冲绳海槽中部热水活动的新记录

1992年6月我们开展了东海冲绳海槽热水活动的调查,这是我国首次独自组织进行的热水活动调查,本文即这次调查研究的基本成果.调查的热水活动区位于海槽中部(126°50′～127°30′E,27°20′～27°50′N),为了对比还在海槽北部非热水区(128°20′～129°10′E,30°30′～31°40′N)采集了沉积物样品,进行了元素和同位素分析,热水区分析20个表层样和2个柱样,非热水区分析8个表层样和2个柱样,分析方法详见文献[2」.研究结果表明:(1)与非热水工相比(表1),热水区沉积物明显富集Mn,Cu,Pb,Co,Ni,V,As,Cd,Mo,W,Sb,Bi和Hg等(富集以大于1.5倍计);如与东海大陆架相比热水区富集的元素更加明显,除富集上述无素外,还富集Zn,Au和Ag等.由图1显而易见,以陆源为主的元素Ti,Rb,Zr,Th,Ce,Y 和亲生物的元素Ca,Sr等在热水区和非热水区变化不大,而Mn和亲硫性强的元素Hg,As,Sb,Bi,Cu,Pb,Co,Ni,Cd等含量显著增高,后者显然是由热水活动所贡献.     

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     

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.     

冲绳海槽北部两个可能的现代海底热液喷溢点

作为目前处于扩张作用早期的弧后盆地,冲强海槽内的现代海底热液活动及其成矿作用具有许多特性。迄今所发现的3个主要热液活动区均位于海槽的中部。在海底火山发育,地壳厚度较大的冲绳海槽北部的两个采样点拖网采到了仅存于活动热液喷口附近的“热液伴溢蛤”壳体,推断在冲强海槽北部存在有现代海底热液活动的可能性。给出了热液伴溢蛤壳体的特征和产了位置,分析了热液伴溢蛤的生态习性,指出应重视研究热液生物化石对热液活动的示踪性,即通过提取热液生物化石中保存的热液活动记录来探讨热液活动在时间、强弱、化学万分等方面的规律性。     

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.     

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。     

中全新世以来南冲绳海槽古生产力变化的颗石藻化石证据

利用取自南冲绳海槽的MD05-2908岩芯中颗石藻化石碳同位素和颗石藻化石下透光带属种Florisphaera profunda相对百分含量(%Fp)变化,结合17个AMS14C测年数据,重建了该海区6.8kaBP以来高分辨率的表层海水初级生产力变化,并对初级生产力受控机制进行探讨.颗石藻化石碳同位素和%Fp转换函数结果指示该海区6.8kaBP以来初级生产力呈波动降低趋势,主要受东亚夏季风降雨有关的陆源输入减弱影响.约4～2kaBP的PME事件对应的初级生产力相对高值主要是受黑潮流减弱影响;而6.8～4.8kaBP期间的初级生产力高值主要受东亚夏季风强降雨输入更多陆源物质控制,其值也相对高于4～2kaBP.     

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.     

冲绳海槽北部PC-1岩芯24 ka BP以来孢粉记录的古环境信息

对冲绳海槽北部PC-1岩芯共分析了103个孢粉样品, 底部校正年龄为24280 cal a BP, 样品的时间分辨率为230 a. 根据孢粉百分比的变化, 可划分出4个孢粉带: Ⅰ带(812～715 cm, 24.2~21.1 cal ka BP)、Ⅱ带(715~451 cm, 21.1~15.2 cal ka BP)、Ⅲ带(451~251 cm, 15.2~10.8 cal ka BP)、Ⅳ带(251~0 cm, 10.8～0.3 cal ka BP), 分别对应MIS 3末期、末次冰盛期、冰消期和全新世. 末次冰盛期草本植物花粉占优势, 孢粉沉积率较高, 此时草本花粉主要来源于出露的大陆架, 其上发育了以蒿属为主的草地植被, 气候比较寒冷干燥; 冰消期海平面开始回升, 松属含量升高, 草本植物花粉含量下降; 全新世以木本植物花粉占绝对优势, 栗属-栲属花粉迅速增加, 蕨类孢子含量升高, 草本植物花粉含量锐减, 孢粉沉积率降低, 由于海平面回升, 大陆架被淹没, 此时孢粉主要来源于日本岛, 九州地区生长了以栲属、栎属为主的常绿阔叶与落叶阔叶林, 气候温暖湿润. 起源于菲律宾吕宋北部至塔斯马尼亚和新西兰气候潮湿的山地林中的叶枝杉属花粉在整个岩芯中零星出现, 暗示了黑潮的影响或者是较强的夏季风. 草本植物与松属花粉百分比变化很好地反映了海平面的升降, 松属花粉含量较高指示海平面较高. 频谱分析显示存在千年尺度的准周期变化, 有明显的6.8, 3.8, 2.2, 1.6 ka的周期.     

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.     

冲绳海槽中部过去15 ka来浮游植物生产力和种群结构变化的生物标志物重建

生物标志物已经被广泛应用于重建海洋浮游植物生产力和种群结构变化. 本文将这种方法应用于冲绳海槽中部来重建冰消期至全新世浮游植物生产力和种群结构变化. 生物标志物总含量的变化表明冰消期海洋生产力高于全新世; 而生物标志物的相对比例变化显示浮游植物种群结构发生了改变, 冰消期期间颗石藻的相对比例下降, 而甲藻和硅藻升高. 冰消期初级生产力的增加与冬季季风加强有关. 另外, 相对低的海平面也会造成陆源营养盐输送增加. 陆源生物标志物(长链偶数正构醇)含量的增加也证明了陆源物质输送的增加. 同时, 冰消期期间营养盐输送的变化也改变了浮游植物的种群结构.     

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.     

中国部分煤田发现的次生生物成因煤层气

在新集、李雅庄和恩洪地区发现次生生物成因煤层气,是中国煤层气的一种新的成因与资源类型．其基本特征为：组分以甲烷为主,C_1/C_(1-5)＞0.99,属于干气;δ~(13)C_1值为-61.7‰～-47.9‰,绝大部分＜-55‰,比该区煤岩所处热演化阶段(R_o值为0.87%～1.43%)所产热成因甲烷的δ~(13)C估算值低得多,显示甲烷具次生生物成因特征;δD_((CH)_4)值为-244‰～-196‰;δ~(13)C_2值为-26.7‰～-15.9‰,δ~(13)C_3值为-10.8‰～-25.3‰,重烃属热成因;CO_2含量极低,δ~(13)C值变化很大,反映出次生变化的特征;δ~(15)N_2值主要在-1‰～+1‰之间,指示N_2主要源于大气,而N_2与CH_4含量之间具良好的负相关线性关系,反映出含菌地表水渗入煤层的活动．综合示踪指标研究表明,研究区煤层气为以次生生物气为主,含有部分残留热成因气的混合气．煤层抬升和断裂发育为次生生物气的形成提供了良好条件．