Depositional History and Environment and Sequence Stratigraphy of the Late Quaternary Deposits in the Yellow Sea and East China Sea

Abstract

고해상도 탄성파 단면도 (Chirp과 Sparker system)와 퇴적물 시료의 분석을 통해 황해 및 동중국해에 분포하는 제 4기 후기 해저퇴적층의 퇴적역사, 퇴적환경 및 시퀀스 층서를 연구하였다. 황해와 동중국해는 복잡한 퇴적구조와 시스템을 가지고 있으며, 이들 지역에서 성공적인 해석을 하기 위해 시퀀스 층서의 적용, 음향상 분류, 탄성파 단면과 퇴적물 자료의 비교와 같은 다각적인 연구가 동중국해, 황해 남동부, 황해 중부의 세 지역에서 수행되었다. 동중국해는 평평하거나 (해침퇴적층, 잔류모래, 홀로세 니질 퇴적물), 둥글거나 (사퇴), 울퉁불퉁한 (수로) 형태를 가지는 3개의 주요 음향상들로 분류 할 수 있었으며, 다시 8개의 세부 음향상으로 구분할 수 있었다. 고해상도 탄성파 단면도의 시퀀스 분석을 통해 동중국해 대륙붕의 퇴적체들이 제 4기 후기 동안 형성된 3개의 퇴적 층서 (DI, DII, DIII)를 포함하는 high-frequency (5개의 층) 연계층을 이루고 있음을 알 수 있었다. 이러한 퇴적 층서들은 각기 다른 탄성파 음향상과 기하학적 배열을 가지는 5개의 퇴적 단위로 이루어진다; (1) 해퇴 하구/삼각주형 쐐기 (unit J1; 하강 퇴적 계열), (2) 해퇴 삼각주/연안형 쐐기 (unit J2; 하강 퇴적 계열), (3) 침식곡 충진체를 포함하는 저해수면 삼각주형 쐐기(unit J3; 저해수면 퇴적 계열), (4) 해침 하구/삼각주형 복합체 (unit J4-a; 해침 퇴적 계열)와 사퇴/사질박층 (unit J4-b; 해침 퇴적 계열), (5) 현생 니질 퇴적체 (unit J5; 고해수면 퇴적 계열). 음향상과 퇴적층서의 비교, 퇴적 특징, 시퀀스 층서 해석을 통해 동중국해에 분포하고 있는 제 4기 후기 퇴적체가 조류, 해수면 변동, 인근 강의 퇴적물 유입과 같은 매우 복합적인 퇴적 과정과 환경에서 형성되었음을 알 수 있었다. 황해 남동부 해역에서는 약 1560 line-km의 Chirp과 Sparker 자료를 획득하였다. 탄성파 자료 획득 측선을 따라 11개의 주상시료를 획득하였고 탄성파 자료와 비교하기 위하여 두 개의 심부시추코어 (YSDP-120와 103)를 활용하였다. 고해상도 탄성파 단면들을 통해 연구지역이 홀로세 니질 퇴적체와 복잡한 퇴적 구조로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 고해상도 탄성파 단면도의 시퀀스 분석은 황해 남동부 대륙붕의 퇴적체들이 제 4기 후기 동안 형성된 하나의 퇴적 층서를 포함하는 high-frequency (5개의 층) 연계층을 구성함을 보여준다; 침식곡 충진체와 저해수면 삼각주형 쐐기 (unit SY1), (2) 사퇴 (unit SY2), (3) 하구/삼각주형 니질 퇴적체 (unit SY3-a), (4) 재 퇴적 된 니질퇴적체 (unit SY3-b), (5) 현생 원위 니질퇴적체 (unit SY4). 고해상도 탄성파 자료를 해석하고 YSDP-102, 103, 주상시료와 비교한 결과, 황해 남동부 제 4기 퇴적체는 마지막 빙하기 이후 형성된 저해수면 (unit SY1), 초기 해침 (unit SY2), 중기 해침 (unit SY3-a), 말기 해침 (unit SY3-b), 고해수면 (unit SY4) 퇴적 계열로 구성되어 있다. 각 퇴적단위의 진화는 후빙기의 해수면 변동, 퇴적물 침식 및 재생과 깊은 관계가 있다. 본 연구의 결과는 황해 남동부 니질대 (SEYSM)가 층서 경계면과 내부 탄성파 반사면에 의해 3개의 층서 단위로 구분되는 뚜렷한 탄성파 증거를 처음으로 제시하고 있다. 황해 중부에서는 고해상도 탄성파 자료와 퇴적물 코어의 비교를 통해 제 4기 후기 퇴적층을 두 개의 퇴적 층서를 포함하는 5개의 퇴적단위로 구분 할 수 있었다 (unit CY1~5); (1) 해퇴 하구/삼각주형 퇴적체 (unit CY1; 하강 퇴적 계열), (2) 해침 침식곡 충진체 (unit CY2; 초기 해침 퇴적 계열), (3) 해침 사질박층 (unit CY3; 중기 해침 퇴적 계열), 해침 사퇴 (unit CY4; 중기-말기 해침 퇴적 계열), (5) 전위삼각주/현생 니질 퇴적체 (unit CY5; 고해수면 퇴적 계열).

Depositional history and environment and sequence stratigraphy of the late Quaternary deposits in the Yellow Sea and East China Sea were interpreted by analyzing of high-resolution seismic profiles (Chirp and Sparker system) and sediment samples. For the successful interpretation in the Yellow Sea and East China Sea where have complex depositional structures and systems, the multilateral investigations, such as the application of sequence stratigraphy concepts, classification of echo types, and correlation between seismic profiles and sediments data, were accomplished in the East China Sea, the southeastern Yellow Sea, and the central Yellow Sea. In the East China Sea, echo types are divided into three major echo types (and 8 subtypes) which are classified as flat (transgressive sediment sheets, relict sands, and Holocene muds), mounded (tidal ridges), and irregular echoes (channels). Sequence analysis of high-resolution seismic profiles reveals that the shelf deposits form a succession of high-frequency (fifth-order) sequence consisting of three depositional sequences (DI, DII, and DIII) developed during the late Quaternary. The depositional sequences include five sedimentary units, each with different seismic facies and geometry: (1) regressive estuarine/deltaic wedge (unit J1; falling stage systems tract), (2) regressive deltaic/offshore deposits (unit J2; falling stage systems tract), (3) lowstand deltaic wedge with incised-channel fill (unit J3; lowstand systems tract), (4) transgressive estuarine/deltaic complex (unit J4-a; transgressive systems tract) and sand ridges/sheet (unit J4-b; transgressive systems tract), and (5) recent mud (unit J5; highstand systems tract). The correlation of echo types and depositional sequences, sedimentary features, and sequence stratigraphic interpretation suggest that the late Quaternary deposits of the East China Sea were formed by complex sedimentary processes and systems under the influence of tidal action, sea-level change, and an enormous bulk of sediment inflow from adjacent rivers. In the southeastern Yellow Sea, approximately 1560 line-km data of Chirp and Sparker profiles was acquired. Along with seismic profiling, 11 piston core samples were collected and two previous long drill cores (YSDP-102 and 103) were used to compare with seismic data. High-resolution seismic profiles show the Holocene mud deposit and the complex sedimentary structure in this area. Sequence analysis of high-resolution seismic profiles reveals that the shelf deposits form a succession of high-frequency (five-order) sequence consisting of one depositional sequence developed during the late Quaternary: (1) incised channel fill and lowstand deltaic wedge (unit SY1), (2) sand ridges (unit SY2), (3) estuarine/deltaic mud (unit SY3-a), (4) redeposited mud (unit SY3-b), and (5) recent distal mud (unit SY4). Based on the interpretation of high-resolution seismic records and correlation with the YSDP-102, 103, and piston cores, late Quaternary deposits in this area consists of a set of the lowstand (unit SY1), early transgressive (unit SY2), middle transgressive (unit SY3-a), late transgressive (unit SY3-b), and highstand systems tract (unit SY4) formed since the last-glacial period. The evolution of each unit is closely related to the postglacial sea-level changes, sediment erosion, and reworking. The results of this study present firstly clear seismic evidence that the southeastern Yellow Sea mud belt (SEYSM) can be divided into three stratigraphic units bounded by distinct bounding surface and internal seismic reflections. In the central Yellow Sea, the correlation of high-resolution seismic data and sediment cores indicate that the late Quaternary deposits are divided into five distinctive sedimentary units (unit CY1~5), consisting of two depositional sequences that can be defined as erosional and disconformable strata: (1) regressive estuarine/deltaic deposits (unit CY1; falling stage systems tract), (2) transgressive incised channel fill (unit CY2; early transgressive systems tract), (3) transgressive sand sheet (unit CY3; middle transgressive systems tract), (4) transgressive sand ridges (unit CY4; middle-late transgressive systems tract), and (5) prodelta/recent mud (unit CY5; highstand systems tract).