重建南海27Ma以来高分辨率碳酸盐补偿深度

新生代海洋碳酸盐补偿深度(CCD)的重建长期受到学术界的广泛关注。本研究以南海14个站位20个钻孔的综合大洋钻探计划(IODP)物质数据与年龄-深度模型,恢复了对应钻孔的古水深,计算了碳酸盐累积速率(CAR),基于线性回归的方法,重建了南海27 Ma以来CCD变化。研究结果显示:南海在海盆拉张形成期(27~18 Ma)出现了CCD超过2000 m大幅度的下降;在随后的中中新世气候适宜期(MMCO)期间,南海CCD出现800 m变浅。8 Ma以来南海CCD演化和赤道太平洋的演化呈现了不同的演化趋势:前者在3500~4000 m范围内波动,后者则从4000 m持续下降到4500 m左右。27 Ma之前,广泛的陆源输入和上升洋流发育导致南海出现浅的CCD。27~18 Ma时期的构造拉张导致的海盆加深,同时上升洋流减弱,被解释为该时期CCD下降的主要因素。MMCO期间气候驱动下的海平面波动导致了碳酸盐沉积核心区域的变化,是造成CCD波动的重要原因。8 Ma以来南海和太平洋CCD的差异演化是太平洋底水与南海底水的交换不畅的结果。

南海东北部表层沉积中微体化石与碳酸盐溶跃面和补偿深度

通过对南海东北部(12°～22°N,116°～122°E)表层沉积中的浮游有孔虫、底栖有孔虫、钙质超微化石、硅质与钙质生物丰度和比值的定量分析以及碳酸盐含量的测定,发现碳酸盐含量、浮游有孔虫、钙质超微化石丰度以及钙质生物比值随水深的增大迅速减小,而底栖有孔虫占有孔虫全群的比值和硅质生物比值以及底栖有孔虫胶结质壳类的百分含量却随水深的增大迅速增加.研究表明,调查区内微体化石丰度和比值以及碳酸钙含量的高低,与碳酸盐溶跃面(lysocline)和碳酸盐补偿深度密切相关,碳酸盐溶跃面和碳酸盐补偿深度南、北还存在一定差异,碳酸盐溶跃面南部较北部深,南部在2600m上下,北部则在2200m上下;碳酸盐补偿深度也是南部的较深,南部为3 600 m上下,而北部在3 400 m上下。

中印度洋海盆南部中新世以来碳酸盐补偿深度的演变:来自微体化石组合和元素地球化学的证据

通过对中印度洋海盆GC18孔沉积物元素地球化学特征和微体化石组合进行分析,恢复了该区域碳酸盐补偿深度(Carbonate Compensation Depth,CCD)的演变及环境演化历史.结果表明,GC18孔从上到下可分为五段.第Ⅰ段(0~30 cm)CaO含量和总无机碳(Total Inorganic Carbon,TIC)从表层向下呈显著下降趋势,SiO2呈显著上升趋势,微体化石主要是有孔虫碎屑,还含有少量钙质超微化石Calcidiscus leptoporus(弱脐钙盘藻)和Ceratolithus cristatus(具冠毛角石藻),沉积时代为第四纪.第Ⅲ段(150~280 cm)CaO和TIC含量少于第Ⅰ段,两者从上到下经历了上升-稳定-下降的过程,SiO2变化趋势相反,含钙质超微化石,主要为Discoaster deflandrei(德佛兰盘星石藻),沉积时代为中中新世晚期或更早.第Ⅴ段(300~415 cm)沉积物组分波动相对较大,CaO和TIC平均含量达到最高,SiO2含量较低,钙质超微化石非常丰富,以Umbilicosphaera Jafari(贾法脐球藻),Umbilicosphaera rotula(轮形脐球藻)和Discoaster deflandrei为主,沉积时代为中中新世-早中新世.第Ⅱ段(30~150 cm)和第Ⅳ段(280~300 cm)相似,均呈现低CaO和高SiO2特征且相对稳定,TIC含量很低,未发现微体化石,主要是深海黏土.第Ⅰ,Ⅲ和Ⅴ段CaO含量较高,钙质超微化石均有保存,反映当时沉积均处于CCD以上.第Ⅱ,Ⅳ段CaO含量低,SiO2含量高,钙质超微化石没有保存,反映当时沉积处于CCD以下.从第Ⅴ段到第Ⅱ段(中中新世-晚中新世),CCD整体逐渐变浅,这与全球CCD在此期间的变化特征一致.中印度洋海盆CCD自中新世以来经历了深-浅-深-浅-深的变化历史.

碳酸盐补偿深度(CCD)是解密新生代表层碳循环的潜在钥匙

碳酸盐补偿深度(CCD)是海洋中碳酸盐的生成速率与溶解速率达到平衡时的层位,被比作大洋钙质“雪线”.重建深时CCD对于理解海洋环流、海水化学条件、沉积物分布、表层碳循环具有重要意义.本文回顾了CCD的重建方法,综述了新生代以来CCD的驱动机制以及与碳循环的关联,并对其研究进行了展望.碳酸盐补偿深度的重建历经半个世纪,从早期的定性方法逐步演变为基于统计回归的定量方法,使得结果更加准确,分辨率更高.研究结果显示新生代以来全球各大洋CCD整体呈现缓慢加深的趋势,在中新世略有变浅. CCD的演化受到海水碳酸盐饱和度的控制,主要由生物作用、大陆风化强度、陆架-洋盆相对面积等因素驱动.在类似古新世-始新世极热事件的气候事件中, CCD表现为脉冲式波动.未来研究应在强调精细化、定量化的基础上进一步结合模型模拟,深入探索CCD与古气候、碳循环之间的关联和响应机制.

南海东北部海区碳酸钙的饱和面、溶跃面和补偿深度

南海东北部碳酸钙地球化学研究得出:上层海水中方解石饱和度450—550％,文石饱和度250—350％.300m以深下层海水方解石与文石饱和度和深度的对数直线相关.深层水中二氧化碳含量0.03mmo1·dm^-3,碳酸根含量0.094mmol·dm^(-3),碳酸氢根含量2.35mmol·dm^(-3)总二氧化碳2.48mmo1·dm^(-3);方解石的饱和面1630m,溶跃面3000m,补偿深度4600m,文石饱和面435m,补偿深度1000m.

热带西太平洋碳酸盐溶跃深度及其变化规律

碳酸盐的溶解与保存是全球碳循环的重要组成部分,研究碳酸盐溶解作用对探索碳循环机制、理解全球气候变化机理等具有重要意义。本文通过西太平洋暖池核心区雅浦海沟南部附近海域108个表层沉积物和3个柱状沉积物样品中浮游有孔虫、底栖有孔虫和碳酸钙含量等变化特征分析了海底碳酸盐溶跃深度、补偿深度及其自中更新世以来的变化规律。表层沉积物碳酸盐含量、浮游与底栖有孔虫丰度、底栖有孔虫占有孔虫全群比例、底栖有孔虫群中胶结质壳比例等多种指标变化表明,本区现代碳酸盐溶跃面(carbonate lysocline depth,CLD)位于水深3800m附近,碳酸盐补偿深度(carbonate compensation depth,CCD)约为4800m。柱状样有孔虫溶解指数(foraminifera dissolution index,FDX)的变化表明,冰期碳酸盐溶解作用减弱,碳酸盐溶跃面和补偿深度变深;冰消期碳酸盐溶解作用增强,溶跃面和补偿深度变浅。位于现代溶跃面附近的柱状岩心碳酸盐含量呈现冰期高、间冰期低的"太平洋型"旋回特征,同时古生产力替代性指标的变化曲线与碳酸盐含量没有明显的相关性,说明中更新世以来的碳酸盐含量变化主要受溶解作用的控制,特别是在冰期-间冰期转换时期更为明显。

南海西部表层沉积物碳酸盐分布特征及其溶解作用

碳酸盐是海洋沉积物的重要组成部分,在南海表层沉积物中含量最高可超过70%,因此深入研究现代碳酸盐的分布特征具有十分重要的意义。对南海西部底质的大量取样分析表明,该区CaCO3含量在上陆坡最高,其中在北部和中南部含量较高,中部和东南部含量较低,其分布特征主要受陆源物质供给量的控制,与陆架的宽度和陆坡的坡度密切相关。CaCO3最富集区出现在水深400～600m的上陆坡区,其中水深500～600m内的平均含量最高,达44.37%,水深超过1300m时含量开始明显下降,表明溶解作用增强。对CaCO3含量与水深关系进行多项式拟合,结果表明,本区没有出现碳酸盐溶解作用突然增强的溶跃面;但在水深3500m附近,拟合曲线出现转折点,CaCO3含量由随水深迅速下降变为相对稳定,因此该水深应为碳酸盐临界补偿深度。

东海2万年来碳酸盐溶解作用变化:翼足类的记录

对东海84个表层沉积样品和5个重力柱状样中的翼足类和浮游有孔虫丰度、浮游有孔虫碎壳率和底栖有孔虫群中胶结质类的比例等进行了定量分析,确定了东海现代文石补偿深度(ACD)位于约600 m处,碳酸盐溶跃面在约1 400 m处。末次冰期时随着碳酸盐溶解作用的显著减弱,ACD大幅度下降至现代的1 000 m之下。

宽频地震勘探技术在深层碳酸盐岩成像中的应用

川中地区震旦系—寒武系碳酸盐岩埋藏深、信号弱、储层薄且非均质性强,必须对其开展高保真、高分辨率成像处理以满足勘探需求。在宽频地震资料采集基础上,通过使用GeoEast处理系统的特色技术,包括Q吸收补偿、Q层析建模、Q叠前深度偏移和低频补偿等技术,有效改善了深层碳酸盐岩薄储层成像效果。处理结果表明:该技术在保证地震资料信噪比的基础上拓展了地震信号的有效频带宽度,提高了深层碳酸盐岩的成像效果和分辨率,具体表现在台缘带成像更清楚,地层接触关系和断层刻画更加清晰;利于开展精细层位解释和储层预测,降低地震资料解释和反演多解性。该技术在其他深层、超深层复杂构造地区和非常规油气薄储层“双高”(高保真度、高分辨率)处理中具有较好的应用前景。

南海碳酸盐溶解与深海沉积物类型

根据南海深海沉积物中CaCO_3含量和浮游有孔虫溶解指数的变化,推测南海碳酸盐溶跃层和补偿深度分别为3000m和4000m。结合各种钙质浮游生物壳的被溶蚀现象说明碳酸盐溶解的特征并讨论其主要的影响因素。并认为碳酸盐溶解作用是影响南海深海沉积物类型分布的主要因素,因而提出南海深海沉积物的类型及分析其分布格局。

深海生源碳酸盐沉积物形成研究及其环境意义

生物源碳酸盐是海洋沉积物的组成部分,在深海更是如此,钙质软泥约占大洋面积的一半、全球面积的四分之一。深海造碳酸盐生物与浅海不同,主要不是底栖生物而主要是浮游生物,其中以浮游有孔虫、颗石藻、浮游软体动物翼足类、异足类等主物群最多。

南海东北部表层沉积中有孔虫的分布及其环境意义

为了探讨南海东北部表层沉积中有孔虫分布的规律,选取184个表层样进行分析,结果发现有孔虫的垂向分布与碳酸盐的溶解作用密切相关?在2 300-2 500m水深以下,浮游有孔虫丰度迅速减小,而底栖有孔虫占有孔虫全群的比值BF/(BF+PF)以及底栖有孔虫胶结质壳类的百分含量则迅速增加;这三者随水深的变化在3 400-3 500m处有一明显的转变,被认为是南海东北部CCD面(碳酸盐补偿深度)所在的位置,且该研究区内碳酸盐补偿深度南部较北部深100m?浮游有孔虫水平分布除了受表层海水温度的控制外,黑潮南海分支以及吕宋岛北端上升流区带来的富营养水体的存在也起很重要的作用?

东太平洋海盆CC区沉积物因子分析揭示的沉积环境地球化学演化信息

对中国大洋矿产资源开发研究协会DY851和DY853航次获得的东太平洋晚新生代沉积物(包括61个表层沉积物样品和16个沉积物柱状岩芯)进行了系统的地球化学和数理统计分析,揭示了东太平洋海盆CC区晚新生代沉积环境地球化学演化的一些特征。认为洋底扩张、沉积区离东太平洋洋脊的距离、海底的地热强度及地热活动频率影响了研究区CCD的深度和CCD波动的频率及幅度,从而在一定程度上制约了研究区的沉积环境。

麦哲伦海山富钴结壳及区域要素空间分布的协同克里格估计

麦哲伦海山区是世界最大的海山群之一,位于西北太平洋马里亚纳海沟东侧、皮嘉费他海盆和东马里亚纳海盆之间,有丰富的富钴结壳分布。其岩浆作用发生于128~75 Ma之间,主要有两类岩浆岩组合,橄榄辉长岩和粗面玄武岩。海山富钴结壳调查、成矿、评价方面已有诸多研究(马维林等,2013年;杜德文等,2005;

东海表层沉积中的翼足类及其地质意义

对东海84个表层沉积中翼足类进行了定量分析,共获得7属15种,其中Limacinainflata在陆架外缘和上陆坡为优势种,Limacinatrochi formis,Creseisacicula和Creseis virgule在中外陆架最为丰富。根据翼足类的深度分布确定东海现代文石补偿深度在约600m水深处。以冲绳海槽北部柱状样B3GC为例,说明翼足类是研究地质时期古海洋学变化的重要证据。

中太平洋调查区沉积粘土矿物

通过用X射线衍射仪等手段的分析鉴定,确认该区的主要粘土矿物为伊利石、蒙脱石、高岭石、绿泥石。蒙脱石在钙质软泥中含量低,在红粘土中含量高,伊利石含量与蒙脱石相反。经综合分析得出两粘土矿物分区。影响粘土矿物分布的主要因素是物质来源。

南海多金属结壳(核)矿物组成及其元素地球化学特征

南海多金属结壳(核)相较于大洋富钴结壳及多金属结核,构造环境处于边缘海环境。因此在其生长过程中,大量陆源物质的输入不仅为南海多金属结壳(核)提供了充足的成矿物质,使其具有较大的生长速率,同时又对其埋藏和对海水中Co、Ni、Cu等金属元素起稀释的作用,抑制多金属结壳(核)的生长和对有用金属的吸附。此外,南海多金属结壳(核)

雅浦海沟沉积物的生物地球化学特征及其海洋学意义

通过对雅浦海沟4 500和6 500m两个深度的柱状沉积物的含水率、总有机碳和多种地球化学元素含量的测定,总结分析了这些参数的垂向变化规律,采用元素比值法追溯沉积物的物质来源和氧化还原环境变化,并结合扫描电镜确定了沉积物中的生物化石组成,探讨了化石分布特征与地形结构、深海环流及板块运动之间的关系。结果表明,位于碳酸盐补偿深度以上的4 500m深度深渊沉积物自上而下由含硅质黏土逐渐向钙质软泥过渡,其中的沉积断层可能与深海环流或滑坡有关;位于碳酸盐补偿深度之下的6 500m深度超深渊沉积物属于硅质软泥,可能是重力流导致的表层沉积物堆积,这种沉积作用有利于有机碳的埋藏。该区域沉积物主要来自海洋生物源、陆源和火山源;底层流属于氧化环境,可能有南极底层水的流入。第四纪以来,雅浦海沟应无大规模火山喷发,而海沟东侧的卡罗琳海岭由于板块俯冲作用在不断下沉。

南海中沙海域表层沉积物浮游有孔虫的分布特征及其指示意义

对南海中部中沙海域海底采集的93个表层沉积物样样品进行浮游有孔虫的鉴定分析,获得13属28种浮游有孔虫,依据其中20个主要浮游有孔虫属种的Q型因子分析结果及其抗溶性和生活的气候地带特征,共划分出3个浮游有孔虫组合(占解释总方差的92.3%),包括抗溶性不同的2个热带组合和1个温带-亚热带组合。易溶性的热带组合以Trilobatus sacculifer-Globigerinoides ruber为代表,主要分布于碳酸盐岩台地斜坡区和海岭区。抗溶性热带组合主要以Globorotalia menardii-Pulleniatina obliquiloculata为主,主要分布在中沙海槽和南海深水海盆区。温带-亚热带组合以Globigerina rubescens为代表,主要分布在中沙碳酸盐岩台地北部斜坡区。研究发现,本区浮游有孔虫的分布主要受海水深度控制,而不同温盐性质水团的入侵影响也不容忽视,其中,Globigerina rubescens在中沙碳酸盐岩台地北部斜坡区的富集就是响应研究区以北低温高盐水团的佐证之一。同时,浮游有孔虫的相关分布特征(丰度、简单分异度、碎壳率和易溶种/抗溶种)进一步指示研究区的碳酸钙溶跃面约为2750 m,碳酸钙补偿深度约为3400~3700 m。

外喀尔巴阡山及阿尔卑斯山邻区上侏罗统-下白垩统黑色富有机质泥质沉积物——作为非常规油气勘探目标出现

对波兰喀尔巴阡山脉和阿尔卑斯山脉东部的暗色泥质沉积物的研究，表明侏罗系至下白垩统沉积物有机质含量的产生归因于全球作用和局部控制的综合影响，全球作用比如气候变化和碳酸盐补偿深度（CCD）变化，局部控制如盆地形态、陆源有机质充填和局部火山活动。盆地中发育的这些沉积物既有洋壳基底也有陆壳基底（北欧台地）。数据显示这些缺氧或弱氧化沉积物（平均总有机碳值（TOC）约2．5wt．％）在不同时间沉积于不同盆地，从晚侏罗世到巴列姆期几乎持续至塞诺曼期，30—50Ma的时间跨度，沉积厚度达到数百米。如此长的时间跨度以至于不可能准确识别著名的阿普特期和阿尔必期大洋缺氧事件（OAE）。数据说明暗色富含有机质沉积物的沉积作用不仅受控于气候和CCD改变这样的全球事件，同时也受控于盆地形态和发育、陆生植物碎屑的充填及局部火山活动等不同造成的局部事件。文中给出了一个缺氧层序实例，详细描述了原Silesian盆地的黑色沉积。部分缺氧页岩在褶皱作用和掩冲断层作用下埋藏于几千米深的地下。我们认为这些页岩代表了强烈构造变形盆地中唯一的页岩油和页岩气源岩。