南海沉积物物理特性统计和力学特征简述

为实现海洋强国战略,加快海洋工程设施建设与海底资源开发利用,亟需对海底沉积物的物理特性和力学性质进行预估分析。本文以中国南海沉积物为研究对象,结合前人调查数据和研究成果,总结了南海沉积物的物理特性,分析浅海区域与深海区域不同沉积物类型和黏土矿物分布规律及影响因素,并初步探讨了南海沉积物空间相关性与变异性因素。北部浅水区沉积物类型呈平行海岸线的条带状分布,沉积物粒度随着水深的增加逐渐从粗粒转为细粒主导,但在海岛周围和陆架陆坡交界处呈现出特殊的分布规律。相较于浅水区黏性土,深水区域的表层沉积物具有高含水率、高液塑限、高压缩性、低抗剪强度等特点。沉积物力学性质的统计有利于指导海洋工程基础设施建设的迫切需求,为海洋油气资源开发、深海采矿、清洁能源利用提供设计依据。

晚更新世以来南海中央海盆沉积物的磁学特征:对物源和东亚季风演化的指示

南海沉积物记录了丰富的高原隆升剥蚀、古海洋、东亚季风和区域构造演化信息,是研究东亚季风和古环境演化的理想材料.但是,由于南海沉积环境复杂,物质来源多样,使得沉积物定年和环境气候探讨的难度加大.为此,本文选取南海中央海盆的SCS-01钻孔作为研究对象,建立其准确的年代框架,综合利用磁学和地球化学分析方法,探讨沉积物物源及其对东亚季风演化的指示.首先,通过对沉积物样品的岩石磁学特征分析,表明沉积物的主要载磁矿物为低矫顽力的假单畴磁铁矿,载磁矿物颗粒大小均一、含量变化小,基本符合建立地磁场相对古强度(Relative Paleointensity,RPI)曲线的"均一性"标准.在此基础上利用磁化率和非磁滞剩磁对天然剩磁进行归一化处理得到RPI,将钻孔的RPI曲线与全球或区域的标准RPI曲线(Sint-200,NAPIS-75和SCS-PIS)进行比较,得到了6个年龄控制点,并结合AMS-^(14)C测年结果,建立了南海中央海盆75 ka以来的时间框架.SCS-01钻孔的RPI记录和其他全球性观测结果的一致性表明,南海的沉积物记录了全球尺度的地磁场古强度行为模式.综合稀土元素和沉积物记录的磁学信息对沉积物的来源进行探讨,结果表明SCS-01钻孔的沉积物主要来源于台湾地区,少量来自吕宋岛区域,这为进一步全面了解南海各区域的沉积物物源分布提供了数据支撑.另外,SCS-01钻孔的环境磁学记录可以较好地反映75 ka以来东亚季风在冰期-间冰期的变化,为该钻孔地区千年尺度上的气候变化提供可靠指标.

南海表层沉积物的沉降法和激光法粒度分析结果对比和校正

沉降法与激光法粒度分析的主要差异是黏土粒径,这个差异将直接影响到黏土、粉砂含量和沉积物类型。本文对激光法黏土粒径和含量及沉积物类型进行系统校正。南海东部水深>2 000 m海域沉降法得出的砂、粉砂、黏土含量分别为3.66%、42.43%、53.91%,激光法砂、粉砂、黏土含量分别为9.26%、61.11%、29.64%,粉砂、黏土含量相差达约20%。沉降法得出沉积物类型主要是粉砂质黏土(69.81%),其次是黏土质粉砂(19.81%),其他类型只占11.38%。激光法主要是黏土质粉砂(89.62%),其次是砂质粉砂(10.38%),没有其他类型。两种方法得出的相同沉积物类型占21.69%,不相同占78.31%,主要差别是黏土含量。如果不校正激光法结果,粒级含量和沉积物类型没有可比性。激光法黏土粒径校正为<0.01 mm(粉砂粒径校正为0.063～0.01 mm),黏土、粉砂的平均含量为54.16%、36.17%,接近沉降法的黏土(52.07%)和粉砂(42.28%)含量;校正后激光法与沉降法的相同沉积物类型占91.51%,不相同占8.49%,大部分黏土质粉砂已校正为粉砂质黏土;这些说明对黏土粒级的粒径和含量以及沉积物类型的三种校正已基本达到目的。相反,激光法按回归方程校正后的黏土、粉砂平均含量仍相差约20%,相同沉积物类型只占21.69%,不相同占78.31%,表明按回归方程对粒级含量和沉积物类型的校正没有实际意义。研究表明把激光法黏土粒径校正为<0.01 mm(粉砂粒径0.063～0.01 mm),就能使黏土、粉砂含量和沉积物类型与沉降法基本相符合,达到校正基本目的。

南海细粒沉积物孢粉处理方法的对比研究

海洋细粒沉积物中含有丰富的孢粉化石,不同的处理方法对孢粉富集程度的影响亦不同。为寻找简便而又环保的孢粉处理方法,满足我局地勘和科研项目大批量孢粉研究需要,开展氢氟酸重液浮选法和酸碱过筛法两种不同方法在富集孢粉方面的优劣对比研究,选用了10个南海陆坡沉积岩心的样品进行分组对比研究。结果显示,酸碱过筛法得到的孢粉丰度、去除有机质、分散性和制片效果明显优于氢氟酸重液浮选法,更有利于孢粉的鉴定。但是,氢氟酸重液浮选法得到的孢粉纹饰的清晰度和去除无机质方面更优于酸碱过筛法。

中国南海来源海洋链霉菌SCSIO 11863中Enterocins的分离鉴定(英文)

从南海底泥样品中分离到一株具有较强抗菌活性的放线菌株SCSIO 11863。表型和进化系统分析数据表明该菌属于链霉菌属并命名为Streptomyces sp.SCSIO 11863(KC904267)。16S rDNA序列分析表明它与白浅灰链霉菌Streptomyces albogriseolus strain ABRIINW EA1145(GQ925802)有99%的相似性。对该菌发酵液乙酸乙酯萃取物进行活性追踪分离得到了两个结构类似化合物,分别为Enterocin(1)和5-deoxyenterocin(2)。

南海天然气水合物沉积物样本重塑研究

天然气水合物是一种理想的替代能源。目前,对天然气水合物生成的研究,大多以玻璃砂、石英砂等为多孔介质,而很少应用实际的水合物储层沉积物进行实验,本文应用未保压的我国南海天然气水合物沉积物进行水合物生成实验,研究不同孔隙度、注入气体量及初始水饱和度对天然气水合物生成的影响,实验结果显示:注入气体量对生成天然气水合物饱和度影响最大,初始水饱和度对生成水合物饱和度影响最小。其他变量不变的情况下,注气量增加,天然气水合物饱和度增加,孔隙度增加,生成水合物饱和度下降。

覆瓦状满江红中生物标志物组成及其对沉积物中有机质来源的可能指示

本次研究主要对覆瓦状满江红中长链烷基二醇、三醇、一元异构醇和羟基酸等含羟基类化合物组成分布进行探讨,结合对比蕨状满江红、小叶满江红和南海沉积物中醇类有机质组成,以期探索满江红对南海沉积物中二醇和三醇生物来源的可能指示.3种满江红中均检出了大量中间羟基位于ω20键位的二醇、一元羟基酸和一元异构醇,其中1,ω20-二醇和ω20-羟基酸呈强偶奇优势分布,而ω20-异构醇呈强奇偶优势分布;除此之外,还检出了少量中间羟基位于9,10/或ω9,ω10键位的二醇、三醇和二元羟基酸,均以以C_(29)链长为主.满江红中相似结构的系列物反映了相同的生物合成途径:偶奇优势分布的ω20-羟基酸通过脱羧基形成奇偶优势分布的ω20-异构醇,通过酰基还原形成偶奇优势分布的1,ω20-二醇;ω9,ω10-羟基酸通过酰基还原形成1,20,21(1,ω9,ω10)-三醇,然后加氢脱水形成9,10-二醇.覆瓦状满江红中醇类有机质组成分布特征表明不是南海沉积物中1,13/1,14/1,15-C_(28,30,32)二醇和1,3,4-C_(27-29)三醇的生物来源,某种海洋硅藻可能是近海沉积物中1,14-C_(28,30)二醇的母质来源,对于南海沉积物中二醇和三醇的生物来源需要进一步深入探索.

海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程

通过揭示南海北部陆坡沉积物柱状样中铁、磷和碳酸钙等的赋存特征,结合现代表层海水中磷与水温、溶解氧的关系,讨论了海洋沉积物中铁-磷积累的环境生物地球化学过程.结果表明,沉积磷与碳酸钙的含量随深度的变化呈相反趋势,而沉积铁与碳酸钙的含量变化基本一致,这与冰期时表层海水温度降低而二氧化碳含量增高,使部分陆源磷溶入海水刺激了海洋初级生产力,从而导致生源碳酸钙在沉积物中积累的生物地球化学过程有关,也与海水中来自大气和海洋植物光合作用的氧,促使铁的氧化而加速沉淀到沉积物中有关.沉积物柱状样中可溶性铁和磷结合态(Fe-P)的含量变化,能够敏感地反映来自气候和环境变化的影响,表明了沉积物中铁和磷结合态的积累特征与赋存状况.对古气候和古环境变化具有指示意义.

含下伏气沉积层内水合物相变与产气特性

含下伏气的水合物沉积层被认为是最具开采潜力的水合物储层类型。本文利用岩心夹持器在恒定围压9 MPa下,研究了连通不同压力下伏气的南海沉积物内天然气水合物生成、分解及产气特征。研究结果表明,水合物饱和度与下伏气初始压力(7.2~8.1 MPa)呈非线性正比关系,而在8.1~8.4 MPa内两者呈负相关。同时,发现在降压开采过程中下伏气为水合物分解提供热量,促进了水合物分解,提高了水合物平均分解速率。此外,下伏气有助于缓解压降速率,从而有效减轻有效应力对水合物沉积层的破坏。下伏气作为开采产气的重要供气源,能提高气体回收率。本文研究结论将为今后降压开采含下伏气的水合物提供一定的理论指导。

不同培养条件对海洋沉积环境细菌的选择性分离

海洋环境中存在着大量未被培养和利用的微生物资源。本研究对一份南海沉积物样品采用不同培养温度、盐度、pH、样品稀释倍数和营养浓度条件进行可培养细菌的多样性研究。经过16S rRNA基因序列分析,获得825株菌分属于5个门,8个纲,17个目,26个科,57个属。分离到最多的属级类群为芽胞杆菌属(Bacillus)。通过不同培养条件的分离实验发现,厚壁菌类群在4℃~60℃、0%~15%盐度、pH 5~8及不同的样品稀释倍数和营养浓度实验条件中均为优势培养类群,具有广泛的环境适应性,但2~200的样品稀释倍数可以大大减少分离培养基中厚壁菌的数量。放线菌类群在4℃低温和0%NaCl添加条件下的可培养多样性较高,同时pH 6和寡营养培养基有助于分离获得稀有放线菌类群。另外,本研究发现新物种资源的获取几率分别在寡营养培养基、5%~10%较高盐度和60℃高温培养有所增加。分离获得的5个主要细菌门类分别为厚壁菌门(Firmicutes,86%)、放线菌门(Actinobacteria,13%)、变形菌门(Proteobacteria,1%)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)。本研究共分离得到29株潜在新种,分别属于芽胞杆菌纲(Bacilli)、放线菌纲(Actinobacteria)、酸微菌纲(Acidimicrobiia)、嗜热油菌纲(Thermoleophilia)、红色杆菌纲(Rubrobacteria)和异常球菌纲(Deinococci)。海洋环境微生物新类群、海洋放线菌稀有类群等微生物新资源的选择性分离培养提供了有效的方法和方案,为后期的深入开展打下良好的基础。

不同体系下天然气水合物P-T稳定条件及其影响因素的实验研究

在自制的实验装置上,采用多步升温分解法对不同体系(水溶液、石英砂、海洋沉积物)中甲烷水合物P-T稳定条件进行了研究,探讨了不同离子、浓度及沉积物粒径对水合物P-T稳定条件的影响.结果表明,不同离子对水合物相平衡影响是不同的,而离子浓度的影响趋势是一致的,即浓度越大,相平衡曲线向左偏离越大,甲烷水合物变得越不稳定.粗颗粒(粒径>460μm)石英砂孔隙毛细管作用的影响可以忽略,在粗颗粒石英砂中甲烷的相平衡曲线与纯水中的基本一致;细颗粒(粒径<35μm)石英砂孔隙毛细管作用的影响明显,甲烷水合物稳定温度最大降低1.5K.在实验范围内,甲烷水合物稳定温度在南海神狐海域沉积物中比纯水中平均降低1.9K左右,这主要是由孔隙水的盐度及沉积物的粒度共同作用的结果.由于水合物分解过程中产生的淡水对孔隙水具有稀释作用,孔隙水盐度不断降低,使得每个平衡点测定的甲烷水合物P-T值逐步落在不断降低的盐度曲线上.