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。

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。

海底氢气成藏模式与全球分布

氢能是一种清洁、高效、零碳的顶极能源。天然氢的形成和运聚与板块构造活动密切相关。地球作为整个太阳系已知唯一发育有板块构造和表面存在液态水的岩质星球,具备地球脱气、蛇纹岩水岩反应、水辐射分解等独特的地质生氢路径。占据现今地球表面面积2/3的海底,发育洋壳甚至有地幔物质的直接剥露,具备蛇纹石化形成天然氢的巨大潜力。海底天然氢有沿微板块边界的大量氢气产出机制和海底裂缝导致的海底渗透型的另类机制,现今海底微板块边界、洋底高原、海底裂隙系统、沿超慢速-慢速洋中脊和非火山型被动陆缘出露的微幔块都是寻找天然氢的有利目标,南海东北陆缘的“陆壳裂洞”也十分值得关注。由于不同构造环境的天然氢的形成和储存条件存在较大差异,天然氢在生成、运移和存储等方面存在多样性和差异性,因此难以建立一套统一的氢气成藏模式,也无法精准确定潜在资源量。已有的氢气显示和预测的有利生氢场所,能否成藏、成藏机制如何以及如何开发利用,也依然是未来需要探索的问题。

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。

基于UNet结构生成对抗网络的海底地震勘探数据混叠噪声压制方法

本文提出一种基于UNet结构生成对抗网络(Pix2PixGAN)的海底地震勘探数据混叠噪声压制方法,该神经网络主要在于构建了一个适用于混叠噪声压制的生成器和判别器,生成器是UNet结构,可以提取和融合数据的特征映射信息,而通过加入skip-connection,可以保留更多的细节信息;判别器由两个卷积模块构成,通过PatchGAN输出多个固定大小的数据体,加入Dropout2d层,优化判别器的训练速度。通过制作的四千余个数据集对网络模型进行训练,将得到的训练参数加载到测试网络中,经过测试数据集的验证以及和常规的去噪方法相比,验证了本文采用的混叠噪声压制方法具有较高的压制精度和效率。

浙闽海域冬季悬沙锋的次中尺度现象

次中尺度运动是海洋中重要的动力过程,但是目前对浙闽海域悬沙锋的次中尺度现象及其动力特征的关注较少。本文基于高时空分辨率的GOCI卫星遥感影像、实测表层悬沙浓度数据以及海表涡流数据等,研究了悬沙锋时空分布特征及其次中尺度过程。研究结果表明,浙闽近岸的悬沙锋在冬季普遍发育,主要分布在浙闽海域20~25m等深线附近,但在浙江北部约29°N海域和台湾岛北部26~27°N海域锋面向海突出,指示了近海高浓度悬浮泥沙的向海输运;浙闽悬沙锋次中尺度现象显著,多表现相对涡度的气旋性涡旋;悬沙锋位置逐步向南移动,主要与冬季偏北风产生的西南向沿岸流有关;冬季大风事件有利于锋面次中尺度过程发育。

浅海海底浅层微小目标体高精度探测技术研究

浅海海底浅层微小目标体一般体积小、埋深较浅,且由于其材料制作上的特殊性,目前应用水声探测方法达不到较好的探测效果。本文从地声数值模拟角度出发,研究如何通过多道地震这一地声探测手段来实现对海底浅层微小目标体的高精度探测。首先,基于波动理论的高阶交错网格有限差分法实现对于微小目标体的正演模拟,探索不同激发主频、不同海底形态、不同掩埋深度情况下浅海微小目标体的地声传播响应特征,总结微小目标体在不同条件下的地声传播规律;其次,通过成像精度更高的逆时偏移技术,实现对于微小目标体的位置、形态的高精度成像。不同浅海微小目标体模型的试算结果表明,采用多道地震的地声探测手段,能够实现对于浅海微小目标体的高精度探测,探测的微小目标体成像位置准确、形态表征良好。

渤海某区块浅层气对工程影响的评估

以渤海某区块项目为例,采用保压取样方法获取待评估区域海底土层样品并对所含气体开展组分测定,定性判断浅层气成因。采用静力触探孔压消散试验方法获取地层中超孔隙水压力,定量评估对含浅层气地层承载力的折减效应。结果表明,内浅层气主要组分为甲烷和二氧化碳,气体含量较低。内地层中的浅层气可能属于生物成因气。含浅层气地层的超孔隙水压力相对上覆有效压力比值约3%,承载力折减因数为1.0%~1.1%。所采取的方法能够有效评估浅层气对海上基础设施和生产安全的影响程度,具有推广价值。

深海重力流与底流交互作用的沉积响应及其勘探意义

顺坡而下的重力流(浊流)与沿坡流动的底流(等深流)之间的交互作用是当前国际沉积学研究的前沿领域与薄弱环节,交互作用沉积体系及其沉积特征相较于重力流或等深流沉积体系仍“知之甚少”。本文总结了论文作者所识别的两种典型交互作用沉积体系的形态特征、沉积特征与沉积样式,查明了交互作用成因优质储层的识别标志与分布模式。深水单向迁移水道具有不对称的剖面形态与持续稳定向陡岸一侧迁移叠加的沉积样式,可进一步分为迁移方向与参与其建造底流流向相同(顺向迁移)和相反(反向迁移)两种类型;深水单向迁移朵叶具有长轴方向与区域等深线平行的形态特征以及侧向迁移延伸方向与区域等深线一致的沉积样式。重力流(浊流)与底流(等深流)交互作用所形成的底流改造砂/交互作用砂具有与浊积砂迥异的沉积特征,如富含有孔虫和生物骨骼,无年龄倒序现象出现,突变非侵蚀接触顶界面,含有大洋水团所伴生的底栖有孔虫,可见牵引流沉积特征(如两到三段式累积概率分布特征、单峰正态的频率分布特征和位于C-M图牵引流沉积区等),这些沉积特征可作为底流改造砂的识别相标志。在剖面上,底流改造砂总是向水道迁移一侧不断迁移叠加,具有“单向叠加、有序展布”的分布模式;在平面上,底流改造砂总是沿区域等深线侧向迁移,具有“单向偏移、侧向叠置”的分布模式;时空上形成连续性好、分布范围广、面积大的超大型优质深水油气储集体。

元地球与数字孪生:思想突破、技术变革与范式转换

数字孪生在航天、工业制造领域已应用了20多年,但引入海洋科学还是首次。通过数字孪生技术,实现真实地球与虚拟地球的融合,构建一个真实地球与数字地球的虚实共同体,这里称为“元地球”。本文介绍了元地球与早期提出的数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球的本质区别,进而突出元地球理念或思想上的巨大突破。基于现今元宇宙BIGANT技术体系,构架跨越地球各圈层的实时、全天候、立体观测感知系统,打通地球系统各圈层动力学模拟隔阂,实现超越现今地球,再现深时地球,实现时空穿越,从而集数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球、现今地球、深时地球的特性于一个共同体,这个深时的虚实共同体就是元地球。这一理念必将催生新的技术范式变革,进而超越现实地球、虚拟地球,开启人类认识地球、探测地球、开发地球的全新方式。在实现研究范式转换的同时,推动元地球的多场景应用,这也必将催生未来的万亿新产业。

基于时序InSAR的九龙江河口地区地面沉降时空演变规律及成因分析

为探明九龙江河口地区地面沉降情况,本研究采用小基线集合成孔径雷达干涉测量(small baseline subset interferometric synthetic aperture radar, SBAS-InSAR)和永久散射体合成孔径雷达干涉测量(persistent scatterer interferometric synthetic aperture rader, PS-InSAR)技术获取了2017年1月至2022年3月地面沉降的时空分布信息和演变规律,并结合实地调查数据和水文地质调查监测资料对地面沉降成因进行了系统分析。研究结果表明:SBAS-InSAR和PS-InSAR两种方法均发现在研究期间九龙河口地区地面整体呈现出沉降趋势,SBAS-InSAR监测结果发现研究区沉降速率为6.2 mm/a;研究期间该区域的沉降中心持续扩大且沉降量呈增加趋势,最大累积沉降量达到250 mm以上,主要分布在浮宫镇中南部地区、海澄镇、东园镇中南部地区、角美镇和榜山镇东南部地区;该区域由于大量抽取地下水用于养殖,地下水位下降,引起淤泥层发生固结排水、压密,从而导致地面沉降。

从陆缘伸展探讨新生代南海构造演化

南海的形成和演化是地学界长期争论的问题,前人给出了多种成因模式,目前较流行的模式是海底扩张,但它难以合理解释南海海底扩张中的洋中脊跳跃现象及南海大洋中的大陆残片。基于欧亚东缘的陆缘伸展,从地幔上涌和陆壳沿莫霍面的重力滑移的新大陆漂移模型出发,通过横跨南海的几条地震勘探剖面的地质新解释,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“构造被动挤出+微陆块主动漂移”模式。构造被动挤出是指印度-欧亚碰撞造成的欧亚大陆东南缘的微陆块被大规模挤出,而由陆缘伸展形成的微陆块在被挤出后发生了主动裂解漂移,南海的海底扩张现象是诸多微陆块主动漂移的结果。这个新的模式能够合理地解释南海形成过程中的洋中脊跳跃现象及南海中大陆残片的成因机制。进一步恢复了南海演化过程中周边陆块的运动演化历史,说明欧亚东缘在中生代晚期发生的大规模伸展构造运动是南海形成的基础,新生代印度-欧亚碰撞是南海形成的直接动力,微陆块的裂解漂移是南海形成的主要参与者。

安徽南部地区奥陶纪海相红层的分布及时代

在充分收集前人奥陶系地层学、古生物学和沉积学等资料的基础上,对安徽南部地区奥陶系进行了系统梳理,开展皖东地1井和贵池冯村剖面奥陶纪海相红层系统研究,为地层对比、古气候和古地理恢复提供重要的科学依据。研究表明:奥陶纪海相红层主要分布于紫台组、牯牛潭组、大田坝组、宝塔组、汤头组和胡乐组,时代为早奥陶世弗洛晚期至晚奥陶世凯迪中期;主要岩石类型为碳酸盐岩(瘤状泥质灰岩、网纹状灰岩、含生物碎屑灰岩和泥微晶灰岩等),少量碎屑岩(泥岩、含粉砂质泥岩、含粉砂质页岩);大多数属半深水海相红层,局部为浅水和深水海相红层;自北西向南东呈现一层式→二层式→三层式→二层式→一层式→零层式的横向变化,出现时代凯迪期→达瑞威尔期→弗洛期的纵向变化,海相红层的分布与沉积环境、古水温和不同地区构造性质密切相关;研究区海相红层不仅具有区域性(与湖北宜昌奥陶系具有对比性),而且具有全球性(中国主要块体),在地层划分与对比上具有重要的研究价值。

海底热液硫化物中金属、非金属和稀有气体同位素组成的关系及其地质意义

海底热液硫化物的同位素组成不仅可以示踪其来源,也记录了流体及其沉淀过程。本文分析了全球海底热液硫化物的金属(铅、铼、锇、铁、铜、锌)、非金属(硫)及其流体包裹体中的稀有气体同位素组成,探讨了硫化物中金属、非金属和稀有气体同位素组成之间的关系。结果表明:海底热液硫化物中的硫同位素组成与锇、铁同位素组成之间,铁同位素组成与铅和氦同位素组成之间,存在负相关性;其锇同位素组成与铁同位素组成之间,氙同位素组成与铅、锇同位素组成之间,则存在正相关性。在岩浆去气注入流体阶段形成的硫化物,具δ^(34)S_(VCDT)值较低(约0‰),^(3)He/^(4)He(>8 Ra)、^(40)Ar/^(36)Ar(>300)和^(129)Xe/^(132)Xe(>0.99)值较高的特点。在流体-岩石相互作用阶段,随着岩石中含铅矿物的不断溶解,即流体-岩石相互作用程度的增加,流体中沉淀的黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿的铅质量分数增加,伴随^(206)Pb/^(204)Pb值轻微的减小。在流体-海水混合阶段,海水影响的加剧可使硫化物中的锇质量分数(约0×10^(-9))急剧降低,δ^(57)Fe值(<—1.6‰)、187 Os/188 Os值(>1)明显增大;随着流体-海水混合作用的增强,硫化物中黄铁矿的δ^(34)S_(VCDT)值将随着其流体包裹体中^(3)He/^(4)He、^(40)Ar/^(36)Ar、^(129)Xe/^(132)Xe值轻微降低而升高,而其^(3)He/^(4)He值随着其^(130)Xe/^(132)Xe值的降低而降低。以上表明,通过综合分析海底硫化物中金属、非金属和稀有气体的同位素组成和其质量分数,并讨论它们之间的关系,可以揭示岩浆去气、流体-岩石相互作用和流体-海水混合对海底热液循环的影响,进而了解硫化物沉淀过程中流体-岩石相互作用和流体-海水混合的程度。

活性铁对海洋沉积物中有机碳的保存作用

沉积物碳汇是海洋碳汇的重要组成部分,揭示沉积物的储碳机制对研究气候变化与全球碳循环的相互作用具有重要意义。矿物对有机碳的保护作用是有机碳最重要的稳定机制,其中活性铁(Fe_(R))在沉积物有机碳的累积作用中发挥着捕获有机碳并形成“铁锈碳汇”的重要作用。本文系统梳理了近年来关于海洋沉积物中Fe_(R)的固碳的研究成果,总结了海洋沉积物中Fe_(R)的提取方式、类型、固碳量、固碳机制、结合有机质来源及分子类型,阐述了Fe_(R)固碳的重要意义,旨在加深对矿物与有机碳相互作用的理解。海洋沉积物中Fe_(R)常通过柠檬酸盐-碳酸氢盐-连二亚硫酸盐(CBD)还原提取,主要以针铁矿、水铁矿及赤铁矿等氧化物形式存在。Fe_(R)可以结合沉积物中约80%的有机碳,结合机制包括以配体交换为主的吸附机制和共沉淀/螯合机制。Fe_(R)与有机碳的结合机制可依据铁结合有机碳(Fe_(R)-OC)与Fe_(R)的摩尔比值(Fe_(R)-OC∶Fe_(R))简单判定,当Fe_(R)-OC∶Fe_(R)低于1.00时以吸附方式结合,大于1.00时以共沉淀方式结合,且共沉淀相比吸附机制具有更高的有机碳结合量及稳定性。大部分海洋沉积物中Fe_(R)优先与海源类有机质结合,但在氧化还原频繁的河口及三角洲地区倾向与陆源类有机质结合。分子模拟实验、木质素氧化降解及近边X射线吸收精细结构光谱表明Fe_(R)与芳香碳及羧基碳等有机质具有更高的亲和性。Fe_(R)对有机质的稳定保存及减缓气候变化引起的负反馈具有重要意义,建议未来更多关注沉积物中有机质与铁矿物结合的具体过程及不同沉积环境Fe_(R)固碳的差异机制,更加关注不同结合机制的定量化及重要性对比研究。

1987-2020年三门湾海岸带LUCC与近岸生态环境变化

分析LUCC(土地利用/覆被变化)对提高土地开发利用效率和推动生态环境保护工作具有重要意义。选取三门湾海岸带为研究区,以1987—2020年6期Landsat影像为数据源,采用GIS和RS技术,利用定量分析法、土地转移矩阵模型对三门湾海岸带土地利用时空格局进行分析。结果表明:①建设用地、耕地和水产养殖用地是三门湾海岸带主导土地利用类型,人类活动和城镇化导致建设用地和水产养殖面积增加,土地利用转移主要表现为耕地向建设用地、滩涂向水产养殖用地转移的趋势。②在土地利用结构性质转变影响下,近30年来三门湾近岸水体营养盐含量呈现先增高后降低的趋势;近20年来近岸综合潜在生态指数由16.47升至21.18;人类活动对三门湾海岸带近岸生态环境造成威胁。

南海中央海盆海底初始扩张时间的重新认定

由于磁异常条带识别的不确定性而使其具有多解性,因此对于应用磁异常条带对比得出的南海中央海盆海底初始扩张时间一直存在较大的争议。随着南海勘探活动的不断深入和资料的大量积累,有必要对这一重要问题给予重新认定。最新研究发现:南海中央海盆初始扩张区域的南、北边缘发育晚始新世-早渐新世(T7-Tog)沉积层序,说明洋壳基底之上的最早沉积层年代要老于原来认识的32-33Ma。在南海,持续时间长、活动强烈、形成近东-西向构造体系的变革运动发生时间为40Ma左右。南海陆缘不整合面对比证实,将T8界面(37.2-40Ma)作为南海初始扩张的破裂不整合面更为准确。由此得出结论,南海中央海盆海底初始扩张时间应为39-40Ma左右。

云南安宁磷矿区水系沉积物磷赋存形态及分布特征

磷污染是水污染的重要组成部分,因其可造成水体富营养化、水质下降,从而引起人们的广泛关注。研究沉积物中不同磷赋存形态及其分布特征有助于了解沉积物中磷的行为特征及迁移能力,从而为水体富营养化防治提供支撑。磷矿的开采、冶炼对矿区内水资源环境可能产生严重影响,本文以安宁磷矿区内河流、水库为研究区域,分析了不同水系沉积物磷元素赋存形态及分布特征,并对其生态风险进行评估。采用X射线荧光光谱法测定研究区水系沉积物总磷(TP)含量,并基于顺序提取及Hupfer改进的磷形态分析方法,将研究区各水系沉积物中磷分为弱吸附态磷(NH4Cl-P)、可还原态磷(BD-P)、金属氧化物结合态磷(NaOH-P)、钙结合态磷(Ca-P)、残渣态磷(Res-P)等5种形态,采用单因子污染指数法对其进行生态风险评估。结果表明:研究区水系沉积物样品中TP含量范围为567.6~48115.5mg/kg,NH4Cl-P含量范围为0.07~115.2mg/kg,BD-P含量范围为8.84~802.5mg/kg,NaOH-P含量范围为21.3~3129.5mg/kg,Ca-P含量范围为12~45098mg/kg,Res-P含量范围为28.5~515.4mg/kg。研究区各水系沉积物样品磷形态具有相似的分布特征,即磷主要以Ca-P和NaOH-P形态存在,其他磷形态的相对含量大小顺序为NH4Cl-P<BD-P<Res-P。单因子污染指数评价结果表明,各水系沉积物中磷以重度污染为主。生物有效磷(BAP)污染评价结果表明,各水系沉积物中磷污染程度有所降低,但河流沉积物中磷仍以重度污染为主,磷释放风险较大,建议加强对磷矿区河流磷污染的监测与评估。

杭州湾北岸现代潮滩沉积物粒度特征及其对古海平面的指示意义

对杭州湾北岸3处现代潮滩沉积物进行高精度粒度分析,查找研究区潮滩不同微相的粒度特征和差异,提取基于粒度分析的潮滩微相识别敏感指标,并将其应用到该区域的全新世钻孔潮滩沉积物中,识别钻孔潮滩沉积微相,据此建立研究区全新世早期的海平面曲线。研究表明:杭州湾北岸现代高潮滩盐沼沉积物粘土含量明显高于高潮滩下部和中潮滩,而砂含量与之相反;高潮滩盐沼平均粒径等粒度参数明显小于中、高潮滩的粒度参数;盐沼沉积物粒度频率曲线峰态宽缓,明显区别于高潮滩下部和中潮滩。上述现代潮滩微相粒度敏感指标可成功应用到钻孔潮滩沉积微相划分中,并建立了该区域全新世早期海平面曲线。曲线显示,9700~8700 cal a BP期间海平面上升约11.6 m,海平面上升速率可达1.2 cm/a。现代潮滩不同位置沉积物粒度参数的规律性差异可作为潮滩微相识别的有效指标,为古潮滩沉积微相识别和古海平面重建提供参考依据。