东海陆坡及相邻槽底天然气水合物的稳定域分析

利用实测的海底温度和海底热流资料对东海陆坡和冲绳海槽中轴以西的槽底地区的海底温度场和热流场进行了分析. 利用地震声纳浮标和OBS（Ocean Bottom Seismometer）资料将本研究区的地层划分为6层，自上而下地层的速度分别为1.8(1.8～2.2) km/s、2.2（2.0～2.5）km/s、2.8（2.7～3.2）km/s、3.4～3.6km/s、4.2（4.1～4.7）km/s、5.1km/s. 上部的1.8～2.2 km/s的速度层相当于第四纪的地层，2.8 km/s的速度层相当于上新世上部的地层，3.4～4.2 km/s的速度层相当于上新世下部的地层. 天然气水合物稳定域覆盖的面积从水深约500m的陆坡下缘到冲绳海槽的中轴部分约70000km2，相当于整个东海海域面积的十分之一. 稳定带的厚度从400m（研究区中部）到1100m（研究区北部和南部）不等. 适合水合物稳定赋存的地层主要是第四纪（1.8km/s、2.2km/s）和上新世的地层（2.8km/s）. 根据热流、构造活动性和稳定带的厚度分析，研究区北部和南部更适合天然气水合物的稳定赋存.     

东海冲绳海槽陆坡天然气水合物的地震学研究

本文通过对东海973 航次在冲绳海槽取得的多道地震数据进行有针对性的特殊处理,形成一套针对天然气水合物地震学研究行之有效的处理思路,提高速度分析的精度和分辨能力,压制浅层多次波,资料在保持一定信噪比的基础上尽可能的提高分辨率,相对振幅处理以及用于AVO分析的预处理等.在此基础上对天然气水合物进行识别和预测,我们发现在冲绳海槽南部西侧槽坡附近以及海槽内部发育有一系列泥底辟构造,在这些底辟构造的顶部明显存在与天然气水合物赋存相关的地球物理特征,如似海底反射层（BSR）、与海底反射同相轴极性相反,BSR上方的振幅空白区以及BSR上下的速度异常.从该区域的地质背景资料分析,冲绳海槽不仅具有很高的沉积速率并且海槽西侧的断层活跃,提供了富含有机质的物源以及用于天然气运移的通道,有利于天然气水合物的形成.     

东海及邻域的两条剖面地球物理反演与综合解释

根据东海及邻域的布格重力异常资料,在东海海域选择了中国大陆东部—东海陆架—冲绳海槽—琉球岛弧—琉球海沟的两条剖面。利用广义逆方法对两条剖面进行重力和磁力反演,结合其它地震等地球物理及地质资料,对剖面的地壳结构进行了综合研究,给出了相应的地质解释．在此基础上,对东海陆架盆地、冲绳海槽盆地的成因与性质,以及应力作用情况进行了探讨,认为冲绳海槽地壳的纵向结构是一种“二元结构”;沟—弧—盆受的主应力方向为NW向;该区平面上地质地球物理现象的分块分带与纵向上的二元构成根本原因与菲律宾海板块和欧亚板块聚敛俯冲方向有关,还与两板块接触部位形状有关．     

应用重力资料估算东海冲绳海槽地壳厚度

利用东海地区的重力资料,并参考在该地区进行的地震测深结果,应用线性公式估算了研究区的地壳厚度,分析了研究区地壳结构特征,根据与中国东部地球物理场、地壳结构的对比,指出东海大陆架地区应是中国大陆的自然延伸.对冲绳海槽的地壳性质进行了探讨,指出冲绳海槽应该为东海大陆架的自然终结.     

末次冰期东海陆架平原上的长江古河道

根据高分辨率浅地层剖面探测资料, 划分出虎皮礁凸起东南部浙东-西湖凹陷区末次冰期古河道体系.古河道充填沉积体的分布表明, 在末次冰期低海面时期, 长江主要途经长江凹陷进入外部陆架低地平原, 由于平缓地形的缓冲作用, 流入冲绳海槽的大型古河道难以发育, 但对低海面时期冲绳海槽北部的淡化起到了重要作用. 进一步分析认为, 在长江口外有6条大型古河道系统(A~F), 是末次冰期长江在东海陆架平原上的主要流路, 古河道分布与现在海底带状高地形有对应关系.     

东海地区新构造运动研究

文中涉及的东海地区主要包括东海大陆架和冲绳海槽。该区的地质构造基本属于中国东部大陆向海域延伸的部分,新生代发育东海陆架盆地、钓鱼岛隆褶带和冲绳海槽盆地。由于东海位于大陆板块及其与菲律宾海板块接合的地带,中新世中期以来的新构造运动及其产生的地质构造具有独特性和复杂性。在充分解读前人有关资料和研究成果的基础上,从构造地貌、地质构造、岩浆活动和地震活动性等方面,对东海地区新构造运动的特征进行了较为系统而深入的分析研究,并在此基础上探讨了该区新构造运动的动力条件,取得了一些初步认识。东海地区新构造运动开始于中新世中期,构造应力作用由原先左旋剪切拉张转为左旋剪切挤压;区内新构造运动性质具有非一致性,东海陆架盆地表现整体微向SE倾斜下沉活动,冲绳海槽为主动机制的地壳拉张裂陷运动,钓鱼岛褶皱带具侧向挤压拱曲隆升活动;活动断裂以NNE和NE向为主,基本分布在东海陆架盆地以东地区,尤其是冲绳海槽;岩浆作用和地震活动也主要分布在东海陆架盆地东边,特别是冲绳海槽;东海地区的新构造运动,是菲律宾海板块往东海陆架之下俯冲导致弧后地幔隆起,引起冲绳海槽NWSE向扩张,及与青藏高原东边地块被侧向挤出推动华南地块往东南运动共同作用的结果。     

东海的来历

东海是中国东部的大型边缘海,具有复杂的陆架盆地、特殊的沉积构成,以及西太平洋陆缘典型的沟-弧-盆构造体系,记录了大量大陆边缘演化、盆地形成和环境气候演变的信息.研究表明,在晚白垩世之前,华南大陆以东并无东海,而是古太平洋相伴.晚白垩世之后原始的东海开始形成,其后漫长的地质历史时期先后经历了晚白垩世至早始新世的被动陆缘阶段,以及中始新世以来的太平洋板块和菲律宾海板块两期俯冲和弧后扩张,奠定了现今东海西部为水深小的宽陆架,东部为水深较大的冲绳海槽的构造格局.现代的东海是在末次冰期(1 5 k a B P)之后形成的,海平面的变迁塑造了现代东海的海底地貌.     

南海北部东沙海底冲蚀河谷及其成因探讨

对覆盖南海北部东沙区的50多条多道地震剖面进行了解释.通过剖面解释,发现东沙隆起后,南海北部海底地形发生了较大变化.这其中包括东沙岛在陆架坡折处的隆起,以及沉积地层以较大的幅度向上翘起.向上翘起的地层在很大的范围内遭受海底剥蚀.在东沙隆起区的北侧,海底发育下切沟.本文解释为现代海底在更强烈的剥蚀条件下形成的海底冲蚀地形,称为海底冲蚀沟.海底冲蚀沟分布于东沙岛的北侧,大致与陆架坡折线,以及600m等深线相平行,其宽度一般在20km左右,NE-SW向长度可达200km,本文称为东沙海底冲蚀河谷.无论是冬季还是夏季,东沙岛以北的吕宋海峡都有黑潮分支从太平洋贯入南海.这一黑潮分支在冬季演化为太平洋-印度洋贯通流,在夏季演化为吕宋海峡次表层流.东沙海底冲蚀谷的分布与太平洋-印度洋贯通流,以及吕宋海峡次表层流的位置完全一致.本文认为,黑潮分支在遇到南海北部陆坡的阻挡后,黑潮水体由陆坡向陆架堆积,并因水深变浅,水体通过空间变小而使流速加大,从而有能力对海底产生剥蚀.东沙区海底地层的剥蚀,以及东沙海底冲蚀谷的发育都是黑潮分支在东沙陆架区形成的强底流和海底长期耦合作用的结果.     

由反射和广角地震数据得到的冲绳海槽最南端的地质构造

在冲绳海槽进行的天然地震实验期间,用海底地震仪记录到了两条反射剖面的数据。这两条剖面上均用3台海底地震仪,长度都约为65km,位于冲绳海槽轴线的西南部。对这些反射地震数据的处理反映了沉积单元的最新改变。两条剖面的广角地震数据的正演模拟揭示出有1～2km厚的沉积层上覆在声学基底之上,其特征是地震波速在3.2km/s～3.5km/s之间。只有一个剖面可以模拟地壳厚度,并确定为10km左右,向着南部的琉球岛弧方向增厚。使用重力模拟对两条剖面都进行了附加的约束,特别是对剖面1的深部构造进行了约束。     

东海重磁地震综合探测剖面研究

依据东海南部一条自东海陆架直至菲律宾海盆的重磁地震综合探测剖面,采用地壳结构重磁地震综合反演解释系统开展岩石圈结构的综合研究,制作了岩石圈结构地学断面图. 结果表明基隆凹陷为一中新生代沉积凹陷,沉积厚度达到14km;冲绳海槽盆地为弧后扩张地堑型盆地,地壳厚度仅为14.5km;菲律宾板块沿北西西方向向欧亚板块俯冲,莫霍面急剧下插,导致冲绳海槽的形成与发展;岩石圈厚度约为80km,但在370km处仅为53km,在450km至540km处岩石圈厚度大于100km.     

冲绳海槽南部基底构造特征

利用最新的重磁数据对冲绳海槽南部的基底构造进行了推断解释,研究表明,在冲绳海槽南部,莫霍面构造为一南北两端高,中间低的鞍状构造,地壳厚度在15.5~21 km之间变化.基底深度一般在4~6 km之间变化,表现为南段深度大,北段深度小,在北西向断裂系的作用下,基底局部构造大都成北西向展布,说明冲绳海槽早期的北东向带状构造受到了后期的北西向构造活动的强烈改造作用.在冲绳海槽南部发育有两条沿北北东向展布的火成岩带,一条分布在冲绳海槽扩张轴以东及琉球岛弧西侧下坡;另一条分布在冲绳海槽与琉球岛弧隆褶带的结合部位,火成岩主要是由北东向构造活动产生的,而与北西向断裂关系不密切.     

海啸在冲绳海槽和东海浅水大陆架地形上产生和传播的数值模拟

运用数值模拟的方法对在冲绳海槽产生9.0级地震,并引发海啸的过程和海啸波在东海浅水大陆架地形上的传播过程进行研究.模拟的结果表明,数值模拟产生的波浪符合海啸波的特点,东海浅水大陆架适合海啸波的传播.     

冲绳海槽地震海啸的数值试验研究

在分析东海水深与地震情况基础上,我们认为冲绳海槽地震具有引发海啸的条件,并对该区海啸传播过程采用单侧破裂方式的有限移动源模型和高阶Boussinesq方程做了一维有限差分法数值模拟,给出了海啸传播过程波形和速度变化图.我们从模拟结果得到初步结论:冲绳海槽特大地震海啸传播到上海近海在5小时后,近海波高在几十厘米范围内.     

台湾峡谷的成因及其对沉积的控制

台湾浅滩陆坡处于被动大陆边缘环境,发育众多的海底峡谷,其中台湾峡谷的走向与沿陆坡向下的侵蚀沟壑明显不同,呈近45°相交;在峡谷的下部又出现一次明显的转向,随后平行于陆坡自西向东延伸,最终汇入马尼拉海沟.本次研究利用多波速水深数据、高分辨地震资料和沉积柱状样,描述了台湾峡谷的地形地貌特征,初步讨论了峡谷的成因及其对沉积的控制作用.台湾峡谷的地形、地貌和沉积特征具有分段性:上段以侵蚀作用为主,呈V形下切,广泛发育滑动、滑塌等重力流类型;中段以侵蚀-沉积过渡作用为主,呈U形,发育内堤岸;下段以沉积作用为主,发育沉积物波,底流对峡谷内部沉积物有明显的改造(reworked sand).台湾峡谷的形成演化与沉积物供给、重力滑动(滑塌)、断裂活动和海底刺穿密切相关:(1)由于陆源碎屑物质供应较充足,陆架边缘沉积物不断向海方向推进,在前缘形成滑动、滑塌,为峡谷的形成提供了动力;(2)断裂活动导致地层破碎,重力流优先侵蚀较脆弱的地层,使峡谷的延伸方向与周边侵蚀沟壑呈明显斜交;(3)海底刺穿形成海山,由于海山的阻挡作用,峡谷的下段转为近东西走向,同时大量沉积物在拐弯处溢流出来形成沉积物波.     

冲绳海槽北部基底构造特征

利用最新的重磁数据对冲绳海槽北部的基底构造进行了推断解释.研究表明,在海槽内部主要发育两条火山带,一条为著名的吐噶喇火山链,由一系列活动的或休眠的串珠状展布的活火山岛构成;另一条沿海槽中央张裂轴分布,主要由孤立的海底火山构成.冲绳海槽的基底具有沿东西向凹－凸－凹相间的构造格局,深度在1 km~8 km之间变化,受吐葛喇断裂带的北部断裂F1的作用,第三系基底构造发生了显著变化,说明吐葛喇断裂带的北部断裂F1是一条构造转换带.莫霍面为一北北东向的向东倾伏的幔坡,地壳厚度由21 km减至18 km.     

中国东部大陆与东海海域地质构造的相关性分析

分析了中国大陆东部地区和东海海域地球物理场、大地构造、地球动力学特征．根据分析得出;东海海域的重磁场特征与中国大陆重磁场特征密切相关．分布趋势与走向均与大陆边缘重磁场相同,是大陆地球物理场向海域的延伸．东海陆架盆地地区具有大陆地球物理场特征．东海东部边缘、海槽具有大陆边缘地球物理场特征．根据研究区的重磁资料计算了该区莫霍、居里界面深度与分布．地壳结构特征表明：莫霍界面在中国东部的主要走向为NE—NNE向,与东海莫霍界面的走向基本一致,说明是大陆地壳向海域的延伸．在冲绳海槽以东海域,地壳厚度由十几公里迅速减薄到几公里,表明地壳由过渡壳向洋壳的转变．因此;中绳海槽应该是大陆地壳的自然终结．中国大陆东部居里界面的差异,反映了地壳结构的不同。陆区及陆架区的磁场特征主要反映了上地壳的磁性结构,相应的也形成了不同的磁场特征与居里界面特征．地球动力学特征表明：东海海域地球动力学特征与中国东部大陆地球动力学特征关系密切,这一地区是欧亚板块与菲律宾海板块的结合地带．构造活动十分强烈．是研究中国大陆及其邻域构造运动,进行地球动力学特征分析的极为有利、重要的地区．     

东沙海底峡谷的地貌沉积特征及成因

东沙海底峡谷是南海东北部峡谷群中最西边的一条大型峡谷,其研究对于深入理解晚新生代南海东北部峡谷群的成因、沉积输移机理、台西南前陆盆地及台湾造山带的演化等具有重要意义.综合利用多道反射地震和多波束海底测深数据,研究东沙海底峡谷的地貌、沉积特征及成因.结果表明,东沙海底峡谷是一条陆坡限定型峡谷,它发源于东沙群岛东部上陆坡区,自NWW往SEE方向于水深3000 m处汇入台湾浅滩南峡谷,全长约190 km,平均宽度10 km.根据地震层序分析,在峡谷充填沉积物中识别出了11个层序界面,解释为峡谷的古下切侵蚀面.地震相分析表明,该峡谷及有关沉积主要表现为平行上超充填、杂乱充填、丘状发散和迁移波状等地震相类型,分别解释为浊流或其他重力流沉积与半远洋沉积的交互、滑坡或碎屑流及峡谷底部滞留沉积、浊流溢流形成的天然堤,以及发育于天然堤或峡谷口外海底扇上的沉积波.ODP1144孔合成记录层位标定表明,东沙海底峡谷的发育大致始于中更新世约0.90 Ma.东沙海底峡谷最先形成于现今峡谷中游的上段,随着浊流或其他重力流不断的下切侵蚀,峡谷顺陆坡而下逐渐向海盆方向延伸,同时在溯源侵蚀作用下逆坡向陆架破折带方向延伸至现今峡谷头部.上述11个地震层序界面的年代大致可以与全球低海平面期进行对比,表明海平面变化是控制东沙海底峡谷多期下切-充填的重要因素.综合分析认为,东沙海底峡谷的成因与台湾隆升及台西南前陆盆地的发育这一大的区域构造背景有关,但没有证据表明东沙海底峡谷的形成与断裂、岩浆活动等存在直接联系.陆坡重力搬运过程(包括滑坡及浊流)对东沙海底峡谷的形成演化具有重要影响.     

东海海域潜在地震海啸的数值模拟初步研究

针对东海冲绳海槽地区的地震地质背景,对东海海域潜在的地震海啸进行了预研究. 假设了冲绳海槽在发生8.5级大地震,断层错距高达15 m的极端地震情况引发的海啸对中国东部沿海地区的影响. 初步数值模拟结果表明,该地震引发的海啸的最大初始波高为4.3 m,4小时左右传至浙江沿岸,近岸各处波高为1——2 m,其中局部地区波高为2.4 m;约7——8小时靠近上海海岸线（若震源在中冲绳海槽地区,海啸传到上海最快大约7小时）,近岸波高约为1 m. 近岸区域地形变化复杂,海岛密布,局部地形条件可能会很大地影响实际各地点海啸波高,加上海啸在岸边爬高及港湾效应,估计波高还会升高. 给出了冲绳海槽南、中、北部发生潜在地震海啸的传播等时图. 笔者在东海设置了3个地震及海啸监测站,基于海啸模拟结果绘制了监测站处的海啸随时间演化曲线,分析了预研究成果对海啸预警可能发挥的作用.      

冲绳海槽中南部18 ka以来的底栖有孔虫与底层水演化

根据冲绳海槽中部E017孔底栖有孔虫的定量分析, 结合浮游有孔虫氧碳同位素、AMS14C测年和前人在冲绳海槽南部的研究资料, 对18 cal. ka BP以来冲绳海槽中南部的底层水团演化进行了初步研究. 结果表明冲绳海槽中南部底栖有孔虫在9.2 cal. ka BP以前的冰期-冰消期以Bulimina aculeata (d’Orbigny), Uvigerina peregrina (Cushman), Hispid Uvigerina和Uvigerina dirupta (Todd)等为主. 在9.2 cal. ka BP以来的冰后期以Epistominella exigua (Brady), Pullenia bulloides (d’Orbigny), Cibicidoides hyalina (Hofker), Sphaeroidina bulloides (d’Orbigny)和Globocassidulina subglobosa (Brady)等为主. 底栖有孔虫堆积速率(BFAR)与生产力定量估算值及底栖有孔虫群落组成等一致反映冲绳海槽中南部冰期-冰消期表层古生产力和有机质通量高于冰后期, 并且在冰期-冰消期表层古生产力由海槽南部向中部逐渐增加, 可能与陆源营养物质的接收量差异有关. 脉冲式有机质输入的指示种E. exigua在9.2 cal. kaBP以后的大量出现可能反映冰后期河流季节性脉冲式注入较冰期-冰消期明显增强, 而且海槽中部接受河流季节性注入的强度可能大于南部. 底层水含氧量与流通状况的典型标志种分布特征显示冲绳海槽中南部冰期-冰消期的底层水流通状况较冰后期弱, 反映冰期西北太平洋中深层水演化没有对冲绳海槽中南部底层水团性质产生影响. 此外, 胶结壳底栖有孔虫的丰度变化和碳酸盐溶解作用表明18 cal. ka BP以来冲绳海槽的碳酸盐溶解作用逐渐增强, 其中9.2 cal. ka BP至今碳酸盐溶解作用急剧增加, 并于最近3 cal. ka BP左右形成现代的浅溶跃面.     

冲绳海槽中段火山岩系Sr和Nd同位素地球化学特征及其地质意义

冲绳海槽中段广泛发育基性至酸性火山岩岩石系列 .各类火山岩的平均Sr同位素87Sr/86Sr分别为 0 70 4749,0 70 5 0 6 2 ,0 70 8771,0 70 4840和 0 72 0 30 1;平均Nd同位素比值143 Nd/144 Nd分别为 0 5 12 82 0 ,0 5 12 6 73,0 5 12 413,0 5 12 72 9和0 5 12 0 34 .Sr,Nd同位素比值完全落在MORB岩浆和流纹质岩浆二端员混合的理论双曲线上 .推断冲绳海槽中段不同类型的火山岩是在海槽地壳形成和演化的不同阶段 ,MORB岩浆同化了早已存在的壳源物质而产生的流纹质部分熔体以不同比例与MORB混合而后喷发的产物 ,揭示了冲绳海槽正从大陆裂谷进入海底扩张阶段