西永2井中新统铁白云岩空间变异特征及成因

西沙群岛新近纪以来广泛发育生物礁白云岩,在西永2井白云岩层段发现大量的铁白云石,关于该区的铁白云石研究较少。笔者主要通过X射线粉晶衍射数据,结合前人研究资料,对西永2井407～570 m白云岩-铁白云岩进行了分析。研究发现西沙群岛西永2井中新统铁白云岩主要集中在上中新统黄流组一段,其黄流组二段主要发育含铁白云岩。白云岩孔隙度分布与其铁白云石分布有较好的对应关系,孔隙度高的层位铁白云石分布更密集。从中新统白云石和铁白云石的晶胞参数可以得知,该区铁白云石和白云石的晶胞参数都较大,呈现出富钙铁的特征。西永2井白云岩-铁白云岩有序度受Fe2+的影响较大,Fe2+的加入使其有序度降低,因此有序度低的现象不能简单的认为是结晶速度快的准同生作用造成。西沙群岛晚中新世有大量火山活动的现象,岩浆热液提供了铁白云石形成所需要的Fe2+和热量来源。在成岩后期,孔隙性较好的黄流组一段受火山活动影响大,其热源及富Fe2+离子促使白云石向铁白云石转变,形成了大量的铁白云石;而孔隙性较差的黄流二组仅仅形成大量的含铁白云岩。     

南海西科1井致密白云岩特征及成岩环境

西科1井为南海区域揭示生物礁地层最全、取心最为完整的钻井。该井下中新统三亚组发育致密白云岩,其孔隙度为1.65%～16.4%,平均6.7%。渗透率极低,局部渗透率仅为（11.8～39）×10−3 μm2,平均渗透率<1×10−3 μm2。利用沉积岩石学、岩石孔渗物性特征和包裹体测试方法,分析了致密白云岩的成岩特征,讨论了其成岩演化条件。致密白云岩中的白云石以粉晶、细晶和泥晶为主,形态多为自形和半自形,晶形较好,具有雾心亮边构造,白云石晶体接触紧密。晶间孔细小,孔隙呈分隔状且互不连通,次生溶蚀孔不发育。三亚组致密白云岩形成于准同生成岩阶段和后生成岩阶段。频繁的海平面变化和沉积物暴露,导致多期的海水充注孔隙作用,加上高温高盐的古海洋和地层环境,为致密白云岩的形成创造了条件。     

西永2井铁白云岩Fe同位素地球化学性质及特征

白云岩发现于200多年前,至今仍然是地球科学研究前沿。西沙群岛白云岩研究超过35 a,发现铁白云岩10 a,属于研究热点。本文在西永2井前期铁白云岩测试研究基础之上,采集典型铁白云岩岩心样品,完成Fe同位素测试,通过对比多种地质储库Fe同位素特征,阐述定位该批测试数据的性质、特征和分析其母源,提出加强投入,与高尖石岛火山岩铁同位素测试结果地球化学特征朔源对比分析的建议。该项研究对于铁白云岩成因特征和机制研究具有重要价值。     

西沙西科1井元素地球化学特征与海平面升降的关系

以南海北部西沙群岛石岛碳酸盐岩台地为研究对象,对1268件碳酸盐岩样品进行全岩元素地球化学特征分析,并结合早中新世以来沉积学特征,研究其与海平面升降的响应关系。实验结果显示,该地区常量元素（Na2O/K2O、Na2O/SiO2、P2O5）及微量元素（B/Ga、Zr/Al、Li、V）分析的古盐度、古环境氧化还原状态和酸碱度及海平面变化,与岩石地层学和古生物学分析得到的结论基本一致,进而可应用于孤立海相碳酸盐岩台地的沉积层序划分;受限于复杂的白云岩化作用,Mg/Ca难以反映海平面变化。Na2O/K2O、Na2O/SiO2、P2O5 B/Ga、Zr/Al、Li、V等指标表明,早中新世初期三亚组水深逐渐加深,有利于生物礁的发育;中中新世早期梅山组二段海平面第1次达到最高值,礁盘随之扩大,形成较深水环境下的碳酸盐岩台地,以潟湖相和内侧滩相为主;随后水体于中中新世晚期梅山组一段逐渐变浅,持续至晚中新世早期黄流组二段,生物礁受淋滤剥蚀形成礁-滩相沉积;晚中新世晚期黄流组一段海平面再次持续上升,于上新世达到第2次最高值,直至更新世水深才逐渐变浅。     

南科1井第四系暴露面特征及其与海平面变化的关系*

珊瑚礁地层中的暴露面是海平面变化的忠实记录, 对地层层序的划分和研究珊瑚礁体的生长发育过程具有重要意义。本文基于手标本观察与薄片鉴定、碳氧同位素和矿物组成分析, 识别了南沙美济岛南科1井第四纪生物礁碳酸盐岩地层中的典型暴露面, 剖析了主要暴露面与海平面变化及珊瑚礁发育演化的关系。在南科1井(NK-1)第四纪地层中典型暴露面附近以出现大量溶蚀孔穴和红褐色或锈黄色钙质结核为特征, 其碳氧同位素偏负, 并富集Al、Th、Fe和稀土元素, 具有典型碳酸盐岩风化壳的特征。南科1井全新世礁体发育在晚更新世暴露面之上, AMS¹⁴C和U-Th年龄数据证实美济岛全新世珊瑚礁生长时段与南海其他珊瑚岛礁一致, 主要发育在8.2~4.7ka时期, 该时段海平面的缓慢上升为珊瑚礁连续垂向生长提供了有利环境。Sr同位素和古地磁年龄标定的南科1井更新世地层中的主要暴露面时代与南沙永暑礁和西沙群岛珊瑚礁地层中的暴露面时代基本一致, 主要暴露面对应于全球第四纪低海平面时期。     

西沙石岛西科1井深层致密白云岩岩相学特征再研究

石岛致密白云岩-铁白云岩发现6年,再研究聚焦于岩相学特征。针对西科1井致密白云岩层段完成最新采样,开展系统常规岩石薄片磨制和偏光显微镜和扫描电镜鉴定,提供了系列照片和鉴定分析的认识。确定偏光显微镜下深层白云岩岩相学显微特征,揭示了微晶—细晶—凝块泥晶白云石构成致密藻礁白云岩的特征,它们发育粉晶-细晶、凝块、生物结构。细晶白云石自形—半自形,雾心亮边,0.05～0.25 mm,多世代特征;生物碎屑是珊瑚藻和仙掌藻白云岩,2～3 mm,部分3～5 mm,少部分5～10 mm,生物体内部白云石多粉晶,生长或充填于生屑孔隙,藻体中白云石不规则状,0.3～0.5 mm,星散状、镶嵌状白云石包体,涉不透明矿物;发现块状、不规则状凝块泥晶白云石,部分凝块聚集在一起,凝块内部主要充填泥晶白云石和少量有机质,发育隐晶结构。多个深度白云石含量90%～95%或95%～100%,镜下无色,有时呈浑浊的灰色,闪突起显著,完全解理,高级白干涉色;部分含5%～10%细晶方解石,半自形,0.05～0.25 mm,星散状分布在白云石之间;粉晶方解石自形—半自形粒状,0.01～0.05 mm,镶嵌状分布于生屑边部或充填在生屑内部孔隙中;扫描电镜系统分析主要是针对致密白云岩样品进行,选取典型照片分析了白云石颗粒特征和充填特征,发现2类不同的充填样式,一种是细晶白云石间孔缝中的泥晶类充填露头,另一类是细晶白云石上泥晶类面积覆盖。     

Fe同位素研究现状及其在西沙群岛铁白云岩研究中的应用

铁是地球中含量最多分布最广的过渡金属元素之一,但针对Fe同位素的研究滞后。介绍了开始于TIMS,到MC-ICP-MS的Fe同位素测试技术,其重要研究进展与现状。指出Fe元素及Fe同位素在自然界中的组成、分布及在生物、非生物有机作用过程中分馏的特征;Fe同位素地球化学及在古海洋学、矿床学等地球科学领域的广泛应用,涉及铁硫化物、铁氧化物和铁碳酸盐矿物-菱铁矿成矿作用。后者目前被认为是碳酸盐岩铁白云岩成因研究的关键,通过铁白云岩中大量铁和重金属来源示踪研究,揭示西沙群岛孤立岛屿环境铁白云岩的成因特征和机制,属于白云岩问题研究重要内容,具有重要的意义。     

西沙中新世藻礁白云岩储层特征及成因模式

西琛1井中新世生物礁被认为是植物藻礁白云岩,但为一孔之见。基于西沙群岛两大环礁3个岛屿的3口晚中新世—中中新世钻井生物礁全取心岩心的资料,开展藻礁白云岩的储层对比及成因模式分析,证实白云岩在各自埋深、厚度等方面虽不一致但特征较为相近,均处于中新世,多属藻礁白云岩,对于理解西沙群岛新近纪生物礁的形成演化具有重要意义。其中,涉及白云岩3层,总厚724.65 m,通过常规岩石薄片、扫描电镜、X光粉晶衍射和物性测试分析发现,3口井的研究井段以藻礁白云岩为主,但深度不同;白云石矿物隐晶—粉晶—细晶状,发育粒间孔、藻架孔和生物体腔孔等原生孔隙和粒内溶孔、铸模孔、藻体溶孔及裂缝等次生孔隙;并在多个层段形成粒内溶孔—晶间孔—藻体溶孔组合;具有高孔、高渗显著特征,为有利油气储层。本段白云岩锶含量低,是新近纪全球冰川性海退事件的结果,构成混合水白云化作用机制。     

西沙群岛白云岩-铁白云岩空间变异的特征：来自地球化学的证据

成礁以来西沙群岛白云岩-铁白云岩大量发育,针对白云岩空间变异及成因演化的讨论具有重要意义。西科1井存在7层白云岩,对7层白云岩进行了划区处理,将7层白云岩层分为浅、中、深3类：<600 m为浅层（层一、层二、层三,合计厚度203 m）,600～1 000 m为中层（层四、层五、层六,合计厚度79 m）,>1 000 m为深层（层七,厚155 m）。通过对7层白云岩的主微量元素特征、成岩环境与成因模式及浅层、中层、深层白云岩地球化学数据之间的规律与差异的分析认为,西科1井白云岩受陆源物质影响小,高的SiO2可能来自西沙周缘火山地带。西沙地区白云岩成岩环境总的来讲属于氧化环境,但浅、中、深层成岩环境的氧化强度具有差异。西科1井白云岩的古盐度都较高,但层与层之间有着细微差异。西科1井白云岩锶含量总体偏低,受到淡水淋滤作用强烈,形成于古水深较浅的礁相台地环境,相比较而言,浅层受到大气淡水影响最强,中层次之,深层最弱。西沙白云岩成岩过程中受到高盐度海水、大气淡水和回流渗透作用等多种因素的影响。     

南沙群岛永暑礁区近百万年来的古气候变化——南永1井的锰含量分析

用锰含量的变化,将南永1井岩心划分为21个锰阶段,与洛川黄土、深海沉积物、柴达木盆地察尔汗盐湖的气候旋回进行对比,在布容、松山极性期界线(730ka)以上,存在9次气候旋回,锰含量相对高的奇数阶段代表相对湿热的气候环境,而偶数阶段代表相对干冷的气候。Mn/Ca和Cd/Ca比值的正异常段反映三期(Q_1,Q_2,Q_3)围区的火山活动影响。锰的变化反映全球性的气候事件和本地区的局部地质事件。     

2013年南沙群岛海域温跃层的季节变化及形成机理

利用调查数据及遥感数据揭示了2013年南沙群岛海域温跃层的季节变化特征,温跃层上界深度平均值春、夏、冬季基本一致,介于45~47 m之间,秋季最大,达60 m;温跃层厚度平均值夏、秋、冬季基本一致,介于85~87 m之间,春季相对较小,为78 m。温跃层强度平均值春、夏、秋、冬季几乎一致,介于0.13~0.15℃/m之间。调查海域温跃层上界深度季节变化的形成机理为:春季西深东浅的原因是西部受净热通量较小、大风速、负的风应力旋度以及中南半岛东部外海的中尺度暖涡和反气旋环流共同作用,东部近岸海域净热通量高值、风速相对较小及风应力旋度引起的Ekman抽吸效应共同控制;夏季深度分布较均匀的原因是10°N以北风致涡动混合强但受Ekman抽吸影响,10°N以南风致涡动混合弱但风应力旋度为负值;秋季深度较其他季节平均加深15 m的原因是南沙群岛海域被暖涡占据,暖涡引起的反气旋式环流使得温跃层上界深度被海水辐聚下压;冬季正的风应力旋度产生的Ekman抽吸和冷涡引起的气旋式环流共同作用,使得温跃层上界深度较秋季平均抬升15 m。     

西沙岛礁白云岩化特征与成因模式分析

关于碳酸盐岩的白云岩化作用至今仍是一个争论颇大的科学问题。在2012-2013年期间,中海石油（中国）有限公司湛江分公司在西沙石岛钻取了长达1 268.02 m的“西科1井”岩心,在0~1 257.52 m主要由碳酸盐岩组成的岩心中存在有7个白云岩层。本文基于西科1井岩心样品的矿物组成、常量、微量及稀土元素含量等地球化学特征分析,探讨了西沙岛礁特有的白云岩化作用过程。结果表明:西科1井7层白云岩在成因上与埋深和压实成岩作用无关,其分布与海平面下降的地质事件有良好的对应关系,白云岩层元素地球化学特征表明白云岩成岩流体为浓缩的高盐度海水。根据白云岩层的矿物学和地球化学特征,提出了礁滩潟湖环境下高盐卤水渗透回流作用的白云岩化模式:伴随海平面的升降,礁体处于淹没与暴露的交替之中,海平面下降导致了礁滩潟湖的形成,由于西沙海区蒸发量大于降水量而使澙湖中海水盐度增高,最终形成富Mg卤水;澙湖中高盐度富Mg卤水在礁体内下渗和侧向扩散,Mg逐渐替代早期CaCO₃晶格中Ca而形成白云石;海平面的升降变化和礁体淹没与暴露的交替导致了钻井岩心多个白云岩层的形成。海平面升降直接控制了岛礁碳酸盐岩的发育和白云岩化作用,导致海平面升降的古气候变化在岛礁的形成发育中起到主导作用。     

西沙地区XK-1井主要造礁生物特征及生物礁环境演化

生物礁为南海周边区域重要的油气储层类型,本次基于XK-1井岩心及薄片中主要造礁生物种类、数量、分布规律与生态特征的分析,开展了西沙地区中新世以来碳酸盐岩-生物礁演化过程的研究,并推测了盆地内生物礁的发育特征。研究认为西沙地区中新世以来主要发育珊瑚、钙藻及苔藓虫三类造礁生物,同时,根据其分布特征,结合建立的礁、滩复合体沉积模式将XK-1井中新世以来的沉积环境划分为13个演化阶段。提出伴随着海平面的上升,造礁生物有从珊瑚逐渐向钙藻及苔藓虫演变的趋势,而伴随着海平面的下降,造礁生物又从钙藻和苔藓虫逐渐向珊瑚演变。明确了该区中新世以来发育早中新世三亚组一段沉积时期、晚中新统黄流组沉积时期、上新统莺歌海组沉积晚期至第四纪乐东组沉积时期3个主要造礁期和早中新世三亚组二段沉积早期、中中新世梅山组沉积中期2个次要造礁期。     

A new coral reef province in the Gulf of Carpentaria, Australia: Colonisation, growth and submergence during the early Holocene

Multibeam sonar mapping, drill cores and underwater video data have confirmed the existence of a previously unknown coral reef province in the Gulf of Carpentaria, Australia. Seven reefs, comprised of coral limestone that support living corals have been mapped so far and as many as 50 other reefs may exist in the region. U/Th ages show that reef growth commenced shortly after limestone pedestals were submerged by rising sea level around 10.5 kyr BP, making them the oldest Holocene reefs known in Australia. Reef growth persisted for ~ 2.0 kyr but it had ceased at most locations by ~ 7.0 kyr BP. Measurements of reef growth rates (0.95 to 4 m kyr^− 1), indicate that the reefs were unable to keep pace with contemporaneous rapid sea level rise (> 10 m kyr^− 1), which is consistent with a “give up” reef growth history. Core samples from reef platforms demonstrate that Pleistocene limestone is exposed at depths of 27 and 30 m below present mean sea level. These depths represent regionally significant phases of reef growth during a prolonged sea level still stand. We conclude that the reefs are therefore mostly relict features, whose major phase of growth and development relates to an earlier, pre-Holocene sea level still stand.     

下扬子巢湖地区鼓地1井五峰组-高家边组下段页岩地球化学特征及其地质意义

下扬子巢湖地区鼓地1井揭示了上奥陶统五峰组（WF2-3带）和下志留统高家边组下段（LM2带和LM5-6带）页岩。基于该套地层的页岩岩心样品的元素地球化学测试分析,对其沉积构造背景、物源区背景、古气候、古生产力、海水深度和盐度、氧化还原条件进行了研究。结果表明,鼓地1井五峰组-高家边组下段页岩主量元素、微量元素以及稀土元素纵向分布不均匀,LM2带与WF2-3带和LM5-6带相比明显异常。沉积时期的构造环境主要为活动大陆边缘,同时兼具大陆岛弧的特征。物源具有长英质物源和成熟大陆石英物源混合物源的特征。WF2-3带和LM5-6带为浅水环境,底层海水含氧高,气候温暖湿润,古生产力较低,海水较浅且盐度较低;LM2带为深水环境,海水盐度高、滞留程度较弱,底层海水缺氧,气候干燥炎热,古生物生产力较强。     

中街山列岛海域食物网结构初步研究及主要消费者潜在碳源分析

为了解中街山列岛的食物网结构特征,本研究于2020年7月在中街山列岛海域采集鱼类、虾蟹类、头足类、贝螺类和浮游动物等消费者样本,利用碳、氮稳定同位素技术,分析大型海藻、浮游植物、悬浮颗粒有机物（POM）和沉积物有机物（SOM）4种潜在碳源对消费者的贡献率以及中街山列岛海域的食物网结构和营养关系。结果表明：（1）碳源的δ¹³C值范围在−22.93‰～−9.73‰之间,δ¹⁵N值范围在1.72‰～7.68‰之间,消费者的δ¹³C值范围在−21.95‰～−12.55‰之间,δ¹⁵N值范围在4.13‰～12.92‰之间,不同碳源及不同消费者类群之间的碳、氮稳定同位素均有显著性差异（p<0.01）;（2）应用SIBER模型计算中街山列岛海域的营养结构指标,与其他海域的研究结果对比发现,该海域生态系统的食源多样性更加丰富,营养级长度和生态位总空间较高;（3）应用SIAR模型计算碳源贡献率,结果表明浮游植物和POM是该海域的重要碳源,平均贡献率为29.63%和28.72%;浮游植物对浮游动物的贡献率最大为80.58%,POM对鱼类的贡献率最大为79.74%;SOM对虾蟹类的贡献率最大为49.94%;大型海藻对消费者的碳源贡献率最低,平均为18.37%;（4）以浮游动物为基线生物计算得知主要消费者的平均营养级在1.58～3.63之间,营养层次为3级,各种类平均营养级由大到小依次为头足类（3.09）、鱼类（3.00）、虾蟹类（2.70）、贝螺类（1.82）,中街山列岛海域消费者以低、中级肉食性动物为主,杂食性和高级肉食性动物较少。本研究初步探明了中街山列岛生态系统食物网,为了解该生态系统营养结构奠定了基础,也为今后进一步研究该海域的生态营养动力学提供理论参考。     

亚热带珊瑚礁海域枯水季pCO2的分布特征及CO2汇源转换机制-以深圳杨梅坑海域为例

由于存在极高的初级生产和高效的碳代谢速率, 珊瑚礁海域二氧化碳(CO₂)的汇/源属性仍存有争议。为明晰中国典型珊瑚礁海域CO₂的汇源属性及驱动因素, 作者基于2022年11月(秋季)和2023年2月(冬季)在深圳杨梅坑海域的调查结果并结合室内培养实验所获得的数据, 探究了枯水季节典型亚热带珊瑚礁海水二氧化碳分压(pCO₂)的分布特征及主要控制机制。结果表明, 调查期间pCO₂的变化较大, 其范围为233.3~465.3 μatm。秋季表现为大气CO₂的汇, CO₂吸收通量为1.66±0.41 mmol C/(m²/d);冬季表现为大气CO₂的弱源, 其释放通量为0.36±0.17 mmol C/(m²/d)。调查期间(枯水季)杨梅坑海域受淡水输入的影响较小, 季节性温度影响下的生物过程是驱动pCO₂变化的关键因素, 其贡献pCO₂总变化量的73.6%(表层)和66.5%(底层)。其中, 浮游植物光合作用的季节差异是导致海水CO₂汇源转变的主要成因, 而微生物呼吸作用的影响甚微。相比较, 物理过程(CO₂海-气交换、温度和盐度变化)对pCO₂的影响相对较小, 其作用结果远低于生物过程。此外, 珊瑚的代谢活动对杨梅坑局部海域pCO₂分布产生一定影响, 造成礁区pCO₂值高于非礁区。因此, 海气CO₂通量估算中不能忽视局部海域珊瑚代谢作用的影响。