海水声速模型研究进展及南海声速模型展望

总结海水声速模型研究进展,将海水声速模型分为数学模型和数值模型。数学模型以经验公式、Munk模型、GDEM(Generalized Digital Environmental Model)为典型代表,数值模型以经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)模型为主要类型,基于全球数据集得到广泛应用。数学模型具有良好的拓展性但过于理想;数值模型可达到较高的声速拟合精度,但也存在局限性,需要进一步发展。以南海声速模型为切入点,总结南海声速模型的研究需要和应用需求,认为南海海水声速模型将在高精度宏观三维声速模型、动态预报宏观声速模型的方向上不断深化应用领域,取得新的进展。

南海东北部陆坡冷泉系统的浅地层剖面特征与分析

本文通过对南海东北部陆坡区浅地层剖面资料的处理,结合横跨陆坡区的长地震测线,总结了该区浅层气聚集、海底流体运移、泥火山和冷泉活动在浅地层剖面中的特征,并对剖面中出现的声学空白带现象做了分类.研究认为浊反射、增强反射等现象,反映了该区域存在广泛的浅层气聚集.对声学空白带成因的分析,认为窄空白带很可能对应海底流体运移的通道,而宽空白带则可能由沿地层分布的浅层气引起,同时提出了自生碳酸盐岩体散落分布造成声学空白的可能性.我们在南海东北部陆坡区发现了泥火山,并讨论了其运移通道及对BSR的破坏.同时发现研究区水体中存在声学异常体,推断为冷泉羽状流,指示该区存在活动的冷泉.本文依托大量的浅地层剖面数据,对南海东北部陆坡区的冷泉系统有了较全面的认识,对冷泉系统剖面特征的成因进行了初步探讨,可为南海冷泉系统研究的进一步开展提供有益参考.

麻坑、泥火山在南海北部与西部陆缘的分布特征和地质意义

本文利用新的高分辨率海底多波束地形数据与以往研究资料对南海台西南盆地及以西和中建南盆地北部及以北陆缘区域内的麻坑与泥火山分布区进行了统计、分析与总结.本文提出根据麻坑的个体平面形态、规模量级和组合形式建立麻坑的三类分类体系并进行总结阐述.麻坑的直径与坑深总体具有线性变化关系但又有区域性分布特征,可能反映了不同海区底质性质、浅地层构造活动、海底倾斜程度和海底底流等因素的不同影响;同一区域泥火山的直径与高度具有线性关系而不同区域拟合斜率差异较大,可能说明同区域泥火山形态、流体成分和来源具有高度一致性,但其分布具有区域差异性特征.研究表明,麻坑、泥火山的产生与近5Ma新构造运动期内台湾南部和南海西缘区域性走滑断裂活动相一致,主要分布在构造活动较为活跃,沉积较为薄弱的近坡折带和大陆坡区域,在具有走滑性质的台西南、莺歌海和中建南盆地分布较广、规模较大,而在其他主要张裂性质盆地中分布较少,规模较小.其分布特征一方面能够说明某些区域流体的大量渗漏与逸散,另一方面也能够说明某些区域持续的构造活动有利于该区域深部流体的重新聚集与成藏,从而成为指导油气资源勘探的重要参考指标.

海底冷泉的地震海洋学初探

海底冷泉活动在全球大陆边缘海域广泛分布.与传统利用高频声学方法探测海底冷泉羽状流不同,本文利用常规多道反射地震(地震海洋学)方法对海底边界附近水体进行成像,结合盆地流体逸散结构特征,圈定活动冷泉流体活动发育位置,分析其地震反射特征和流体活动特征.研究表明,活动冷泉流体渗漏、逸散活动在多道反射地震剖面上一般呈羽状、扫帚状和不规则状几何形态,内部反射杂乱,反射振幅偏弱,但也有振幅增强的情况出现,这可能是由于含有较多泥质和细粒颗粒物悬浮.所造成的.冷泉活动一般与盆地内部泥底辟、流体管道、断层和裂隙、气烟囱、海底麻坑和泥火山等流体逸散结构相关,反映了地层内部流体自深部向浅部运移,在海底渗漏、逸散形成了活动冷泉.但分析结果仍需要进一步实地观测和理论模拟等相关研究确认.

南海北部东沙海域巨型水下沙丘的分布及特征

本文基于多波束测深和高分辨率多道反射地震数据研究了东沙海域深水巨型水下沙丘的特征.巨型水下沙丘发育在230~830m水深的上陆坡范围内,呈斑块状分布.NW-SE向的近海底流体运动不仅冲蚀地层,形成了三条与水下沙丘间隔分布的冲蚀带,为水下沙丘提供了沉积物来源,同时也为水下沙丘的形成提供了动力源.研究区水下沙丘波长(L)范围55~510m,波高(h)范围1.5~20m,二者呈指数关系分布.沙丘的波长随水深增大而增大,波高则在500~700m水深范围内最大.水下沙丘NE—SW向展布的脊线和几何参数关系是与现今水动力条件相平衡的结果.

南海东北部陆坡天然气水合物区的滑塌和泥火山活动

本文研究了南海东北部陆坡天然气水合物区滑塌和泥火山活动的特征及表现形式,探讨了滑塌和泥火山活动对天然气水合物成藏的影响,提出了滑塌主导和滑塌、泥火山共同作用两种控制模式。根据地震数据、浅层剖面和海底地形数据解释,将研究区划分为规则滑塌区和泥火山活动影响区,并识别出泥火山、泥火山脊、凹槽、凹坑等特征地形。滑塌和泥火山活动是陆坡天然气水合物发育区重要的地形控制因素,两种活动共同作用产生复杂的地形特征。综合多条地震测线中似海底反射层(BSR)形态、连续性和滑塌、泥火山活动的关系,认为滑塌控制的区域,BSR连续,天然气水合物储藏较完整,泥火山活动区天然气水合物储藏也仅受到局部破坏。同时指出滑塌和泥火山活动对研究区长期天然气渗漏活动具有重要作用。

地震海洋学方法在海洋混合参数提取中的研究与应用--以南海内波和地中海涡旋为例

混合是海洋中普遍存在的一种海水运动形式,对多个海洋学分支的研究具有重要的影响.随着物理海洋学的研究重心从大尺度向中小尺度现象过渡,近年来混合问题的研究重心也逐渐转向了中小尺度现象.内波与中尺度涡都是非常重要的中小尺度物理海洋学现象,对海洋能量在不同尺度中的级联发挥着重要的作用.本文基于地震海洋学研究了海洋混合参数的提取方法,并以南海内波和地中海涡旋为例进行了计算和分析.结果显示,南海内波在200～600m深度范围内所引起的混合可达10^-2.79 m^2·s^-1左右,比大洋的统计结果10^-5 m^2·s^-1高出两个数量级以上.而地中海涡旋所引起的湍流混合率可达10^-3.44 m^2·s^-1左右,与大洋统计结果相比高出1.5个数量级左右,并且地中海涡旋下边界的混合要强于上边界,这一特征与前人的研究一致,另外涡旋上边界之上以及侧边界的外侧也具有非常高的混合率.

南海海盆区莫霍面分布规律及其对深部钻探的意义

钻遇莫霍面是人类一直以来的梦想。深海海底是地球上离莫霍面最近的地方,目前有研究推测南海是世界上莫霍面深度最浅的海域之一,但缺乏足够的直接证据。深反射地震探测可以直接揭示岩石圈的构造形态,是莫霍面探测的重要手段。本文基于长达15000 km的深反射多道地震剖面的解释、处理、制图和分析,结合前人的研究,形成了南海海盆区莫霍面反射特征和空间分布的初步认识。①南海东部次海盆南部早期经历了较快速扩张,岩浆供应充足,受扩张停止后岩浆活动影响较小,基底平坦,地质构造相对简单,同时洋壳地震速度结构不存在异常,且有较强的广角莫霍面反射波和可识别的地幔顶部折射波,具备莫霍面钻探的基本条件。②南海海盆不同区域的莫霍面反射强度存在较大差异。其中东部次海盆莫霍面反射最为强烈且清晰,西北次海盆次之,西南次海盆仅有零星出现的清晰莫霍面反射且可信度不高。③识别南海海盆区莫霍面地震反射长度超过3500 km,首次形成了海盆区深度域莫霍面地震反射空间分布图。与重力反演的莫霍面深度相比,利用深反射多道地震计算的莫霍面深度细节更为丰富,并且可以在垂向上清晰刻画莫霍面的结构。整体上,南海海盆区莫霍面地震反射强烈和可信度高的区域中,深度较浅的区域之一是东部次海盆南部,最浅处仅约9.5 km,其中水深4.01 km,洋壳厚度仅5.54 km。综合判断,东部次海盆南部是南海重要的莫霍面钻探备选区,这对南海莫霍面钻探选址具有重要意义。

南海北部雾状层分布和特征的地震海洋学研究

利用地震海洋学方法在南海北部陆架和上陆坡区域发现了15个雾状层.这些雾状层的延伸长度从几千米到几十千米,厚度十几米到一百米,其顶界所处水深在135m至715.5m范围之间.雾状层在地震海洋学剖面上表现为强反射特征.不同于其他传统声学或光学方法,地震海洋学方法分辨率高,且能在短时间内对整个水体进行成像,可以记录到雾状层的时空变化特征,实现对雾状层的"四维"观测.南海北部上陆坡区域是内孤立波浅化、能量耗散集中的区域,在此过程中内孤立波会导致较大的波致流速,侵蚀海底使得表面沉积物再悬浮,进入水体,形成和维持雾状层的存在.

南海东部次海盆南侧基底结构与沉积特征及其控制因素

南海东部次海盆经历了完整的海底扩张过程,对其进行从北至南、从东到西系统的研究有助于进一步认识南海的演化过程。通过南海东部次海盆3条多道地震剖面的解析,对其基底形态、沉积充填和岩浆活动特征进行研究,首次揭露了南海东部次海盆南侧东西向的沉积-构造特征。结果表明,南海东部次海盆南侧基底主要分为两种类型:一种为崎岖不平、深海丘陵和海山发育,且基底隆起表现为“东高西低”;另一种基底相对平坦,局部有岩浆侵入。两种基底形态受海底扩张速率、板片俯冲挠曲和扩张后岩浆活动等因素综合控制。东部次海盆南部的沉积充填类型主要有3种,受构造、沉积作用和物源供给共同控制,总体上呈现出邻近扩张脊一侧沉积薄、靠南部陆缘一侧沉积厚;东部边缘因构造挠曲等因素,基底构造隆起更强,形成较薄沉积,厚度最小处约160 m。基于沉积-构造-岩浆特征,构建东部次海盆南部海底扩张末期以来(16 Ma至今)的沉积-构造演化模型,对南海形成演化研究具有重要意义。

南海北部天然气渗漏系统地球物理初探

本文主要针对南海北部大陆边缘发育的5个沉积盆地——台西南盆地、珠江口盆地、琼东南盆地、莺歌海盆地和中建南盆地,分析了近年来利用地球物理方法研究南海北部天然气渗漏系统的成果,重点包括3个方面:天然气水合物的储藏、流体运移通道以及海底表面渗漏特征。其中表征天然气水合物存在的似海底反射BSR在台西南和珠江口盆地发育明显,莺歌海盆地发现有大型气田;5个盆地流体运移活跃,其内发现了多样的运移通道:断层、底辟、气烟囱、多边形断层及水道(峡谷)等破裂结构;海底表面渗漏特征也在台西南、珠江口、莺歌海和中建南盆地均有发现。南海北部大陆边缘天然气渗漏系统广泛发育,值得进一步深入研究。

南海东北部深水区泥火山的分布与特征

前人在南海东北部发现许多与天然气渗漏相关的规模大小不一的泥火山。受数据类型和分辨率所限,这些泥火山规模大小存在数据断层。利用多波束地形数据,在研究区域新发现了27个直径在300~1170m、高度在5~120m范围内的泥火山,并且这些泥火山大多发育在海底侵蚀作用强烈的峡谷中。南海东北部海底地层中泥质和烃类来源充足,较快的沉积速率构成的超压体系以及强烈的挤压构造应力作用,使得含气高压泥浆上涌,穿透峡谷较薄的沉积层,这些黏性泥质在海底表面堆积形成了泥火山。

南海东沙海域网状沙丘的发现及其成因探讨

基于多波束测深和高分辨率多道反射地震数据,以及遥感资料研究南海北部东沙海域深水沙丘,总结底形形态分布特征,分析其水动力成因.按照空间分布形态将沙丘分为平行沙丘、波状沙丘和网状沙丘,本文首次发现水下网状沙丘,重点讨论网状沙丘的特征分布和形成机制.网状沙丘发育在东沙环礁东北部水深约352~420m之间,研究发现其延伸方向共有三个走向:NS、NE-SW和EW,前两个方向为西向传播的内波所致,而最后一个则很有可能是由洋盆西向传播的内波遇到东沙环礁后形成衍射,向北传播的内波引起了向南的近海底底流,冲刷海底底层,剥蚀出足够的沉积物颗粒,从而形成EW走向的水下沙丘.值得一提的是,在多边形网状沙丘的上方,反射地震剖面揭示水层中发育与下方沙丘相当波长的高频震荡内波,并且在遥感资料上也发现相关的衍射和内波干涉区域,而内波干涉很有可能导致高频震荡,从而形成网状沙丘.本研究丰富了水下沙丘形态类型,探讨了新型水下沙丘的形成机制,在陆坡底沙运动及工程应用中具有重要的价值.

根据深反射地震资料识别南海北部洋陆过渡带

洋陆过渡带是被动大陆边缘的重要特征,对于理解大陆岩石圈破裂,随后的海底扩张及被动大陆边缘的形成与演化至关重要.前人通过重磁、地震等地球物理资料对南海北部洋陆过渡带进行过一些研究,但不同学者利用不同资料所确定的洋陆过渡带位置存在较大差异.本文基于高品质深反射地震剖面对南海北部洋陆过渡带进行重新解释,根据莫霍面快速抬升、地壳急剧减薄特征确定洋陆过渡带的分布范围.结果表明,南海北部洋陆过渡带位于大陆边缘减薄陆壳与正常洋壳之间,是受岩浆活动改造了的厚度急剧减薄的地壳,洋陆过渡带地壳深部发生岩浆侵入.减薄陆壳莫霍面平均埋深为21.9 km,地壳平均厚度约20.2 km;正常洋壳莫霍面平均埋深为12.0 km,地壳平均厚度为8.1 km,洋陆过渡带莫霍面埋深和地壳厚度急剧变化,其宽度大致介于46~99 km之间.南海北部磁异常条带和自由空间重力异常分布,验证了本文确定的洋陆过渡带范围的合理性.综合分析认为,南海北部洋陆过渡带的特征介于典型火山型与非火山型之间.

基于流体动力学数值模拟的海水层反射地震研究

由于多种海水运动同时存在以及地形的影响,海水层结构非常复杂,解释海水层地震相,分析海水运动过程是地震海洋学研究的新方向.本文提出结合流体动力学数值模拟与反射地震正演分析海水层地震相的方法.首先,对地形和流体建模,得到特定条件下流体运动状态;然后用反射地震正演将模拟获得的海水层温盐剖面转换为反射地震数据;进一步和实际测量得到的地震海洋学剖面进行对比,分析地形、海水运动对海水层地震相的影响.以内孤立波浅化过程为例,通过流体动力学数值模拟,获得其浅化过程中出现的下沉型、分裂、转换型三个阶段的海水层剖面;对温盐剖面进行反射地震正演,分析浅化不同阶段海水层反射几何形态、反射结构等特征.这种新方法有望解释复杂地震海洋学图像,深化海底地形对海水运动影响的认识.

南海东沙海域内孤立波形态研究

本文基于反射地震数据和MODIS遥感数据,对南海东沙海域内孤立波及孤立波群的形态有了系统的认识。内孤立波存在上升型和下降型两种极性波,又根据波形分成"钟形"、"平底形"和"碗形"三种类型,孤立波在波谷处的形状与孤立波振幅有关。单个内孤立波在传播一段时间后,受到各种因素的影响,会发育成波群。东沙海域的不同位置存在两种波群:"有序型"波群和"复杂型"波群,结合它们的位置及波群传播过程,认为这两种波群可能是孤立波从深海向陆架的整个传播过程中的两个阶段,"有序型"波群在被东沙岛阻碍后,受到各种海底地形、东沙环礁、波-波相互作用的影响,转变成"复杂型"波群。

利用地震海洋学方法研究南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征

主要利用地震海洋学方法研究了南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征,内孤立波的类型是第一模态下沉型,最大振幅有85.5 m.内孤立波自最大振幅所处深度向下,其振幅大体呈线性减小趋势,振幅随深度的减小率为0.2左右.海底对内孤立波的波形会产生一些影响,一方面海底可能会“切割”内孤立波底部,使之出现间断,另一方面海底的“摩擦”会导致近海底的内孤立波处会发育有较多次一级尺度的波动.横向上看,由地震剖面所得到的内孤立波视宽度,需经过一定的校正才能获得真实宽度,本文所研究的两个内孤立波视宽度分别是4.52和3.36 km,校正后的宽度为0.5～3 km.另外内孤立波处存在的垂向噪音反映出内孤立波具有很强的垂向剪切力.内孤立波水平波数谱与GM模型谱的对比研究表明,其能量在低波数段比GM谱大两个数量级左右.

伪随机m序列及其在电法勘探中的应用进展

m序列是目前应用最为广泛的一种伪随机序列,它最早被用于直接序列扩频系统中,后逐渐被用于数字加密、同步和误码率测量等领域.由于该序列具有类似白噪声良好的自相关特性和频带宽等优点,基于它可以实现高信噪比电法勘探系统,增强系统的抗干扰能力,因此在电法勘探中的应用越来越被重视.本文首先介绍伪随机m序列的本原多项式,软硬件产生方法,及该序列的一些特性.然后系统给出扩频通讯里窄带干扰压制算法,这些算法对地球物理勘探领域的干扰压制算法有借鉴和启迪意义,并提供了在电法勘探中该序列参数选取方法.最后详细阐述了该序列在电法勘探中的发展和研究进展,及每种方法中大地系统冲激响应公式的完整推导,以推进伪随机m序列在电法勘探中的发展.

南海北部琼东南海域活动冷泉流场特征初探

冷泉是甲烷流体运移的一种重要地质过程.作为一种重要的温室气体,海底冷泉处渗漏的甲烷流体,对全球气候变化具有重要的影响.因此,冷泉流场的研究对于冷泉地质过程和全球气候变化都具有重要的意义.本研究基于PIV(particle image velocimetry)技术,对南海琼东南海域新发现的活动冷泉视频资料进行了活动冷泉的流速流场的模拟定量研究.研究区活动冷泉的释放有两种形式:一种是天然气水合物分解形成甲烷气泡,缓慢地逸散至海水;另一种则是含甲烷流体从喷口快速喷发形成羽状流.PIV计算的结果显示,活动冷泉羽状流流场运动方向整体向上,内部为复杂的湍流,其流线呈现出蜿蜒的形态,冷泉羽状流的运动方向与流速大小均随时间的改变而改变.尽管存在一定的系统误差,但PIV计算的结果仍然是可信的,并且具有低成本、速度快、分辨率高等独特的优势.与热液流场相比,冷泉流场的研究程度相对较低,未来需要更多的工作来定量描述冷泉流场,并分析冷泉流场的变化规律.