琼州海峡路由区工程地质特征及其与环境变化的关系

琼州海峡是粤西海域与北部湾的物质交换的通道,地质环境复杂。根据实测资料分析,结合前人研究成果,系统研究了琼州海峡海缆路由区的海底工程地质特征及其与环境演变的关系。研究表明,琼州海峡路由区水文条件、地形地貌、物质组成、物理力学性质等工程地质环境要素复杂多样,它们在分布和成因上既有区别又有联系。晚更新世以来的琼州海峡海平面的变化,决定了该区域海底工程地质条件的发生与发展。未来全球气候变暖造成的海平面的持续上升,改变琼州海峡区域环境条件,将会对经济发展和海底工程建设安全构成潜在威胁,应该引起高度重视。

莱州湾海岸带工程地质环境质量分区

依据莱州湾海岸带海陆统筹综合地质调查的成果资料,采用层次分析法和模糊综合评价法,通过构造判断矩阵,计算评价因子权重,将经度118°30′～120°00′E和纬度36°30′～37°30′N范围内的研究区划分为数百个评价单元。基于此,利用模糊综合评价公式,采用计算机编程进行运算,运用MAPGIS软件的空间分析功能,按照研究区工程地质环境稳定性评价标准对每个评价单元进行统计打分,分别对地壳稳定性、地面稳定性和地基稳定性进行评价分区。然后综合考虑各种评价因子后,最终对整个研究区的工程地质环境质量进行评价分区。

深海多金属结核开采潜在工程地质环境影响研究进展

深海多金属结核广泛分布于全球海底,资源储量丰富、开采潜力巨大。自20世纪60年代,围绕深海多金属结核开采提出了连续链斗式、穿梭艇式、管道提升式等的采矿方式,目前研究中多以管道提升式研究为主。将赋存在海床沉积物表面的多金属结核开采出来必然会引起表层沉积物的扰动,从而影响海水化学性质及海洋生物活性。国内外学者围绕深海多金属结核开采,从结核的资源储量、矿区工程地质条件、开采技术、环境影响等方面展开了诸多研究。基于国内外大量文献资料,着重整理了深海多金属结核富集区CC区(东太平洋的克拉里昂—克里帕顿断裂带之间的海底区域)的研究进展。针对以管道提升式开采方式开采深海多金属结核产生的潜在工程地质环境影响得到以下几点认识:(1)结核开采过程中对表层沉积物产生扰动致使沉积物发生再悬浮,再悬浮颗粒浓度是影响海水化学性质、海洋生物活性的主要原因;(2)矿区表层沉积物的工程地质性质是深海多金属结核开采过程中生态环境影响程度的关键控制因素,其决定了结核开采时沉积物再悬浮的质量、空间分布特征;(3)目前多金属结核开采的环境影响评价多基于对生物群落的影响程度进行定性的评价,尚未有基于沉积物工程地质性质变化、再悬浮沉积物时空分布规律进行的环境影响评价,未来深海多金属结核开采环境工程地质影响定量评价系统有待建立。以上认识对于深入了解多金属结核开采研究现状、工程地质环境影响特征、监测环境影响内容有重要意义。

海洋工程地质进展--国际海洋工程地质学术研讨会(ISMEG 2016)总结

2016年10月20~24日,国际海洋工程地质学术研讨会(ISMEG 2016)在中国青岛顺利召开。本次研讨会是在国际工程地质与环境协会(IAEG)架构下,由海洋工程地质委员会(C34)主办的第一届全球规模的海洋工程地质学术研讨会。研讨会的主题为"海洋工程地质与地质灾害防护",设置了海洋沉积物工程特性、海洋地质灾害、海岸带工程地质、海洋工程地质勘察技术和数据分析、海洋沉积物-工程结构相互作用、海洋新能源开发过程中的工程地质问题等6个专题。研讨会共设13个会议特邀报告、57个专题口头报告、15个优秀展板报告,还安排了会前短期课程、会后考察等会议内容,为全球海洋工程地质工作者搭建了一个交流学术思想、分享科研进展、促进全球合作的平台。研讨会在中国召开,体现了我国在国际海洋工程地质界的学术地位与号召力。总体而言,我国以及世界海洋工程地质发展迅速,但仍处于初期阶段。我国的海洋工程地质研究应顺应国家战略需求,着力解决海洋工程建设中遇到的新问题。

海洋资源开发与海洋工程地质——第二届国际海洋工程地质学术研讨会(ISMEG 2019)总结

2019年10月18~20日,第二届国际海洋工程地质学术研讨会(ISMEG 2019)在中国大连成功召开。本次研讨会是在国际工程地质与环境协会(IAEG)架构下由海洋工程地质委员会(C34)主办,海岸与近海工程国家重点实验室(大连理工大学)承办的全球性海洋工程地质学术研讨会。研讨会以"海洋资源开发与海洋工程地质"为主题,针对海洋土工程性质、海洋地质灾害与工程防护、海洋工程地质原位勘测、监测与试验模拟、海洋资源开发水动力环境与作用、海床沉积物和天然气水合物开采、海洋工程结构基础、海流-结构-海床相互作用等7个专题设置了10个特邀报告、21个主题报告及71个学术报告。作为国内外海洋工程地质研究者交流、分享、合作、创新的平台,国际海洋工程地质学术研讨会二度在我国召开,是对我国海洋工程地质学科快速发展的肯定,同时也对我国海洋工程地质研究取得高水平成果和成果转化提出了更高要求。

基于数字孪生理论的济南四维地质环境信息系统研发

将数字孪生理论应用到城市建设的地质工作中,并基于此打造一套四维地质环境信息系统。以济南泉域为例,根据已有的海量、多源、多比例尺、实时的城市地质数据,结合数字孪生理论,建立四维地质环境数据库和数字孪生模型,搭建地质环境实时监测网络,研发四维地质环境信息系统,从而实现城市地质数据挖掘分析,辅助政府在信息化、智慧化建设中的科学决策,推动创新技术支撑智慧城市建设。应用数字孪生理论,研发海量异构数据的全空间融合展示分析系统具有很好的发展前景。

复杂深海工程地质原位长期监测系统研发与应用

海底滑坡、浊流等深海底地质灾害严重威胁海洋工程安全,是国家深海开发亟待解决的风险问题。为避免深海海底地质灾害对海底工程造成危害,解决深海海底地质灾害监测预警的难题,我们研发了一套复杂深海工程地质原位长期监测系统。该系统通过声学、电阻率、超孔隙水压力等方法监测深海海底沉积物的物理力学性质变化,实现了对深海海底地质灾害的监测和预警。该系统主要包括海床基搭载平台、监测系统、通信控制系统、供电系统等。其中监测系统主要通过原位长期监测海底沉积物的电阻率、声学、超孔隙水压力等的变化来获取海底沉积物的物理力学性质变化;通信控制系统可以实现海底到海面,再到陆地的双向通信和数据传输。其中供电系统通过独特设计的海水电池工艺,可以满足该系统在海底长期工作一年的电量需求。复杂深海工程地质原位长期监测系统已完成了近海测试,并搭载“海洋地质六号”“东方红三号”“张謇号”等科考船在南海进行了多次远海海试,获取了丰富的实测数据。电阻率监测系统采用温纳法滚动测量,测得的水土界面位置平均电阻率为0.207Ω·m。超孔隙水压力监测系统采用开放式结构的压差式光纤光栅孔压测量方法,监测到孔压观测的4个标志性阶段:(1)贯入过程引起的超孔隙水压力累计,峰值为34.942 kPa,历时0.182 h;(2)贯入完成后累积的超孔隙水压力衰减,衰减到9.973 kPa,历时为0.810 h;(3)环境应力引起的超孔隙水压力实时响应,超孔隙水压力的变化范围为8.327~14.384 kPa;(4)残余孔隙水压力平均值为11.150 kPa。声学监测系统采用两个一发三收模式,测量的海水平均声速为1 533 m/s,测量的海底沉积物自上而下的平均声速依次为1 586、1 587、1 784、1 735、1 831 m/s。复杂深海工程地质原位长期监测系统的成功研制将显著提升目前海洋工程地质原位长期观测的技术能力,解决复杂深海工程地质评价及地质灾害监测预警的技术难题。

海底碳封存环境地质灾害风险及监测技术研究

海底CO_(2)地质封存是我国实现“双碳”目标的重要组成部分,但CO_(2)泄露具有诱发海底地质灾害的风险,威胁海洋工程的安全建设,因此开展封存区环境地质监测对海洋碳封存实施具有重要的现实意义。本文在简要介绍海底CO_(2)地质封存示范案例的基础上,阐述了海底封存区CO_(2)泄露的致灾机制,结合实例梳理了典型CO_(2)控释试验中的海洋环境监测技术,重点分析了与CO_(2)泄露相关的环境地质监测技术,包括地震调查与监测、电阻率法监测技术、重力监测技术、海床变形监测技术以及沉积物孔隙压力监测技术等,展望了我国海底碳封存及其环境地质监测的未来发展前景。研究认为,今后应侧重封存区CO_(2)泄露致灾机制与环境地质监测技术研究,建议在研发长时序、低成本并实时监测技术的基础上,结合封存区基线调查,建立和发展系统性、智能性的多维度灾害识别模型,构建多方面、多层次、多灾种的监测预警预报体系。

中国地震学会工程勘察专业委员会2019学术年会暨第四届海洋工程地质发展战略研讨会回顾

2019年5月10日~12日,中国地震学会工程勘察专业委员会2019学术年会暨第四届海洋工程地质发展战略研讨会在中国海洋大学顺利召开。本次会议由山东省海洋环境地质工程重点实验室承办,防灾科技学院、国家自然科学基金委员会地球科学部协办。共有来自国内42家知名科研院所和企事业单位的120余位专家学者参会,围绕"海洋地震及次生灾害勘测与防灾"主题展开讨论。会议共设11场特邀报告、9场自由报告,还安排了海洋工程地质发展战略研讨会以及野外考察。各位代表围绕会议主题,进行了热烈讨论,碰撞出了新的学术火花。不仅对于促进海洋地震及其次生灾害形成机理与灾害防控研究具有重要意义,而且为海洋工程地质工作者搭建了一个交流学术思想、分享科研进展的平台。

基于数字孪生的海底地质灾害监测预警技术研究

本文创新了基于海底实时监测数据驱动的海底工程地质环境数字孪生模型,建立了一套埕岛油田地质灾害监测预警系统,构建了海底工程地质环境数据库,实现了对海底监测数据的远程实时可视化更新及交互控制。该系统应用于埕岛海底地质灾害监测,在持续运行的40天监测周期内,累计警报了2次强海底侵蚀灾害,提示了4次高浊度事件,真实反映了研究区海底侵蚀变化。本文首次尝试将数字孪生技术融合到海底地质灾害的监测预警中,为区域地质灾害防控提供了一种新的技术参考。

天然海水环境下离子浓度对MICP反应的影响

微生物岩土技术通过生物矿化过程改善基础材料的力学性质,使其更适用于建筑或解决多学科领域的环境问题。微生物矿化过程中产生的碳酸钙是改善基础材料力学性质的主要成分,但其生成量及形态等受多种因素的影响。通过离子计、pH计、SEM、EDS和XRD等手段探究天然海水和去离子水环境在矿化过程中氯化钙和尿素浓度、比例及菌液和胶结液(氯化钙、尿素)体积比等因素对沉淀物质形貌及晶体组成的影响。结果表明:钙离子和尿素浓度及比例低时,碳酸钙的产率较高,但当初始钙离子、尿素浓度超过1.0 mol/L时,离子浓度增大对细菌产脲酶有抑制作用,浓度越高对脲酶的抑制作用越明显,沉淀物产率也随之减小,海水环境总体沉淀量与沉淀效率均高于去离子水环境。菌胶结液体积比去离子水中为1∶4、海水中不高于1∶10时,碳酸钙生成量较高,去离子水环境晶型以方解石为主,海水环境晶型以球霰石为主且沉淀中含有镁盐。

海洋地质灾害原位监测技术研究进展

海洋地质灾害对沿海城市人口和海洋经济发展构成重大威胁。海岸港口航道、海底管线光缆、海洋平台基础等工程建设规模的扩大,意味着海洋地质灾害风险进一步提高。海底火山爆发、海啸等大规模但不常见的灾害事件吸引了大多数公众关注和媒体报道,并促使政策调整以防范化解灾害风险。然而,海底气体喷溢、海底滑坡等小规模但更频繁的原生灾害事件,会产生严重的局部影响,并且极易转变为灾害链导致灾害事件恶化,但社会公众在很大程度上没有足够重视此类灾害风险。迄今为止,大多数海洋地质灾害的特征都可以被探测识别,但依靠现有的技术却很难有效监测。海洋地质灾害的原位监测需要更加严苛的技术能力,特别是突发性海洋地质灾害的原位监测难度较大。综述首先介绍了海洋地质灾害原位监测的意义以及技术发展的挑战,然后对海洋地质灾害的监测要素进行总结探讨,重点阐述海洋地质灾害监测技术装备的应用情况,并对海洋地质灾害的风险评估和灾害预警进行分析探讨,最后对海洋地质灾害原位监测技术及其应用作了总结和展望。综述旨在分析总结海洋地质灾害类型的监测技术装备及其应用中涉及的一些核心技术和急需解决的关键问题,以期为该项技术发展和应用提供借鉴。

内孤立波作用下南海北部陆坡沙波形成过程实验模拟

为探究内孤立波作用下陆坡坡面沙波形成机制,在室验水槽内模拟恒定振幅下凹型内孤立波对砂质粉砂、黏土质粉砂、细砂三种沉积物坡面连续作用过程,利用超声地形自动测量分析系统(TTMS)、电阻率探针、温盐深仪(RBR·CTD)分别监测内孤立波作用前后土坡高程变化,作用过程水土界面实时变化及悬浮物浓度时空变化,基于测试结果分析沉积物悬浮、运移及沉积过程特征。研究表明,沙波形成过程中不同类型沉积物悬浮-运移方式不一致,在恒定振幅内孤立波作用下,砂质粉砂发生悬浮向坡顶运移,其中较大的颗粒在坡顶发生沉积,较小颗粒沿坡面运移到坡底;黏土质粉砂发生悬浮后同时向坡顶和坡中运移,在坡顶和坡中位置形成雾状层沿等密度层水平扩散;砂质粉砂运移方式主要为推移质运动,黏土质粉砂主要为悬移质运动。内孤立波形成的沙波体坡顶无尖刃,较为圆滑,两坡不对称,迎流面薄,背流面厚。

海蒿子和三价铁溶液绿色制备纳米铁及其去除六价铬的实验研究

本文首次利用海洋褐藻海蒿子提取液还原三价铁盐制备纳米铁(SP-Fe NPs),并且采用UV-Vis、TEM、SAED、XRD和FTIR等对制备样品的形貌、粒径、晶态、基团组成等特性进行表征分析。以Cr(VI)为目标污染物,对比分析了SPFe NPs悬浊液、固液分离后的SP-Fe NPs沉淀等对Cr(VI)的去除效果。结果表明,制备的SP-Fe NPs呈规则的球形或椭球形,粒径范围为8~28nm,选区电子衍射(SAED)显示制备的纳米颗粒既有晶体也有非晶体。SP-Fe NPs表面包裹着一层有机物,含有多酚、蛋白质以及糖类物质,说明上述有机成分充当还原剂或包覆剂参与了SP-Fe NPs的制备。SP-Fe NPs对Cr(VI)的去除机理主要是氧化还原作用,SP-Fe NPs悬浊液对Cr(VI)的去除效果要远高于SP-Fe NPs沉淀对Cr(VI)的去除。

青岛农村生活垃圾填埋污染控制及资源利用过程的环境影响评价

为评价国内农村生活垃圾填埋模式的环境影响并提出改进建议,本文以就地坑埋(模式1)、集中填埋+渗滤液处理(模式2)和集中填埋+渗滤液处理+甲烷回收利用(模式3)3种农村生活垃圾填埋模式进行生命周期评价与参数来源的敏感性分析。生命周期评价(LCA)结果表明,模式1的环境影响负荷为2.00×10^(-1),主要环境影响类型为富营养化和全球变暖;模式2的环境影响负荷为3.97×10^(-2),主要环境影响为全球变暖;模式3的环境影响负荷为2.46×10^(-2),主要环境影响为富营养化。3种模式中,填埋处置单元环境影响最大,压缩中转单元最小。根据评价结果提出适合3种填埋模式的环保优化建议,为中国农村生活垃圾的环境管理提供对策和参考。

黄土迁移入海过程中工程性质的变化研究

黄河流经黄土高原携带巨量泥沙入海,并在河口沉积形成黄河水下三角洲。黄土沿黄河流域自西北高原迁移至东部渤海的过程中,其工程性质必然也会发生相应变化。归纳总结近30年来黄河流域地区黄土研究资料,统计不同区域黄土的物理性质、成分、结构特征、力学性质与动力特性,分析黄土从黄土高原到东部渤海发生的变迁。研究结果显示在迁移入海的过程中黄土的容重、含水量变大,可塑性减弱;主要成分仍为粉粒,但黏粒含量增加,砂粒含量减小,于此同时,黄土孔隙也被更好地充填,结构由疏松变紧密,压缩性相应减弱;黄土的抗剪性区域性变化,而抗震性和抗液化强度变大。本研究对深入理解黄土地质灾害机理、科学指导黄土地区工程建设具有重要意义。

海底天然气水合物开采导致的地质灾害及其监测技术

海底天然气水合物作为一种可替代能源,逐步受到学界与业界的高度关注;但因其开采可能导致地质灾害等一系列环境效应,世界各国对其开采利用多持谨慎态度。该文介绍了天然气水合物已有的试采工作:加拿大Malik Field试采、美国Ignik Sikumi试采、日本Nankai Trough试采,总结了水合物分解可能导致的海洋地质灾害:自然类地质灾害与工业类地质灾害。重点梳理了日本与美国海底天然气水合物开采对海洋地质灾害的原位监测技术,展望了未来海底水合物开采海洋地质灾害原位监测技术的趋势与挑战:压力传感器与加速度传感器在海床变形滑动监测的应用;监测数据的实时传输;海底原位长期观测的电能供应。

大直径泥水盾构隧道穿越复杂环境地层变形敏感性研究

盾构隧道掘进过程中将不可避免地穿越建筑结构密集区域,尤其是当穿越的建筑结构建造时间较长、基础较为薄弱,且地层变形超过特定极限时,建筑基础容易发生不均匀沉降和上部结构的额外变形。为了明确大直径泥水盾构隧道穿越复杂环境地层变形影响因素,更好掌握地层变形规律,本文以武汉地铁8号线黄浦路站—徐家棚站越江隧道工程为依托,运用大型通用有限元软件Plaxis3D建立三维有限元模型进行施工过程模拟,分别研究了覆土厚度、开挖面支护压力、盾壳段土体损失、盾尾注浆压力对地表沉降规律的敏感程度;并将数值模拟结果与现场实测值进行对比分析,结果发现有限元计算结果与实测结果具有较好的一致性,从而验证了数值模型的有效性。本文研究将为后续大直径泥水平衡盾构参数的选取提供方法指导。

微动探测技术在地质灾害勘察中的应用研究

地质灾害是造成人类生命财产损失、环境破坏的重大问题之一。针对试验区地质灾害治理及防护,开展了现场调查与微动探测勘察工作,采用下山单纯形法和快速模拟退火法组合的反演方法得到剪切波速结构,并与试验区内开展的其他物探勘察方法比对。试验结果表明微动探测技术用于地下空间、地质灾害探测等方面具有良好的应用前景。

低温环境下南海海底泥流的流变试验及模型

海底泥流是海底斜坡失稳后演化的流态化滑坡体,常对海洋工程设施造成严重破坏,而目前针对这种泥流的流变特性研究较少,特别是考虑海底低温环境。基于南海北部陆坡软黏土原状样制备泥流,采用RST流变仪开展具有不同温度与含水率的泥流流变试验,引入Herschel-Bulkley模型对流变参数进行深入探讨,建立考虑低温效应与含水率变化的海底泥流综合流变模型。进一步,通过相态转化、布朗运动与粒际作用的理论,解释并分析了海底泥流的流变特征及其变化机理。研究表明:与常温条件相比,低温环境下泥流的剪应力与表观黏度显著提高,且随着剪切速率的增加差距变大,平均变化量可超过35%。这一成果可为海底泥流运动过程数值模拟与海底滑坡灾害预测提供科学依据。