南沙群岛“危险地带”腹地珊瑚礁的地貌与现代沉积特征

南沙群岛中央水道及南华水道两侧的珊瑚礁,大部分为环礁,分属开放型、半开放型、准封闭型、封闭型和台礁化型,反映了环礁向灰砂岛演变的不同阶段。每个环礁,从礁前斜坡向礁坪至潟湖,可相应划分出3种沉积相和细分9种沉积带。礁顶是全新世中期以来形成发育的。     

南沙群岛珊瑚礁区仙掌藻的现代沉积特征

仙掌藻为温暖水体中钙化的绿藻,是南沙群岛珊瑚礁区重要的钙质沉积物源。对南沙群岛８座环礁现代沉积物样品的分析表明,仙掌藻碎屑在环礁各地貌沉积带沉积物中的含量,以泻湖盆底最高,平均为32.66％,最高可达75％,泻湖坡次之,平均9.22％,礁坪含量低,平均6.06％。南沙群岛仙掌藻以砂质基底上生长的直立类型为主,能生长于各个地貌沉积带,最适生态环境为封闭性好、泻湖面积大、水深较大（10～25m）、水动力弱的砂质泻湖盆底。仙掌藻的现代沉积特征反映了其生态特征,可作为中新世以来珊瑚礁沉积相划分的依据。     

南海西北部珊瑚礁记录所反映的新构造运动*

珊瑚礁是发育于热带海洋环境中由生物作用和地质作用共同形成的地质体,具有独特的新构造运动意义。南海西北部珊瑚礁记录所反映的新构造运动主要有火山活动、地壳升降运动和地震活动等。珊瑚礁区第四纪火山活跃,到现代已停止活动,部分火山构成珊瑚礁的基座,个别出露海面为火山岛;地壳升降运动差异较大,雷州半岛西南部珊瑚礁呈上升趋势,上升率为0.02~0.05mm/a;西沙群岛等岛礁地壳运动则呈下降趋势,下降率为-0.07~-0.10mm/a,岛礁中的造礁石珊瑚生长率、礁顶和灰沙岛的堆积率均相当于或大于地壳下降率与现代海平面上升率的总和;南海西北部珊瑚礁区内地震活动较强,尤其是1994年12月31日和1995年1月10日在雷州半岛西南部海域发生了6.1级和6.2 级地震,这两次地震对该区珊瑚礁的发育有较大的影响。     

近500年西沙群岛海面温度年际变化的珊瑚记录及其环境意义

在南海西沙群岛（15.76°~17.13°N,111.18°~112.90°E）5条年分辨率的滨珊瑚生长率（即每年生长宽度,mm/a或cm/a）序列和4个U-Th年龄的基础上,根据珊瑚生长率与器测海温的显著正相关关系特征并建立的转换方程,定量重建了近500年（1520~2007 A.D.）连续的年分辨率的西沙海温历史。这一时期的海温变化可以分为两个主要阶段：1）1520~1825 A.D.以小幅波动为主,略有下降（-0.21±0.07 ℃）。2）1826~2007 A.D.整体呈上升趋势（0.93±0.15 ℃）,其中1826~1899 A.D.快速上升（1.0±0.13 ℃）;1900~1971 A.D.小幅波动,略有下降（-0.16±0.19 ℃）;1972~2007 A.D.再次上升（0.55±0.30 ℃）。同时,近500年来西沙海温具有显著的年际、十年际和多年代际周期,分别对应于ENSO、太阳活动和太平洋多年代际涛动（PDO）。珊瑚生长率记录的西沙海域持续升温始于1820年代后期,与西太平洋暖池区的升温起始时间相当,但略早于全球其他区域,体现了南海海域对赤道海域海洋环境变化的敏感响应。

     

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。     

南海北部东沙群岛HD196站位地球化学特征及其对水合物的指示

南海北部是中国海上油气的重要基地,也是中国天然气水合物调查的首选地区。对南海北部东沙群岛附近具有BSR特征的HD196站位沉积物样品的地球化学特征进行综合分析,得到以下结果:柱状样沉积物的常量元素的分布具有分段性,且与沉积物孔隙水中的离子浓度和甲烷含量的变化趋势相一致,可能对其下面是否存在天然气水合物有指示意义;同时柱状样沉积物孔隙水中离子浓度的变化与世界上发现天然气水合物地点的孔隙水离子浓度的变化一致。HD196站位的地质条件表明本站位具有天然气水合物形成的温压条件、气源条件和构造条件,因此在本站位的下面赋存天然气水合物的可能性比较大,在此进一步工作有可能取得天然气水合物勘查的突破。     

南海珊瑚礁:从全球变化到油气勘探——第三届地球系统科学大会专题评述

第三届地球系统科学大会设置了关于南海珊瑚礁的专题,系统讨论了南海珊瑚礁从响应、记录全球变化到岛礁工程建设和油气勘探等的研究进展。受全球气候变暖和人类活动加剧等因素的双重影响,南海珊瑚礁在过去50多年来退化幅度高达80%,不少区域现代活珊瑚的覆盖度20%。珊瑚骨骼的地球化学指标清楚地揭示,自工业革命以来南海海水的污染程度增加、CO2驱动的海水p H值降低(变酸)等,这些环境问题对南海珊瑚礁构成了进一步的威胁。而日益增加的珊瑚礁区工程活动将不可避免地对珊瑚礁带来更大的环境压力,因此建议充分研究珊瑚礁区的工程地质特征,充分考虑珊瑚礁生态的脆弱性特点,进行岛礁工程的合理规划和布局,倡导"绿色工程"的理念。广布于南海的生物礁,其主要成礁时期为中新世以来,多种礁型储层及其良好的生储盖组合,决定了南海生物礁油气藏具有广阔的勘探前景,同时也具有多时间、空间尺度的环境记录功能。     

南海相对高纬度珊瑚对海洋环境变化的响应和高分辨率记录

分布于相对高纬度的亚热带珊瑚礁和珊瑚群落, 与热带珊瑚礁一样具有重要的研究价值, 但实际上对相对高纬度珊瑚的研究相对稀少。在我国南海, 相对高纬度的珊瑚礁和群落主要分布于广西涠洲岛、广东大亚湾、香港、福建东山、台湾等海域。近年来, 一些学者利用生物、生态、地质、地球化学等研究方法, 围绕"珊瑚群落演变与全球变化的关系"、"珊瑚对环境变化的高分辨率记录"等领域, 在相对高纬度海域开展了一些研究工作。本文首先简略介绍相对高纬度珊瑚的研究意义, 然后着重综述南海相对高纬度珊瑚对海洋环境变化的响应和高分辨率记录,以期通过综述前人的研究成果, 为接下来的研究提出新问题、开创新思路提供借鉴。     

华宁盘溪金山-大石山泥盆纪珊瑚礁的基本特征

滇东华宁盘溪火车站以北的金山—大石山地区发育中、晚泥盆世的丘状珊瑚礁。以Ａｌｖｅｏｌｉｔｅｓ和Ｔｈａｍｎｏｐｏｒａ为代表的床板珊瑚为造礁生物。纵剖面上岩相变化的记录清楚地表明，该礁体经历了定殖、繁殖和衰亡三个阶段。海水变浅及其盐化是导致礁体衰亡的直接原因     

南海北部珊瑚高分辨率硼同位素组成及其对珊瑚礁海水pH变化的指示意义

造礁珊瑚是研究热带海洋高分辨率气候环境演变的重要载体。对采自海南岛南部三亚湾的活体滨珊瑚SY10进行了约为月分辨率的碳、氧、硼同位素组成分析,并利用珊瑚δ11B重建了海水pH。结果显示,所测量样品的δ13C变化范围为–3.32‰~–1.76‰,δ18O为–6.13‰~–4.78‰,δ11B为23.51‰~26.23‰,且这些珊瑚样品的碳、氧、硼同位素组成均存在明显的季节性周期波动。其中pH与δ18O之间存在明显的正相关关系,高的pH值更倾向于在低温的季节出现,这意味着短时间尺度该处珊瑚礁海水pH可能主要不是受海水CO2溶解度控制,而是与生物活动有密切的关系。利用SY10珊瑚样品硼同位素组成重建的海水pH值变化范围为7.77~8.37,并呈季节性周期波动,这种大幅度的周期波动与我们对三亚珊瑚礁海水pH进行现场观测所得到的结果以及前人的研究成果相符,说明了利用珊瑚δ11B重建海水pH记录是可靠的。     

中国南海珊瑚岛礁钻探技术

中国南海珊瑚岛礁拥有巨大的资源潜力和科研价值。2013—2017年,贵州省地矿局一一五地质大队配合中国科学院在南海诸岛礁实施科研钻井数百口,施工过程中,合理解决了远离大陆封闭环境中的各种特殊困难,攻克了“珊瑚岛礁松散珊瑚砂层抽水试验成井下管”、“珊瑚岛礁第四系覆盖层钻探取心”、“珊瑚岛礁泻湖砂层钻探取心”、“珊瑚岛礁钻探事故预防与处理”等重要技术难题,形成了一套成熟完整的适用于岛礁勘查的钻探技术工艺体系,开我国岛礁钻探工程实践之先河。该技术体系能保证岛礁钻探工程安全和质量,对于我国今后岛礁勘查具有重要的指导意义。     

东沙群岛海域沉积物游离烃和孔隙水特征及其地球化学意义

对东沙群岛海域HD170和HD196A两个站位，通过系统的顶空气和孔隙水离子取样测试，对柱状样沉积物和底层水中游离甲烷的含量和沉积物孔隙水的离子组成特征以及孔隙水的来源进行了分析。游离气的分析表明，多数沉积物样品中游离甲烷的含量小于20μL／kg，但在HD196A站位，随着沉积物在海底以下埋深的增加，其中的游离甲烷含量迅速增加，在754～774cm，沉积物中游离甲烷的含量达到了7468．66μL／kg，推测其下存在巨大的烃类供应源。孔隙水的^86St／^87Sr同位素测试显示，本文所研究的两个站位沉积物孔隙水来源于正常的海洋沉积过程，而δ^11B的特征表明，沉积物中存在着与海水交换的吸附水，并且HD170站位的交换更多。柱状样沉积物孔隙水中，Ca^2＋、Mg^2＋与SO4^2-浓度表现出随着深度增加而明显降低的趋势，其中HD196A站位的硫酸盐甲烷界面小于10mbsf，暗示了该站位深部很可能赋存天然气水合物。     

西沙地块构造—地层特征及其记录的南海洋盆演化过程

西沙地块是南海岩石圈地壳拉伸减薄过程中发育于深水区的陆块,其保存了陆缘演化的重要信息。文章研究以西沙地块作为研究对象,基于研究区地质和地球物理资料,开展了地壳结构、盆地构造—地层分析和断层活动特征等研究。研究发现,西沙地块与其周缘的凹陷地壳结构具有显著的差异,西沙地块地壳厚度较大,发育了高角度断层控制的小型断陷盆地,基底断层活动一直可持续到T60地震界面发育时（~23 Ma）;而西沙地块周缘发育的是规模较大的拆离断层及其控制的强烈减薄陆壳。结合区域动力学事件,研究认为渐新世早期拆离断层在南海西北次海盆的活动导致了西沙地块北部的岩石圈地壳的减薄,而中新世早期拆离断层在南海西南次海盆构造位置的活动使西沙地块与南沙地块分离。文章研究成果不仅深化了西沙地块裂解规律的认识,而且对该区的油气勘探具有启示意义。     

南海南沙海域沉积盆地构造演化与油气成藏规律

据钻井、地震剖面、区域地质及磁异常条带分析解释,南沙海域及其邻区的主要沉积盆地的形成演化受裂谷起始不整合面和破裂不整合面分隔,可分为前裂谷期、裂谷期和后裂谷期3个构造阶段。大中型油气藏相关数据的统计表明,南沙海域及邻区大中型油气藏的成藏要素和油气田发育受构造阶段控制。(1)烃源岩发育具有分期、分区特征,礼乐盆地发育前裂谷期、裂谷1幕烃源岩;万安、曾母、西北巴拉望盆地发育裂谷2幕烃源岩,文莱-沙巴盆地发育后裂谷期烃源岩。(2)储层发育具有分期、分带特征,表现为外带老(裂谷2幕)、内带新(后裂谷期)。(3)圈闭类型包括构造、岩性地层圈闭及构造-岩性地层等因素形成的复合圈闭,大致具有内带以地层圈闭为主,外带以构造圈闭为主的特征。(4)大中型油气田分布具有外带砂岩富油气、内带碳酸盐岩富气特点。(5)南沙海域及邻区发育两个后裂谷期主含油气区,即东部巴兰三角洲砂岩背斜油气区和西部卢卡尼亚碳酸盐台地气区。其中,大中型气田的成藏要素组合为裂谷2幕烃源岩、后裂谷期碳酸盐岩储层和地层圈闭;大中型油气田则为后裂谷期烃源岩、砂岩储层和背斜圈闭。     

Insights about the structure and development of Zhongsha Bank in the South China Sea from integrated geophysical modelling

ABSTRACT

We construct a complete density transection based on the velocity structures across the Zhongsha Bank in the South China Sea. Gravity modelling of the lateral density contrasts between tectonic units helps us to determine the structural attributes and boundaries between continental blocks and deep basins. The configuration of the continent–ocean boundary (COB) around the Zhongsha Bank is mapped based on the gravity/magnetic anomaly and crustal structures. A low-density mantle is found beneath the Zhongsha Bank and the oceanic basins, and this mantle is associated with the high heat-flow background. The COB orientation is northeast-east in the north of the bank, with faulted linear structures. In further southeast, where there is a more intact crust, the COB orientation changed to north-northeast. The reconstructed density model and gravity/magnetic map indicate that the Zhongsha Bank is conjugated with the Liyue Bank by a rifted basin, where the crust had experienced localized deformation before the seafloor spreading. Because of the insufficient magmatism in the oceanic basin, the spreading ridge propagates into the weakened continental lithosphere between the two continental blocks, thus completely separating the Zhongsha Bank from the Liyue Bank. Seafloor spreading ridge jumps within the South China Sea may also be affected by the heterogeneous lithosphere beneath the continental blocks and oceanic basins.     

Zircon SHRIMP U-Pb dating of the Neogene coral reefs,Xisha Islands,South China Sea: implications for tectonic evolution

The Xisha Block is a minor one in the South China Sea and an important tectonic unit in the northwestern part of the region. Zircon SHRIMP U-Pb ages for three volcanic intrusive core samples from Xike-1, an exploratory well penetrating the bioherms of the Xisha Islands. The core samples are from the Miocene reef carbonate bedrock and are recognized as dark-gray biotite-hornblende gabbro, gray fine-grained biotite diorite, and gray fine-grained granite, respectively. Zircon cathodoluminescence (CL) images and trace Th, U and Pb compositions of the zircons show that these rocks are of volcanic intrusive origin. Zircon SHRIMP U-Pb dating yielded six groups of ages, ranging from 2451-1857 Ma to early Cretaceous, which indicate that the formation and evolution of the Xisha Block was affected by the evolution and closure of Neotethys Ocean, probably within its eastern extension into South China Sea. Both old, deep-sourced material, including fragments from Rodina supercontinent, and recent mantle-derived magma products contributed to the emergence and formation of the Xisha block. The SHRIMP U-Pb results also proved that this process differed from that of the Kontum massif, the Hainan Block, and the South China Block, but is similar to that of the Nansha and Zhongsha blocks. The process was associated with the effects of Yanshanian magmatism induced by subduction mechanisms of the Paleo-Pacific Plate or the reworking of the multiple magmatisms since the Early to mid-Yanshanian, possibly jointly experienced by the Xisha-Zhongsha-Nansha Block.     

南海中央海盆高精度地震勘探揭示的大陆漂移过程

南海的形成和演化得到了广泛研究,前人提出了超过5种成因模式,当前流行是海底扩张模式,但它难以合理解释南海洋壳上的洋中脊跳跃和南海中央海盆上的大陆残片。本文首先基于南海中央海盆中的两条高精度地震勘探剖面,在深入剖析洋壳的分层结构基础上,对这两条地震勘探剖面进行了新的构造地质解释。然后通过伸展构造的形成过程,发展了地幔上涌和陆壳重力滑移双驱动大陆漂移模型,最后深入研究了南海的形成和演化过程。结果说明,南海的形成是一种“构造挤出+主动漂移”模式。构造挤出是印度-欧亚大陆碰撞造成的欧亚东南缘微陆块大规模被动挤出,而主动漂移是微陆块在被挤出后发生了主动裂解漂移。南海中央海盆上残留的地震反射特征,是微陆块主动漂移后造成的海底被扩张现象。并进一步恢复了南海演化过程中周边陆块的运动演化历史。所提出的新模式能够合理解释南海的洋中脊跳跃现象及大陆残片的成因机制。新大陆漂移模型为板块运动提供了一个新的动力模式。     

西沙-南海北部晚第三纪生物礁的比较沉积学研究

在西沙群岛琛航岛一井晚第三纪生物礁中发现了９属４３种造礁钙藻和９个生物化石群落,与在南海北部陆架珠江口盆地惠州３３－１－１井发现的７属１６种造礁钙藻,７个生物化石群落() 及在莺歌海-琼东南盆地区莺６井发现的５属２１种造礁钙藻和５个生物化石群落() 一起,并列为迄今在研究区发现生物礁的三大典型研究剖面。本文较详细地从比较沉积学的角度讨论了这三个生物礁的异同点。生物礁最为重要的鉴定标志就是它具备典型的生物骨架结构。利用有关三个生物礁化石群落的鉴定成果、分布特征、组合关系、剖面演变规律的资料,指出皮壳状与坚硬分枝状珊瑚藻（Ｍｅｌｏｂｅｓｉａｅ）、直立分节状珊瑚藻（Ｃｏｒａｌｉｎａａ）和仙掌藻（Ｈａｌｉｍｅｄａ）在成礁过程中形成格架,扮演了“开路先锋”、“主力军”、“收容队的角色;尤其绿藻门仙掌藻作为其中最为重要的骨架生物之一在西沙生物礁中形成剖面序列,对于完善成礁理论和探索中国的“Ｍｅｓｓｉｎｉａｎ”事件-“南中国海”事件具有重要的古海洋学意义。三地生物礁因陆架海与陆缘海的区别而在沉积环境方面有所不同;成礁基有碳酸盐台地、古老的前第三纪基岩或“海台”;主要成礁期为中新世不同阶段;重要的岩石类型包括珊瑚藻礁灰岩与白云。     

华南二叠纪生物成礁模式探讨

二叠纪生物礁广泛发育于我国南方碳酸盐岩地区。鉴于许多研究者从成礁的外部环境因素来探讨生物礁的发育模式,笔者从我国南方二叠纪生物礁的内部成礁因素分析,即从主要造礁生物——钙质海绵和钙质藻类等的生物学和生态学特征、埋藏和保存特点方面进行分析,继而提出了华南二叠纪海绵礁的成礁模式。此模式不同于其它地质历史时期生物礁的成礁模式。