星罗棋布于南海的珊瑚礁是南海最重要且独特的地质体，在维护我国海洋领土完整、行使国家主权、资源供给及生态和气候环境变化研究等方面一直发挥着重要作用。珊瑚岛礁的发育演化和成因问题最早可追溯到1842年的达尔文沉降理论，迄今科学家们已提出了多种模式和理论，但仍存在许多争议的问题或难以解释的现象，如不同区域和类型岛礁的发育过程和模式、环礁形成的主控因素等。
在中国科学院战略性先导科技专项任务的支持下，中国科学院南海海洋研究所颜文研究员领导的“赵焕庭南海岛礁科学钻探研究攻关突击队”研究团队，以揭示珊瑚礁的形成过程和发育模式为主要科学目标之一，2017年在南沙群岛实施完成了“南科一井”科学钻探。该井是南海南部第一口穿透礁体的全取芯科学深钻，总进尺2020.2米，取芯率达到91%，是目前世界岛礁全取芯深度最大的科学钻井。近期，研究团队在“南科一井”岛礁发育演化方面的研究成果发表在国际著名地学期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology（《古地理学、古气候学、古生态学》）和Journal of Geophysical Research: Earth Surface（《地球物理学研究杂志: 地球表面》）上。
研究团队综合南沙美济环礁“南科一井”样品的锶、碳、氧同位素和矿物学、微体古生物学以及元素测试数据，分析探讨了美济环礁的形成和演化历史，将该珊瑚岛礁的演化划分为多个阶段，提出整个珊瑚岛礁的发育过程可以用阶段性侵蚀-沉积模式来解释。研究认为，热带地区的许多珊瑚礁可能并不会长期持续繁荣生长，发育过程中沉积间断较频繁出现甚至有时可能持续数个百万年。
针对第四纪以来的珊瑚礁发育过程，研究团队对美济环礁上新世晚期（2.65Ma）以来的发育过程进行了数值模拟研究，重建了礁体地层的沉积过程和泻湖的演变过程。研究认为，环礁的形成是因暴露时期的空间差异性岩溶而致的中间低、周缘高的地形，而非珊瑚和珊瑚礁在平台周缘的优先生长。泻湖内接近海平面的点礁的形成，是基于珊瑚和珊瑚礁在泻湖内地形高点之上的优先生长。研究成果为全球环礁成因提供了新认识。
本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（A类）、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项项目、科技部重点研发计划重点专项项目、国家自然科学基金以及王宽诚教育基金经费资助。同时，感谢参与“南科一井”野外科学钻探的全体工程技术和科研工作人员。
图1 南沙珊瑚岛礁新生代中晚期以来发育的阶段性侵蚀-沉积模式示意图(Liu et al., 2022)。(a)上部和(b)下部分别表示珊瑚礁的横剖面和纵剖面演化过程。虚线和实线等高线分别代表经历了大气/海水环境长期暴露-侵蚀的珊瑚礁和沉积的珊瑚礁。
图2 经“南科一井”美济环礁东北-西南剖面的数值模拟结果及其验证(Liu et al. 2022)
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