沉积物成岩蚀变过程中的Mn、Cd和Mo元素活动特征:以ODP 1148站钻孔沉积物记录为例

通过对南海北部的ODP 1148站岩芯600 mcd以上(约30 Ma以来)的沉积物中自生富集Mn、Cd和Mo等过渡金属元素的含量变化的研究,并结合相关的化学组成结果,探讨了岩芯内部氧化-还原条件的变化以及相关元素的活动特征,反演了相应沉积时期的环境演变.结果显示,岩芯387 mcd以上,自生Mn富集明显,代表氧化的环境;387～485 mcd之间,自生Cd含量明显富集,Mn含量显著降低,代表少氧的环境;485 mcd以下,Mn和Cd含量极低,自生Mo明显富集,代表缺氧的环境.随氧化-还原条件的变化,Mo存在明显的向下迁移并在缺氧界面的缺氧一方达到最大值的趋势,而Cd在少氧环境形成的固相态则可能在缺氧环境下不稳定,溶解态的Cd有向上迁移的趋势,并且在少氧/缺氧界面的少氧一方富集.这些过渡金属元素记录的氧化-还原条件的变化,反映出ODP 1148站所在海区的沉积环境变化:早期有较丰富的陆源输入,表层海水生产力较高,随着南海不断扩张以及全球海平面上升,该海区表层海水生产力逐渐降低.     

南海晚渐新世滑塌沉积指示的地质构造事件

南海北部ODP1148站晚渐新世至早中新世沉积以滑塌堆积和长时间沉积缺失为主要特征.由构造活动引起的沉积间断始于渐新世中期28.5 Ma至早中新世23 Ma左右结束.主间断面位于25 Ma, 亦即滑塌沉积层的底界.4次沉积间断总共造成至少3 Ma沉积记录的缺失.综合岩性、古生物年代测定、地球化学等分析结果, 表明南海晚渐新世的海底扩张模式呈多次跳跃式, 并以“25 Ma事件”为型变高峰.这一系列构造活动是欧亚、澳大利亚、菲律宾-太平洋板块相互作用的结果, 直接导致南海向前期裂谷更发育, 红河大断裂左擦拉张更强的南部扩张的转型.1148站的滑塌沉积为此次南海扩张转型提供了直接的证据.      

南海ODP1148站中中新世(12～18.3 Ma) 天文调谐的年代标尺

ODP1148站深海沉积岩心的磁化率记录显示出较强的周期性变化规律．研究发现,中新世和渐新世的深海地层物性参数具有很强的斜率周期．Shackletoneta1．利用这一规律,以北半球高纬太阳辐射曲线作为天文调谐的目标,以ODP154航次的深海沉积岩心的磁化率记录作为调谐对象,将磁化率的极大值与北半球天文辐射的极小值相对应,建立了14～34Ma的天文调谐的年代标尺．采用相同的方法,利用南海北部ODP1148站深海沉积岩心的磁化率记录和北半球高纬太阳辐射曲线建立了南海中中新世天文调谐的年代标尺．调谐后的磁化率记录显示了很强的斜率周期和较强的岁差周期,并与太阳辐射在这2个记录上高度相关,此外偏心率周期在磁化率记录中也较显著．调谐后1148站的浮游有孔虫事件年龄与ODP154航次采用相同的天文调谐方法获取的事件年龄异常接近,而与传统方法获取的生物地层事件年龄有较大差距,这在一定程度上证明了利用天文调谐的方法建立中新世深海地层年代标尺的可行性．     

南海盆地新近纪浮游有孔虫带、气候、生物生产力爆炸事件和沉降速度的转换时限

依据浮游有孔虫带的研究,南海北部浅海区LH-19-4-1井和南海北部陆坡区ODP1148站更新世的N22带,晚上新世的N21带和N20带,早上新世的N19—N18带,中新世的N17带至N4带,和晚渐新世的N3带(N3带=P22带)的地层相当,可以对比。如生物多样性在时间上的变化所示,南海北部浅海区,从晚渐新世的N3带末期至更新世N22带经历了五次降温事件(C1—C5)。C1,晚渐新世N3带末期(23.20~23.40Ma),可能相当于Mi-1事件;C2,早中新世早期N4带中晚期(22.50~21.80Ma),它与Mi-1a事件相当,C2降温事件在陆坡区也有反应;C3,早中新世晚期N7带早中期(17.15~17.10Ma),可能相当Mi-1b事件;C4,中中新世中期N10带晚期(14.65~14.60Ma),可能与Mi-3事件相当;C5发生于早更新世N22带早期。14.60Ma是C4事件结束的时限、是本区古环境长时间尺度变化的时限,也是南海盆地在新近纪期间的沉降速度由慢速转入快速的时限。它还可能是青藏高原在中中新世中期开始由慢速隆升转入中速隆升变化的时限。本区从晚渐新世末期至更新世早期的环境为中-外浅海环境,在此期间,共有五次生物生产力爆炸事件(BEE1—BEE5)。BEE1和BEE2发生在早中新世早期N4带,23.2~21.5Ma期间;BEE3发生在早上新世N18—N19交界处,4.80Ma;BEE4发生在晚上新世晚期N21带,3.10~1.80Ma期间;BEE5发生在早更新世初期,1.60Ma。爆炸事件期间的生物生产力高出非爆炸事件期间平均生产力5~11倍,为原生油气藏提供了丰富的物源,给探寻原生油气田提供了重要的信息。     

南海北部沉积物常量元素变化、碳酸盐旋回及其古环境意义

通过对南海北部ODP1145站沉积物的常量元素和碳酸盐分析,探讨了早更新世南海北部沉积物常量元素和碳酸盐含量变化特征及其古环境意义.结果表明,南海北部沉积物中主量元素CaO、Fe2O3、K2O、Na2O、MnO和P2O5受碳酸盐含量影响相对较小,而SiO2、MgO、Al2O3和TiO2受到碳酸盐含量影响相对较大.碳酸盐校正后的常量元素变化可以划分为3种类型,即PC1、PC2和PC3,它们的主要特点有:PC1元素组合包括了SiO2、CaO、Na2O、P2O5、Fe2O3和K2O,主要反映了与季风强度有关的生源物质产率变化,指示了距今2.5～1.5Ma时段生产力的逐渐降低;PC2元素组合(Al2O3、TiO2)代表了陆源物质的输入,指示了在约2Ma开始陆源物质输入的明显增加;PC3元素组合(MgO、MnO)可能与海洋自生作用有关,反映了海底氧化/还原环境的相对变化.早更新世南海北部CaCO3含量呈阶段性降低,一方面受陆源物质稀释作用的影响,另一方面可能更与生物生产力逐渐降低有关.主量元素组合及碳酸盐含量在约2Ma和1.7Ma左右均发生显著变化,可能指示了早更新世时期东亚冬季风的两次增强.     

南海渐新世以来粘土矿物的演变特征及意义

通过对南海北部ODP184航次1148站32.8Ma以来深海沉积物中粘土矿物组成及其变化特征的分析,发现以15.5Ma为界,下部沉积物粘土矿物组成中蒙脱石含量高达70%,上部则以伊利石和绿泥石逐步增高、蒙脱石含量明显下降为特征,揭示出该区深海沉积物中粘土矿物演变可以分为32.8～15.5Ma的构造控制期和15.5Ma以来的气候控制期。在构造控制期,粘土矿物成分记录了南海扩张演变的历史;而在气候控制期,粘土矿物特征除反映出南海北部周边总体降温的过程外,还显示了3Ma的突然降温,与该站底栖有孔虫氧同位素资料反映的全球气候变化具有很好的对比性。     

南海渐新世以来构造演化的沉积记录--ODP 1148站深海沉积物中的证据

南海ODP 1148站井深859 m、时间跨度32.8 Ma,是南海大洋钻探中取芯最长、年代最老的站位,详细记录了渐新世以来南海北部的演变历史。该站位深海沉积物地球化学分析结果显示,自早渐新世以来南海经历了复杂的沉积、构造演变过程。在32 Ma、30 Ma、28.5 Ma、25 Ma、23.5 Ma 和16 Ma以及10 Ma、8 Ma和3 Ma沉积物成分存在明显的突变或不连续面。特别是在晚渐新世沉积物成分发生剧烈改变,并伴有沉积间断和滑塌作用,代表着南海以及我国东部地区一次重大构造运动,该构造运动对我国近代地理格局的形成以及我国东部地区众多陆相盆地由断陷型转为坳陷型起到了极为关键的作用。     

中更新世转型时期南海北部上层水体结构演化特征——ODP1146站浮游有孔虫稳定同位素记录

文章以南海北部ODP1146站沉积物岩芯为研究材料,利用浮游有孔虫次表层水种Pulleniatina obliquiloculata壳体的氧、碳稳定同位素,结合该站位浮游及底栖有孔虫氧碳同位素数据,分析中更新世以来南海北部上层水体结构的演化。1.2 Ma以来ODP1146站P.obliquiloculata壳体δ^18O的变化可分3个阶段:1)1.2~0.9 Ma,冰期-间冰期变化幅度较小、主导周期为41 ka斜率周期;2)0.9~0.6 Ma,冰期旋回变化幅度逐渐增强、100 ka偏心率周期开始强化;3)0.6 Ma以来,冰期旋回呈现稳定且幅度较大的100 ka周期变化。0.9 Ma以来南海北部上层海水δ^18O的冰期旋回变幅增强,可能反映东亚冬季风在0.9 Ma之后显著强化。其中,表层水体δ^18O只在冰期变幅增强,P.obliquiloculata所反映的次表层水体δ^18O的变化幅度在冰期和间冰期都显著增强。约0.9 Ma浮游和底栖有孔虫δ^18O的100 ka周期几乎同时显现;但在0.9~0.6 Ma时期P.obliquiloculata的δ^18O偏心率周期更为显著、斜率周期的强度也更高。因此,冰期旋回周期转型及幅度变化两方面的证据共同反映温跃层结构演化在南海北部中更新世转型(MPT)气候转变过程中的特殊性。1.2 Ma以来ODP1146站P.obliquiloculata的δ^13C在0.02 Ma、0.49 Ma和0.99 Ma左右呈明显的碳重值,同时表层种-次表层种之间的δ^13C差值减小到近于0,可以解读为碳重值事件期间南海北部生产力相对减弱。     

新近纪南海深层水的增氧与分层

综合南海ODP1148站、1146站和1143站沉积物物性、底栖有孔虫、同位素等资料, 探讨早中新世以来南海深层水的演化特征.结果表明, 在21~17Ma、15~10Ma和1~5Ma3个时间段分别对应3个富含红褐色粘土的岩性单元, 其红色参数(a*) 增高指示南海深层水中溶解氧含量的增加.对比发现, 前两阶段的深层水增氧与南极底层水和北大西洋组合水增强有关, 说明10Ma前南海与外地的底层水基本是相互连通的.10Ma以后, 南海深层水溶解氧降低, 同时分别处于下深层水的1148站和上深层水的1146站之间的CaCO₃含量变化加大, 喜氧底栖有孔虫减少, 底栖δ13C在10Ma大幅度减轻, 说明南海当时的深层水受大洋深层水的控制减弱.推测主要是南海海盆自16~15Ma停止扩张以后, 南海逐渐关闭引起本地深层水开始形成的缘故.从6Ma左右开始出现大量的太平洋底层水和深层水的底栖有孔虫标志种, 1148站和1146站在5~3Ma期间的CaCO₃含量之差达到40%, 标志南海深层水最大分异期.除了全球气候变冷、北半球结冰引起太平洋深层水扩张的影响之外, 南海海盆由于更强烈向东俯冲而进一步下沉也可能是原因之一.3Ma以来南海深层水演化进入现代模式, 两站之间的CaCO₃含量之差稳定在10%左右, 厌氧底栖种丰度增加.太平洋底层水和深层水的标志种相继在1.2Ma和0.9Ma大量减少, 底栖δ13C也同时大幅度变轻到新近纪的最低值, 表明太平洋底层水的影响基本消失, 太平洋深层水的影响也大大减弱.因此, 标准现代模式的南海深层水, 推测主要由于“中更新世气候转型”时期巴士海峡下面的海槛抬升到接近目前~2600m的深度时, 才开始形成.      

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.      

南海西南海域表层沉积物中微量元素Ba的地球化学特征

分析南海西南海域表层沉积物中微量元素Ba的地球化学特征,并探讨生物成因Ba的分布及其与表层海水生产力的关系。南海西南海域表层沉积物Ba总量的变化范围为398~1 270 μg/g,平均值为851 μg/g,从上陆坡到下陆坡,沉积物中的Ba含量逐渐增加;微量元素Ba主要赋存于陆源碎屑相和生物成因相中,且明显受到沉积环境水深和陆源物质输入的影响。生物成因Ba含量的变化范围为30.6~938 μg/g,陆坡区和深海区平均值分别为495 μg/g、349 μg/g,占沉积物Ba总量的54％和51％,总体上,与沉积物Ba总量具有相对一致的分布特征。尽管研究区表层沉积物中Al、Ti成分为典型的陆源碎屑组分,但是,利用大陆上地壳Ba/Al比值和陆坡区沉积物回归分析获得的Ba/Al比值进行生物成因Ba的计算,过高地估算了沉积物中陆源Ba的含量;而采用页岩Ba/Ti比值来估算陆坡区表层沉积物中的生物成因Ba含量显得相对可靠。在深海区,利用经验的Ba/Al或Ba/Ti比值均不能获得有效的生物成因Ba值。因此,在获取沉积物中生物成因钡含量时,需结合各海区的特点选取合适的参数来扣除陆源Ba的含量。     

南海的氧同位素3期

以南海北、西、南部3个沉积速率相对较高而且连续的沉积柱状样MD2904,MD2901和MD2897为基础,通过粒度、碳酸盐、有机地球化学和元素分析,并综合前人研究成果,对南海MIS3期进行探讨。结果显示,南海MIS3是末次冰期中的弱暖期,海水表层古温度比相邻的MIS2和MIS4期略高,但是明显比MIS1和MIS5期低。MIS3的最大特点就在于其气候的不稳定性,发生了多次气候快速变化事件。在格陵兰冰芯中记录的千年尺度快速气候变化事件（D/O事件和Heinrich事件）基本上在南海北、西、南部都有响应,具有与全球同步的特征。南海MIS3古生产力都显示出较高的特点,这与东亚季风有着密切的关系,北部主要受冬季风影响,西部和南部主要受夏季风影响。南海南部MIS3表现出比MIS5更高的古生产力和更强的夏季风强度,这一特点有待更进一步深入研究。     

南沙微地块花岗质岩石LA ICP MS锆石U Pb定年及其地质意义

南沙微地块一直被作为华南大陆的一部分,但缺乏基底岩石学证据的支持。本文首次报道了南沙微地块花岗质岩石岩浆锆石年龄。测年方法为激光剥蚀等离子体质谱（LAICPMS）测年技术。在站位S0818获得2个斜长花岗岩样品年龄: 分别为159.1±1.6 Ma和157.8±1.0 Ma,在站位S0832获得两个二长花岗岩样品年龄: 分别为153.6±0.3 Ma和127.2±0.2 Ma, 表明它们为燕山期晚侏罗世—早白垩世岩浆事件的产物。其中153～159 Ma年龄值可与南岭燕山期花岗岩年龄比较,而127 Ma年龄值可与浙闽沿海燕山期花岗岩年龄对比。一个样品中存在一个年龄为656.7 Ma的残余锆石核,结合中西沙发现的前寒武纪基底岩石资料,表明南海内散落的微地块可能广泛存在前寒武纪结晶基底,本区中生代花岗岩为古老陆壳重熔形成的。这一新的资料,对研究燕山期岩浆作用在中国南部的影响范围、南海微陆块前寒武纪地质及微陆块的裂离动力学都具有重要意义。     

海洋沉积物热释光--潜在的天然气水合物找矿方法

概述了热释光的形成机理。从放射性方法探测油气藏的原理出发 ,提出了海洋沉积物热释光探测天然气水合物的可能性。对采自中国南海、东海的海底沉积物进行了有机烃、金属元素和热释光分析。结果表明 ,热释光与有机烃类呈正相关 ,天然气水合物形成和分解产生的碳酸钙、硫酸钙及硫酸钡沉淀是很好的热释光晶体 ,在矿物结晶过程中加入的微量金属元素对热释光起到调节作用。热释光不受有机污染的影响 ,灵敏度高 ,是很有前景的寻找天然气水合物的方法     

南海北部4MaB.P.以来古海洋变迁的长链烯酮记录

通过对ODP184航次1147/1148站位约4MaB.P.以来沉积物中来源于定鞭金藻的生物标志化合物的研究,对南海北部晚上新世以来的古海洋生产力、表层海水温度及CO₂分压的变化情况进行了探讨.定鞭金藻生产力与硅藻生产力一样在0.9MaB.P.以前比较稳定地保持在较低水平,而0.9MaB.P.后定鞭金藻生产力较高,且呈现冰期低间冰期高的波动,硅藻生产力则呈现持续升高的趋势.由C37烯酮不饱和度指标获得的南海北部4MaB.P.以来表层海水的UK′37温度与浮游有孔虫壳体δ18O具有较好的相关性,且能显示出0.9MaB.P.来的19个氧同位素期,表明将U37K′37温标应用到晚第四纪以前基本上是可行的.由δ13C37:2计算的表层海水pCO₂显示,晚上新世的pCO₂要高于300μL/L,而第四纪的pCO₂尽管存在波动,却基本上在300μL/L以下.计算出的晚第四纪的pCO2十分稳定,与同期的大气pCO₂历史变化不一致.这可能与计算中简单地假定某些参数(如生长速率)为常数有关,这些参数在第四纪冰期间冰期旋回中可能有较大变化.     

海南地幔柱与南海形成演化

东南亚上地幔地震层析成像表明,海南岛周围之下存在地幔柱,近垂直的低波速柱体位于海南岛及南海之下,从浅部向下穿越660 km的不连续面处（上下地幔的分界面）并一直延伸到1 900 km。南海及周边地区包括雷琼半岛、海南岛、北部湾盆地、广西北海涠洲岛、以及中南半岛等地,分布有一定量的新生代碱性玄武岩,它们的地球化学数据显示出OIB的特点并具有DUPAL异常,表明其源区较深。此外,由南海新生代碱性玄武岩中的橄榄石-流体平衡所推导的南海底地幔潜在温度（ 1 661℃）位于夏威夷（1 688℃）与冰岛热点（1 637℃）相应值之间,为海南岛地幔柱的存在提供了岩石学及矿物化学方面的约束。基于以上地球物理学、地球化学及矿物化学方面的证据,结合数字模拟实验资料,表明在海南岛及邻近区域之下存在地幔柱。建立了一个南海形成演化的初步模型：（1）50~32 Ma,印度洋板块-欧亚板块碰撞及其所导致的太平洋板块后退的综合效应为南海地区提供了一个伸展环境,进而为地幔柱物质的上升提供了通道;（2）32~21 Ma,当地幔柱柱头到达软流圈时, 由于侧向物质流与扩张中心发生相互作用,促进了南海的扩张,并在26~24 Ma期间发生了洋脊重新就位,使扩张中心从原来的18°N附近（即现今西北海盆的中心）调整到15.5°N附近（即现今的东部亚盆）;（3）21~15.5 Ma, 随着地幔柱效应的逐渐增强,热点-洋脊相互作用越来越强烈,在大约21 Ma发生了洋脊的再次重新就位事件,诱发了西南海盆的扩张;（4）15.5 Ma~现在,由于印澳板块前缘与巽他大陆碰撞,使得南海大约在15.5 Ma停止扩张,并沿着南沙海槽及吕宋海沟向菲律宾岛弧及巴拉望地块之下俯冲,而南海热点继续活动,直到第四纪还有碱性玄武岩喷出 地表。     

南海北部陆缘地壳结构特征及其构造过程

根据“北部湾大陆缘地壳结构ＰＳ转换波测深”等地球物理测量结果,本文研究了南海北部陆缘的地壳结构特征,讨论了其白垩纪以来的构造过程。地球物理测量表明,由陆向海,南海北部陆缘地壳由陆壳、过渡壳变为洋壳,厚度由３４ｋｍ减薄至８ｋｍ左右。垂向上地壳为３层结构模式。陆壳、过渡壳和洋壳的下地壳Ｐ波速度普遍较高。地壳伸展系数的计算表明南海北部陆缘伸展主要发育于陆坡地区。结合区域地质研究,本文认为：南海北部陆缘及     

南海北部陆坡沉积记录的全新世早期夏季风极强事件

在AMS14C精确定年的基础上,通过南海北部MD05-2905站高分辨率的氧同位素、粒度、元素分析,其结果显示所有指标均在11.2～8.5kaB.P.期间发生异常,根据夏季风指标认为这是夏季风极强事件。将本站位相同纬度（20°N）的夏季平均日辐射量与季风指标进行对比,发现全新世早期（11.2～8.5kaB.P.）东亚夏季风极强事件对应着夏季太阳辐射量最大值和热带辐合带（ITCZ）的位置向北移动,说明全新世早期夏季风突然增强可能是在岁差周期控制下,较高的太阳辐射量驱动了热带辐合带（ITCZ）及其有关的雨场向北移动,在南海北部产生了大量的降水,导致氧同位素偏负、碳酸盐的含量较低以及线性沉积速率较高。这与前人对相邻地区湖光岩玛珥湖的孢粉研究、江西南岭地区泥炭的记录以及中国南方石笋记录的研究结果相吻合。该季风最强事件与阿拉伯海发现的早全新世季风最强事件以及根据格陵兰冰芯记录的早全新世甲烷最大值推测低纬地区湿地扩张相一致,这反映了南海北部全新世早期与全球低纬地区早全新世气候变化格局一致。     

NS93 5钻孔沉积物高分辨率过渡金属元素变化及其古海洋记录

利用电感耦合等离子体质谱（ICP－MS）法分析了取自南沙南部陆坡的NS93－5钻孔沉积物的部分过渡金属元素含量的变化。结果表明，代表碎屑物质的量的Ti含量在不同气候时期变化明显，其中在氧同位素第4期碎屑比例最大，第2期和第3期末期，碎屑所占比例比较高，代表较大的碎屑输入通量。但与沉积速率相比较发现，NS93－5的沉积速率并不仅仅决定于碎屑的输入，自生沉积物的累积作用也极为明显。Mn、Mo、Cr、V、U、Cd、Co、Ni、Cu和Zn等元素含量变化表明，NS93－5钻孔沉积物中还原状态极低。反映出自过去15ka以来该区陆坡深度底层海水均富含氧气，并没有出现无氧状态，意味着南沙海域底层海水更新一直都比较快。