海底热流长期观测系统研制进展

浅海和俯冲海沟等海域,不仅是矿产和油气资源主潜力区,也是构造地震频发区,其浅表热流和深部温度信息对于了解板块俯冲和岩浆活动等过程至关重要.这些区域浅层地温场和热流场受到底水温度波动（BTV）强烈扰动,其背景热流需由长期观测来获取.在全面分析了国内外海底热流长期观测技术特点后,我们提出了系缆式海底热流长期观测方案,2013年起陆续开展了部分核心技术的预研究及一系列海底、湖底及浅孔试验.结果表明：（1）自主研制的长周期低功耗微型测温单元,在2~36℃的环境下可连续观测1年;系缆式投放与回收方案即使在地形陡峭、1.5 kn流速及无动力定位等条件下仍然可行.（2）南海北部BTV总体随水深变浅而增强,在浅水区对浅层地温场扰动不可忽略.例如,在水深2600~3200 m和850~1200 m海域分别为0.025~0.053℃（17天内）、0.182~0.417℃（2天内）,而台西南盆地北坡（水深763 m）夏季的海底热流由浅表的0.69 W·m^-2转变为0.83 m以深的-0.25~-0.05 W·m^-2.（3）兴伊措和湖光岩玛珥湖BTV向深部传导过程中其幅度逐渐减弱、相位滞后,进而导致热流方向与强度随季节发生变化.而康定中谷浅层（7 m内）地温在不同深度处同步波动,且冬高（35~36℃）夏低（28~32℃）.推测为夏季大量降雨所致;其热流浅部低（0.504 W·m^-2）深部高（0.901 W·m^-2）,指示着鲜水河断裂带深部热流体上涌.这些预研究工作为后续系缆式海底热流长期观测系统的正式研制与应用奠定了扎实基础.

     

江南隆起带幕阜山岩体新生代剥蚀冷却的低温热年代学证据

江南隆起位于扬子与华夏地块的碰撞汇聚带,是研究华南大地构造演化的关键地质单元.本文采用磷灰石裂变径迹及(U-Th-Sm)/He年龄分布特征定性分析与径迹长度分布数据定量模拟相结合,主要研究了幕阜山岩体新生代的隆升与剥蚀过程,并在此基础上结合区域构造背景, 对其构造-热演化之间的关系进行了探讨.自晚白垩世持续隆升以来,幕阜山岩体经历的平均剥蚀厚度约4800 m.在不同岩体间,隆升过程及幅度存在差异,空间上具有非均匀性.热史结果显示幕阜山岩体经历了3期剥蚀, 其中两期快速剥蚀分别发生在晚白垩世-古近纪(80~50 Ma)和10 Ma以来,而这之间为一期缓慢剥蚀过程.研究区古近纪的快速剥蚀反映了中-下扬子喜山期大规模伸展断陷作用造成的肩部块体快速剥蚀事件; 约10 Ma以来的快速剥蚀是对太平洋板块向西运动的响应.幕阜山岩体自燕山晚期以来的隆升剥蚀作用具有良好的盆地沉积响应, 三期隆升剥蚀事件与研究区构造演化的动力学背景相吻合.     

莺歌海盆地新生代构造沉积演化及动力学机制分析

南海西北陆缘构造演化极其复杂,受到红河断裂、海南地幔柱和南海形成演化等多种因素的控制。莺歌海盆地位于南海西北部,发育了巨厚的新生代沉积物,详细记录了南海西北陆缘新生代的演化历史。但是莺歌海盆地新生代以来主要受到何种构造因素的控制目前还不太清楚。本文在莺歌海盆地较为均匀地选择了7口钻井和23口模拟井,通过空盆构造沉降方法重建了莺歌海盆地的构造沉降量、构造沉降速率和沉积速率,同时运用重力反演方法模拟了莺歌海盆地深部地壳结构,并结合前人研究成果进行了综合分析。结果发现莺歌海盆地在裂陷期（45～23 Ma BP）,盆地北部和中部沉降速率较大,南部沉降速率较小;在裂后期（23～0 Ma BP）, 盆地北部和中部沉降速率存在两期“台阶式”上升,分别为23～11.7 Ma BP和11.7 Ma BP至今,北部裂后期构造沉降速率最大可达80 m/Ma,中部最大可达110 m/Ma;南部地堑和隆起裂后期分别在11.7～5.7 Ma BP和15.9～11.7 Ma BP构造沉降速率最大可达70 m/Ma。莺歌海盆地新生代整体上表现为沉降速率与沉积速率变化基本一致,说明构造沉降对沉积速率具有显著的控制作用。重力反演发现莺歌海盆地可能存在下地壳高密度异常体,结合盆地沉积物内部钻遇玄武岩,我们推测下地壳高密度异常体为基性侵入体。通过与南海周边其他沉积盆地沉降速率对比发现,几乎所有盆地都在中中新世−晚中新世（15.9～11.7 Ma BP）发生了加速沉降事件,我们认为这可能跟南海海盆停止扩张导致大陆边缘次生地幔对流消失有关。莺歌海盆地5.7 Ma BP至今的加速沉降则可能与红河断裂右旋走滑活动有关。     

琼东南盆地张裂期沉降亏损与裂后期快速沉降成因

前人研究发现琼东南盆地裂后期存在大规模快速沉降事件,并提出了多种成因机制。为了考察该事件与整个沉降历史的关系,选取跨越琼东南盆地主要凹陷的5条地震剖面上的39个代表点位,利用回剥技术和应变速率反演方法,计算了这些点位的回剥构造沉降及理论构造沉降。计算结果不仅确认了前人的认识即琼东南盆地在裂后期存在快速的构造沉降现象,而且还发现,如果假定地壳减薄发生在张裂期(45~21 Ma),那么,依据地壳减薄计算的理论构造沉降在张裂期明显大于回剥构造沉降量。结合琼东南盆地裂后期断裂活动特点和深部结构探测结果,认为地壳减薄发生在古近纪张裂期,表明琼东南盆地张裂期存在明显的沉降亏损现象,在张裂期结束时(21 Ma)各代表点处的回剥构造沉降量,比由地壳减薄计算得到的理论构造沉降量小约900~2 000 m。进一步分析认为,裂陷期的沉降亏损与裂后期的快速沉降很可能存在内在成因联系,后期快速沉降是早期沉降亏损的补偿,其成因可能和该区深部热异常的演变有关。深部热异常可导致张裂期的沉降不足,随着热异常热源的消退,导致晚期快速沉降现象的发生。     

南海北部白云凹陷及其邻区的岩石圈强度分析

选取纵穿南海北部陆缘的长排列多道地震剖面,利用挠曲回剥和重力异常模拟相结合的过程导向法(process-oriented gravity modelling,POGM),计算了研究区内不同构造单元同张裂及裂后阶段的岩石圈有效弹性厚度(effective elastic thickness,Te),并对其分布特征进行了详细分析。计算结果显示:张裂过程中岩石圈强度很弱;而裂后阶段岩石圈强度在不同构造单元并不相同,其中番禺低隆起和下陆坡区强度较高,Te约为15km,而在北部坳陷带为7km左右,白云凹陷地区强度最低,仅为5km左右。获得的岩石圈强度结果,加深了对南海北部大陆边缘盆地特征和岩石圈构造演化过程的认识,具有重要的意义。     

珠江口盆地?琼东南盆地深水区新生代构造沉积演化对比分析

南海北部陆缘记录了南海形成演化的历史,但是其新生代构造沉积演化特征在东段和西段的差异及其原因目前还不太清楚。本文分别在珠江口盆地和琼东南盆地的深水区选择了数口构造地理位置相似的井通过精细地层回剥分析,重建了两沉积盆地的沉积速率和沉降速率并结合前人研究成果进行了对比分析。研究结果发现,两沉积盆地在裂陷期的沉积和沉降特征基本相似,但是两者在裂后期的构造沉积演化特征差异明显。珠江口盆地深水区沉积和沉降速率都表现为幕式变化特征,其中沉积速率表现为“两快三慢”的特征而沉降速率表现为“两快一慢”的特征。琼东南盆地深水区的沉积速率表现为“地堑式”变化特征,但是沉降速率表现为“台阶式”上升的变化特征。琼东南盆地“台阶式”上升的沉降速率推测主要是受到海南地幔柱伴随红河断裂的右旋走滑而向西北漂移的影响,这也与南海西北部的岩浆活动以及周围盆地的沉降特征吻合。红河断裂在2.1 Ma BP的右旋走滑控制了琼东南盆地1.8 Ma BP以来的快速沉积和加速沉降分布。     

中、上扬子白垩纪以来的剥蚀过程及构造意义——低温年代学数据约束

通过对磷灰石裂变径迹（AFT）数据系统的对比,本文从整体上分析了中、上扬子区块各地质单元在晚中生代、新生带抬升冷却特征,并初步构建了区域上中-新生代构造活动与内陆变形的时空关系.它们的构造活动在空间上具有分区性和连续性特征,在时间上具有幕式性特征.空间上的分区性与连续性主要表现在各地质单元隆升特征的差异性,即中扬子北缘江汉盆地、黄陵隆起最早开始冷却到大巴山逆冲带、米仓山-汉南隆起晚侏罗世自北（东）向南（西）的隆升与江南-雪峰山隆起、湘鄂西褶皱带、川东褶皱带及川东北地区自南东向北西依次递进逆冲褶皱变形的差异;构造活动时间上的幕式特征主要表现在阶段性的快速冷却及其相间的缓慢冷却过程.中、上扬子北缘大巴山逆冲带、米仓山-汉南隆起磷灰石裂变径迹年龄从北（东）向南（西）逐渐变小,它们在晚中生代、新生代处于秦岭-大别造山带向扬子地块逆冲挤压变形的动力学背景;而湘鄂西褶皱带、川东褶皱带及川东北地区磷灰石裂变径迹年龄自南东向北西方向减小的趋势主要受控于太平洋板块的俯冲挤压效应.中、上扬子喜山晚期的快速冷却主要是青藏高原隆升及其向东与南东方向构造逃逸挤压作用及亚洲季风等气候变化的响应.磷灰石裂变径迹的系统分析为中、上扬子递进扩展构造变形提供了年代学约束.     

鄂西渝东方斗山-石柱褶皱带中新生代隆升剥蚀过程及构造意义

利用磷灰石与锆石(U-Th)/He年龄与磷灰石裂变径迹(AFT)、镜质组反射率(Ro)一起模拟了鄂西渝东方斗山-石柱褶皱带侏罗纪以来的构造-热演化特征.结果表明:在约130 Ma(晚侏罗世-早白垩世)研究区达到最高古地温,此后为持续抬升冷却过程.磷灰石裂变径迹与Ro表明自晚侏罗世以来不整合面剥蚀厚度可达3500m.结合...     

海南岛北部晚中-新生代剥露过程的低温年代学约束

【目的】研究海南岛大地构造在中-新生代的隆升剥露过程与热演化史,为华南地块的构造演化提供有力证据。【方法】利用磷灰石裂变径迹(AFT)、磷灰石及锆石(U-Th)/He等构造热年代学研究方法,重建海南岛北部岩体的构造-热演化历史,分析侵入岩体在不同构造热演化阶段的冷却剥蚀速率,并进一步探讨岩体隆升过程的动力学过程。【结果】AFT年龄介于(33.3±2.5)~(45.0±3.5)Ma之间,磷灰石平均长度为(12.68±0.28)~(13.04±0.9)μm;磷灰石(U-Th)/He(AHe)单颗粒年龄(36.3±2.2)~(60.2±3.7)Ma,锆石(U-Th)/He(ZHe)单颗粒年龄为(79.5±4.9)~(98.4±6.1)Ma及(37.1±2.3)~(59.6±3.7)Ma。联合反演热史揭示,研究区岩体自晚白垩世(约100 Ma)以来的冷却过程有明显的差异性,可分为4个阶段:1)约100~45 Ma相对缓慢冷却阶段;2)约45~35 Ma快速冷却剥蚀阶段;3)约30~35 Ma至10 Ma缓慢冷却过程;4)约10 Ma以来再次快速冷却剥露。【结论】海南岛北部花岗岩体阶段性抬升冷却与(古)太平洋板块的俯冲后撤、西南部印度-欧亚大陆碰撞和中新世晚期菲律宾海板块向西俯冲挤压有关。海南岛北部在Ⅰ、Ⅱ期(始新世晚期)剥蚀阶段基本造成总剥蚀量的2/3。     

湛江红树林湿地沉积物有机碳分布特征及影响因素

红树林生态系统位于海洋与陆地的交界处,具有重要的生态服务功能。红树林湿地是重要的碳库,对全球碳平衡有重要影响。然而,由于受到人口增长、社会经济发展和城市化进程加快等人类活动和全球气候变化的影响,红树林正在加速消失。文章以广东湛江市国家级红树林自然保护区为研究区,通过分析红树林沉积物中的有机碳含量及分布特征,讨论人类活动(如,人工养殖)在湿地碳循环中的影响。本研究在研究区内获取15个样品,利用重铬酸钾氧化—还原容量法测定了沉积物中有机碳含量。结果表明:研究区内沉积物有机碳(TOC)含量介于0.68%～2.50%,同时TOC含量与研究区内人工养殖场排污口的距离有密切关系:离排污口越近,TOC值越低;离排污口越远,TOC值越高。此外,研究区内红树林TOC含量与其他红树林湿地TOC含量相比明显偏低,可能与养殖排污抑制红树林的生长和繁殖,从而使其TOC含量明显减少有关。