌及沉积响应研究除了帮助人们认识过去米兰科维奇旋回主导的海平面变化周期内地貌演化历史及沉积响应特征外,同时也为探究南海西北陆缘天然气水合物成藏系统提供了背景研究基础。南海西北陆缘地处低纬度地区,在宽阔的陆架上完整地保留了高分辨率海平面变化周期内的沉积序列,是研究受海平面变化控制下古地貌演化及沉积响应的天然实验室。本论文以南海西北陆缘为研究对象,基于全球海平面变化数据、数字高程模型(Digital Elevation Model;DEM)、二维地震剖面和钻孔岩心数据,重建了末次盛间冰期旋回中关键的高海平面时期(MIS5、MIS 3、MIS 1)和低海平面时期(MIS 4、MIS 2)的古地貌,进一步丰富了晚更新世以来南海西北陆缘古地貌演变机制的研究;其次,论文重点讨论了大陆边缘沉积物在MIS 4-MIS 2期间的沉积响应记录,刻画了其沉积分布特征与响应规律,分析了沉积响应的影响因素。同时,利用形态动力学模型精细刻画了研究区在海平面变化、古气候、洋流以及季风作用的共同影响下海南三角洲动态形成过程并提出了控制其形成的主要因素。论文获得如下主要认识:(1)南海西北陆缘末次盛间冰期-冰期古地貌特征不仅揭示了海岸线的前进与后撤过程,也记录了陆源碎屑随大型河流搬运时发生前积与退积作用的响应过程。南海西北陆缘以及整个南海晚在更新世末次冰期古地貌随着相对海平面的上升或下降,经历了扩张→收缩→再扩张→再收缩的演变过程,大陆架发生多次海陆交替转换。研究认为南海西北陆缘在末次冰期-间冰期期间的古地貌变化是南海及周缘地区变化最为剧烈、与海平面变化及沉积响应的关系最为紧密的地区。在MIS 5e(123 Kyr B.P.)时期南海相对海平面处于最高位,海岸线普遍向陆地方向回撤,北部湾在这一时期扩大了约2.5×10~4km~2,但海底地形比较平缓。此时,南海海域面积面积最大约为3.6×10~6km。冰期MIS 4晚期阶段(66 Kyr B.P.),北部湾完全暴露为陆地,海南岛和华南大陆在这一时期连为一体,莺歌海海域大部也高出现代海平面以上,两者均表现为平缓的近海平原,可能广布河流三角洲沉积体系。间冰期MIS 3时期,莺歌海海岸线距现今海岸线50-100km,北部湾海岸线距现今海岸线约110km,莺歌海与北部湾呈C型环绕海南岛分布。海南岛在这一时期与华南大陆连为一体,在整个南海西北部地区是地形最高的地区,对南海西北部陆架区海南三角洲的发育扮演了主要角色。MIS 2冰期,南海西北部主要以陆架斜坡、深海平原为特征,水深>1000 m;陆架北东向延伸,宽度较小(<15 km),相比间冰期明显收缩。北部湾和莺歌海此时为陆地近海平原环境,西沙群岛大面积出露。此时,也是南海面积最小阶段,面积约为1.6×10~6km,比末次盛间冰期最大面积相差2.25倍。(2)层序地层及残余地层厚度分析显示,末次冰期海平面变化控制了南海西北陆缘海相沉积体系垂向沉积发育模式,是控制海南三角洲形成的重要因素之一。对研究区地层进行层序地层划分,识别出最大海泛面MIS3、不整合面R2(65 Kyr B.P.)和R1(56 Kyr B.P.)。R2界面对应了广泛发育于其他大陆边缘的MIS 4不整合界面,界面发育下切水道,形成于末次冰期低海平面时期;最大海泛面MFS形成于MIS3海平面高位期,不整合面R1形成于MIS3-MIS2之间,同样具有大量下切水道的特征。明显的下切水道特征与基于DEM提取的河流网络相一致,这些水道连接到海南岛西海岸,成为海南三角洲主要物源供给通道之一。研究区地震剖面中识别出沉积单元DU1和沉积单元DU2,其中DU2是以R2为底界面,R1为顶界面限制的海南三角洲沉积体系。在垂向上,沉积相从下到上随着海平面变化,依次为以泥和粉砂为主的前三角洲相→以粉砂和砂为主的低能环境下形成的三角洲前缘相→以砂和薄砂互层的三角洲前缘相→以河道沉积相为主的相对高能环境,分别对应了MIS 4-MIS 3海平面上升时期形成的海侵体系域TST→MIS 3高海平面时期形成的高位体系域HST→MIS 3-R1海平面下降引起强制海退而形成的下降体系域FSST→MIS 3-R1海平面上升期形成的高位体系域HST。残余地层厚度分析显示,南海西北陆缘在海南三角洲形成时期(R2-R1)沉积速率非常高,为形成海南三角洲提供了必要条件。残余厚度显示R1-R0主要分布于海南岛的西侧与南侧,地层厚度基本<30m。整体而言,R1-R0之间的残余地层厚度具有自北西方向向南东方向依次增大的趋势,在海南三角洲范围内,沉积中心位于其东南边缘,靠近海南岛而远离红河河口三角洲和越南大陆边缘。这一时期的平均沉积速率基本<5.3×10~-44 m/yr,局部地区可达到1.1×10~-33 m/yr。R2-R1界面之间的残余地层厚度与R1-R0时期的相比,空间分布发生了明显变化:残余地层的空间分布环绕海南岛呈C型分布,残余地层最大厚度>60 m,其它地层残余厚度>30 m的区域绕过海南岛南部(三亚)延伸到海南岛东南部,表明海南三角洲的形成主要受海南岛陆源碎屑的输入的影响。海南三角洲具有较高的沉积速率,最高值>7.0×10~-33 m/yr,研究区约有一半海域沉积速率>3.3×10~-33 m/yr。(3)地层回剥法获得的R1和R2这两个时期的古地貌特征反映海南三角洲存在由北向南、向东逐渐迁移的趋势,表明来自海南岛的陆源碎屑是控制三角洲发育、地貌形态演变的关键因素之一。结果显示随着相对海平面的上升,海岸线在华南大陆边缘、越南陆缘发生了较为明显的后撤,在海南岛则表现不显著。另一方面,R2时期存在的北东-南西走向与北西-南东走向海底“洼槽”在R1时期已经基本消失,后者仅残存于莺歌海最南缘。但是莺歌海海域北东-南西轴向分布的海水等深线样式仍然存在,这些特征表明海南三角洲的发育显著的改变了南海西北部莺歌海-琼东南海域的地貌形态。(4)形态动力学模型表明,来自海南岛的沉积物在海南岛西南河口卸载,成为这一时期海南三角洲的主要物源,红河的贡献较少。南海西北陆缘末次冰期三维环流揭示了西北陆缘冰期存在弱流速的冬季气旋环流和夏季反气旋环流,这种环流模式有利于堆积物在北部湾内部特别是在环流中心沉积。在大型季风驱动环流、浮力驱动的河流羽流与潮流之间的动力相互作用下,对南海西北陆缘净输沙起主导作用。砂体运移模拟结果显示沉积物物源除来自海南岛以外,还有少部分可能来自红河。红河输沙向古三角洲的主要输沙途径有两条,一条是冬季输沙的西部输沙通道,另一条是夏季输沙的东部输沙通道。模拟河载泥沙淤积10年后的情况显示,南海西北陆缘R2时期河流流量形成了两个大型沉积体,一个位于北部湾北部陆架河口,物源主要来自红河;另一个是位于海南岛西南海岸的海南三角洲,海南三角洲是南海西北陆缘这一时期最大的沉积体,其物源主要来自海南三角洲,红河的贡献较少,与前人的研究结果相吻合。(5)综合分析认为海平面变化、河流卸载以及亚洲季风演化决定了南海西北陆缘晚更新世以来的沉积作用发生,控制了南海西北陆缘独特的古地貌格局。综合高频层序地层学分析、残余厚度分析、关键时期R2和R1古地貌重建、古水道分析以及低海平面R2时期的形态动力学模型建立结果,认为海南三角洲形成于全球海平面快速上升阶段,在以海南岛物源为主(此时红河的贡献较少),通过海南岛西南海岸河流,大量沉积物供给(证据来源于较高的沉积速率)的背景下形成于海南岛西南海岸。末次冰期弱季风事件(夏季季风减弱冬季季风增强)以及来自气候再分析证据(海南岛在冬季季风加强的作用下降水量反而增加)说明南海岛在MIS4/3转换时期风化剥蚀作用增强,导致大量沉积物卸载到西北陆缘,在短时间内形成了海南三角洲。由此可见,海平面变化、河流卸载以及“弱季风”事件导致的风化剥蚀作用增强是影响南海西北陆缘这一时期古地貌和沉积响应的主要影响因素。