三沙永乐蓝洞成因机制初探 &nbsh1; 三沙永乐蓝洞成因机制初探* 高金尉, 付腾飞, 赵明辉, 张汉羽, 田丽艳 1. 中国科学院深海科学与工程研究所, 海南 三亚 572000; 2. 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 广东 珠海 519000; 3. 自然资源部第一海洋研究所, 山东 青岛 266061; 4. 中国科学院南海海洋研究所, 广东 广州 511458;...
高金尉, 付腾飞, 赵明辉, 张汉羽, 田丽艳
1. 中国科学院深海科学与工程研究所, 海南 三亚 572000;
2. 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海), 广东 珠海 519000;
3. 自然资源部第一海洋研究所, 山东 青岛 266061;
4. 中国科学院南海海洋研究所, 广东 广州 511458;
5. 中国科学院大学, 北京 100049
海洋蓝洞是位于海平面以下的洞穴, 发育在碳酸盐岩台地和岛礁上, 洞口与外海连通, 洞穴内部填充了受潮汐影响但垂向分层的水体(包括淡水、海水或者二者的混合); 有些蓝洞存在与外海连接的通道, 而有些洞体则几乎完全与外海隔绝(Mylroie et al, 1995; Martin et al, 2012; Xie et al, 2019)。海洋蓝洞洞体内水动力较弱, 从而孕育了奇特的生物, 无氧和弱氧化的环境也有利于保留原始的水体、沉积遗迹和远古的化石残骸以及完整的生物骨骼, 因此海洋蓝洞在全球气候变化、海洋生态、碳酸盐岩地球化学和古生物研究等方面具有极高的科研价值(Gascoyne et al, 1979; Whitaker et al, 1997; Steadman et al, 2007; Gischler et al, 2008; Martin et al, 2012;刘焱雄 等, 2017; 毕乃双 等, 2018; Li et al, 2018;Xie et al, 2019; 李建坤 等, 2019; 罗珂 等, 2019)。作为一种罕见的水下地质遗迹, 海洋蓝洞以其神秘的成因和独特的风景被誉为“地球给人类保留宇宙秘密的最后遗产”, 其罕见的自然地理景观, 特殊的海底地形地貌, 给无数潜水爱好者带来了无限的视觉享受与震撼体验, 这些独特的文化和旅游价值,非常有利于当地经济的发展。
近60 年来, 全球关于海洋蓝洞的研究逐步受到地质学家的重视。研究较多的海洋蓝洞包括巴哈马长岛迪恩斯蓝洞(Dean’s Blue Hole, 深度202m)、伯利兹大蓝洞(Belize Great Blue Hole, 深度125m)、埃及达哈布蓝洞(Dahab Blue Hole, 深度130m)和马耳他戈佐蓝洞(Gozo Blue Hole, 深度60m), 它们均为深度较大的蓝洞(Sachet, 1962; Dill, 1977; Backshall et al, 1979; Hine et al, 1984; Wilson, 1994; Shinn et al,1996; Gischler et al, 2008, 2013; Naumann et al, 2015;Li et al, 2018; 罗珂 等, 2019); 其他深度较浅的蓝洞, 包括塞班岛蓝洞、意大利卡普里岛蓝洞和澳大利亚豪特曼-阿布罗尔霍斯蓝洞群(Jennings, 1985;Wyrwoll et al, 2006; 罗珂 等, 2019)。目前关于这些海洋蓝洞的成因机制, 一般划分为两大类, 包括喀斯特成因(karst origin)(France, 1985)与富珊瑚礁生长成因(rich coral growth origin)(Wyrwoll et al,2006)。随着人们对海洋蓝洞科研价值认识的不断深入, 海洋蓝洞研究逐步成为海洋研究当中的一个新兴的热点。
三沙永乐蓝洞位于我国西沙群岛, 是现今世界上发现的最深的海洋蓝洞。2016 年7 月24 日, 我国海南省三沙市政府正式宣布, 将其命名为“三沙永乐龙洞”, 科学界则称之为“三沙永乐蓝洞”(刘焱雄等, 2017)。由于其深度(301.19m)远远超过排在第二的巴哈马长岛迪恩斯蓝洞(202m), 因此三沙永乐蓝洞在海洋蓝洞研究中有着特殊的意义。而且, 三沙永乐蓝洞发育在南海西北部大陆边缘陆坡地区, 其独特的地质特征蕴含着丰富的地质历史信息, 与南海珊瑚岛礁体系以及南海的形成演化密切相关; 同时, 它对于研究南海古气候、古环境和古生物具有重要的科学意义, 对于开发西沙旅游经济也具有重要的社会经济意义。
2016 年10 月和2017 年5—6 月, 三沙航迹珊瑚礁保护研究所、中国海洋大学和自然资源部第一海洋研究所先后对三沙永乐蓝洞进行了较为系统的调查, 获取了蓝洞外貌、洞体内部的三维形态和水体、沉积物等样品信息(刘焱雄 等, 2017; 毕乃双 等,2018; Li et al, 2018; Xie et al, 2019; 李建坤 等,2019; 罗珂 等, 2019; Qiao et al, 2020), 为深入认识三沙永乐蓝洞提供了宝贵的数据。本文结合这些宝贵的数据和研究成果, 概括了三沙永乐蓝洞的洞体结构和水体化学特征, 以三沙永乐蓝洞的区域构造地质和地理特征为着眼点, 认为孕育三沙永乐蓝洞的永乐孤立碳酸盐岩台地的发育史与南海构造演化之间存在着不可分割的密切联系, 提出永乐环礁的台地边缘属于陡崖型台地斜坡。此外, 本文对比分析了世界上喀斯特成因和富珊瑚礁生长成因的海洋蓝洞及洞穴特征, 并基于三沙永乐蓝洞的洞体结构、台地碳酸盐岩沉积速率、水体化学特征、断层/裂缝发育的陡崖型斜坡和钻井岩心氧同位素数据等,探讨了三沙永乐蓝洞的形成机制。
三沙永乐蓝洞在构造背景上位于南海西北部的西沙群岛, 群岛周边被西北次海盆、西南次海盆、中沙群岛、琼东南盆地和中建南盆地等构造单元所环绕(图1a)。西沙群岛所在海域地质构造比较复杂,在白垩纪晚期至早渐新世, 华南大陆南部边缘发生裂解, 产生强烈的拉张作用(Holloway, 1982; Taylor et al, 1983; Ru et al, 1986); 之后晚渐新世至中新世南海发生海底扩张(Taylor et al, 1983; Briais et al,1993; Shi et al, 2005; Li et al, 2014, 2015; Lester et al,2014; Gao et al, 2016, 2019; Fan et al, 2017; Wan et al,2017), 期间哀牢山-红河断裂带和南海西缘断裂(越东断裂)发生强烈的区域走滑作用(Fyhn et al, 2009;Lei et al, 2011; Savva et al, 2013; Gao et al, 2019), 多期构造运动导致该地区结晶基底和沉积层遭受了强烈的构造变形, 伸展断裂十分发育; 中新世以后该地区又受到多期次岩浆活动的强烈影响(Zhang et al,2016; Gao et al, 2019), 形成了多个断块和火山, 从而为西沙群岛碳酸盐岩台地和生物礁的发育提供了良好的场所(图1b)。
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