广州七星岗古海岸遗迹的发现及其科学意义

文章论述吴尚时1937年发现并报道的广州东南郊七星岗海岸侵蚀地形及其附近松岗海积沙堤地形,论证吴尚时是珠江河口三角洲地区古海岸地形的首先发现者以及该古海岸地形形成于全新世中期全球海平面上升珠江河口发生桂州海进8―2 ka BP时段。指出七星岗古海岸地形的发现具有重要科学意义,表明中国学者的科研能力媲美同时代的洋学者,这一发现支撑了珠江三角洲的存在,同时为中国古籍对珠江河口湾演变的记述提供了实物证据,数十年来它在高等专业教学实习、科学研究、大众科学知识普及、社会文化教育中发挥了重要的作用,让多代地质、地理、海洋人才从中受益,并对珠江河口三角洲的整治与开发作出了很大的贡献。广州市政府1956年将七星岗古海岸遗址列为广州市重点文物,1983年广东省地理学会决定在该处建立纪念碑,近年建造七星岗古海岸遗址科学公园,这是对七星岗古海岸地形遗迹实施有效保护与发挥科教作用的绝佳举措。吴尚时重视野外考察,实事求是,不迷信、不盲从、善思考、勇探索、勤写作、贡献真知灼见的科学创新精神,值得我们学习。

水下电场测量技术研究综述

水下电场具有场源复杂、动态范围大、频带宽的特征,高精度观测难度大,对观测方式、测量传感器、仪器装备和信号处理方法均提出了较高要求。水下电场测量技术广泛应用于水下目标探测、地球物理勘探、深部地质构造研究和物理海洋等多个学科领域。文中简要回顾了水下电场测量技术发展历程;总结了国内外研究现状;归纳了水下电场测量技术研究中的关键问题与难点;综述了水下电场测量技术相关设备、平台和信号处理方法;分别列举了在水下目标探测、地球物理勘探、深部地质构造研究和物理海洋观测等多个学科领域代表性的应用案例;分析了当前水下测量技术存在的问题与不足;在此基础上展望了技术发展前景,提出了部分建设性建议。

南海及其围区新生代岩浆活动时序与成因研究

南海及其围区新生代岩浆活动具有相似的特征,根据与南海扩张时间(32~15.5 Ma)的先后关系,将岩浆活动分为三期:扩张前(>32 Ma)、扩张期(32~15.5 Ma)和停止扩张后(<15.5 Ma)。从岩相学特征可知:扩张前的岩石以三水盆地双峰式岩浆岩组合为代表;根据最新的IODP 349航次的钻孔样品资料,南海海盆扩张期岩浆岩为典型的MORB,而少量的陆缘岩石资料显示,该期岩浆岩为碱性玄武岩;停止扩张后岩浆活动可分为两期,早期以大陆-大洋中脊过渡型拉斑玄武岩为主,晚期以碱性玄武岩为主。除了扩张期南海海盆的MORB,整个新生代的岩浆岩地球化学特征大体一致,与OIB相似,显示地幔源区具有不均一性,由一个DMM和一个EM端元组成,且岩石均表现出明显的Dupal异常特征。对于富集端元的性质和来源、Dupal异常的成因、海南地幔柱是否存在等问题目前存在较大争议。具OIB特征的岩浆除来自地幔柱作用外,地幔交代作用也是重要的产生机制。本文认为碳酸盐流体对地幔源区的交代作用可能在南海地区新生代岩浆活动中扮演了重要的角色。另外,岩浆岩成岩过程的研究也不够全面深入,这些都是在今后的研究工作中需要关注的地方,有待后来进一步的研究。

基于K-means聚类层次分析模型的中沙环礁地质环境稳定性定量分析

中沙环礁位于中国南海的中心地带,是连接东沙、西沙和南沙群岛的重要枢纽。文章基于中沙环礁地形、地质采样、多道地震等调查数据,选取水深、沉积物类型、构造、滑坡易发区和坡度5个影响因子,采用K均值聚类算法(K-means)和层次分析法对中沙环礁的稳定性进行定量分析,将研究区划分为稳定性好、较好、中等、较差、差5个等级。分析了不同因子对中沙环礁稳定性的影响,其中沉积物类型、坡度和水深是影响台地稳定性的主要因素。台地周缘斜坡区稳定性主要受坡度、断裂构造和滑坡易发区等因素的控制,而台地周缘斜坡外深水区坡度因子贡献最大,整体上环礁北部和西部的稳定性优于东部和南部。环礁台地和台地周缘斜坡外深水区稳定性最好,越靠近台地斜坡稳定性逐渐变差,台地斜坡上缘区域稳定性最差。评价结果可为研究区的开发规划、海底管线工程建设及防灾减灾提供基础地质服务。

基于重矿物地球化学手段的南海东北部陆架沉积物物源研究

物源是研究大陆架沉积物搬运过程、重建陆架古环境以及海洋砂矿资源勘查的重要信息。然而,陆架砂质沉积物普遍经历过多次搬运、分选和混合,这给物源识别带来极大的困难。南海东北部陆架砂质沉积物分布广泛,本文首次采用单矿物化学方法对其物源进行了新的解析。研究区表层砂质沉积物中电气石与角闪石为优势重矿物,两者含量呈现此消彼长的关系。电气石和石榴子石的电子探针数据显示:珠江、韩江沉积物影响海域,火成岩成因的电气石占60%左右,其主要来源为区内广泛发育的燕山期花岗岩的风化产物;莲花山断裂带和长乐−南澳断裂带附近的南海东北部沿岸小河沉积物中变质岩成因的电气石含量显著增高,最高可达70%,其来源为区内与断裂带伴生的变质岩风化物;矽卡岩成因的钙铝榴石在南澳岛以东的陆架沉积物中发现最多,这与华南陆域矽卡岩的分布区吻合。综合分析认为,重矿物的矿物化学方法可以减少分选效应的影响,利用多种矿物的矿物化学分异可以获得多维的信息,为陆架沉积物的物源判定提供便利。

1960-2017年北部湾珊瑚礁区海洋热浪增强原因分析

在全球气候变化、区域气候因素的共同作用下,海洋热浪频发,北部湾珊瑚礁正处于快速退化之中。探究海洋热浪逐年增强的机制,对预测珊瑚礁未来生长环境具有重要意义。根据北部湾东部4个海洋站(北海、涠洲、海口、东方)实测海表温度历史资料和该海域的相关气候资料,选取SSTA、DHM、DHW、DHD 4种指标,采用相关分析和对比分析法探讨该海域近58年海洋热浪的变化趋势及原因,结果表明:(1)1960-2017年北部湾东部珊瑚礁区海洋热浪爆发的强度及频率逐年波动上升;(2)海洋热浪逐年增强源于全球性的厄尔尼诺事件增多、区域性的高压系统增强及风场减弱等多因素共同作用;(3)全球变暖背景下造成的海洋热浪爆发对北部湾东部海域的珊瑚礁生态系统已经造成不利影响。

世界珊瑚礁现状和威胁研究进展

鉴于珊瑚礁巨大的价值和面临全球气候变化严峻的威胁,珊瑚礁退化和发展前景一直是珊瑚礁研究的最中心议题。人类活动和气候变化已经导致珊瑚礁全球性衰退损失40%~50%。1998年全球珊瑚礁严重白化和2015—2017年延时最长全球珊瑚礁白化事件,一再证实全球变暖已经成为珊瑚礁可持续发展的主要威胁,现在扭转导致海洋水温升高的全球变暖的趋势是保护珊瑚礁的唯一希望。由科学家和慈善机构发起的2011年XL Catlin海景调查和2017年50礁倡议成为珊瑚礁管理保护的创新举措。但仍然需要更多的人认识珊瑚礁,热爱珊瑚礁,研究珊瑚礁,保护珊瑚礁。

南海东南部陆缘地壳结构特征及其构造意义

南海东南部海域沉积厚度较大,礁体发育,构造演化复杂,导致深部结构探测不清楚,制约了对南部陆缘地壳结构的认识.本文通过对新采集和重新处理的多道地震剖面解释,结合钻井、拖网资料,对浅部地层和构造进行约束,同时利用附近海底地震(OBS)测线的速度结构,对深部结构和界面解释约束;在此基础上,开展了重震联合反演,分析地壳密度空间分布特征,结合重力梯度特征对构造单元进行识别.通过对东西两条测线的上下和全地壳厚度、拉伸因子比较,发现南海东南部的东西部深部结构存在差异性;礼乐断裂可能是礼乐和郑和地块的分界,并控制了两个地块在南海扩张时期的相对运动.

长链烷基二醇及其指标在南海北部粤东沿海上升流地区的环境指示

本文以南海北部粤东沿海夏季上升流三个短柱状岩心为研究对象,通过二醇化合物分布分析测试和二醇环境参数的定量化重建,初步探讨了过去80年来海水表层温度(SST)、上升流活动和沉积环境演变过程及其交互关系。二醇温度指标(LDI)在粤东沿海地区较好地指示了年均SST,在三个岩心中均显示了整体增加的分布特征和相似的多年尺度变化趋势。此外,LDI-SST和二醇参数2具有非常好的线性关系(R^2=0.85,n=49),其整体分布、多年尺度变化均和ENSO旋回一致,并且大部分高/低值和ENSO暖/冷年、南海夏季风强/弱年具有很好的对应关系,表明了二醇参数2可以作为粤东上升流强度变化(多年/单年尺度)的替代性指标。而1,14-二醇含量和ENSO指标在多年尺度上显示了相似的波动特征,但大部分高/低值和南海夏季风指数、ENSO指标呈反相分布,说明了仅用1,14-二醇含量不可反演粤东上升流。据此,利用二醇参数2初步重建了过去80年来粤东上升流演变信息:上升流强度整体上显示加强的分布趋势,大体上呈约2~5年周期变化。此外,三个岩心中1,15-C_(30)(二醇/二醇+酮醇)比值和二醇参数2在整体上和多年尺度上均呈现相反的分布特征,可能与上升流活动导致的1,15-C_(30)二醇母源再悬浮再氧化有关,而普遍较高的1,15-C_(30)二醇比值(≥0.82)反映的强还原环境则和上升流地区水体中含氧量普遍偏低相关。

南海黄岩岛珊瑚记录的1780-2013年的表层海温年代际变化特征

基于南海中部黄岩岛滨珊瑚生长率与表层海温距平(SSTA)的正相关关系,重建了1780-2013年(共234年)黄岩岛海域SSTA年际变化序列。结果表明,1780-1890年SSTA总体偏低,平均为-0.2℃,最低SSTA为-1℃(1837年),对应于小冰期晚期;1890年以来SSTA总体呈阶段性上升,其中1971-1998年升温最快,1998年达到峰值(2℃),之后SSTA略呈下降趋势,冷暖变化与北半球陆地温度变化基本是同步的。频谱分析显示,黄岩岛海域SSTA在过去234年主要呈现出26~34 a的冷暖周期波动,其相位转变基本与太平洋年代际振荡冷-暖位相同步。近234年来南海中部黄岩岛海域SSTA的年代际变率并不是持续不变的,1890年以来该海域SST年代际变率出现明显增强,可能与全球变暖导致的海洋内部变率的变化有关。考虑到热带西南太平洋SST年代际变率同样在1890年也发生了一次转变,我们认为这些证据可能指示了整个热带太平洋内部变率在1890年以后发生了一次转变。

西沙群岛基底火山碎屑岩中单斜辉石的矿物化学特征及其地质意义

本文利用电子探针对南海西沙群岛琛航岛珊瑚礁底部火山碎屑岩中的单斜辉石矿物的化学特征进行了研究。结果表明,该单斜辉石属于富钙透辉石,部分有正环带结构,从核部到边部Ca、Fe、Ti的含量逐渐增加,是岩浆正常结晶顺序的反映,说明该区域的岩浆演化是向着富Ca、Fe、Ti方向发展的。主量元素数据显示,单斜辉石具有低Si高Al的特征(SiO2=41.40%~48.44%,Al2O3=5.54%~10.20%),且AlⅣ含量较高,说明母岩浆为不饱和碱性岩浆系列;此外,单斜辉石Ca含量偏高,Ca/(Ca+Mg+Fe)值在46.1%~51.4%之间,推测是母岩浆的高Ca含量导致了大量高钙辉石的产出。结合西沙海域的地震和构造资料,推测琛航岛珊瑚礁的基底是玄武质火山碎屑岩组成的平顶状海山,系岩浆穿过断裂发育的岩石圈层在西沙群岛的海底喷发,随后火山碎屑物质经过堆积、固结作用而形成;该火山碎屑岩的原岩为板内碱性玄武岩。

海底表层沉积物声速特性研究进展与探讨

海底表层沉积物具有多相、多颗粒、多形态的组成结构,导致其声学特性复杂多样。通过分析压缩波速度和切变波速度特性的研究现状,指出有待于解决的科学问题和关键技术问题。在分析国内外有关海底沉积层声速特性研究基础上,提出采取系统、可控的实验测量手段解决当前测量存在的4点问题。综合分析了压缩波速度和切变波速度存在的统计回归关系和理论分析关系,探讨了当前地声反演、采样样品声学测量、原位声学测量3种方法存在的测量尺度、测量频率、测量状态等的差异,探讨建立不同测量方法和测量技术对测量结果进行统一性解释的方法,从而获得不同类型、不同区域的海底表层沉积物真实的声速特性。最后,从实验室声学测量、物理力学参数测量、流固耦合特性分析、原位测量及海底监测、采样测量与原位测量的误差分析及校正、海底大纵深声学测量6个方面提出技术需求,为提高声学探测海洋和海底的精度服务,推动海洋声学探测和海洋工程发展。

基于侧扫声呐影像的南海珊瑚礁沉船及周边地形重建

利用南海某珊瑚礁区所获得的一艘沉船的单幅侧扫声呐影像,定量重建了沉船及其周边地形。沉船区侧扫声呐数据经过格式转换、影像生成、水体去除、影像增益校正和坐标转换等预处理后,采用明暗恢复形状(Shape From Shading,SFS)方法反演声呐影像的水深,获得沉船区的水下地形数据,重建了该区域的三维地形地貌。结果显示,沉船位于珊瑚礁西侧礁坡区,该区为典型的礁坡地貌形态,由东向西水深递增,变化于-1.8^-165.4 m之间,按水深和坡度的不同可划分为地势较平缓的两级阶地和地势陡峭的两级坡地。沉船坐底于礁坡第二级阶地(宽约87 m,平均水深约-26.7 m,平均坡度约5.7°),船体呈EES—WWN走向,长约45 m,宽约9 m,高约4 m,排水量估计为500~600 t,船体残破。利用侧扫声呐影像开展地形地貌的定量反演和重建是对侧扫声呐影像地形地貌定性分析的有效补充,能更全面、更详细地揭示珊瑚礁地形地貌的特征。

黄土高原干涸小河流的芦苇分布特征及其环境适应性研究

芦苇是构成河岸植物群落的代表性物种,研究芦苇的生态习性对认识河流生态系统具有一定的意义。通过对黄土高原艾家畔村干涸小河沟的芦苇进行调查分析,运用采样点位、断面数据对比和线性回归分析等方法,探究黄土高原沟壑区干涸小河流芦苇的分布特征和环境适应性。研究结果显示,黄土高原艾家畔村干涸小河沟的芦苇分布特征在数量上表现为:河床靠近两岸>河床中心,远离河床低地>河床低地边缘;有分枝的芦苇和主秆折断的芦苇在数量上表现为:芦苇群落边缘>芦苇群落中央,河床靠近两岸>河床中心,河床低地边缘>远离河床低地;芦苇主秆的长度平均值和直径的平均值表现为:河床中心>河床靠近两岸,远离河床低地>河床低地边缘。在环境的适应性方面,芦苇为了获得光照和生存空间而形成种内竟争,因此群落中央的芦苇长势较好。河床中心的芦苇通过长高和变粗来获取光照和抵抗河流有水期的冲刷。河床靠近两岸地势较高和河床低地边缘的芦苇普遍较矮,分枝较多,主要以产生分枝的方式来竞争横向生存空间。

鲁北现代洪水沉积物XRF元素扫描特征及其指示意义

2018年8月山东北部弥河流域受台风暴雨影响发生洪涝灾害,通过对洪水淹没区考察,选择弥河及其支流丹河下游新鲜洪水沉积保存完好的地点,获取两根沉积物浅钻MH1、DH2(长度分别为21.5、21 cm,下段为现代土壤),对沉积岩芯进行X射线荧光光谱(XRF)元素连续扫描,结合粒度指标和其他研究成果,探讨现代洪水沉积物元素特征及其在古洪水事件识别中的指示意义。结果显示,Al、Ti、Si、Ca、Fe等元素具有相似的波动特征,相互之间正相关关系显著,信号强度在细粒洪水沉积层出现峰值;Rb元素信号强度与粒度相关性弱,在钻孔中的变化较为稳定,仅在沉积界面处有所降低,可能与岩芯裂隙造成的实验偏差有关;Sr、Zr两种元素显著正相关,且信号强度在洪水沉积层较低。Zr/Rb和Rb/Sr分析结果表明,两者均受控于粒度特征,风化淋溶作用对其影响有待进一步研究,其中Zr/Rb与粒度呈现较强的正相关性,Rb/Sr则与粒度负相关关系显著,且在其他区域洪水地层研究中具有一致结论。Zr/Rb峰值和Rb/Sr谷值对应黏土质洪水沉积,Zr/Rb谷值和Rb/Sr峰值对应粒度粗组分高值的粉砂质洪水沉积,可在古洪水沉积识别中作为参照指标。本研究结果将为利用XRF技术识别古洪水沉积提供有力参考。

南海珊瑚礁高分辨率遥感地貌分类体系研究

珊瑚礁遥感地貌分类体系在珊瑚礁遥感地貌制图中具有重要的指导作用。目前,珊瑚礁遥感地貌分类体系仍存在构建标准不统一、部分重要地貌类型不突出以及涵盖地貌类型不完备等问题,影响了珊瑚礁遥感地貌制图应用于珊瑚礁科学和管理。本文采用中国南海46个珊瑚礁(环礁、台礁)的高分辨率遥感影像(WorldView-2、Quickbird),并结合西沙群岛15个岛礁的地貌实地调查数据进行南海高分辨率遥感地貌分类体系的构建研究。以各地貌类型所处礁体位置、动力特征、出露程度和沉积类型为划分标准,将相似尺度和重要性相当的地貌类型归为同等级别,共构建了3级19类南海珊瑚礁遥感地貌分类体系。该分类体系划分标准统一、地貌类型数量最多且完备,新命名了内礁坪生物稀疏带、内礁坪生物丛生带,补充了水下礁脊、潮间带浅滩、浅水礁塘等地貌类型,便于直观理解和推断不同尺度的海洋生态相互作用及重要性。同时,其多等级多尺度性适用于分辨率由低到高的南海珊瑚礁遥感地貌制图,有助于珊瑚礁态势演变分析、管理和保护,为维护国家海洋权益作出应有的贡献。

珠江河口特征认知的发展

人们对珠江河口的认知发生过几次飞跃。第一次认知飞跃,柯维廉(W.Olivecrona)1915年首次提出了珠江三角洲的概念;第二次认知飞跃,吴尚时1937年证明海水曾深入广州形成珠江河口湾并发育三角洲,1941和1947年先后著文肯定了珠江三角洲的存在,并确定了其主体范围;第三次认知飞跃,曾昭璇1980年提出了冲缺三角洲的概念,1997年提出了串珠状冲缺三角洲发育模式,揭示了珠江三角洲发展的时间与空间位置;第四次认知飞跃,赵焕庭1982年揭示了珠江三角洲叠置晚更新世晚期老三角洲与全新世中期现代三角洲,新资料显示还存在晚更新世中期三角洲;第五次认知飞跃,赵焕庭等于1973-1982年间运用西蒙斯优势流概念和河口盐水楔理论研究了口门和河口湾滩槽地形的发育演变;第六次认知飞跃,吴超羽等于2006年创造性应用自己研发的长周期机理模型和沉积学、地貌动力学等多学科互证,量化再现了珠江三角洲6~2.5ka BP"镶嵌式"演变过程。

伶仃洋钻孔岩芯的磁学记录及其对海水进退的响应

华南珠江三角洲河口地区受到珠江流域和近海海洋环境的共同影响,其沉积体系中承载的古地质记录对于揭示海陆交互作用下的地质地貌过程演化具有独特意义。本研究对珠江伶仃洋湾口的一条钻孔岩芯进行了环境磁学研究。研究发现,在晚更新世以来海水入侵的相对高海平面时期,岩芯沉积物中磁性矿物的组成或高矫顽力组分的来源更稳定,反映了沉积区环境的稳定性或沉积物源区的相对固定;在海水退出的风化剥蚀期,沉积序列中磁性矿物组合出现大幅度旋回变化,这表明同时期碎屑物质源区可能经历了显著的环境更替。多重磁学参数包括低频磁化率、非磁滞剩磁、饱和等温剩磁以及HIRM参数,在全岩芯中指示了比较一致的磁性变化特征;相较之下,S-ratio参数的变化更灵敏地响应了伶仃洋湾口地区海水入侵和退出背景下的沉积演化历史。

南沙群岛珊瑚礁砾洲地貌特征

通过对南沙群岛永暑礁、西门礁和安达礁 3 个砾洲的现场调查,基于理论最低潮面和平均海面分别计算了砾洲的可能分布范围和平均出露范围,获得了砾洲的地形地貌特征。 3 个砾洲均为向西北凸出的弧形,呈北东-南西向展布。永暑礁和西门礁砾洲周边地势较高,中部相对低洼,分布有多条砾脊,边缘向海侧主砾脊高度最大,内部多条较低的次砾脊相交于主砾脊并汇聚于砾洲东部;安达礁砾洲则中部凸起地势较高,周边较低,无多重砾脊分布。推断砾洲的发育由最初珊瑚枝块堆积于中部形成凸起,逐渐向北东和南西两侧以砾脊形式扩展,最终形成砾洲由内向外的洼地-砾脊-砾滩的地貌分带模式。砾洲的地形地貌特征表明,南沙群岛砾洲的发育主要受北东-南西向水动力条件季节性交替的控制,反映了南海海区盛行季风的影响。南沙群岛珊瑚礁砾洲的地貌特征为深入研究南海珊瑚礁灰沙岛地貌发育演化及动力机制提供了基础数据。

北川甘溪下泥盆统风暴岩沉积特征及其沉积模式

依据风暴沉积野外剖面实测资料,通过对北川下泥盆统甘溪组和谢家湾组风暴沉积野外剖面结构和沉积演化等的研究,建立了该区风暴沉积序列模式及分布模式。北川甘溪下泥盆统广泛发育侵蚀冲刷面、渠模构造、生物介壳滞留沉积、丘状交错层理和生物成因构造等风暴沉积构造,其中发育3类风暴沉积与7类风暴沉积序列。研究区广泛发育的风暴沉积具有良好的古气候和古地理意义,亦为前人提出的扬子板块北移和北川早泥盆世所处的温暖热带—亚热带气候环境提供了一定证据。