南海神狐海域天然气水合物微观赋存特征的超分辨率CT图像识别

南海神狐海域是我国天然气水合物资源勘探开发的主要目标区之一,2017和2020年先后两次现场试验性开采证实了水合物资源的利用前景。目前,对该地区含水合物储层的精细评价还有待进一步提升,水合物在沉积物孔隙空间中的微观赋存形态是其中的重要影响因素。针对水合物微观赋存形态CT图像表征存在的分辨率不足的问题,建立了一种基于自监督学习的数字图像超分辨率重建算法,实现了CT扫描图像空间分辨率的2倍和4倍提升。在此基础上,对南海神狐海域含水合物沉积物孔隙结构演化规律和水合物微观赋存特征进行了形态表征。由于南海沉积物中存在大量有孔虫壳体,水合物主要占据有孔虫壳体内部空间并堵塞了空隙间的连通喉道,显著降低了沉积物的气、水渗透能力;然而,水合物未能全部占据整个孔隙空间,仍然会有少量的气体和水残留,气体则主要分布于水合物颗粒内部,而水则主要分布在水合物颗粒表面,上述实验结果对地震、测井等现场勘探数据解释具有一定的指导意义。

中国海域沉积盆地咸水层二氧化碳地质封存潜力

二氧化碳地质封存是二氧化碳捕集利用封存(CCUS)技术的关键环节,海域二氧化碳地质封存是将工业碳排放源或油气开发过程中捕集的二氧化碳,以超临界态注入到海底咸水层、废弃或开发中油气藏等地质体中,实现与大气长期隔离的过程。因远离人类居住地且有海水覆盖、具有“安全性高、环境风险小”特点,海域二氧化碳地质封存受到欧美等国家和地区的高度重视。本文在分析我国海域沉积盆地基本地质条件基础上,采用创新的模型体积法评价了我国海域沉积盆地咸水层二氧化碳地质封存潜力。研究表明,我国海域沉积盆地新生界厚度大,地壳稳定性较好,具有中低地温场特征,发育多套储碳-封盖组合,构造地层圈闭多,二氧化碳地质封存条件优越、咸水层封存潜力巨大。这将为我国海洋地质碳封存区带评价和目标区优选提供依据,对我国沿海省市碳达峰碳中和路径规划和离岸碳封存示范工程预研究具有重要意义。

天然气水合物微观测试技术与应用进展

天然气水合物作为一种重要的战略资源,其在沉积物中的动态聚散过程非常复杂,涉及的许多科学问题需要从微观层面来解答。微观测试技术可以在毫米、微米甚至纳米尺度上获取研究对象的状态、演化等特征信息,是天然气水合物基础研究的重要手段。本文系统回顾了基于X射线计算机层析扫描(X-CT)、X射线衍射(XRD)、固体核磁共振(NMR)、低场核磁共振(LFNMR)、拉曼光谱(RM)、扫描电子显微镜(SEM)和高压差示扫描量热(HPDSC)等技术建立的天然气水合物微观测试技术体系;重点介绍了各项技术的特点及进展,以及相关微观测试技术在含水合物沉积物微观结构量化表征、微观渗流特征等方面的应用成果与最新进展;提出了天然气水合物微观测试技术与应用的研究方向与趋势,旨在为天然气水合物的深入研究提供更多思路。

巴基斯坦东部海域中生代地层发现与油气意义

巴基斯坦海域历经60余年油气勘探,长期以新生界为主要目标,对中生代地层展布、构造演化特征等认识不清。巴基斯坦东部海域中—新生代时期经历了复杂的构造—沉积演化过程,新生代受喜马拉雅隆升影响而沉积了巨量陆缘碎屑物质,因此是研究诸多重大基础科学问题的极佳场所。受白垩纪晚期区域火成岩影响,对该区中生代地层是否存在、如何展布等问题一直存在较大争议,这极大限制了区域油气勘探活动的开展。本研究基于新采集的高品质二维地震剖面,突破了火成岩层的屏蔽作用,通过地震反射界面刻画、地震波组特征分析和层速度分析等手段,揭示了中生代地层在巴基斯坦东部海域广泛分布,中生代地层受控于同期活动的强烈伸展断陷作用,被隆坳相间的构造古地理格局分割在多个规模不等的次级凹陷内部。整体厚度800~10000 m,表现为东南厚、西北薄,向北和向西超覆,最大沉积厚度位于研究区东南和西北两个区域,该套地层在陆域下印度河盆地已证实为重要烃源岩层,因此海域中生代地层的发现有效拓展了该区未来油气勘探方向和潜在价值。

青岛海洋地质研究所海岸带地质工作进展与展望

海岸带是地球多圈层交互带内地质作用最活跃、人类活动最密集的地带,是开展综合地质调查与研究、推动经济社会高质量发展的关键区域。青岛海洋地质研究所的海岸带地质工作自建所以来,一直按照支撑国家需求和服务经济社会发展为导向,主要经历了萌芽发展、快速发展、蓬勃发展3个阶段。作为中国地质调查局海岸带工作的主要牵头单位之一,组织实施了一系列海岸带地质调查工作,特别是在辽东湾、渤海湾西岸、黄河三角洲、莱州湾、山东半岛、江苏沿岸、长江三角洲、闽浙沿岸等海岸带地区开展了重大比例尺的调查,大幅提高了我国海岸带调查程度,提升了海岸带基础地质认知水平,充分发挥了地质工作基础性、公益性、战略性的作用,为国家重大战略实施和经济社会高质量发展提供了有力支撑。新时代条件下,我们应大力加强海岸带地质科技创新能力,全面提高海岸带基础地质调查程度,加快建设海岸带地质综合监测体系,快速提升海岸带工作公益服务水平,推动海岸带地质工作高质量发展。

青岛海洋地质研究所45年来海域油气资源调查进展

石油和天然气资源是重要的能源矿产和战略性资源,海洋蕴含着丰富的油气资源,青岛海洋地质研究所(简称青岛所)自1979年重建始,便开启了海域油气资源调查、研究与评价工作的序幕。45年来,青岛所持续开展了海域及邻区含油气盆地对比、黄东海新区新层系油气资源调查评价、中国海域和海丝路海域油气勘探开发形势分析,并于2019和2021年开展了2个航次的北印度洋重点海域联合地质科学考查。本文回顾了45年以来青岛所海域油气调查与研究历史,梳理了取得的主要进展,重点介绍了海域新区新层系油气资源调查技术、东部海域新区新层系油气地质新认识、印度扇近海盆地的科学考查发现与认识、海域油气资源勘探开发总体形势与战略性方向,梳理了面临的主要挑战,同时展望了油气调查主要领域和方向,这对进一步摸清海域油气资源家底、服务海域油气矿政管理和国家能源资源安全保障具有重要意义。

福建琅岐岛表土孢粉与植硅体组合对农业活动的指示

孢粉和植硅体是重建古人类农业景观及环境变化的重要指标,明确它们在表土中的分布规律及其与现代植被组成之间的关系对于精确解释化石孢粉和植硅体数据具有重要的意义。本研究对福建琅岐岛3种土地利用类型的22个表土样品进行了孢粉与植硅体分析,基于地理信息系统和遥感技术,展示了不同类型孢粉百分比的空间分布及其与植被覆盖度间的数量对应关系。孢粉分析表明,以松属(Pinus)为代表的外来花粉普遍存在于表土样品中,这削弱了采样点周围植物的孢粉表现力,导致了果园和农田植被组成与表土孢粉组合间的巨大差异。与此同时,农业收割活动进一步降低了农田植物的花粉表现力。从遥感影像中提取的植被覆盖度数据仅与荒地上的木本植物花粉含量存在较强的相关性(R^(2)=0.7764),这显示茂密的草本植物降低了外来木本花粉的相对含量,证明了该植被类型具有良好的孢粉表现力。植硅体分析表明,表土样品含有丰富的竹亚科(Bambusoideae)、水稻(Oryza sativa)和杂草的植硅体。与孢粉指标相比,植硅体提供了更丰富的草本植物信息。

南海西南部马来盆地新生代构造沉降特征及其成因分析

南海西南部是南海构造复杂程度最高的区域之一,为深入认识马来盆地及南海西南部构造演化过程,本文基于最近公开发表的地震剖面和钻井资料,对马来盆地内69个模拟井进行系统的构造沉降史重建,发现马来盆地构造沉降史可以分为张裂期快速沉降、裂后早期异常快速沉降、裂后中期慢速沉降以及裂后晚期缓慢沉降等4个阶段。分析表明马来盆地属于叠加了翼部小幅断裂走滑作用的张裂型沉积盆地,马来盆地裂后早期的快速构造沉降很可能是因加载作用导致的岩石圈非弹性屈服的结果。

地形地貌变化对调水调沙期间黄河口沉积格局的影响

自2002年实施调水调沙以来,由于入海径流、沉积物的通量和组成发生变化,黄河现行河口三角洲叶瓣不断向海淤积造陆,水下三角洲坡度变陡。地形地貌变化对调水调沙期间入海泥沙沉积格局的影响成为黄河口研究的重要科学问题。本文基于Delft3D模型系统,利用岸线、水深和河流水沙数据构建三维水沙数值模型,对2002年、2008年、2014年和2019年调水调沙期间现行河口近岸海域泥沙的输运和沉积过程进行模拟。结果表明,随着水深、岸线的变化,黄河口近岸海域动力环境增强,泥沙的横向输运增强,纵向输运相应减弱;进而导致黄河入海泥沙堆积体的横向长度增加约30%,纵向长度减小约27%,厚度、形态也相应变化。本研究揭示了地形地貌变化条件下,黄河调水调沙期间入海泥沙在河口的沉积格局及动力机制,对深入理解黄河口近岸海域水动力-地貌耦合系统有重要参考价值。

甘肃青土湖地区不同类型沙丘的表沙理化特征及其环境意义

沙丘表层沉积物的理化特征在揭示风沙的来源、沉积过程、风化作用等方面具有重要作用。本研究采用野外实地采样和实验室分析方法分析了甘肃青土湖地区不同类型沙丘表层沉积物的粒度和地球化学特征。结果表明:(1)青土湖地区沙丘表层沉积物以细砂为优势粒级,平均含量达72.08%,其次为极细砂,黏粒成分很少。频率分布曲线为单峰分布,概率累积曲线表现为三段式,反映出沉积环境较为稳定。(2)研究区沙丘表层沉积物常量元素以SiO2为主,平均含量为76.40%,其次为Al2O3和CaO,平均含量分别为5.05%、3.74%。微量元素以Cr、Mn、Co、Sr、Ba、Ti、Ce和P为主,平均含量均>100 mg/L。(3)Y、Zr和Y/Zr、Rb/Zr双变量图、A-CNK-FM图解表明巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠为其沙源。风沙搬运过程中的磨蚀、风选作用是研究区富集Fe、Mg元素的主要原因。此外,下伏湖相沉积物就地起砂,石羊河冲积物也为其提供了部分沙物质。(4)A-CN-K和A-CNK-FM三角模式图表明研究区风化程度较弱,处于初期脱Na、Ca阶段。在沙丘固定过程中成土作用增强但淋溶作用减小,这是由于植被的影响导致半固定、固定沙丘Na、Ca含量较高。

北黄海西部泥质区全新世以来沉积有机碳埋藏特征

北黄海西部泥质区沉积环境稳定、沉积记录连续,是重建过去周边流域变化与黄海海洋环境信息的良好载体。目前围绕北黄海西部泥质区沉积有机碳的研究工作多局限于通过表层沉积物揭示其现代分布特征,对于该泥质区长时间尺度沉积有机碳埋藏过程与机制的研究相对薄弱。通过北黄海西部泥质区W03岩芯的总有机碳指标,重建了全新世以来北黄海西部沉积有机碳的埋藏特征,探讨了气候及海洋环境变化对北黄海西部沉积有机碳埋藏的控制机制。研究表明:海平面上升的停滞期(10.3~9.8 cal.kaBP),发育硬质黏土层,有机碳以陆源输入为主(60.7%),动荡的沉积环境导致总有机碳含量相对较低,平均含量仅为0.22%;海平面上升期(9.8~7.0 cal.kaBP),海源有机碳的贡献增加(47.7%),相对稳定的沉积环境有利于该时期有机碳的埋藏;高海平面以来(7.0 cal.kaBP至今),黄海环流体系逐渐形成,陆源有机碳输入随着东亚冬季风驱动的沿岸流强度变化发生相应的改变,海源有机碳的贡献继续增加(50.0%),总有机碳的含量升高至0.58%。北黄海西部泥质区全新世以来沉积有机碳埋藏主要受控于海平面变化和海洋环流体系的运动。

中国近海浅层气调查研究进展

随着海洋开发利用不断深入和全球气候变化持续加剧,近海沉积物中的浅层气(主要成分是甲烷)导致的灾害问题和可能产生的气候影响受到了进一步的关注,但目前为止对浅层气仍然缺乏系统的认识。在此对浅层气相关的主要认识进行了全面梳理,包括形成机理、存在形式、调查技术方法、分布特征、控制因素、主要危害等,以期为后续相关调查、理论研究和减灾防灾技术研发提供支撑。沿海三角洲平原第四纪下切河谷中充填的砂体和近海全新世细颗粒沉积物中普遍存在浅层气,以气包、分散气泡或溶解气的形式存在,近海大部分地区的浅层气主要来源于生物成因。含气沉积物的声学特性(声速、声衰减等)、孔隙水化学组成(如SO_(4)^(2-)、溶解气含量)会发生明显改变,这是支撑地球物理和地球化学探测技术应用的理论基础。浅层气的存在会改变土体力学特性,对工程建设造成较大危害;同时沉积物中的甲烷也会逸出到大气中,加剧全球变暖。基于对现有成果的总结,建议进一步加强海底浅层气形成机理、运移特性及其与气候变化的互馈机制方面的理论研究。

中国重点海域海砂资源调查和潜力评价进展

总结了20世纪60年代到近年来中国海砂资源开发利用的发展历程,梳理了青岛海洋地质研究所已有的调查研究资料和数据。重点结合2005年至2016年中国地质调查局开展的“中国近海海砂及相关资源潜力调查”工作成果,评价了中国重点海域海砂资源潜力,归纳了海砂资源调查、评价以及开发现状,总结了海砂资源开采过程中的环境效应,分析了当前海砂资源调查研究和开发利用中的主要问题并提出了后续产业规划部署建议。

滇西南沧源岩溶洞穴硝洞堆积物来源分析

岩溶洞穴是第四纪时期古人类活动的重要场所。开展岩溶洞穴碎屑沉积物的沉积特征及物质来源分析,对其沉积环境演变历史及古人类活动研究都具有重要意义。本文在了解硝洞洞穴及其周围不同沉积物黏土矿物特征的基础上,结合硝洞洞穴沉积物的粒度和矿物学等特征对其物质来源进行了分析。结果表明:硝洞洞穴沉积物的主要来源为洞穴外地表较高处的沉积物,其通过片流作用被带入洞穴内进行堆积。其次,还同时堆积有少量灰岩不溶性物质及其经历进一步风化成壤作用后形成的物质,总体可能存在4次进一步的风化成壤作用。此外,也有洞壁崩塌的石灰岩角砾和岩块参与堆积,总体存在4次大量灰岩角砾或岩块参与堆积过程,而最近一次的堆积作用,显然受到了人类活动的影响。

现行黄河口分汊河道的分流特征及其影响机制

自2013年黄河尾闾河道出汊形成双槽入海的河口汊道,控制了河口流量的分配,但其分流特征及其影响机制尚不清楚。本文基于Delft3D构建了黄河口汊道的水动力三维数值模型,模拟了不同工况下河口汊道的分流特征,揭示了其影响机制。结果表明:河口汊道的分流不对称性随流量的增加而减小,流量增加加大了东汊与北汊河道的水位梯度差,使得从东汊河道的流量增量较北汊河道大,河流流量的分配更加均匀。潮汐作用增强了河口汊道的流量不对称性,而随着径流量的增加,潮汐的增强作用逐渐减弱。这主要由于在半日潮的作用下,东汊和北汊河道水位梯度的差异,形成河口潮汐的“东阻北促”效应,增强了河口汊道的分流不对称性。

沉积成因Sr/Ba指示的福建潮控海湾全新世沉积环境及海平面意义

福建沿海多发育潮控型海湾,潮滩平坦宽广,海湾水深较浅,有孔虫等微体生物较为匮乏,且其化石在地层中保存相对较差,致使沉积微相辨识存在一定难度,从而限制了深入理解该区全新世海平面变化过程及沉积环境响应。本研究拟利用不受保存环境限制的沉积成因Sr/Ba指标,探索其在福建宁德三沙湾地区沉积微相的辨识潜力,并结合AMS 14C年龄,探讨该区全新世以来的沉积环境演化及区域海平面变化。结果表明:①沉积成因Sr/Ba在三沙湾潮滩和海湾表层沉积物中平均值分别为9.06和20.43,具有显著差异。潮滩沉积物中的Sr/Ba明显高于长江等大河口地区(1~3),这是该区淡水输入量较少、潮滩盐度较高所致,这说明该指标辨识海陆过渡沉积相时需要考虑区域水文特点。②晚第四纪NDGK2钻孔沉积物Sr/Ba自下而上可分为3层(Ⅰ—Ⅲ):层Ⅰ为杂色硬黏土,Sr/Ba比值全孔最低(均值5.29),但也高于淡水环境,推测为前期海相沉积物的暴露改造;层Ⅱ—Ⅲ均为深灰色黏土,其中层Ⅱ均值为10.77,接近潮滩相;层Ⅲ均值为全孔最高(13.44),接近海湾相。结合AMS 14C年龄可知,NDGK2钻孔的河漫滩-潮滩-海湾沉积相演化受控于全新世海平面上升过程,潮滩相形成于约8.9 cal.kaBP,当时该区海平面大约在−21.0±2.5 m,最大海泛面出现于约8.2 cal.kaBP,之后出现了长达6 ka的低沉积速率时期,直至约2.2 cal.kaBP海湾内加速沉积。③该区15个钻孔全新统底部Sr/Ba均显现出明显的潮滩相特征,这为重建区域全新世相对海平面提供了可行性。

南黄海SYS90-1A孔第四纪沉积物磁性地层学研究

可靠的年代地层框架是开展南黄海地区第四纪环境演变研究的基础。目前南黄海南部地区缺乏可靠年代学控制的长序列钻孔。通过对南黄海南部SYS90-1A孔(孔深90.1 m)沉积物开展详细的磁性地层学研究,并结合AMS14C测年结果及区域已有磁性地层学结果,建立南黄海南部地区第四纪沉积物年代地层框架。结果显示,SYS90-1A孔岩芯记录了从布容(Brunhes)正极性时至松山(Matuyama)负极性时上部,包括Kamikatsura和Santa Rosa地磁漂移事件。早、中更新世界线即布容正极性时与松山负极性时界线(B/M界线)深度位于74.2 m,Kamikatsura和Santa Rosa地磁漂移事件深度分别位于79.75~82.47 m和85.25~87.74 m。根据Kamikatsura和Santa Rosa地磁漂移事件的年代控制点和平均沉积速率,推算钻孔底部年龄为0.96 Ma。南黄海SYS90-1A孔早更新世晚期的沉积速率约为8.66 cm/ka,中更新世以来的沉积速率约为9.5 cm/ka,而全新世以来的沉积速率为12.8 cm/ka,沉积速率自早更新世晚期以来呈增加趋势。这一结果不仅为南黄海南部第四纪沉积物研究提供了有效的年代学约束,而且为南黄海地区第四纪地层划分和对比、沉积环境与气候变化、物源示踪等研究提供了重要的时间标尺。

中新世以来上印度扇水道-堤岸体系几何学特征及演化

以中新世以来上印度扇水道-堤岸体系为研究对象,利用高精度二维地震资料开展地震精细解释与几何学分析,刻画水道-堤岸体系几何学特征及时空演化过程,探讨中新世以来上印度扇发育演化主要期次及特征。结果表明,中新世以来上印度扇水道-堤岸体系可划分为中新世、上新世及更新世至今三大期次,整体表现出“单期水道-侧向迁移-扁长型”到“多期水道-垂向叠置-厚窄型”的演化特征。深入探讨中新世以来上印度扇水道-堤岸体系的几何学特征及演化可为重力流水道的沉积构型样式研究提供新的例证,并为深海油气勘探开发提供参考。

基于接收函数法的阿拉斯加中南部地幔转换带特征研究

太平洋板块向北美板块俯冲,在北美洲阿拉斯加大陆边缘形成了碰撞造山带和俯冲构造带,前人对该区域阿拉斯加俯冲带地幔转换带的研究存在分歧,一种观点认为太平洋板块俯冲至阿拉斯加中南部下方的地幔转换带内部,引起地幔转换带增厚,另一种观点则认为地幔转换带增厚是由于库拉板块残留造成的。因此,研究阿拉斯加俯冲带区域地幔转换带的精确成像对于厘清太平洋板块俯冲机制和俯冲过程具有重要意义。本文利用美国地震联合学会(IRIS)在阿拉斯加区域布设的USArray部分固定台站接收到远震事件的波形资料,采用天然地震P波接收函数与共转换点道集叠加的方法,反演得到了阿拉斯加山脉和育空高原410 km、660 km间断面和地幔转换带的厚度结构。结果表明:由于太平洋板块俯冲至地幔转换带内部,使得410 km间断面在阿拉斯加山脉东部和育空高原与阿拉斯加山脉交界处的弧形区域出现了抬升现象,抬升幅度为0~20 km,进而导致在该区域出现不同程度的地幔转换带增厚的现象,验证了第一种观点。另外,该地区地幔转换带结构显示,660 km间断面在阿拉斯加山脉东部以及阿拉斯加山脉与育空高原交界的东部出现下沉现象,故此推测阿拉斯加中南部部分区域太平洋板块已经俯冲至地幔转换带底部。

水库调控下黄河口沉积有机碳的分布、来源与输运特征

黄河是全球输沙量最大的河流之一,陆源颗粒有机碳通量高。然而,近年来流域水库调控对黄河下游水文格局和颗粒有机碳输送产生了重要影响,小浪底水库调水调沙时期成为黄河水沙和有机碳入海的关键时段。为揭示水库调控对河口水动力和有机碳分布的影响机制,基于2020年7月调水期和调沙期黄河口的水动力观测结果,结合沉积物有机碳测试结果,研究了水库调控不同阶段下河口沉积物粒度参数和表层沉积物有机碳的时空分布。研究结果表明,水库不同阶段下悬浮颗粒物的物源和主要扩散、沉积区域的变化,使得黄河口表层沉积物的粒度组成特征发生明显变化;在高径流量的调水期期间,粗颗粒泥沙携带颗粒有机碳在河口距离口门12 km范围内大量埋藏,河口区域表层沉积物的有机碳含量相较于调沙期明显偏低。调水期黄河口陆源有机碳主要来自下游河床冲刷,颗粒较粗,调沙期则转变为水库释放的细颗粒有机碳和流域C3维管植物碎屑。水库调控的不同阶段使得黄河下游河流水动力格局和泥沙运输机制改变,从而引起黄河口沉积有机碳来源和分布的显著变化。因此,人类活动对调节有机碳向海洋的输送及其在近岸海域的分布具有主导性作用。