南海西北部末次盛冰期以来的古海岸线重建

末次盛冰期以来,南海西北部的相对海平面从-100多米变化到现今海平面高度,越南东北沿海、北部湾及华南沿海等水深较浅的海域经历了从陆地到海洋的演变过程．基于古海岸线重建模型,利用现今的数字高程模型、相对海平面变化曲线和沉积厚度数据,对南海西北部末次盛冰期以来的古海岸线进行了重建．根据古海岸线演变序列获得以下认识：20～15cal．ka BP南海西北部的海岸线缓慢后退,陆地面积只减少了1×10^4km^2,海陆格局基本维持不变;15～10cal．ka BP海岸线快速后退,减少的陆地面积达24×10^4 km^2,使越南东北沿海、北部湾及华南沿海迅速从陆地变为海洋,现今海陆格局基本形成;10～6cal．ka BP海岸线继续以后退为主,使陆地面积减少了9×10^4km^2,期间琼州海峡自西向东完全打开;6-0cal．ka BP海平面波动幅度较小,海岸线变化受构造和沉积作用明显,趋势以海退为主,陆地面积增加了约1×10^4km^2．     

龙感湖钻孔揭示的末次盛冰期以来的环境演化

通过龙感湖滩地钻孔24．4m深度以内的沉积物岩性、生物和物理指标分析,在^14C年代测定的基础上,对龙感湖末次盛冰期以来的环境演化进行了恢复,15．0kaBP前和10．0－6．3kaBP,龙感湖区发育河流沉积,以低生物量和高磁化率为特征;约15．0－10．0kaBP期间的晚冰期,龙感湖首次成湖,湖泊中生物量明显提高;现代龙感湖雏形始于约6．3kaBP后,至3．7kaBP后发展为稳定的湖泊环境,此外,花粉结果显示,龙感湖湿地相干被大致形成于3．3kaBP后,然后,龙感湖的成因和演化,及其与长江关系的研究,还必须重视对沉各物物源的追踪。     

末次盛冰期东亚气候的数值模拟

用美国国家大气研究中心(NCAR)的CCM3全球气候模式研究了末次盛冰期(LGM)和现代情景下的东亚季风和地面水分特征以及青藏高原冰川扩张. 结果表明: 在LGM时, 我国北方和西太平洋地区冬季风显著加强, 南方地区冬季风变化不大; 而对LGM时期的夏季风, 我国南方和南海地区显著减弱, 北方变化不显著; LGM时期季风的这种变化, 使我国东北、华北大部分地区、黄土高原和青藏高原东部年降水量比现代显著减少, 造成这些地区当时地面净失去更多水分, 使当地变干燥, 其中青藏高原东部、黄土高原西部地面变干燥最显著; 而在LGM时期青藏高原中部一些地区由于蒸发减少使地面变湿润, 有利于当时这些地区的湖面上升; 此外, LGM时期冬季青藏高原 绝大部分地区积雪明显比现代厚, 通过分析模拟资料计算的冰川平衡线高度发现: 尽管我们模拟出LGM时期较小的降温幅度, 但是通过模式中大气物理过程青藏高原降水和气温之间保持平衡, LGM时期当地冰川平衡线高度与现代相比降低了300~900 m, 即从现代的5400 m以上降为4600~5200 m, 指示着LGM时期青藏高原冰川的大规模扩张.     

末次盛冰期以来全球湿润状况的地质证据——全球古湖泊数据库及其湖…

介绍了正在建设中的全球湖泊数据库的情况，以及该数据库的不位资料所反央的是更新世末期以来全球湿润状况的变化，通过大尺度湖水位变化的时空分析，结果显示当今湖泊水湖泊水位较高，自末次盛期以来，北美大陆中南部地区湖泊水位自高至低，反映出该地区气候条件由湿变干，至早，中全新世达最干旱，而在非洲及南亚季风地区，冷期偏干，暖期偏湿，特别是在早，中全新世的温暖时期，为历史上最湿润时期，北半球中纬度地带的气候干湿变     

区域气候模式对末次盛冰期东亚季风气候的模拟研究

末次盛冰期(LGM)是距今最近的一个与现代环境反差最大的气候时期. 利用包含较为详细陆面过程的区域气候模式, 通过分别加入现代植被和根据花粉化石资料转化的东亚地区LGM古植被, 模拟了LGM东亚季风气候并研究了植被变化对LGM东亚季风的影响. 由区域气候模拟得到的较为精细的气候演变图像表明: LGM东亚大陆全年降温是导致东亚冬季风强盛、夏季风萎缩的重要原因; 夏季西太平洋副热带高压的西伸、加强, 是造成中国东部LGM夏季降水减少的重要原因. LGM青藏高原及中亚地区的降水及有效降水均有所增加, 高原有效降水的增加主要由降水增加所造成, 地表蒸散对其贡献较小. LGM青藏高原的积雪也有所增加, 有利于高原地区的冰川、冻土发育, 使得该时期的多年冻土区可向南扩展到30°N以南. 在LGM模拟中加入恢复的古植被会放大由外强迫造成的气候影响, 对于模拟的降温、降水变化、地表热平衡量的变化、积雪及其他气候参量的变化都有进一步的强化作用, 使模拟结果与有关地质资料更为接近.     

末次盛冰期以来中国东北地区特征时期植被格局

末次盛冰期以来气候环境经历了低温-升温-高温等诸多场景,成为评估未来气候变化的理想相似型.基于中国东北地区花粉记录,重建末次盛冰期以来特征时期植被格局,为预测未来气候环境变化影响下的生态环境格局提供依据.末次盛冰期(~18000cal a BP),东北地区草原植被急剧扩张,松嫩平原形成大面积的寒旱草甸草原,辽河平原和呼伦贝尔高原也被草原和荒漠占据,中南部平原发育森林草原植被;山地存在寒旱型针叶林和寒温性针阔叶混交林.早全新世阶段(10000~9000cal a BP),东北地区东部山地丘陵区和三江平原地区为针阔叶混交林植被,中部地区仍以草原植被为主,暖温性阔叶林向北有所发展.全新世大暖期( 6000cal a BP),温带针阔叶混交林和寒温带针叶林向北方扩张,落叶松向南略有推进,云冷杉林向北扩展,在小兴安岭东部和三江平原出现高值.落叶阔叶林分布中心向南迁移至长白山南部和辽东半岛.松嫩平原草原区岛状林地增加,辽河平原地区草甸草原植被扩张.增温导致东北地区季风降水增加,有利于暖温型森林植被发育.东北地区全新世暖期是植被发育最好时期,增温导致的夏季风降水增强,可能是植被和生态环境良好的主要原因.     

南海天然气水合物潜在海域自然铝的发现及其特征与形成机理

Al是非常活泼的两性元素, 但单质形式的自然铝也可形成和保存在特殊环境中, 具有特征的地质意义. 对南海269个表层样、4个柱样(165个层位)的样品进行了碎屑颗粒鉴定和统计, 在5个表层样和2个柱样(3个层位)的样品中发现自然铝颗粒. 自然铝颗粒为灰白色至银白色, 具有强金属光泽和延展性, 其形状呈不规则片状、长条状和球状. 测定的自然铝为等轴晶系, Fm3m空间群, 晶胞参数a值为(4.028~4.059)×10^-1 nm, 主要由Al元素组成(95.07%~99.84%). 研究揭示, 自然铝是海底冷泉环境原地形成的自生矿物, 是一种尚未报道的产出形式, 其形成成因可能是: 在冷泉区强还原和碱性的微环境下, 由于微生物活动和生化酶的作用, 沉积物中的Al³⁺被H₂还原成其单质形式. 因此, 南海自然铝是冷泉环境中的特殊产物, 填补了在冷泉区尚未发现自然铝的空白, 提出的自然铝形成机理为进一步研究冷泉区特殊环境下微生物生物地球化学过程提供了基础.     

我国南海天然气水合物资源潜力分析

天然气水合物是一种潜在能源,资源量大,我国天然气水合物以南海分布居多.本文分析了影响天然气水合物形成的构造沉积、烃源、温度与压力等因素,并以墨西哥湾和布莱克海台天然气水合物藏为例进行了分析.基于天然气水合物形成的影响因素,综合考虑南海海域的构造演化及油气地质条件,认为南海的构造及气源条件有利于天然气水合物的形成,同时进一步认为南海地区水合物成藏一级远景区包括台西南盆地、东沙群岛、西沙海槽—琼东南盆地和北康盆地,次级远景区包括中建南盆地和万安盆地等.并针对南海天然气水合物勘探及研究面临的挑战,提出了建议.     

南海北部神狐海域天然气水合物钻探区第四纪以来的沉积演化特征

南海北部神狐海域是我国首次获取海洋天然气水合物实物样品的海域.然而, 陆坡区深水水道和海底峡谷的侵蚀以及频发的沉积物失稳, 将会加剧地层对比和沉积相识别的难度, 导致目前该区域典型地震相-沉积相特征、沉积体类型、成因机制和空间匹配关系等方面还缺少精细的研究, 特别是第四纪以来的沉积演化涉及较少, 区域内水合物形成和分布的沉积地质条件尚不清晰.基于海底地形特征的描述、层序地层格架的对比和地震资料的综合解释, 本次研究在第四纪以来的沉积充填序列中识别出5种典型的地震相类型, 并分析了对应的沉积体类型:进积型的陆坡、第四纪早期发育的小型浊积水道、沉积物失稳(滑移和滑塌)、海底峡谷和伴生的沉积物变形、以及深海沉积-块体流沉积的复合体.通过沉积单元的空间匹配关系, 将沉积演化划分为3个阶段:浊积水道侵蚀-沉积物再沉积阶段、陆坡进积-沉积物失稳阶段、海底峡谷的侵蚀-充填阶段.研究结果表明, 受第四纪早期小型浊积水道的侵蚀, 再沉积的沉积物将在中-下陆坡以"近源"的方式堆积下来, 可能具有相对较好的物性条件, 从而可被视为适于水合物赋存的有利沉积体.进积型陆坡带来的沉积物易于发生失稳, 在研究区内广泛分布, 因其具有较小的沉积物颗粒粒度和较好的垂向连续性, 可被认为是水合物的区域盖层.大量发育的海底峡谷及伴生的沉积物变形, 将会侵蚀和破坏先前沉积的有利沉积体, 使其呈现为"斑状/补丁状"的平面展布特征, 进而影响了神狐海域水合物的分布.因此, 神狐海域第四纪以来的沉积演化是钻探区水合物不均匀性分布的关键控制因素之一.     

末次冰期以来南海深水区的沉积速率

根据 72个站位沉积柱状样的分析数据 ,首次对南海 1 0 0m以下的深水区 6个不同部位 ,在末次冰期与全新世的堆积速率变化进行统计 .结果发现末次冰期时的堆积速率远远高于全新世 ,而南海南、北陆坡是堆积速率最高的海区 ,两者在各时期具有不同的沉积特征 :南部陆坡在末次冰期、全新世之间陆源物质的堆积速率反差较大 ,而北部陆坡不甚明显 ,但是该处的生源沉积反差强烈     

Reconstruction of paleocoastlines for the northwestern South China Sea since the Last Glacial Maximum

The range of relative sea level rise in the northwestern South China Sea since the Last Glacial Maximum was over 100 m. As a result, lowland regions including the Northeast Vietnam coast, Beibu Gulf, and South China coast experienced an evolution from land to sea. Based on the principle of reconstructing paleogeography and using recent digital elevation model, relative sea level curves, and sediment accumulation data, this paper presents a series of paleogeographic scenarios back to 20 cal. ka BP for the northwestern South China Sea. The scenarios demonstrate the entire process of coastline changes for the area of interest. During the late glacial period from 20 to 15 cal. ka BP, coastline slowly retreated, causing a land loss of only 1×10⁴ km², and thus the land-sea distribution remained nearly unchanged. Later in 15–10 cal. ka BP coastline rapidly retreated and area of land loss was up to 24×10⁴km², causing lowlands around Northeast Vietnam and South China soon to be underwater. Coastline retreat continued quite rapidly during the early Holocene. From 10 to 6 cal. ka BP land area had decreased by 9×10⁴km², and during that process the Qiongzhou Strait completely opened up. Since the mid Holocene, main controls on coastline change are from vertical crustal movements and sedimentation. Transgression was surpassed by regression, resulting in a land accretion of about 10×10⁴km². Supported by Key Laboratory of Marginal Sea Geology, Chinese Academy of Sciences (Grant No. MSGL0711), the Guangdong Natural Science Foundation (Grant No. 04001309) and Open Fund of the Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Chinese Academy of Sciences (Grant No. MGE2007KG04)     

末次冰盛期中国气候要素定量重建

古气候定量化是古全球变化研究的核心目标之一.重建末次冰盛期时段((18±2)ka14C)气候变化特征,对理解冰期-间冰期地球气候演化规律具有重要的意义.以往古气候要素定量重建,主要基于现代气候条件下孢粉-气候的统计学方法,因难以有效区分过去气候季节性变化和大气CO2浓度降低对植物生长的影响,导致重建结果可能存在不确定性.本研究基于植物生理过程、新一代古气候定量重建的植被反演方法,考虑上述环境因子对植物生长的影响,利用新完善的中国第四纪孢粉数据库,重建了古气候的空间格局.结果表明,在末次冰盛期,大气CO2浓度降低对中国古气候要素重建结果影响不显著;全国年均温比现在低约(5.6±0.8)℃,最冷月温度和最热月温度分别降低约(11.0±1.6)℃和(2.6±0.9)℃,且中国南方降温幅度达到约(5.5±0.5)℃,接近平均值的水平,年均温变化主要归因于冬季温度的降低;全国年降水量比现在低约(46.3±17.8)mm,其中北方降水减少约(51.2±21.4)mm,年降水变化主要源于夏季降水的减少.与古气候模拟结果的对比揭示,虽然现有模式能较好模拟年均气候模态,但是在季节性变化上与重建结果还有较大的差距,指示未来在提高古气候重建精度的同时需进一步加强古气候模式的季节性气候模拟能力.     

南海北部陆坡气源条件对水合物成藏影响的模拟研究

南海北部陆坡包括神狐海域在内无论在横向上还是纵向上影响水合物形成与分布的地质因素差异较大,其气源条件的变化是否为一种重要因素值得探索.本文将前人南海北部陆坡气源类型和气体组成概括为14种情况,分别运用模拟手段定量-半定量地分析它们对水合物成藏可能带来的影响.模拟结果显示,与神狐海域已知水合物相比,不同气体组成形成水合物所需温度条件增大0.49~5.44℃,多数增大2℃以上.可以看出,不同气体组成明显改变水合物的形成条件,暗示着不同类型气源可能是影响南海北部陆坡水合物形成与分布的重要因素.     

南海含天然气水合物地层地震反射特征及可能分布研究

天然气水合物是当前能源与环境领域的研究热点之一,南中国海是天然气水合物赋存的有利区域。天然气水合物的存在改变了沉积地层的声学特征,这一性质使多道地震勘探成为发现海洋天然气水合物的主要手段。本文首先根据地震成像结果定性分析南海可能含天然气水合物沉积地层的地震反射特征,初步确定天然气水合物存在的可能性并指出地震成像关键技术。在无井条件下,构建虚拟井进行波阻抗反演得到定量的地层速度参数进一步证实这一可能性,最后将反演获得的速度场与ODP184 航次在此区域获得的地球物理、地球化学信息综合分析,可以确定此区域天然气水合物的存在及其空间展布。     

南海天然气水合物远景区海洋可控源电磁探测试验

为了测试我国自主设计与研发的海洋可控源电磁仪器性能及其在水合物探测中的适用性,本文从海洋可控源电磁法基本原理出发,首先根据试验海域水合物地质特征,建立简化地电模型开展理论研究,确定海洋可控源电磁试验的技术方案;利用研发的海洋可控源电磁仪器,在南海天然气水合物远景区开展探测试验,首次获得了我国深水海域的海洋可控源电磁数据.通过对采集数据进行处理与反演,获得了试验剖面的海底电性结构模型,揭示了4号测点下方存在一个50 m厚的高阻层,其电阻率为25 Ωm、顶部埋深为181 m,为该区天然气水合物调查提供了有价值的电性参考资料.研究结果表明,自主研发的海洋可控源电磁仪器性能达到了预期的设计指标,这标志着我国海洋可控源电磁探测技术向实用化进程迈出了重要一步.     

南海北部陆坡水合物分解引起海底不稳定性的定量分析

分析了天然气水合物分解引起海底斜坡不稳定性的原因,探讨了水合物分解引起沉积物层孔隙压力变化规律.以南海北部神狐海域水合物样品钻获区为研究对象,应用极限平衡法探讨了海底无限斜坡的稳定性问题,计算了设定的不同滑动面的安全系数,建立了目标不稳定区相关参数条件下的水合物分解与海底斜坡不稳定的模式图,模拟计算了不同程度的水合物分解对海底斜坡失稳的影响作用.结果表明：在假设条件下,南海神狐海域当水深为1200 m,沉积物层厚度为200 m,对于20°的较大坡角,沉积物层中5%水合物分解将引起海底斜坡失稳;斜坡坡角为5°时,沉积物层中15%水合物分解后,将会引起海底斜坡失稳;当斜坡坡角为3°或更小时,沉积物层中25%水合物分解后,将会引起海底斜坡失稳.     

Discovery of native aluminum and its possible origin from prospective gas hydrate areas in the South China Sea

Aluminum is an active amphoteric metal element, but native aluminum (Al°) can be formed and preserved in special condi- tions so that its occurrence has unique geological significance. In this paper, the coarse fractions ( 63 μm) of 269 samples of surface sediments and of 165 sediment samples in four cores from the South China Sea (SCS) were picked out and analyzed. Al° particles were found in only five surface samples and three samples in two sedimentary cores. The particles are grayish or silver white in color with a strongly metallic luster and high plasticity, and they occur as irregular plats, elongated shapes and spherules with botryoidal structures. The identified Al° particles belong to cubical system, Fm3m space group with a varying from 4.028×10?1 nm to 4.059×10?1 nm. Their chemical compositions consist mainly of Al (95.07%–99.84%) and minor amounts of Si, Fe, Ti, S, Zn, Mg, Ca and trace amounts of K, Na, Cu, Co, P and Mn. Our results show that the identified Al° is authigenic, formed in situ in the prospective areas of gas hydrates, and that it is an unreported type of Al° occurrence. A possi- ble mechanism of Al° formation is proposed: under the strongly reducing micro environments at cold seeps, dissolved Al3+ in sediments is reduced to its metallic state by the strongly reducing agent of H2 through microbial processes and enzyme action. As a result, the Al° particles from the prospective gas hydrate areas in the SCS are the special products, representing the first report on Al° from the sediments at cold seeps. The proposed mechanism provides a theoretical basis for further studies on the special biogeochemical processes at cold seeps.     

南中国海神狐海域天然气水合物 地震识别及分布特征

南中国海北部陆坡神狐海域是天然气水合物发育的有利地区,钻井取芯表明此区域的天然气水合物以细颗粒状分布于水合物稳定带内.以三维地震数据为基础,讨论海洋天然气水合物调查的高分辨率地震成像关键技术,综合利用不同的地球物理方法(阻抗反演、属性聚类分析及神经网络方法等),以钻井结果为约束分析不同方法对天然气水合物识别的适用性,确定利用属性聚类方法来获得神狐海域天然气水合物与游离气的三维空间展布特征.将钻井取芯结果与地质条件相结合,综合多方面地球物理信息,分析产生这一分布特征的地质原因,指出断层与裂缝是南海北部陆坡神狐海域水合物、游离气的分布模式及天然气水合物形成的主要地质控制因素.     

南海北部陆坡神狐海域天然气水合物成藏的流体运移体系

通过新近纪断裂体系和底辟构造特征综合分析认为,底辟构造、高角度的断裂和垂向裂隙系统构成了南海北部神狐海域天然气水合物成藏的主要流体运移体系.神狐海域断层发育,可分为晚中新世活动的NW(NNW)向断层和上新世以来活动的NE(NNE)断层两组.NE向断层活动强度小,规模大,从下至上切穿上新世以来沉积层,组成高角度断裂和垂向裂隙系统.底辟构造在地震剖面上呈直立的、上小下大的烟囱状通道,局部横向扩张呈囊状、花状,形成大型的反射模糊带.底辟构造的发育在上覆沉积层产生了树枝状、似花状组合形态的高角度断裂和垂向裂隙系统,构成了良好的流体运移通道和疏导体系.当富含甲烷气体的流体通过底辟构造、断裂及裂隙系统垂向或侧向运移时,在合适的温压条件下形成天然气水合物.