南海表层沉积物铅的环境质量状况及其来源的铅同位素示踪

表层沉积物中的铅除主要在河流的入海口的浅海陆架区富集外,在深海的中央海盆区由于粒度效应亦有一定的富集,火山物质的加入不是富集的主要原因。南海表层沉积物铅的背景值计算表明,陆坡区铅背景值（2118×10-6±1264×10-6）与陆坡区柱样铅含量实测值接近,深海盆区背景值（2787×10-6±782×10-6)低于深海盆区柱样铅含量实测值。陆架区铅背景值（1957×10-6±1995×10-6）,低于中国海岸带铅背景值,全区铅背景值（2287×10-6±1454×10-6)与全球页岩铅的平均值接近,深海盆区的铅背景值（2 787×10-6±782×10-6)远低于现代深海粘土铅含量。南海沉积物铅的分布特征和背景值计算表明,南海沉积物铅含量变化总体处于自然变动范围内,除河流入海口出现异常外,大部分站位的铅含量均在正常范围内。地质累积指数法和富集因子计算结果表明,南海表层沉积物总体无铅污染,只是在近岸的珠江口区和台湾岛西南部浅海区沉积物受到了轻度的污染。南海表层沉积物的铅同位素在陆架区、陆坡区和深海盆变化趋势基本相同,指示南海不同海区沉积物中铅具有相似的主体来源。南海表层沉积物铅同位素继承了扬子块体的铅同位素组成特征,其铅同位素处于在红河和湄公河河流沉积物钾长石铅同位素值范围之内,指示红河、湄公河和珠江等河流将扬子块体的陆源铅输入到了南海沉积物中。     

南海北部深水区沉积物稀土元素特征及其物源指示意义

对南海北部白云深水区沉积物稀土元素的研究表明,渐新世至中新世的物源发生较大变化。渐新世时期,白云深水区不同区域稀土元素的分布特征差异明显,表明沉积物物源不同。深水区北部沉积物主要来自古珠江物源区,深水区东、西部沉积物中含有较多中基性火山物质,南部则主要包含基性火山物质,说明当时南海北部地区构造活动较强,存在较多火山活动,火山活动由北向南基性成分增多。渐新世末的白云运动使南海北部深水区产生强烈持续沉降,造成陆架坡折带北移,白云深水区从渐新世浅海陆架环境演化为中新世陆坡深水环境,中新世期间沉积物主要来自深水区北部的珠江三角洲物源,深水区东部存在东沙隆起源区,而深水区南部沉积物在中新世仍受到基性火山活动的影响。     

南海及邻域砂矿资源分布特征及成矿模式

南海及邻域具有多样的地形地貌和丰富的物源,为海洋固体矿产资源的形成和分布提供了物质来源和堆积环境。为系统查明南海及邻域砂矿资源分布情况,本文通过对南海及邻域2606个站位表层沉积物样品进行粒度测试、碎屑矿物鉴定,以及重矿物的品位计算,分析了南海及邻域有用矿物砂矿资源以及建筑用砂资源分布特征并预测了远景区,总结了砂矿成矿模式。结果表明,南海及邻域具有远景的矿种主要有锆石、钛铁矿、金红石、锐钛矿、独居石和石榴子石等;重矿物高品位矿点主要集中在南海东北陆架、菲律宾海盆、南部陆架,重矿物异常区主要位于周缘陆架浅水区以及越东外陆架浅水海域、菲律宾海盆。锆石品位异常区的范围最大,达到工业品位的面积也最大;其次是磁铁矿、钛铁矿、独居石的异常区;锐钛矿、金红石异常区的面积相当;石榴子石品位异常范围最小。根据砂矿的分布规律、大地构造背景、成矿条件以及成矿元素特征,圈定了24个有用重矿物砂矿成矿远景区和6个成矿带。沉积物中砂（0. 063~2 mm）含量大于50%的建筑用砂的远景区9个,主要分布于海南岛西南面到台湾海峡南部一线以北海域,其次为南海南部礼乐滩、万安滩、曾母暗沙附近海域,其余海域极为罕见。基于南海砂矿资源分布特征,初步建立了近岸型、潮流砂脊型、古河道埋藏型、峡口型、陆架坡折带型等五种砂矿成矿模式,为海砂资源进一步勘查提供方向和建议。     

利用Gassmann方程预测海底沉积物孔隙度

孔隙度对于石油勘探和海底测量等领域是一个重要的参数,但是海洋沉积物孔隙度的预测一直是个难点.对Gassmann方程进行变换,利用孔隙度和纵波声速的相关关系求解出孔隙度预测公式,并将该公式应用于南海南部海底沉积物孔隙度预测中.沉积物声速是根据南海采集的柱状样品在甲板上测量的,孔隙度是在实验室测量的.将Gassmann方程预测结果与沉积物柱状样品实验室测量结果进行对比研究.结果表明Gassmann方程能够较好的预测海底沉积物的孔隙度,对浅海地区的孔隙度预测尤为准确.利用误差范数分析法对Gassmann方程各输入参数进行敏感性分析,发现沉积物纵波声速对孔隙度预测精度影响最大.      

冲绳海槽南部沉积层序的粒度特征

对取自冲绳海槽南部的A2 3孔经前处理后的沉积物样品进行了粒度测试,探讨了陆源沉积层序的粒度特征。沉积物平均粒径、分选系数、偏态、峰态等粒度参数的变化显示出A2 3孔的沉积层序以 4 0 0cm为界可分为上、下两段,下段各参数稳定,代表了比较稳定的水动力条件的沉积环境;上段则波动较大,小规模浊流沉积频繁发育,暗示了不稳定的沉积环境。浊流层内粗粒与细粒组分含量及粒度分布的变化具有明显的规律性。通过分析A2 3孔陆源沉积层序的各沉积参数特征,认为冲绳海槽南部的沉积环境和动力在时间尺度上有较大的变化,东海陆架物质向南部海槽的输运可能是以峡谷为通道的重力作用引起的床底沉积作用为主。另外,对陆源碎屑和全样粒度结果的对比,显示了前处理方法对于海洋沉积物粒度分析的重要性.     

南海表层沉积物中放射虫的组合特征与海洋环境

南海拥有较齐全的边缘海地理地貌与生态环境, 沉积物中保存的放射虫种类繁多, 个体丰富.本文采用数理统计与聚类分析方法, 对表层沉积物中放射虫的组合特征进行了较为详细的定量分析, 以期获得可靠的放射虫组合与分布的特征.聚类分析结果显示, 放射虫组合在南海表层沉积物中的分布大致可区分为5种类型: 陆架浅水区型、陆坡珊瑚礁区型、中央海盆区型、南部富营养区型和夏季上升流区型, 它们分别对应于特有的海洋环境, 并由含有某些优势种类的放射虫群落所组成.进一步分析还表明, 南海的北部、中部和南部分别表现为3个不同生态环境的海区: 北部海区受陆源影响较为明显; 中部海区被中央水团、海底火山活动和夏季上升流活动所控制; 南部海区总体上属于典型的珊瑚礁海洋环境, 生态与沉积环境明显优越于北部海区.南海表层沉积物中放射虫的组合分布特征较好地响应和反映了所在海区的生态环境与沉积条件, 是探讨古海洋环境的重要依据.      

冲绳海槽南部表层沉积物地球化学特征及其物源和环境指示意义

对冲绳海槽南部陆架、陆坡和海槽 33个表层沉积物进行了元素地球化学分析,结果表明研究区沉积物的主要化学组成为SiO₂ 、Al₂ O₃ 和CaO,这三种组分占沉积物总量的 6 8%左右。多数元素在陆架和陆坡的变化范围较大,在海槽区相对稳定。向海槽方向随沉积物粒径变细,SiO₂ 和CaO减少、Al₂ O₃ 和其它多数元素含量增加。常量元素和Al₂ O₃ 的比值分布特征表明,本区沉积物由物源区经由陆架向海槽输送,沉积物主要由陆源碎屑沉积组成,此外还有生物碎屑沉积和自生沉积。陆架区部分微量元素富集因子 (EF)与长江和黄河沉积物的富集因子对比结果表明,本区的沉积物与长江沉积物的关系更为密切。陆坡区Cu、Pb、Zn、Co、Ni和Cr的富集因子较高是由于生物的富集作用造成的,Mn的富集主要是自生沉积的结果。用R型因子分析方法对沉积物的化学组成进行了分析,结合元素的分布特征,给出了四个主因子所对应的沉积环境和特征元素组合,分别为 1)陆架型的元素组合 :SiO₂ 、TiO₂ 、Zr、CaO和Sr,2 )陆坡型的元素组合Fe₂ O₃ 、MgO和P₂ O₅,3)海槽型的元素组合 :Al₂ O₃ 、K₂ O、Cu、Zn、Co、Ni、Cr和Ba,4 )反映沉积环境氧化-还原属性的元素组合 :MnO和FeO。     

南海表层沉积物中放射虫多样性与丰度的分布与环境

采用定量分析方法, 较系统地探讨了整个南海不同环境表层沉积物中放射虫的分布特征及其环境指示意义.结果显示: 南海表层沉积物中放射虫的种类多样性和个体丰度随着水深而增加, 表明南海较深水处的放射虫壳体溶解现象不明显; 上升流活动和海底火山喷发有利于放射虫的大量繁殖, 产生区域性的沉积富集; 反之, 较深水的陆坡区沉积物中出现放射虫种类与丰度异常减少, 可能属浊流搬运再沉积的结果, 物源来自陆架或上陆坡; 种类组成以热带-亚热带特征为主, 还包含了一定数量的冷水种或极区种, 表明在特定海区的古环境分析中采用单一指标判断可能会造成误解.沉积物中放射虫的综合指标较好地反映了南海的生态与沉积环境特征.      

黄河三角洲ZK1孔岩心环境敏感粒度组分及沉积环境分析

本文选取黄河三角洲5个钻孔岩心的ZK1钻孔,对其剖面沉积物进行了详细的岩性描述、粒度测试和有孔虫鉴定,分析了ZK1孔粒度参数的垂向分布序列。通过计算粒级—标准偏差的变化获得了ZK1孔沉积物中对沉积环境变化较为敏感的粒度组分的范围为3.75～4Ф和10Ф。敏感粒度组分含量随深度变化的初步分析、各种粒度参数垂向分布特征及有孔虫资料表明,黄河三角洲ZK1孔的沉积环境大致可分为4段:Ⅰ(0～5.14 m)为1904—1976年上三角洲平原沉积;Ⅱ(5.14～17.41m)为1855年以来的下三角洲平原沉积;Ⅲ(17.41～22.6 m)为1855年以前的陆架沉积;Ⅳ(22.6～24.6 m)为潮坪沉积。     

河流型水库垂向二维水沙数学模型

在垂向二维水动力模型的基础上,叠加了泥沙模型,建立了垂向二维泥沙模型,该模型的主要特点是水动力模型采用斜压模式,可以模拟由于水库水温度分布时空变化对其水动力结构及泥沙沉降速度的影响;泥沙模型采用分步法求解,简化了计算;独立求解粘性泥沙及非粘性泥沙的沉降速度及水土界面交换通量;运用经验公式估算泥沙及水动力模型参数,弥补了资料不足的缺点。最后运用实测资料对所建泥沙模型进行了有效性验证,结果表明:悬沙模拟值与实测值相对误差较小,时空分布特征相似;同时,模型能较为准确反映由于水库出入流引起的库首与库尾水温及泥沙分布特征。     

Distributions and vertical variation patterns of sound speed of surface sediments in South China Sea

The distributions of sound speed show different characteristics in continental shelf, continental slope and Nansha Trough. The differences have closely related to the distributions of sediment physical properties in the southern South China Sea. According to the analysis of sound speeds and physical properties variation characteristics with buried depth, the vertical variations of sound speed are closely related to sediment texture, sedimentary environment, transport, erosion, compaction, consolidation, etc. The comparison results indicate 3 vertical variation patterns of sound speed: increasing model, invariant model and complicate variation model. The above 3 variation models represent the vertical distribution characteristics of sound speed in different depositional environments. Different variation patterns have different key factors which generally contain porosity or grain size. The calculated sound speeds with Buckingham’s theory of compressional waves in fluid-like marine sediments follows the trend of measured speeds accurately.     

利用渤海风场推算模式对中尺度风场预报订正试验

在渤海,中尺度模式预报的风速通常比实际风速低得多.利用1990-2001年渤海不同观测站的风场、温度场资料,按季节、风向对海、陆风速统计分析,得到海陆风速的对比值,同时对造成海陆风速差异的原因进行动力、热力等分析.结果表明:海、陆风速在不同的天气系统以及动力和热力方面都存在明显差异.据此渤海风速场推算模式进行了改进,既考虑动力摩擦的作用,也考虑热力差异引起的海陆风增幅作用,改进的渤海风场推算模式有了很大的提高.因此,应用改进后的渤海风速场推算模式,对中尺度数值预报的风速场进行订正,使预报的风速明显提高,更加接近实际情况.     

南海北部MD12-3432站深海氧同位素MIS6期到MIS5期陆源沉积物元素比值反映的古气候变化

海洋沉积物中的某些主微量元素与沉积物源区有着密切的联系,它们之间的比值变化受到源区化学风化强度的影响,因此这些元素的比值变化可以反映出海洋沉积物源区古气候的变化。本文研究了南海北部陆坡MD12-3432站位深海氧同位素6期和5期(MIS6/5) 沉积物的主微量元素,发现其表现出良好的气候控制变化特征,K/Ti、Mg/Ti、Al/Ti、Fe/Ti、Co/Ti、Zn/Ti和V/Ti等比值在MIS 5期时较高,而在MIS6期时较低。南海北部的碎屑物质主要来自中国华南地区,沉积物中元素比值的变化表明间冰期时(MIS5)华南地区陆壳化学风化增强,说明该时期华南陆地气候环境温暖湿润,这可能是间冰期时东亚夏季风加强的结果;而冰期时南海北部沉积物源区化学风化减弱,则与此时东亚冬季风较强,华南地区气候干燥寒冷相关。同时,与表层海水生产力相关的Ba/Ti比值在间冰期较高而冰期较低,反映出南海北部在间冰期时表层生产力较高而冰期时相对较低,这可能是由于东亚夏季风增强带来更多降雨,陆地化学风化作用加强,大量营养成分随河流进入南海,导致南海北部表层海水生产力增加。     

南海ODP1144站深海沉积牵引体的岩石物理模型研究

ODP1144站是南海唯一钻揭深海沉积牵引体的站位,其完整的岩芯和测井资料为开展该沉积牵引体的岩石物理模型研究提供了良好的基础。此项研究对于理解南海深海沉积物中岩性参数与弹性参数间的关系具有重要意义,并可为根据反射地震资料开展定量岩性参数预测提供依据。对现有的深海沉积物岩石物理模型包括Wood悬浮模型、等球体颗粒接触模型、Sun速度一孔隙度关系模型进行了综述。根据岩芯分析资料将1144站深海沉积物的矿物组分简化为粘土矿物、碳酸盐、陆源碎屑和硅质生物4类;其中后3种组分的弹性模量及密度值分别由其代表矿物——方解石、石英及蛋白石的理论值代替,粘土矿物组分的等效弹性模量和等效密度则分别由Voigt-Reuss-Hill平均和体积平均计算得出。将3种岩石物理模型应用于1144站,计算得出深海沉积物的纵波速度并将其与声波测井纵波速度进行比较。结果表明,Sun模型计算结果与实测结果的吻合最好,误差最小;Wood模型所得结果在浅层与实测结果较吻合,在深层与实测结果出现偏差,误差较小;而等球体颗粒接触模型计算结果整体偏高,误差较大。     

南海表层沉积物中细粒组分的稀土元素地球化学特征

对南海表层沉积物中的细粒组分进行电感耦合等离子体质谱法测试, 探讨南海稀土元素分布特征及其影响因素.结果表明, 南海表层沉积物中稀土元素分布主要与陆源物质输入、生物活动和火山物质补给密切相关.南海细粒组分的配分模式与中国黄土的接近, 与周边的珠江、湄公河等河流输入物质也有相似性, 而与南海碱性玄武岩存在显著差异, 表明南海沉积物主要来自于周边大陆.稀土元素趋势分析表明, 珠江口往外至海南岛南部海域中沉积物朝东南方向向陆坡输送; 台西南至珠江口往外海域沉积物大多向南输运; 吕宋岛西部海域包括黄岩岛附近海域的火山物质主要向西北方向输送, 向西可达113°E、向北可至20°N附近; 南海南部沉积物整体上向南沙海槽西北部附近海域输送.      

珠江口海域与南黄海海域表层沉积物地球化学特征

对珠江口和南黄海近海海域10个站位的表层沉积物中67种元素进行分析,试图揭示两海域近海表层沉积物中主要元素的地球化学特征,包括分布特征及其控制因素,并通过两海域元素地球化学特征,初步探讨近海沉积环境特征。通过总结两海域表层沉积物中元素含量及分布特征,可以发现,近海海域总体上以陆源沉积为主,除Ca和Sr之外,大多数元素表现出明显的亲陆性。珠江口海域和南黄海海域沉积物元素含量的对比研究显示,前者相对富集As、Cd、Hg、Sb、Sr、Ca、Rb、C,后者相对富集Al2O3、Zr、Hf、Sc、Rb、Ga、Cs、V、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、K2O、Na2O、B、Ba、I等。与上地壳相比,Ag、As、Bi、Hg、Li、N、Pb、Sb、Se、Cl、Br、I在两海域表层沉积物中均发生明显富集;Mo、Sn均呈现分散趋势;Sr、CaO在南黄海海域明显贫化,K2O、Na2O、Ba则在珠江口海域表现出贫化;其他元素与上地壳元素丰度相近。     

Geochemistry of alkaline earth elements (Mg,Ca, Sr,Ba) in the surface sediments of the Yellow Sea

The concentrations of alkaline earth elements were measured in the surface sediments of the Yellow Sea in an attempt to establish their sources from horizontal distributions. The maximum concentrations of Mg are found in the central Yellow Sea, and its horizontal distribution is mainly controlled by quartz dilution. The concentrations of Ca and Sr increase toward the southeastern Yellow Sea region. The relatively higher enrichment of Ca and Sr in the southeastern Yellow Sea, with Sr/Ca ratios of 0.0053, suggests the presence of carbonates which are comprised of foraminifera and/or coccoliths, like deep-sea carbonates. On the other hand, the concentrations of Ba increase toward the northeastern Yellow Sea. The higher Ba enrichment in the sandy region of the northeastern Yellow Sea is associated with the presence of feldspar as evidenced by excellent correlations among Ba/Mg, Al/Mg, and Sr/Ca ratios. Our results suggest that the transgressive and relict sand occurring in the eastern parts of the Yellow Sea contains Al, Sr, and Ba enriched feldspars which originated from Arprock River, Korea and thus can be distinguished from sand occurring in the western parts of the Yellow Sea which originated from Yellow and Yangtze Rivers.     

渤海沉积物中放射性核素分布及其对沉积环境变化的响应

为了探讨近百年来,人类活动背景下近海沉积物中放射性核素的沉积记录及其对物质输入与埋藏等沉积环境变化的响应,利用γ能谱法对渤海表层和柱状沉积物中的放射性核素238U、226Ra、232Th、210Pb、40K和137Cs进行分析.结果显示,渤海沉积物中放射性核素水平和垂直分布特征明显,铀衰变系核素238U、226Ra和210Pb不平衡,232Th和210Pb受沉积物粒度和有机碳影响显著,238U与226Ra、232Th、40K存在显著相关性.226Ra/238U、232Th/238U和40K/238U比值时空差异显著,渤海沉积物陆源输入影响由西南向东北方向延伸,受河流影响,渤海北部和南部的沉积物输入不稳定,近几十年波动显著.利用210Pb_ex和137Cs法的测年结果计算获得的渤海近百年来沉积速率在中国近海沉积速率研究背景值范围内;空间上,渤海北部、中部和南部沉积速率处于同一水平,其中北部偏高;时间上,近百年来渤海沉积速率随时间波动,整体上呈现增加趋势,尤其是1980年之后,人类活动影响下渤海沉积速率增加幅度显著,与沉积物输入的波动变化相对应.