渐新世以来南海北部陆坡区沉积演化及其对构造的响应

通过对南海北部陆坡下部ODP1148站位沉积物中陆源矿物组分的含量、堆积速率、粒度、石英氧同位素及石英扫描电镜的分析,探讨南海沉积演化及其构造响应.结果显示,根据综合指标的变化特征可将南海海盆的沉积演化划分为5个阶段:扩张初期 (34~28.5 Ma)、构造活动剧烈期(28.5~23 Ma)、构造活动减弱期(23~16.5 Ma)、热沉降期(16.5~3.5 Ma)和台湾隆升形成期(3.5 Ma~现今).其中28.5~23 Ma为物源转换期,陆源矿物组成和石英氧同位素值发生了明显改变,对应南海渐新世以来演化过程中构造活动最为活跃的时期.在此之前的渐新世南海扩张初期,研究区的沉积物主要来源于南部(很可能来自巴拉望陆块);随着南海的不断扩张,尤其是南海扩张轴在25~23 Ma发生向南跳跃后,南部巴拉望陆块不断远去,而此时由于青藏高原隆升导致的区域地貌变化还没有波及到云贵高原和华南地区,珠江等大河尚未发育,因此研究区以北的华南大陆的影响还很小或根本没有影响到研究区,结果陆源矿物沉积速率极低.随后由于青藏高原隆升的高度不断增加,河流发育,溯源侵蚀增加,华南内陆古老的沉积岩区成为南海北部主要物源区,南海北部转为以远源沉积为主,直到3.5 Ma前后由于台湾岛的抬升,大量物质进入南海北部,成为主要物源.物源转换期间在南海不断扩张的构造运动背景下由于物源供应匮乏,加上海平面的上升和较强的底流作用导致了ODP1148站位渐新世晚期的沉积间断.     

渐新世以来的南海沉积量及其分布

对南海张裂以来从渐新世到现代的沉积量进行统计, 进而探讨南海作为边缘海盆地在沉积物分布宏观格局上的特色及其演变过程. 在前渐新世基底之上, 南海海盆接受了1.44×10¹⁶ t的沉积, 其中渐新世的沉积总量最多, 堆积速率最高. 南海沉积物主要堆积在陆架和陆坡上的沉积盆地中, 海盆内无大型深海扇发育, 明显不同于开放大洋, 也不同于小型西太平洋边缘海弧后盆地. 南海沉积物分布格局的形成, 区域性构造运动和全球性气候变化等因素起着显著的控制 作用.     

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.     

南海中部和北部地壳性质的探讨

本文主要根据1980年中、美联合调查南海时所获得的声纳浮标测量结果,探讨中国南海中部和北部各个地貌单元上的地壳结构、性质以及新生代的发展简史。     

华北平原北部全新世沉积中某些元素的分布规律

本文根据钻孔岩芯化学分析资料,研究了华北平原北部全新世沉积地层中化学元素Fe、Mn、Ca、Mg、Cu、Ni、Zn、B等以及CaCO_3的分布,它们的迁移和积累受制于气候条件,沉积环境以及海洋等多种因素的控制。在全新世早、中、晚三个沉积阶段中,元素Ca、Mg以及CaCO_3的含量具有高—低—高的分布特征,而元素Fe、Mu、Cu、Ni、Zn和B则表现出低—高—低的变化趋势     

南海中部和北部地壳性质的探讨

本文主要根据1980年中、美联合调查南海时所获得的声纳浮标测量结果,探讨中国南海中部和北部各个地貌单元上的地壳结构、性质以及新生代的发展简史。     

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.     

南海北部区域构造和陆壳向洋壳的转化

1.海底扩张和陆壳大洋化,均能形成洋壳。陆壳转化为过渡壳是大洋化的必经阶段。 2.航磁测区内的中央海盆,具有类似于大洋中海底扩张形成的对称磁异常条带。 3.在西沙北裂谷、莺歌海裂谷型拗陷,以及属于断陷盆地性质的珠一、珠二拗陷等地,有沿着断裂上升的类似于洋壳成分的地幔物质喷溢或在地壳上层侵位,那里的地壳都有不同程度的减薄,属于过渡型地壳。西沙北裂谷的“莫霍面”,比相邻的南北两侧高出约10公里。 4.在南海北部发生多中心微型扩张和大洋化。     

南海陆坡高速堆积体的物质来源

自1.05 Ma以来, 发育于东沙群岛东南侧的沉积堆积体沉积速率高达49 cm/ka. 尽管在不同时期其沉积速率略有改变, 陆源物质中的稀土等元素含量则基本保持一致, 表明本地区沉积物源区在不同时期没有大的改变. 在La-Th-Sc以及Th-Sc-Zr/10构造环境分析图中, 本区样品均落入大陆岛弧的范畴, 与台湾样品相重合, 而与以火山岛弧物质来源为特征的南海深海表层样品及代表珠江来源的冰后期沉积物样品明显不同, 表明其和台湾西南部样品在物质来源上具有密切的亲缘关系. 证据表明, 构成南海北部陆坡高沉积速率堆积体的陆源物质应当来自东北方向, 包括台湾, 极有可能由源自台湾方向的河流经澎湖水道搬运进南海, 揭示了南海北部深海沉积来源的复杂性.     

南海北部区域构造和陆壳向洋壳的转化

1.海底扩张和陆壳大洋化,均能形成洋壳。陆壳转化为过渡壳是大洋化的必经阶段。 2.航磁测区内的中央海盆,具有类似于大洋中海底扩张形成的对称磁异常条带。 3.在西沙北裂谷、莺歌海裂谷型拗陷,以及属于断陷盆地性质的珠一、珠二拗陷等地,有沿着断裂上升的类似于洋壳成分的地幔物质喷溢或在地壳上层侵位,那里的地壳都有不同程度的减薄,属于过渡型地壳。西沙北裂谷的“莫霍面”,比相邻的南北两侧高出约10公里。 4.在南海北部发生多中心微型扩张和大洋化。     

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.     

南海北部陆坡块体搬运沉积体系的地震响应与成因机制

块体搬运沉积体系是一种重力作用下形成的深水沉积体系,在全球大陆边缘沉积体系中扮演着重要角色.块体搬运沉积作用不仅造成危害极大的深水地质灾害,而且与海洋天然气水合物和深水油气的形成过程与富集有密切联系.根据新获得的海底地形地貌资料和地震资料,揭示了块体搬运沉积体系识别特征,明确了其分布范围.这些块体搬运沉积体系具有明显的滑坡形态和沉积构造;头部表现张性断裂构造,内部有旋转断块和流动构造,趾部表现为挤压和逆冲构造.块体搬运沉积体系表现出不同的成因类型.通过白云凹陷天然气水合物的分布模式和白云块体搬运沉积体系有限元数值模拟研究,认为白云块体搬运沉积体系与天然气水合物分解密切相关,进一步给出6种水合物分解模型情况下海底稳定性的安全因子,随着水合物分解量的增加,斜坡的稳定性逐渐减弱,当水合物的分解达到一定数量时,就会发育海底块体搬运沉积体系.     

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.     

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。