南海西沙海槽地区的海底热流测量

为了解南海西沙海槽区的地热特征，利用Ewing型地热探针在该区开展了地热测量，并利用TK04热导率仪测量了相关站位表层沉积物样品的热导率，获得了7个站位的热流数据。结果表明，研究区7个站位的热导率变化范围为0．88～1．06W／m·K，平均为0．96W／m·K，地温梯度变化范围为85～120℃／km，热流值变化范围为83～112mW／m^2，平均达到95mW／m^2。分析表明测量结果与20世纪80年代中美合作在西沙海槽的地热测量结果一致性较好，说明研究区仍具有高热流特征，推测高热流特征可能与本区高热背景、莫霍面埋深较浅、断裂发育、晚期岩浆活动和基底起伏等有关。

南海西沙海槽的碳酸盐结壳及其对甲烷冷泉活动的指示意义

冷泉碳酸盐岩是指示南海北部可能发育天然气水合物的重要证据之一。对在西沙海槽采集到的冷泉碳酸盐结壳颗粒进行了形貌、稳定同位素等的研究,讨论和揭示了冷泉碳酸盐结壳的形成机理及其与甲烷冷泉活动的关系。结果表明,碳酸盐结壳具有多孔结构,冷泉矿物为文石和重晶石,文石呈针状,含量为39.5%—46.6%,重晶石呈矮柱状,含量为15.6%—21.2%,它们均是从流体中沉淀出来的。重晶石的δ34S值为23.47‰—26.32‰,表明硫同位素发生正漂移,属于与冷泉流体有关的成岩成因重晶石。文石的碳同位素轻度亏损,δ13C值为-13.30‰—-29.59‰,主要来源于热解成因气,但结合了少量正常海水的溶解碳,δ18O值为2.32‰—3.74‰,指示碳酸盐结壳形成时的温度为3.5—9.7℃。研究表明,碳酸盐结壳形成于流体活动缓慢的环境,是深部富含Ba2+的甲烷冷泉流体向上排放和喷溢,在近海底遇到向下渗漏的富含SO42-海水,发生缺氧甲烷氧化反应沉淀出文石,流体中剩余的重34S的SO42-与Ba2+形成重晶石,因此,碳酸盐结壳是西沙海槽存在甲烷冷泉活动的证据。研究结果为进一步开展该海域潜在天然气水合物的调查和研究提供了新证据。

南海西沙海槽岩石圈的密度结构与热-流变结构

在中德合作获得的速度－深度模型基础上，通过重力异常拟合以及地温场和流变性质的估算，获得了西沙海槽的密度结构、热结构和流变结构。计算表明，海槽中部上地壳的密度比两侧低；“热”岩石圈底界在海槽中部埋深为54 km，向南北两侧逐渐加深，在神弧隆起区为76km，在西沙－中沙地块达到 70km；地壳热流贡献量比地幔热流小，海底热流主要来自深部；在海槽中部地幔热流最高，并且具有较高的流变强度；研究区的流变学结构具有纵向分层性及横向变化的特点，向两侧韧性层变厚，脆性层逐渐减薄。地幔顶部的脆性层底界埋深大约为26km左右，相当于 650℃等温线。分析表明，海槽中部强度增加主要归因于后期的热松弛，而块体空间移动困难以及西南次海盆的扩张可能是西沙海槽没有进一步破裂的重要原因。

西沙海槽研究区天然气水合物地球化学勘探及成藏模式研究

依据ODP204航次1250C站位钻井样品酸解烃数据结果,以及作者在南海西沙海槽研究区天然气水合物地球化学现场勘查中得到的多种烃类指标数据、异常点上微量甲烷碳同位素数值等资料,对海洋水合物地球化学勘探的依据和研究区气态烃异常特征、气体成因、天然气水合物成藏模式等相关问题进行了研究探讨。结果表明:气态烃指标地球化学异常主要分布在工区北部斜坡地带,并与BSR等地震标志及深部断裂关系密切;西沙海槽研究区海底沉积物气态烃甲烷以热解成因为主,但也有混合成因;推测该区天然气水合物为断层渗滤综合成藏模式。研究成果比较合理地解释了BSR分布和海底沉积物甲烷局部异常并非完全一致的原因;评价预测了该区天然气水合物有利勘探目标。成果为该区天然气水合物勘探、天然气水合物成因机制研究和天然气水合物远景预测,提供了地球化学方面的证据。

南海西沙海槽S14站位的地球化学异常特征及其意义

西沙海槽具备良好的天然气水合物的形成条件,并已发现与其有关的地球物理标志--模拟海底反射层(BSR).通过对西沙海槽S14大型活塞站位的孔隙水和沉积物样品进行化学组分、酸解烃和热释光等方面的分析测试,结果发现在海底之下4～5 m区间存在着较明显的高盐高烃异常,其中酸解烃中的甲烷、乙烷、丙烷含量及其热释光值均有所增高,孔隙水中的绝大部分离子及其盐度也存在着明显的升高,这一高盐高烃异常可能是下部与天然气水合物有关的孔隙流体沿着断层向上迁移所致.这些地球化学异常以及模拟海底反射层等地球物理标志显示该站位之下可能存在天然气水合物.

南海北部陆坡西沙海槽XS-01站位沉积物孔隙水的地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义

天然气水合物是近年来国际上发现的一种新型能源,大量赋存在海底沉积物中。西沙海槽位于南海北部陆坡区,周边有多个大型深水油气田区。对该区地形地貌、地质构造和沉积条件分析以及地球物理BSR分布表明,西沙海槽是我国海洋天然气水合物资源勘查的一个有利远景区。文章主要研究了位于西沙海槽最大BSR区内的XS-01站位沉积物孔隙水的地球化学特征,发现该站位孔隙水阴阳离子浓度和微量元素组成特征变化显示出可能与天然气水合物有关的明显地球化学异常,与国际上己发现有天然气水合物地区的异常相类似。因此,认为该站位是西沙海槽区最有利的天然气水合物赋存区,值得进一步的勘查工作。

南海西沙海槽，一条古缝合线

西沙海槽是一条水深１５００－３４００ｍ、长４２０ｋｍ的水槽，新生代沉积厚２－６ｋｍ。槽内发现北倾的地壳断裂。海槽的南北两侧之地壳结构差异很大。从区域地质资料看，我们认为西沙海槽是一条印支时期的古缝合线。

西沙海槽研究区天然气水合物地球化学勘探

天然气水合物研究涵盖了地球物理、地球化学和地质等多门学科 ,其中勘查地球化学方法技术可以从海底介质中获得与天然气水合物有关的痕量地球化学信息 ,圈定水合物异常区域 .依据 2 0 0 0年和 2 0 0 1年在中国南海西沙海槽工作区天然气水合物地球化学现场快速勘查实测和室内分析测试的多种烃类结果 ,获得了海上工作区气态烃地球化学异常分布 ,以及与该区水合物地震BSR和BZ的对比分析评价结果 .同时根据现场实测同位素数据 ,探讨了工作区形成水合物气态烃甲烷的成因 .研究成果为工作区天然气水合物勘探提供了地球化学方面的直接证据 .

海上气态烃快速测试与西沙海槽天然气水合物资源勘查

西沙海槽具有适合天然气水合物形成和赋存的地形地貌及地质条件 ,是中国海洋天然气水合物资源勘查的远景区。为配合中国首次天然气水合物资源的调查研究 ,在该区进行了海底表层沉积物甲烷、乙烷等气态烃快速现场测试。研究发现 ,海底沉积物随着埋深的增加气态烃含量具有增高的趋势 ;最佳取样深度应在埋深 1～ 4m处 ;海底沉积物甲烷高含量异常区域主要分布在B33周围、A0 9—A11周围、B17—A0 2周围和B0 1—B0 3周围等区域。西沙海槽北部陆坡比槽底及南部斜坡具有更好的甲烷异常显示。

西沙海槽潜在天然气水合物成因及形成地质模式

西沙海槽具备良好的热解成因气及断层通道、深部异常压力等运移条件,分析海底表层沉积物所含甲烷气来源可以很好地指示潜在天然气水合物成因。西沙海槽海底表层沉积物所含甲烷气以热解成因气为主,可能混有少量生物成因气。表层沉积物所含甲烷气为断层渗逸-自由扩散作用双重运移结果,主要有3种来源:(1)直接来自于下部断层通道中气态烃的释放;(2)来自于动态变化的水合物分解,再由渗滤作用或沿浅部微小断层向上运移;(3)来自于原地少量的生物气。不同地区有不同的气体来源,这是海底表层沉积物甲烷高值区与下部断层相关性较大而与BSR区域并非完全一致的原因。甲烷气来源及运聚条件综合分析表明,潜在天然气水合物以热解成因为主,为断层-渗滤综合地质模式。

南海西沙海槽表层沉积物微生物多样性

利用非培养的分子技术研究了西沙海槽表层沉积物中的微生物群落。沉积物中扩增的古菌16SrDNA序列分属两个大类:泉古生菌(Crenarchaeota)和广古生菌(Euryarchaeota)。以Marine Crenarchaeotic GroupⅠ(古菌16S rDNA文库的49.2%)和Terrestrial Miscellaneous Euryarchaeotal Group(16.9%)为主要类群;其余为MarineBenthic Group B(9.7%)、Marine Benthic Group A(4%)、Marine Benthic Group D(1.6%)、Novel Euryarchaeotic Group(0.8%)和C3(0.8%)。细菌克隆子多样性明显高于古菌,16SrDNA序列分别来自变形杆菌(Proteobacteria)(细菌16S rDNA文库的30.5%)、浮霉菌(Planctomycetes)(20.3%)、放线菌(Actinobacteria)(14.4%)、厚壁菌(Firmicutes)(15.3%)、屈桡杆菌(Chloroflexi)(8.5%)、酸杆菌(Acidobacteria)(3.4%)、candidate divisionOP8(2.5%)、拟杆菌/绿菌(Bacterioidetes/Chlorobi)(1.7%)和疣微菌(Verrucomicrobia)(1.7%)。变形杆菌为优势类群(包括Alpha-和Delta-Proteobacteria亚群)。多数克隆子为未培养细菌和古菌。结果表明南海表层沉积物中蕴含大量未知的微生物资源。

西沙海槽东部海底浅表层土工程地质特性及水合物细粒土力学性质试验

利用2012年在西沙海槽东部海域获得的25个重力柱状样的土工试验分析,以及以南海北部陆坡区浅表层土为试验介质的含水合物细粒土的力学特性模拟试验结果,对西沙海槽东部海域浅表层土的工程地质特性和含水合物细粒土的力学特性进行了综合分析。结果显示西沙海槽东部海域浅表层土土质类型单一,主要为高液限粉土,粉砂含量较高,黏粒含量次之,砂粒含量极少。通过差异显著性检验,陆坡斜坡及北槽坡区与槽底平原和南槽坡区浅层土的工程地质特性差异显著,而垂向上各区浅表层土的工程特性无显著性差异,整体为一高含水率、高塑性、高压缩性和低抗剪强度的软弱高液限粉土层。以细粒土为试验介质,不同水合物饱和度土的土力学特性有较大差异。低饱和度的土表现为两次塑性破坏,而高饱和度的土仅表现为一次塑性破坏。水合物细粒土的黏聚力值随饱和度的增加呈现先增加后降低的趋势,内摩擦角随饱和度的变化不明显。

南海北部西沙海槽盆地新生代层序地层及地震相

西沙海槽盆地是南海北部陆坡西段的一个勘探程度较低的大型新生代深水沉积盆地。基于新采集的高精度多道地震资料并结合周边地区地质特征对盆地进行了层序地层分析,在研究区内识别出8个地震反射界面,结合地震剖面振幅旋回性变化,将研究区新生代地层划分了3个超层序和8个层序,并进一步论述了各层序的顶底接触关系、地震反射特征、地层厚度、层速度及砂岩含量等。在层序格架内识别出5类典型的地震相:平行-亚平行相、楔状发散相、前积相、杂乱相及水道充填相。在地震相划分和沉积相分析的基础上,通过对各层序沉积特征和沉积发育史的分析,认为始新世研究区呈现出陆相湖盆沉积体系特征;渐新世,盆地遭受海侵,研究区接受滨海相和浅海相沉积;早中新世,盆地中部沉积大规模半深海相沉积;中中新世末海平面出现下降,陆坡半深海环境的范围有所减小,西沙海槽浊积水道的雏形形成;晚中新世之后,研究区进入稳定的区域沉降阶段,主要发育了一套半深海-深海相泥岩沉积。此外,由研究区南北缘隆起区提供物源在层序内部还发育有近岸水下扇、三角洲、扇三角洲等沉积体,由地形高差控制作用在陡坡带或断层下降盘还形成了斜坡扇、浊积体。

南海琼东南盆地-西沙海槽天然气水合物地球化学勘探与资源远景评价

研究工区范围为南海琼东南盆地至西沙海槽一线的海域。数据来自:中国地质大学参加了2000年和2006年在中国南海西沙海槽工区天然气水合物地球化学勘探,通过现场快速勘查实测和室内分析测试得到的多种烃类数据;申请到大洋钻探3个航次典型钻井的样品,经国内实验室实测得到的酸解烃指标和酸解烃微量甲烷碳同位素数据;搜集的其他文献涉及研究区的酸解烃指标数据和酸解烃微量甲烷碳同位素数据。依据甲烷的地球化学特征、湿度比值分布和甲烷碳同位素的组成特征对研究区天然气水合物的成因进行了分析研究;依据数据对比探讨了酸解烃微量甲烷同位素值的地球化学意义,对中国海区天然气水合物的成因进行了讨论判别。最后,依据上述结论对区内天然气水合物资源的远景进行了评价和预测。

南海西沙海槽地壳结构的海底地震仪探测与研究

利用中德合作在南海西沙海槽首次获得的海底地震仪探测数据 ,通过震相分析和走时模拟 ,研究了该区的纵波速度模型和地壳结构特征。结果显示 ,新生代沉积层厚 1— 4km ,其下的地壳纵波速度从 5.5km·s- 1 向下逐渐增加到 6.8km·s- 1 ,下地壳未见有明显的高速层 ,地壳厚度在剖面两侧为 2 5km ,向中部逐渐减薄至 8km ,莫霍面在剖面中部上隆 ,其速度反差强烈 ,从地壳底部的 6.8km·s- 1 跳跃到上地幔顶部的 8.0km·s- 1 。这一地壳结构反映出新生代拉张裂谷的特征 ,海槽两侧地壳结构相似 ,南北呈对称分布 ,没有或很少下地壳底侵 ,与南海北部陆缘的东段有很大差别。

南海西沙海槽沉积物细菌多样性初步研究

对来自南海西沙海槽的深海沉积物进行总DNA提取,并构建细菌16S rDNA文库。细菌16S rDNA系统发育分析表明沉积物中细菌分属4个类群:变形杆菌(Proteobacteria)、浮霉菌(Planctomycene)、低G+C含量革兰氏阳性菌和放线菌(Actinobacteria),它们分别占总体的49%、22%、22%和7%。Proteobacteria类群又以δP-roteobacteria亚群占优势,其他分属α-和γP-roteobac-teria亚群。Planctomycene和低G+C含量革兰氏阳性菌两个常见于浅海的类群,在西沙海槽沉积物的丰度高于其他深海沉积物,可能是随沉积物被浊流搬运至海槽。

南海西沙海槽盆地地质构造特征

西沙海槽盆地是一个发育在南海北部陆坡深水区的新生代沉积盆地,接受了厚1 500～8 000m的沉积,沉积层中部厚,南北薄,呈南北分带特征。地震剖面上表现出下断上拗的特点,盆地裂陷期的构造样式以"多米诺式半地堑"或"地堑"为特征,控制半地堑发育的主要断层有F1、F2、F3、F4、F5。盆地发育经历了古新世—渐新世断陷和中新世—第四纪拗陷两个主要演化阶段,断陷阶段发育陆相河湖相沉积,拗陷阶段发育浅海-半深海沉积。

南海西沙海槽XH-CL16柱状沉积物稀土元素特征及其物源

西沙海槽是我国南海北部重要的天然气水合物勘探远景区。然而,目前对西沙海槽区沉积物的物源分析仍然存在众多争议。对西沙海槽XH-CL16柱状沉积物的稀土元素地球化学分析,显示该柱状沉积物的ΣREE介于131~171×10-6之间,表现为轻稀土相对富集,（La/Yb）N为9.5,具有明显的Eu负异常,δEu值在0.66~0.79之间。其稀土元素配分模式显著区别于大洋玄武岩,具有明显的陆壳特征,并且该沉积物具有相似于珠江口沉积物、红河沉积物以及黄土的稀土元素配分形态,暗示西沙海槽区沉积物主要为陆源沉积,而且可能是多物源多方式传输的结果。此外,通过该柱状沉积物中CaCO3含量变化特征与同海域标准碳酸盐地层学时标的对比,显示该柱状沉积物主要为MIS3期以来的沉积。而其中MIS2期沉积物表现为较MIS1和MIS3期沉积物更高的ΣREE和Ti含量,暗示西沙海槽在MIS2期时有更多陆源组分的输入。

末次盛冰期以来西沙海槽天然气水合物储库变化及其对环境的影响

利用Milkov和Sassen的模型计算了目前及末次盛冰期时西沙海槽天然气水合物的稳定带(GHSZ)厚度及资源量,讨论了末次盛冰期以来海洋底水温度增加和海平面升高对西沙海槽天然气水合物储库变化的影响.计算结果表明,底水温度增加使GHSZ厚度减薄,资源量减少;而海平面上升使GHSZ厚度增加,资源量增加,但底水温度变化对GHSZ厚度和资源量的影响比海平面变化的影响更大.西沙海槽末次盛冰期时GHSZ平均厚度约为299m,天然气水合物资源量约为2.87×1010m3,甲烷数量约为4.71×1012m3;目前的GHSZ平均厚度约为287m,天然气水合物资源量约为2.76×1010m3,甲烷数量约为4.52×1012m3.由此可见,自末次盛冰期以来西沙海槽的GHSZ平均厚度减薄了～12m,大约1.1×109m3的天然气水合物分解释放了1.9×1011m3的甲烷,这些甲烷可能对环境产生了重要影响.

西沙海槽海域地形地貌特征及成因

应用多波束测量资料绘制了详细的西沙海槽海域地形图、地貌图,并把研究区划分为3个地貌单元。其中陆坡斜坡位于北部,呈北东向延伸,地形较为简单,斜坡面单一平整,地貌类型单一,主要为堆积型斜坡;西沙海槽位于中部,呈北东东向延伸,地形起伏较大,主要由槽底平原和槽坡组成,且在槽坡上发育陡坎、冲刷沟谷、阶地等次一级地貌类型;西沙海台位于南部,呈近东西向展布,地形变化复杂,地貌类型众多,表现为海山、海丘、小台地、洼地等相间排列的波状起伏的地貌特征。地貌形成与演化主要受南海新生代两次海底扩张控制。第1次海底扩张期间,西沙海槽可能已开始发生张裂。第2次海底扩张期间,西沙海槽分3个阶段发生张裂断陷,而且其强弱在东西方向上差别巨大,致使形成了现今东深西浅、东窄西宽、槽壁陡峭的近东西向延伸的海槽地貌,奠定了研究区内地貌的基本轮廓。而地质构造、火山活动、海平面变化等内外营力的共同作用则控制次级地貌类型的形成与演化。