南海北部涠洲岛边缘珊瑚礁的生物侵蚀实验研究

在全球变化背景下,边缘珊瑚礁面临着来自自然与人类的双重压力。海水富营养化引起的生物侵蚀加剧,虽然较为隐蔽,但却会对珊瑚群落的发育以及礁格架的稳定性产生不良影响,是边缘珊瑚礁潜在的危害之一。本研究在南海北部涠洲岛三个典型的边缘珊瑚礁开展了近一年的原位侵蚀实验,定量分析了珊瑚礁的生物侵蚀强度与侵蚀速率,并结合卫星遥感监测的水体环境参数,探究了珊瑚礁侵蚀与海水环境的关系。研究发现,内部大型侵蚀生物的侵蚀速率相比侵蚀强度更能够指示海水富营养盐与高浊度环境,而侵蚀强度能够体现侵蚀生物的群落演替阶段。此外,将涠洲岛生物侵蚀速率数据与全球其他典型珊瑚礁区域进行对比,发现涠洲岛生物侵蚀速率处于全球中等水平(以内部大型侵蚀生物为主导),但在其所属的“人为边缘礁”类型中为较低水平。结合气候变化、城市化发展、礁体健康状况等趋势以及本研究结果,推测涠洲岛的生物侵蚀可能会继续加强,达到“人为边缘礁”的高侵蚀水平,并进一步加剧珊瑚礁的退化。

海底原位分层声学测量模拟装置的设计与实验

【目的】为研究原位测量装置的测量特性和不同环境下海底沉积物声学特性的变化机制,设计一种海底原位分层声学测量模拟装置。【方法】装置主要由分层运动控制单元、声学测量单元和计算机控制单元三部分组成,通过电动缸对声学测量探杆进行定位运动与连续运动控制,实现对声学测量探杆运动精度分析。通过在水中进行测量标定,获得装置声学测量探杆的校正距离差和扩散衰减系数。通过模拟原位分层声学测量实验,实现不同类型海底沉积物的声学特性测量。【结果与结论】声学测量探杆的校正距离差为77.14 mm,此装置发射声波的平均扩散衰减系数为(34.30±0.46)dB/m。声学测量探杆运动控制精度高,能准确运动到不同层中进行声学特性分层测量,定位测量和连续测量两种测量方式都能获得稳定的实验数据。

GNSS-IR测量水位的精度评估和站点对比:以中国南海北部和日本南部站点为例

通过南海北部和日本多个实例,量化分析影响近岸全球卫星导航系统干涉反射计(GNSS-IR)反演潮位或风暴潮过程效果的主要影响因素。结果表明:接收机所能接收的卫星信号波段数量、反射信号功率对反演的时间分辨率和精度影响巨大。研究以中国香港HKQT站点为例量化多模多频GNSS-IR监测风暴潮的优势,同时展示日本J425站点在潮位站空缺地区记录完整风暴潮波形的能力。分别针对卫星信号接受波段、硬件配置、台站架设位置和架设高度等因素,对未来架设具有测量海平面能力的近岸GNSS站点提供具体的指导意见。

南海诸岛自然科学调查研究概述——纪念中国政府收复南海诸岛70周年(2)

近百年来,中国应形势需求和国力状况开展了对南海诸岛的自然科学调查研究,研究分阶段和分片区进行:20世纪20―30年代首开南海诸岛的现代自然科学调查研究;1946年南海诸岛收复后的科学调查研究;20世纪70年代重开西沙、中沙、东沙群岛科学调查研究;20世纪80年代开展大规模的南沙群岛科学考察。调查研究规模逐次变大,涉及学科增加,参加调查研究的单位与人员增多,获得实际资料更加丰富,成果累累,成效显著,推动了中国海洋科学研究事业的发展和提高,同时对国家的南海诸岛维权、建设和生产作出了贡献。

南海西南部马来盆地新生代构造沉降特征及其成因分析

南海西南部是南海构造复杂程度最高的区域之一,为深入认识马来盆地及南海西南部构造演化过程,本文基于最近公开发表的地震剖面和钻井资料,对马来盆地内69个模拟井进行系统的构造沉降史重建,发现马来盆地构造沉降史可以分为张裂期快速沉降、裂后早期异常快速沉降、裂后中期慢速沉降以及裂后晚期缓慢沉降等4个阶段。分析表明马来盆地属于叠加了翼部小幅断裂走滑作用的张裂型沉积盆地,马来盆地裂后早期的快速构造沉降很可能是因加载作用导致的岩石圈非弹性屈服的结果。

南海北部被动陆缘洋陆转换带张裂–破裂研究新进展

文章基于深地震探测数据与大洋钻探资料,研究了南海北部被动陆缘洋陆转换带张裂–破裂机制科学问题。2018-2023年在国家基金委共享航次的协助下,实施了三维深地震探测实验,共投放海底地震仪52台次,海底电磁仪2台次,放炮数量达8750炮,累积获得了294Gb的第一手数据,并取得了一系列的创新性成果:1)首次获得南海北部陆缘洋陆转换带深达上地幔的三维速度结构,精准确定了研究区洋陆转换带三维空间展布范围宽度为10~20km;2)揭示南海北部陆缘异常活跃的岩浆作用,提出了不同时间段的构造与岩浆相互作用方式,岩浆活动随着伸展作用不断向洋迁移并逐渐占据主导地位;3)建立了边缘海独特的张裂–破裂地质演化模型,最后一期强烈的岩浆活动导致岩石圈破裂,形成由玄武岩为主的“鳄鱼嘴”构造,同时张裂–破裂过程沿其陆缘走向又存在显著的构造–岩浆差异性。

南海洋脊跃迁的深地震探测数据分析

洋脊跃迁事件是海底扩张阶段受强烈构造和岩浆作用的普遍现象,地球物理资料表明洋脊跃迁事件存在于南海多期次海底扩张过程中,然而关于洋脊跃迁的深部速度结构特征尚不清楚.2021年国家自然科学基金共享航次实施了深地震探测测线OBS2021-1,该测线横穿南海东部次海盆洋脊跃迁(J3)区域.本文介绍了该测线数据的采集情况,完成了导航文件(Ukooa文件)的制作、原始数据的格式转换、炮点位置和海底地震仪(OBS)位置校正的前期数据处理工作.结果表明,OBS2021-1测线数据质量良好,经过炮点和OBS位置校正后,OBS综合地震记录剖面可识别出多组清晰的P波震相,包括Pw、Pg、PmP以及Pn震相.根据同船采集的多道地震处理解释和国际大洋发现计划(IODP)钻探数据,建立了沿测线的初始速度模型.使用RayInvr软件初步获得了OBS2021-1测线下方的正演速度结构模型,识别洋脊跃迁的深部速度结构特征.数据处理结果表明南海洋脊跃迁的地壳厚度增厚,在多道地震剖面上存在渐新世地层的缺失,为进一步研究南海洋脊跃迁过程与构建南海形成演化历史奠定了研究基础.

南沙珊瑚礁潟湖坡微地貌对沉积物粒度特征的影响

潟湖坡是礁坪沉积物向潟湖盆搬运的关键地貌带,对了解礁后沉积过程和环礁发育演化至关重要。然而,潟湖坡微地貌特征及其对沉积物粒度的影响还未明确。文章对南沙群岛主权礁与三角礁潟湖坡开展研究,采集表层沉积物并结合水深数据和水下微地貌开展粒度分析,结果表明:1)主权礁与三角礁潟湖表层沉积物以砂级颗粒为主,粉砂与细砾质量分数较少,其中主权礁沉积物中砂级颗粒质量分数为94.55%,细砾为4.18%,粉砂为0.61%;三角礁S1-S1′方位含砂93.96%,细砾4.04%,粉砂1.65%;S2-S2′方位含砂91.73%,细砾为6.84%,粉砂为1.17%。潟湖砂体的中值粒径与水深呈显著负相关,粒度分布曲线在深水区呈单峰式,在浅水区呈双峰式,整体偏态为负偏态。2)物源和水动力特征是影响南沙珊瑚礁潟湖坡砂体粒度分布的主要因素,主权礁潟湖坡点礁密布,周围颗粒粒径显著增大,削弱了水深与粒度的负相关性,表明潟湖点礁亦是重要物源;三角礁潟湖坡发育海草床,减弱了颗粒的动力再分选作用,形成粗粒和细粒混积的双峰形态。3)潟湖坡微地貌对颗粒粒度分布起关键作用。主权礁双峰式分布曲线的形成主要受潟湖点礁的影响,而海草根系的固沙作用减弱了颗粒的动力分选作用,形成三角礁双峰式分布曲线。

南海扩张期岩浆流体对洋壳厚度的影响: 数值模拟

扩张期洋中脊热液循环系统的热排出与岩浆系统的热注入共同控制着洋壳厚度的生成,而岩浆流体是热液循环系统的流体成分之一,往往与下渗海水混合参与各圈层能量和物质传递,但其能量传递对洋壳厚度的影响机制目前还不清楚.利用有限元的数值模拟手段,对扩张期热液循环系统中岩浆流体与洋壳厚度的关系进行研究.结果表明:(1)相较于只有海水参与的对流循环,含有岩浆流体的热液循环造成的洋壳厚度的减薄量更大、热液喷口温度更高.(2)岩浆流体对洋壳厚度的二次减薄作用随其含量的增大而减弱,热液喷口温度随其含量的增大而升高.(3)南海岩浆水、地幔水含量和洋壳厚度的分布具有非均质性,东部次海盆的地幔水、岩浆水含量高于西南次海盆,前者的平均洋壳厚度也大于后者,并且在海盆残余扩张脊附近存在异常薄洋壳.结合模型结果分析认为,残余扩张脊附近的薄洋壳可能受到扩张期热液循环或后期岩浆流体的影响,而东部、西南次海盆的洋壳厚度差异可能是由于前者的岩浆流体含量高于后者而造成的.

南海海滩岩微生物群落结构和特定菌株对其成因机制的启示

热带—亚热带潮间带沉积物中丰富的菌—藻类微生物及其复杂的生命活动对颗粒的早期胶结过程起重要作用。本文通过16S r RNA高通量基因测序方法分析西沙群岛石屿、全富岛及海南龙湾珊瑚礁滨岸带海滩岩表生微生物群落结构,确定主导海滩岩快速胶结的共性菌株/微生物功能群。表层生长草皮海藻的全富岛海滩岩原核生物多样性最高。龙湾潮间带上部暴露时间较长的海滩岩比潮间带下部海滩岩原核生物多样性高。相对固结的石屿海滩岩原核生物多样性最低。4个取样点具有较为相似的细菌门类组成,物种丰度由大到小依次为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteriota)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、芽单胞菌门(Gemmatimonadota)和脱硫杆菌门(Desulfobacterota)。不同点位的海滩岩形成环境中蓝细菌主要种类大体相同,其中眉藻(Calothrixsp.)是主导海滩岩早期胶结的共性钙化菌株,通过分泌胞外聚合物成为碳酸盐矿物沉淀的“热点”。群落中检出的反硝化细菌和硫酸盐还原菌表明海滩岩内部氧化还原梯度较大,表面下极浅处即存在缺氧微环境。微生物群落内强烈的光合作用、硫酸盐还原作用和反硝化作用不断提高微环境pH值,有利碳酸盐矿物在粒间孔内的成核和生长并加速颗粒胶结。

南沙地块礼乐西海槽的地壳结构特征

OBS2019-2测线位于南沙地块礼乐西海槽附近,向北依次穿过礼乐滩、礼乐西海槽和南海海盆,测线全长300 km.该区域处于西南次海盆与东部次海盆过渡的关键区域.通过对OBS2019-2测线的数据进行分析处理和计算模拟,得到最终的速度结构模型,模型显示洋壳区地壳厚度4~7 km,陆壳区地壳厚度9~19 km,洋陆转换带(Continent-Ocean Transition,COT)在模型120~170 km范围内,约50 km宽,地壳厚度6~9 km.同时模型揭示了一个低速带可能为中南—礼乐断裂,属于岩石圈级大断裂,推测其向南经过了礼乐西海槽.相较于东沙地块,OBS2019-2测线速度模型与穿过中沙地块的海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)测线速度模型具有相似的速度结构特征,因此推测礼乐地块与中沙地块相邻,共轭的可能性更大,两者在南海扩张前同属于华南大陆.

国际大洋发现计划IODP367/368/368X航次推动南海国际化海洋科考成果

在科技部的支持下,中国在1998年加入国际大洋钻探计划(InternationalOceanDrillingProgram,IODP),迄今为止已组织了4+1个航次的大洋钻探。通过IODP-CPP(complimentary proposal project)项目,我国科学家主导完成了349、367/368/368X多个钻探航次,实现了对南海张裂—破裂—扩张发育历史的钻探和取样,对南海生命史的研究起到了重要的约束作用。本文系统总结了367/368/368X航次在南海北部洋陆过渡带钻探取得的最新成果,证实南海北部陆缘不同于伊比利亚型陆缘,具有陆洋转换迅速的特点,洋陆过渡带地壳内有一定程度的同张裂岩浆侵入和底侵。钻探航次在科学上取得了巨大的成功,钻探结果提升了对陆洋转换过程和机制的认识。航次期间,广泛而深入的国际交流与合作极大提升了中国科学家对钻探平台管理、国际大团队合作管理以及人才培养和科普互动等各方面的认识,加快了中国海洋科考国际化的步伐。

南海东部边缘火山活动所反映的板片窗构造

从全球板块构造环境来看,与洋脊俯冲有关的板片窗占据绝大部分比例,俯冲洋脊板片正处于新生过程,热量大,具有正浮力(<10 Ma),在俯冲过程中容易撕裂形成板片窗。南海古扩张脊沿马尼拉海沟向菲律宾海板块俯冲,南海东部边缘火山活动在吕宋岛上表现为东西双火山链,上新世期间,西火山链停止活动,而东火山链内的岩浆活动几乎完全是在第四纪。东西双火山链在20°N向南开始分支,东火山链在17.8°N停止,西火山链往南一直延伸到民都洛岛,东西火山链之间的火山空隙即反映了南海古扩张脊沿马尼拉海沟向菲律宾海板块俯冲形成的板片窗构造。同时,根据吕宋岛晚中新世以来埃达克岩的空间分布空隙和时间空隙特征,反映在吕宋岛17°~17.5°N存在板片窗构造。

南海诸岛的自然环境、资源与开发——纪念中国政府收复南海诸岛70周年(3)

结合近百年几代科学工作者在南海诸岛开展的自然科学调查研究,从区域地质地貌、气候、海洋水文、海洋生物、陆地生物、土壤、自然综合体和自然区划等方面对南海诸岛的自然环境进行了综合阐述;继而从国土资源、渔业资源、旅游资源、油气资源和天然气水合物资源、灰沙岛陆地生物资源和水资源、港口航道资源及海洋―大气能资源等方面对南海诸岛拥有的自然资源进行了详细解释。在此基础上,结合其自身禀赋、战略地位的重要性,提出了科学开发南海诸岛的策略。南海诸岛的开发,除了大力发展旅游业、捕捞业和环礁潟湖养殖业外,应重点推进海洋油气和天然气水合物资源勘探与开发。

珠江口盆地中中新世陆架边缘三角洲的类型及控制因素

陆架边缘三角洲研究对于区域水动力条件分析及深水油气勘探具有重要意义。运用二维、三维地震数据及测井曲线等,通过地震剖面内部层序划分、平面属性与切片提取分析、测井相解释等手段,在中中新世晚期南海北部珠江口盆地珠二坳陷识别出可容空间驱动的河控、浪控及河流-波浪交互作用3种类型的陆架边缘三角洲。陆架边缘三角洲的发育规模受相对海平面变化的影响,形成位置与高位体系域背景下水道的发育位置相关。珠江口盆地中中新世陆架边缘三角洲物性较好,储盖组合良好,具有一定的油气勘探潜力。

中国南海诸岛主权维护与回归——纪念中国政府收复南海诸岛70周年(1)

中国最早发现、命名、管理和开发利用南海诸岛。民国时期南海诸岛分群并被命名为东沙群岛、西沙群岛、中沙群岛和南沙群岛。1934年统称南海诸岛。在第二次世界大战前南海诸岛先后被日军窃据和法军侵占,第二次世界大战时被日军侵占,中国政府和人民不断抗争。乘世界反法西斯战争胜利之际,1946年12月,中国政府依国际约法派出文武官员收复西沙群岛和南沙群岛;1947年3月收复东沙群岛,整个南海诸岛主权回归,迄今已70年。自20世纪70年代以来,南海周边的南越及越南、菲律宾、马来西亚等国家恣意派兵霸占中国南海诸岛部分岛礁,分割中国海疆,在其霸占的多个岛礁上建筑机场及港口,扩军备,掠夺中国海洋渔业资源与油气资源。还屡次制造磨擦,甚至挑起局部战争。尤其是本世纪以来域外大国美国和日本相继介入,支持南海周边某些国家挑衅中国主权,形势更趋复杂和严重。但中国坚定保卫南海诸岛主权,收复部分岛礁。1974年1月,中国海军在西沙群岛永乐环礁自卫反击战胜利,收复了永乐环礁。1988年3月,中国海军在南沙群岛赤瓜礁自卫反击战完胜,乘胜收复与进驻了赤瓜礁、华阳礁、永暑礁、南薰礁、东门礁、渚碧礁和美济礁等7个礁。2012年,国务院批准组建地级三沙市,从此对南海诸岛(除东沙群岛)的管治、建设和开发,揭开了新的一页。最近建成了永暑礁、渚碧礁和美济礁3大人工岛军民共用海空基地,鼎足而立,同永兴岛和海南岛的基地呼应,威镇南海。同时加强外交活动,粉碎了菲律宾提出的、由非法的海牙南海仲裁案临时仲裁庭炮制的荒谬"裁决",捍卫了中国在南海诸岛的主权;优化了南海国际环境,一改南海诸岛中国维权的劣势。

海南岛峨蔓五彩湾内海蚀平台对海蚀崖侵蚀的影响研究

全球海洋变化所引起的极端波浪海洋灾害趋强,势必会加剧海南岛的海蚀崖侵蚀地质灾害危险。海蚀平台能够有效衰减波浪能量,从而降低极端波浪对海蚀崖的侵蚀破坏。海南岛西北部的火山岩基岩海岸地区,存在大量海蚀平台地貌,是研究海蚀平台对海蚀崖侵蚀影响的理想地区。文章以海南岛儋州市峨蔓镇的五彩湾基岩海岸为研究对象,利用海洋遥感影像刻画了五彩湾海蚀崖近十年的平均侵蚀速率达0.26m·a^(−1),通过物理海洋分析方法预测了研究区未来100年回归周期可能遭受的最大波高达7.8m,进一步基于海岸地貌研究方法调查了五彩湾倾斜型海蚀平台的地貌特征,及其后部海蚀崖岩石的抗侵蚀强度,从而通过数值计算证明了海蚀平台可以使得未来极端波浪对五彩湾海蚀崖的侵蚀强度平均减缓80%以上。此外,文章进一步探讨了五彩湾海蚀崖底部沉积沙滩、崖底植被和海蚀崖滑塌堆积物的天然护岸作用。

海洋沉积证据在低纬过程气候变化中的应用及展望

在国内外研究的基础上,对印太暖池区的沃克环流和厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、热带辐合带(ITCZ)等低纬过程的空间分布和随时间的变化规律及其研究方法进行初步归纳,并指出研究中存在的问题。本文论述了厄尔尼诺-南方涛动变率在全新世早期及中世纪气候异常期(1 000~700 a BP)的晚期逐渐增强,介绍了热带辐合带在BA暖期(B?llingAller?d Warm Period)和前北方期(pre-Boreal,10.3~9.5 ka BP)的北移,以及在新仙女木事件(Younger Dryas Event,12.5~11.5 ka BP)和北大西洋冷期(距今7.5~5 ka BP)期间的南移。对低纬过程长时间尺度轨道周期的探讨表明,末次冰盛期赤道东太平洋出现了较偏南的热带辐合带锋面系统,甚至在1.65 Ma冰期,热带辐合带也有快速南移的证据。海洋沉积的粒度、黏土矿物、陆源粉尘、元素和同位素、有孔虫分析等研究方法在推测厄尔尼诺-南方涛动和热带辐合带位移中有很好的应用,建议以陆源生态系统对气候的响应为切入点、以孢粉为手段来探讨陆源植被、气候、火灾和海-陆大气环流等低纬过程的变化特征,进而反演沃克环流(或厄尔尼诺-南方涛动)演化和热带辐合带位移的影响。

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。

三维OBS探测实验中炮点和OBS位置校正新方法

炮点和海底地震仪(ocean bottom seismometer,OBS)位置校正是三维地震数据处理的基本环节,也是获取高精度三维速度结构的关键所在.本文基于南海洋陆转换带(Continental-Oceanic-Transition zone,COT)IODP367/368钻探区开展的三维OBS深地震探测数据,开展了炮点及OBS位置校正研究,新的校正方法主要体现在三个方面:(1)利用连续三个炮点的平均航向对中间炮点进行位置校正,更真实地反映气枪枪阵与船体之间的软连接状态;(2)根据"滑动窗口"思想将海水声学速度阈值划分成N等份,通过循环测试获得全局最优的OBS位置校正结果,改进了前人方法只能获得局部最优解的问题;(3)针对单条测线穿过的OBS,通过加入其临近测线的直达水波走时,构成视双测线OBS位置校正法,提高了校正精度.49台OBS位置校正结果表明,除3台单测线法校正的OBS在垂直测线方向存在较大不确定性外,其余误差范围均为35m左右.本文改进的OBS位置校正方法,不仅提高了单条测线穿过的OBS位置校正精度,保证后续三维地震结构研究的可靠性,而且为今后类似的OBS位置校正提供了经验和借鉴.