南海最近3个冰期旋回中的天然火与气候 ——ODP1144孔深海沉积中的炭屑记录

通过南海北部陆坡ODP1144孔(20°3′N,117°25′E,水深2037m)沉积柱状样的炭屑数量统计,结合有关花粉资料讨论了南海北部大陆及大陆架上最近3个冰期旋回中天然火的历史及其与气候的关系.依据1144孔炭屑、花粉研究结果,可以将0～225m的地层划分为8个带(C1～C8带),分别与深海氧同位素1～8期相对应,其中C2～4带为末次冰期,C6,C8带分别为倒数第二次和第三次冰期.研究表明,1144孔深海沉积物冰期时(MIS2,4,6,8期)炭屑沉积率均很高,说明冰期时大陆和大陆架上天然火发生的强度很高,反映当时气候较为干旱.尽管MIS6期和8期细粒炭屑沉积率较高,表明大陆上天然火强度较大,当时气候较为干燥;但粗、中粒炭屑沉积率却相对较低,可能与MIS5期以前大陆架出露范围较小,导致中、粗粒炭屑的源区较小有关.间冰期时(MIS1,5,7期)炭屑沉积率相对较低,一方面是由于大陆架被海水淹没,炭屑来源较少;另一方面,也说明天然火的强度有大幅度下降,气候由干旱转为湿润.尽管MIS3期细粒炭屑沉积率有所降低,但中粗粒炭屑沉积率与4期相当,表明当时大陆架上天然火强度依然很大,气候较为干燥.     

南海北部280 ka以来深海花粉记录

ODP1144孔顶部225m柱状样的孢粉资料揭示近280ka(即氧同位素8期(MIS8))以来,南海北部大陆架的演化历史.间冰期孢粉组合以松属为主,与该区现在情况相似.而冰期孢粉组合中则出现大量草本植物,如蒿属(Artemisia)、禾本科(Gramineae)、莎草科(Cyperaceae).这说明冰期时由于海退引起海平面下降使大陆架出水成陆.出露的大陆架上覆盖着以草原为主的植被.从草本植物花粉与松属花粉两者含量之比可以推断在MIS5期以前大陆架出露的面积小,而MIS4期以来冰期时大陆架大面积出露,末次冰盛期达到高峰.MIS5期前后南海北部大陆架的这种变化,可以从我国大陆新构造运动加以解释.冰期时大陆架上生长的草原植被的组成也有显著变化,MIS8期以禾本科为主,而后,蒿属比例不断增加,末次冰盛期时在草原植被中占了优势,植被的这种变化是对不断变干冷气候的响应.     

南海北部上部水体4 Ma以来的古海洋学演化

通过对大洋钻探1146站浮游有孔虫组合, 及其表层海水古温度转换函数, 底栖有孔虫堆积速率的研究, 恢复了南海北部表层海水4 Ma以来的古温度和古生产力变化. 结果表明: 表层海水温度4 Ma以来阶段性降低, 而冬、夏季节温差、表层海水生产力逐渐增加, 时间主要发生在3.1, 2.7, 2.1, 1.6, 0.9和0.5 Ma. 浮游有孔虫混合层、温跃层属种含量除受温跃层的变化外, 还受表层海水温度和生产力变化的影响. 结合构造运动和地球轨道参数的变化, 认为南海北部上部水体晚上新世以来不同时间的变化可能是青藏高原新生代以来的阶段性隆升、 太平洋海道关闭和地球轨道参数变化作用的结果.     

南海北部地震危险性分析

在建立了比较可靠的南海北部地震目录以后,采用编制中国地震动参数区划图（2001）的方法,重新划分了南海北部海域的潜在震源区和调整了相关的地球物理参数,最终计算了南海北部海域50年超越概率10％的地震动峰值加速度。南海北部的地震动峰值加速度可分成东部高值区和西部低值区。东区的地震动峰值加速度在0．160g以上,西区大部分海域的地震动峰值加速度小于0．114g,并且与它们北侧的陆区大致相似。     

关于南海北部滨海断裂带的研究

南海北部的滨海断裂带是位于南澳岛之东粤东南滨海地区的一条北东东走向的构造带。由于其所处的构造位置而一直被地球科学工作者所关注,并从不同角度作了不少研究。在广泛收集有关断裂带的资料和研究成果的基础上,对前人关于断裂带存在的依据、断裂带发育的时代、断裂带的构造属性和第四纪活动情况的认识作了简要归纳,并就断裂带的分布、构造属性等作了初步分析。     

南海北部大陆边缘盆地地热特征与油气富集

本文报道了莺歌海盆地、北部湾盆地共148个新测热导率数据,根据收集的钻井温度数据新增计算65个大地热流数据;结合前人研究成果绘制了南海北部大陆边缘沉积盆地的地温梯度图、大地热流分布图;系统归纳了南海北部大陆边缘油气勘探成果.结果表明,南海北部大陆边缘珠江口盆地、琼东南盆地、北部湾盆地、莺歌海盆地的平均热流值分别为68.7±11 mW/m2、71.1±13 mW/m2、65.7±8.9 mW/m2、74.7±10 mW/m2,属于典型的“热盆”.热流区域分布特征总体上受大地构造背景控制,随地壳厚度从北向南,由陆架到陆坡区逐渐减薄而增高,水热活动与岩浆活动等是引起局部高热流异常的原因.盆地地温场的差异控制和约束了油气分布富集规律,从研究区油气勘探成果中可以发现,该区域的气田多发育于高热流盆地（凹陷）,而中-低热流盆地（凹陷）则多孕育油田,油气田具有“北油南气”的分布特征.     

南海南部约80 ka以来的古地磁记录

晚更新世以来以一系列地磁漂移事件是区域地层对比和确定沉积物年代框架的重要工具.但是在海相沉积物中,识别这些地磁漂移事件多依赖相对磁场强度（RPI）的变化,在地磁方向异常方面鲜有报到,从而影响对这些事件可靠性的讨论.本文选择南海南部巽他陆架附近重力活塞钻孔BKAS2PC的沉积物,进行系统的岩石磁学和古地磁研究,获得该钻孔沉积记录的RPI和磁倾角变化信息.岩石磁学及扫描电镜结果表明沉积物的原生主要载磁矿物为单畴（SD）和假单畴（PSD）钛磁铁矿.在一些层位,沉积后发生的还原作用形成胶黄铁矿等铁硫化物.磁性矿物的浓度和粒度等参数呈现显著的两阶段变化特征,上部（约220 cm以上）含量低而粒度细,下部含量高但粒度相对较粗,整体上均在一个数量级范围内波动.样品的交变退磁特征显示当交变场超过60 mT时,受胶黄铁矿影响产生旋转磁化,剩磁强度反而上升.因此,在20~60 mT之间确定原生特征剩磁,并把RPI定义为NRM_{（20-40）mT}/ARM_{（20-40）mT}.通过¹⁴C限定,并与其他有良好年代控制的相对磁场强度曲线进行对比,建立了钻孔的年代框架.结果显示,钻孔沉积物记录了几次显著的地磁漂移事件,这为联合应用RPI与磁场方向异常构建海相沉积物年代学框架提供了新的依据.

     

南海北部陆区岩石磁化率的矿物学研究

基于2517套现场测量资料,245块岩石样品的体积磁化率测量和详细的岩矿鉴定及硅酸盐全分析结果,结合单矿物磁化率特征及各岩石之间的对比研究,发现岩石磁化率主要受组成岩石的矿物磁化率控制.即岩石磁化率(κr)与组成岩石各个矿物磁化率(κi)及其体积含量(Ci)成正比.例如侵入岩磁化率,κr= -5.68×102Cq +2.86×102Cf +3.28×102Ca +1.18×104Cb +1.27×104Cam +5.35×105Cm;其中多项式各项的系数是与该矿物磁化率值成正比的常数,C为该矿物在该岩石中的体积含量,依次为石英q(κ=-1.3)、斜长石f(κ=0.01)、碱性长石a(κ=0.01)、黑云母b(κ=100)、角闪石am(κ=80)和磁铁矿m(κ=100000).对区内火山岩、侵入岩、沉积岩和变质岩磁化率研究发现,其他三类岩石磁化率与其组成矿物磁化率的关系和侵入岩的情况相同,矿物对岩石磁化率的贡献顺序为铁磁性矿物>顺磁性矿物>逆磁性矿物.其中,火成岩磁化率变化大,主要取决于岩石中磁铁矿、角闪石和黑云母的含量;沉积岩多为无磁性、弱磁性,其磁化率主要由黑云母、碱性长石及岩屑提供;变质岩的磁性变化较大,从无磁性到极强磁性,主要决定于其原岩的类型,副变质岩(沉积原岩)磁化率类似于沉积岩类,正变质岩(火成原岩)类似于火成岩类;石英岩和碳酸盐岩是所有岩石中磁性最弱的.岩石蚀变会对其磁化率产生显著性影响,通常,黑云母、角闪石等铁镁硅酸盐矿物经蚀变会因形成含铁质氧化物而使岩石的磁化率升高;长石等弱顺磁矿物的粘土矿化、绢云母化会升高磁化率而碳酸盐化、高岭土化作用会使磁化率降低;岩石的绿泥石化会增加磁化率;含铁磁性矿物的岩石风化时会因高磁性组分破碎、流失而致使岩石的磁化率降低.从岩石磁化率与其组成矿物的磁化率之间的关系,推测地质体的总磁化率与构成地质体各个岩石的磁化率-体积含量之间也应存在类似关系.     

南海北部新生代盆地基底结构及构造属性

基于南海北部钻井资料、华南沿海地质特征、覆盖珠江口盆地和琼东南盆地的地震长剖面解释,将南海北部盆地基底结构划分为前震旦系、震旦系-下古生界、上古生界和中生界4个构造层,论述了各个构造层的分布范围和分布规律,揭示了各个构造层的构造属性.南海北部盆地广泛分布前震旦纪结晶基底,它与华夏地块前震旦纪结晶基底联为一体,组成更大规模的陆块——华夏-南海北部陆块.震旦系-下古生界广泛分布于南海北部,是华南加里东褶皱带向海域的自然延伸,沉积物来源于东海南部-台湾、中西沙、云开古隆起和一些小的基底隆起区,南海北部加里东褶皱带与华南相连,组成范围更为辽阔的褶皱带.上古生界构造层分布在北部湾盆地和台西南盆地基底中,由稳定的陆表海沉积所组成,珠江口盆地和琼东南盆地基底在晚古生代属于古隆起,缺失上古生界构造层.中晚侏罗世-白垩纪地层分布及沉积环境具有东西分异特征,台西南盆地基底中发育有海相和海陆交互相沉积,火山活动不明显;珠江口盆地东部基底以海相和海陆过渡相为主,火山活动较强烈;珠江口盆地西部和琼东南盆地基底以早白垩世陆相火山-沉积为主;北部湾、莺歌海盆地基底以上白垩统陆相红色碎屑岩为主.中生界基底中北东向花岗质火山-侵入杂岩、火山-沉积盆地、褶皱、断裂与华南沿海陆域具有相似的时空分布、地质特征及构造属性,它们属于同一岩浆-沉积-构造体系,反映了晚中生代构造层形成于活动大陆边缘背景中.在基底结构及构造属性研究的基础上,编制了南海北部盆地基底不同时期古地理图.     

南海北部沙波运移的观测与理论分析

针对南海北部海域特点建立了模拟该区域小尺度沙波运移过程的准三维力学模型.以多波束海底地貌扫描数据和水文资料为基础,预测了研究区域沙波的运移,其结果在沙脊脊沟处与实际观测一致,而在脊背上与实际观测值存在差异.分析表明,本文所提出的物理模型可以用于预测南海海域以推移质泥沙运动为主的小尺度沙波运移规律.这一结果对该区域海底管线等工程设计是很有意义的.     

黄土炭屑分级统计方法及其在火演化研究中的意义

在综合了炭屑筛选法和炭屑花粉流程分析法的基础上,设计了一套从黄土、古土壤和古文化层中提取不同粒径炭屑的新途径——黄土炭屑分级统计方法,对不同粒级的炭屑进行分析和统计．筛选法提取、统计粒径在125μm 以上的炭屑颗粒,作为地方性火活动的替代指标;而用炭屑花粉流程分析方法获取粒径在125μm 以下的炭屑颗粒,作为区域性火活动的替代指标．黄土炭屑分级统计方法提高了炭屑研究的精度,丰富了黄土火演化研究的内容,是建立黄土高原火演化历史,研究植被演替和生态特征的重要途径,在认识黄土高原气候变化,探讨人类活动及其环境效应等方面具有重要意义．     

南海北部第四系厚度分布图的编制与简要说明

收集南海北部大量多道地震和钻井资料,编制了该区域首幅第四系厚度分布图。第四系等厚线总体呈NEE向,特别是珠江口外大陆架最明显,莺歌海、琼东南呈NW-EW-NE向弧形,珠江口大陆架南部存在次一级NW向等厚线。第四系等厚线分布形态明显受到断裂构造控制。     

南海北部深海潮汐的季节性变化特征

深海潮汐是深海混合过程的主要能量来源,对深海环流变异和沉积物搬运具有重要的调控作用.文章利用深水锚系观测系统在南海北部2100m水深处开展了近两年的高分辨率海流剖面观测,用于研究深海潮汐的季节性变化特征.通过谱分析显示,南海北部深海潮汐以全日潮为主,且在观测区域的深海中,全日潮和半日潮以垂向第一模态结构为主.斜压全日潮具有显著的季节性变化特征,夏季最强,深度平均的最大动能达86.7cm2s-2,分别是冬季的1.5倍、春秋季的2倍;而斜压半日潮没有明显的季节性变化.通过对比发现斜压全日潮的季节性变化受控于吕宋海峡附近的正压潮.另外,观测期间有三个强中尺度涡经过锚系站位,其中一个气旋式中尺度涡对深海海流影响较小,而另外两个反气旋式中尺度涡经过研究海域时可影响全水深海流,激发强亚惯性流,对深海潮汐产生边缘强化效应,并使深海斜压全日潮冬季的异相成分增强,占全日潮的85%.同时,中尺度涡对深海海水混合的增强弱化了海水层结,导致冬季的斜压全日潮流速减弱,低于夏季.南海北部深海潮汐季节性变化为研究深海盆沉积物在不同时间尺度上的分布及搬运过程提供了重要的动力机制.     

南海北部神狐海域天然气水合物钻探区第四纪以来的沉积演化特征

南海北部神狐海域是我国首次获取海洋天然气水合物实物样品的海域.然而, 陆坡区深水水道和海底峡谷的侵蚀以及频发的沉积物失稳, 将会加剧地层对比和沉积相识别的难度, 导致目前该区域典型地震相-沉积相特征、沉积体类型、成因机制和空间匹配关系等方面还缺少精细的研究, 特别是第四纪以来的沉积演化涉及较少, 区域内水合物形成和分布的沉积地质条件尚不清晰.基于海底地形特征的描述、层序地层格架的对比和地震资料的综合解释, 本次研究在第四纪以来的沉积充填序列中识别出5种典型的地震相类型, 并分析了对应的沉积体类型:进积型的陆坡、第四纪早期发育的小型浊积水道、沉积物失稳(滑移和滑塌)、海底峡谷和伴生的沉积物变形、以及深海沉积-块体流沉积的复合体.通过沉积单元的空间匹配关系, 将沉积演化划分为3个阶段:浊积水道侵蚀-沉积物再沉积阶段、陆坡进积-沉积物失稳阶段、海底峡谷的侵蚀-充填阶段.研究结果表明, 受第四纪早期小型浊积水道的侵蚀, 再沉积的沉积物将在中-下陆坡以"近源"的方式堆积下来, 可能具有相对较好的物性条件, 从而可被视为适于水合物赋存的有利沉积体.进积型陆坡带来的沉积物易于发生失稳, 在研究区内广泛分布, 因其具有较小的沉积物颗粒粒度和较好的垂向连续性, 可被认为是水合物的区域盖层.大量发育的海底峡谷及伴生的沉积物变形, 将会侵蚀和破坏先前沉积的有利沉积体, 使其呈现为"斑状/补丁状"的平面展布特征, 进而影响了神狐海域水合物的分布.因此, 神狐海域第四纪以来的沉积演化是钻探区水合物不均匀性分布的关键控制因素之一.     

南海北部陆缘东部的地壳结构

本文利用中、美联合调查南海海洋地质项目所采集的双船地震扩展排列剖面资料,研究了南海北部陆缘的地壳结构．其特征为：从陆架到深海平原,地壳呈阶梯状减薄,地壳厚度分别为２６—２８ｋｍ,２３—２４ｋｍ,１３—１５ｋｍ,以及南海洋盆中５—７ｋｍ厚的洋壳,反映了地壳在新生代早期是幕式拉张的．地壳底部存在高速地壳层,地震波速度为７．１—７．４ｋｍ／ｓ．它是在地壳被拉张后,上地幔熔融物质上涌到地壳底部冷却而形成的．     

南海北部盆地基底岩性地震-重磁响应特征与识别

针对性选取东南沿海露头剖面18条,采集245件南海盆地基底可能出现的岩性样品,测定其密度和磁化率,建立各种岩性的密度-磁化率交会图版,以此约束过井地震剖面和重磁异常的地质解释,总结出南海北部盆地基底火山岩、侵入岩、变质岩和沉积岩4大类11亚类岩性的地震-重磁响应特征.应用重磁震-岩性解释模型逐一对南海盆地北部主干剖面进行地质-地球物理综合解释,从而实现了盆地基底岩性的平面填图.这种从盆缘剖面到盆地内部、从岩石物性测量到地质-地球物理综合解释的方法,在资料获取难度大、地质条件复杂的南海盆地基底地质研究中,业已证明是行之有效的,相信在其他盆地研究中也会有借鉴意义.     

南海北部陆坡区多次波发育特征及压制策略分析

南海北部陆坡坡折带和常规海上地震勘探观测系统的制约,再加上南海北部陆坡区复杂的海底地层构造,导致南海北部陆坡区地震勘探成像结果不够理想.究其主要原因是多次波发育复杂、遮挡了一次波能量,也就直接影响到一次波的成像效果,从而制约了对陆坡区更深入的油气勘探.本文结合南海北部陆坡区的构造特征,依据多次波的产生机理分析多次波的发育分布状况,得出单一的地球物理方法已经不能较好的解决南海北部陆坡区的多次波压制问题.针对该区域复杂的地质背景,在综合运用多种地球物理方法的基础上,严格依照多区域、多尺度的理念,提出一套适应南海北部陆坡区多次波压制的系统策略.经过实际资料检验,有效的压制南海北部陆坡区的多次波干扰,最大程度的突出一次波成像,为南海北部进一步的油气勘探夯实基础.     

南海北部海底沉积物在温度变化下的三种声速类型

研究南海北部海底沉积物温度变化状态下声速性质,得出以下结论:(1) 南海北部海底沉积物具有声速温度正增长(STPIK)、声速温度负增长(STNIK)和声速温度波动(STWK)三种类型,后两种类型在世界其他范围内海域未见报道.(2) 声速温度正增长类型和声速温度负增长类型沉积物的温度变化对声速影响都具有十分显著的线性关系,但是原状样品由于组成不均匀性,增大了声速的非线性变化.(3)南海北部海底沉积物的孔隙度、密度等主要物理参数差异不明显,难以直接解释三类样品的温度-声速性质的不同.(4)对于STPIK类型沉积物,理论分析与实验结果的统一性,可以运用海底沉积物与海水声速比进行校正不同温度状态下的海底沉积物的声速.(5)对于STNIK和STWK类型沉积物,需要深入研究,从理论和实验角度揭开其机理和成因.海底沉积物声速-温度特性研究将为提高南海北部海域天然气水合物声学探测精度和准确度提供声速性质依据.     

南海北部海陆过渡带地壳结构的研究现状及展望

首先总结了前人在南海北部海陆过渡带获得的研究成果：由重磁异常、水深及卫星影像等资料推测滨海断裂带存在于南海北部海陆过渡地区：介绍了最近在南海北部海陆过渡地区开展的海陆地震联测试验,其结果显示有一个穿透整个地壳的低速破碎带发育于海陆过渡地区,推测它为滨海断裂带在速度上的表现,另外广泛分布于华南大陆的中地壳低速层在海陆过渡处也有较好发育;总结了天然地震层析成像在南海北部海陆过渡带的研究成果。最后结合目前的研究现状,指出了今后我们的研究方向：在逐步完善目前海陆地震联测试验的基础上,同时开展海陆过渡带的多道地震数据采集及地球化学研究：加强海陆过渡带的地震监测。进行震源机制解和人工地震与天然地震联合成像的研究。     

南海北部陆缘东部的地壳结构

本文利用中、美联合调查南海海洋地质项目所采集的双船地震扩展排列剖面资料,研究了南海北部陆缘的地壳结构．其特征为：从陆架到深海平原,地壳呈阶梯状减薄,地壳厚度分别为２６-２８ｋｍ,２３-２４ｋｍ,１３-１５ｋｍ,以及南海洋盆中５-７ｋｍ厚的洋壳,反映了地壳在新生代早期是幕式拉张的．地壳底部存在高速地壳层,地震波速度为７．１-７．４ｋｍ／ｓ．它是在地壳被拉张后,上地幔熔融物质上涌到地壳底部冷却而形成的．