生物岩石学的定义

生物岩石学是研究生物岩（即生物成因的岩石）的特征、形成机制、形成环境及其与矿产资源的关系的一门新兴交叉学科,其研究内容至少包括生物矿化、现代生物礁、古代生物礁、现代微生物岩石和古代微生物岩石5个方面。生物矿化作用和现代生物岩的研究为古代生物岩的研究提供了认识基础。由于现代生物圈和环境不同于古代,现代生物矿化作用和生物岩的研究成果并不全部能直接应用于古代生物岩研究。古代生物岩和生物矿化作用的类型比现代丰富得多,不可能全部从现代生物岩和生物矿化作用中找到参照,但可以为现代生物矿化实验研究提供设计思路。生物岩石学的相关学科包括生物学、微生物学、古生物学、古微生物学、沉积学、沉积岩石学、矿物学、地球化学、地质微生物学等,因为生物岩石学研究需要应用这些学科的知识,并且生物岩石学研究也会反哺这些学科。

     

工业革命以来南海珊瑚钙化生长对海洋升温的响应

珊瑚礁不仅滋养着近1/3的海洋生物,同时也贡献了近一半的浅海碳酸盐沉积,在海洋碳循环中扮演重要角色.然而,在\"CO2问题\"的影响下,珊瑚钙化受到来自海洋升温和酸化的双重胁迫,致使珊瑚礁生态系统遭受到严重的扰动.我国南海由北至南分布有大量的珊瑚礁,在近几十年来活珊瑚覆盖率和生物多样性都呈现退化的趋势,但尚不清楚珊瑚钙化是否也同样受到气候变化的干扰而处于退化状态.本研究汇集了目前已报道的南海滨珊瑚钙化生长的重建记录,分别对海南岛、西沙和南沙典型珊瑚礁区的滨珊瑚钙化生长演变特征进行了对比分析,探讨了工业革命以来南海珊瑚钙化对海水温度变化的响应情况.研究结果表明,南海近岸和离岸的滨珊瑚骨骼密度均呈现长期下降的趋势;而骨骼生长速率呈现多年代际的波动变化,近50年以来仅在西沙显示出下降趋势,这使得珊瑚综合的钙化速率在西沙和南沙均出现明显退化.进一步分析表明,海水温度对南海滨珊瑚钙化生长有显著影响,并且不同海域的背景温度决定着珊瑚骨骼生长对海表温度变化的响应情况.具体来说,西沙和南沙的滨珊瑚骨骼密度受温度影响显著,随着海温升高而逐渐降低,而骨骼生长速率和钙化速率对温度变化并无明显响应.与前两者不同,海南东部滨珊瑚的骨骼密度与温度变化关系并不显著,而其骨骼生长速率和钙化速率受升温影响而有升高的趋势.这些差异可能反映了海南岛较低的冬季温度限制了珊瑚骨骼的钙化生长,因此升温对珊瑚生长有促进作用;而西沙和南沙海域的冬季温度均保持在适宜珊瑚生长的温度范围,且夏季温度较高,因此温度的升高可能限制了珊瑚钙化生长.     

海南岛东西近岸典型牡蛎礁总碳库储量及其变化评估

Oyster reef is an important component of blue carbon sink, which completes carbon sequestration through calcification, biological assimilation, and biological deposition, by which carbon neutralization is achieved. Currently, research on the carbon storage capacity of tropical natural oyster reefs in China is limited. The carbon pool of four typical oyster reefs (Longlou in Wenchang (LW), Huiwen in Wenchang (HW), Changhua in Changjiang (CC), and Haitou in Danzhou (HD)) in Hainan Island was evaluated based on the oyster samples collected from June 2022 to February 2023, and the characteristics of temporal and spatial variation and their causes were analyzed. Results show that the total existing carbon pool storage of the four reef areas were 18 734.6 t C and the total long-term carbon pool reserves were 16 883.08 t C. The existing carbon pool reserves (average carbon pool reserves) in HD, CC, LW, and HW were 15 923.42 t C (3.46 kg C/m²), 2 119.01 t C (6.09 kg C /m²), 494.53 t C (2.49 kg C /m²), and 197.63 t C (3.67 kg C /m²), respectively, and the long-term carbon pool reserves are 14 334.11, 1 898.99, 460.08 and 189.91 t C, respectively. The carbon storage per unit area of HD and CC oyster reefs might be affected by high or low temperature, and the carbon storage per unit area decreased in July and December. However, in October and February, when water temperature was suitable, the oyster grew rapidly, leading to the increase in carbon storage per unit area. It is worth noting that the reproduction of oysters may be another important factor for the increase of carbon storage per unit area in October. From June to December 2022, the loss of oyster shells in LW area led to the continuous decrease of carbon storage per unit area of oyster reef, while the mortality rate of oysters in HW area increased in July, October 2022, and February 2023, resulting in a decrease in carbon fixation capacity of living shell and soft part of oysters decreased. Result shows that the carbon fixation efficiency of natural oyster reef in Hainan Island was relatively high, and its carbon storage was greatly affected by temperature, sea conditions, and surrounding aquaculture activities. These areas are still facing the risk of anthropogenic disturbance and system degradation, calling for the urgent need for relevant protection policies and effective artificial proliferation to ensure their good carbon sequestration function.     

美国海上退役油气平台造礁的政策研究及对我国的启示

利用海上退役油气平台造礁是退役平台废弃处置方法之一。未来几年我国将迎来大量的海上油气平台退役,若全部拆除不仅面临技术难点与巨额资金的投入,同时对退役平台周围已建立的小型生态系统产生破坏。美国是最早开始尝试将退役平台改建人工鱼礁的国家,现已建立了相关的政策制度及监管体系。结合我国海上退役油气平台的管理现状发现:海上油气平台的退役备案以及人工鱼礁的建立是由不同的职能部门进行管理,申请退役油气平台建成人工鱼礁,需涉及较多法律法规及职能部门的审批。因此,本文通过梳理美国海上退役油气平台造礁项目管理体系,结合国内监管现状提出针对性建议,从而为退役平台再利用提供新思路。     

西沙群岛晚第四纪碳酸盐岩淡水成岩作用: 来自永兴岛SSZK1钻孔的地球化学响应证据

基于中沙环礁潟湖的50.5 m钻孔岩芯,采用薄片观察、测年、主微量元素和碳氧同位素分析等方法,探讨了钻孔岩芯的层序地层、沉积微相和地球化学特征。结果显示该处沉积过程对晚第四纪海平面变化和物源有明显响应。结合测年结果,将岩芯的生物礁灰岩划分为10个更新世层序,且可与MIS5—MIS23阶段间冰期海水高位时期相对应。元素Sr和U的含量变化随深度加大而呈现阶梯式下降,这是由于冰期海水低位时期碳酸盐岩台地反复暴露使得老地层接受更长时间淡水成岩作用从而导致元素累积流失更多,且数值下降处可以指示层序界面。该钻孔钻遇的珊瑚礁多发育在高位体系域的进积阶段,推测是由于晚第四纪时期海平面变化速度快,且呈现迅速上升而缓慢下降的特征引起的。物源贡献因子分析结果显示,陆源物质来源、文石和高镁方解石来源、低镁方解石来源和鸟类粪便来源等4类物源影响礁灰岩的主量元素组成。本研究还揭示出现今潟湖钻遇的珊瑚礁地层有对晚第四纪10万a短偏心率周期的海平面变化响应较好,体现潟湖和台地边缘珊瑚礁的差异生长是造成现今环礁潟湖水深较大的原因之一,对解释现代环礁由来有一定的启示意义。

     

时序InSAR技术在吹填人工岛礁沉降监测中的应用

采用2020-03～2022-03覆盖海南省儋州市海花岛的25景Sentinel-1A影像,分别运用SBAS-InSAR(small baseline subset InSAR)和PS-InSAR(permanent scatter InSAR)技术反演人工岛礁地面形变时空演变规律,开展重点沉降区域形变机理分析,探讨岛礁地面形变与海平面变化之间的相关性。结果表明：1)2种方法所得结果的空间分布和形变趋势表现出较高的一致性;2) SBAS-InSAR雷达视线向平均形变速率为-14.69～6.96 mm/a,最大累积沉降量为-37.18 mm; 3)岛礁靠近外海侧区域沉降速率远大于靠近陆域侧区域,其形变趋势受海洋水动力扰动和地下水位变化影响,具有此类形变特征的地面形变与海平面变化存在一定相关性。     

绿色海堤的沉积地貌与生态系统动力学原理: 研究综述*

绿色海堤是传统结构工程与海岸生态系统共同组合而成的新型海堤, 用以应对未来海面上升、风暴加剧给低地海岸防护带来的挑战。需解决的问题主要有海岸生态系统消浪过程及生态系统在海堤体系中的配置方式。理论分析、现场观测、物模数模所获结果表明, 海岸生态系统确有显著的消浪功能: 1) 陆架泥区消浪, 其机制以再悬浮和浮泥运动为主, 底部摩擦为次; 2) 潮滩下部的粉砂细砂滩底部摩擦和推移质运动共同造成波能耗散, 而上部的泥滩则以再悬浮和悬沙输运为主; 3) 在盐沼、红树林、海草床等由植被构成的生态系统, 植物通过形态阻力、茎秆运动来阻滞水流、耗散波能, 其效能高于沉积物床面对波能的耗散; 4) 生物礁主要有珊瑚礁和牡蛎礁, 其消能作用主要通过床面摩擦和波浪破碎, 效能较高, 尤其是在风暴期间。生态系统如何成为海堤的有机组成部分, 尤其是侵蚀型海岸的生态位修复和绿色海堤整体设计, 还需进一步研究相关的科学问题: 与硬质工程结合的盐沼-牡蛎礁的适应性生物学; 未来环境变化条件下生态系统的稳定性; 绿色海堤生态系统空间配置及其与风暴事件的时间尺度匹配; 基于均衡剖面理论的海堤形态优化。     

海上顶部双驱动联动隔水管钻探取心技术

我国南海海域分布着大量礁灰岩地层,这种地层具有原生孔隙大、压缩性强、容易变形、强度小等特点,因此易渗透、易破碎、易坍塌。在岛礁上钻探也常常出现断钻、垮孔、埋钻等事故。对于海洋礁灰岩地层钻探,不仅要克服陆地上面临的问题,还需要面对更为复杂的海洋环境。为解决海上特殊地层取心困难问题,基于船载无隔水管钻探系统,开发了海上顶部双驱动联动隔水管钻探取心技术。该钻探取心技术方案在西沙海域4个不同的站位进行了海洋钻探试验。试验结果表明,该技术可实现高效率、高岩心采取率的海上礁灰岩取心目的,取心深度可达130.75 m,具有广阔的推广前景。     

岛礁水沙动力学研究综述

在陆地资源日益短缺的背景下,海洋环境的巨大资源潜力使人类开发海洋的进程不断加快。作为经略海洋的远涉枢纽,在岛礁建设地下储油设施将成为开展各项工程的能源基础,然而伴随而来的潜在泄漏风险是不可忽视的,岛礁发生石油泄漏不仅会污染淡水透镜体,甚至会进一步扩散至海洋,对岛礁和海洋生态环境造成极大危害。为探究地下油库泄漏后的污染物迁移规律及其对淡水透镜体的入侵机制,首先通过室内模拟试验确定了污染物迁移特征与主要驱动力,之后利用COMSOL Multiphysics软件建立了相同尺度的数值模型,进一步明确了不同降水强度和油品性质对污染物迁移影响的规律。结果表明：（1）珊瑚岛礁水文地质条件下的石油污染物迁移主要受两种驱动力的影响,一是重力势驱动的垂向迁移,二是岛礁动态地下水流场驱动的向海排泄;（2）岛礁降水补给强度越大,地下水流场驱动污染物向海排泄作用越强,淡水透镜体所受影响越小;（3） 重质非水相类油品污染物呈现出不同于轻质非水相类油品的迁移规律,但其对淡水透镜体无显著影响。研究结果可为珊瑚岛礁开发进程中的油库选址、污染防护以及淡水资源保护提供理论基础与参考依据。

     

中国南海珊瑚岛礁第四系覆盖层钻探取心技术

中国南海珊瑚岛礁拥有巨大的资源潜力和科研价值。珊瑚岛礁第四系覆盖层结构为珊瑚砂和珊瑚骨架的松散堆积物,无胶结,钻探取心、成井极端困难。通过南海诸岛礁数百口钻井的施工实践,总结出\"套管连续跟进干钻取心技术\",工艺要点为4个步骤循环操作,称为\"四步法\"。使用该技术:①能确保珊瑚岛礁第四系覆盖层岩心采取率达到95%以上,并基本保持岩心原状性;②能实现在珊瑚岛礁第四系覆盖层中不使用泥浆护壁情况下安全钻进成井,达到避免地层过水通道堵塞、满足抽水试验要求的效果。研究成果对于珊瑚岛礁钻探具有重要的借鉴作用。