大洋钻探过程钻速在线区间预测方法——以微型钻探船室内模拟实验为例

大洋钻探是从事海洋能源资源勘探开发和地壳构造演化研究的主要手段,常面临复杂海况扰动大、海底地层不确定性强等问题。本文提出一种大洋钻探过程钻速在线区间预测方法,以微型钻探船室内模拟实验为例开展方法的验证工作,为工程化应用奠定重要基础。首先,运用数据重采样、数据时深匹配、数据滤波等方法对多源大洋钻探数据进行预处理。其次,引入极限学习机、粒子群优化等方法建立钻速点预测模型。再者,利用非参数估计方法构造置信区间,建立钻速区间预测模型,并开展钻速区间预测。最后,通过滑动窗口方法在线更新区间预测模型参数,实现模型的在线学习和优化。微型钻探船室内模拟实验的对比结果验证了所提方法具有很强的钻速预测能力和鲁棒性,为大洋钻探过程钻速优化控制提供了新的工程解决方案。

科学大洋钻探与天然气水合物

天然气水合物是由水和甲烷等气体水分子组成的冰状物,主要分布于海洋陆坡区和陆地永久冻土带,是21世纪理想的替代能源。科学家已对天然气水合物的物理化学性质、产出条件、分布规律、勘查技术、开采工艺、经济评价及开采可能造成的环境影响等进行了广泛而深入的研究。大洋钻探计划(ODP)是获得深部含天然气水合物和游离气沉积物的唯一途径,已成功实施了164和204两个以天然气水合物为主要目标的航次,分析研究了含天然气水合物沉积物的原位物理化学特性和地球物理性质,探讨了气体—水—沉积物—水合物间的相互作用机理,为气体储量计算提供了依据,对推动水合物研究作出了重大贡献。综合大洋钻探计划(IODP)的启动,将为人们深刻理解地球历史和地球系统过程(ESP),特别是认识天然气水合物在地质过程中的作用,提供前所未有的机会。

科学大洋钻探回顾与展望

本文回顾了科学大洋钻探40多年的发展历程,综述了大洋钻探计划的重要科学成就,展示了新世纪IODP大洋钻探将使用多个钻探平台,采用新的以地质作用为导向的研究方法,着重研究三个大的科学课题:深部生物圈与洋底下的海洋;环境变化,过程和结果;固体地球循环和地球动力学。地球正在“变小”,人类要改善与她的关系。IODP将为我们提供可能的信息。

南海及邻域基础地质问题与中国大洋钻探选址

大洋科学钻探是研究海洋地质、探索地球系统的一盏明灯。国际大洋钻探计划自1968年发起至今已实施50余年,历经“深海钻探计划(DSDP)”、“大洋钻探计划(ODP)”、“综合大洋钻探计划(IODP)”和“国际大洋发现计划(IODP)”四个阶段,已经成为地球科学领域迄今规模最大、影响最深、历时最久的国际大科学计划。国际大洋钻探计划的实施改变了我们对地球系统的认识,包括对海底扩张的首次确认、南极和北半球冰川史以及海底极端环境生物圈的发现等。

东亚东倾地形格局的形成与季风系统演化历史寻踪--综合大洋钻探计划683号航次建议书简介

围绕IODP 683号建议书,介绍东亚东倾地形格局与季风系统演化历史的相关研究。新生代全球宏观环境格局发生了一系列重大变化,表现为岩石圈活动强烈,板块漂移导致海陆格局和地貌格局的变化,并引发洋流和大气环流的改组,最终导致全球气候的重大变化。新生代岩石圈运动和气候变化表现最为典型的地区是亚洲,其中最具标志性和全球意义的地质事件是喜马拉雅山和青藏高原的隆升及亚洲季风系统的形成与演化。青藏高原隆升最直接的结果是亚洲地区现代地貌格局的形成,大江大河的发育,并在很大程度上影响了亚洲季风系统的形成与演化。综合大洋钻探计划683号航次建议书,计划在长江中下游盆地和东海陆架盆地实施钻探,以获得长江历史演化和东亚季风演化的地质记录,并为研究青藏高原的演化提供新的证据。

大洋钻探计划管理机制及启示

国际大科学计划和大科学工程是一个国家综合实力和科技创新竞争力的重要体现。牵头组织大科学计划对于我国增强科技创新实力、提升国际话语权具有积极深远意义。鉴于我国目前在国际大科学计划设计布局及管理中经验不足的现状,选取包括深海钻探计划(DSDP,1968—1983年)、大洋钻探计划(ODP,1985—2003)、综合大洋钻探计划(IODP,2003—2013)、国际大洋发现计划(IODP,2013—2023)四个阶段在内的大洋钻探计划为例,分别从计划的演化过程、管理机制、经费来源、成果管理及共享制度等角度进行分析,提出任务驱动、协同管理、多渠道经费筹集、研究权益划分、细化共享、重视人才队伍建设、加强监督评估等具体建议。

西太平洋科学大洋钻探的地球动力学成果

西太平洋聚集了地球上大量的边缘海盆和俯冲带,在全球地球动力学研究中占有举足轻重的地位,一直以来都是大洋钻探的重点区域。文章通过归纳过去40年来科学大洋钻探在西太平洋的地球动力学成果,分析当前大洋钻探的现状,进而探讨仍然存在的问题及未来钻探的区域。钻探成果揭示了边缘海盆的演化过程,包括日本海盆的弧后海底扩张成因,菲律宾海的弧后扩张和残留弧的形成模式及南海构造演化过程。深海沉积物的研究及玄武岩的地球化学分析为海盆的扩张成因提供依据,同时为了解海盆扩张过程中的地幔演化过程提供重要信息。大洋钻探成果表明,俯冲倾角大小不仅影响俯冲工厂的动力学机制,而且对俯冲板块耦合性具有控制作用。目前日本南海海槽发震带钻探项目的最大钻探深度为3056米,未来几年有望获得发震带的岩石样本。对于西太平洋的两个重要构造单元-Shatsky海隆和翁通—爪哇海台的成因机制问题,大洋钻探获取的依据仍不能单一地支持某一个假说。在南斐济海盆及赫布里斯海盆发现的大洋红层的形成主要受控于海盆的海底扩张事件。苏拉威西海和南海发现的大洋红层直接发育在大洋玄武岩之上,可能为海盆的扩张起标定作用。虽然过去进行了大量的钻探工作,但因西太平洋边缘海盆具有很大的构造多样性和复杂性,仍然有很多科学问题有待进一步开展研究。

大洋钻探与南海的形成

南海是太平洋西部边缘海之一。由于其特殊的大地构造位置和复杂的地 质结构，多年来其形成演化一直是地学界研究和争论的焦点。在南海开展大洋钻 探，不仅可以回答南海形成演化方面的一系列问题，而且对于研究边缘海的形成演 化过程和欧亚板块、印一澳板块、太平洋板块的相互作用与影响，以及全球构造运 动都有重要意义。

大洋钻探对海底热液活动研究的贡献

大洋钻探为海底热液活动研究提供了大量数据资料和样品。在此基础上,通过研究流体—沉积物/岩石相互作用,热、物质通量和流体流动,分析构造对海底热液活动的控制作用,使人们对海底热液循环有所了解,并对深部热液成因石油的特征,海底热液沉积物的空间结构和物质组成,以及深部生物与海底热液活动的关系有了一些认识。未来通过实施IODP,海底热液活动研究将会取得更多新的成果。

科学大洋钻探船的回顾与展望

科学大洋钻探是地球科学领域规模最大、最为成功的国际合作研究计划,40余年来取得了令人瞩目的科学成就,大洋钻探船则是其中的关键。国际上先后有美国的"格罗玛·挑战者号"、"乔迪斯·决心号"和日本的"地球号"投入科学大洋钻探。正在使用中的"乔迪斯·决心号"和"地球号"各有优缺点,这两艘船向地球更深处钻探都有困难,因此,吸收美、日两艘船的经验,建造一艘能够向地球深部钻探的新一代科学大洋钻探船十分必要。本文介绍了科学大洋钻探船的历史和现状,讨论了中国建造大洋钻探船的重要意义和主要技术指标。

大洋钻探(ODP)与测井地质研究

ODP（大洋钻探）是DSDP（深海钻探）的继续．它验证了岩石层板块构造理论，揭示出晚中生代以来的全球气候变化过程，还带动了一批新学科，如层序地层学、锶同位素地层学的出现，使地质学从零星的描述发展到地球系统研究阶段．同时，使测井技术层次由油气、煤炭测井上升到测井地质的成因研究．

大洋钻探与中国的海洋地质

中国的大洋钻探开始于20年前南海的ODP184航次。20年来,中国在国际大洋发现计划(IODP)中的作用大幅度提升,最近5年里在南海实现了三个半IODP航次以探索其裂谷与扩张过程。积极参加国际大洋钻探合作为中国的海洋地质学科带来了深刻的变化,不但将研究区域从近岸扩大到深海,而且壮大了中国深海科学研究队伍。边缘海构造和气候变化低纬驱动两方面的研究进展,就是成功的例子。现在中国为了增强在大洋钻探国际合作的作用,制定了三步走的方针。作为第二步,中国将提供执行钻探航次的钻井平台,从而进入大洋钻探的核心层。与此同时,中国提出在2020年主办国际学术大会,准备制定2023年以后的国际大洋钻探科学计划。对于中国深海科学界来说,这些新任务都将是空前的挑战,是否能够成功将取决于我们在科学上的准备程度。

新十年科学大洋钻探——照亮地球的过去、现在和未来

新十年国际大洋发现计划(2013—2023)以探索深部了解整个地球系统为目标,围绕气候与海洋环境、深部生物圈、地球内部与表层连接、灾害与观测等四大科学主题,预测未来,预警灾害,提出了14个前沿科学问题。继板块构造学说掀起地球科学领域的一场革命之后,科学大洋钻探将触发地球科学领域新的革命。

大洋钻探天然气水合物储层测井评价研究进展

国际科学大洋钻探计划自1970年首次在布莱克海脊钻遇天然气水合物(以下简称水合物)以来,迄今已在全球三大洋(太平洋、大西洋、印度洋)的大陆边缘总共53个站位钻遇了水合物,采集了大量的地球物理测井资料,为理解水合物及其宿主沉积物原位特性提供了关键信息。水合物所具有的不导电、低密度、高声波速度、高含氢量等特性,为根据测井资料识别水合物并预测其分布提供了重要的依据。目前已提出的一系列根据测井资料估算水合物饱和度的方法,主要包括阿尔奇公式、密度-核磁共振测井联合、各种形式的三相声波方程以及基于不同岩石物理模型的弹性波速度模拟等方法。海底水合物具有明显的非均质分布特性,主要表现在水合物分布对宿主沉积物岩性的选择性以及在相同岩性宿主沉积物内部对成核部位的选择性上。尽管测井资料在评价水合物分布的非均质性、推断水合物生长习性方面已经得到了初步应用,但仍然存在着一些不足:①大洋钻探水合物测井解释中所依赖的地层模型还是过于简单,大多数都是两组分或三组分模型;②高分辨率随钻测井资料的应用还很有限;③测井解释与岩心地质研究的结合还不够紧密。结论认为,将水合物与宿主沉积物视为一个整体,基于更为复杂的地层模型,在岩心标定的基础上,依据多种高分辨率随钻测井资料,联合反演地层的岩性组分、孔隙度和水合物饱和度,或许是未来水合物储层测井评价发展的一个重要方向。

大洋钻探与大洋地壳研究

近代地球科学有两大发展趋势：一是向地球深部延伸，目的在于探查地球深部的物质组成￣［１］与作用过程，其代表性学科即地球动力学；二是向全球性扩展，把区域性的地学问题同全球变化联系起来，研究大气圈、生物圈、水圈和冰冻圈的变化及其复杂的相互作用，代表性学科即广义的环境科学。由于海洋占地球表面的７１％以上，洋壳只有５～６ｋｍ厚，海底又有丰富的矿产资源，因此人类目前比以往任何时候都更加重视海洋科学的研究。多国合作、学科交叉、全球考虑、发展技术等成为海洋科学研究中的突出特点。大洋钻探计划（ＯＤＰ）是当今举世瞩目的国际性海洋科学研究计划，其前身深海钻探计划（ＤＳＤＰ）孕育了本世纪７０年代的地学革命，为“新全球构造理论”──板块构造学说的发展提供了关键性的证据。自１９８３年启动的ＯＤＰ已取得了举世公认的丰硕成果，其作用很可能会导致下一个世纪的另一场地学革命。本文论及了ＯＤＰ与大洋地壳研究的关系。

大洋钻探重入钻孔技术与系统发展应用

通过对美国“格罗玛·挑战者号”、“乔迪斯·决心号”以及日本“地球号”大洋钻探船搭载的重入钻孔系统进行调研,介绍了大洋钻探重入钻孔技术现状、系统组成、工艺流程与应用。经过了大量实践验证的“挑战者号”和“决心号”上的重入钻孔系统和采用的重入方法是成熟可靠的,可为我国大洋钻探船的建造提供经验和借鉴。

大洋钻探与青藏高原

青藏高原的隆升历史在海洋沉积中得到记录。印度洋的两大深海沉积扇──孟加拉扇与印度河扇（总面积４×１０５ｋｍ￣２）──便是第三纪中期以来喜马拉雅山脉上升剥蚀的产物。南海北部陆架的莺歌海盆地中巨厚的海相沉积（仅第四系便达２０００ｍ）系来自红河三角洲，也应是青藏高原隆升的结果。另一方面，青藏高原隆升可能是全球新生代变冷和东亚季风兴起的原因，也是世界大洋化学成分和沉积速率显著变化的原因之一。上述种种，都有深海钻探和大洋钻探的发现作为根据。因此，如能将青藏高原的调查研究与大洋钻探结合起来，就可望为揭示全球环境变迂的机理作出突破性的贡献。

以大洋钻探开展冲绳海槽热液活动研究的建议

关于沟弧盆构造体系下的海底热液活动，因涉及的问题繁多，一直是海洋地质学界十分注目的重要研究课题。相比之下，西太平洋沟弧盆体系的马里亚纳海槽和西南太平洋的汤加－斐济海盆中的劳海盆都有ＤＳＤＰ／ＯＤＰ的支撑，有关海底热液活动及其构造属性、地壳类型、形成时代等已有了十分明确的结论，唯冲绳海槽至今尚未有此机会。为了迎接１９９８年大洋钻探船来西太平洋海域，特建议在冲绳海槽设站钻探，可在地理座标２７°１５′～２７°３５′Ｎ，１２６°５６′～１２７°１０′Ｅ的范围、水深１３００～１５５０ｍ水域内海底热液活动活跃区选站，连续钻探４～５孔，其目的拟解决以下４个问题：１．冲绳海槽现代海底热液活动通道在岩层中的最大透过深度及其岩石学性质；２．冲绳海槽的热液类型和成岩成矿作用；３．热液活动与地壳性质；４．热液活动在沟弧盆体系演化中的意义。

面向2024年后的中国引领的国际大洋钻探计划管理与运行机制思考

历经53年的发展,国际大洋钻探计划从DSDP(Deep-sea Drilling Program)到IODP(International Ocean Discovery Program),在机构设置、运行机制、管理模式等方面积累了丰富的经验,并得到世界各国的认可。长期以来,通过参与并成为该计划的正式成员国,我国在科学研究、人才培养、国际合作等各方面取得了快速的发展,逐步成为国际大洋钻探领域的重要一员。随着新一轮钻探计划到期,受新冠肺炎疫情和经济不景气等因素的影响,国际大洋钻探计划面临经费支持不足、钻探平台到期、新计划运行意见不统一等系列问题,而这对提高我国在该领域的国际影响力和话语权是一个重要的机遇。为此,建议我国应该进一步理顺大洋钻探运行机制,组建及实施新的运行管理机构及模式,加大科技、人才、国际合作等方面的投入力度,充分调动国内外科学家以及政府和民间的积极性,推动我国引领的国际大洋钻探事业发展,为全球海洋发展和生态文明建设贡献中国力量。

科学大洋钻探中的新技术

大洋钻探诸多科学目标的实现与包括钻探、取芯、测试和海底观测技术在内的各种新技术的开发和革新密不可分。即将开展的IODP计划,将对各种技术提出新的要求。在钻探技术上,将联合使用多平台,以实现区域更广深度更大的钻探作业;在取芯技术上,取样范围更广,从各种岩石取样到地下流体的取样,并要求样品保持原始状态,同时确保获得更高的岩芯采收率;在测试上,要求采用随钻测试技术,以适时地获得地下真实信息;在观测技术上,要求开发各种工具,去除由于钻探造成的扰动,使得各种观测仪器能够进行长期的跟踪观测。