地学前缘

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“深海多圈层过程与地球系统” 主题专辑目次

2022, 29(5): 0-0.

摘要 ( 128 )

PDF(451KB) ( 102 )

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我国海洋科学发展现状与未来展望

吴立新, 荆钊, 陈显尧, 李才文, 张国良, 王师, 董波, 庄光超

2022, 29(5): 1-12.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.4.60

摘要 ( 1754 )

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PDF(4828KB) ( 638 )

海洋是生命的摇篮、资源的宝库和国家安全的屏障,是未来人类可持续发展的重要战略空间。到目前为止,广袤深邃的海洋只有5%的区域被人类探索,加快海洋科技创新、提高海洋资源开发能力、保护海洋生态环境是实现“关心海洋、认识海洋、经略海洋”的根本,事关国家发展的命脉。海洋问题的复杂性使其无法通过单一学科的研究得以解决。目前,我国海洋科学的研究已逐步从过去的跟跑阶段进入并跑阶段,但原始创新能力明显不足。本文回顾分析了我国海洋科学领域的研究进展与发展态势,对标找出与世界先进国家的差距,展望了今后的发展方向,指出围绕海洋多尺度相互作用与气候变化、健康海洋、海洋生命过程、跨圈层流固耦合、快速变化的极地系统、海岸带可持续发展等重大科学前沿,加强顶层设计和战略布局,开展跨尺度、跨圈层的多学科交叉研究,组织并发起我国主导的国际大科学计划,从而显著提升我国在海洋科学研究领域的国际影响力,切实提高保障国家安全和服务社会经济发展需求的能力,为建设海洋强国、构建人类命运共同体提供重要科技支撑。

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西北太平洋黑潮延伸体观测回顾和展望

陈朝晖, 林霄沛, 马昕, 管延锋, 周春, 张岳奇, 马克

2022, 29(5): 13-22.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.3.16

摘要 ( 507 )

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PDF(6979KB) ( 302 )

西北太平洋黑潮延伸体是全球海洋动力过程最复杂、对全球气候变化最敏感和全球海洋渔业产量最大的区域之一,然而,目前对该海区物理、生态及生地化循环等过程的认识仍受限于长期连续海洋观测资料的缺乏。本文回顾了国际上针对黑潮延伸体海区的相关观测情况和取得的主要进展,介绍了近年来我国在该区域观测系统的构建工作及取得的初步成果,包括构建了全球首个西北太平洋黑潮延伸体定点观测系统;发现黑潮延伸体海区海洋涡旋的平流效应对该海区模态水的总潜沉率贡献超过一半,所携带当地的模态水只需要一年半的时间就可到达海盆的西边界;基于潜标首次展示了黑潮延伸体区域3种不同类型次温跃层涡旋流速的直接观测结果,为开展其生成消亡机制及其全球次表层物质能量输运提供了重要的现场观测基础。最后,本文展望了今后观测系统的发展方向,即在跨圈层和多学科交叉方面发展成为我国在西北太平洋重要的深远海综合观测网络。这将为揭示多尺度物理-生物过程耦合、深海能量串级及其气候效应与深海碳循环等领域实现突破提供重要的观测支撑。

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热带西太平洋沉积物的环境磁学特征对东亚冬季风的响应

侯啸林, 徐继尚, 姜兆霞, 曹立华, 张强, 李广雪, 王双, 翟科

2022, 29(5): 23-34.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2020.5.55

摘要 ( 200 )

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PDF(4233KB) ( 83 )

西太平洋暖池(Western Pacific Warm Pool,WPWP)指位于热带太平洋中、西部(包括南海南部和苏禄海)年平均水温超过 28 ℃的广大海域。由于巨厚的表层暖水覆盖,西太平洋暖池成为全球热量和水汽交互的重要源区,对驱动温盐环流、调节全球气候变化具有重要作用。东亚冬季风(EAWM)是全球气候系统中最活跃的组成部分之一,它可能会通过寒潮侵入热带地区,引起深层对流,以此加强暖池区的对流活动和降水异常,从而影响赤道地区的潜热释放。但地质历史时期西太平洋暖池与东亚冬季风的相互作用关系尚不明确。由于东亚冬季风携带的风尘中往往包含有大颗粒的高矫顽力磁性矿物,我们可以通过沉积物中磁性矿物的组合、含量、颗粒大小和形态变化,分析不同时间尺度上气候环境变化和风尘物质的输入情况,进而反演东亚冬季风的强度变化。本文对取自热带西太平洋B10钻孔的岩心样品进行了环境磁学测试,以揭示地质历史时期西太平洋暖池沉积物环境磁学特征对东亚冬季风的响应。实验结果表明,沉积物中的主要载磁矿物为低矫顽力的磁铁矿,属于亚铁磁性矿物,并含有少量高矫顽力磁性矿物。沉积物中的磁性颗粒以准单畴(PSD)颗粒为主。高矫顽力的磁性矿物含量和细颗粒磁铁矿相对含量在冰期和间冰期呈现出显著相对变化,对东亚冬季风的变化有敏感响应:冰期沉积物中高矫顽力矿物含量增多,磁性颗粒粒径变大;间冰期沉积物中高矫顽力矿物含量降低,磁性颗粒粒径变细。在干燥、寒冷的冰期,由风尘携带而来的高矫顽力磁性矿物相对含量增加,沉积物中的磁性颗粒粒径变大,反映冰期东亚冬季风强度增大;在气候温暖湿润的间冰期,风尘的输入量较小,由风尘携带的高矫顽力磁性矿物含量相对较低,沉积物中的磁性颗粒粒径变小,反映间冰期东亚冬季风的强度减弱。

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春季黄、渤海沉积物中CH₄和N₂O的垂向分布特征研究

李思琦, 陈烨, 尹霞, 臧昆鹏, 甄毓

2022, 29(5): 35-46.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.12

摘要 ( 354 )

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本研究分别利用顶空平衡法与qPCR技术测定了2018年春季黄、渤海5个典型站位柱状沉积物中甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)浓度及产甲烷菌与硫酸盐还原菌功能基因拷贝数,并分析了其与间隙水中相关环境因子的关系。沉积物上方水文条件的差异以及其中复杂的碳氮生物地球化学过程使得CH₄和N₂O浓度呈现出明显的空间和垂直变化。结果显示,沉积物中CH₄浓度为0.23~0.92 μmol·kg^-1,N₂O浓度为18.90~104.96 nmol·kg^-1。总体来说,渤海沉积物中CH₄和N₂O平均浓度高于黄海。垂向分布上,CH₄浓度均随深度增加逐渐升高, $\text{SO}_{4}^{2-}$浓度随深度增加逐渐降低,并与CH₄浓度呈镜像关系,产甲烷菌与硫酸盐还原菌的丰度也遵循着同样规律,这表明沉积物中产甲烷作用受$\text{SO}_{4}^{2-}$浓度的抑制。 mcrA基因拷贝数平均值为渤海低于黄海。除3500-7站外,沉积物中mcrA基因拷贝数随深度增加而升高。各站位mcrA 基因丰度与CH₄浓度均无显著相关性,且mcrA丰度与$\text{SO}_{4}^{2-}$浓度之间也未检测到显著相关性。dsrB基因拷贝数远高于mcrA基因拷贝数,且两者相差至少两个数量级。 dsrB基因拷贝数随深度逐渐增加,直至10 cm左右,随后至沉积物底部逐渐减少。各站位dsrB基因拷贝数与CH₄浓度剖面略有镜像关系,但均未检测到显著负相关性。以上结果均表明沉积物中存在着同时消耗沉积物中$\text{SO}_{4}^{2-}$与CH₄的其他作用。N₂O浓度随深度增加先降低,在深度30 cm以下逐渐升高。间隙水中$\text{NO}_{3}^{-}$和$\text{NO}_{2}^{-}$浓度均随深度减小,同时$\text{NH}_{4}^{+}$浓度与其呈相反趋势。沉积物中N₂O与$\text{NO}_{2}^{-}$及$\text{NO}_{3}^{-}$浓度均呈正相关,且前者相关性较高,说明反硝化作用是沉积物中N₂O产生的主要过程。这些结果为进一步了解近岸陆架海域沉积物中CH₄和N₂O的来源、分布及碳氮生物地球化学循环提供了参考资料。

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全球海洋硅循环及研究中面临的主要挑战

朱东栋, Jill N.SUTTON, Aude LEYNAERT, Paul J.TREGUER, 刘素美

2022, 29(5): 47-58.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.8.6

摘要 ( 873 )

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PDF(2370KB) ( 298 )

海洋硅循环是海洋生物地球化学循环的关键过程之一,对调控全球二氧化碳浓度、海洋酸碱度和多种元素(氮、磷、铁、铝等)的循环具有重要作用。在当今气候变化和人类活动影响日益增强的背景下,硅循环与“生物泵”及碳循环的紧密联系,是其成为地球科学领域研究热点的主要原因。海洋中硅的外部来源主要为河流、地下水、大气沉降、海底玄武岩风化作用和海底热液输送5个途径,在全球气温变暖趋势的影响下,极地冰川融化成为高纬度海域不可忽视的硅源。生物硅在沉积物中的埋藏、硅质海绵和生物硅的反风化作用是重要的海洋硅移除过程。海洋硅循环过程复杂,受生物(生物吸收、降解)、物理(吸附、溶解)和化学(矿化分解和反风化作用)多重因素的影响,针对海洋硅循环关键过程的研究有助于综合评估海洋硅的“源-汇”和收支。本文总结了海洋硅循环的主要过程及海洋硅的收支,根据国际和国内研究现状讨论了当前海洋硅循环研究中面临的主要问题和挑战。现有研究成果显示,海洋硅的外源输入和输出通量比以往的评估分别增加了2.4和2.2倍。在短时间尺度内(<8 ka),全球海洋中硅的收支大致平衡,海洋硅循环基本处于稳定状态。气候变化和人类活动导致河流输送至陆架边缘海的硅通量发生变化,可能影响硅藻等海洋浮游植物种群结构,是未来海洋硅循环研究需要关注的问题之一。陆架边缘海较高沉积速率和强烈的反风化作用提高了该区域生物硅的埋藏效率,准确评估该区域生物硅的埋藏通量仍是亟须解决的难题。目前的研究评估了全球海洋浮游硅藻、硅质海绵以及放射虫生产力,而海洋底栖硅藻生产力的贡献受到忽视,未来需要关注底栖硅藻对生物硅的贡献及其在海洋硅的生物地球化学过程中的作用。

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海洋低氧环境底栖有孔虫研究进展

徐昭萌, 刘素美

2022, 29(5): 59-72.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.23

摘要 ( 295 )

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全球变暖和人为活动不断加剧海洋低氧环境发生的频率和范围,低氧对全球海洋底栖生物群落结构造成重大影响。底栖有孔虫能够广泛适应生存在各种海洋低氧环境中,是极少数能适应低氧环境的真核生物之一,底栖有孔虫对低氧环境的响应及适应机制研究是海洋研究领域的前沿和热点话题,至今仍存在很多谜团。本文总结了不同海洋低氧环境活体底栖有孔虫分布特征、活体底栖有孔虫对人为诱导低氧环境的响应、低氧环境下底栖有孔虫外壳化学组成特征、低氧环境下底栖有孔虫的生存机理,期望为后续推进海洋低氧环境下底栖有孔虫相关研究进一步开展提供参考和借鉴。底栖有孔虫作为古海洋环境重建的重要工具,对我们了解全球海洋低氧环境的历史演化进程具有非常重要的意义。展望未来我们需要进一步加强有孔虫细胞生理学和分子生物学对低氧环境的适应机制研究,从系统发生学上认识真核生物对低氧环境适应的历史演化进程,为利用有孔虫作为工具更好地重建和预测海洋低氧环境变化提供理论依据。

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雅浦海沟北部深渊和超深渊沉积物的物质组成、来源和形成过程研究

郑成, 孙承君, 金红, 黄玉环, 岳新安, 杨桂朋, 丁海兵

2022, 29(5): 73-87.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.20

摘要 ( 230 )

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PDF(10497KB) ( 306 )

为探究雅浦海沟北部深渊、超深渊沉积物的组成、来源和形成特征,以1 cm分层对采自该海域不同深度的五根柱状沉积物样品的0~8 cm沉积层进行了扫描电子显微镜(SEM)观察和X射线能谱(EDS)分析,并且分析了这些样品的含水率,锰结核含量, Al、Ca、Fe、Mn、Ti、Mg等6种常量金属和Ba、Co、Cr、Ni、Pb、Sr、V、Cu、Zn等9种微量金属元素含量,以及总有机碳(TOC)含量等参数。结果表明,研究区域沉积物主要为深海软泥沉积,是不同年代沉积物的复杂混合,包含以盘星石为代表的颗石藻、海绵骨针、放射虫和硅藻等多种微体古生物化石以及辉石、重晶石、钛铁矿、长石等多种矿物。沉积组分主要来自生物源、火山源、陆源和海底热液,其中陆源沉积出现于海沟东侧深渊区。海沟西侧崖壁的沉积物比东侧崖壁的沉积物更容易发育锰结核。研究区域沉积物含水率较高并且颗粒较大,其含水率随深度增加呈减少趋势。研究区域超深渊站位沉积物的TOC和微体古生物化石含量均高于深渊站位,存在明显的漏斗效应。整体上海沟西侧崖壁沉积物含水率和TOC含量低于东侧崖壁的沉积物。自更新世以来,雅浦海沟北部的碳酸钙补偿深度(CCD)线从4 568 m以深变为4 435 m至4 568 m之间。研究区域的沉积环境为氧化环境,其0~8 cm沉积层的古老沉积物与现代沉积物发生了混合和再沉积作用,形成年代跨度极大。研究区域沉积物的形成受到海沟坡度、水动力环境、重力滑塌、浊流沉积、火山活动、漏斗效应等多种因素的显著影响。

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东海北部陆架表层沉积物重矿物组合、迁移路径对底层水团的示踪响应研究

刘勇, 李广雪

2022, 29(5): 88-101.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.17

摘要 ( 199 )

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基于东海北部陆架表层沉积物的泥温、粒度分析与重矿物鉴定数据,结合末次盛冰期(LGM)以来的东海海平面演化阶段分析,提取高海面期以来底层水团承载的沉积重矿物空间分布规律与信息记录。结果表明优势矿物种的迁移路径与区域环流系统密切相关,进而可示踪东海北部物质的大致输运方向。依据透明矿物(普通角闪石、帘石类、稳定矿物)、金属矿物(不透明矿物)、片状矿物及自生矿物等优势重矿物种迁移路径的判断和讨论,将研究区初步划分为5类矿物区,分别为冷涡矿物区(Ⅰ区)、黄海沿岸流与跨陆架流矿物区(Ⅱ区)、长江冲淡水矿物区(Ⅲ区)、暖流矿物区(Ⅳ区)和复合矿物区(Ⅴ区)。Ⅰ区受济州岛西南冷涡影响显著,高含量的自生黄铁矿指示了强还原的沉积环境;Ⅱ区是黄海沿岸流与跨陆架流(ECSC)南向输运老黄河三角洲物质的重要通道,帘石类矿物、金属矿物、片状矿物的含量变化可指示输运的路径;Ⅲ区是长江冲淡水东扩的重要通道,普通角闪石、片状矿物、石榴石为示踪的特征矿物;Ⅳ区是陆架水团混合了台湾暖流和对马暖流水体的区域,区内“洁净”的暖流水阻隔陆源物质向东输运,其西侧为物源供给侧,形成优势矿物低值区,东侧物质供给匮乏,海侵改造沉积出露,重矿物及优势矿物种呈高值;Ⅴ区是区域环流系统季节性变化与强度差异影响下的复合作用区,区内矿物学特征与邻区相比无明显优势。从矿物迁移路径的角度认识东海北部陆架的物质输运与聚集过程,可进一步理解优势矿物示踪意义与区域环流系统动力环境的响应机制。

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东北印度洋源汇过程及古环境与古季风演化

官玉龙, 陈亮, 姜兆霞, 李三忠, 肖春凤, 陈龙

2022, 29(5): 102-118.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.18

摘要 ( 316 )

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东北印度洋地理位置独特,其沉积物记录了青藏高原隆升及孟加拉扇的“源-汇”过程、印度季风与东亚季风的“海-气”交互作用、印-太暖池热传输的演变与高纬气候之间的相位关系等关键信息,是喜马拉雅地区“构造-气候-沉积”耦合演化的良好记录载体,是探讨多圈层相互作用、探索古气候与古环境演化的理想“窗口”。本文系统总结了近年来有关东北印度洋季风与表层环流特征、沉积物组成及物源、气候环境演化以及环境磁学记录等方面的研究进展。分析表明,东北印度洋为典型的季风风场,表层环流受季风影响强烈,夏季和冬季环流差异明显。沉积物类型丰富,包括河流输运而来的陆源碎屑、钙质和硅质为主的生物沉积以及火山物质等。但目前对于该区域的沉积物的具体组成、“源-汇”过程、迁移历史、季风演化与青藏高原隆升、高纬气候变化之间相互关系等方面的认识尚存在较大的分歧。同时,受样品获取难度大、磁学信号稀释严重等因素的限制,环境磁学作为一种在示踪沉积物物质来源、恢复古气候和古环境等方面被普遍认可的技术手段,在东北印度洋区并没有得到充分的发挥与应用。因此,未来需要在前人研究的基础上,将目光向东北印度洋更南、更深处延伸,对其“源-汇”过程进行全面分析。在研究方法上进一步拓展,采用更高精度的技术手段提取磁学信号,加大环境磁学的应用,寻找有效的替代性指标,解决该地区季风演化、古海洋环境变化等气候环境问题,为该地区环境气候研究提供新认识。并尝试开展地磁场长期变化(paleosecular variation, PSV)研究,建立东北印度洋的PSV记录,辅助修正全球地磁场模型,探究地球深部动力过程。

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西太暖池区生物组分对海底表层沉积物物理力学性质的影响

周尚, 徐继尚, 刘勇, 李广雪, 李安龙, 曹立华, 翟科, 徐继正, 权永峥

2022, 29(5): 119-132.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.5.2

摘要 ( 205 )

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西太平洋暖池区是指位于热带西太平洋及印度洋东部海表温度常年在28 ℃以上的海域,是全球海表温度最高的深海区,构造环境与沉积环境复杂,沉积物中的生物组分含量差异较大,生物组分会对深海沉积物物理力学性质产生显著影响,但目前对沉积物中生物组分含量和沉积物物理力学性质之间的相关性关系尚不明确。本文对西太平洋暖池区核心部位的表层沉积物样品进行现场物理力学性质测试和室内涂片鉴定,研究深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分之间的关系。结果表明:研究区表层沉积物含水率范围为61.1%~435.1%,天然密度范围为1.04~1.76 g/cm³,贯入阻力范围为0~100 kPa,十字板剪切强度范围为0~8.6 kPa,整体具有高含水率、低密度、低强度等典型的深海沉积物物理力学性质特点。西加洛林海脊、海山等CCD以浅的区域为钙质生物组分>50%的钙质沉积区;西加洛林海槽西南部及其周边的深水沟槽地区一般为硅质生物组分>50%的硅质沉积;西加洛林海盆内部则主要为黏土沉积区。随钙质生物组分减少和硅质生物组分增多,表层沉积物类型分别为钙质沉积物、黏土沉积物和硅质沉积物,天然含水率变高,天然密度、贯入阻力和十字板剪切强度降低,表明深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分含量密切相关:贯入阻力、十字板剪切强度、天然密度与钙质生物组分含量呈正相关,与硅质生物组分含量呈负相关;而天然含水率正好相反,与钙质生物组分含量呈负相关,与硅质生物组分含量呈正相关。本文建立了深海沉积物中生物组分与物理力学性质之间的相关关系,提出了沉积物生物组分含量与物理力学性质之间的拟合公式,可以为深海沉积物工程性质的评价提供参考。

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渤海西南海域中生代构造演化、动力学机制及其对华北克拉通破坏的启示

叶涛, 牛成民, 王德英, 王清斌, 代黎明, 陈安清

2022, 29(5): 133-146.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.22

摘要 ( 220 )

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渤海西南海域自中生代以来历经多期构造活动,记录了华北克拉通的破坏过程。为了明晰渤海西南海域中生代构造演化与区域构造间的关系,以研究区三维地震资料以及深层钻井资料为基础,结合区域构造背景,厘定了研究区中生代构造特征,恢复了中生代构造演化过程,并探讨了其动力学机制及其对华北克拉通破坏的响应。结果表明:(1)不同于渤海湾盆地陆上油区NEE向的构造面貌,渤海西南海域发育多走向、多类型构造,三维地震资料揭示中生代发育NWW向负反转裂陷、NEE向走滑逆冲、挤压褶皱等异于新生代伸展样式的特殊构造,其中尤以NWW向负反转构造占主导。(2)渤海西南海域中生代以来经历了印支期逆冲褶皱成山、燕山早期左旋逆冲改造、燕山中期裂陷反转以及燕山晚期褶皱等多期变形过程, 其中印支期逆冲褶皱是潜山形成的关键时期,而燕山中期反转是构造体制发生变革的关键时期。(3)NWW向构造的形成与印支期华南板块与华北板块的碰撞有关,燕山早期左旋走滑是太平洋板块NWW向俯冲于华北板块之下的结果,代表太平洋构造域接替古特提斯构造域控制华北板块变形;燕山中期的裂陷反转与区域大规模中基性岩浆活动相对应,是华北克拉通大规模破坏的浅层响应。印支期NWW向先存构造燕山中期反转裂陷模式的提出,丰富了传统华北克拉通破坏形成NEE向盆地的简单构造模式。

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渤海湾中部中、新生代构造演化与潜山的形成

周琦杰, 刘永江, 王德英, 关庆彬, 王光增, 王宇, 李遵亭, 李三忠

2022, 29(5): 147-160.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.3.36

摘要 ( 379 )

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渤海湾盆地是华北克拉通东部的晚中—新生代断陷盆地,其东部为西太平洋活动大陆边缘,经历了多期不同性质的构造运动叠加。目前对渤海湾地区中—新生代的构造期次划分及各期次构造运动的应力状态的认识仍存在较大的争议。潜山是盆地沉积之前就已形成的基岩古地貌山,后被新地层覆盖而成,潜山内幕所保留的先存断裂及潜山与上覆盖层之间的接触关系为研究盆地构造运动提供了依据。本文以渤中19-6潜山构造为例,基于三维地震资料的精细解释、结合相干剖面及钻井资料进行系统构造解析,建立渤中19-6潜山构造演化新模型,并探讨了华北克拉通东缘的区域构造演化。研究结果表明:(1)渤中19-6潜山构造西部以一系列S-N向雁列式正断层为界,断层东侧为隆起的渤中19-6潜山构造,西侧为低洼的沙南凹陷。古潜山最早形成于晚三叠世,早白垩世形成如今以S-N向正断层为界的东隆西降的潜山构造格局;(2)渤中19-6潜山构造西部边界S-N向断裂以及上覆地层中存在的E-W向断裂为两侧大型走滑带间雁列式断裂构造,是该潜山构造储层形成的重要控制因素;(3)该潜山受华北板块与扬子板块剪刀式闭合碰撞和古太平洋板块NNW向俯冲的多重影响,中生代以来,共经历了印支早期挤压隆起、印支晚期伸展改造、燕山早期左行压扭改造、燕山中期左行伸展改造、燕山晚期左行压扭改造、喜山期右行伸展埋藏6个阶段的发育演化。

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珠江口盆地惠州运动的断裂响应研究:以阳江东凹为例

张向涛, 彭光荣, 王光增, 刘欣颖, 赵利, 杨悦, 占华旺, 于海洋, 马晓倩, 李三忠

2022, 29(5): 161-175.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.24

摘要 ( 250 )

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惠州运动是最近确定的发生于珠江口盆地早、晚文昌过渡期的构造运动,以珠一坳陷对其响应最为典型。然而,这一运动是否波及珠江口盆地其他坳陷,以及它们的响应特征如何并不清楚。本文以珠三坳陷阳江东凹断裂体系为突破口,首先对其几何学和运动学特征进行了研究,然后从断裂体系的优势方位、组合样式、活动和迁移规律等角度对珠江口盆地对惠州运动的响应特征进行了研究。研究发现:阳江东凹古近系主要发育NE-NEE和E-W-NWW两组不同级别的断裂,这些断裂的发育演化主要受先存构造和区域构造运动两种因素控制。其中,先存构造主要影响主断裂带的优势发育部位、排列方式和整体走向等要素,可为这些断裂沿线后期构造的形成提供有利条件,而区域构造运动则导致该区优势断裂体系发生转换。对于阳江东凹而言,正是阳江—一统断裂前新生界左阶分支的左旋复活,才导致惠州运动后其内部形成了一系列小型走滑拉分盆地;虽然阳江东凹古近系断裂体系仍保留其前新生代先存构造的基本特征,如方位和组合样式等,但与珠一坳陷一致,惠州运动前后,其优势断裂体系也由早文昌沉积期的NE-NEE向张性断裂向晚文昌沉积期的近E-W-NWW向张扭性断裂转换,断裂活动强度也由南往北、由西向东发生了迁移和转换。珠江口盆地古近系断裂体系对惠州运动的统一响应说明惠州运动为南海北部影响广泛的构造运动,珠江口盆地不同坳陷对惠州运动的响应特征研究可为其内部各坳陷孤立发育的文昌组的跨盆对比提供构造依据,同时对于破解阳江东凹油气勘探困局也具有重要意义。

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南海珠江口盆地惠州凹陷东南缘远源凸起带油气成因及来源

段威, 田金强, 李三忠, 于强, 陈瑞雪, 龙祖烈

2022, 29(5): 176-187.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.19

摘要 ( 268 )

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惠州凹陷是中国南海珠江口盆地东部最重要的富生烃凹陷,位于其东南缘的远源凸起带普遍缺失烃源岩地层,距离油源远,是典型的源外远源油气藏,油藏中原油成因及来源尚未明确。通过对惠州凹陷内原油和烃源岩样品进行生物标志化合物、同位素特征的系统对比,结合对断裂-砂体-不整合运移通道和遮挡条件的分析,应用Pathway软件模拟分析三维油气运移路径,跳出静态模式的禁锢,从动态的角度分析油气成藏过程。本文认为,惠州凹陷东南缘远源凸起带原油主要来源于文昌组烃源岩,其生物标志物主要表现为低C₁₉/C₂₃三环萜烷值(<0.7)、低C₂₀/C₂₃三环萜烷值(<0.8)、高C₂₇重排甾烷/C₂₇规则甾烷值(>0.25)、低ETR值(<0.4)、高4-甲基甾烷/ΣC₂₉甾烷值(>0.4)和低双杜松烷T/C₃₀藿烷值(<1)。油气三维运移路径模拟结果显示,油气在惠州凹陷H26洼生成后,在惠-流构造脊控制下沿优势运移路径向东沙隆起方向运移,并在构造脊顶端的远源凸起带L11-1油田聚集成藏。远源凸起带的原油与同一优势运移路径上的其他油田原油样品的生物标志物特征和碳同位素特征具有非常高的相似性。故本文推断,远源凸起带原油主要来自惠州凹陷H26洼陷文昌组中深湖相烃源岩。

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基于古地貌和源-汇特征分析的烃源岩评价:以珠江口盆地阳江凹陷为例

彭光荣, 杜晓东, 姜素华, 李三忠, 关雪婷, 魏董, 姜衍, 陆蕾蕾

2022, 29(5): 188-202.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.14

摘要 ( 262 )

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近海盆地烃源岩评价是海上油气勘探成败的关键,也是亟待解决的关键科学问题。珠江口盆地阳江凹陷近期实现了油气勘探的重大突破,并展示了该区广阔的勘探前景。但在海上探井井位不足的情况下,仅靠地震资料难以客观地评价烃源岩的生烃潜力。为了进一步明确该区主要生烃层文昌组的生烃潜力,本文首先利用最新的四维层序地层模拟(Bandlands软件)技术,恢复了阳江凹陷古近系沉积期间的古地貌。古地貌恢复预测的古环境特征较好地揭示了文昌组古地貌与沉积体系的对应关系,说明文昌组古地貌背景对烃源岩沉积发育的影响较大。结合沉积体系的研究结果,分析总结了该区文昌组沉积时的源-汇特征,表明该凹陷文昌组早期是烃源岩发育的最有利时期。再结合洼陷古地貌特征、烃源岩的发育程度(主要依据半深湖相的厚度和面积)、与油源断裂的沟通及浅部圈闭的匹配等将各洼陷烃源岩综合划分为优质烃源岩、较好烃源岩和一般烃源岩3个级别:恩平20洼、恩平21洼为优质烃源岩;恩平27洼为较好烃源岩;恩平19洼、阳江24洼等为一般烃源岩。在对烃源岩分布预测的基础上,根据已钻井烃源岩样品的分析化验资料,将实验分析、地质分析与模拟结果相结合,分别对文昌组上段和文昌组下段两套烃源岩的沉积埋藏史、热演化史及生烃史进行综合分析。最后利用Petromod盆地模拟技术模拟了文昌组烃源岩的生烃潜力。模拟结果表明:恩平20、21洼和恩平27洼文昌组下段烃源岩生烃强度大于文昌组上段烃源岩生烃强度,说明文昌组下段烃源岩为生烃潜力最好的层段,且凹陷中东部的恩平20、21洼和南部的恩平27洼为生烃潜力最好的洼陷,具有较好的勘探潜力。这种基于古地貌和源-汇特征分析的烃源岩评价,对近海油气勘探具有重要的指导作用。

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全球海啸地震震源机制解及海啸成因探讨

贾仲佳, 朱俊江, 欧小林, 张升升, 黄畅, 陈瑞雪, 张绍玉, 李三忠, 贾永刚, 刘永江

2022, 29(5): 203-215.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.13

摘要 ( 334 )

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海啸作为五大海洋自然灾害之一,严重威胁着人类生命财产安全。近些年来,国内外学者对地震海啸进行了大量研究,主要针对海啸的生成、传播、爬高和淹没的数值模拟,以及古海啸沉积物进行研究,但是对于海啸地震震源机制的研究还比较欠缺,尤其是缺乏对震级小于6.5的海啸地震的研究。针对我国的地震海啸研究现状,强调震级小于6.5地震引发海啸的问题不容忽视。本文归纳整理了全球766次地震海啸,利用三角图分类基本法则对海啸地震震源机制解进行分类,并对其中341个发生在1976年后的海啸地震进行震源机制解分析,对其中633次海啸浪高进行统计学方法分析研究。本文认为逆冲型、正断型、走滑型和奇异型机制地震均能引发海啸,逆冲型地震引发的海啸占比最大,震级小于6.5级地震引发的海啸的浪高也有高达10 m的情况,也能产生巨大破坏性。逆冲型、正断型、奇异型地震可直接引起海底地形垂向变化,进而引发海啸,而走滑型地震引发海啸则可能有两种原因,一种是走滑型地震并非纯走滑型而是带有正断或逆冲分量从而引发海啸,另外一种是走滑型地震引发海底滑坡导致海底地形变化进而产生海啸。从海啸地震震源深度分析,能产生海啸的地震震源深度97%以上都是浅源地震,主要集中在30 km深度以内,但是也有中深源地震海啸。本文综合海啸地震的震源特点、我国地理位置以及以往海啸发生的情况,认为未来我国沿海地区威胁性的地震海啸主要集中在马尼拉海沟和台湾海峡区域,在今后海啸预警方面需要格外重视这些区域,通过建立完善海啸预警系统来减少损失。

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复杂深海工程地质原位长期监测系统研发与应用

孙志文, 贾永刚, 权永峥, 郭秀军, 刘涛, 孟庆生, 孙中强, 李凯, 范智涵, 陈天, 唐浩儒

2022, 29(5): 216-228.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.15

摘要 ( 401 )

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海底滑坡、浊流等深海底地质灾害严重威胁海洋工程安全,是国家深海开发亟待解决的风险问题。为避免深海海底地质灾害对海底工程造成危害,解决深海海底地质灾害监测预警的难题,我们研发了一套复杂深海工程地质原位长期监测系统。该系统通过声学、电阻率、超孔隙水压力等方法监测深海海底沉积物的物理力学性质变化,实现了对深海海底地质灾害的监测和预警。该系统主要包括海床基搭载平台、监测系统、通信控制系统、供电系统等。其中监测系统主要通过原位长期监测海底沉积物的电阻率、声学、超孔隙水压力等的变化来获取海底沉积物的物理力学性质变化;通信控制系统可以实现海底到海面,再到陆地的双向通信和数据传输。其中供电系统通过独特设计的海水电池工艺,可以满足该系统在海底长期工作一年的电量需求。复杂深海工程地质原位长期监测系统已完成了近海测试,并搭载“海洋地质六号”“东方红三号” “张謇号”等科考船在南海进行了多次远海海试,获取了丰富的实测数据。电阻率监测系统采用温纳法滚动测量,测得的水土界面位置平均电阻率为0.207 Ω·m。超孔隙水压力监测系统采用开放式结构的压差式光纤光栅孔压测量方法,监测到孔压观测的4个标志性阶段:(1)贯入过程引起的超孔隙水压力累计,峰值为34.942 kPa,历时0.182 h;(2)贯入完成后累积的超孔隙水压力衰减,衰减到9.973 kPa,历时为0.810 h;(3)环境应力引起的超孔隙水压力实时响应,超孔隙水压力的变化范围为8.327~14.384 kPa;(4)残余孔隙水压力平均值为11.150 kPa。声学监测系统采用两个一发三收模式,测量的海水平均声速为1 533 m/s,测量的海底沉积物自上而下的平均声速依次为1 586、1 587、1 784、1 735、1 831 m/s。复杂深海工程地质原位长期监测系统的成功研制将显著提升目前海洋工程地质原位长期观测的技术能力,解决复杂深海工程地质评价及地质灾害监测预警的技术难题。

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海底沉积物孔隙压力原位长期观测技术回顾和展望

陈天, 贾永刚, 刘涛, 刘晓磊, 单红仙, 孙中强

2022, 29(5): 229-245.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.30

摘要 ( 512 )

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海底沉积物孔隙压力对海底地质灾害过程反应敏感,是表征海床稳定性的一个重要指标,通过海底沉积物的孔隙压力观测可以判断海床的稳定状态,对于海底地质灾害预测预警具有重要意义。海底沉积物孔隙压力观测存在(1)超高背景压力下的高精度测量;(2)贯入过程传感器超量程破坏;(3)系统长期供电及传感器漂移;(4)深海海底布放和回收等技术难点。国际上海底孔隙压力观测技术从20世纪60年代开始发展,逐渐形成了系列核心监测技术和成熟的商业化设备产品。挪威岩土工程研究所NGI与美国伊利诺伊大学共同研发的NGI-Illinois压差式孔隙压力观测系统,是已知最早的海底沉积物孔隙压力观测设备。此后,美国地质调查局USGS、美国桑迪亚国家实验室、英国牛津大学等相继研发了不同结构的观测设备,覆盖浅海到深海。其中,英国海洋科学研究所研发成功的深海孔隙压力原位长期观测设备PUPPI是一个重要的历史节点,该设备能够在6 000 m水深的环境中连续运行一年,成为当时最成功的海底孔隙压力观测设备,其现代化的设备结构和设计理念被后续的观测设备广为借鉴。21世纪以来,得益于海洋科学技术的整体进步,国际孔隙压力观测技术发展呈现加速趋势。法国海洋开发研究院IFREMER研发的Piezometer系列孔隙压力观测探杆,代表了当今世界的先进水平,可能是目前应用次数最多的海底孔隙压力观测设备。我国在深海探测、观测技术领域起步较晚,在深海沉积物孔隙压力原位长期观测技术方面几乎空白,发展很不成熟。其中,中国海洋大学、自然资源部第一海洋研究所等单位进行了较多的探索性研发工作。近年来,以港珠澳大桥建设、南海天然气水合物试采等为标志的大批国家级海洋建设项目如火如荼,深海油气矿产资源开发、深海天然气水合物开采利用等海洋新兴产业快速起步,深海孔隙压力原位长期监测关键核心技术等“卡脖子”问题仍然突出,严重制约了我国海洋工程产业发展的步伐。因此,迫切需要发展具有自主知识产权和关键核心技术的国产深海沉积物孔隙压力原位长期监测技术。本文回顾了国际、国内海底孔隙压力观测技术的相关研究进展,旨在分析总结孔隙压力观测技术及其应用中涉及的一些核心技术和亟待解决的关键问题,以期为我国该项技术的发展和应用提供借鉴。

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俯冲带深海-岩石圈流体交换及其效应

邢会林, 王建超, 逄硕, 王瑞泽, 刘冬豫, 马子涵, 张愉玲, 谭玉阳

2022, 29(5): 246-254.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.16

摘要 ( 250 )

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俯冲带是地球上构造活动最复杂、最强烈的区域,也是地球物质循环系统的重要组成部分,对俯冲带的深入研究有助于加深我们对地球系统科学的认识。通过系统地梳理分析国内外相关文献,大洋岩石圈通过在汇聚板块边界的俯冲将大量水带入到地幔中,并对俯冲带地震的发生、地幔的熔融、岩浆的产生、陆壳的形成乃至矿产资源富集都起到了重要的控制作用。弧前隆起区的岩石圈地幔在顺断层渗透的深海水作用下发生强烈水化作用并形成水化地幔,是水富集在岩石圈的主要方式之一。随着俯冲板片深度的增加,在一定的温压条件下,水化地幔(蛇纹岩)发生脱水相变,引发俯冲带中源地震。脱出的水则由于运移的差异,既可以产生板内的水压致裂,也会影响俯冲界面的耦合,进而导致慢滑移地震区的形成。由此可见,俯冲带地区深海-岩石圈流体交换及其在深部的效应是一个包含化学反应-温度-流体流动-应力变形/破坏的多物理场耦合的复杂动力学系统。然而,目前的相关研究工作主要侧重于对其中某个因素、现象或者某个特定条件下具体过程的探索性观测分析研究。因此,我们需要从地球系统科学的角度出发,将流体运移、化学反应与传统的固体地球研究相结合,着眼于多学科交叉的多场耦合动力学综合研究,对俯冲带地区深海-岩石圈流体交换及其效应进行多时空尺度定量化表征和分析。

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大洋海底数据可视化和成图设计与分析

朱俊江, 欧小林, 杨悦, 陈瑞雪, 张绍玉, 贾仲佳, 张升升, 王鹏程, 李三忠, 刘永江, 贾永刚

2022, 29(5): 255-264.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.21

摘要 ( 220 )

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随着全球大洋调查的不断开展以及各种海底探测技术的进步,海洋调查数据积累日益增多。以往主要通过使用不同的专业软件来进行各类大洋数据的可视化和成图分析。在海洋调查方面目前迫切需要一种可视化软件,能够快速显示海底大洋的观测和探测数据,并能够快速简单地综合分析和成图。为了解决快速可视化和多种类型数据同界面显示问题,本文利用Matlab中的图形用户界面工具,开发和设计了简单易操作的OceanVis1.0数据可视化和图形用户界面。通过使用OceanVis1.0,用户可以方便地对全球海底大洋多波束水深、海洋重力异常、海洋磁异常、地震波形数据等进行可视化和成图分析,能够解决大洋关键区域的多种数据可视化综合分析问题。对不同类型的数据可以进行二维测线和三维空间数据变化的显示,也可以实现数据成图的放大、缩小和旋转功能。对于多波束、重磁数据空间变化数据,可以进行二维测线的任意切割和成图输出,不用保留中间成图即可满足用户的实时数据显示和快速查看功能。OceanVis1.0也能为具体航次的海底调查提供各类海底探测数据的快速显示,以及包括航次中获取的数据显示和初步分析功能,能够为研究区航次测线的规划提供数据可视化和图形支撑平台。

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深海海底边界层原位观测系统研发与应用

季春生, 贾永刚, 朱俊江, 胡乃利, 范智涵, 胡聪, 冯学志, 余和雨, 刘博

2022, 29(5): 265-274.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.28

摘要 ( 427 )

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为进一步研究南海北部陆坡海洋动力过程对深海海底边界层的影响,研发了“深海海底边界层原位观测系统(In-situ Observation System for Bottom Boundary Layer in Abyssal Sea)”,ABBLOS。观测系统主体为坐底式深海运载平台,最大工作水深可达6 700 m(实际工作水深取决于搭载设备的耐压水深),是研究深海海底边界层问题的重要技术创新。观测平台由上下两部分框架结构组成,上部框架用于搭载和回收观测设备,下部支撑架为配重,并且用于提供距离海底1 m的观测空间;同时创新性地设计了“卡槽定位-螺栓紧固”的连接方式连接上下两部分,连接方式简单可靠,保证了平台回收成功率。ABBLOS集成了75 k-ADCP、高频ADCP、ADV、高精度压力计、海底摄像机等设备,以及甲烷、温盐深、浊度、溶解氧、氧化还原电位等传感器,首次实现了内波、中尺度涡等海洋动力过程与海底边界层物理化学参数的动态变化同步观测,特别是可以观测距离海底1 m高度范围的水体流速剖面,并且达到7 mm一层的垂向空间分辨率。研制完成后,2020年在南海北部陆坡神狐海域655 m和1 405 m水深处分别成功布放并回收,观测时间共计34天,采集到观测站位上覆海水的流速剖面结构,捕捉到了平均周期为1天1次的内波作用过程,以及海底边界层的多种物理化学参数。初步分析655 m水深处的观测数据后,发现深海海底边界层的温度、压力、溶解氧、密度和盐度等参数受控于海洋潮汐过程,尤其是温度和压力的变化基本与潮汐周期同步。海底边界层氧化环境较为稳定,甲烷浓度由高变低,但是基本在海洋溶解甲烷平均浓度范围内。与潮汐相比,内孤立波对深海海底边界层水体的影响程度较小,但是明显可以引起沉积物的再悬浮,引起的海底边界层的海水浊度从背景值的0.01 NTU增大到48 NTU,海底摄像机也记录到了内孤立波期间深海底层海水突然变浑浊的过程,说明南海内孤立波可以影响海底沉积物的输运。

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基于地震层析速度模型分析海滩地下结构:以青岛石老人海水浴场为例

高福建, 邹志辉, 王永红

2022, 29(5): 275-284.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.3.15

摘要 ( 299 )

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对海滩地下结构的认识是海岸带研究的一个重要方面,也是海滩保护和开发的基础。目前对于海滩的研究大多集中在表面动态变化监测和研究,而对于海滩内部结构和基底形态研究还非常有限。现有的钻探和探测手段一般只能研究表层砂体,难以探测到砂体的底部,无法建立海滩的整体结构模型,不利于分析砂的储量和研究海滩的演化。因此,需要一种探测手段,以便快速有效地开展砂体结构的大范围探测。本文把多尺度地震层析成像方法应用于海滩结构研究,以山东半岛东南部花岗岩石质海岸的一个典型海滩—青岛石老人海水浴场为例,对石老人海滩下方从地表到结晶基底的整体结构开展研究。通过采用新研制的重锤震源得到较高信噪比的地震数据,使用多尺度地震层析成像方法对海滩地下结构进行建模,建立了青岛石老人海水浴场海滩下方深达50 m的速度结构模型。所建立的速度结构模型与该区域已有的对砂体厚度的认识,以及海滩钻孔取样得到的柱状样品的砂粒度变化曲线吻合。该速度结构模型显示,测线下方砂体北厚南薄,在后滨的厚度约为15 m,而在前滨仅有5 m左右。我们推测,海滩下方的砂体中可能存在直立的岩石和未风化完全的岩石,海滩下方的不均匀风化作用导致其下方基底呈现下凹的形态,这种基底形态可能具有稳定砂体的作用。本文方法能够快速有效地构建海滩下方速度结构模型,并且可以方便地推广到其他海滩的结构探测,对于研究海滩结构、演化过程和沙滩保护具有重要意义。

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特约主编致读者(Ⅱ)

王会军, 姜大膀

2022, 29(5): 0-ⅲ,ⅳ.

摘要 ( 30 )

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全球气候正在经历快速、显著的变化，对许多领域产生了重大影响。气候变化极其复杂，包含季节至千年等不同时间尺度，其变化及机理存在较大差异。深入认识不同时间尺度的气候变化动力学过程与机理，实现古今气候的结合，是理解和应对全球及区域气候变化的关键。因此，为了更好地了解古今气候变化研究前沿及进展，特组织了“古今气候变化”专辑，共收集了11篇相关学术论文，以飨读者。
1.古气候中的沙尘变化及其气候影响
刘永岗等（2022）利用气候模式，针对前寒武时期、盘古超大陆时期、末次冰盛期和全新世中期的沙尘变化及其气候影响开展模拟研究，发现沙尘变化及其气候影响在上述时期之间存在较大差异。
2.青藏高原隆升气候效应的数值模拟研究进展概述
孙辉和刘晓东（2022）对有关青藏高原隆升气候效应的数值模拟研究进行了回顾，指出新生代以来青藏高原在隆升、生长和北移过程中，其动力和热力作用对东亚季风形成、南亚季风演化、内陆干旱化发展以及亚洲季风-干旱环境格局变迁都有重要影响。
3.上新世热带海道变化影响东亚气候的模拟研究
上新世早—中期热带海道变化对东亚气候的影响机理仍不清楚。谭宁等（2022）模拟了印尼海道收缩和巴拿马海道关闭对东亚气候的影响，指出热带海道的关闭/收缩导致东亚北部夏季气温降低、南部升高，冬季东亚大陆升温、降水减少。
4.第四纪两类千年尺度气候振荡现象及机理研究
张晓和张旭（2022）基于目前对DO和HS-DO两类千年事件的研究现状，总结了已有的可反映千年事件的重建数据，利用以往模拟工作回顾了现有的机制理论，评述了目前研究DO和HS-DO事件的局限性。
5.季节性海冰驱动的冰期北大西洋“电容器”效应
张旭等（2022）模拟了氧同位素3阶段的一个典型DO事件过程，探讨了冰阶冷期北大西洋气候变率的放大机制，表明北大西洋季节性海冰的存在可以调控海洋次表层热量积累释放的过程，产生“电容器”效应，这对理解冰期年际年代际气候变率放大现象有启示意义。
6.全新世亚洲季风百年-千年尺度变化的模拟研究进展
孙炜毅等（2022）从数值模拟的角度，回顾了全新世亚洲季风百年千年尺度变化的模拟工作，并从外强迫和内部变率这两个角度对机制进行了探讨，有助于深入理解全新世亚洲季风演变及机理。
7.全新世中期中国气候和东亚季风：PMIP4模式结果
田芝平等（2022）分析了多模式模拟的全新世中期中国气候和东亚季风变化，指出：全新世中期中国年和冬春季偏冷，夏秋季偏暖；降水、蒸发和有效降水的年变化较小，季节上均表现为冬春季减少，夏秋季增加；东亚冬、夏季风加强。
8.亚洲高山区全新世中期气候及其影响下的冰川模拟
燕青（2022）模拟了全新世中期亚洲高山区的气候变化，分析了亚洲高山区冰川变化及其区域性，探讨了温度和降水变化对冰川的作用，研究有助于加深理解全新世中期亚洲高山区冰川的变化格局和驱动机制。
9.陆面过程与天气研究
陈海山等（2022）从陆面基本要素、下垫面构成、陆面诱发的局地环流3个方面，回顾了土壤湿度、地形、土地利用、山谷-平原环流等要素和过程对强对流、暴雨、台风、高温热浪等天气事件影响研究的相关进展。
10.前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常对中国东部春季极端降水频次的可能影响及预测价值
张梦琪等（2022）的研究表明：前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏多时，北大西洋易出现经向三极型海温异常，该信号持续到春季并通过激发欧亚遥相关波列调制中国东部的动力和水汽条件，为春季极端降水发生提供有利背景环流。
11.中国区域性暴雨事件未来变化：RegCM4动力降尺度集合预估
周波涛等（2022）采用追踪式的客观识别方法，对中国区域性暴雨进行了识别，并从发生频次、持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度5个方面预估了其未来变化，为应对气候变化提供了依据。

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古气候中的沙尘变化及其气候影响

刘永岗, 张铭, 林琪凡, 刘鹏, 胡永云

2022, 29(5): 285-299.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.51

摘要 ( 283 )

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大气中的沙尘通过对太阳光的吸收和散射对地表温度产生影响,进而对大气环流和降水等也产生影响,但是在地球的不同历史时期尤其是深时地球大气中的沙尘量如何变化以及如何影响气候还有很多不清楚的地方。本文通过模式模拟对地球上4个不同时期的沙尘变化及其气候影响进行了研究,这4个时期分别是陆地植被还没有出现的前寒武时期、有植被且全球气温较高的盘古超大陆时期、大陆分布接近现代但气候较寒冷的末次盛冰期和气候较温暖的中全新世。在前寒武时期,由于陆地起沙面积大,大气中的沙尘含量可以达到现代地球的近10倍,使得全球地表温度下降也有近10 ℃。在盘古超大陆时期,由于在副热带的陆地面积比现代稍大,因此大气沙尘量也比现代稍大,对全球平均温度的影响很小。在末次盛冰期,由于寒冷干燥,沙尘量是现代的约两倍,但是它对全球有强烈的增温作用,如果没有沙尘,全球温度可能降低约2.5 ℃。在中全新世,观测显示全球沙尘量比现代少很多,模拟显示,采用现代沙尘和把沙尘全部去掉对全球平均温度的影响可以忽略,但是大西洋经向翻转流有显著变化。

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青藏高原隆升气候效应的数值模拟研究进展概述

孙辉, 刘晓东

2022, 29(5): 300-309.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.54

摘要 ( 339 )

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青藏高原隆升作为新生代的重大地质事件对亚洲乃至全球气候环境变化产生了深远的影响,因而高原隆升的气候环境效应一直是备受关注的重要科学问题。在过去近半个世纪中,国内外学者利用气候数值模式开展了大量高原地形气候效应的数值模拟研究,这些研究结果极大地提升了对地形抬升影响气候的物理机制以及高原隆升对古气候演化驱动作用的认识。本文简要回顾了过去有关青藏高原隆升气候效应数值模拟研究的进展,并按照高原隆升模拟研究发展的3个阶段总结了目前取得的主要研究成果。从数值模拟结果看,新生代以来青藏高原在隆升、生长和北移过程中其动力和热力作用对东亚季风的形成、南亚季风的演化、内陆干旱化的发展以及亚洲季风-干旱环境格局的变迁都具有深远的影响。青藏高原及其周边不同区域地形隆升的气候效应不同,青藏高原隆升的气候效应与大陆漂移背景下海陆分布和古地理格局的变化密切相关。南亚热带季风的建立是由大陆漂移的位置和热带辐合带季节性移动共同决定的,而东亚季风的建立则主要取决于青藏高原的隆升和北移。亚洲副热带干旱区的存在取决于大陆的位置和行星尺度副热带高压的控制,而亚洲内陆中纬度干旱区的形成则是青藏高原隆升的结果。本文最后简要梳理了高原隆升气候效应数值模拟研究目前存在的问题和未来可能的改进。

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上新世热带海道变化影响东亚气候的模拟研究

谭宁, 张仲石, 郭正堂, 王会军

2022, 29(5): 310-321.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.58

摘要 ( 223 )

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上新世早—中期是巴拿马海道关闭及印度尼西亚海道收缩的关键时期。目前,针对这两个海道关闭的气候效应已有不少研究,但多数研究关注巴拿马海道、洋流变化及其与北半球高纬冰盖发育的联系,缺乏两大热带海道关闭/收缩对东亚气候影响及机理的研究。我们基于挪威地球系统模型(NorESM-L)探讨了印尼海道收缩及巴拿马海道的浅关闭对东亚气候的影响。结果表明,热带海道的关闭/收缩加强了北太平洋的经向梯度,进一步导致夏季近地表气温在东亚北部降低,东亚南部升高;降水在长江流域至中国东海一线显著增加,但在东亚南部至西南部显著减少。冬季,近地表气温在东亚大陆地区升高,降水减少。上述变化主要由印尼海道的收缩导致,除冬季温度外,巴拿马海道浅关闭对东亚气候的影响较弱。此外,结合定性的记录-模拟对比,我们进一步揭示出热带海道的关闭/收缩可在一定程度上影响东亚气候在中上新世的转型,但不是主要驱动力。

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第四纪两类千年尺度气候振荡现象及机理研究

张晓, 张旭

2022, 29(5): 322-333.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.56

摘要 ( 472 )

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PDF(3037KB) ( 186 )

千年尺度气候突变事件是第四纪冰期普遍存在的气候现象。这些事件可以被分为两类,一类为Dansgaard-Oeschger Event (DO事件),另一类为海因里希(Heinrich Stadial,HS)事件,后者有时也被认为是一种特殊的DO事件,因此也被称为 HS-DO事件。HS事件期间北大西洋冰架的融化一般对应DO振荡的冷相位,这与通常认为的冰架在较冷气候下体积增加并不相符。这两类事件在北大西洋重建数据中表现得最为明显,但其气候影响具有全球性。由于没有显著的外强迫驱动这两类气候突变事件,自20世纪90年代首次被确认以来,HS-DO事件一直是古气候界关注的重点,且人们对其触发机理仍没有定论。本文基于目前对这两类千年事件的研究现状,集中总结了目前已有的可反映千年事件的重建数据,利用已有的模拟工作,重点回顾了现有的机制理论,评述了目前研究DO事件以及HS-DO事件的局限性,并对其后续工作,尤其是模拟部分,进行了展望。

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季节性海冰驱动的冰期北大西洋“电容器”效应

张旭, 张炜晨, 王振乾, 郑凯, 邓凤飞

2022, 29(5): 334-341.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.57

摘要 ( 220 )

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PDF(7711KB) ( 79 )

第四纪冰期的千年尺度气候突变事件——Dansgaard-Oeschger Event (D-O事件),一直是古气候学领域关注的重点。近年来,数值模拟的研究发现,北大西洋副极地地区年际-年代际气候变率的振幅在D-O事件中的冰阶冷期远大于间冰阶暖期,这一现象为理解该区域海温代理指标的气候学意义提供了重要参考价值,但其动力机制尚不清晰。本文利用海气耦合气候模型(COSMOS),通过模拟氧同位素(MIS)3阶段的一个典型D-O事件过程,探讨了冰阶冷期北大西洋气候变率的放大机制。结果显示,北大西洋副极地海域的季节性海冰通过调控海气间热量交换,影响当地气候变率的幅度。冰阶期,热带暖水向北输送导致海洋次表层逐渐升温,削弱了表层-次表层海水的密度层结,有利于次表层暖水上涌,促进海冰融化及海表温度升高。这将激发出海平面气压的负异常,引起气旋式风切变,并通过Ekman抽吸作用加速表层-次表层海水的垂直混合,进一步促进次表层暖水的上涌。这一正反馈机制造成海洋次表层热量的迅速释放,海表温度快速升高。当次表层热量释放结束后,海表将无暖水补充,导致海表温度下降,海冰增多。该过程激发的海表气压正异常(即反气旋式风切变)将抑制垂直混合发生,促进次表层热量积累,为下一次放热过程提供条件。在间冰阶暖期,随着北大西洋季节性海冰消失,海气间热交换不再受海冰变化影响,海洋次表层与大气间的热交换始终处于准平衡态,气候变率的振幅显著下降。本研究结果显示,北大西洋季节性海冰的存在可以调控海洋次表层热量积累-释放的过程,产生“电容器”效应,这对理解冰期年际-年代际气候变率放大现象有重要启示意义。

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全新世亚洲季风百年-千年尺度变化的模拟研究进展

孙炜毅, 刘健, 严蜜, 宁亮

2022, 29(5): 342-354.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.53

摘要 ( 326 )

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PDF(4017KB) ( 180 )

气候重建工作的深入开展极大地促进了全新世亚洲季风变化的研究,然而当前重建结果对亚洲季风的演变特征和机理存在很大争议,开展古气候模拟对理解全新世亚洲季风演变的时空特征和成因机制具有重要意义。为此,本文主要从气候模式模拟的角度回顾全新世亚洲季风百年-千年尺度变化的模拟研究工作,并将从外强迫和气候系统内部变率这两个角度对机制进行探讨。主要有以下进展:全新世瞬变模拟试验结果反映早全新世以来亚洲季风降水呈下降趋势,这主要受到地球轨道参数的影响,并通过改变海陆热力差异和半球间温度梯度来影响亚洲季风降水。在百年尺度弱季风事件上,模拟的8.2 ka BP时期的亚洲季风弱事件主要是由冰川融水触发,引起大西洋经向翻转环流AMOC减弱并通过大气遥相关导致季风降水减少;而4.2 ka BP时期模式模拟的亚洲弱季风事件主要是受内部变率所主导而并非外强迫因子影响。亚洲季风百年尺度变化的模拟研究主要集中在过去2 000年时段,中世纪气候异常期季风明显增强,而在小冰期逐渐减弱,太阳辐射和火山活动是影响其变化的主导因子,它们通过影响海陆热力差异、印—太海温变化来影响季风变化。

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全新世中期中国气候和东亚季风:PMIP4模式结果

田芝平, 张冉, 姜大膀

2022, 29(5): 355-371.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.52

摘要 ( 545 )

HTML ( 29 )

PDF(20509KB) ( 316 )

利用国际古气候模拟比较计划(PMIP)最新第四阶段(PMIP4)中14个气候模式的试验数据,集中研究了距今约6 000年的全新世中期中国气候和东亚季风。与早期PMIP第三阶段(PMIP3)多模式结果类似,全新世中期中国年、冬季和春季地表气温较工业革命前期偏冷,而夏季和秋季偏暖,其中年和冬季模拟偏冷与大部分地质记录显示的偏暖不符;所有14个PMIP4模式集合的中国区域平均年和季节温度变化绝对值为0.08~1.69 ℃,较PMIP3多模式平均结果额外偏小0.01~0.45 ℃,这部分源于大气二氧化碳浓度的减少。在用于分析的11个PMIP4模式平均结果中,全新世中期中国年平均降水、蒸发和有效降水(即降水量减蒸发量)相对于工业革命前期分别增加2%、减少1%和增加7%,所有3个物理量在季节上均表现为冬春季减少,夏秋季增加。对比PMIP4模式和PMIP3多模式平均结果,上述3个物理量的中国区域平均值和区域变化差异均在夏、秋季大于年和冬、春季;相比于PMIP3模式,PMIP4模式模拟的年有效降水变化与地质记录更为接近。全新世中期东亚冬、夏季风在14个PMIP4模式中均模拟加强,所有模式平均较工业革命前期分别增强11%和32%;在区域尺度上,与早期PMIP3模式相比,当前PMIP4模式模拟的季风环流增强幅度在东亚北部更强,南部偏弱。

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亚洲高山区全新世中期气候及其影响下的冰川模拟

燕青

2022, 29(5): 372-381.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.55

摘要 ( 150 )

HTML ( 13 )

PDF(5840KB) ( 89 )

本文利用一个1 km分辨率冰盖模式和11个PMIP4全球气候模式,研究了全新世中期亚洲高山区气候和冰川的变化特征。多模式集合平均结果显示,(1)全新世中期亚洲高山区年平均温度较工业革命前期降低了约0.7 ℃,夏季气温升高约0.7 ℃,冬季气温降低约1.8 ℃,全新世中期年平均降水略微增加(0.5%),但夏季和冬季降水分别增加和减少了约16%;(2)全新世中期亚洲高山区冰川较工业革命前期整体显著退缩,面积减少了约13%,体积减小了约8%。在区域尺度上,全新世中期亚洲高山区北部冰川的面积(体积)减少了约58%(47%),西部冰川的面积(体积)减少了约26%(25%),而南部冰川的面积(体积)增加了约20%(39%);(3)全新世中期夏季升温主导亚洲高山区北部和西部冰川的退缩,而降水增多是亚洲高山区南部冰川扩张的首要控制因子。本研究有助于加深理解全新世中期亚洲高山区冰川的变化格局和驱动因子。

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陆面过程与天气研究

陈海山, 杜新观, 孙悦

2022, 29(5): 382-400.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.59

摘要 ( 460 )

HTML ( 24 )

PDF(4089KB) ( 176 )

陆面作为大气运动的下边界,通过动量、热量及物质交换与大气发生复杂的相互作用。陆面过程被认为是影响天气气候的关键过程之一。关于陆面过程对气候的影响已经开展了大量较为深入的研究,相比之下,针对陆面过程对天气的影响研究并没有受到足够的重视。近年来,陆面过程与天气研究也开始受到了越来越多的关注。本文从陆面基本要素、下垫面构成、陆面诱发的局地环流3个方面,回顾了土壤湿度、地形、土地利用、山谷-平原环流等要素和过程对强对流、暴雨、台风、高温热浪等天气事件影响研究的相关进展,以期为今后的研究提供参考。需要指出,尽管此方面的研究已取得了一定进展,但关于陆面过程对天气,尤其是极端(高影响)天气的影响及机制还有待深入研究,进而从陆面过程的角度来理解重要天气形成、发生和发展的机理,从而为数值模式发展和天气预报业务提供更有力的科学支撑。

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前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常对中国东部春季极端降水频次的可能影响及预测价值

张梦琪, 孙建奇, 郜永祺

2022, 29(5): 401-409.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.60

摘要 ( 223 )

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PDF(7228KB) ( 65 )

本文研究了前期冬季北极海冰与中国东部春季极端降水频次的联系及其可能机制,并进一步探讨了海冰异常信号对极端降水的预测价值。结果表明,前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常与中国东部春季极端降水频次经验正交分解第一模态(EOF1)之间存在密切联系。当前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏多时,冬季大气环流呈现出类北大西洋涛动(NAO)正位相的异常分布,并伴随经向的北大西洋三极型海温异常。该海温异常可以从冬季持续到春季,进而激发出从北大西洋到欧亚中纬度的纬向遥相关波列,在东亚地区引起气旋型环流异常。该气旋型环流异常会引起中国东部地区湿度显著增加,上升运动增强,从而为该地区极端降水的发生提供了有利的背景条件。相反,当前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏少时,其滞后引起的春季环流异常则不利于中国东部地区极端降水的发生。进一步的交叉检验结果表明,前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常信号对中国东部春季极端降水具有重要的预测价值。

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中国区域性暴雨事件未来变化:RegCM4动力降尺度集合预估

周波涛, 蔡怡亨, 韩振宇

2022, 29(5): 410-419.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.9.61

摘要 ( 195 )

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PDF(6127KB) ( 78 )

区域性暴雨事件由于影响范围大、持续时间长,更易引发严重洪涝灾害,对经济社会可持续发展构成严重威胁。因此,预估区域性暴雨事件的未来变化对于气候变化适应和灾害风险管理意义重大。本文基于区域气候模式RegCM4对4个全球气候模式的动力降尺度模拟,利用“追踪式”客观识别方法,对我国区域性暴雨进行了识别,并从发生频次、持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度5个方面预估了其在RCP4.5情景下的未来变化。多模式预估结果表明,我国平均区域性暴雨事件的发生频次、持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度到21世纪末均呈不同程度的上升趋势。与1986—2005年相比,无论在21世纪中期(2046—2065年)还是末期(2080—2099年),位于“低值区”的事件出现频率减少,而位于“高值区”的事件出现频率增加。轻度区域性暴雨事件发生频次将减少,而中度、重度和严重的区域性暴雨事件发生频次将增加。在空间分布上,区域性暴雨事件的发生频次、持续时间和降水量均在我国东部区域大范围增加,并且三者增幅的空间分布型态较为一致。增加最显著的区域主要位于长江中下游、江南和华南地区,而且到21世纪末期的增加幅度大于中期。

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初论岩浆热液成矿系统控岩控矿构造深延格局研究方法

韩润生, 赵冻

2022, 29(5): 420-437.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2021.11.1

摘要 ( 238 )

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PDF(14978KB) ( 467 )

热液矿床深部控岩控矿构造展布格局与深部矿床(体)空间定位格局等关键问题一直是制约深部勘查部署和实现找矿突破的焦点和难点。在阐述岩浆热液成矿系统矿田(床)控岩控矿构造深延格局主要研究方法的基础上,基于成矿构造体系控制多金属成矿系统、物化探异常信息系统映射多金属成矿系统的研究思路,以湘南地区黄沙坪—宝山铜锡多金属矿田(简称坪宝矿田)为例,构建了控岩控矿构造深延格局、指示控矿构造深延的综合指标评价体系研究的方法框架。据此,通过坪宝矿田控岩控矿构造解析与斑岩型热液成矿系统矿化蚀变分带等综合研究,提出了矿田内黄沙坪、宝山两个典型矿床控岩控矿构造深延格局及深部找矿有利构造部位,为该矿田(床)深部勘查部署和找矿预测提供了新思路和新方法。该方法无疑对深化其他热液成矿系统构造控岩控矿理论及有效开展深部找矿勘查均具有借鉴意义。

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五莲七宝山地区早白垩世碱性侵入岩成因及其地质意义

李小伟, 单伟, 于学峰, 李大鹏, 谢元惠, 张国坤, 迟乃杰, 王文鲁, 张岩, 李增胜, 马祥县

2022, 29(5): 438-463.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.19

摘要 ( 225 )

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PDF(7058KB) ( 183 )

山东五莲七宝山地区早白垩世的碱性侵入岩位于火山机构的中央部位,该岩体具有高Ba-Sr含量、高Nb/Ta和Zr/Hf比、低Ti/Eu比等特征,前人的研究指出其起源于岩石圈地幔。然而,该侵入体中的岩性与成分变化所反映的深部动力学过程尚未理清。本文对七宝山二长辉长岩和两类辉石二长岩开展了详细的矿物学和岩石地球化学研究,识别出钠质和钾质两类钾玄质岩石系列。该套碱性中基性侵入岩具有富碱、富轻稀土和富大离子亲石元素的特征,同时具有高的(La/Yb)_N和(Gd/Yb)_N值。碱性侵入岩中两类单斜辉石和两类斜长石作为再循环晶,记录了不同批次岩浆/熔体的混合,这些矿物组分和全岩成分共同约束了岩浆的起源与演化过程。结合前人的地球化学资料,本文指出七宝山碱性侵入岩的源区是曾受到沉积物交代的富集地幔,源区存在金云母脉体和角闪石脉体。上述脉体连同周围的地幔橄榄岩共同发生部分熔融,形成原生的碱性熔体。七宝山碱性侵入岩显示高的Nb/Ta和Zr/Hf比、低的Ti/Eu比,同时在微量元素蜘蛛图上呈现Ti^*和Hf^*的负异常,结合高稀土单斜辉石平衡熔体的属性,共同指示了碳酸盐熔体组分对该套碱性侵入岩的形成发挥了重要作用。钠质系列与钾质系列岩石反映了源区富碱矿物相类型相对贡献量的差异,即钠质为主的碱性岩反映源区角闪石的贡献更大,而钾质为主的碱性岩反映源区金云母的贡献占优势。此外,碱性侵入岩中的钾质系列具有异常高的Rb-Zr-Hf-U含量,很可能反映了源区在部分熔融过程中热液锆石熔解后形成的熔体加入到了钾质岩浆房内。本研究强调了碳酸盐熔体组分对高Nb/Ta碱性中基性的形成发挥着重要作用,亦强调了热液锆石的熔解加入导致岩浆具有高Zr-Hf-U含量的特征。

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基于机器学习的锆石成因分类研究

朱紫怡, 周飞, 王瑀, 周统, 侯照亮, 邱昆峰

2022, 29(5): 464-475.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.2.75

摘要 ( 464 )

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锆石是在自然界中多种温压条件下能够稳定保存,并记录原岩年龄信息的副矿物。锆石微量元素能完整记录地质演化过程信息。通过微量元素分析锆石成因的研究已久,通常利用Th-U图解和La_N-(Sm/La)_N图解等二元图解对锆石进行分类研究。然而,随着锆石研究的深入,以及二元图解无法呈现数据高维度信息的局限性,传统图解已经不能满足对锆石类型进行准确判别,且对已知类型的锆石出现判定偏差。因此,本文将地质大数据与机器学习相结合,训练出高维度锆石成因分类器。文中收集了3 498条不同成因类型的锆石微量元素数据,并通过测试和运用随机森林、支持向量机、人工神经网络和k近邻等4种机器学习算法,最终得出准确率为86.8%的线性支持向量机锆石成因分类器,用于锆石类型的判定与预测。这项工作为锆石分类研究提供了更高维度的判别手段,极大提高了微量元素分析成因结果的精度。将锆石微量元素数据与机器学习方法相结合,是大数据分析与机器学习技术在地球化学研究中的积极探索。

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琼东南盆地深水区浅表层水合物稀有气体地球化学特征及意义

孙涛, 吴涛, 葛阳, 樊奇, 李丽霞, 吕鑫

2022, 29(5): 476-482.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.2.59

摘要 ( 171 )

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琼东南盆地深水区具备形成天然气水合物藏的地质条件,是我国海洋天然气水合物两个勘探开发先导示范区之一。本文选取深水区浅表层水合物为研究对象,基于天然气地球化学、稀有气体地球化学分析,开展了其与深部常规天然气藏的对比研究。结果表明:本次研究的浅表层气体碳同位素与深部常规天然气碳同位素的特征类似,气源主要为深部热成因气,生物气的贡献不明显,气体的成因类型为煤型气,推测气源岩为崖城组煤系烃源岩。轻稀有气体Ar同位素组成显示,气源岩和第三系相关;样品中³He/⁴He值偏高,指示了部分幔源气的贡献。因此,在富生烃凹陷背景下,讨论深部热成因气对水合物成藏具有重要意义,深部热成因气藏与浅层水合物藏在垂向上可以形成立体的天然气藏,为未来的“多气可采”提供理论支持,也有助于提高深水区天然气水合物矿藏开发的经济性。

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伊拉克A油田白垩系孔隙型生屑灰岩高渗透层成因及分布特征

王根久, 宋新民, 刘波, 石开波, 刘航宇

2022, 29(5): 483-496.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.2.60

摘要 ( 168 )

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伊拉克A油田白垩系孔隙型碳酸盐岩高渗透储层具有分布普遍、类型复杂、成因多样等特征。岩石类型主要为泥晶生屑砂屑灰岩、亮晶生屑砂屑灰岩及泥晶生屑灰岩;生物扰动加剧了碳酸盐岩储层非均质性,导致高渗透储层在全油田广泛分布。通过岩心观察、常规薄片和铸体薄片的观察和测量,孔隙度、渗透率和毛管压力的测定,综合区域地质研究成果,发现高渗层的形成受层序演化、次级相对海平面变化、沉积环境、硬底形成、生物扰动及(准)同生期暴露淋滤等复杂多因素共同控制。高渗透储层形成模式表现为Khasib组沉积时期为晚高位域期,在Kh2-1-2L段上部沉积过程中,发生首次次级相对海平面下降,形成沉积间断。沉积间断期间硬底和区域规模性的生物扰动同时发育,在Kh2-1-2L段硬底尚未被胶结的相对疏松的基质中掘穴,形成厚几十厘米、迂曲状互相贯通的生物扰动通道。沉积间断结束后,在晚期高位域层序背景下,次级相对海平面上升,松散生屑砂屑充填扰动通道。由于沉积物堆积速率较快,限制了胶结作用的发生,使扰动通道内充填物能够发育连通性好的粒间孔,而后次级相对海平面再次下降,发生(准)同生期暴露淋滤。由于扰动部位连通性好,成为溶蚀流体优势通道,导致沿扰动部位发育溶孔及扩溶缝,形成了“粒间孔+溶孔+溶缝”高渗透网络。A油田高渗透储层物性表现出发育强烈生物扰动的部位具有明显高渗特征,其孔喉较粗,排驱压力低,孔喉配位数高、连通性好。高渗层全区稳定发育,由西至东厚度逐渐增大,高渗层的分布对油田单井产量、含水上升和油田采出程度影响较大。

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洛美沙星和诺氟沙星对水中生物反硝化过程的影响模拟试验

张玉叶, 何江涛, 邓璐, 邹华, 张金刚, 杨美萍

2022, 29(5): 497-507.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.1.22

摘要 ( 481 )

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近年来水环境中硝酸盐污染与抗生素污染的现象引起了人们的广泛关注,但目前复合抗生素污染对反硝化过程产生的影响并不明确。本研究以水环境中检出率较高的诺氟沙星和洛美沙星为代表进行模拟实验,探究ng级的两种抗生素复合对反硝化过程的影响。硝氮和亚硝氮的降解情况表明,实验浓度条件下,洛美沙星、诺氟沙星单用与二者联用对水环境中的反硝化过程存在不同的抑制作用。洛美沙星单用前期轻微促进反硝化,后期表现抑制作用,而诺氟沙星单用始终表现出抑制作用;洛美沙星和诺氟沙星联用抑制作用小于诺氟沙星单用,联用表现为拮抗作用。各体系的抑制作用大小为诺氟沙星>诺氟沙星+洛美沙星>洛美沙星。该模拟试验条件虽与实际条件有所差异,但在一定程度上表明抗生素联用表现出拮抗作用与反硝化体系内微生物数量、活性,反硝化酶活性,反硝化菌优势物种Achromobacter xylosoxidans、Acinetobacter baumannii、Pseudomonas sp.KY及功能基因nosZ和aac的丰度的变化有关。抗生素加入反硝化体系后会产生持续的影响,随反应时间的增加,反硝化菌逐渐适应有低浓度抗生素存在的环境,喹诺酮类抗生素耐药基因数量增加,微生物的耐药性增强,反硝化菌在数量和活性、反硝化酶活性及微生物群落层面均有回升趋势。

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