出于对全球气候变化的担忧和资源探测的需要,海洋天然气水合物富集区的甲烷排放已逐步引起了全社会重视.目前,关于水合物富集区的甲烷排放的调查研究仍处于初级阶段,一方面在于对海洋天然气水合物分解释放机理仍不甚清晰;另一方面,深海甲烷排放活动的监测技术仍有待于成熟完善,导致迄今对全球海洋甲烷循环甚至碳循环过程难以把握.自2013年起,面向国家重大需求和科学研究的需要,青岛海洋地质研究所依托一系列地质调查国家专项,创新建立了海底甲烷排放、运移、消耗及相关水合物资源成藏理论模式,自主研发了一系列海洋甲烷排放监测装备,逐步掌握了海底甲烷过程的精细探测能力,实现了水合物富集区关键界面甲烷排放活动的监测,连续实施了多个航次的系统调查,在新区发现大量海底甲烷排放系统,同时建立了海洋天然气水合物资源开发环境监测技术体系,支撑了我国天然气水合物产业化,获得了显著的技术进步和社会效益.

通过对东海外陆坡–冲绳海槽GSW1孔沉积物孔隙水δ13C、δ18O、δ11B、δ37Cl同位素和C1?、SO2-4、K+、Na+等离子指标的分析,探讨了沉积物早期成岩作用、流体来源、迁移和氧化环境的变化.研究发现,GSW1孔孔隙水溶解无机碳主要来自海水和有机质,SO2-4浓度随深度下降比较平缓,C1?浓度远低于海水,该孔表层沉积物中硫酸盐消耗主要由有机质硫酸盐还原作用(OSR)所控制,甲烷厌氧氧化作用(AOM)发生在4 m以下更深的层位.OSR产生的H2S向上扩散富集并被氧化,是导致GSW1孔110～360 cm处SO2-4浓度未明显下降的主要因素.孔隙水SO2-4浓度整体随着深度增加呈减小的趋势,表明GSW1孔沉积环境由氧化、次氧化环境逐渐转变为还原环境.δ11B、δ37C1值垂向变化波动较大,一方面受到早期成岩阶段有机质降解的影响,也可能与孔隙流体扩散以及沉积物/孔隙水相互作用有关.

基于AMS14C测年、有机碳、氮含量及其同位素等指标分析,探讨了冲绳海槽中南部OKT-3孔末次冰消期以来沉积物有机质来源及其对古海洋环境演化的响应.结果显示,OKT-3孔沉积物中有机质主要由中国大陆和中国台湾等陆源有机质,以及海洋自生有机质组成.末次冰消期至全新世晚期(17.3～4 ka B.P.),中国大陆源有机质贡献逐渐下降,中国台湾源有机质贡献逐渐上升,表明海平面变化、黑潮变动是该阶段有机质来源的主要控制因素.4～1.5 ka期间,陆源有机质供给变化趋势与黑潮变动不一致,表明该时期陆源输入非黑潮单一控制,还可能受季风降雨等变化影响.值得注意的是,OKT-3孔海源有机质贡献在B-A和PB时期高、YD时期低,与北太平洋地区的生产力变化相似,反映了北太平洋中层水(NPIW)对海水表层生产力的控制作用,NPIW是连通冲绳海槽与北太平洋的重要纽带.

The 3 D geological modeling for the complex geologic bodies is an essential technique of the urban geology. The accuracy of 3 D model, for engineering analysis, judgment and decision has great influence. A new method for 3 d geological modeling is introduced, which is based on the “structures mosaic” technique. The key technology and modeling process of urban geological 3 D modeling on complex fault conditions are discussed. A case study of geological model in Guanzhong basin is presented, which confirmed that, this method can effectively improve the efficiency and accuracy of complex structures condition, and can provide reference for the areas of complex geological conditions in urban geological survey.

海底泥底辟和泥火山对研究海底深部地球化学过程与全球碳循环、油气与天然气水合物资源勘查和新构造运动等具有重要的意义.利用高分辨率多道地震、浅地层剖面以及多波束等地球物理数据,对冲绳海槽西部陆坡泥底辟和泥火山的特征进行了分析和总结.冲绳海槽西部陆坡发育大量的泥底辟和泥火山,多发育于断裂活动强烈的区域,随着泥底辟的活动和甲烷流体的运移,在海底形成泥火山和气烟囱,因此,泥火山和气烟囱多发育于泥底辟上部,两翼存在强振幅异常,内部表现为低频特征,证明泥底辟和泥火山与甲烷流体活动存在密切联系.冲绳海槽西部陆坡泥火山和泥底辟的形成演化的动力学过程与成因主要包括3个方面,即区域拉张作用形成的构造薄弱带、快速沉积造成的超压和浮力作用以及流体的驱动作用.

通过对东海陆坡—冲绳海槽中北部两个水体剖面的碳、氯、硼同位素和离子浓度的分析,探讨了水体剖面的离子和同位素组成的控制因素、水体来源以及现代水体交换过程.结果表明,水体剖面中表层水、次表层水、中层水体的性质明显不同,ST2水体剖面K+、Ca2+、SO42?等离子浓度整体随深度增加而升高,δ13C、δ11B、δ37Cl垂向变化波动较大,ST19剖面离子浓度、同位素垂向变化趋势与ST2剖面相反.ST2、ST19水体剖面表层水(0～100?m)和次表层水(100～300?m)主要来源于黑潮表层水(Kuroshio?Surface?Water,KSW)和黑潮热带水(Kuroshio?Tropical?Water,KTW),同时受长江冲淡水(Changjiang?Diluted Water,CDW)/陆架水影响;中层水体(300～1000?m)组成与北太平洋中层水(North?Pacific?Intermediate?Water,NPIW)和南海中层水(South?China?Sea?Intermediate?Water,SCSIW)相似.两水体剖面水体组成存在较为明显的南北差异,可能与所处海区地理位置、CDW/陆架水传输路径、区域性地形导致局部上升流、水体剖面中NPIW与SCSIW占比不同有关.

为揭示南海北部东沙海底峡谷沉积演化及其资源效应,利用高分辨率二维多道地震与多波束测深数据,对该峡谷中-上游段的沉积层序、地貌特征及沉积构型展开剖析.东沙海底峡谷上游段表现为6个分支峡谷,中游段则汇聚为2条主峡谷,峡谷头部广泛发育分支水道.峡谷中游段于早中新世晚期开始发育,处于岩浆岩体和构造凸起之间;上游段分支峡谷形成于晚中新世以来,其与峡谷头部分支水道的形成分别受断裂体系和底流作用影响较大.东沙海底峡谷演化分为3个阶段:(1)早中新世晚期-中中新世,峡谷初始发育阶段;(2)晚中新世,峡谷拓展阶段;(3)上新世以来,现代峡谷发育阶段.东沙海底峡谷向马尼拉海沟提供了充足的富有机质沉积物,构成了马尼拉海沟增生楔天然气水合物形成的重要物质基础.

西菲律宾海作为西太平洋暖池的一部分,重建其在地质历史时期的热力学变化、陆源输入变化,对于理解西太平洋暖池在全球地质时间尺度上的作用具有重要意义.利用古菌与细菌的细胞膜质甘油二烷基甘油四醚(glycerol dialkyl glycerol tetraethers,GDGTs)对西菲律宾海XT-47孔沉积物的陆源输入及其上方水体温度的变化进行重建,发现该沉积柱顶部(0～260 cm,约16.6～18.8 ka)BIT指标为0.01～0.2,TEXH86重建的上层海水平均温度为22.5℃,而底部(260～632 cm,约18.8～4000 ka)TEXH86重建得到的上层海水温度绝对值波动剧烈(0.6～26℃),在此范围内BIT>0.3,并呈现逐渐增加的趋势,超过BIT界定的陆源输入对TEXH86重建古温度有效性的阈值,这导致了该深度范围内TEXH86重建古温度变化的严重偏差.以260和470 cm为界,该沉积柱的沉积相出现明显变化,上层为大量纹层硅藻席沉积,中层为远洋黏土和硅藻泥互层,下层为远洋黏土沉积;同时,支链GDGTs(branched GDGTs,br GDGTs)的组成也出现明显差异,说明其来源可能有所不同.基于以上分析,提出260 cm以浅,brGDGTs可能主要为海相原位自生为主;而260 cm深度以下,主要以风尘输送的陆源brGDGTs为主.该结果显示陆源输入的变化可以间接反映东亚冬季风的强弱,本研究为高低纬之间的海陆相互作用研究提供了新的视角.

浅表层天然气水合物具有埋藏浅、厚度大、纯度高等特点.现有的评价方法多针对于具有明显BSR反射特征的中深层天然气水合物,而对浅表层天然气水合物的相关研究鲜有发表.本研究通过对国内外浅表层水合物发育区广泛调研,以浅表层水合物的形成机理为基础,探究水合物资源评价方法的选择;以水合物空间展布规律为参考,明确评价范围界定条件;以综合指示特征为参考,分析评价参数的选取依据.并在此基础上,与中深层天然气水合物进行对比,提出浅表层天然气水合物资源刻度区选取及解剖的初步建议,引出评价中存在的问题,梳理出浅表层天然气水合物的资源评价方法的关键问题.

深海环境泥火山活动为甲烷从深部向浅部迁移提供了搬运介质和通道,泥火山附近天然气水合物成藏具有独特的形成过程和富集规律.泥火山型水合物资源潜力和环境影响的理论假设已被提出,而在工程实施阶段的论述相对较少.本次研究通过调研世界范围内典型海域泥火山-天然气水合物系统研究进展和赋存规律,结合我国海域泥火山的调查成果,归纳出泥火山型天然气水合物赋存地质模型.之后分析该模型组成要素的地质记录,获得识别泥火山型天然气水合物的3G异常标志,总结出该类型水合物实用的勘探思路.

按照天然气水合物形成的气体疏导方式划分,渗漏系统是海洋浅表层天然气水合物藏形成的主要模式.关键成藏要素包括温压场、气源等,温压场主要控制天然气水合物成藏的平面分布和纵向分布;海底热流低值区有利于形成天然气水合物,但在海底热流超高的海域,只要有充足的气源供给,在高甲烷通量区深海浅表层也可以形成天然气水合物藏,而且往往与泥火山、气烟囱等特殊地质体伴生,形成致密的数米厚层状天然气水合物藏.浅表层天然气水合物藏气源主要是有机热解成因气,一般其深部均发育有成熟的含油气盆地,有烃源层广泛分布,并且干酪根发生过明确的生烃过程,形成的热解甲烷气通过断层、气烟囱等破碎带垂向运移通道渗漏上升,在温压场控制的相平衡区形成天然气水合物藏,因此,海底热流值较高的海盆也是浅表层天然气水合物藏形成的有利海域.

浅表层天然气水合物资源勘查是天然气水合物资源勘查的重要组成部分,对深水地质灾害预测和评价、气候变化等都具有重要的指导意义.地震勘探是天然气水合物勘探的重要手段,但浅表层天然气水合物赋存于近海底沉积物中,埋深一般小于海底以下60 m,对地震浅层分辨率具有较高的要求,常规地震勘探方法难以满足以高频信号为主的浅表层天然气水合物勘探的需要.针对浅表层天然气水合物的特点,充分利用小道距高分辨率多道地震电火花震源气泡效应小、可重复性好,激发频率高、接收系统动态范围大等特点,结合参量阵浅地层剖面,形成了一套高分辨率地震勘探方法,提高了浅部地层的地震分辨率,满足了浅表层天然气水合物勘查对资料分辨率的要求.浅表层天然气水合物似海底反射(BSR)不明显,通常与海底甲烷渗漏密切相关,因此海底气体渗漏相关的地形地貌、气体运移通道、速度异常和振幅异常等特征是浅表层天然气水合物的重要识别标志.

高沉积速率、构造活动发育和高热流值3个重要地质条件促使了冲绳海槽广泛发育泥火山、气烟囱等烃类流体渗漏构造,前人对该类泥火山及气烟囱的地球物理特征做过较多的研究,但是鲜有研究从地球化学角度揭示渗漏流体来源及形成机制.本研究通过对东海冲绳海槽中部泥火山发育区2个泥火山站住开展海底钻探取样,获取浅表层60 m沉积物并开展孔隙水烃类浓度、甲烷稳定碳、氢同位素研究.通过分析发现,18-01孔孔隙水顶空烃类比值C1/C2为960.53～1 120.75,甲烷稳定碳同位素(813CCH4)为-36.07‰～-56.60‰V-PDB,甲烷稳定氢同位素(δDCH4)为-163.94‰～-237.81‰V-SMOW;在18-05孔,孔隙水顶空烃类比值C1/C2为1 064.66～1 546.74,δ1aCcH4为-36.10‰～-62.92‰ V-PDB,δDCH4为-122.86‰～-282.09‰ V-SMOW.系统分析2个站位甲烷气源均为热解成因或以热解成因为主的混合成因.综合分析2个站位泥火山及气烟囱发育的地质背景以及高通量甲烷渗漏的特征认为,深部地层中有机热解成因甲烷流体是通过断层、气烟囱等运移通道,在流体超压的驱动下渗漏、扩散至浅表层地层中,并在海底形成了泥火山以及羽状流等构造.

海底气体排放是海洋环境中碳物质从岩石圈进入到水圈中的重要地质过程,理解甲烷在该过程中的迁移方式和表征是定量评价海底甲烷排放在全球碳循环中环境效应的重要基础.本次研究使用2013—2016年采集的多波束回声测深以及二维多道地震数据,展示了与海底气体排放有关的地球物理特征,在水体、浅部地层中以及海底界面处分别识别出了束状羽状流、柱状裂隙气体疏导通道和下伏有碳酸盐岩的海床凸起,它们被解释为气体排放的地质表征,这些构成要素在空间上的叠置关系呈现了冲绳海槽中部气体排放特征,研究选取典型实例刻画了这一地质过程并总结了模型.经过分析断层与气体排放地质表征的空间位置关系,提出冲绳海槽研究区内海底气体排放的分布受到了盆地构造活动的控制,冲绳海槽发生的斜向裂谷作用导致了研究区张扭断层的形成,以拉张为主的断层为富甲烷流体提供了垂向运移通道,致使气体排放沿正断层分布.研究表明海底气体排放可以广泛发育在以拉张应力为主的地质环境中.

0 引言 南海是西太平洋最大的边缘海盆地,位于太平洋、欧亚和印-澳板块的交汇区,盆地动力学演化过程复杂[1].自晚白垩世以来,随着大陆裂解,南海北部陆缘形成一系列新生代盆地,自西向东主要有莺歌海盆地、北部湾盆地、琼东南盆地、珠江口盆地以及台西南盆地[2].研究多认为南海扩张是自东向西南呈渐进式打开,东部次海盆率先于33 Ma左右进入海底扩张阶段,并于15 Ma左右扩张结束,所对应的珠江口盆地和台西南盆地也在晚渐新世进入热沉降阶段[3].由于早中新世以来南海板块沿马尼拉海沟俯冲于花东海盆-菲律宾板块之下,在台西南盆地东缘形成了增生楔;与此同时,晚上新世以来,菲律宾板块向欧亚大陆发生斜向碰撞[4].因此,台西南盆地经历了复杂的构造演化过程.

海山是广泛分布于深水区的一种构造地貌类型,底流则是一种长期存在于深水区的沉积动力,故二者之间将会不可避免地发生相互作用,对深水沉积过程及其演化具有不可忽略的控制作用.通过归纳总结全球海山区底流沉积过程研究成果,指出在海山的直接或间接作用下,深水底流沉积动力受到影响,流动路径发生改变,产生次级底流沉积动力,同时也可影响生物群落分布,进而导致海山区沉积地貌及岩相表现出独特的平面展布特征.随着海山区底流沉积动力和沉积地貌背景的垂向演变,不同时期底流沉积过程及其响应也有所差异.因此,海山区底流沉积动力复杂且具特殊性,造就了不同于开阔陆坡背景下的底流沉积地貌和岩相特征及时空分布规律,其对深海盆地构造和古海洋演化的指示意义也与开阔陆坡底流沉积体系有所不同.目前有关海山与底流沉积过程之间的耦合关系研究程度还相对较低,极大地限制着深水资源勘探和地质灾害预测,这一问题有必要在未来深水沉积学研究中给予重点关注.

热液和冷泉活动是现代深海环境中两个重要的极端系统,它们均是岩石圈与外部圈层之间进行物质、能量转移和交换的重要途径,它们之间既有显著差异,但也存在很多相似点.一系列调查研究表明,在某些特殊构造单元,热液和冷泉活动可能并不是彼此孤立的,而是在构造地质、生物生态和元素循环上存在某种相互作用或耦合关系.冲绳海槽作为西太平洋一个典型的弧后盆地,发育了繁盛的热液和冷泉活动,是研究这两个海底极端系统相互影响机制的天然实验室.在大量文献调研和野外精细探测结果的基础上,分析了冲绳海槽内相互毗邻的冷泉和热液之间的物质扩散过程及生物地球化学作用,初步建立了两个极端系统内两种不同流体相互作用的概念模型,认识到未来如对两个深海极端环境共生区构造发育特征、地层流体演化、生物群落以及矿物元素组成进行系统分析,将有助于建立更加完善的冷泉-热液两个系统在物质和能量上的耦合关系模型,同时也有助于揭示它们在生物生态之间的沟通融合规律,最终可建立盆地尺度上热液-冷泉区相互作用模式,从而加深对西太平洋甚至全球范围内冷泉-热液两个极端环境系统甚至"流体-固体"耦合的规律性认识.

利用现有钻井、测井、地震等多种实际资料,分析了东海陆架盆地西部坳陷带中生界的地层和沉积特征,对比了陆域邻区储层类型,在此基础上探讨了研究区中生界的储层类型及其形成的原因,以期为进一步油气地质条件的综合分析及勘探方向的优选提供依据.分析认为,东海陆架盆地西部坳陷带中生界储层类型多,主要包括砂岩储层、风化壳储层和火山岩储层,其中以砂岩储层为主;中生界储层储集条件好,白垩系总体上优于侏罗系,但非均质性非常强.砂岩储层的发育受控于沉积环境,主要分布在河流、扇三角洲、滨岸等相带;风化壳储层、火山碎屑岩储层受构造运动的影响,构造高部位凸起区是其重要的潜在发育区.

During the NSFC cruise in October 2010,several water samples were recovered along a typical section at the Changjiang Estuary and its adjacent area for study of suspended matters.After filtration,the materials remained were examined under Electronic Microscope and by Energy Spectrometer.Grain size analysis was carried out for the samples.In this typical section,there are four types of particles,mineral debris,bioclasts,organic particles and floc-particles.The contents of mineral debris and organic particles are higher inshore and lower offshore,whereas the bio-particles are distributed in an opposite pattern.However,floc-particles have no obvious change from DH1 to DH6.There is a good linear relationship between floc-particles and organic particles,but a negative relationship between mineral debris and bioclasts.In the suspended matters,the particles smaller than 10 microns in size account for 70%,and those smaller than 20 microns account for 90%,while the average particle size is decreasing offshore.It is believed that the types of particles are mainly controlled by the factors of continental input,biological process,flocculation and resuspension,depending upon the movement of water masses.

The Viking Graben is a classic Mesozoic rift basin with typical tectonic features and evolutionary history in the North Sea Basin.Using the data from IHS,USGS,we studied the basement,faults,traps and other geological features of the basin as well as the rifting history during Triassic and the period from Late Jurassic to Early Cretaceous.Traps formed by the rifting-caused tilted fault block,and the traps formed by inversion structure and compaction-drape strongly affect the formation and distribution of hydrocarbon.According to the tectonic evolution and sedimentation history,the basin has passed 5 phases of evolution:(1)pre-rift phase;(2) phase Ⅰ of rifting;(3) phase Ⅰ of the thermal subsidence;(4) phase Ⅱ of the rifting;and(5) phase Ⅱ of the thermal subsidence.