海洋天然气水合物系统动态调整的异常特征及主控因素

似海底反射(bottom simulating reflectors,BSRs)是指示天然气水合物赋存深度的重要标识,已在全球多个海域研究中发现了千年时间尺度上天然气水合物系统的动态调整,地震剖面上的典型表征是存在多种类型BSR及埋深变化。本文对比分析全球典型海域BSR的地震反射特征及测井响应差异,提出BSR调整及发育的主控因素为:①冰期—间冰期旋回、快速沉积、逆冲-褶皱与基底隆升,导致稳定带底界或BSR发生调整;②构造活动释放的热流体导致BSR上移;③海底侵蚀作用、地层超压,导致BSR下移等;④重烃气体形成Ⅱ型水合物,甲烷水合物稳定带底界下部出现水合物与游离气共存层;⑤合适温度条件下细粒沉积物发生矿物相变,形成与水合物无关的双BSR;⑥局部热异常会导致同一水平地层从含天然气水合物向游离气变化,横向上出现极性反转,无BSR调整。不同因素导致的稳定带底界调整,会伴随着水合物的形成—分解—再形成的动态变化,导致地层内水合物-游离气-水的三相共存,同时伴随着多层游离气的复杂分布,在地震剖面上呈现出多种类型BSR,指示天然气水合物系统复杂性及其与游离气间的相互影响。

海洋地球科学虚拟仿真实验教学系统建设及应用

针对海洋地球科学实验教学的需要,中国海洋大学海洋地球科学学院建设了海洋地球科学虚拟仿真实验教学系统,利用虚拟现实、人机交互等信息化手段进行实验教学,建设完成了包含海底探测技术、地球科学野外实习、特色课程实验等3个虚拟仿真实验教学平台,共15个虚拟仿真实验教学模块。该平台特色显著、虚实结合、互相补充,取得了良好的教学效果。

基于VTI介质海洋CSEM和MT数据联合反演的黄海海相残留盆地深部结构研究

黄海海相残留盆地因其地层结构和深部地质构造的复杂性,一直是我国海洋地球科学的一项研究重点,虽然针对该研究区已开展了一系列的地球物理调查,但由于高速碳酸盐岩层对地震波存在着一定的屏蔽作用,致使该海域深部地震资料品质受到较大影响.海洋电磁法不受高速屏蔽层影响,有利于获得高速屏蔽层内部及其下方的深部结构信息.海洋可控源电磁法(Controlled source electromagnetic method,CSEM)和海洋大地电磁测深(Magnetotelleric,MT)能够提供海底电性结构的互补信息,较于单一的电磁方法,二者联合可获得更为准确的海底电性分布.本文提出了基于乘积目标函数的层状垂直各向异性(Vertical anisotropic,VTI)介质海洋可控源电磁和大地电磁资料联合反演方法,该方法在迭代过程中根据数据的拟合情况自适应调整CSEM和MT数据的权重和正则化因子的权重,反演参数包括海底介质的横向电阻率、垂向电阻率和地层厚度.以南黄海地质地球物理资料为例,建立浅水环境地电模型,并结合浅水环境的高噪声背景特点进行合成数据模型测试及分析.将本文所提出算法应用于理论模型合成数据和南黄海实测资料反演,结果表明,较于单独的海洋CSEM和MT反演,联合反演方法能够较准确地重构海底地层的电性分布,提高对海底地层各向异性电阻率的分辨能力.

海洋可控源电磁法次油气层探测模拟研究

海洋可控源电磁(MCSEM)法在海洋油气开发中有着独特的作用,常用于油气层识别及辅助定位。海洋油气勘探中,主油气层附近往往存在次油气层,不易进行区分。在油气开采监测时,利用时移可控源电磁法检测次油气层,可以有效降低成本、提高勘探效率。首先,开展海洋可控源电磁法的二维正演模拟,对次油气层不同厚度、相较于主油气层的不同位置及不同距离、主油气层不同埋深的多种模型进行正演模拟,正演电磁响应表现出明显差异;然后,根据归一化振幅差异分析次油气层对电磁响应的影响;最后,采用OCCAM反演,对不同开采情况下的简单油气模型和复杂地质情况下的油气模型进行反演,结果表明,随着开采过程的进行,次油气层的响应逐渐清晰,为海洋油气开采监测提供可靠的参考数据。

海洋拖缆与海底节点资料联合全波形反演

全波形反演(FWI)能够建立地下介质的高精度速度模型。受检波器制约,海洋拖缆资料通常缺少可靠的低频成分,因此基于拖缆资料的FWI容易发生周期跳跃,导致目标函数收敛于局部极值。海底节点(OBN)资料含有比拖缆资料更丰富的低频成分,联合使用OBN资料与拖缆资料进行波形反演,能够弥补低频缺失问题。然而,拖缆资料与OBN资料的震源子波不同,而波形反演结果受震源子波的严重约束。为此,提出一种不依赖震源子波的拖缆与OBN资料联合波形反演方法。在构建目标函数时将模拟数据和观测数据分别与对方的平均道进行褶积,以消除联合波形反演中的震源子波误差,达到不依赖震源子波的反演效果。使用Marmousi模型合成的拖缆资料与OBN资料进行了模型测试,验证了所提方法的可行性和有效性。

“碳中和”目标下海洋黑碳的源汇过程及其意义

黑碳是由生物质和化石燃料不完全燃烧生成的碳质混合物。由于黑碳含碳量高,具有芳构化的分子结构,可在自然环境中长期存在,因此黑碳是全球碳循环的重要组分。虽然近年来有关黑碳的性质以及黑碳在地球各圈层中的循环通量及储量的研究取得了一定的进展,但仍需进一步厘清其源汇过程,探讨黑碳在全球碳循环中的作用。初步梳理了全球黑碳循环的路径、通量、时间尺度的相关数据,分析总结了海洋黑碳源汇过程中的迁移机制及相关制约因素。分析认为:海洋沉积物是黑碳的巨大储库,储量达569~1380 Pg,黑碳可在海洋沉积物中持续存在数千年,符合当前“碳中和”背景下“有效碳汇”长周转时间这一重要条件;同时,黑碳在环境中的周转循环时间一般长于生物质碳,对全球变暖具有负反馈效应。因此,黑碳入海沉积是一种有效的海洋碳增汇和碳封存手段,可能是实施碳的捕集、利用和封存(CCUS)战略的有效途径。通过总结与评估海洋沉积物中的黑碳在“碳中和”领域的战略价值和气候意义,认为在生态环境友好的前提下,应积极调控生物质燃烧成因的黑碳的生产源头,优化黑碳入海沉积路径和埋藏海域,充分发挥黑碳在海洋负排放中的积极作用,为我国海洋“碳中和”目标的实现提供基础理论支撑。

基于多次波逆时偏移的海洋垂直缆探测精度模拟

海洋垂直缆地震勘探是一种将水听器垂直布放到水中的探测新技术,与传统的拖缆地震勘探相比,具有高分辨率和高信噪比的优势。针对海洋垂直缆观测系统的不同造成的地震照明密度差异特点,采用多次波逆时偏移成像方法,对Marmousi模型进行基于声波方程的垂直缆地震采集正演模拟和成像处理,分析了垂直缆地震勘探方法的探测精度。结果表明,当垂直缆位于勘探区域的中部时,对勘探目标层的成像更为有利,对含有自由表面多次波的地震数据进行成像能有效增加地下的照明范围,使得高陡构造区域的成像结果更为清晰。该研究对海洋垂直缆地震勘探观测系统设计和高精度成像处理意义重大。

海洋地球科学实验教学示范中心建设与实践

结合海洋地球科学省级实验教学示范中心的建设实践,从建设背景、实验室建设、实习基地建设、实验教学改革、人才队伍建设及建设特色等角度介绍了该示范中心的建设过程和成果。示范中心的成功建设,有力保障了地质学及相关专业实践教学的顺利开展,为海洋特色专业学生的实践和创新能力的培养提供高质量支撑平台,对海洋类高校实验教学示范中心的建设也具有良好的示范和辐射作用。

《中国海沉积矿物学》--海洋沉积矿物学研究的里程碑

海洋沉积矿物学研究虽经一百多年的发展,却至今没有系统全面且有一定深度的研究专著问世。陈丽蓉教授毕生致力于海洋沉积矿学研究,数十年如一日,孜孜不倦于显微镜下,虽年迈而笔耕不辍,终于成就了《中国海沉积矿物学》专著的问世。该专著是我国建国以来中国海沉积矿物学研究的科学总结,是国内外首部系统深入地研究区域海底矿物学的专著,其工作的系统性和学术思想的创新性,

速度约束的海洋大地电磁聚焦反演方法

本文利用海洋地震探测方法对速度、密度连续性发生变化的地层成像精度高的优点,提高海洋大地电磁(MT)反演空间分辨能力,提出速度约束的海洋MT聚焦反演方法,可以将OBS深部地震探测获得的速度结构模型作为先验信息引入到海洋MT反演目标函数的模型约束泛函中,对反演迭代过程中的电阻率模型施加速度结构约束。根据南黄海千里岩隆起区构建的速度-电阻率模型的反演测试表明,基于MGS聚焦稳定泛函的大地电磁反演方法可以得到高阻层以下的低阻层结构,速度约束下的海洋MT反演可以进一步提高对电阻率估计的精度:在速度约束信息准确的情况下,可以大幅提高海洋MT反演对电性结构的垂向分辨能力;当高速屏蔽层下不同地层波阻抗差异很小而影响速度模型精度时,该方法仍可利用速度梯度信息进行层位约束,提高相应层位识别能力。

地质学科基础课程建设与实践——以地球科学概论课程为例

地球科学概论是地质类院校或综合性院校面向大一年级新生开设的专业基础课和学科入门课,承担着学科启迪和价值塑造的重要作用。在课程建设中还存在教学方式难于创新、课程思政元素挖掘深度不够及考核评价标准和手段单一等问题。立足科学育人的教学理念,梳理课程知识体系;建立多样化教学方法;挖掘课程思政元素;细化成绩考核与评价,总体实现课程内容“碎片化”、教学内容“科普化”、教学方法“多样化”、教学过程“智能化”、结果评价“多元化”的目标,为塑造学生宏大的地球科学观,深入领悟社会主义核心价值观提供有效途径,为未来地质学科基础课程创新性建设与实践提供一定借鉴和参考。

海洋沉积环境和物源的元素地球化学记录释读

在海洋沉积环境和物源示踪研究中,元素地球化学方法起着非常重要的作用。保存在沉积物(岩)中的环境和物源信息,可以用多种元素地球化学方法进行释读,如研究元素的组成、相对含量和元素分布,元素间的比值关系,元素的组合、多元图解和配分模式以及研究元素与同位素关系等。充分研究元素在表生环境下的地球化学行为,其多种指标可作为古环境的替代性指标,在示踪古气候、沉积物来源、沉积环境和古海洋学事件等领域显示出有效的指示作用。冲绳海槽沉积物元素地球化学研究表明,冲绳海槽元素地球化学分区与沉积环境和物质来源是紧密对应的,由化学组分判识的物源在该区有陆源、生物源、火山热液源和自生源,第四纪以来冲绳海槽的沉积环境曾发生过很大的变化,是火山活动的高发区。

大洋铁锰结壳的地球化学与古海洋环境示踪

主要回顾近年来铁锰结壳在深度定年、主量元素、微量元素及Sr ,Nd ,Pb同位素地球化学及其古海洋环境示踪方面的主要研究进展 ,并提出有关认识和展望。

塔里木盆地志留系古海洋沉积环境的元素地球化学特征

通过对各元素的系统分析,塔里木盆地志留系水体基本属于正常海水。纵向上柯坪塔格组中段与上段的分界处古盐度最低;塔塔埃尔塔格组下段沉积时期古盐度最高,可能为局限海沉积。横向上塔中北部地区盐度较高,并且盐度变化大;通过古水深分析,志留系沉积时期为浅海沉积,盆地西北部为海水入口处,并通过稀土元素分析确定了沉积物的来源方向,盆地中央的沉积物具有同源性,来源于周围的沉积地层。根据化学岩石学分析,塔里木盆地志留系砂岩类型比较复杂,从石英砂岩到岩屑砂岩、长石砂岩都有分布。砂岩的母岩中斜长石含量比钾长石要高,可能在花岗闪长岩和花岗岩2个端员之间变化。

海洋天然气水合物元素地球化学异常的实验研究

海洋天然气水合物在生成过程中会引起周围沉积物孔隙水中元素地球化学异常, 这些异常是指示天然气水合物存在的重要标志。在自制的实验装置上, 模拟了海洋天然气水合物的生成过程, 对海水中各离子浓度的变化进行了初步研究。结果表明: 在不同的反应条件下, 水合物的生成对各离子浓度变化的影响不同。压力越大, 耗气量越大, 生成水合物的量就大、纯度高, 其排盐效应也较强, 导致海水溶液中离子浓度的增高, 而水合物中离子含量却呈降低趋势。

海洋天然气水合物及相关浅层气藏的地球物理勘探技术应用进展--以黑海地区德国研究航次为例

本文根据作者在德国留学期间参与的航次、科研以及文献资料,介绍了迄今为止国际同行,尤其是德国的科研工作者在黑海地区勘探天然气及天然气水合物所采用的地球物理勘探方法,包括高分辨率多道地震勘探方法、浅地层剖面方法、旁扫声呐方法、多波束测深方法以及卫星成像海面调查方法,这些常用及最新的方法技术已经获得了很好的效果。借此,可以为中国的天然气水合物的勘探工作以及勘探方法提供一定的思路。

虚实结合的地球科学海上综合实践教学共享平台的构建与实践

我国地球科学海上实践教学共享平台的建设远不成熟,制约了拔尖型海洋特色地球科学人才的培养。本文系统介绍了中国海洋大学近10年来地球科学海上实践教学平台的建设模式与成效。通过打造海上实践教学支撑体系、构建“三位一体”的实践教学资源、建成交互式海上实践教学虚拟仿真系统和探索虚实结合的海上实践教学共享模式等举措,建成了虚实结合的地球科学海上综合实践教学共享平台。平台为国内多所高校地球科学人才培养提供了支撑,也为地球科学实践教学平台建设提供有益示范。

国际化野外实习课程探索——以新西兰海洋地质实习为例

野外实践教学是地质学相关专业人才培养的关键,是地球科学学生将理论与实际相结合的重要途径。国际化实践教学是提升本科教学水平,促进学校一流学科建设的重要基础。自2018年起,中国海洋大学首次执行新西兰海洋地质实习项目。本文从中国海洋大学新西兰海洋地质实习的课程准备、实习路线、科学与文化交流、学生实习收获、机遇及挑战五个方面对其进行系统的介绍,并根据2018年和2019年的教学实践探索和效果评价,对未来国际化野外实习课程建设提供新的建议。虽然疫情的发生对国际化野外实习产生了一定的影响,但通过开展国际化野外实习课程可有效地提高本校的国际化教学水平,促进本科地质学专业的实践教学发展。从长远来看,国际化海洋地质实习仍然需要持久坚持。

海洋类专业“普通地质学”课程建设与实践

结合中国海洋大学海洋地球科学学院省级一流本科课程“普通地质学”的建设实践,从教学内容、重点解决的教学问题、教学改革与建设成效及课程建设特色和创新点等方面介绍了该课程的教学改革与建设成果。该课程在教学改革中,将理论教学内容进行模块化设计,构建新的教学体系,增加和强化海洋特色教学内容、注重学生专业实践技能训练,有力提高了海洋特色地质学创新型人才培养的基础教学质量,对海洋类高校一流本科课程的教学改革和建设具有一定的借鉴意义。

海洋环境中氧化还原敏感性微量元素的地球化学行为及环境指示意义

依据国内外最新研究成果,初步讨论了氧化还原敏感性微量元素(RSE)Re、Cd、Mo、U、V等的地球化学行为,其中包括海洋沉积物中RSE的来源、RSE在缺氧和无氧海区的沉淀富集机理及其环境指示意义。在此基础上讨论了利用RSE研究氧化还原环境时应注意的一些问题。RSE的沉淀富集机制不尽相同,但具有以下共同特点:①对底层海水的溶解氧浓度敏感。在正常溶解氧条件下,氧化还原敏感性微量元素在海水中呈溶解态稳定存在,而当底层海水处于缺氧或无氧条件时容易发生还原。②当底层海水处于缺氧或无氧条件时,经过沉积物—海水界面过程,受缺氧程度不同的制约,海水中呈溶解态的RSE依次在沉积物中沉淀,出现不同程度的富集。③持续还原条件下,RSE在沉积物中稳定存在;受氧化作用后,容易在沉积物中发生二次迁移和重新富集。不同的RSE其氧化还原电位不同,在氧化还原序列中的位置不同,Re在U之后Mo之前发生还原。因此,RSE在海洋沉积物中的不同富集特征和富集程度可作为还原程度指标研究底层海水的缺氧程度和底质的氧化还原环境。研究RSE的氧化还原环境指示意义,必须对RSE陆源碎屑来源组分进行剔除,同时,还应充分注意到还原沉积区发生氧化后,RSE在沉积物中会发生重新迁移和二次富集。