张家口-蓬莱断裂带渤海段晚第四纪活动特征

张家口-蓬莱断裂带是华北地区一条显著的地震带。利用最新获得的高分辨率浅层地震资料研究了渤海海域内该断裂带晚第四纪以来的活动特征。研究表明：在渤海，张家口-蓬莱断裂带主要由沙西断裂、埕北断裂、沙南断裂、沙东北断裂、柏各庄断裂、石臼坨3号断裂、渤中2号断裂和BZ29断裂等一系列NW走向断裂组成，走向在290°—310°之间；在浅罢沉积物中各断裂由多条次级小断裂组成；晚第四纪以来主要表现出强烈的垂向运动特征，具有正断性质；海域各断裂的最新活动时代为晚更新世（Q3）末期-全新世（Q4）初期，并具有相同的活动趋势，在20ka B.P.和60ka B.P.左右活动强烈，统计计算显示平均垂向活动速率分别为0.15mm／a和0.1mm／a，近20000a以来的垂向活动速率超过0.06mm／a。

东海陆坡海底峡谷—扇体系沉积特征及物质搬运

利用多波束和高分辨率地震资料,分析了东海陆坡广泛发育的海底峡谷—扇体系的沉积地层结构,讨论了海底峡谷—扇体系内部主要的沉积物搬运方式、沉积特征和典型沉积环境。结果表明,海底峡谷是上陆坡沉积物质向下搬运的主要通道。海底峡谷段上部以侵蚀作用为主,局部堆积具丘状或透镜状外形的滑塌体或滑坡体;海底扇沉积开始于海底峡谷的出口,地震剖面上具杂乱、前积或上超结构,且不同位置的扇结构亦存在差异,并被正断层错动;海底扇上发育两侧具天然堤的扇谷,细颗粒浊流物质通过溢流形成具楔状外形的越岸沉积。浊流沉积在海底峡谷的出口处十分发育,具有丘状或透镜状外形,内部呈规则或杂乱反射,是海底扇的重要组成部分。块体搬运(滑塌和滑坡)和浊流是东海陆坡海底峡谷—扇体系内主要的沉积物搬运方式,它们对陆坡地形地貌起着重要的塑造作用。海底峡谷—扇体系沉积特征及物质搬运从南向北的差异性反应了不同陆坡段物源供应、水动力条件和构造活动的不同。

1969年渤海Ms7.4地震发震断层的声学探测

发生于1969年的渤海M_s 7.4地震是渤海海域惟一一个主震被现代仪器记录的大地震,对其发震断层的讨论争议颇多.2005-2008年,我们在主震震区进行了3个航次的高分辨率声学探测,获得了包括浅层单道地震、侧扫声纳以及CHIRP剖面等在内的数百公里综合地球物理观测资料.本文报道了对上述声学资料的研究结果研究表明,在震区海底之下2-3 m发现了一条走向NE30°、长20 km、宽约3 km的微型凹陷带,地质时代为5000 a B.P.,沉积面的最大下凹幅度为1.5 m;在空间位置上微型凹陷带与BZ28断裂、余震活动分布基本一致,因此,微型凹陷带是BZ28断裂活动的结果,而A层底界的下凹变形则是1969年渤海7.4级地震活动的结果,BZ28断裂是该地震的发震断层.BZ28断裂呈NE30°走向,是郯庐断裂带的次级断裂,浅层地震剖面揭示其最新活动时间为全新世中晚期,根据地质时代以及断层的垂向位移量,计算得到BZ28断裂晚更新世以来的垂向活动速率约为0.05 mm/a,全新世为0.3 mm/a,具有活动强度增加的趋势.

西沙石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩作用

西沙石岛风成碳酸盐沉积形成于晚更新世,正处于早期成岩阶段。通过薄片、扫描电镜、稳定碳、氧同位素、常量元素和微量元素分析,对石岛风成碳酸盐岩的早期大气淡水成岩作用进行了研究。发现石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩固结主要在大气淡水作用下完成,其中蒸发成岩作用在初始固结中可能起着主要作用;在大气淡水作用影响下,部分碎屑颗粒发生溶蚀和新生变形,新生的微亮晶低镁方解石(5～15μm)镶边胶结在颗粒及孔隙周围,并成为主要的胶结物;而作为大气渗流带和潜流带典型产物的亮晶胶结物则很少占据主导地位。海水成岩作用主要表现为对早期成岩作用的改造,会造成锶、镁含量的增高,但影响范围仅止于浅表层,而且对δ13C和δ18O值的影响微弱。生物化学作用可能参与了古土壤中灰质壳与根管石的形成,但在风成碳酸盐沉积的整体成岩上不具意义。大气淡水成岩作用会造成石岛风成碳酸盐岩δ13C和δ18O值的降低,并使碎屑发生新生变形而导致锶、镁的淋溶。成壤风化作用会导致Al、Fe、Mn、Y、Cr元素在古土壤中明显富集,其中Al、Fe、Mn的富集与成壤风化作用有关,而Y、Cr元素则可能源于长期暴露引起的风尘或火山灰的相对富集。

菲律宾海盆磁条带特征及61Ma以来的海底扩张过程重建

菲律宾海盆是西太平洋最大的边缘海盆地,作为地球上最壮观的"沟-弧-盆"体系的重要组成部分,其成因及构造演化可有效约束西太平洋洋陆过渡带的复杂动力学过程。海底磁异常条带是海底扩张的重要依据,其几何形态能够反映海底扩张的时间、方向及速率,为研究海盆的海底扩张过程提供重要信息。菲律宾海盆的次级海盆—西菲律宾海盆、四国海盆地磁异常表现为明显的条带状异常特征,帕里西维拉海盆内的磁条带特征虽不明显,但仍能看出南北向的分带现象。对海盆内的磁异常条带进行系统的分析、对比与解释,将菲律宾海盆划分为7个扩张阶段,构建了菲律宾海盆61 Ma以来的阶段性扩张模型。揭示了边缘海盆构造演化的一般规律及扩张过程为岛弧裂解、高速弧后扩张、慢速弧后扩张和扩张后作用4个阶段。

差分导航定位系统及其在海洋工程地震勘察中的应用

差分导航定位是海洋工程地震勘探中不可或缺的技术手段。差分导航定位分为局域差分和广域差分,文中分别介绍了隶属于局域差分的信标差分(RBN DGPS)系统和隶属于广域差分的星基差分(SBAS)系统。根据所在测区位置和定位精度要求的不同,海洋工程地震勘探选用不同的GPS定位设备可以接收不同系统提供的差分信号。导航软件也是海洋工程地震作业中必不可少的一部分,它不仅可以记录GPS定位设备的数据,还具有测线设计、坐标投影、航行轨迹显示等诸多功能。通过对导航软件的灵活应用和信号变换,导航软件还可以为地震系统提供触发信号。最后给出了一个海洋工程地震勘探实例。

基于OBS的正演模拟与初至识别研究

在深部壳幔结构研究中,采用OBS接收到深部构造的折射、反射信号并通过层析成像反演地下结构是当前最为有效的方法.初至识别则是层析成像处理OBS资料最重要的工作之一,而基于OBS的正演模拟对于初至的正确识别具有重要的指导作用.本文利用二维声波波动方程实现了基于OBS的数值模拟,获得了水平层状、倾斜模型条件下的OBS共接收点道集.通过研究OBS共接收点道集反射波、折射波在不同地质模型下的规律,对OBS初至识别方法进行总结,并在实际资料处理中加以应用.结果表明,利用OBS共接收点道集的多图对比可以较简便地实现初至识别,其中水平层状地质模型初至必然呈现对称性,而倾斜模型的初至则需要综合考虑反射波、折射波的规律进行判断.

Global Mapper软件在第28次南极考察中的应用

Global Mapper是一个地理信息管理与应用软件,结合其在第28次南极考察中的应用,介绍了软件的基本功能。软件提供的链接可以让用户方便地下载诸如全球地貌网格数据之类的科学数据。软件支持数据格式繁多,并可以对这些文件进行大地坐标投影转换并输出,可以进行点、线、面和等值线图的绘制并兼有简单的空间分析功能。此外,软件还可以连接GPS用以辅助导航定位,具有广阔的应用前景。

风成碳酸盐岩的全球分布及其对西沙的启示

风成碳酸盐岩作为一种独特的海岸地貌在全球中纬度地区广泛分布,在全球气候分带上多属于气压带与风带交替控制的地中海气候、热带草原和热带沙漠气候区,与全球气候带的吻合较好。风成碳酸盐岩在各个时代均可发育,但以第四纪更新世风成碳酸盐岩最为常见。风成碳酸盐岩的发育主要受气候背景的影响,还受海岸地貌背景及浅海碳酸盐岩生产力的制约,并与全球海平面变化关系密切,相对而言在海平面高位期发育更好。西沙石岛更新世风成碳酸盐岩是热带海洋季风气候背景下发育起来的少数实例之一,是东亚季风的产物。石岛风成碳酸盐岩的存在可能反映了该区晚更新世相对干旱的气候条件。石岛风成碳酸盐岩与古土壤的旋回变化可能反映了气候背景的干湿变化或海平面的波动,其成因机理的深入揭示对南海西北部东亚季风及古海洋的变化研究具有重要的价值。

南极布兰斯菲尔德海峡区域重力场特征及异常分析

南极布兰斯菲尔德海峡及周边区域是南极大陆火山、地震等新构造活动最活跃的地区,与南设得兰海沟、南设得兰群岛一同构成南极大陆边缘现存唯一的"沟-弧-盆"构造体系。本文基于"雪龙"船第28、第30航次实测数据及两个航次的国际共享资料,利用均衡改正数据处理方法获得布兰斯菲尔德海峡的莫霍面深度及其分布规律,分析深部构造-断裂的区域分布及其重力异常特征等。布兰斯菲尔德海峡内的空间重力异常呈条带状分布,走向总体与地形相近,布格重力异常则由两侧向中间升高,大致在坡折处形成异常场值为100×10^(-5)m/s^2的分界线,在中央次海盆和东部次海盆海山处形成两个异常高值圈闭,异常值最高为150×10~(-5 m/s^2。莫霍面深度以弧后扩张中心为最低值,向南设得兰群岛和南极半岛两个方向递增,深度从12km递增至陆坡位置的24km。

晚始新世以来雅浦海沟-岛弧构造演化模式

雅浦海沟-岛弧构造体系是菲律宾海板块与太平洋板块、卡罗琳板块相互作用而形成的构造俯冲带,其南北两段俯冲带在海底地形地貌、地球物理场、应力场特征等方面表现出显著的差异。北段俯冲方向为近东西向,总体表现为俯冲角度较小、俯冲深度浅、俯冲速度较快、应力场呈俯冲拉张型等特征;南段由东西方向的俯冲过渡至北北西向,总体表现为俯冲角度大、俯冲深度较深、俯冲速度极慢、应力场呈俯冲挤压型等特征。这些差异的形成经历了2个主要的构造演化阶段:菲律宾海板块与太平洋板块在晚始新世至晚渐新世期间相互作用并形成了古马里亚纳-雅浦海沟;晚渐新世以来菲律宾海板块与卡罗琳板块的相互作用对古海沟构造改造,进而造就了雅浦海沟-岛弧当今复杂的构造形态。

深海海山区地磁日变观测系统设计及应用

地磁日变改正数据的合理选取直接关系到海洋磁测的成果精度。深海海山区磁力测量常因缺少测区附近的日变观测数据而使磁测结果得不到准确校正,从而导致磁力数据处理产生较大误差,影响磁法勘探的效果。为提高深海海山区磁力测量日变改正的精度,介绍了一种深海海山区地磁日变观测系统,分别从海洋磁力日变站布设位置的选取、锚系的设计、锚系的布放与回收等方面对已有海底日变站观测系统进行改进,提高了深海海山区海洋磁力日变观测数据的质量,弥补了以往深海海山区地磁日变站的不足,避免以往出现的不能安全回收和故障率高等问题。通过后期实测数据的质量统计与分析,确定本文所采用的方法的准确性与合理性,为深海海山区布设地磁日变站观测系统提供参考。

渤海金州湾全新统沉积物声速与土力学参数的相关性

声速是海底地声学研究中的基本物理量和重要参数,研究其分布特征及其与土力学参数之间的相关性具有重要的科学意义和实用价值。基于渤海金州湾的高分辨浅地层剖面数据和钻孔取样试验数据,通过反演计算获得了全新统内微细层序的声速数据及与之对应的沉积物土力学参数数据集,从而对沉积物的声速特征及其与土力学参数之间的相关性进行研究。结果表明:金州湾全新统的平均声速为1.505~1.734 km/s,平均值为1.601 km/s;粉砂、粉土、淤泥、淤泥质黏土和淤泥质粉质黏土五种沉积物类型的声速平均值分别为1.734、1.645、1.511、1.588、1.567 km/s,变化趋势大致反映了声速随粒径和含砂量的减小而减小的特征;声速与湿密度、干密度和压缩模量之间均存在较显著的线性正相关关系,与孔隙比、含水率、液限、塑性指数和压缩系数之间均存在较显著的线性负相关关系,而与塑限之间的相关性一般,与液性指数无相关性。

南海上地幔各向异性结构及动力学含义

南海处于欧亚板块、太平洋板块和印度—澳大利亚板块的交会区,是西北太平洋一系列边缘海中最大的边缘海。关于南海的打开以往研究提出了如印度板块与欧亚板块碰撞驱动挤出以及古南海俯冲拖拽等诸多模型。本文力图通过南海海盆及周边各向异性结构来约束南海演化机制。基于同济大学2012和2014年在南海中央海盆进行的两次被动源宽频带海底地震观测试验回收的10台OBS记录仪近1年的地震数据,本文采用三种不同的横波分裂方法,获取了中央海盆针对两次远震的XKS分裂结果以及南海周边20次区域地震提供的S震相分裂结果。SKS分裂结果显示,南海中央海盆下方存在快轴方向为NE-SW向的各向异性,其成因可能与海底扩张时期沿洋脊方向的地幔流以及南海海洋板块俯冲拖拽的地幔流有关。南海及其周边上地幔存在强各向异性,且不同方位观测到的各向异性不同,快轴方向与前人SKS横波分裂结果、GPS和板块运动一致,较好地对应了区域构造运动或者地幔对流模型。各向异性结果与印度—欧亚板块碰撞驱动挤出模型以及古南海俯冲板块拖拽模型预期结果一致,与理想的地幔柱上涌驱动模型不一致。由于海盆各向异性观测特别有限,各向异性结果不能证实亦不能证伪“大西洋型”海底扩张模型、弧后扩张模型和板缘破裂模型,后续还需要更多的观测结果来证实或证伪上述模型。

基于优化参数Adam算法的全波形反演

常规的全波形反演(FWI)计算得到的梯度往往不做优化处理,并且每次计算模型更新量时还需要额外的波场延拓计算来获取迭代步长,导致收敛效率和反演精度降低.本文将深度学习中的Adam算法引入到全波形反演中来,其可在仅付出极小计算代价的前提下实现梯度的优化处理,由梯度直接计算出模型更新量,避免了迭代步长的计算,且能显著提升收敛效率和反演精度;同时针对Adam算法的默认参数优化和选取问题,通过数值实验系统分析了不同参数的全波形反演效果,并给出了更适合于全波形反演的优化参数.实验结果表明,相比于默认参数的Adam算法以及L-BFGS算法的全波形反演,基于优化参数的Adam算法其收敛速度和反演精度更高.

基于小波变换的海洋地磁日变改正研究

基于现有地磁日变理论和改正方法,对国际公开地磁静日变数据进行傅里叶变换和一维连续小波变换综合分析,判断大于0.2 Hz频段为磁扰变化场在频域的体现,并利用一维离散小波变换将数据分离,完善了已有的地磁静日变改正方法。根据日变数据特征和一维离散小波分解特性,选定sym8小波作为基本小波对数据进行7尺度分解,将日变数据中长期变化和短期变化与磁扰部分在保证保真度条件下有效分离,并与傅里叶级数分解和低通滤波处理效果作对比验证,结果显示一维离散小波变换处理效果更佳。日变数据中短、长期变化与磁扰两部分数据的有效分离并分别改正可提高海洋地磁测量日变改正质量,降低海洋地磁数据处理过程中误差累积程度,提高了现行日变改正方法的科学性、准确性。

质子旋进式海洋地磁日变站的设计与实现

目前国内在深远海地磁测量中普遍采用潜标加挂磁力仪的作业方式测量地磁日变,针对其布放、回收操作复杂且劳动强度大的缺点,设计了一套新的一体化便携式质子旋进式海洋地磁日变站。基于质子旋进式地磁测量的工作原理,采用多周期同步测量法和线性插值的过零数频算法提高了拉莫尔旋进信号的测频精度;在现有声学释放系统的基础上对声学应答和释放过程进行了改进,采用Goertzel算法提高了声学释放信号频率检测的计算效率和可靠性;将研制的仪器与国际商用仪器进行了陆地对比测试和海上实验。结果表明,研制的海洋地磁日变站性能指标满足海洋地磁测量数据的日变改正精度要求,可靠性高,而且海上操作便捷,可替代传统的海洋地磁日变测量的作业方式。

南海东部次海盆地震背景噪声分析

背景噪声的强弱是影响地震台站观测的一个重要因素。获取背景噪声的分布特征对评估海底地震仪记录数据质量及对数据的降噪处理均具有重要的指示意义。利用概率密度函数方法获取台站数据的功率谱密度的概率分布特征并与全球背景噪声高值模型和低值模型进行对比是研究台站周围环境背景噪声水平的有利手段。本研究基于南海大规模的被动源海底地震仪台阵长期观测实验的部分数据,利用概率密度函数方法研究了南海的背景噪声。首先,在全频段上对背景噪声进行了分析,并与其他台站做了对比,发现海洋的背景噪声在微震段和低频段大于高值模型且在全频带上远大于陆基台站的背景噪声,这表明海底地震仪数据质量并不高;其次,对观测过程中出现的地震事件以及其他典型信号的概率密度分布进行了归纳总结,发现远震事件、近震事件和数据丢失现象分别具有不同的优势频段和特征,这对后续滤波处理和质量检查具有重要指示意义;最后,研究了背景噪声的时间变化特征,发现台风是导致微震段时间变化的主要原因。

楚科奇海北部浅地层结构对古冰川活动的指示

北极周边陆架海域第四纪时期曾多次受到冰川活动的影响,但楚科奇海作为北极陆架海之一,其第四纪古冰川活动的存在尚需要更多数据的支持。本文利用2019年中国第十次北极科学考察中获取的楚科奇海北部的陆架和陆坡上700余km的高分辨率浅地层剖面数据,在剖面上识别出了冰川接地带楔状体、冰成碎屑流沉积、冰下混杂沉积和冰下水流沉积等多种类型的冰成沉积结构,可知研究区曾受到古冰川作用的影响。陆架坡折处被半远洋沉积隔开的上下两套接地带楔状体、隆起东南宽海槽中冰成混杂沉积中的层状泥质透镜体都指示研究区存在不止一期古冰川活动,且均曾扩展到楚科奇陆架边缘。

海洋重力不规则测线网平差模型对比分析

基于国际共享MW9006航次船载实测资料,针对目前已经被广泛运用的最小二乘和半系统差调整两种平差模型进行讨论,提出了一种适用于不规则复杂测网下重力测线数据的平差方法。规则测线网下,随着半系统差调整平差次数的增加,其结果趋近于最小二乘平差。然而,在实际应用于不规则测线网平差中时,由于存在斜交主测线和联络线的补充测线,最小二乘平差只能损失部分交点数据不参与平差而降低精度,而半系统差调整可通过遍历测线的方式计算全部交点并参与平差,但存在交点差重复参与计算的问题。所以两种平差方法又均有局限,亟待提出一种新的方法来处理解决上述问题。基于补充测线与主测线、联络线交点的分布及大小等因素,将不规则测线网分为6种类型开展最小二乘平差和半系统差调整平差工作。在对6种结果进行评价时,选取了测线精度、交点差均方根及平差结果整体均一性等三个要素进行分析评估,并最终确定不规则测线网下的平差方式及结果,最终航次内114个交点均方根降为(±1.84×10^(-5))m/s^(2)。