珊瑚礁千米深钻记录的西沙碳酸盐台地形成演化和环境变迁史

The coral reef core Chenke-2 has been newly collected from Chenhang Island, Xisha Islands, South China Sea. The chenke-2 core has penetrated 980 meters; drilling through the 927-m-thick coral reef carbonate layer, and 53 meter volcanic basalt bedrock layer, with a core recovery rate of 70%. With regard to carbonate rock thickness, volcanic bedrock collection, and core recovery rate, the Chenke-2 is, so far, the world’s best coral reef core. This project aims to study the petrology, sedimentology, biostratigraphy, geochronology, and geochemistry of the Chenke-2 core, such that the resulting information will provide an answer to the key scientific mystery regarding the processes of carbonate platform development and their environmental influences. The super-project South China Sea Deep has paid special attention to this problem since its initial establishment. . More specifically, this project will study the petrologic characheristics and ages of volcanic bedrocks through: the cutting of thin sections, observations und microscopies, trace element measurements, electron probe microanalysis, and Ar-Ar dating. For the coral reefal carbonate part, this project is planning to set up its age profile through biogeographical analysis (such as coral, foraminifera,…), magnetostratigraphy, Sr and O isotopic analysis. This project will then study the growth rate of corals in the core, measure the core’s trace elements and isotopes and observe reefal sedimentary facies and diagenesis processes. Based on the above information, this project will reconstruct the environmental processes (such as SST, sea level,…), and assess the environmental influences of the development of reef carbonate.

新近从西沙群岛琛航岛钻取的琛科2井(孔深980米, 穿透珊瑚礁层, 含火山岩基岩芯53米，全井取芯率70%), 是国际上最好的穿透了珊瑚礁并获得火山岩基岩的全取芯珊瑚礁深钻。本项目拟以琛科2井为材料，围绕“南海深海过程演变”重大计划的“碳酸盐台地的发育过程和影响”这一关键科学问题，综合开展岩石学、沉积学、生物地层学、年代学和地球化学等研究，揭示西沙珊瑚礁碳酸盐台地发育过程和环境变迁史。具体通过对火山岩基岩切片、显微镜观察、元素测试、电子探针分析和Ar-Ar年代测定等，揭示珊瑚礁下伏火山基底岩石的岩性特征和年代；通过生物(珊瑚和有孔虫)地层学、磁性地层学、锶和氧同位素等方法，揭示珊瑚礁发育的起始年代, 建立珊瑚礁碳酸盐台地的年代框架；通过珊瑚生长率、元素和同位素地球化学组分、成岩作用和沉积相分析等, 重建西沙群岛珊瑚礁的发育过程和环境(海温、海平面等)变迁史, 评估碳酸盐台地发育对环境影响.

本项目基于铀系测年、Sr同位素和古地磁地层学，建立了琛科2井(CK-2)珊瑚礁碳酸岩地层（厚876.55m）的年代框架。铀系年代测定结果显示，琛航岛全新世珊瑚礁的起始发育时间为距今7900年前，全新世礁体的厚度为16.7m。Sr同位素年代结果显示，琛科2井珊瑚礁碳酸岩最底部年代为19.6 Ma，并建立了整个剖面的年代序列。琛科2井的基岩为玄武质火山碎屑岩，厚52.2 m，锆石U-Pb年龄35.5±0.9 Ma代表火山喷发的最大年龄。珊瑚礁剖面发育了11个间断面，是11次明显的海平面下降导致的礁体暴露事件。琛科2井晚中新世中发育的厚210.5m的块状白云岩，是一个连续的海侵过程，是区域构造沉降和全球海平面变化共同作用的结果。 CK2井全岩δ18O在大约15.5 ~ 13 Ma呈现出明显的正偏，可能是对南极冰盖扩张的响应；1.8 Ma以来尤其是0.9 Ma以来δ18O逐渐正偏意味着北极冰盖的进一步发育与东亚冬季风的进一步增强。δ13C经历了数次明显的漂移，反映了区域的碳循环，可能是东亚陆地植被类型的改变导致有机碳埋藏改变，δ13C在约18.9 -13.2Ma经历了一次正偏事件，记录了“蒙特里”碳漂移全球事件。琛科2井珊瑚礁碳酸盐岩全岩样品的地球化学分析表明，白云岩化作用对大部分微量元素的影响较大，但仍清楚地记录了东亚冬季风在~2.6 Ma的显著增强。受东亚夏季风制约的大陆风化在~2.6 Ma之前控制着西沙群岛海区表层海水中元素的组成；而在~2.6 Ma之后，受冬季风控制的风尘、受夏季风影响的降雨、以及全球温度变化共同西沙群岛海区表层海水中元素的组成。琛科2井的珊瑚藻组合记录了2个大的沉积旋回，第1沉积旋回(878.21-309.00m)水体由浅加深，到最后又变浅的过程；第2沉积旋回(309.00-0m)：水体由深变浅的珊瑚藻组合的相应变化。琛科2井从下到上，经历了潟湖-潟湖坡-外礁坪-内礁坪-潟湖-外礁坪-内礁坪的沉积相变化。本研究表明，西沙群岛珊瑚礁碳酸盐能够较好地记录其发育过程中所经历的环境变化历史。在本项目资助下，共发表期刊论文43篇(SCI论文30篇)，出版专著1本《珊瑚礁科学概论》。