南海神狐海域水合物钻探区钙质超微化石生物地层与沉积速率

2007年我国首次在南海北部陆坡神狐海域实施了天然气水合物钻探, 并钻取水合物实物样品.为了解钻区地层、水合物产出带(the zone of gas hydrate occurrence)或水合物储层的地层时代以及沉积速率特征, 对其中4口钻孔(SH1B、SH2B、SH5C和SH7B)岩心沉积物进行钙质超微化石年代地层学和沉积速率变化的研究.本次工作识别出17个新近纪钙质超微化石事件, 确定了神狐钻探所钻达最老地层为新近系上中新统; 水合物产出带的地层为上中新统-上新统.这4个钻井地层沉积速率的变化特征因站位和时期而异.中新世以来各地质时期沉积速率差异较大, 全新世最高(20~34.16 cm/ka之间), 其次为更新世和晚中新世(3.14~5.74 cm/ka), 上新世最低(1.88~3.27 cm/ka).此外, 水合物产出带地层的沉积速率在各钻孔也有差异, SH2B孔为4.18 cm/ka, SH7B孔为1.88 m/ka.表明南海水合物产出层位沉积速率差异较大, 沉积速率与水合物成藏的关系可能比前期的认识更为复杂.      

西太平洋暖池区第四纪钙质超微化石氧碳同位素特征及意义

对西太平洋暖池区MD97—2140柱状样1．75Ma以来的钙质超微化石进行了氧碳同位素分析．结果表明超微化石占δ^18O值与浮游有孔虫Globigerinoides ruber δ^18O值在变化趋势和周期上都具有明显相似性．根据超微化石占δ^18O值也可以划分出59个氧同位素期,1748ka到900ka期间超微化石占δ^18O值的变化周期以41ka为主．而850ka到6ka期间则以100ka为主．这说明超微化石氧同位素分析可以像有孔虫氧同位素分析一样在大洋地层学和古海洋学、古气候学研究中发挥重要作用．超微化石占δ^13C值变化则呈现阶段性变化的特点．以900ka,480ka和250ka时间面为界,可分四大阶段．同时,MD97—2140柱状样超微化石占δ^13C值的这种变化规律与邻近ODP807站揭示的海水初级生产力变化趋势极为相似,意味着超微化石占δ^13C值是反映海水初级生产力变化的一项重要指标．     

南海ODP1143站上新世至更新世天文年代标尺的建立

基于底栖有孔虫δ18O的精确的年代标尺是古海洋学研究的基础, 特别是长度超过5 Ma, 分辨率小于5 ka的连续δ18O记录在全球大洋深海记录中更是凤毛麟角.在大西洋和东太平洋已经建立起了类似的代表性剖面, 如大西洋ODP659站和东太平洋ODP846站, 但在对全球气候有着重要影响的“西太平洋暖池区”还没有建立起这样的剖面.以南海大洋钻探184航次1143站底栖有孔虫的δ18O为材料, 建立了西太平洋地区跨越5 Ma、分辨率达2~ 3 ka的天文年代标尺.天文调谐的基本原理参照Imbrie et al.(1984), 并将斜率周期上8 ka的相位差和岁差周期上5 ka的相位差从晚更新世扩展到5 Ma; 调谐目标选用Laskar(1990)的斜率和岁差; 调谐方法采用了有别于ODP659站和ODP846站的自动轨道调谐方法(Yu and Ding, 1998).调谐结果显示, 1143站190.77 m、191个冰期、间冰期的深海沉积记录了5.02 Ma的南海古海洋学历史; 1143站布容/松山磁性反转事件的年龄为0.78 Ma, 与前人研究结果一致; 15个识别出的浮游有孔虫生物事件年龄部分与已经发表过的年龄相吻合, 部分为该生物事件在南沙海区的新年龄.由年代标尺推导出的南海沉积特征显示, 2.9 Ma是沉积速率的一个转折点, 在此之前, 平均线性沉积速率只有39.5 m/Ma, 冰期、间冰期平均波动幅度为50 m/Ma; 2.9 Ma以后, 平均线性沉积速率猛然上升到65.4 m/Ma, 冰期、间冰期平均波动幅度为200 m/Ma.此外, 南海的沉积速率还显示出冰期或间冰期中的亚冰阶沉积速率高, 而相邻的间冰期或亚间冰阶的沉积速率低, 这种特点在更新世尤为典型.这可能与全球冰量变化带来的冰期、间冰期差异性风化剥蚀和搬运有关.      

珠江口盆地早中新世碳酸盐岩生长发育、消亡的历程与受控因素

碳酸盐岩(台地)的消亡是沉积学研究的前沿和热点科学问题。南海东北部珠江口盆地东沙隆起所发育的下中新统珠江组碳酸盐岩是我国海相碳酸盐岩的最高层位,东沙台地珠江组碳酸盐岩的生长、繁盛和消亡过程提供了中国南海乃至世界范围内一个典型的受构造、海平面变化和物源共同控制的研究实例。依据采自钻井岩心钙质超微化石和浮游有孔虫化石带将珠江组的上界置于钙质超微化石带NN4与NN5的界线,即中、下中新统界线,下界置于浮游有孔虫N4的底部附近,即位于中新统与渐新统界线。有孔虫属为N4-N8带,钙质超微化石为NN2-NN4带,底界年龄为23.03Ma,顶界年龄为15.97Ma,地震反射上位于T40-T60之间。而其中碳酸盐岩地层最早于21Ma左右开始生长,最晚于16.5Ma被泥岩淹没。早期的东沙隆起北低南高,21Ma以后,东沙隆起沉降而丧失了向珠一凹陷提供物源的功能,沉降较快的东沙隆起北北部地区发育碳酸盐岩;初期为一套碳酸岩缓坡沉积,20Ma以后隆起整体被淹没,开始了大规模的碳酸盐岩建造,实现了由碳酸盐岩缓坡向台地的转变,随沉降向南推移,隆起逐渐转变为北高南低,整个碳酸盐岩台地持续向东南方向退缩,台地沉积逐渐萎缩为局部礁滩复合体,北部古地貌的高部位残存零星点礁;16.5Ma以后,沉降中心向珠二凹陷迁移,北部、北西部碎屑物质持续向东沙隆起前积导致台地消亡。结合珠江组沉积时期的地质事件的分析,本文认为早期碳酸盐岩的消亡是由于这一时期的全球海平面下降到最低位,引起区域上的物源供给加快,灰岩直接被北部沉积物退覆淹没所致;20±0.5Ma~18.3±0.5Ma的碳酸盐岩的消亡时间受制于沉降造成的相对海平面的变化,基底的火山作用及沉降中心的迁移等事件,最晚一期碳酸盐岩(流花地区碳酸盐岩)的消亡应该是构造反转后,北部物源对凹陷的持续填平补齐作用引起碳酸盐岩的生长环境变化所致。由此看,陆源碎屑的注入、沉降中心的迁移、相对海平面的升降及原始古地貌形态是碳酸盐岩生长发育及消亡的主要控制因素。     

珠江口盆地深水区晚中新世以来构造沉降与似海底反射（BSR）分布的关系*

2007年中国在南海北部神狐海域通过钻探首次获得天然气水合物样品,证实了珠江口盆地深水区是水合物富集区。通过对珠江口盆地深水区构造沉降史的定量模拟研究,发现晚中新世以来区内构造沉降总体上具有由北向南、自西向东逐渐变快的演化趋势;从晚中新世到更新世,盆地深水区经历了构造沉降作用由弱到强的变化过程：晚中新世(11.6～5.3 Ma),平均构造沉降速率为67 m/Ma;上新世(5.3～1.8 Ma),平均构造沉降速率为68 m/Ma;至更新世(1.8～0 Ma),平均构造沉降速率为73 m/Ma。而造成这些变化的主因是发生在中中新世末-晚中新世末的东沙运动和发生在上新世-更新世早期的台湾运动。东沙运动（10～5 Ma）使盆地在升降过程中发生块断升降,隆起剥蚀,自东向西运动强度和构造变形逐渐减弱,使得盆地深水区持续稳定沉降;台湾运动（3 Ma）彻底改变了盆地深水区的构造格局,因重力均衡调整盆地深水区继续沉降,越往南沉降越大。将似海底反射（BSR）发育区与沉降速率平面图进行叠合分析,发现80％以上的BSR分布趋于构造沉降速率值主要在75～125 m/Ma之间、沉降速率变化迅速的隆坳接合带区域。     

松辽盆地海侵事件——松科1井钙质超微化石新证据

松辽盆地作为中国最大的陆相含油气盆地,是否发生过海水侵入一直存在争议,化石能为该科学问题提供直接解释。在松科1井嫩江组一、二段发现了少量的钙质超微化石,初步鉴定出Calculites obscurus,Calculites ovalis,Quadrum sp.,Micula sp.等属种。上述钙质超微化石广泛分布于晚白垩世海相地层中,通过与国际标准海相化石的对比,将嫩江组一段中、下部的时代限定为Turonian晚期—Maastrichtian期。松辽盆地嫩江组一、二段下部的钙质超微化石保存总体一般,有一定的多样性,具有海相钙质超微化石的特征。松科1井钙质超微化石的分布、古生态及其与有孔虫化石的对应关系表明,松辽盆地嫩江组一段中-下部、二段下部沉积期湖泊水域广阔,全球海平面较高,间歇性的海水侵入事件导致西北太平洋中的钙质超微浮游生物和有孔虫等海洋生物被带入松辽盆地。     

中国海域的天然气水合物资源

天然气水合物是甲烷等天然气在高压、低温条件下形成的冰状固体物质。据估算,全球天然气水合物中碳的含量等于石油、煤等化石能源中碳含量的2倍。在人类面临化石能源即将枯竭的时候,各国科学家和政府都把目光投向这一未来能替代化石能源的新能源。新生代构造演化历史、沉积条件、沉积环境等显示,南海具有生成和蕴藏巨大天然气水合物资源的条件;南海海域的地震反射剖面多处显示存在BSR反射波;2007年已钻探见到水合物样品。东海冲绳海槽在第四纪的沉积速率高(10~40cm/ka),槽坡存在泥底辟构造和断裂活动,从上新世以来发生过两次构造运动,这些对天然气水合物的形成是十分有利的;因此,中国海域的天然水合物资源是十分丰富的,在不远的将来它可能成为新的替代能源。     

西菲律宾海190ka以来钙质超微化石的氧碳同位素记录

对西菲律宾海Ph05-5柱状样190ka以来钙质超微化石进行了氧碳同位素分析.研究结果表明, 钙质超微化石δ18O值在末次间冰期(MIS 5e) 和全新世明显低于末次冰期(MIS5d~2) 和倒数第二次冰期(MIS6).超微化石δ18O值与浮游和底栖有孔虫δ18O值都呈明显的正相关关系, 但超微化石δ18O平均值比浮游有孔虫Globigerinoides rubber δ18O平均值高0.431×10-3, 比Neogloboquadrina dutertrei δ18O平均值低0.410×10-3, 而这三者又远远低于底栖有孔虫Cibicides wullerstorfi的δ18O平均值.超微化石δ13C值变化阶段性特征明显, 并与该孔超微化石绝对丰度变化趋势极为相似, 二者共同反映出西菲律宾海大约从190ka到110ka的MIS6和大约MIS 5e期, 表层海水初级生产力相当稳定且显著低于其他各时期; 大约从MIS5d期开始表层初级生产力显著上升, 初级生产力的这一高值一致持续到约25ka左右的末次冰期; 在25ka以来的MIS1、2期, 表层初级生产力有所下降, 但仍高于190ka到110ka的MIS6和MIS 5e期.      

赤道东经90°海岭3.5Ma以来远洋记录反映的重大环境事件

通过对东经90°海岭ODP758钻孔岩心3.5Ma以来的浮游有孔虫远洋记录的研究,结合岩性地层、稳定同位素地层、碳酸盐地层等资料,探讨了喜马拉雅山加速隆升、"中更新世气候转型"、"中布容溶解"事件等重大构造、环境事件在研究区的表现及相关机制。通过对各项指标的分析和对比,根据ODP758岩心的有孔虫组合面貌、古温度、古盐度和古温跃层的变化情况,推断研究区在1.4～0.7Ma期间的气候变化可能是在"中更新世气候转型"条件下发生的。碳酸钙、碳酸钙沉积通量和非碳酸钙沉积通量曲线在1.7Ma时快速增长,与现有资料显示的青藏高原的隆升历史相符,分别与青藏高原隆升过程中的青藏运动A幕、B幕、C幕(1.7Ma)和昆仑-黄河运动(1.2～0.6Ma)相当。碳酸钙含量、大于150μm的粗组分含量、浮游有孔虫沉积通量和浮游有孔虫生物地层揭示出在0.5～0.4Ma期间研究区深海碳酸盐遭受了强烈溶解。此事件与大西洋、太平洋、印度洋及南沙海区沉积记录中的"中布容溶解"事件一致。     

南沙深水区第四纪生物地层学研究

根据南沙深水区１７９５７和１７９５９两柱状样多门类的生物事件研究,发现９个生物事件。其中放射虫事件６个,有孔虫事件２个,钙质超微化石事件１个。这些生物事件直接与氧同位素和古地磁资料对比所得的年龄,与赤道太平洋和印度洋的年龄均相对应。这是中国海深海区第四纪地层第一次多门类的生物地层学研究,将为南海第四纪古海洋学研究提供重要的地层学基础。这两个柱状样沉积速率的计算结果表明,该海区为南海最低沉积速率区(１．０～１９ｃｍ／１０^３ａ)．     

Numerical studies of gas hydrate evolution time in Shenhu area in the northern South China Sea

Although the Shenhu sea area has been a topic and focus of intense research for the exploration and study of marine gas hydrate in China, the mechanism of gas hydrate accumulation in this region remains controversial. The formation rate and evolution time of gas hydrate are the critical basis for studying the gas hydrate formation of the Shenhu sea area. In this paper, based on the positive anomaly characteristics of chloride concentration that measured in the GMGS3-W19 drilling site is higher than the seawater value, we numerically simulated the gas hydrate formation time of GMGS3-W19 site. The simulation results show that the gas hydrate formation rate positively correlates with the chloride concentration when the hydrate reaches the measured saturation. The formation time of gas hydrate in the GMGS3-W19 site is approximately 30 ka. Moreover, the measured chloride concentration is consistent with the in-situ chloride concentration, indicating that the formation rate of gas hydrate at the GMGS3-W19 site is very fast with a relatively short evolution time.©2019 China Geology Editorial Office.     

南海陆坡中新世以来沉积物特性与气体水合物分布初探

通过对南海陆坡地区中新世以来沉积物的一些属性和特征的研究,获得了下面的初步认识：（1）南海陆坡有几个沉积速率较高的地区, 如东沙一带、西沙海槽、中建南地区,以及南沙西南部和西北部（曾母、万安盆地）;（2）大洋钻探钻井资料的研究表明,中新世与早上新世为高碳酸盐比值的低速堆积期,而近200万a以来为低碳酸盐比值的高速堆积期,上新世晚期至全新世沉积物以粘土质粉砂和粉砂质粘土为最主要成分;（3）南海不同时期的沉积速率不同,全新世为沉积速率最高的时期,其次为更新世;上新世和中新世为沉积速率较低的时期。南海利于气体水合物存藏的沉积可能为全新世和更新世的沉积;（4）对南海晚第四纪以来沉积物的综合研究表明南海陆坡的A区（东沙附近）、B区（西沙海槽）、D区（南海西部、越南以东）等地区可能利于气体水合物的形成和分布;而E区（南沙西南部）、F区（南沙中上部）和G区(南沙海槽)则是气体水合物调查值得关注的地区。     

祁连山东南缘第四纪以来的隆升作用及动力学分析

祁连山东南缘隆升是来自印度板块挤压的远程效应与该区周边地块的存在及其活动的相互制约作用而产生的挤压隆升、伸展隆升和左旋走滑隆升共同作用的结果.标志性构造及主应力分析表明, 自早更新世以来, 隆升动力机制不断发生转换, 在早更新世早期以北东-南西向挤压为主, 中更新世早期至全新世早期以北东-南西向拉张、近东-西向的拉张为主, 全新世晚期以北西-南东向左旋扭动为主.根据湟水河阶地有关数据估算出的不同时段河谷下切速率为: 1.4 1× 103 ~ 36.4ka间平均速率较慢(0.11mm/a), 36.4ka至今较快(1.5 4mm/a), 其中10.5~ 3ka间最快(2.2 7~ 2.80mm/a), 显示该区自1.4 1Ma至今构造隆升具有越来越强烈的变化趋势.      

渤海湾西岸BT113孔35ka以来的沉积环境演化与海陆作用

根据渤海湾西岸有孔虫和介形虫与年代学(AMS14C和OSL测年)研究,将该段岩心自下而上划分为6个沉积单元(U1—U6),它们依次形成于晚更新世的河流及全新世的潮滩、浅海、前三角洲、三角洲前缘和三角洲平原沉积环境,结束于约35 ka的U1单元的陆相环境,证实晚更新世低海面时渤海湾西岸未受海水影响。U1和U2单元之间,存在历时约27 ka的沉积间断(35～8.5 ka cal BP),研究区因此缺失早全新世沉积。U2单元的潮滩环境指示全新世海侵于8.5 ka cal BP到达渤海湾西岸,当时相对海平面为-16.7 m。U3单元为浅海环境,约6 ka cal BP时相对海平面上升到-6.8～-1.8 m。8.5～6 ka cal BP期间的海面上升速率是0.4～0.6 cm/a,可能与MWP1C事件有关。U4—U5单元,转为三角洲环境,沉积速率增大,反映自3.7 ka cal BP河流输入影响加强,约1.3 ka cal BP时成陆,形成U6单元。晚更新世35 ka以来的陆海环境演化,总体上是对气候变化控制下的海面变化的响应。     

南海北部陆坡高饱和度天然气水合物气源运聚通道控藏作用

气源运聚通道与天然气水合物富集成藏关系密切。利用准三维地震资料并结合钻探成果,深入研究了神狐海域GMGS3钻探区高饱和度水合物站位气源运移疏导通道地质地球物理特征及其控藏作用。结果表明:高饱和度水合物产出站位发育多种类型运移疏导通道,且与BSR空间耦合关系较好;紧邻BSR之下为强振幅反射,强振幅下部游离气体充注现象明显,表明水合物稳定域下部存在气体运移的通道,且深部气体向浅层发生了运移。深大断裂、底辟及气烟囱构成了沟通深部热解气及浅层生物气与浅层温压稳定域的垂向通道,在这些通道上方可以直接形成水合物;浅部滑塌面、水道砂及海底扇构成的高孔渗连续性砂体为浅层生物气及深部运移而来的部分热成因气横向运移通道,气体的侧向运移扩大了气体供给范围,增加了矿体横向展布规模。文章认为,天然气运移疏导系统与其他成藏要素匹配良好的构造和区域是勘探高饱和度水合物的有利目标。     

河北省唐山地区丰台—野鸡坨断裂第四纪活动性——来自14C和磁性地层年代学的证据

丰台—野鸡坨断裂为唐山地区主要断裂之一，西侧为鸦鸿桥凹陷，东侧为唐山凸起，断裂两侧第四系厚度之差巨大。本文依据该断层两侧钻孔对其第四纪以来活动性进行初步的探讨。通过对丰台—野鸡坨断裂上下两盘PZK14和PZK20孔磁性地层学研究，并结合钻孔岩石地层，及浅部光释光和¹⁴C测年结果，建立第四纪地层格架。结果表明：两孔底部“泥包砾”为新近纪沉积；PZK14孔下更新统底界埋深为387 m，中更新统底界埋深为114 m，上更新统底界埋深为71 m，全新统底界埋深为6 m；PZK20孔下更新统底界埋深为155 m，中更新统底界埋深为73 m，上更新统底界为36 m，无全新世地层。丰台—野鸡坨断裂活动在早更新世时表现为逐渐增强的特点，活动速率由早期的5.4 cm/ka增加到13.9 cm/ka。中更新世断裂活动基本处于停滞状态，活动速率为1.0 cm/ka。晚更新世以后，断裂重新活动，且更加剧烈，活动速率达到了54.5 cm/ka。     

Tracing seafloor methane emissions with benthic foraminifera in the Baiyun Sag of the northern South China Sea

Changes in the concentrations of atmospheric greenhouse gases are an important part of the global climate forcing. The hypothesis that benthic foraminifera are useful proxies of local methane emission from the seafloor has been verified on sediment cores by numerous studies. The calcium carbonate (CaCO₃) content and the high-resolution carbon and oxygen isotope composition of the benthic foraminifera from the core 08CF7, from the northeastern Shenhu gas hydrate drilling area in the Baiyun Sag of the northern South China Sea were analyzed, and the benthic foraminifera’s evidence for methane release from gas hydrate decomposition are presented here for the first time. Two rapid obvious carbon isotope negative excursions were observed in the oxygen isotope stage boundaries 5d/5c and 6/5e (penultimate deglaciation, about 130 ka) of the cold-to-warm climatic transition period. The largest negative value of δ¹³C is about ?2.95 ‰, and the whole change of carbon and oxygen isotope is strikingly similar and is in consonance with the atmospheric methane concentration recorded by the Vostok ice core and the carbon isotopic record from Lake Baikal. Combining these results with the analysis of the geological conditions of the study area and the fact that gas hydrate exists in the surrounding area, it can be concluded that the carbon isotope negative excursions of the benthic foraminifera in the northern South China Sea are associated with methane release from gas hydrate decomposition due to deglacial climate warming. By recording the episodes of massive gas hydrate decomposition closely linked with the northern hemisphere temperatures during major warming periods, the new δ¹³C record from the Baiyun Sag provides further evidence for the potential impact of gas hydrate reservoir on rapid deglacial rises of atmospheric methane levels.