海洋地球物理研究与海底探测声学技术的发展

海洋地球物理以物理学的思维与方法研究占地球三分之二面积的海洋系统.20世纪地球科学迅猛发展,它的重大进展是海底扩张说与板块构造说的出现和海底大洋的发现,以及前者所引发的地球科学思想革命,从固定论向活动论的思维转变.海底研究对于20世纪地球科学发展的贡献极为巨大,而海洋地球物理是推动海底科学研究的重要原动力.海洋地球物理在20世纪地球科学的发展中有过辉煌的成就,占有十分重要的地位;在新的21世纪里,海洋地球物理研究仍然保持着前沿科学的地位,继续推动着地球科学的进展.目前的海底探测主要还是依赖于声学探测技术.水下声学定位技术是实现水下探测系统精确定位和海底高精度探测的基础.传统性的海洋地震探测技术是研究海底构造与海洋岩石圈深部结构和寻找海底矿产的主力技术,它近年来无论在海上采集技术还是数据处理技术方面都发展得很快.多波束测深、侧扫声呐测图和海底地层剖面测量等则是近数十年快速发展起来探测海底浅部结构信息的技术.这些技术已经在当代海底科学研究、海底资源勘查、海洋工程和海洋开发,以及海洋军事活动等方面发挥出极其重要的作用.

南海大陆边缘动力学:科学实验与研究进展

国家重点基础研究发展计划(973)项目(2007CB411700)首次在南海南部大陆边缘及西南次海盆开展长排列大震源多道地震、海底地震仪(OBS)折射/反射地震等的综合地球物理探测,结合地质构造、地球化学、动力模拟等的综合研究,形成如下重要认识:南海海盆新生代发生了早、晚两期海底扩张.早期扩张发生于33.5～25 Ma,经过1.5 Ma的调整,晚期扩张发生于23.5～15.5 Ma.早晚两期扩张均为由东向西传播的渐进式扩张,构造上具有南北分块、东西分带的特点.南海新生代南、北陆缘沉积盆地从断陷到坳陷的构造转型时间存在差异,并分别与海盆晚期扩张和早期扩张的结束时间相对应.南海新生代陆缘张裂变形具有随深度变化的特点,海盆的洋壳深部和上地幔顶部存在磁化现象,地幔没有明显的速度异常.南北大陆边缘均属非火山型大陆边缘,虽然北部陆缘东段存在下地壳高速层,但没有发现向海反射层,而共轭对比应沿NW-SE向进行.南海新生代南北陆缘沉积盆地形成演化存在系统差异,总体上"外油内气"呈环带分布,南部陆缘盆地具有更优的油气成藏地质条件.南海中生代南北陆缘均为华南块体的一个部分,受到古特提斯和古太平洋构造域的联合控制.

现代海底热液活动模拟实验技术

现代海底热液活动以其特有的循环、成矿机制、潜在的丰富矿产和基因资源成为近30a来地球科学领域研究的热点。现代海底热液活动涉及到高温高压的异常环境条件，是一个伴随着剧烈物理化学变化和生物过程的复杂地质过程。单纯地依靠深海调查技术已经远远满足不了目前研究的需要，而且深海调查费用昂贵，实测获得的数据和样品有限，有些参数甚至无法从野外获得。结合现代科学技术，构建室内实验平台，模拟热液活动环境及其作用过程是研究现代海底热液活动这一复杂地质过程的必要手段之一。实验模拟研究不仅可以弥补深海调查的不足，深化人们对热液过程的理解，还可以为数值模拟提供必要的热、动力学参数并验证数值模拟结果，并能够同数值模拟研究相结合定量地描述热液活动的机制和过程。

海底浅表层信息声探测技术研究现状及发展

回顾了我国海洋仪器研发的历史,综述并对比了多波束测深、侧扫声呐和浅层剖面仪等海底浅表层信息声呐探测技术的国内外研究现状:经过数十年的海洋技术研发,国内在设备研发、数据资料处理方法研究和探测数据资料应用研究等方面已取得了较丰硕的研究成果,但同时也发现在当前国内海洋技术研发中仍存在一些潜在的问题,与国外相关海洋技术尚存在一定差距。以维护海洋权益为目标的系列重大海洋基础勘测项目的启动和深海资源勘查及研究的纵深发展是近年海洋技术得以快速发展的源动力。声学底质分类、声学海底原位测试、动力地貌和构造地貌等是目前海底浅表层声探测信息资料应用于海底科学研究的热点。对海洋技术的可持续发展提出了几点建议:①提高理论研究水平;②加快仪器设备研制的国产化进程;③加强自主知识产权数据处理软件的研发;④进行探测数据资料的深层次利用研究。

海洋沉积物岩心放射性核素的γ谱测定

用 HPGeγ谱仪测定了海洋沉积物岩心的天然放射性核素 4 0 K、2 10 Pb、2 2 6Ra、2 2 8Ra、2 2 8Th、2 38U和人工放射性核素 13 7Cs.进行了不同体积样品的效率刻度 .对所用直径 75mm、高度 5～ 4 5mm柱形样品几何条件 ,14种能量的 γ射线 ,用 2次多项式拟合效率随样品高度变化的相关系数 R2 好于0 .98.用内插的不同样品高度的效率值 ,进行了 4 6.5～ 1460 .5ke V能区 5～ 4 5mm高度样品的效率刻度 .测量了一些沉积物岩心并就其中的一个柱样中 4 0 K、2 10 Pb、2 2 6Ra、2 2 8Ra、2 2 8Th、2 38U和 13 7Cs的深度分布及其所揭示的海洋学意义进行了分析。

海底天然气水合物稳定带的特征分析

水合物稳定带 (HSZ)控制着海底天然气水合物的成矿作用和分布规律 ,其厚度及分布范围决定了天然气水合物的蕴藏量 ,所以水合物稳定带的分析对天然气水合物的成矿与分布规律、成因与演化机制以及资源评价研究具有重要的指导意义。水合物稳定带本身受海底温度、压力和甲烷量等因素的影响 ,其变化会影响水合物稳定带的范围、稳定带底界的位置 。

SEDIS Ⅳ型短周期自浮式海底地震仪及应用体会

国家海洋局第二海洋研究所新引进15台SEDIS Ⅳ型短周期自浮式海底地震仪,并成功用于2006年南海中北部海底深部结构调查。详细描述了SEDIS Ⅳ型短周期自浮式海底地震仪的各项指标、主要仪器性能,以2006年南海中北部海底深部结构调查为基础,简要介绍了该型号地震仪的设置、投放、回收方法及数据处理技术,并总结了海上作业及数据处理中获得的一些经验体会。

多波束数据的海底数字地形模型构建

提出大批量多格式原始多波束数据的 DTM 构建方法，以满足大区域、大比例尺海底地形制图的需要。在多种格式原始多波束数据接口和系统内部标准数据结构的基础上，通过对数据文件、数据种类和数据运算量的有效组织管理，实施边读入、边权重配赋的网格插值，分析了高斯、指数和距离平方反比权重函数的适用性，及最小值、最大值和平均值的实用性。在权重配赋网格插值基础上，提出分形 fBM 和张力样条配合使用的方程式插值方法，保证 DTM 数据的有效外延和地形分辨。整套算法效率高，并能有效保证 DTM 的精度，对存储在外部介质的数据遍历一次即可完成网格插值。

长链烯酮及U_(37)~k值在北极海洋古温度的应用研究

在北极楚科奇海和白令海表层沉积物中检出长链烯酮化合物 ,研究结果表明楚科奇海和白令海沉积物中长链烯酮以C37∶3甲基酮占优势 ,C37～C39不饱和烯酮丰度变化顺序为C37>C38>C39.根据∑C37/∑C38比值 ,所检出的长链烯酮母质生物主要是颗石藻 (Emilianiahuxleyi) .应用Uk37和Uk′37标准校正关系式估算了表层海水古温度 ,其中Uk′37估算值为 4.1 47～ 5.70 6℃ (平均为 5.0 92℃ ) .

白令海北部陆坡100ka来的古海洋学记录及海冰的扩张历史

白令海北部陆坡B2-9柱状样中生源组分的研究显示,自MIS 5.3期以来表层生产力指标的粗组分和蛋白石含量呈阶梯状增加,反映表层生产力阶段式的增长.全新世表层生产力达到最高,并且MIS 3.2～2期高,比MIS 5.3～3.3期最低.高有机碳含量对应于高C/N比值,显示有机碳混合来源,不能作为表层生产力的指标.MIS 5.1,3.3～3.2期和全新世高的有机碳含量和C/N比值反映间冰期陆源有机物质输入量的增加.MIS 5.3期至中全新世,不断增加的陆源砂级和粉砂级颗粒组分说明随着气候的逐渐变冷,陆架海冰在不断扩张.伐冰碎屑和碳屑颗粒冰期、间冰段和末次冰消期升高,而间冰期降低,反映冰期白令海陆架海冰扩张和间冰期海冰消融的过程.冰期海冰扩张与北美大陆气候的相互关联,揭示了晚第四纪冰期旋回中自令海海冰扩张及其对全球气候变化的响应.

南海珠江口外海底峡谷形成的控制因素及过程

珠江口外海底峡谷是南海北部陆坡海底峡谷群的典型代表。该海底峡谷始于南海北部陆架,向下走向经历多次转折,峡谷末端进入南海深海盆后,发育为小型海底扇形体。该峡谷特征独特,地貌多变,不仅是陆架-陆坡-海盆物质交换的通道,也是陆缘沉积物堆积的场所。利用在该区获得的多波束数据,结合多道地震数据,研究该海底峡谷的地貌和沉积充填特征,分析珠江口外海底峡谷形成发育的主控因素和发育过程。研究发现,珠江口外海底峡谷的形成受到新生代构造作用的控制。中新世以来,白云凹陷开始发生强烈的沉降作用,变为陆坡盆地,研究区陆架陆坡深水盆地的沉积格局开始形成,陆架坡折带北迁至白云凹陷北侧。21Ma以来海平面多次下降至陆架坡折带附近,陆架出露,古珠江可以直接穿越陆架到达坡折带,并向下陆坡和深水盆地倾泻物质,从而开始了珠江口外峡谷和冲沟群的发育。研究区发育的北北西—北西向(NNW—NW)断裂控制了部分水道的展布。北侧陆坡区大量发育的小型峡谷群是陆源物质向下陆坡和深水盆地输送的主要通道。海底峡谷中下段主要依托于白云凹陷古地形发育,长期处于堆积状态,接受了经由峡谷输送的绝大部分物质。

SEDIS IV型短周期自浮式海底地震仪数据校正方法

利用15台SEDISIV型短周期自浮式海底地震仪在南海中、北部地壳深部结构调查中所获得的资料,探讨了海底地震仪数据校正的方法和校正后的效果,结果表明:使用该地震仪所获得的原始资料经过放炮时间、炮点坐标数据局部化、海底地震仪位置误差以及记录时间漂移4方面的校正后,数据更趋合理,误差显著降低。放炮时间的校正消除了时钟漂移和时间延迟的误差;炮点坐标数据局部化处理消除了炮点位置整体趋势性偏移的现象;试错法进行位置误差和记录时间的精细校正时,时间漂移的校正量值约为几个到十几个毫秒,位置校正的量值仅在几米到数百米之间,实测数据所绘曲线的形态和位置都与理论曲线十分吻合,可见校正后误差显著降低。

全海洋浅地层剖面仪及其应用

全海洋浅地层剖面仪(Topographic Parametric Sonar,TOPAS)PS 018系统是目前世界上最先进的浅地层剖面仪之一。该系统是全海洋宽带非线性差频浅地层剖面仪,可对海底地层进行全方位测量,同时还兼有测量水深的功能,最大地层穿透深度为150 m,最小分辨率为0.3 m。系统多种发射信号(Ricker波、Burst波和Chirp波)的选取方便了操作者使用,从理论上实现了全海洋测量功能。从实测剖面分析,该系统是中、深水地层测量的理想测量系统。

与海洋地磁日变改正有关的长期变化和磁扰的处理

提出地磁日变改正中需要顾及地磁长期变化和磁扰的可靠分离,保证磁力数据改正处理具有明确的基准,提高拼接整合的精度。如果日变站能够控制测区,两者可采用时间同步固定的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由日变站实测的地磁长期变化来改正,反之,对日变站和测区应分别采用时间同步变化的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由地磁正常场的地磁长期变化来改正。为此,应该明确定义与时间相关的日变改正基值为地磁正常场与地磁异常之和。通过磁静日总场观测值偏离正常场的某种形式的长期平均值,可以逼近日变站的地磁异常。磁扰的分离应保证磁扰初动和消失相对于磁静日无磁扰的连续过渡。采用综合模型一并进行日变改正、正常场及其长期变化改正,可以更好地解决目前日变改正中遇到的问题。

南海北部盛冰期以来古海洋环境变化的沉积记录

利用气候替代指标Uk37SST,浮游有孔虫Globigerinoidesruber的δ18O,δ13C,微体古生物种群变化、陆源和生源组分以及沉积物粒径等,对南海北部69孔沉积物进行综合研究.结果表明Uk37SST在冰后期为23.3～26.9℃,在末次盛冰期时为22.2～23.8℃.用浮游有孔虫转换函数法对季节温差进行估算,在冰后期为4.5～7.0℃,在末次冰期为7.0～9.0℃,两种估温法均反映了古气候变化相应的海水表层温度.69柱沉积物地层记录在末次盛冰期浮游有孔虫温带优势种Neogloboguadrinapachyderma和营养种Neogloboguadrinadutertrei丰度一致增加;热带优势种Pulleniatinaobliqueloculata和Globigerinoidesacculifer以及超微化石丰度则相应减少,而冰后期则相反.浮游有孔虫、钙质超微化石组成和数量的改变也为古海洋温度升、降提供了直接的证据.研究还表明南海北部冰后期以河流搬运为主,末次盛冰期时以风力搬运占优势,这反映了冬季风强化.

白令海表层沉积物中放射虫的深度分布特征及其海洋学意义

中国首次北极科学考察在白令海高生产力的“白令海绿带”下方采取的表层沉积物样品中放射虫组合的研究显示,这一放射虫组合的优势种为Stylochlamydiumvenustum,Spongotrochusglacialis和Antarctissa?sp.,三者的总和超过放射虫总数的50%。放射虫含量的深度分布表明,大部分属种在100—500m的深度明显增加,显然是对陆坡至陆架边缘上部水体中高生产力的“白令海绿带”的响应。并由此推断,Stylochlamydiumvenustum,Spongotrochusglacialis,Ceratospyrisborealis和Actinommaboreale等属种主要生活于500m以上水域,并与高生产力的“白令海绿带”相关,可以作为表层生产力的替代物。而Siphocampearachnea,Cycladophoradavisiana,Stylatractuspyriformis和Pseudodictyophimusgracilipes等主要生活于500m以下冷的中层水至深层水中,可以作为中层水和深层水的替代物。白令海陆坡上部至陆架边缘高的有机碳、蛋白石含量和硅质微体化石丰度指示了高的表层生产力,是“白令海绿带”的替代物,为研究“白令海绿带”的变化及其地质历史提供了可靠依据。

Lost City低温热液场——一种新的海底热液活动类型

综述了新近发现的海底热液活动的新类型——Lost City低温热液场。该低温热液场坐落于距洋中脊15km远的轴外洋底上，下伏的橄榄石经蛇纹石化反应所产生的热能是驱动该热液场的热源。低温热液场烟囱结构的矿物组分主要为方解石、文石和水镁石，热液流的温度为40～75℃．并以高pH值以及高氢、高甲烷含量为特征。Lost City低温热液场，为研究者们了解早期地球热液过程与它们所支撑的生命系统关系，探讨蛇纹石化、碳酸盐沉淀、微生物活动之间关系提供了天然实验室。

海底沙脊地貌的研究现状及进展

综述了国内外海底沙脊地貌的研究成果、技术方法以及东中国海沙脊研究中存在的问题。弓京港辐射沙脊群成因的研究依然是国内沙脊研究的焦点;东海中北部陆架沙脊地貌形成时期(海进与海退期)、沉积类型(现代、残留及潮流沉积)、沉积动力及沉积模式等研究尚存在较多争议;古潮流场的研究尚未得到足够重视。最新多波束探测数据显示,东海中南部外陆架60 m以深海域广泛分布线状沙脊群,其规模较前人预测的更大、范围更广,与长江口外喇叭状地形区中的沙脊地貌在空间分布特征和发展趋势上均存在差异。未来若能在利用多波束探测数据的基础上,对单道地震剖面、柱状样品以及钻孔等获取的多种资料进行综合分析,将更有利于对沙脊地貌的精细结构、时空展布规律以及成因机制和演化模式的研究。