生物礁对海平面变化的响应——基于黔南晚石炭世大型珊瑚礁的海平面变化幅度估算

晚古生代冰期是地质历史时期一个重要事件,由晚古生代冰期引起的海平面变化对该时期的生物礁系统产生深远影响.主要讨论了晚古生代冰期背景下生物礁对海平面变化的响应.生物礁随海平面变化表现为三种生长模式,即“放弃”“跟随”和“追赶”.以黔南地区格舍尔期大型珊瑚礁为例对黔南地区海平面变化幅度进行计算,认为黔南地区格舍尔期海平面上升(60±5)m,主要由冰川作用引起.根据扁平村珊瑚礁对格舍尔期黔南地区海平面变化幅度计算的误差来源主要为基底沉降以及古水深估算不精确.造礁珊瑚Fomitchevella的形态以及快速生长的特点揭示了黔南地区格舍尔期气候温暖、海平面上升且海侵快速的古环境条件.扁平村珊瑚礁的发育反映了全球气候变化和相关的海平面波动与冰期有关.

Argo盐度漂移修正及其对全球海平面变化的影响

基于不同机构(SIO、JAM和EN4)发布的多套Argo数据集,分析盐度漂移的时空变化特征。结果表明,2016年以后,3家机构发布的盐度数据集都存在明显的系统性漂移,且不同深度层的盐度漂移幅度差异较大。为此,基于赤池信息量准则(Akaike information criterion,AIC)提出面向特定深度层盐度漂移的多项式修正方法。该方法能有效修正0~2000m深度范围内Argo数据集的盐度偏差,使得2005~2021年的GMSL预算平衡偏差减少约43%。盐度漂移具有复杂的空间关联性,全球盐容海平面变化趋势存在显著的空间分布差异,北大西洋区域最为显著,修正后其空间分布趋于一致。

古气候和海平面变化对浅水碳酸盐岩高频层序及有利储层的控制——以川中地区龙王庙组为例

【研究目的】阐明古气候和海平面变化对浅水碳酸盐岩高频层序及有利储层的控制机制,对明确储层成因和分布规律具有重要意义。【研究方法】以川中地区龙王庙组为例,在沉积相及层序地层分析的基础上,通过全井段取心的碳氧同位素、主量和微量元素测试,恢复了海平面和古气候变化并开展了综合讨论。【研究结果】龙王庙组主要发育云质潟湖、滩间海、颗粒滩和云坪4种沉积微相,可清晰识别可区域对比的两个四级层序。龙王庙组的δ^(13)C具有两个变化周期,指示两次海平面升降,这与Al_(2)O_(3)、TiO_(2)、B和V元素变化所反映的古水深变化一致。碳和氧同位素估算的古海水Z值和温度,以及Mg、Ca良好的相关性,共同反映干旱炎热气候和亚热带海洋环境;MgO/CaO、MnO_(2)、Fe_(2)O_(3)/MnO_(2)和Al_(2)O_(3)/MgO的规律性变化,指示两个层序早期的气候短暂过渡为温暖潮湿;Sr/Ba值反映沉积晚期海水盐度明显增高。【结论】气候温暖潮湿和海平面快速上升期形成海侵体系域;气候炎热干旱时,颗粒滩和云坪快速沉积构成高位体系域。高位域上部的滩—坪体系是优质储层的物质基础,在海平面下降和干热气候控制下发生的早期溶蚀和白云化作用是储层改善的关键。

TRIZ理论在提高海平面变化预测准确性中的应用研究

海平面变化是人们一直关注的话题,时刻影响着人们的生命财产安全,因此准确预测未来海平面变化以提前做好防灾减灾工作至关重要。而海平面变化序列因其非线性、非平稳性,以及多时间尺度变化的特性给海平面变化预测准确性带来了很大的困难,因此针对海平面变化预测准确性不高的问题,运用TRIZ(发明问题的解决理论)理论对海平面变化预测系统进行分析,通过创新思维分析、系统资源分析、系统功能分析、系统因果分析、系统裁剪、技术矛盾与发明原理、物理矛盾与分离原理和物-场模型及标准解,最终得到26种可行方案。通过对比确定最优方案,该方案通过优化验潮站选址,使验潮站利益最大化,根据优化后的验潮站位置将海平面分割成若干个区域,使用更高精度、更耐恶劣环境的验潮仪来监测各个区域的海平面变化,通过自适应旋转同步提取调频算法对验潮仪采集的数据进行处理分析,最后利用深度学习得到未来海平面预测模型,从而实现海平面变化预测准确性的提高,避免人民生命财产安全的损失,具有显著的经济与实用效益。

珠江口盆地新近纪相对海平面变化精细表征及其对三角洲沉积演化的反映——以恩平凹陷恩平A油田韩江组—珠江组为例

恩平凹陷恩平A油田在新近纪位于古珠江三角洲前缘,一方面由于砂体普遍偏薄,使得储层预测难度大,另一方面由于三角洲前缘河流作用和海洋作用的往复交替,也使得三角洲沉积微相变化复杂,影响后期的增储上产。针对上述问题,本文在钻井小层精细对比的基础上,充分利用测井解释成果,依据古三角洲地势平坦、地层厚度变化小的特点,采用砂层组平均砂岩体积分数表征相对海平面的变化;并进一步利用岩心和地震沉积学方法,确定主力砂层组的平面沉积相展布。研究表明:研究区珠江组、韩江组的砂层组平均砂岩体积分数能够较好地表征古海平面的相对变化,可以实现对五级相对海平面变化的精细刻画。通过对砂层组级别砂体的沉积微相分析,表明相对海平面变化与三角洲的沉积微相演化具有良好的对应关系,验证了基于砂层组平均砂岩体积分数来表征相对海平面变化的方法具有可行性,可以用来预测三角洲的演化和砂体的叠加关系。

潟湖岩芯沉积对海平面变化和物源的响应——以中沙环礁潟湖为例

基于中沙环礁潟湖的50.5m钻孔岩芯,采用薄片观察、测年、主微量元素和碳氧同位素分析等方法,探讨了钻孔岩芯的层序地层、沉积微相和地球化学特征。结果显示该处沉积过程对晚第四纪海平面变化和物源有明显响应。结合测年结果,将岩芯的生物礁灰岩划分为10个更新世层序,且可与MIS5—MIS23阶段间冰期海水高位时期相对应。元素Sr和U的含量变化随深度加大而呈现阶梯式下降,这是由于冰期海水低位时期碳酸盐岩台地反复暴露使得老地层接受更长时间淡水成岩作用从而导致元素累积流失更多,且数值下降处可以指示层序界面。该钻孔钻遇的珊瑚礁多发育在高位体系域的进积阶段,推测是由于晚第四纪时期海平面变化速度快,且呈现迅速上升而缓慢下降的特征引起的。物源贡献因子分析结果显示,陆源物质来源、文石和高镁方解石来源、低镁方解石来源和鸟类粪便来源等4类物源影响礁灰岩的主量元素组成。本研究还揭示出现今潟湖钻遇的珊瑚礁地层有对晚第四纪10万a短偏心率周期的海平面变化响应较好,体现潟湖和台地边缘珊瑚礁的差异生长是造成现今环礁潟湖水深较大的原因之一,对解释现代环礁由来有一定的启示意义。

近十年我国海平面变化研究进展

系统地回顾了2006—2015年我国在海平面变化规律、机制及影响领域的最新研究进展。分析了全球及区域海平面以及比容海平面在不同时间尺度上的变化规律;探讨了海平面的变化机制,海表热通量、淡水通量、环流、风应力以及Rossby波对不同区域海平面变化的动力及热力影响;采用统计方法和数值模拟等手段,对21世纪海平面变化进行了预测;同时海平面变化会影响海洋的动力过程(如潮波系统的变化),并进而对近海和海岸带环境产生重要影响(如海岸侵蚀、海水入侵和土地盐渍化、河口咸潮入侵、近岸低地淹没、红树林衰退等)。

基于小波变换和LSTM神经网络的格陵兰岛近海海域海平面变化预测

海平面变化包含多种不同时间尺度信息,传统的预测方法仅对海平面变化趋势项、周期项进行拟合,难以利用海平面变化的不同时间尺度信号,使得预测精度不高。本文基于深度学习的预测模型,提出一种融合小波变换(wavelet transform,WT)与LSTM(long short-term memory,LSTM)神经网络的海平面异常组合预测模型。首先利用小波分解得到反映海平面变化总体趋势的低频分量和刻画主要细节信息的高频分量;然后通过LSTM神经网络对代表不同时间尺度的各个分量预测和重构,实现海平面变化的非线性预测。基于该模型的海平面变化预测的均方根误差、平均绝对误差和相关系数分别为12.76 mm、9.94 mm和0.937,预测精度均优于LSTM和EEMD-LSTM预测模型,WT-LSTM组合模型对区域海平面变化预测具有较好的应用价值。

基于海洋气候数据集的区域海平面变化非线性预测

本文基于中国首套长时间序列、高精度、高时空一致性的全球海洋气候数据集产品,利用1993年1月至2015年12月的山东半岛近海海平面异常数据,构建了基于集合经验模式分解(EEMD)和长短期记忆神经网络(LSTM)的海平面非线性变化组合预测模型。EEMD可以得到海平面异常的各周期项、线性趋势及残差部分,LSTM模型可对其进行逐个预测并重构得到最终的海平面异常预测结果。EEMD-LSTM组合模型海平面异常预测的均方根误差仅为25.87 mm,取得了令人满意的效果。基于该组合模型预测2016—2025年山东半岛近海海平面上升速率将达到3.54 mm·a^(-1)。

基于地层沉积反演的深时海平面变化曲线恢复方法

目前常用的海平面曲线恢复方法主要是基于地层沉积的旋回性分析和同位素测量,受地层不完整性的影响较大,海平面变化恢复不够合理。本文基于全球海平面变化旋回与天文旋回、沉积旋回在时间周期上具有较好的多级旋回对应特征,提出了采用傅里叶变换多级正弦分解函数化海平面变化曲线,然后通过地层沉积反演求取函数化的全球海平面变化参数的方法。利用地层沉积模拟方法,求取了元坝地区长兴期的全球海平面曲线,与同时期的Haq曲线、Fischer方法获得的海平面变化曲线相比,具有更多的海平面变化信息,恢复的海平面变化更合理。傅里叶级数函数化海平面变化曲线不仅推动了海平面变化的定量化和函数化发展,还有利于用地层沉积反演求取海平面变化曲线。这种求取海平面变化的新思路,与传统的海平面变化恢复方法相比定量化程度高,对输入资料要求低,具有较好的适用性和更广的应用前景。

天文轨道周期调制的海平面变化对生物礁发育的影响——以川东北地区晚二叠世长兴期为例

为探讨天文轨道周期驱动下全球海平面升降对生物礁发育的影响,选取湾滩河剖面长兴期自然伽马数据序列进行数据预处理、频谱分析、天文检验、滤波和调谐后,建立“浮动”天文年代标尺。文中基于旋回地层学、2种轨道调谐后的动态沉积噪音模型(DYNOT和ρ1)分析结果、La2010d天文调制方案以及长偏心率周期(405 kyr)与斜率长周期(1.2 myr)的正相关性可知,斜率长周期(1.2 myr)与海平面变化曲线具有相关性,该时期海平面变化受到轨道长周期(1.2 myr)驱动。无机碳同位素分析表明,轨道长周期(1.2 myr)驱动下的海平面升降影响着海洋环境的变化,进而影响着生物礁的生长发育。

塔里木盆地英买力地区三叠系相对湖平面变化分析

以塔里木盆地英买力地区三叠系为研究对象,综合岩心、测井曲线等多种资料,将传统高分辨率层序定性识别与小波变换定量分析的方法相结合,对其进行层序单元定量划分,共划分出长期层序5个、中期层序13个、短期层序53个及超短期层序256个;基于超短期旋回绘制Fischer图解,结果显示三叠系相对湖平面呈现湖退到湖侵的过程,在SQ4时期湖平面上升至最高点,内部次一级的湖侵湖退过程与长期旋回相互对应。通过综合对比分析,发现随湖平面的升降变化,沉积相带呈现辫状河三角洲前缘近端、远端与滨浅湖沉积交替演变的特征。笔者研究弄清了英买力地区三叠系湖平面升降规律及其与沉积相带的演化关系,为后续地质研究提供了基础依据。

基于小波变换方法划分塔里木三叠系层序及湖平面变化分析

综合钻测井等资料,以小波分析方法为基础,对每个区带各挑选数口井,对其自然伽马测井曲线进行小波变换,得到多级次旋回曲线,进行高频层序划分,旨在刻画台盆区三叠系不同构造单元内层序发育情况,并在此基础上得到Fischer图解来分析该地区相对湖平面升降规律。结果表明,台盆区三叠系地层旋回以塔北隆起带保存的最为完整,湖平面变化曲线也最为完善。在塔北隆起带完整度最高的A1井中识别出5个长周期旋回、9个中周期旋回和61个短周期旋回。三叠系台盆区相对湖平面整体上为一次大规模的湖退与湖侵,可容纳空间最低值在克拉玛依组中期,黄山街组时期达到顶峰。湖平面变化曲线内部还有5次小规模的湖侵湖退,且受到古地貌、物源的影响,有差异性变化。

基于CEEMDAN-LSTM组合方法的海平面变化预测分析

为提高海平面变化预测精度,将自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)与长短期记忆网络(LSTM)相结合,采用“分解-预测-重组”思路,提出一种海平面变化预测组合方法CEEMDAN-LSTM。结果表明,相对于直接使用LSTM神经网络进行预测(MAE=16.87 mm, RMSE=21.51 mm),以及已有的EEMD-BP神经网络组合方法(MAE=10.4 mm, RMSE=15.44 mm),CEEMDAN-LSTM组合方法预测表现最优(MAE=8.89 mm, RMSE=11.34 mm),具有最低的预测误差。

南海北部全新世以来海平面变化特征及未来趋势预测

南海北部是南海向陆地过渡的前锋关键地带和全球变化的敏感地区之一,受海平面变化的影响,该地区海平面标志物广泛发育,是开展过去海平面变化研究的理想区域。目前关于南海北部全新世海平面变化历史的认识依然存在一定分歧。基于此,通过新增6个珊瑚礁数据,并对南海北部已发表的海平面数据进行年代和高程校正,然后进行相互验证和可靠性分析。同时对监测记录较为连续的12个验潮站的现代海平面观测资料进行整理和进一步验证重建结果的可靠性。最后,根据汇编的679个校正和可靠性评估后的海平面数据,重建了南海北部全新世以来,尤其是最近2000 a的海平面变化历史和变化特征。校正和评估后的数据显示:南海北部海平面从早全新世(8211±128)cal a BP的−16.16 m快速上升到6000~7000 cal a BP的1.5~2.5 m,之后波动下降到现今海平面高度。其中在中全新世海平面保持高位震荡约2600 a,而晚全新世南海北部过去2000 a海平面整体呈现出阶段变化过程。首先,在公元0−350年呈下降趋势,然后在公元350−850年海平面快速上升,并在公元880年,海平面处于过去2000 a的最高点(1.05±0.35)m,随后海平面继续下降至公元1850年的(−0.18±0.05)m。之后半个世纪保持水平窄幅波动,直到公元1897年(−0.19±0.05)m后,海平面持续震荡逐渐上升至公元2020年的0.076 m。若以过去百年(公元1925−2020年)和40 a(公元1980−2020年)上升速度(分别为2.35 mm/a和3.55 mm/a)估算,公元2100年南海北部海平面将比现今海平面高0.19~0.28 m。因此,在南海北部沿海低洼地区开展大型工程建设时,需要考虑未来海平面上升因素带来的不利影响。此外,分析发现,基于不同海平面标志物和采用不同重建方法是南海北部全新世以来海平面重建结果区域差异的主要原因。总体上,南海北部中全新世以来海平面呈现出波动下降的趋势。尽管不同地区海平面在时间与高度上存有差异,但是南海北部地区与周边海岸的海平面记录一致,这说明中全新世南海北部高海平面与南海周边地区基本同步,极可能具有全球背景。

北极新奥尔松地区海平面变化和陆地垂直运动分析

近百年来,全球正经历着以变暖为显著特征的变化,海水增温膨胀、陆地冰川和极地冰盖融化等因素导致全球海平面持续上升。北极新奥尔松地区现保存有典型的极地原始生态系统,客观准确地分析该地区的海平面变化,可以更好地为该地区自然生态环境监测和保护以及气候变化研究等提供基础。联合利用卫星高度计、验潮站和全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)观测资料分析新奥尔松地区的海平面变化的线性趋势和季节性规律,通过同时段资料(1993−2018年)的分析显示,该地区地壳呈上升趋势,上升速率为8.09±0.19 mm/a;验潮站相对海平面呈下降趋势,下降速率为−7.31±0.36 mm/a;利用地壳运动修正后的绝对海平面上升速率为0.78±0.41 mm/a,低于全球同期水平,与卫星高度计观测的绝对海平面变化结果具有很好的一致性,二者相差0.23±0.46 mm/a。在进行区域海平面变化分析时,可利用GNSS修正验潮站相对海平面获得该区域的绝对海平面变化。利用修正后的海平面资料分析结果显示,新奥尔松地区海平面变化具有明显的季节性规律,每年10−11月为季节高海平面期,3−4月为季节低海平面期。通过海表面温度与海平面的相关性分析认为,随着海表面温度变化,海平面也发生相应的变化。

基于小波分析的定量层序划分及湖平面变化

长堤地区具有很大的油气分布成藏潜力,但限于该地区复杂的构造情况,层序及沉积等情况不明。为探明该区内层序发育及湖平面变化情况,基于高分辨率层序划分及小波分析定量层序划分的方法,利用测井、录井等资料在长堤地区东营组划分出4个三级层序、10个准层序组及19个准层序,并在测井小波变换分析的基础上绘制出Fischer图解,揭示了长堤地区东营组的可容纳空间的变化,近似反映了研究区相对湖平面的变化趋势。研究表明,研究区内东营组呈现一次大规模的湖退和湖侵,其内部的小规模湖退与湖侵的过程与三级层序相互吻合。SQ_(1)期,相对湖平面达到最大值,期间有小规模的湖侵湖退,此后缓慢湖退,在SQ_(2)末期达到最低值。SQ_(3)期快速湖侵后又快速湖退,维持在相对低值波动,整体上表现为湖盆萎缩,被三角洲平原覆盖。

基于多源卫星测高数据的平均海平面建模及精细海平面变化研究

平均海平面是大地测量学和物理海洋学中的重要参数之一,是海平面变化研究的重要参考基准面。受全球气候变暖的影响,全球海平面呈加速上升的趋势。海平面上升将会对人类社会的生存和发展带来严重挑战。卫星测高技术是研究平均海平面及海平面变化的理想技术。

湖相致密储层有利层段的沉积与湖平面变化的耦合关系及其控制因素:以柴西尕斯地区上干柴沟组下段为例

探讨有利层段的沉积与湖平面变化之间的关系,可以对湖相致密储层的勘探开发部署提供一定参考。以柴达木盆地西部尕斯地区上干柴沟组下段为例,利用自然伽马(GR)曲线资料,进行Fischer图解和铀含量(U)-有机碳(TOC)回归拟合法,重建渐新世沉积时期湖平面变化过程,结合磁化率资料,讨论了湖平面变化的气候控制作用。结果表明:(1)尕斯地区上干柴沟组下段泥质含量和TOC含量变化趋势一致,均反映其在沉积过程中经历了两次湖退和湖进过程,有利于烃源岩和储层的形成;(2)湖平面上升期形成的高水位沉积体系,对应于致密砂岩类储层中优质烃源岩的富集层段,能有效形成源-储共生配置;(3)渐新世湖平面变化受西风条件下的气候的控制,西风带来的水汽,形成相对湿润的气候条件,引起湖平面的上升,有利于烃源岩的形成,且与有利层段的沉积呈现耦合关系。

基于局部均值分解和交叉小波的全球平均海平面变化与ONI指数多尺度特征研究

为研究全球平均海平面与ENSO(El Niño-Southern Oscillation)的相关性问题,本文提出了一种结合局部均值分解和交叉小波原理的分析方法,揭示全球平均海平面和ENSO的影响机理和因果关联。利用全球平均海平面的时间序列进行局部均值分解得到PF分量和余量,表示海平面变化的高频分量、低频分量和趋势分量。剔除高频分量的影响,利用最小二乘线性拟合趋势分量,得到1991—2000年的全球平均海平面上升速率为3.6 mm/a。接着对PF的低频分量进行距平变换再与ONI指数(Oceanic Niño Index,ONI)分别进行Morlet连续小波变换得到小波功率谱,再将变换的连续小波分别进行交叉小波变换得到交叉小波功率谱和凝聚谱,通过交叉小波功率谱和交叉小波凝聚谱揭示信号在时频空间的能量共振和协方差分布规律,其中交叉小波功率谱体现了共同的高能量区的相关性,交叉小波凝聚谱体现了共同的低能量区的相关性。结果表明,该方法能在多尺度上分析海平面的变化,并能分析ONI指数与全球平均海平面的关系,可为全球平均海平面演变规律分析和预测等方面提供有力工具。