亚洲大陆边缘沉积学研究进展(2011—2020)

近十年来,我国在亚洲大陆边缘沉积学和古海洋学研究中取得了突破性进展。在空间上,对北起拉普捷夫海、南至孟加拉湾的广大海域进行了沉积物调查取样,开展了跨纬度"源-汇"过程研究,建立了陆架第四纪高分辨率地层层序,初步揭示了构造运动、海平面变化、亚洲季风、海冰、海流以及人类活动等因素在不同时空尺度上对亚洲大陆边缘"源-汇"过程的基本控制作用。在南海通过国际大洋钻探获取的沉积记录,发现了低纬区水、碳循环直接响应地球轨道变化的证据,提出了低纬过程也能驱动全球气候变化的新认识。通过现场观测,揭示了台风、风暴潮、热带风暴等对陆架沉积和动力过程的影响,阐述了内孤立波、中尺度涡、等深流和浊流等在南海沉积物输运中的作用。对末次冰期以来暖池、黑潮、北太平洋中层水等的演化及其对沉积作用的影响研究也取得了创新性的成果。未来亚洲大陆边缘沉积学的研究应加强现代沉积过程的长期连续观测,重视地质记录中环境演变信号的精确解译,深化数值模拟技术和海洋沉积大数据的挖掘与使用。     

东北及邻区中生代盆地片钠铝石的分布、产状及其油气地质意义

东北及邻区中生代地层中的片钠铝石分布于海拉尔盆地、塔木察格盆地、二连盆地、开鲁盆地和阜新盆地的早白垩世地层及松辽盆地南部的早白垩世晚期-晚白垩世早期地层中.片钠铝石主要发育在油气储层或CO2气储层中富含长石的砂岩和火山碎屑岩中.在含片钠铝石砂岩和火山碎屑岩中,片钠铝石以放射状、束状、杂乱毛发状、球状和板状等集合体充填孔隙,或呈束状和板状交代长石和岩屑.片钠铝石及其共生的铁白云石都是最晚形成的自生矿物组合.越来越多的证据表明,片钠铝石是富CO2流体的指示矿物,记录了CO2和油气双重充注现象.在含片钠铝石碎屑岩中可以解读出CO2充注的时间和CO2分压的变化.     

海拉尔盆地乌尔逊凹陷幔源CO2充注对下白垩统砂岩储层质量的影响

海拉尔盆地乌尔逊凹陷下白垩统含片钠铝石砂岩部分记录了幔源CO_2-砂岩相互作用历史.为揭示幔源CO_2充注对储层质量的影响,通过偏光显微镜、扫描电镜观察和孔隙度、渗透率数据研究了海拉尔盆地乌尔逊凹陷含片钠铝石砂岩的岩石学和储层特征.幔源CO_2的充注导致了长石的部分溶解和片钠铝石及铁白云石的沉淀.长石的溶解形成了次生孔隙.片钠铝石以针状晶形为特征,其集合体呈束状、簇状、扇状和玫瑰花状.部分片钠铝石呈板状.片钠铝石以充填孔隙为主,少量交代长石和其他骨架碎屑颗粒.片钠铝石局部被铁白云石交代,说明铁白云石的形成晚于片钠铝石.片钠铝石的含量为1%～20%.相同深度段的含片钠铝石砂岩(n=597,h=1309.15～2140.71m)与普通砂岩(n=1550,h=1323.72～2141.3m)的孔隙度、渗透率数据统计表明,含片钠铝石砂岩的物性整体上低于普通砂岩,说明CO_2的充注导致了储层质量的改变.片钠铝石含量-孔隙度和片钠铝石含量-渗透率之间的关系,揭示片钠铝石含量是引起储层质量改变的主要因素.片钠铝石含量10%似乎是储层质量发生变化的界限,当片钠铝石含量＞10%,随片钠铝石含量增加,砂岩的孔隙度和渗透率降低;当片钠铝石含量＜10%,随片钠铝石含量增加,部分砂岩的孔隙度和渗透率表现出增加趋势.作者认为,片钠铝石含量高的砂岩长期处于高CO_2分压成岩环境,而片钠铝石含量低的砂岩则处于高CO_2分压成岩环境的时间相对较短.     

北冰洋西部表层沉积物矿物学特征及其物质来源

对北冰洋西部79个表层沉积物样品进行了全岩X射线衍射矿物组成分析,结合洋流和地质背景,探讨各矿物分区的物质来源。矿物组合分区表明研究区物质来源变化较为复杂:(1)在楚科奇海的中部靠近白令海峡处长石含量很高,主要是阿纳德尔流携带的来自阿纳德尔河的沉积物;在楚科奇海的西侧的长石含量也较高,且与其他矿物组合分区相比,角闪石含量较高,这是因为受阿纳德尔流和东西伯利亚沿岸流的双重影响,沉积物来自西伯利亚陆地的一些高含长石的火山岩及沉积岩等。在楚科奇海的东侧,石英含量很高,来源为阿拉斯加沿岸流携带的育空河及卡斯奎姆河的沉积物。在阿拉斯加北部,碳酸盐岩和石英含量高,这与马更些河搬运的沉积物有关;(2)北冰洋西部深水区中加拿大海盆的南端和中部方解石和白云石的含量较低,说明受波弗特环流携带的加拿大北极群岛的碳酸盐影响相对较小,且与其他矿物组合分区相比,云母含量最高,说明沉积物主要来源为来自拉普捷夫海的海冰沉积物;此外,一些黏土级细粒物质可能由大西洋中层水携带而来。深水区的其他海域以方解石和白云石含量高为特点,主要受波弗特环流的影响,来源主要为加拿大北极群岛的班克斯岛和维多利亚岛;此外,还受来自西伯利亚陆架,主要是拉普捷夫海沉积物的影响。     

北冰洋西部表层沉积物重矿物特征

对中国首次(1999年)和第二次(2003年)北极科学考察在楚科奇海及邻近的北冰洋深水区采取的47站表层沉积物进行了碎屑重矿物鉴定分析。结果表明北冰洋西部表层沉积物中重矿物以抗风化能力较弱的绿帘石、紫苏辉石和普通角闪石为优势矿物,钛铁矿、石榴子石、磷灰石和赤铁矿为特征矿物。矿物组合分区表明研究区物质来源和水动力变化较为复杂:白令海峡以南沉积物中重矿物含量高,水动力强;白令海峡以北的洋流变化与所经区域沉积物重矿物种类和含量变化相一致,即楚科奇海中部沉积物富集紫苏辉石、钛铁矿和石榴子石,物质来源可能与楚科奇山原相关,而在阿拉斯加沿岸沉积物中富集绿帘石和紫苏辉石,与阿拉斯加沿岸流携带物质相关;楚科奇海北部深水区碎屑矿物沉积速率低且矿物多有蚀变。     

火山碎屑岩对CO2的矿物捕获能力

CO2矿物捕获是指将大气中排放的CO2气注入到地下深部的含水层、油气田等渗透性储层中,通过一系列物理、化学反应,最终将CO2气以碳酸盐矿物的形式“固结”在岩石中。火山碎屑岩具有铁、镁离子含量高且容易释放及分布广泛等特点,是有前途的矿物捕获岩石类型。塔木察格盆地塔南凹陷铜钵庙组火山碎屑岩中发育大量的片钠铝石特征矿物,进一步证实了火山碎屑岩的矿物捕获能力。在火山碎屑岩中,CO2注入之后形成的矿物有片钠铝石、铁方解石、铁白云石等碳酸盐矿物,碳酸盐总量高达30%,说明CO2矿物捕获的能力较大。     

漠河盆地中侏罗世沉积源区分析及地质意义

漠河盆地位于额尔古纳地块北缘,其北为蒙古-鄂霍茨克造山带,与紧邻的俄罗斯上阿穆尔盆地在中生代时期同属一个盆地。漠河盆地中侏罗统包括绣峰组、二十二站组、额木尔河组和开库康组。根据盆地碎屑岩中的砾石、岩屑和重矿物的组合特征,确定母岩类型以变质岩和中酸性火成岩为主,少量沉积岩和基性火成岩;结合古水流方向,确定盆地沉积物源主要来自南侧。沉积物源具有多源性:其一为陆块抬升基底,其二为切割的岩浆弧。与区域岩石对比分析表明,陆块抬升基底可能来自古元古界兴华渡口群和寒武系兴隆群,切割的岩浆弧与古生代同碰撞和后碰撞花岗质岩石及早中生代中酸性火成岩有关。根据母岩供给特点,认为中侏罗世沉积时期漠河盆地不是典型的前陆盆地,而应是挤压背景下形成的挤压挠曲盆地或山间盆地。     

北冰洋门捷列夫海岭富锰棕色层稀土元素组成特征与来源初步分析

北冰洋深海广泛分布的富锰棕色沉积层(棕色层)是海冰、洋流、物源供给等多种因素共同作用的结果，本文基于西北冰洋门捷列夫海岭ARC07-E25岩芯沉积物稀土元素与微量元素含量、颜色反射率参数、粗颗粒组分和无机碳含量的变化特征，对该类沉积层中稀土元素的组成特征、形成机制和物质来源进行了综合分析。结果显示，沉积物稀土元素总含量(∑REE)在122.37×10?6～231.94×10?6之间变化，北美页岩标准化配分模式显示出轻微的中稀土(MREE)富集以及由La、Ce、Nd主导的较强的轻稀土(LREE)优势。沉积物中∑REE随着粗组分颗粒(如冰筏碎屑)的增多而呈现降低趋势，表明门捷列夫海脊沉积物中的稀土元素主要富集在细粒沉积物中。根据∑REE在沉积物中的变化特征将E25岩芯沉积物划分为4种地层，反映出了冰期/间冰期的气候转变过程中温暖条件下形成的棕色层与寒冷条件下形成的浅灰绿色沉积层(灰色层)的岩性旋回中稀土元素组成的差异，由于两种沉积层在形成时受到不同的底层水氧化还原环境的控制，导致了铈(Ce)元素在氧化水体中会由Ce3+氧化为Ce4+并发生沉降，而在还原水体中则由Ce4+还原为Ce3+发生溶解，这一特性使LREE含量产生较大波动，进而影响到∑REE，使之趋于在代表氧化条件的棕色层中升高而在代表还原条件的灰色层中降低。R型因子分析和物质来源判别结果显示，E25岩芯沉积物中稀土元素与亲碎屑元素(Nb、U、Th)有较好的相关性，主要来源于东西伯利亚海和新西伯利亚群岛的近岸侵蚀物质以及勒拿河物质的输入。     

西北冰洋中更新世以来黏土矿物变化特征及其反映的洋流和冰盖演化

本文通过对中国第七次北极考察在西北冰洋阿尔法脊南部钻取的ARC7-LIC岩芯沉积物的XRF Ca/Al比值、冰筏碎屑和黏土矿物等研究，重建了中更新世以来研究区沉积物源和周边冰盖的演化历史。ARC7-LIC岩芯黏土矿物组合类型变化显示:深海氧同位素(MIS)29～13期黏土矿物组合主要以西伯利亚物源区为主，而MIS 12期以来以北美物源为主。黏土矿物组合的变化，反映中布容期前后洋流模式的改变。同时，MIS 12期高含量的蒙脱石可能来自北美物源。物源指标对比显示，劳伦冰盖在MIS 16期首次向西北冰洋大规模排泄冰山，并且从MIS 12期开始，西北冰洋周围冰盖的进退幅度增大。在MIS 6期、4期和3期，Ca/Al和高岭石含量的不协同变化指示北美冰盖的发育具有区域差异性，位于阿拉斯加北部和麦肯齐河流域的冰盖较班克斯岛?维多利亚岛一侧更发育，崩解的冰山能将高岭石带到研究区沉积下来。     

末次盛冰期以来挪威海北部陆源物质输入对气候变化的响应

北大西洋记录的末次冰期以来千年尺度快速气候变化对研究未来气候突变具有重要意义。对取自挪威海北部ACR5-BB03岩心进行了沉积物粒度组成、AMS14 C测年、颜色反射率和高分辨率XRF地球化学元素无损扫描测试,运用因子分析方法判别了不同来源沉积物的地球化学组成差异,并与末次盛冰期以来北大西洋海洋循环机制和气候变化对比分析,讨论了海洋环境变化对沉积物来源的影响和制约机制。结果显示,末次盛冰期以来挪威海北部沉积物组成经历了剧烈变化,可与北大西洋暖流、冰盖消融、温盐环流和北大西洋深层水的变化密切关联。21.5cal.kaBP之前沉积物粒度和化学组成特征与之后明显不同,陆源物质占优势,并以一种有序的层状膨胀性矿物层的出现为特征,表明此时海冰扩张带来的冰筏碎屑物质使得挪威海陆源物质输入增强和颗粒粗化;21.5~16.5cal.kaBP期间生源物质贡献增强,陆源物质含量减少,预示了北大西洋暖流的向北极入侵和挪威海水体的垂向交换增强;16.5~10cal.kaBP期间生源物质含量又出现了阶段性减少,陆源物质贡献增强,说明冰消期频繁变化的冰融水输入和北大西洋暖流强度对挪威海物质来源的影响;10cal.kaBP以来,生源组分迅速增加,且变化频率和幅度同时加剧,北大西洋暖流的强弱波动及其导致的温盐环流变化是挪威海物质来源的控制因素。