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近年来主要研究成果

南海大洋钻探与东亚古季风的研究

南海大洋钻探ODP第184航次获得的西太平洋区最佳深海地层剖面1999年春,以“东亚古季风”为主题的南海大洋钻探ODP第184航次,使我国一举进入国际深海基础研究的前沿。本实验室不仅是该航次的主要建议者和主持者,而且成为航次后研究中的主体。在基金重大项目的支持下,取得的具有突破性和创新性的成果,使我国古环境研究实现了陆地与深海的结合,进入了探索全球问题的新领域。具体成绩有以下三方面:

  • 我国新生代深海地质的开创性研究。建立了西太平洋海区最佳深海地层剖面;揭示了深海相渐新统和渐新世晚期最强烈的构造运动;发现了大洋碳循环的长周期。刘东生院士认为是“中国地质科学历史上一件开创性的工作”。
  • 东亚季风演变首次建立系统的海洋记录。南海大洋钻探首次为东亚季风变迁提供了全面的深海记录,从理论上探讨亚洲季风变化的原因及其特殊性,在国际学术界为亚洲古季风研究进行了总结回顾。
  • 我国在深海研究中国际地位的提高。国家自然科学基金委在简报中提出,南海大洋钻探的成功带动了我国的深海基础研究,“极大地提高了我国在国际科学大洋钻探和深海研究中的学术地位”。

 


气候的热带驱动与大洋碳循环

南沙海区ODP 1143井δ13C记录的 40-50万年周期以本实验室为主的“973”科学前沿领域项目“地球圈层相互作用中的深海过程和深海记录”,以“热带碳循环”为核心科学问题,在气候的热带驱动与大洋碳循环方面取得突破性成果。

本项研究通过地质与气候模拟的结合,证实了暖池区的演变在气候变化中的重要性;而南沙海区的地质记录,更直接提出了低纬过程推动冰期旋回的证据,关键就在大洋碳储库。南沙海区大洋钻探的五百万年高分辨率地层剖面中,发现有碳同位素的40-50万年长周期。经过全球对比和对意大利上新世地层的实测与分析,证明这是世界大洋碳储库对于地球运行轨道偏心率长周期的响应,并推测是通过浮游植物群改变有机碳在海洋碳沉积中的比例所致,提出了“低纬辐射量→季风→风化→硅供应→硅藻→碳储库”的工作假说。大洋碳储库长周期的发现,揭示了地球表层系统变化中一种新机制,说明大洋碳储库能够通过热带过程直接响应轨道驱动,而不仅是消极地追随冰盖变化。这是全球气候演变研究中有原创性的重要成果,有助于对地球环境长期变化趋势的科学预测。


西太平洋晚第四纪古水团与海流的演变

南海深层水对西太平洋边缘海不同水深区沉积柱状样中浮游与底栖有孔虫、超微化石、放射虫等及其壳体化学特征的分析,采用多种替代性指标取得了第四纪冰期旋回中上部海水垂向结构和深部水团演变的高分辨率沉积记录,在西太平洋边缘海三维空间古海洋学研究上取得了关键性突破,标志着西太平洋古海洋学研究进入对表层水、次表层水、中层水、深层水和底层水进行三维空间系统研究的新阶段,将我国古海洋学研究向三维空间高分辨率和长时间序列发展。主要研究进展包括:

  • 建立了晚第四纪三维空间内西北太平洋古水团的冰期和间冰期垂向分布模式及其演变的基本框架,进一步证实了“冰期北太平洋深层水”的形成。
  • 第一次采用古生态转换函数法定量估算中国海的古温跃层深度,发现了晚全新世南海和冲绳海槽的“普林虫事件”,并揭示了全新世黑潮千年尺度的古气候事件。

新生代中国宏观环境格局的演化

IODP(综合大洋钻探)-ICDP(大陆科学钻探)预建书“探索新生代东亚地形东倾与季风演化的历史” 本实验室在地球系统科学思想指导下,通过海陆对比和海陆结合,研究固体岩石圈对地球表层圈层的作用,开展从内陆到深海“从源到汇”的过程研究,探索山区隆升剥蚀、河流搬运到海底沉积的系统过程,研究我国新生代地形倒转及其气候环境后果,取得一系列研究成果:

  • 青藏高原隆升和剥蚀速率的定量研究。通过对西昆仑山前盆地和可可西里盆地演化的研究,发现青藏高原隆升由南向北具有从老到新的时间差异性;通过低温年代学研究,系统提供了约束大别山115 Ma以来隆升和剥露事件的年代。
  • 长江、黄河演化历史与海陆相互作用研究。提出长江在更新世贯通三峡入海,黄河在更新世晚期贯通三门峡入海的新认识;并定量计算新生代以来南海所接受的沉积物总量及其时空变化,建立了中国新生代古地形演化的初步模型。
  • 提交以“追索东亚地形东倾与季风演化历史”为主题的国际综合大洋钻探(IODP)683-Pre航次预建议书,研究长江演化、东亚地形东倾、东亚季风演化和青藏高原隆升历史等重大科学问题。该建议书作为IODP阶段我国提出的第一份航次建议书,获得了国际评审组的高度评价和积极响应。

资源勘探和古环境研究中的地球物理新技术

巽他陆架地震层序以海洋及相邻陆区的油气和天然气水合物等资源为主要对象,开展地质—地球物理综合研究,开发和形成了一批油气资源勘探和古环境研究中的地球物理新方法与新技术,主要包括如下内容:

  • 复杂介质中地震波传播数值模拟与反射地震数据叠前深度偏移成像。完成了高精度三维声波方程和弹性波方程的数值模拟,开发多种三维波动方程叠前深度偏移和叠前时间偏移等新方法与新技术,对指导油气地震勘探生产做出了重要贡献。
  • 多波地震资料处理方法。研制出具有自主知识产权的多分量地震勘探处理系统,其质量与国外的同类产品的先进水平相当,已在南海莺琼天然气勘探和大庆油田石油勘探中产生了显著效果。
  • 海洋天然气水合物地震识别技术和古海洋学研究中的地震数据处理技术。初步获得了南海天然气水合地震识别关键技术和地震识别标志。由实验室自主开发的地震数据处理软件在ODP第184航次的站位论证中发挥了重要的作用,航次后在海洋平面变化研究中充分显示出巨大潜力。
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