南海大洋钻探及海洋地质与地球物理前沿研究新突破

南海是西太平洋地区规模最大且具有代表性的边缘海盆地之一。经过近几十年的研究积累,尤其是通过实施5个国际大洋钻探航次(1999–2018年)与国家自然科学基金委“南海深海过程演变”重大研究计划(2011–2019年),我国科学家获得了大量宝贵的第一手资料,取得了一系列创新进展与重大突破,标志着南海海洋地质与地球物理研究正走向国际前沿。重要研究成果包括:(1)新提出南海是“板缘张裂”盆地,与经典的大西洋型陆缘模式不同;(2)大洋钻探首次获取了基底玄武岩样品,结合中国在南海首次深拖地磁测量实验,精确测定了南海海盆玄武岩年龄,揭示南海海盆从东向西分段扩张;(3)大洋钻探结果发现南海陆缘岩石圈减薄之初岩浆迅速出现,未发现缓慢破裂造成的蛇纹岩出露;(4)发现南海扩张结束后仍存在大量岩浆活动,可能受控于多种构造与地幔因素;(5)地球化学证据与地球动力学模拟都显示南海岩浆的形成受到周边俯冲带的影响。目前我国的海洋地球科学正在进入崭新的发展阶段,有望以南海为基点,开始拓展到周边大洋,通过主导大型研究计划以及建设我国大洋钻探平台,以提升我国在南海、西太平洋与印度洋海洋地质科学研究的实质性影响力与引领地位。     

西沙群岛基底火山碎屑岩中单斜辉石的矿物化学特征及其地质意义

本文利用电子探针对南海西沙群岛琛航岛珊瑚礁底部火山碎屑岩中的单斜辉石矿物的化学特征进行了研究。结果表明,该单斜辉石属于富钙透辉石,部分有正环带结构,从核部到边部Ca、Fe、Ti的含量逐渐增加,是岩浆正常结晶顺序的反映,说明该区域的岩浆演化是向着富Ca、Fe、Ti方向发展的。主量元素数据显示,单斜辉石具有低Si高Al的特征(SiO₂=41.40%～48.44%,Al₂O₃=5.54%～10.20%),且AlⅣ含量较高,说明母岩浆为不饱和碱性岩浆系列;此外,单斜辉石Ca含量偏高,Ca/(Ca+Mg+Fe)值在46.1%～51.4%之间,推测是母岩浆的高Ca含量导致了大量高钙辉石的产出。结合西沙海域的地震和构造资料,推测琛航岛珊瑚礁的基底是玄武质火山碎屑岩组成的平顶状海山,系岩浆穿过断裂发育的岩石圈层在西沙群岛的海底喷发,随后火山碎屑物质经过堆积、固结作用而形成;该火山碎屑岩的原岩为板内碱性玄武岩。     

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”,发展了第三代海浪数值模式;提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了“棉兰老潜流”,揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了“南海内波潜标观测网”,实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流“边缘不稳定”的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。     

南海东北部陆架边缘第四纪高分辨率层序地层和沉积体系演化及其控制因素

The northeastern shelf margin of the South China Sea(SCS) is characterized by the development of large scale foresets complexes since Quaternary. Based on integral analysis of the seismic, well logging and paleontological data, successions since ～3.0 Ma can be defined as one composite sequence, consist of a set of regional transgressive to regressive sequences. They can be further divided into six 3 rd order sequences(SQ0–SQ5) based on the Exxon sequence stratigraphic model. Since ～1.6 Ma, five sets of deltaic systems characterized by development of wedge-shaped foresets complexes or clinoforms had been identified. High-resolution seismic data and the thick foresets allowed further divided of sub-depositional sequences(4 th order) of regression to transgression, which is basically consistent with published stacked benthic foram O-isotope records. Depositional systems identified in the study area include deltaic deposits(inner-shelf deltas and shelf-edge deltas), incised valleys, and slope slumping massive deposits. Since ～1.6 Ma, clinoforms prograded from the southern Panyu Lower Uplift toward the northern Baiyun Depression, shelf slope break migrated seaward, whereas the shelf edge of SQ0 migrated landward. The development of incised valleys in the continental shelf increased upward,especially intensive on the SB3 and SB2. The slumping massive deposits increased abruptly since SB2, which corresponds to the development of incised valleys. The evolution of depositional systems of continental slope mainly controlled by the combined influence of sea level changes, tectonic movements, sediment supply and climate changes. Since ～3.0 Ma, relative sea level of the northern SCS had been experienced transgression(～3.0 Ma BP) to regression(～1.6 Ma BP). The regional regression and maximum transgressions of the composite sequences were apparently enhanced by uplift or subsidence related to tectono-thermal events. In addition,climatic variations including monsoon intensification and the mid-Pleistocene transition may have enhanced sediment supply by increasing erosion rate and have an indispensable influence on the development of the incised valleys and 5 sets of deltaic systems since ～1.6 Ma.     

尼日尔三角洲东部深水区构造特征及其形成机理

研究尼日尔三角洲东部深水区块发现,整个盆地从陆向洋具有3个大的构造分区：伸展拉张区、过渡区和挤压逆冲区。伸展区以大型同沉积断层伴生大量滚动背斜构造为特征,过渡区发育大量泥底辟构造,挤压区以复杂的逆冲叠瓦构造为主。通过分析形成机理,揭示东部深水转换带上M研究区构造特征,按构造的演化特征将该区构造分为泥底辟型、冲断-泥底辟混合型、逆冲型3种类型,提出研究区内的圈闭主要以构造-岩性圈闭为主,为尼日尔三角洲盆地深水勘探提供新的理论指导。     

浙江省台州-昌化深部构造特征探测

采用高分辨折射和宽角反射/折射综合地震探测方法,在浙江省中部沿黄岩、临海、东阳、桐庐、昌化进行深部构造探测,获得一条长约350km的速度结构剖面。探测结果表明,地壳结构具有明显的多层性,存在3个速度间断面;基底速度结构图像揭示了速度结构的横向非均匀性,这种不均匀性既对应于地质构造单元的分界线或断裂构造带,也反映出东西部构造特征的差异性。     

江汉盆地典型二级构造带特征分析

在三维地震资料的基础上,依据构造带划分原则,把江汉盆地构造带划分为三大类,分别为断裂、盐构造及古潜山,共25个,并分别在3个类别中选取一个典型构造带进行讨论研究。     

梨树断陷断陷期小宽断裂带构造应力场数值模拟

在小宽断裂带构造解析基础之上,根据地质资料以及前人提供的岩石物理学参数建立了梨树断陷区的二维地质和数值模型。进行了构造应力场数值模拟,分析了梨树断陷小宽断裂带断陷期小宽断裂带断陷期在沙河子期(K_1sh)、营城期(K_1yc)、登楼库期(K_1d)的构造应力场特征。模拟结果显示:(1)沙河子期在左旋走滑应力状态下,小宽断裂带处于近NE—SW方向的拉张应力状态,剪应力在沿着断裂带SW—NE走向逐渐减小;(2)营城期在右旋走滑的应力状态下,小宽断裂带处于近NW—SE向的拉张力状态,剪应力最大值位于断裂带的最中间部位;(3)登楼库期在左旋走滑的应力状态下,断裂带处于SWW—NEE向的张拉应力状态,剪应力最大值位于断裂带西南段。     

东海盆地西湖凹陷平北区断陷层断裂特征及其对圈闭的控制

以基底古隆精细刻画为基础,分析东海陆架盆地西湖凹陷平北区断陷层系断裂发育特征,并探讨断裂对圈闭发育的控制作用,以指导区内构造圈闭搜索与评价。根据古隆起和骨干断裂展布特征,将平北区划分为北部同向多阶断阶区、中部反向多阶断阶区和南部同向单断断阶区等3个次级区带。综合区域应力背景和火山活动期次,厘定出平北区断陷期早、晚两期断裂系统。早期断裂以NE走向为主,控制古隆起发育。晚期断裂数量多、分布广,以NNE走向为主。在南强北弱的区域伸展背景下,断陷晚期断裂发育受早期断裂及古隆起影响,局部应力场发生扭动调整,在平湖组沉积时期表现为南部强伸展、中部张扭和北部弱伸展夹扭动3种不同应力场。在此基础上,明确了张扭性断裂组合及古隆起边缘受断层影响的牵引背斜是决定有利圈闭发育的主要因素,最终提出通过平北区古隆起周边断裂精细梳理是圈闭搜索与评价的重要方向。     

基于深度域地震成像的中沙海槽盆地东北部结构构造研究

文章基于叠前深度偏移地震成像分析, 结合前人重磁反演等地球物理资料成果, 对中沙海槽盆地东北部结构构造进行探索研究。研究表明: 中沙海槽盆地东北部发育新生代地层, 厚度在1500~2500m之间, 地层层速度为1500~ 3500m·s^-1, 不存在中生界沉积层, 盆地基底为海山或前寒武系基岩及岩浆岩隆起。中沙海槽盆地新生代陆源海相烃源岩丰富, 盆地新生界地层厚度大, 盆地凹陷、断裂发育, 具有一定的油气勘探潜力。