西沙海域生物礁地球物理特征及油气勘探前景

生物礁是指由造礁生物营造的碳酸盐岩有机建造.生物礁油气藏具有储量大、产量高的特点,是全球重要油气藏类型,也是南海主要勘探对象之一.西沙海域位于南海北部,前人研究成果表明该区自中新世以来具有良好的成礁环境,生物礁大规模发育.本文在西沙海域地质背景进行分析的基础上,以地震资料为基础,以一个典型生物礁为例,综合分析了该区生物礁的地球物理响应特征.首先,生物礁具有典型的地震反射特征:丘状外形、顶界面为强振幅连续反射、底界面连续性变差、内部反射杂乱、两侧有上超、上覆地层披覆;其次阐述了生物礁具有的其它4个地球物理特征:较高的层度速、较的高波阻抗、无明显重力异常、低磁力异常.最后简要分析了西沙海域生物礁的油气地质条件,推测该区生物礁具有较好的油气资源前景,特别是临近生烃凹陷生物礁油气成藏条件最有利.     

西沙海域内潮与近惯性内波的相互作用

通过使用西沙海域锚定潜标的测流数据,分析了距浣熊台风路径100 km处海流受浣熊台风影响前后的动能谱、旋转谱和流剪切谱,从而阐明近惯性波,以及近惯性波与全日内潮波的相互作用机制.台风浣熊之后所引起的近惯性波主要在上250 m较强,其能量是普通风场所引起的40倍.近惯性波的能量向下传播至450 m左右,与此同时,强的近惯性流的剪切驱动着惯性波与全日内潮波之间的相互作用,从而产生强的近惯性波与全日内波的耦合波(f+D1).此三波耦合机制为Davies的波波相互作用理论提供了观测依据,同时,近惯性内波与全日内潮波之间的非线性相互作用,揭示了南海近惯性波能量耗散的一种机制.     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏演化分析研究

南海北部陆坡具备天然气水合物成藏的基本地质条件,神狐海域天然气水合物是当前我国海洋天然气水合物勘探开发研究的重点靶区.然而,神狐海域水合物集中分布在水合物稳定带的底部薄层中,饱和度高,其水合物特征与典型的低甲烷通量控制的水合物分布有很大差异,对其成藏机理和控制因素尚不明确.本文构建了针对神狐水合物成藏过程的一维动力学模型,模型包括沉积压实作用、甲烷溶解度、以及水合物生成和沉积体渗透率,模拟计算的主控参量为海底沉积速率和水流通量,在孔隙水中甲烷浓度一定的情况下,水流速率决定了溶解甲烷的迁移速率和稳定带中甲烷的供给速率,并以此模型计算了神狐海域水合物聚集成藏的动力学过程.模型讨论了特定沉积速率和水流通量条件下水合物成藏与分布特征,并与实际观测数据进行比较研究.研究发现,基于当前沉积速率和水流通量条件模拟的水合物形成演化过程,与神狐海域实际水合物分布特征存在很大差异,但在假定系统中水合物饱和度初值达16~20%时,模拟的水合物饱和度分布特征与观测数据吻合,并因此推测在早期地质历史上,神狐海域存在更加丰富的甲烷水合物,当前的水合物分布特征是在对早期水合物继承基础上发展而成的,而且神狐海域水合物含量正逐渐减少.     

东菲律宾海晚中新世末期以来古海洋环境演化的新型铁锰结壳记录

通过对东菲律宾海新型深水铁锰结壳典型样品显微结构构造、地球化学、铀系和铍同位素年代学的系统研究, 恢复了该海区晚中新世末期以来的古海洋环境演化. 该区结壳的垂直剖面结构构造和化学组成的变化相一致, 指示了结壳的3个主要生长阶段及其对应的古海洋环境演化.晚中新世末期(5.6 Ma)底部壳层开始生长, 壳层结构疏松且具有较高的碎屑含量和生长速率; 成矿元素含量、生长速率和铈正异常程度在4.6 Ma处的降低表明了此时气候的转暖, 开始不利于壳层生长, 并最终在中上新世末期(2.8~2.7 Ma)形成壳层生长间断. 晚上新世时(2.7 Ma)南极底流活动性的再次增强, 有利于向高纯顶部致密壳层的快速转型. 此后, 随着火山物源的进一步远离和陆源风尘物质的继续增加(1.0 Ma), 尽管周边环境依然有利, 壳层成矿元素含量却表现出明显的降低趋势. 该结壳为研究区晚中新世末期以来不甚明了的古海洋学研究提供了新的载体和资料.     

中沙海域的广角与多道地震探测

由于浅滩和暗礁广布,中沙海域（环礁区）长期以来处在南海地震探测的空白区域.为了揭示该区域的地壳结构及地层-构造特征,进而全面刻画南海陆缘新生代伸展过程,我们首次在中沙及其邻近海域完成了1条广角地震测线OBS2017-2和4条多道地震测线的数据采集.对得到的海底地震仪（OBS）数据进行了格式转换、位置校正等初步处理,识别了来自地壳深部的震相并对中沙环礁地壳结构进行了正演模拟;对穿过中沙环礁的多道地震剖面进行了地层-构造解释,共划分出6套地层.OBS2017-2测线处理结果显示,其数据质量良好,深部震相清晰,且位于环礁内的台站震相延伸较长,可达100 km以上.中沙环礁地壳性质为轻微减薄的坚硬大陆块体,厚度约为25 km左右.多道地震剖面显示,环礁之上沉积层厚度较薄,除环礁西南部存在一条基底断裂——"排洪-美溪断裂"外,基本不存在其他构造-岩浆活动.而在环礁坡脚周缘,有广泛的岩浆侵入和喷出体的存在.中沙环礁上较薄的上地壳厚度和沉积特征指示了该区域可能在古新世时期经历的强烈暴露剥蚀作用.中沙海域最新开展的广角和多道地震探测填补了南海地质地球物理研究的空白,为解读该区的构造-沉积演化提供了数据基础.     

中心地等级体系的演化模型

作为地理学两大理论基石之一的中心地学说,因其无法提供确定的时空参数条件,及其在演化过程模式上的缺失,致使其他空间结构模型无法与之对接,也导致完整的区域空间结构理论体系构建上的困难.本文深入解析了不同等级中心地产生与演化的过程机理,构建了中心地等级体系的演化模型,推导分析和模拟结果显示中心地等级体系的产生与演化可分为萌芽期、成形期、完善期、成熟期和提升期5个阶段.受空间区位和中心性影响,中心地规模结构和功能结构存在显著不同,不仅同一级中心地规模可以存在很大的差异,甚至低等级中心地规模可以超过高一级中心地,而位于中央位置的中心地最终可形成中心地集聚区.研究表明基于均质平原假设条件,不仅可以形成均衡性的中心地功能结构,同时还可衍生出不均衡的中心地规模结构,从而完成了从纯理论的空间均衡模式的推导向不均衡的现实模式的解释和论证的转变.     

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.     

南海东部现时地壳运动、震源机制及晚中新世以来的板块相互作用

南海东部的板块汇聚带是了解南海和菲律宾海晚中新世以来构造演化的一个重要窗口.针对这一区域地壳运动的研究,获得了该区内微块体的现时地壳运动特征及其动力机制,在此基础上结合俯冲板片形态和震源机制资料提出了该区晚中新世以来的板块汇聚作用特征.研究发现:晚中新世晚期,菲律宾海板块西缘在南、北部的西向运动均受到限制的情况下,位于中间区域的吕宋岛北部则由于其西侧相对自由而继续往NW方向运动.该过程中,菲律宾大断裂等汇聚带内部的走滑断裂对于协调不同块体之间的地壳运动速度差异有着重要作用.受南、北阻挡的影响,中间部分的西向运动速率呈现出中间大(吕宋岛北部)两端小的特征.因而北吕宋西侧的马尼拉海沟也以相对于南部更快的速率不断向NW迁移.然而俯冲的南海岩石圈受其下方SE向地幔流的影响,未能发生相应的俯冲板片后撤,而是在两板块之间的直接接触面形成强烈推挤并发生反向弯曲.结合这一板块作用特征认为,马尼拉海沟现今的构造形迹是在上述背景下北段多次向NW方向变迁形成的,而双火山弧的形成则主要是由菲律宾海板块在吕宋岛弧南、北部的西向运动速率差异引起的.     

甘肃北山地区晚第四纪构造变形特征及演化趋势

通过对甘肃北山地区ETM影像的细致分析和初步野外考察,对北山地区晚第四纪以来断裂活动时代和运动性质进行了研究。结合附近地区天山构造带、青藏高原北部边缘断裂的演化过程和区域构造应力场状态,对北山地区晚第四纪以来变形机制和演化趋势进行了研究。认为北山地区现今构造格局是在印度板块与欧亚板块相碰撞形成的北东向挤压构造应力场的作用下,重新激活东西向的晚古生代、中生代断裂,并产生北东向新生断裂而形成。晚第四纪以来,北山地区构造变形以南北向缩短为主,伴随有东西向伸展。随着印度板块的向北运移,北山地区的构造变形将进一步增强,即南北向缩短和东西向的扩展将进一步增强。     

南海北部陆坡神狐海域天然气水合物成藏的流体运移体系

通过新近纪断裂体系和底辟构造特征综合分析认为,底辟构造、高角度的断裂和垂向裂隙系统构成了南海北部神狐海域天然气水合物成藏的主要流体运移体系.神狐海域断层发育,可分为晚中新世活动的NW(NNW)向断层和上新世以来活动的NE(NNE)断层两组.NE向断层活动强度小,规模大,从下至上切穿上新世以来沉积层,组成高角度断裂和垂向裂隙系统.底辟构造在地震剖面上呈直立的、上小下大的烟囱状通道,局部横向扩张呈囊状、花状,形成大型的反射模糊带.底辟构造的发育在上覆沉积层产生了树枝状、似花状组合形态的高角度断裂和垂向裂隙系统,构成了良好的流体运移通道和疏导体系.当富含甲烷气体的流体通过底辟构造、断裂及裂隙系统垂向或侧向运移时,在合适的温压条件下形成天然气水合物.     

天然气水合物体系动态演化研究(Ⅲ):水合物的产生、聚集和分解

从天然气水合物的产生、聚集和分解，分析天然气水合物的动态演化过程，沉积压实、地温梯度、构造运动以及深部流体对水合物产生的效率起决定作用，根据流体的运移和天然气水合物在水合物稳定带中的分布状况，天然气水合物的聚集可以分为构造聚集、地层聚集和混合聚集三种模式，当由于各种原因引起海底温压条件变化时，天然气水合物会发生分解，水合物也会在水体中上浮，在这个过程中，水合物的分解速率能高出其溶解速率二至三个数量级，海底泥火山、甲烷气柱、甲烷气裂缝、双似海底反射等大量的证据，都有助于揭示天然气水合物体系的动态演化的特征，弄清楚天然气水合物的动态演化过程对于我们未来对这种潜在能源的开发利用，并分析其在全球变化、碳循环以及海底滑坡中所起的作用有着相当重要的意义。     

南海东沙海域网状沙丘的发现及其成因探讨

基于多波束测深和高分辨率多道反射地震数据,以及遥感资料研究南海北部东沙海域深水沙丘,总结底形形态分布特征,分析其水动力成因.按照空间分布形态将沙丘分为平行沙丘、波状沙丘和网状沙丘,本文首次发现水下网状沙丘,重点讨论网状沙丘的特征分布和形成机制.网状沙丘发育在东沙环礁东北部水深约352~420 m之间,研究发现其延伸方向共有三个走向：NS、NE-SW和EW,前两个方向为西向传播的内波所致,而最后一个则很有可能是由洋盆西向传播的内波遇到东沙环礁后形成衍射,向北传播的内波引起了向南的近海底底流,冲刷海底底层,剥蚀出足够的沉积物颗粒,从而形成EW走向的水下沙丘.值得一提的是,在多边形网状沙丘的上方,反射地震剖面揭示水层中发育与下方沙丘相当波长的高频震荡内波,并且在遥感资料上也发现相关的衍射和内波干涉区域,而内波干涉很有可能导致高频震荡,从而形成网状沙丘.本研究丰富了水下沙丘形态类型,探讨了新型水下沙丘的形成机制,在陆坡底沙运动及工程应用中具有重要的价值.

     

西沙海域上新统—全新统高伽马地层的发现及地质分析

高伽马地层是指比泥岩层伽马值相当或更高的地层,主要有四种成因:与同沉积火山事件有关、黏土类型和含量的变化、含有放射性强的特殊矿物和注水开发造成的放射性污染等,对其研究对深化地质评价有帮助.本文根据最新钻井资料首次在西沙海域识别出高伽马地层,并结合高品质三维地震资料对其展布和成因进行研究.高伽马地层纵向上有两套,伽马均值140～174 API,比上覆和下伏泥岩层高出约40%～74%;平面上层段1仅在W2井区发育,层段2两口井均发育且可对比,向W1井方向厚度和伽马值均增加.从三个方面进行成因分析:首先,对钻头尺寸、接单根和钻井参数等分析,可排除钻井工程因素.其次,经钻井液性质和井径等分析可排除随钻伽马测量方面因素.再次,通过地质分析表明高伽马地层是由火山活动引起,主要有五个依据:(1)国内大量实际资料表明中性-酸性火成岩具有高伽马特征;(2)处于拉张环境的南海北部大陆边缘火山活动频繁,基性和中-酸性火成岩都发育;(3)南海北部钻遇的中-酸性火成岩具有高伽马特征;(4)海岛钻井等4类资料均证实西沙海域晚期火山活动较频繁;(5)地层高放射性物质来自邻近的火山岛.     

南海南部海域中中新世(T3界面)构造变革界面地震反射特征及构造含义

南海南部海域油气资源丰富,由于盆地沉积厚度大、沉积相横向变化快和构造演化复杂等原因,致使该海域新生代地层的划分方案差异大,地层时代的认识也存在较大分歧,这极大地制约了对盆地油气资源评价的正确认识.本文在总结国内外不同分层方案基础上,通过收集国外在南海南部深水区两口关键钻井的资料,开展曾母和北康两盆地重处理二维地震剖面的构造-地层解译,以及联井剖面的井震对比,重新识别和标定新生代重要构造变革面的地震反射特征.根据海域钻井、地层岩性、沉积环境、构造应力体系和古生物资料的综合对比研究,结合婆罗洲陆地测年结果和区域构造事件,重新厘定中中新世T₃构造变革面的发育时代,年龄为15～17 Ma,分析了该界面的构造含义,认为其是南海海底扩张停止的一个构造响应界面,在南海南部海域对应南沙运动,在北婆罗洲地区表现为沙巴造山运动.     

天然气水合物体系动态演化研究(Ⅰ):地质历史演变

1995年Dickens对55.5Ma前古新世末增温事件进行了研究,提出天然气水合物作为全球环境变化重要因子的假说.认为古新世末增温事件溶解无机碳-2～-3‰的13δC位移可以用水合物所含甲烷的释放与随后氧化成二氧化碳来解释.此后,地质历史演变中的天然气水合物演化研究蓬勃发展,本文总结古新世末增温事件、新元古代末期雪球事件、第四纪千年尺度事件等最新进展,为天然气水合物动态演化研究提供基础.开展天然气水合物-天然气体系动态演化过程数值模拟与特征分析,可望促进天然气水合物在全球变化与碳循环中作用的深入认识.     

空间和地下电流体系演化与地磁低点位移关系的研究

地磁场"日变化"是地球变化磁场的重要组成部分,是地球物理学地磁观测中的基本规律之一.起源于太阳辐射在电离层中产生的电流体系的影响,其中静日变化的规律性最强,它包含着空间和地球内部各种电磁过程丰富的信息.     

弹性能量半径演化谱及其在多自由度体系地震反应计算中的应用

目前用于结构抗震设计的反应谱仅能反映峰值反应,无法体现反应值随时间的变化。文中提出一种弹性能量半径演化谱,可反映线性单自由度体系弹性能量(即动能与弹性势能之和)随地震持时的变化,且其峰值近似等于结构峰值位移。文中给出了利用地震动演化功率谱得到该演化谱的方法并进一步发展了一种计算线性多自由度体系地震位移反应的新方法。通过两座框架结构的地震反应计算,将新方法与传统振型组合法及时程分析法的计算结果进行对比,发现对于振型稀疏结构,新方法计算结果与SRSS法接近;而对于振型密集结构,新方法计算结果较CQC法更精确,且避免了CQC法相关系数的复杂计算。     

中亚地区晚古生代腕足动物古生物地理与构造古地理的协同演化

在早泥盆世、早石炭世、晚石炭世、早二叠世、中二叠世等腕足动物古生物地理区划研究基础上,通过对比分析,揭示了中亚地区晚古生代腕足动物古生物地理与构造古地理的协同演化关系,既较为合理解释了此地此时腕足动物古生物地理形成的机制,又为此地此时洋、陆位置及其配置关系研究提供了依据.     

华南和华北陆块显生宙的古地磁及构造演化

本文采用给每个岩石单元的古地磁极以单位权的方法,对目前收集到的、并按一定可靠性判据选择出来的华南和华北陆块的古地磁数据,进行了统计分析,绘制了它们的显生宙视极移曲线。进而根据古地磁结果,分析了两大陆块显生宙的构造演化,着重探讨了它们的碰撞时限和拼合过程。