南海相对高纬度珊瑚对海洋环境变化的响应和高分辨率记录

分布于相对高纬度的亚热带珊瑚礁和珊瑚群落,与热带珊瑚礁一样具有重要的研究价值,但实际上对相对高纬度珊瑚的研究相对稀少.在我国南海,相对高纬度的珊瑚礁和群落主要分布于广西涠洲岛、广东大亚湾、香港、福建东山、台湾等海域.近年来,一些学者利用生物、生态、地质、地球化学等研究方法,围绕“珊瑚群落演变与全球变化的关系”、“珊瑚对环境变化的高分辨率记录”等领域,在相对高纬度海域开展了一些研究工作.本文首先简略介绍相对高纬度珊瑚的研究意义,然后着重综述南海相对高纬度珊瑚对海洋环境变化的响应和高分辨率记录,以期通过综述前人的研究成果,为接下来的研究提出新问题、开创新思路提供借鉴.     

中国海洋的珊瑚-珊瑚礁: 南海中央区珊瑚-珊瑚礁生物多样性特征

珊瑚是地球上最古老的原住民,具有近6×108年的发育史,弱势群居、喜温和原地长成是珊瑚的基本特征。作者介绍了珊瑚-珊瑚礁的基本特征,综述了跨十年调查的研究区珍贵照片资料和相关认识,指出中国是全球主要的珊瑚-珊瑚礁国家,地位举足轻重;珊瑚-珊瑚礁作为地球生物多样性的代表,造岛、固礁、护鱼、防护岛岸流失,形成南海四大群岛280余座岛、礁、滩、沙,所构建庞大海洋生态系统是无与伦比的海洋生态资源和寸土寸金的南海海洋国土。提出划分南海珊瑚-珊瑚礁为中央区和周缘区2个分布区,阐述了南海中央区珊瑚-珊瑚礁的基本特征,系统汇集报道了间隔10年2个科考航次调查在浅水礁盘浮潜、至20 m水深浅潜-深潜和礁盘及开展岛、礁、滩、沙地质调查的发现,包括科学定名46种六放石珊瑚和6种八放软珊瑚等成果,同时,收集了西沙、中沙、东沙和南沙群岛海域的相关调查航次珊瑚照片;进一步阐述了单体环礁和复合环礁的特征及分布,并进行了初步对比,指出永乐环礁是南海唯一一个真正的切合达尔文模式的环礁,也是环礁发展到最高阶段的产物,构成现代海洋珊瑚-珊瑚礁形成演化研究最好的天然实验室。     

不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性研究

基于岩石弹性波特性的地震方法是目前地球物理勘探中最主要的方法,岩石中弹性波传播速度是联系岩石物理力学特性与地质学的有效桥梁。对于海相生物成因的珊瑚礁灰岩而言,其弹性波特性研究是了解珊瑚礁体内部整体性质的有效途径。研究表明,珊瑚礁灰岩的弹性纵波速度与干密度、回弹值呈线性正相关关系,与孔隙度呈线性负相关关系。不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性表现出显著的差异性,珊瑚骨架灰岩和珊瑚砾块灰岩均匀性较好,珊瑚砾屑灰岩和珊瑚砂屑灰岩离散性较大。基于珊瑚礁灰岩纵波速度与干密度、孔隙度以及回弹值之间的关系,结合某珊瑚礁体钻孔岩芯沿深度变化的回弹值信息以及岩芯薄片光学检测结果,提出一个基于纵波速度的珊瑚礁灰岩质量等级的划分标准,具有一定的可靠度和适用性。运用岩石二相体模型基本原理,建立了修正的时间平均公式,而不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性均符合雷莫亨特-加德纳方程。     

深水珊瑚林

2018年在南海发现的深水珊瑚林,为底栖生物乃至碳循环研究弥补了重大空缺。受技术限制,以前深海底栖生物的研究主要局限在沉积覆盖的软基底,以为石质海底是一片贫瘠世界。1990年代中期,应用深潜技术首先在大西洋发现了深海珊瑚礁,为海洋科学开辟了新的研究方向。深海珊瑚包括两类:一类是属于六方珊瑚的石珊瑚,以其文石质的外骨骼形成珊瑚礁;另一类是以柳珊瑚为主的珊瑚林,柳珊瑚属于八方珊瑚,可以形成高镁方解石的骨骼。这些碳酸盐骨骼都能够记录深海的环境变化,是古海洋学研究的绝佳材料。太平洋由于文石补偿面过浅,不利于深水珊瑚礁发育,深水珊瑚林应当普遍发育,可惜至今尚未得到重视,绝大部分海域属于研究空白。通过对深水珊瑚礁和珊瑚林的组成以及分布的介绍,讨论深水珊瑚林在海洋生态学中的重要性及其在古海洋学再造中的意义。     

热带生物海岸对全球变化的响应

以热带生物海岸现代过程研究成果为基础,结合国内外相关资料,分析我国红树林海岸和珊瑚礁海岸对全球变暖、海平面上升、大气CO2浓度升高和海洋酸化的响应.其中,全球变暖和大气CO2浓度升高总体上有利于红树林生长发育,海平面上升对红树林和珊瑚礁的影响取决于红树林潮滩淤积速率和珊瑚礁礁坪堆积速率与海平面上升速率之间的对比关系.海平面加速上升将威胁部分红树林、珊瑚礁及其后的海岸堤防.全球变暖海表异常高温导致珊瑚白化、海洋酸化导致珊瑚和珊瑚藻钙化率降低将成为21世纪珊瑚礁的重大威胁.全球变化的不确定性和生态系统响应机制仍然有待进一步研究.主要是人类不合理开发活动导致目前红树林和珊瑚礁的广泛严重破坏,加强海岸带综合管理和生态环境保护,加强生态系统恢复重建,是有效适应本世纪全球变化影响的重要措施.     

珊瑚礁岩土工程地质的探索与研究——从事珊瑚礁研究30年

珊瑚礁是一种特殊的岩土体,从工程地质角度可分为珊瑚砂屑土和珊瑚礁灰岩两大类。本文回顾了珊瑚礁研究30年的基本历程,重点对珊瑚砂屑土的静力学特性、动力学特性、颗粒强度低等特殊力学性能以及桩基工程性质的探索和研究成果进行了回顾与展望,并以南海岛礁工程建设为引,号召更多的科研学者加入到珊瑚礁的研究队伍中,共同促进珊瑚礁工程地质学科的发展。     

南海珊瑚礁硼同位素组成及其环境意义

采用正热电离质谱方法测定了中国南海诸岛７０００ａ以来的珊瑚礁的硼同位素的硼含量。讨论了珊瑚礁中硼同位素 硼含量,Ｐ不管不顾忻代等参数的关系。结果表明,所测定的珊瑚礁硼同位素组成变化范围为２２．７￣２４．８‰,并且与珊瑚 硼含量呈正相关关系。根据硼同位素与海水ＰＨ值的关系计算出过去７０００ａ南海泊ＰＨ值变化８．１０￣８．４１。初步探讨了硼同位素组成与南海海平面变化的关系。     

东帝汶帝力市珊瑚砂地基的工程性质

珊瑚砂属珊瑚礁碎屑土,是一种特殊的地质体,具有典型的疏松多孔、硬度低、易碎的特点,由于珊瑚礁仅分布在热带海域,往往位于远离大陆的礁岛,当前对珊瑚礁岩土的勘察研究较少,相关规范也尚未涉及。以实际工程为对象,对东帝汶某珊瑚砂场地的工程性质进行了一些探讨,从标准贯人试验和钻孔剪切波速试验等原位试验结果进行分析,借鉴了目前石英砂工程性质的评价方法作为对珊瑚砂工程性质判断的参考,对珊瑚砂的强度特性和地震液化特性进行了讨论。相对石英砂的一般性质而言,珊瑚砂的标贯击数较低而相应的剪切波速相对较大,珊瑚砂在地震作用下液化的可能性较大。     

珊瑚礁对赤潮的响应与记录研究进展

大量研究证实，对环境变化非常敏感的珊瑚能够记录越来越多的环境信息。由于浮游生物过度繁殖而引发的赤潮对珊瑚礁生态系统有明显的影响。赤潮爆发时，赤潮区海水pH值和铁、锰含量异常；赤潮生物覆盖海水表面，阻碍珊瑚共生藻的光合作用；后期赤潮生物大量死亡。还会大量消耗溶解氧。排放有害化学物质，导致珊瑚死亡。理论上讲。幸存的珊瑚在其骨骼中能够记录这些环境异常过程。通过采用硼同位素法、铁锰微量元素法和生长特征观测法等方法，研究珊瑚骨骼的化学特征，从而可能揭示过去赤潮发生的规律。目前，关于珊瑚礁对赤潮的生态响应和记录研究仍处于探索之中，如果能够结合赤潮的机理、特征、生态影响以及珊瑚本身的特性而成功实现这项研究的话，则不仅对珊瑚礁环境记录研究领域是个重要的补充，而且还提供了一把记录赤潮的新钥匙。     

南海珊瑚礁铀系年龄及其地质意义

珊瑚礁是铀系方法测定年龄相当理想的对象,在国外已获得十分有价值的成果。主要用于讨论更新世以来海平面变化和构造运动上升速率,研究反映环境的珊瑚生长速度。本文珊瑚礁样品选取于海南岛鹿回头、雷州半岛、西沙和中沙群岛等地。成功地测试了铀系年龄,揭示出与¹⁴C 数据的不一致,初步讨论了构造上升速率和南海海面的变化。     

南海珊瑚礁:从全球变化到油气勘探——第三届地球系统科学大会专题评述

第三届地球系统科学大会设置了关于南海珊瑚礁的专题,系统讨论了南海珊瑚礁从响应、记录全球变化到岛礁工程建设和油气勘探等的研究进展。受全球气候变暖和人类活动加剧等因素的双重影响,南海珊瑚礁在过去50多年来退化幅度高达80%,不少区域现代活珊瑚的覆盖度20%。珊瑚骨骼的地球化学指标清楚地揭示,自工业革命以来南海海水的污染程度增加、CO2驱动的海水p H值降低(变酸)等,这些环境问题对南海珊瑚礁构成了进一步的威胁。而日益增加的珊瑚礁区工程活动将不可避免地对珊瑚礁带来更大的环境压力,因此建议充分研究珊瑚礁区的工程地质特征,充分考虑珊瑚礁生态的脆弱性特点,进行岛礁工程的合理规划和布局,倡导"绿色工程"的理念。广布于南海的生物礁,其主要成礁时期为中新世以来,多种礁型储层及其良好的生储盖组合,决定了南海生物礁油气藏具有广阔的勘探前景,同时也具有多时间、空间尺度的环境记录功能。     

南海北部珊瑚高分辨率硼同位素组成及其对珊瑚礁海水pH变化的指示意义

造礁珊瑚是研究热带海洋高分辨率气候环境演变的重要载体。对采自海南岛南部三亚湾的活体滨珊瑚SY10进行了约为月分辨率的碳、氧、硼同位素组成分析,并利用珊瑚δ11B重建了海水pH。结果显示,所测量样品的δ13C变化范围为–3.32‰~–1.76‰,δ18O为–6.13‰~–4.78‰,δ11B为23.51‰~26.23‰,且这些珊瑚样品的碳、氧、硼同位素组成均存在明显的季节性周期波动。其中pH与δ18O之间存在明显的正相关关系,高的pH值更倾向于在低温的季节出现,这意味着短时间尺度该处珊瑚礁海水pH可能主要不是受海水CO2溶解度控制,而是与生物活动有密切的关系。利用SY10珊瑚样品硼同位素组成重建的海水pH值变化范围为7.77~8.37,并呈季节性周期波动,这种大幅度的周期波动与我们对三亚珊瑚礁海水pH进行现场观测所得到的结果以及前人的研究成果相符,说明了利用珊瑚δ11B重建海水pH记录是可靠的。     

台湾地区生物礁及其生境

台湾岛位于亚洲大陆板块与菲律宾海板块的交界处,是在中新世晚期经由板块碰撞而形成的大陆 边缘岛屿。台湾岛形成初期,由于地形陡峭,地表的侵蚀速率高,在高沉积速率的环境中,并不利于碳酸盐沉 积物的形成,因此甚少珊瑚礁沉积,及至更新世和全新世才有比较具规模的珊瑚礁形成。台湾地区的更新世珊 瑚礁主要分布在台湾岛西南部高雄地区和南部恒春地区;其中,高雄地区大岗山、小岗山、半屏山和寿山等地 的珊瑚礁,可能是在逆断层前移的背斜脊高区上沉积形成,或与冷泉碳酸盐提供珊瑚礁发育的硬底质有关。台 湾岛南端恒春地区的珊瑚礁则是在更新世晚期的温暖浅海环境中沉积形成。台湾地区大部分的生物礁于全新世 沉积形成,此时期海平面上升,沉积速率降低,浅海环境适宜,因而有利于生物礁形成;但是由于各地环境条 件的差异,礁的型态也不同;台湾岛南部恒春半岛、绿岛、兰屿、澎湖列岛南部和小琉球等地有较具规模的珊 瑚礁发育,约有造礁珊瑚200～300种;台湾岛东部及澎湖列岛北部仅有块状礁或斑礁形成,造礁珊瑚约有150种;台湾岛北部和东北部浅海则有造礁珊瑚约100种,但因侵蚀作用强烈,并不成礁,属于“非礁型珊瑚群 聚”。另外,在台湾岛西北部海岸则有以无栉珊瑚藻为主体所形成的藻礁。台湾地区各地的全新世生物礁,由于 沉积时间很短,同时受到台湾地区高上升速率与高侵蚀速率的影响,礁体的厚度不足,并广泛被抬升成为海岸 地带的上升礁,且与潮下带的现生珊瑚礁互相连续。台湾岛海域造礁珊瑚的属种特别丰富,高达近300种,约 占全球珊瑚物种的三分之一,主要系因邻近全球珊瑚物种多样性最高的珊瑚大三角,而且黑潮流经台湾地区大 部分海域,把热带物种幼苗携带过来,因而造就了台湾岛海域的生物多样性。     

巴布亚新几内亚合恩半岛晚第四纪上升珊瑚礁造礁珊瑚的成岩历史

更新世以来,剧烈的构造运动已将巴布亚新几内亚合恩半岛东北海岸的晚第四纪珊瑚礁阶地抬升上千米.阶地中造礁珊瑚的成岩变化和成岩产物的组构特征反映了该礁的成岩历史,充分体现该区快速构造上升的影响.海水潜流带和淡水渗流带为上升礁的主要成岩环境.生物钻孔、生物碎屑填隙、珊瑚文石针粗化、珊瑚骨骼的溶解和新生变形转化,以及其不同矿物成分和组构的种种胶结物的胶结作用是造礁珊瑚经历的主要成岩作用.地球化学资料表明其成岩变化发生于开放的化学体系之中.     

人工放射性核素在珊瑚岛礁系统中的富集与评估

珊瑚礁生态系统拥有较高的生物多样性,为人类提供了丰富的生物资源及生态服务功能与价值。我国多处滨海核电站周边存在造礁珊瑚,而南海珊瑚岛礁也是未来海上漂浮核电站重要的潜在应用场景。基于在珊瑚礁中¹⁴C、⁹⁰Sr和¹³⁷Cs的已有研究,分析了珊瑚礁中关键人工放射性核素的研究动态,提出了基于核素在珊瑚骨骼与海水分配系数的分类原则,探索了低度(¹³⁷Cs)、中度(¹²⁹I)和高度(¹⁴C>^239+240Pu>⁹⁰Sr,²³⁶U)富集的三大类核素在珊瑚骨骼中的富集规律,利用欧盟的ERICA模型开展上述人工放射性核素和天然放射性核素²¹⁰Po对珊瑚虫的辐射剂量评估,定量计算不同核素对珊瑚虫的剂量率排序依次为¹⁴C>⁹⁰Sr>¹³⁷Cs>^239+240Pu>     

湘中地区船山组四射珊瑚新属种

湘中地区船山组含丰富的四射珊瑚化石,主要为地方性分子,其发展具有明显的阶段性:下部主要为单体双带型珊瑚及互嵌状复体珊瑚;中部以单体三带型珊瑚和Kepingophyllidae科的原始分子繁衍为特征;而在上部,Kepingophyllidae科的进化分子非常繁盛,并出现了一些早二叠世的分子,如Vesotabularia,Lonsdaleiastraea。这些阶段性的变化对揭示石炭纪和二叠纪四射珊瑚的演化具有重要意义。 笔者在船山组中上部建立了两个四射珊瑚组合,自下而上为:（1）Eokepingophyllum-Qinglongshanophyllum组合; （2）Kepingophyllum-Parawentzellophyllum组合。此外,描述1新属Paraivanovia及10新种。     

柴达木盆地东北缘石炭系生物礁发育特征及其地质意义

对柴达木盆地东北缘石炭系地层中生物礁的发育特征及区域展布进行了系统阐述。基于野外实地考察与室内镜下分析,采用地球化学与岩石学方法相结合,总结归纳柴达木盆地东北缘石炭系生物礁的岩石学特征、生物特征以及地层特征,分析生物礁主要产出层位及规模大小,探讨其古环境与油气地质意义。研究结果表明:柴达木盆地东北缘石炭系造礁生物主要为四射珊瑚,其次为横板珊瑚,发育锥状、盘状的单体珊瑚和管状、丛状、蜂窝状的群体珊瑚,附礁生物为腕足、等;珊瑚礁在岩层中以点状产出,呈不连续带状分布,依据其在地层中的发育规律与展布特征,分为簇状竖直丛生管状珊瑚、簇状水平延伸管状珊瑚以及簇状顶端向下倾斜管状珊瑚;根据岩石中的生物颗粒含量,生物礁灰岩储层岩石类型分为珊瑚骨架灰岩、珊瑚颗粒石灰岩、生物颗粒质石灰岩、含生物颗粒石灰岩以及泥晶灰岩。柴达木盆地东北缘早石炭世以碳酸盐台地环境为主,晚石炭世以海陆交互的潮坪环境为主。研究区石炭系生物礁主要位于下石炭统怀头他拉组三、四段,在石灰沟、旺尕秀等剖面可见厚层油砂,指示柴达木盆地东北缘石炭系具有良好的生烃潜力。     

海南岛南岸全新世珊瑚礁的发育

海南岛南岸的珊瑚礁,是我国全新世珊瑚岸礁最为发育的地区之一,仅次于台湾岛南端的恒春半岛沿岸。前人从生物学^[1-5]、地貌学^[6-8]和地质学^[9-12]角度对海南岛南岸的珊瑚礁进行过较为广泛的研究。作者报道过崖县鹿回头水尾岭剖面珊瑚礁样品的C¹⁴年代测定结果^[13,14]。1979年底至1980年初,作者在海南岛南岸东起小东海沿岸西至西瑁岛西岸地区进行了野外调查与采样。根据野外和室内分析资料,本文公布了一批新测试的C¹⁴年代数据,并进一步讨论了全新世珊瑚礁的发育历史及其与海岸变迁、海面变化和地壳运动的关系等问题。     

中国中、晚石炭世四射珊瑚组合及古生物地理

中国中、晚石炭世珊瑚化石丰富。各地珊瑚群特征不同,故可分出不同的珊瑚组合。华南地区珊瑚群以犬齿珊瑚目为主,出现大量地区性分子。华北中石炭世珊瑚化石数量较多,属种单调,晚石炭世单体珊瑚占优势。准噶尔地区以Caninids大型双带型单体珊瑚为主。兴安地区南部因产较多的三带型复体珊瑚,而与华南相似。西藏北部珊瑚群亦与华南所产相近,但其南部的属冷水动物群。因此,将我国中、晚石炭世珊瑚地理区分为特提斯大区、北方大区及冈瓦那大区。     

珊瑚礁工程地质研究进展

珊瑚礁是发育于热带海洋环境中由生物作用和地质作用共同形成的地质体,是一种特殊的岩土介质类型,有着独特的工程环境特性和工程地质性质。珊瑚礁工程地质研究是现代工程地质学的一个新课题,是近年来为适应珊瑚岛礁工程建设的需求而发展起来的。介绍了珊瑚礁工程地质研究的内容及意义,综述了国内外珊瑚礁工程地质研究的历史现状及其进展,指出应将珊瑚礁体作为工程岩体,进行工程地质环境区带划分及各区带工程地质条件评价;分析礁岩体结构特征和礁体稳定性及其影响因素;分析礁体工程适宜性、地基及其环境与工程活动相互关系。针对珊瑚礁岩土的土力学特点,加强珊瑚礁颗粒破碎机理及其对工程地质性质影响机制的研究;建立能够代表珊瑚礁应力—应变特性的本构关系。