冲绳海槽南部海洋环境改变的地质记录

冲绳海槽E017孔岩芯的粒度、沉积速率、地球化学、矿物、有孔虫黑潮标志种、底栖有孔虫群落、浮游有孔虫古水温和碳酸盐溶解等指标的变化, 一致表明了冲绳海槽南部在10.1~9.2 kaBP(cal)前后区域海洋环境经历了一次大的改变, 可能对应了黑潮的加强, 并再次经台湾东北部海域进入冲绳海槽. 研究表明黑潮的重新入侵经历了一个由弱渐强的过程, 并在最近约5 kaBP(cal)以来黑潮的强弱变化变得更加波动. 浮游和底栖有孔虫的群落变化相对于沉积物粒度、地球化学和矿物指标的变化有大约0.9 ka的滞后, 可能表明了黑潮的入侵及其引起的表层和深层水环境的变化是一个渐变的过程, 生物群落变化相对环境变化有较明显的滞后. 由于黑潮的重新入侵引起了底层水化学环境的变化, 冲绳海槽的碳酸盐溶解作用在近9.2 kaBP(cal)来显著加强, 并在最近3 kaBP(cal)以来碳酸盐溶解强度变至最大.     

冲绳海槽全新世表层水温、盐度和大气恢复及其古气候意义

以冲绳海槽DGKS9603孔沉积物为研究对象,利用长链不饱和酮分子的不饱和指数U ^K_η 和沉积颗粒有机碳的δ ¹³C及浮游有孔虫(G.Sacculifer)的δ ¹³C重建冲绳海槽全新世表层海水温度和大气的演化历史; 结合浮游有孔虫δ ¹⁸O,恢复了全新世海水表层盐度相对变化(?S).识别出了3次降温事件(E₁~E₃),其发生的时间分别为1.7~1.6,5.1~ 4.8和8.1~ 7.4 kaBP(cal).其中E2和E3事件具有全球可比性,其发生机制是在中全新世北半球日照强度增大、副热带高压增强, 驱动西北太平洋环流加强,导致黑潮主流轴东移;E₁事件相当于1550~1850年间小冰期事件,在海槽区E₁事件可能与强盛冬季风导致的黑潮主流轴东移有关.     

边缘海陆源物质中环境敏感粒度组分的初步分析

对冲绳海槽(A7孔)和琉球海沟(A37孔)的两个重力柱状样品进行了陆源物质提取, 并做了粒度分析和粒度参数的垂向分布序列分析, 检出了对沉积环境变化较敏感的粒度组分. 发现A7和A37孔的敏感粒度组分的峰值和粒度分布范围有较大差别, 这指示了冲绳海槽和琉球海沟的沉积物来源和沉积环境的空间差异. 敏感粒度组分含量随深度变化的初步分析表明, 冲绳海槽A7孔的沉积环境较为稳定, 仅包含2层明显的浊流沉积和1层火山灰层; 而位于琉球海沟A37孔的沉积环境变率较大, 包含6个明显的沉积波动旋回.     

冲绳海槽西南端中全新世以来的沉积速率与物源分析

冲绳海槽西南端作为黑潮路径下一个高速沉降中心一直受到地球科学界的关注. 在实验室对2005年5月中法合作航次在冲绳海槽南部取得的原状无搅动的深海沉积柱状样MD05-2908岩芯进行了沉积通量与沉积特征分析, 并对物质来源进行了探讨. 样品在分割后分别进行了AMS14C分析、粗颗粒组分(>63 ?m)的提取及含水量的测定. 结果显示, 该34 m长柱状岩芯底部年龄仅为6.8 ka BP, 其平均线性沉积速率达到了5 m/ka, 揭示出冲绳海槽西南端自中全新世以来具有非常高的沉积速率; 结合含水量数据, 其沉积通量也与研究区现代沉积通量相符合. 根据17个AMS¹⁴C数据识别出了5期快速沉积事件(6790~6600, 5690~5600, 4820~4720, 1090~880以及260~190 a BP), 其持续时间为70~200 a不等, 快速沉积期间其最大沉积速率可以达到21.2 m/ka. 通过与相邻的ODP1202站对比后发现, 研究区沉积物皆以细颗粒的黏土与粉砂质为主, 粗颗粒组分所占比重总体不到5%. 台湾岛东北部丰富的降雨量使得宜兰境内的兰阳溪可以携带大量陆源物质进入宜兰陆架并进一步向冲绳海槽输运, 成为研究区重要的物质来源. 这5期快速堆积事件主要是与气候变化引起的区域性降水增加有关, 另外岩芯也记录到由地震、风暴等因素引起的小时间尺度的沉积增强事件. 由地震、风暴等引起的侧向与底层传输使得研究区的沉积环境更为复杂, 但同时也为冲绳海槽提供了丰富的物质供应.     

冲绳海槽中部沉积岩芯的古海洋学研究

根据冲绳海槽中部的两个沉积岩芯(155和180)浮游有孔虫的氧同位素变化特征, 结合沉积序列、千年尺度气候波动事件对比、碳酸盐旋回及AMS ¹⁴C测年等资料对岩芯进行地层划分和对比, 对两岩芯沉积物中记录的古环境信息进行释读, 探讨研究区末次间冰期以来古气候的变化规律和冰消期内部的短时间尺度的气候突变事件. 结果表明末次冰期最盛时(氧同位素2期)冲绳海槽中部可能有古长江和古黄河的淡水影响, 冰期-间冰期氧同位素值及变化幅度证明了边缘海对气候变化的“放大”效应. 底栖有孔虫Uvigerina的δ ¹³C值在冰期时明显变轻, 表明冰期时黑潮主轴东移, 影响范围萎缩. 对180岩芯中存在的“新仙女木”(YD)期气候突变事件进行了对比分析, 表明冲绳海槽地区的气候变化虽然受全球气候变化的控制, 但一些地域性的因素(如东亚季风)对研究区也有一定影响. 还对“YD”事件的成因机制进行了探讨, 在一定程度上支持了Fairbanks将YD期解释为两大融冰事件引起两次海平面快速上升之间一个短暂的海平面回升-滞缓期的观点. 底层水团与西北太平洋深层水团的交换程度减弱, 含氧量降低, 对CaCO₃物质的溶解作用增强, 并使得冲绳海槽地区的CaCO₃旋回与“大西洋型”CaCO₃旋回一致.     

南海北部HY4-901孔氧同位素与古气候研究

近20多年来,随着古海洋学研究的深入和氧同位素分馏机理方面的探讨,人们对海洋沉积岩芯中浮游有孔虫样品δ~(18)O变化的控制因素,有比较清楚的认识,其变化主要取决于当时海水的δ~(18)O和表层水温的变化.HY4-901柱状样位于南海北部陆坡18°49′N113°28′E,水深1120m..l 沉积特征该柱状剖面沉积连续,粒度均匀,颜色也较均一.以粉砂质粘土为主,少量粘土质粉砂,未见非正常沉积,富含浮游有孔虫、钙质超微化,硅藻、放射虫也较丰富,为典型的上陆坡沉积.2 分析方法及稳定同位素特征本柱状样长250cm,其中0～100cm段,按1cm连续取样;10～250cm段,按2cm取样,共取175个样品作碳、氧稳定同位素分析.样品先用0.063mm孔径的筛进行冲洗之后进行有孔虫鉴定,并挑选其中个体大小接近的袋拟抱球虫作稳定同位素测定.样品在甲醇中用超声波清洗后,放在小玻璃舟内压碎,放入350℃炉内烘烤去除有机质,在0,5Pa的真空条件下与无水磷酸反应生成二氧化碳,去水后,通入质谱进行测定.     

冲绳海槽末次冰消期浮游有孔虫δ 13C的宽幅低值事件

赤道太平洋上升流区是影响全球冰期-间冰期CO2循环的重要区域.为验证末次冰消期热带低纬度太平洋表层水的δ13C宽幅低值事件的影响范围,对取自冲绳海槽中部的DGKS9603孔浮游有孔虫N.dutertrei和 G。ruberδ13C记录进行了分析.该孔浮游有孔虫δ13C记录表明在20～6 kaBP（cal）期间出现明显的变轻事件,年代跨度较大,约为14 ka,最大变幅为0.4 × 10-3,最轻值出现在15.7kaBP（cal）左右,与识别于热带太平洋及其边缘海的表层水δ13C低值事件具有非常好的可比性.由于浮游有孔虫特征属种分布特征和δ18O记录没有上升流作用及河流注入加强的证据,因此该孔所记录的浮游有孔虫δ13C的宽幅低值事件很可能是受到热带太平洋末次冰消期表层水的影响所致.该事件在冲绳海槽的识别为热带太平洋低纬度海区的水体演化在影响大区域乃至全球碳循环变化过程中所发挥的重要作用提供了新的证据.     

东海各种沉积物的化学特征

东海以拥有世界上宽阔的大陆架——东海大陆架和典型的弧后盆地——冲绳海槽而著称于世。由于物质来源、水动力、水深、地形、距岸远近、生物作用、火山作用等的不同,海底分布着各种不同的沉积物,这些沉积物以碎屑沉积为主体,按粒度明显可分两大类,即细的泥和粗的砂。而东海沉积物分布的基本模式是,大体     

冲绳海槽沉积物不同粒级的磁性特征及其与环境的关系

对冲绳海槽4个沉积环境的代表性样品进行粒度分离, 并测量了多个磁性参数. 对所得结果就不同粒级的颗粒对磁化率的贡献, 磁性矿物成分和粒度大小及其与环境的关系进行探讨, 指出不同沉积环境磁性矿物均以磁铁矿为主, 磁性矿物粒度以假单畴为主, 在物源上表现出有一定的联系; 不同沉积环境对磁性矿物富集的沉积物粒级不同, 从陆架外缘、西陆坡到东、西槽底平原对磁化率贡献的粒级由粗到细再到粗细粒级均有贡献的变化规律, 既符合陆源物质由东海陆架向冲绳海槽输入的趋势, 又因受其他环境因素的影响, 体现出不同的磁性特征.     

南冲绳海槽1000 年以来的硅藻记录及古环境

通过对冲绳海槽南部MD05-2908 孔沉积样品的硅藻分析, 探讨了该区1000 年以来的气 候变化及环境响应. 研究区位于东亚季风区, 又处在黑潮流经区域, 其气候与古环境变化受二 者的共同影响. 对具有环境指示意义的黑潮指示种和淡水种硅藻的分析结果显示, 二者的变化 趋势与历史上的“中世纪暖期”及“小冰期”有很好的对应关系: 950～1500 AD 期间黑潮指示种波 动增加, 而淡水硅藻的含量波动下降, 说明研究区受黑潮的影响较强, 而降雨量较小, 反映了 研究区中世纪暖期暖干的气候特点; 1500～1900 AD 期间黑潮指示种的含量持续降低并保持低 值, 说明当时黑潮对研究区的影响减弱, 海水温度较低, 与小冰期气候特点相似; 同时淡水种 在该时期含量显著增加并达到峰值, 表明台湾东北部在小冰期期间降水偏多. 硅藻研究结果反 映的1000 年来暖干-冷湿的气候特点, 可能与西太平洋副热带高压位置的变化对东亚夏季风降 水的影响有关: 温度升高, 西太平洋副热带高压位置偏北, 该地区降水减少; 反之, 温度降低, 西太平洋副热带高压位置偏南, 该地区降水增加.     

南海晚第四纪上升流区海水上层水体结构的变化

对南海东、西两侧两个柱状样（17928，17954）浮游有孔虫的定量分析，采用浮游有孔虫转换函数，计算得到两区近200ka来表层海水温度和温跃层的变化历史。吕宋岛西北部（17928柱状样），冰期表层海水低温、浅温跃层；南海西部（17954柱状样）却在间冰期时出现表层海水低温、浅温跃层的状况。两区温度、温跃层的这种变化为上升流所致，而上升流的强、弱变化又与东亚季风的演化相联系。根据现代东亚冬、夏季风分别在东、西两侧引起上升流的规律，可推断冰期时冬季风加强，间冰期时夏季风加强。     

冲绳海槽晚第四纪千年尺度的古海洋学研究

对位于冲绳海槽中段近槽底岩芯ＤＧＫＳ９６０３有孔虫分析,ＡＭＳ＾１４Ｃ年龄测试和ＦＰ－１２Ｅ转换函数计算,获得冬季和夏季海水表面古温度随深度的变化曲线,整个岩芯可见７个冷期和８个暖期,全新世中晚期的低温事低,ＹＤ,Ｈ１,Ｈ２,Ｈ３和Ｈ４事件,以及末次冰期中的小冷期均有明显反映,说明５０ｋａＢＰ以来的短周期变冷事件很可能具有全球性意义,冷期时的沉积速率普遍大于暖期,全新世为最低,可能与海面上升,黑潮     

西北太平洋上层水δ13C 对末次冰消期南大洋深层水对流的响应

晚更新世以来, 源自南大洋深层水对流的冰消期δ¹³C 低值事件广泛记录于低纬热带和南半球大洋沉积物中. 然而, 末次冰消期δ¹³C 宽幅低值事件也出现在远至北半球中纬度的西北太平洋边缘海区. 在西北太平洋的古海洋记录中, 受来自北半球高纬度地区影响的记录很多, 而来自南半球高纬度地区的却很少. 黑潮源区连接着西北太平洋与热带-南太平洋, 该区MD06-3054 孔高分辨率的浮游有孔虫记录有助于探明南半球对西北太平洋地区的影响. 对该孔上部1030 cm 岩芯中浮游有孔虫进行了AMS¹⁴C 年代和氧碳同位素的测试, 结果发现浮游有孔虫表层种Globigerinoides ruber 和次表层种Pulleniatinaobliquiloculata 两种的δ¹³C 记录在约20.0~6.0 ka BP 都出现明显的负偏移, 但26.5 ka BP以来表层种与次表层种δ¹³C记录变化的整体趋势相反. 而且, 表层种记录与大气CO₂记录之间有着紧密的联系, 其变化在时间上也明显超前于次表层种. 黑潮源区的水文状况分析显示, 该区末次冰消期δ¹³C 宽幅低值事件是对南极周围南极深层水对流的响应. 而表层和次表层种记录之间的差异可能是由于δ¹³C 低值信号传播路径的不同. 末次冰消期黑潮源区次表层水体接收到的δ¹³C 低值信号主要来自南极中层水的传播, 而表层水体则可能更多地受到大气CO₂ 的影响. 黑潮源区的记录不仅证实了冲绳海槽表层水末次冰消期δ¹³C 宽幅低值事件主要是受西太平洋表层水体直接影响的推论, 同时还说明来自南极高纬度地区的信号也可以传送到北半球中纬度地区.     

东海黑潮主段G-PN断面的多核结构

东海黑潮流速剖面速度分布是黑潮研究中的基本问题. 本文基于1955~2001年东海G-PN断面水文资料, 在合理数据预处理的基础上, 采用动力高度法计算了垂直于断面方向的流速分布. 通过对计算结果的归纳分析, 详细给出了东海黑潮主段典型的流况分布形式, 以及多核结构的尺度估计、特征分析和流核位置时空变化, 以进一步研究东海黑潮的变异. 主要结果表明, (1) 东海黑潮流轴段存在单核、双核、三核或更多核结构等基本流形态. (2) 东海黑潮流结构有较显著的时间变化. (3) 流结构和季节紧密相关, 流核数在秋季偏多, 且多核结构多出现在秋季.     

东海OBS深部地学探测断面及其地质意义

利用主动源海底地震仪(ocean bottom seismometer,简称OBS)进行东海地壳深部结构地震探测,对探讨东海大地构造演化意义重大.采用立体气枪阵列延迟激发震源新技术,完成了一条横跨东海陆架盆地-琉球岛弧的OBS深部地学地震探测测线(OBS-2015),获得了地壳内部主要地层界面和莫霍面的地震反射/折射震相.对OBS台站记录经预处理、震相识别与拾取后,通过射线追踪、走时拟合等正反演处理,得到了沿测线的二维地壳速度结构剖面.剖面的地质解释与综合研究认为,东海陆架中-新生代沉积盆地沉积层厚度大、分布广,中-新生界最大叠合厚度达13 km左右;东海陆架区地壳是大陆地壳向海区的延伸,莫霍面起伏小、埋藏深度在30 km左右.钓鱼岛隆褶带到琉球岛弧区域莫霍面起伏剧烈,呈由西向东快速抬升的趋势.冲绳海槽区地壳厚度只有东海陆架盆地的一半左右,并呈中轴线最薄(13 km左右)、向两侧快速加厚(19 km左右),莫霍面上方发育速度达7.1 km/s的下地壳高速地质体,东部坳陷地区莫霍面已出现明显抬升,与盆地存在明显镜像关系,推测为盆地拉张作用所致.冲绳海槽的纵向速度结构与陆壳差异大,与洋壳的速度结构较为接近.综合以上因素并结合区域地质背景分析认为,南冲绳海槽进入了海底扩张的初始阶段,地壳具有非典型洋壳的特征.本次探测结构为东海深部地壳结构研究及区域地质演化研究提供了重要的基础资料.     

琉球“沟-弧-盆系”构造地貌: 地质地球物理探测与制图

利用多波束全覆盖水深测量数据和地震、浅地层调查、地质地球物理调查资料及现有研究成果, 对琉球“沟-弧-盆系”构造地貌特征进行了系统的分析研究, 编绘了琉球“沟-弧-盆系”构造地貌图. 指出琉球“沟-弧-盆系”地貌的发育和分布格局主要受构造运动的控制. 琉球岛弧与东海陆架和陆坡构造地貌特征具有明显区别, 前者地质构造上由吐噶喇火山脊、琉球褶皱脊和弧前增生楔及夹于其间的奄美拗陷和弧前拗陷组成, 地貌上表现为岛坡海岭与岛坡断陷盆地相间分布的格局; 东海陆坡是一个新生的被动型陆缘, 地貌上表现为断阶型陡坡, 地形变化连续. 冲绳海槽构造上是一个弧后张裂带, 带内构造活动强烈, 火山活动和热液活动活跃, 已经并正在发生海底扩张. 海槽地貌的发育主要受雁行式排列的海槽扩张轴和东海陆坡断裂带、吐噶喇西缘断裂带的控制. 海槽中央为沿扩张轴发育的中央裂谷盆地和中央火山链, 西~西北侧为自东海陆坡坡麓向海槽中央倾斜的浊流堆积平原, 东~东南侧为自琉球岛弧西坡坡麓向海槽中央倾斜的火山碎屑堆积平原. 冲绳海槽在构造地貌上构成东海陆架和琉球岛弧的天然分隔.     

南沙海区南部近30ka来的古生产力记录

选取南沙海区南部重力柱状样 1 796 2 ( 7°1 1′N ,1 1 2°5′E ,柱长 8m ,水深 1 96 8m) ,在高分辨率地层学基础上 ,通过有机碳、碳酸盐、蛋白石、浮游及底栖有孔虫群等多种指标探讨古生产力的变化 ,并定量计算了该柱状样近 30ka来的表层古生产力 .结果发现南沙海区南部末次冰期的古生产力增大 ,约为全新世的 1 6倍 ,推测与冰期海平面下降 ,该柱状样所在位置的陆源营养元素增多有关 .     

冲绳海槽岩心植物硅酸体研究及其意义

植物硅酸体（以下简称硅酸体）在海洋沉积学中的应用始于Smithson对Leigwy湾海底沉积物的分析。后来他又对日本九州的Ariake湾浅海沉积物做了硅酸体分析。Dumitrica在1973年对地中海沉积岩心做了硅酸体分析,深海钻探第47航次（1979）、第54航次（1982）都做了钻孔岩心的硅酸体分析,据钻孔岩心硅酸体分析结果,推测了中新世～上新世的古风向和北非的古植被。我国从1989年开始对海岸带堆积和近浅海沉积做了一些硅酸体研究工作,冲绳海槽C1孔岩心硅酸体分析是我国第一次在半深海做硅酸体分析工作,该岩心位于冲绳海槽中段水深1600m处,位置为126°10’E,27°02′N,岩心长6.25m,岩性以泥质粉砂和粉砂质泥为主。     

冲绳海槽B-3GC钻孔柱状样花粉记录的古环境信息

根据冲绳海槽B－3GC钻孔柱状样芯花粉学记录，探讨邻近岛屿9500aBP以来环境变化。研究表明，多数时间以暖温带气候为主，只有在全新世中期，即6800－4400aBP曾受亚热带气候控制。在9500－8300和3100－2000aBP时段，气候相对变干、变冷。周边陆地植被以常绿阔叶林和落叶阔叶林交替出现为主，在高山地区有一定面积的针阔混交林分布。多 数情况下，3种类型同时存在，只是分布高度有所不同。在6000－5000aBP前后，亚热带、热带的植物花粉成分大幅度增加，反映植被带大幅度抬升，常绿阔叶林面积扩大，而在9500－8300和3000－2000aBP时段，植被带有所下降，常绿阔叶林面积缩小，其他时段较现在略有上升，但幅度有限。     

底质粒度信息的空间分异与代表性: 以杭州湾舟山岛-金山卫断面为例

对杭州湾舟山岛-金山卫断面沉积物柱状样进行了高密度采样, 并用激光粒度仪进行了粒度分析. 结果显示, 在不同站位沉积物平均粒径具有不同的垂向分布. 由于该断面所在区域海底活动性强, 短时间尺度的活动层厚度的量级远高于长时间尺度的净沉积速率的量级, 平均粒径的垂向分布特征更多地反映了同一沉积环境中形成的不同类型沉积记录, 很难代表沉积环境的长时间尺度演化. 粉沙为主和沉积物粒径的垂向平均值随着厚度的增加而呈现收敛趋势的底质粒度特征, 说明物源因素控制着研究区总体的沉积物分布规律, 而水动力因素造成了一定程度的沉积分异. 沉积物的垂向分异使表层底质粒径的断面分布不同于活动层内垂向平均底质粒径的断面分布. 对于强潮、粉沙环境的沉积物输运模拟而言, 如果涉及的时间尺度较大, 则采用活动层的平均值作为模型的粒度参数较为合适.