海洋古温标研究新进展及其在冲绳海槽区的应用

表层海水古温度的重建是古海洋学研究的重要内容之一,其反演的表层洋流的演化对全球气候变化研究意义重大。近年来,3种新兴的地球化学温度指标(Mg/Ca、U37k'和TEX86)应用十分广泛,但也是各有利弊。在冲绳海槽地区,不同古温标的应用结果差异较大,机理有待进一步探讨。从全球角度总结了3种古温标的适用性及优缺点,剖析了具体应用过程中不同古温标的区域性和时间性差异。重点综述了冲绳海槽区古温标研究历史和研究现状,强调了区域性古温标适用性研究的重要性,提出了该区域末次冰消期以来古温度演化机理研究面临的挑战。     

冲绳海槽中南部不同环境表层沉积物质来源

对冲绳海槽中南部3种不同沉积环境(东海外陆架、东海陆坡和冲绳海槽)表层沉积物进行了稀土等元素地球化学分析,结果显示,冲绳海槽和陆坡表层沉积物具有与台湾物质来源类似的稀土元素配分模式,La/Sm-Gd/Yb散点图也显示海槽和陆坡沉积物主要分布在台湾物源端元区,表明冲绳海槽中南部海槽和陆坡表层沉积物主要来源于台湾,而外陆架...     

晚第四纪冲绳海槽北段CaCO3含量的时空变化及其控制因素

对取自冲绳海槽北段的6个沉积岩心进行了CaCO3含量、粒度和铀系同位素分析，结合氧同位素数据和海槽其他钻孔的相应结果，探讨了冲绳海槽北部晚第四纪以来CaCO3含量的垂向与横向变化特征。结果表明，冲绳海槽北段沉积总体上表现为全新世CaCO3含量高、晚更新世CaCO3含量低的“大西洋型”碳酸盐演化特征，但冲绳海槽北段和中部的碳酸盐演化特征并不一致，海槽内西坡、槽底和东坡的不同部位其演化特征也存在较大差异。碳酸盐含量的变化与沉积物粒度特征密切相关，晚第四纪冲绳海槽碳酸盐演化的时空差异是多种因素相互作用的结果。     

广角反射/折射地震探测揭示的冲绳海槽地壳结构

广角反射/折射地震探测是研究冲绳海槽地壳结构与性质的有效方法。通过收集整理冲绳海槽及邻区广角反射/折射地震研究成果,对冲绳海槽地壳结构性质进行了探讨。结果表明,冲绳海槽地壳厚度较薄,绝大部分地区属于减薄的陆壳,但局部已出现洋壳;海槽北、中、南三段处于不同的构造演化阶段,地壳厚度、结构、减薄方式等存在较大差异;琉球俯冲带不同分段活动特征及构造应力场的不同是造成冲绳海槽地壳结构性质和构造演化南北差异的主要原因;冲绳海槽内洋壳局限于海槽中、南段轴部,在轴部地堑沿走向方向布设OBS测线将有助于进一步确定洋壳的存在。     

末次冰消期以来冲绳海槽深水氧化性与通风演化研究进展与展望

过去二十年,末次冰消期以来冲绳海槽深层水沉积氧化性与通风演化、碳埋藏与释放等研究一直备受关注。尽管目前该研究方向已开展了大量的工作,但由于多种替代指标的复杂性和局限性,与冲绳海槽黑潮动力学相关的深水环流和沉积氧化还原研究目前仍然存在较大争议。本文系统总结了末次冰消期以来冲绳海槽深层水沉积氧化性与通风演化的研究进展,发现高有机质沉降通量和高古生产力是末次盛冰期（LGM）至冰消期期间冲绳海槽深层水缺氧的主要原因;Younger Drays(YD)和Heinrich Stadial 1(HS1)事件期间深水通风增强、含氧量增加与北太平洋中层水（NPIW）强化和侵入有关;早全新世以来黑潮加强引发的深水通风抵消了上升流驱动的生产力提高的影响,使得冲绳海槽深层水处于氧化状态。最后提出未来冲绳海槽古海洋学研究应加强对轨道-千年尺度深层水水源识别与演化示踪、不同气候状态下古生产力与沉积氧化还原耦合关系,以及深层水演化的环境与气候效应等方面的研究。     

冲绳海槽南部末次间冰期以来古海洋学变迁:ODP1202站的记录

对冲绳海槽南部ODP1202站165个沉积物样品进行了CaCO3含量测定和47个样品以浮游有孔虫为主的微体化石定量分析.应用CaCO3含量变化与δ18O曲线的对应关系,初步将1202站岩心划分为MIS 1-5期的沉积.根据浮游有孔虫中暖水、凉水、浅水和深水等生态组合丰度变化,推测冲绳海槽南部晚更新世末次间冰期以来,温跃层呈逐步加深和表层海水温度逐渐升高的趋势.MIS 5期以较浅温跃层和较低表层海水温度为特征,推测与研究区末次间冰期存在上升流有关.末次冰期(MIS 4-2期)时,Pulleniatina obliquiloculata在整个冲绳海槽中普遍以低丰度值出现,标志黑潮主流轴可能迁移出冲绳海槽.     

冲绳海槽中段表层沉积物中稀土元素组成及其物源指示意义

冲绳海槽中段表层沉积物主要是由陆源、火山源和生物源物质按不同比例组成的混合物。研究表明,陆源物质(长江和黄河沉积物)稀土总量最高,轻稀土明显比重稀土富集;火山物质(冲绳海槽火山玻璃)具有较明显的正Eu异常且重稀土相对富集;生物源物质(冲绳海槽有孔虫壳)中稀土富集。3种端员物质的稀土元素组成特征存在显著差异,因此,选择合适的稀土元素特征参数——∑LREE／∑HREE、Eu／Sm及MREE／(LREE HREE)可以分别刻画出冲绳海槽沉积物中陆源、火山源及生物源物质的组成特征。通过与前人对研究区物源定性、定量分区的结果对比,验证了利用稀土元素特征参数刻画冲绳海槽混合沉积物物质来源组成的有效性。     

冲绳海槽南部末次间冰期以来古海洋学变迁：ODPI202站的记录

对冲绳海槽南部ODP1202站165个沉积物样品进行了CaCO3含量测定和47个样品以浮游有孔虫为主的微体化石定量分析。应用CaCO3含量变化与δ^18曲线的对应关系，初步将1202站岩心划分为MIS 1—5期的沉积。根据浮游有孔虫中暖水、凉水、浅水和深水等生态组合丰度变化，推测冲绳海槽南部晚更新世末次间冰期以来，温跃层呈逐步加深和表层海水温度逐渐升高的趋势。MIS5期以较浅温跃层和较低表层海水温度为特征，推测与研究区末次问冰期存在上升流有关。末次冰期(MIS4～2期)时，Pulleniatina obliquiloculata在整个冲绳海槽中普遍以低丰度值出现，标志黑潮主流轴可能迁移出冲绳海槽。     

冲绳海槽北部陆坡4.4万年以来古海洋环境演化的地质记录

利用AMS^14 C年代测试、氧同位素分析和浮游有孔虫分析重建了冲绳海槽北部陆坡DOC-42孔约44cal．kaBP以来的古海洋环境演化记录。DOC-42孔沉积速率整体较低，呈明显的阶段性变化：在氧同位素3期和LGM期间沉积速率相对较大，分别为7．3和14cm／ka；末次冰消期以来的沉积速率则显著降低，与冲绳海槽冰后期沉积速率高于末次冰期明显不同；自约6．4cal．kaBP以来，沉积物堆积作用基本可以忽略，表明了受黑潮入侵引起的中国东部陆架环流体系的改变，岩心所在区域的沉积格局发生了重大变化。浮游有孔虫氧碳同位素、转换函数古温度和低温、低盐特征种Globigerina quinqueloba等一致反映了冲绳海槽北部在氧同位素3期早期约37．5～44cal．kaBP期间存在明显的低温、低盐阶段，表明该期间冲绳海槽北部的沿岸冲淡水影响明显加强，而在氧同位素3期晚期该区可能受到了黑潮暖流的影响。此外，浮游有孔虫Pulleniatina obliquiloculata与氧同位素记录有很好的对应关系，表明它是冲绳海槽末次冰期以来的一个可靠的海洋环境指标。     

冲绳海槽二万年以来沉积物中烯酮化合物与古温度的研究

应用烯酮化合物的不饱和比值U₃₇k计算得出冲绳海槽海水古温度波动幅度在15.9～26.2℃之间,平均为22.9℃,和冬季实测表层水温22.0℃相接近,探讨了U₃₇k值在冲绳海槽指示的古海水温度和季节有关,主要反映在冬季。     

冲绳海槽成因的初步探讨

冲绳海槽是一个正在扩张的年轻弧后海盆。对这个海盆的研究在地层学、古海洋学、构造学、地震学及海底资源勘探等方面均具重要意义。这个海槽处在大陆地壳向大洋地壳转化的过渡性地壳域,许多人试图从冲绳海槽的研究中,获得关于洋盆早期演化的知识。本文根据反射地震资料(图1)就该海槽成因进行初步探讨。     

东海陆架外缘区构造特征及其成因机制

东海陆架边缘的构造特征记录了有关冲绳海槽张裂过程的关键信息,对于进一步理解海槽的形成演化以及弧后张裂与弧-陆碰撞之间的相互作用至关重要。本文基于多道地震和重磁资料,分析了东海陆架边缘的地形和构造特征,并对冲绳海槽早期张裂过程、北西向断裂带的分隔控制作用、钓鱼岛隆起带南北构造差异和冲绳海槽的向西前展等问题进行了探讨。结果表明,冲绳海槽西侧陆坡存在的分段性,各分段在地形地貌、地层展布和构造特征等方面的不同,体现了其构造演化和现今构造活动性的差异。冲绳海槽中—北段的张裂始于陆架前缘坳陷,在晚中新世向东扩展至整个海槽,晚中新世至今以分散式张裂为主。北西向断裂带对东海陆架边缘不同分段的构造特征和构造活动起到了分隔控制和转换协调作用,控制了不同类型陆坡的形成和发育。受冲绳海槽在全宽度上向西前展的影响,钓鱼岛隆起带南段的基底隆起及其支撑的陆架边缘发生了破坏和沉降,形成基底起伏较大、地形崎岖不平的陆坡。     

冲绳海槽火山成因斜长石的分布及成分特征

对冲绳海槽表层样和柱状样中与火山作用有关的斜长石进行了初步研究，根据斜长石的分布特征和Ａｎ值演化特征讨论了该区岩浆－火山作用活动特点。     

冲绳海槽晚更新世以来沉积速率的时空差异及其控制因素

收集和分析了冲绳海槽内不同区域的33个站位柱状样的测年资料,计算了不同时段的沉积速率。结果表明,冲绳海槽内晚更新世以来的沉积速率有较大的时空差异,在空间上,由北向南有沉积速率增加的趋势,而靠近海槽西坡的站位沉积速率要大于东坡;在时间上,晚更新世期间的沉积速率要明显大于全新世。冲绳海槽内不同区域和不同时段沉积速率的差异反映了海槽内沉积环境和物质来源的复杂性,这种差异性主要是由不同区域沉积作用和物源供应变化的结果引起,末次冰消期以来的古海洋环境的变化、黑潮的摆动等因素也起到一定的作用,而事件沉积(如火山-热液作用和浊流沉积)的影响也不容忽视。     

析构造作用与冲绳海槽地貌演化的关系

冲绳海槽是一个构造上极其活跃的大陆坡边缘盆地,具有壮观的海底地貌形态。研究冲绳海槽地区构造作用与其地貌演化的关系,有助于我们进一步深入了解冲绳海槽本身的地质演变历史,其意义非常重要。本文系根据1980年以来对冲绳海槽多次地质、地球物理调查所获得的一系列成果,结合前人已有的一些资料撰写而成。笔者拟将对冲绳海槽地区路作用与地貌演化的关系作一初步探讨,不足之处,恭请惠正。     

冲绳海槽北部的构造活动性硏究

西北太平洋各个边缘海盆虽同处于环太平洋构造活动带,但构造特征、形成机制和构造演化各不相同。例如南中国海发育在东亚大陆边缘,经过多次扩张形成了中央海盆,发育了大洋地壳,但洋陆壳边缘无火山弧发育,亦无明显的构造活动特征,地磁场平静,因此属于大西洋型边缘海盆。另一类边缘海盆如马里亚纳海槽,发育在两个海洋板块的汇聚带上,发育了活动的火山弧(马里亚纳弧)和残留弧(西马里亚纳弧),两列弧在北端合并为小笠原弧。四国海盆和帕里斯维拉(Parece Vela)海盆也属此类。 冲绳海槽与以上两类海盆不同,它发育在东亚大陆边缘地壳上,由陆壳张裂而成。在冲绳海槽和琉球海沟之间既发育了活动的火山弧(吐喀喇火山弧),也发育了大陆地壳性质的非火山弧(琉球弧主体)。东南亚地区的日本海、苏禄海槽(Sulu Trough)、班达海(Banda Sea)、安达曼海(Andaman Sea)属于这种类型的边缘海盆。但是如果把具有复杂的斜向张裂的安达曼海除外,冲绳海槽是世界上唯一一个典型的发育在大陆边缘,由陆壳张裂而成,处于裂谷作用最高阶段,海底扩张即将出现的弧后活动盆地。因此,冲绳海槽的现代构造演化将是这类边缘海盆演化的典型例证,对冲绳海槽构造活动性的深入分析研究将具有全球意义。 世界各国学者对冲绳海槽进行了许多调査研究,但主要集中在海槽的南部和中部,对海槽北部调查研极少,研究程度也最差。本文根据中国科学院海洋研究所自1988年以来在冲绳海槽北部完成的大量实测地质、地球物理资料,结合国内外其它单位的洋洋地球物理调查资料(包括海洋反射地震测量、海洋重力测量、海洋地磁场测量和水深测量),对冲绳海槽北部进行了较为详细的地质构造学研究。结果表明,冲绳海槽北部表现出强烈的构造活动特征,而不同于国内外本研究领域内流传的“冲绳海槽构造活动性南强、北弱”的观点。     

冲绳海槽中部8.2ka以来GDGTs组成及温度重建*

异戊二烯类甘油二烷基甘油四醚脂类化合物(isoprenoid Glycerol dialkyl glycerol tetraethers, isoGDGTs)在海洋奇古菌(Thaumarchaeota)中广泛存在, 其结构对温度变化的敏感性使其成为广受欢迎的古气候与古温度重建材料。在北冰洋和西太平洋气候以及黑潮等多种因素的影响下, 冲绳海槽中部成为研究全新世以来古海洋和古气候变化的天然实验室。本文通过研究C14柱状沉积物的GDGTs组成、含量变化特征及其延伸的86个碳原子的四醚指标(tetraether index of tetraethers consisting of 86 carbons, TEX^H₈₆), 分析冲绳海槽中部的GDGTs来源, 并定量计算C14柱状沉积物记录的海洋表面温度(sea surface temperature, SST), 从而探讨8.2ka以来冲绳海槽中部古温度变化的驱动机制。通过甲烷指数和支链/异戊二烯类指标等, 我们确认isoGDGTs主要来自于氨氧化古菌, 适用于古温度重建。距今8.2ka以来, TEX^H₈₆ SST的变化范围是21.6~27.2℃。冲绳海槽中部SST主要受到西热带太平洋、低纬度冬季日晒量的影响; TEX^H₈₆指标记录的温度上升趋势与东亚夏季风强度的减弱不一致。7.4—6.6ka冷事件广泛存在于冲绳海槽的SST记录中, 但只在TEX^H₈₆数据中显示较大幅度的降低(~5℃), 我们推测可能受到Kikai-Akahoya火山灰(~7.3ka)的影响。     

南海中部和冲绳海槽沉积物中的氨基酸物质

本文通过对南海中部和冲绳海槽三个深海沉积物柱状样腐植物质水解氨基酸的研究,试图阐述南海和冲绳海槽沉积物的演化与沉积环境。     

冲绳海槽2万年以来沉积物中生物标志化合物与古温度,古环境的研究

应用生物标志化合物长链烯酮不饱和比值 Uk37估算冲绳海槽 2万年以来古海水表层温度 ,其波动范围在 1 5.9～ 2 6.2℃之间 ,平均为 2 2 .9℃。并与常用的浮游有孔虫转换函数测算的表层海水温度进行对照 ,结果与冬季表层水温 ( 2 2 .0℃ )相近 ,Uk37值指示的古海水温度与季节有关 ,主要反映在冬季。在沉积物中还检出了另一类生物标志化合物甾、萜类等 ,对它们的组成进行了地球化学研究 ,结果表明 :冲绳海槽沉积物中有机质具有多源性特点 ,由陆源碎屑、生物碎屑和火山碎屑共同组成 ;该海域沉积有机质的成熟度不高 ,沉积环境具有强的还原性。     

冲绳海槽沉积的孢粉、藻类组合

冲绳海槽又称冲绳舟状海盆,为西太平洋的年轻弧后盆地。国内外不少学者对冲绳海槽进行过地球物理、地质、古生物的研究,但有关孢粉的研究,至今尚未见报道。1975年以来,我们先后对冲绳海槽沉积的孢粉、藻类进行了系统的研究,共分析表层沉积21个站和12个站柱状剖面的100多块样品,鉴定统计15,000多粒孢粉、藻类,为海洋孢粉研究取得了大量资料。