X荧光光谱仪在实验室-调查船测定海洋沉积物元素的对比研究

运用Epsilon3系列小型能量色散X射线荧光光谱仪,选取水系沉积物、海洋沉积物等标准物质31个,采用压片法制样,建立了该仪器对海洋沉积物中34种元素定量测试的分析方法,该方法检出限低,精密度高,准确性好。在海上调查期间运用该仪器与方法,对深海沉积物样品进行了现场测试,调查船上的测定值与陆上实验室内的测定值基本一致,两者平均相对偏差基本小于10%,结果表明运用该分析方法,Epsilon3系列小型能量色散X射线荧光光谱仪能快速、准确测定沉积物中多种元素,为及时判断现场资源分布情况提供依据,减少取样的盲目性,这将为我国海洋地质调查工作提供新的技术支持。

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。

海洋地质灾害研究的思考与愿景——南海开发与地质灾害高层论坛总结

0引言随着南海海洋油气、天然气水合物、海底矿产等资源的开发,资源勘探活动以及海洋工程日益增多。然而,海底地质灾害频发,严重威胁海洋工程建设安全,因此需要通过深入研究南海地质环境,合理开发资源,防控海洋地质灾害,保障海洋工程和资源开发安全。此次南海开发与地质灾害高层论坛的召开,对于推进南海区域的科学研究和经济发展具有重要意义。在此论坛上,各领域专家学者共同研讨了南海开发与地质灾害研究成果和未来的发展方向.

晚新生代西太平洋古海洋环境演化过程与机制

晚新生代西太平洋通过水文循环和碳循环两类关键过程,对区域乃至全球气候变化产生深刻的影响。本文从上新世以来西太暖池及其主流系演化、晚第四纪北太平洋中层水演化和白令海峡开合、第四纪中国东部陆架环境演化以及新生代亚太沉积物源-汇过程与碳埋藏等方面,综述了西太平洋古海洋环境演化过程与机制。上新世以来西太暖池与印尼贯穿流的演化过程伴随构造运动而阶段性地发生,但其在轨道时间尺度上演化的细节过程并不清晰,尚未形成系统性认识。北太平洋中层水以及白令海峡开合等关键高纬过程在冰期旋回中发生了显著变化,并与低纬过程之间存在遥相关。第四纪中国东部陆架环境演化主要受控于海平面变化以及与低纬过程相关联的热量与物质传输,在此背景下,中国东部陆架形成了富有机碳的泥质沉积体系。构造隆升和亚洲季风驱动下的亚洲大陆与邻洋的沉积物源-汇过程具有显著的碳汇效应,可能在大气CO_(2)浓度(P_(CO_(2)))冰期旋回和新生代气候变冷中发挥重要作用。就西太平洋古海洋环境演化过程与机制中若干关键科学问题开展深入和系统研究,不仅可为建立气候变化的低纬驱动理论提供支撑,也可为更好认识我国陆架环境变化规律以及碳汇潜力提供科学依据。

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。

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。

澳大利亚古季风演化过程、主要控制因素及其海洋生物生产力效应

新生代以来澳大利亚板块向北漂移了~20°,气候也随之发生了明显改变,即其北部逐渐进入了热带辐合带的影响范围,与亚欧大陆间的联系越来越紧密。上新世时印度尼西亚贯穿流的流通性受到限制,这可能直接促成了澳大利亚季风的形成。海洋沉积记录显示,澳大利亚气候的季节性特征最早出现于~3.5 Ma,而现代意义上的澳大利亚季风则形成于~2.4 Ma。第四纪阶段的澳大利亚季风表现出明显的轨道周期:冰期(间冰期)时夏季风减弱(加强),其演化主要受控于北半球日射量、东亚冬季风的跨赤道作用、表层海水温度与海平面高度变化。在更短的时间尺度上,末次冰期以来的澳大利亚季风则具有与北半球高纬度地区典型气候事件相似的千年周期,大致表现为:北半球的丹斯伽阿德—厄施格尔(Dansgaard/Oeschger)暖期对应着澳大利亚夏季风强度的减弱,而北半球的海因里希(Heinrich stadials)与新仙女木(Younger Dryas)冷事件时澳大利亚夏季风增强。但马来群岛不同地区的上述古气候记录之间存在差异,这可能与区域性因素的影响有关。季风降水的千年尺度变化与热带辐合带的位置密切相关,且其相位变化与同纬度的非洲和南美洲古季风截然不同,明显响应了北半球日射量,这可能与亚洲季风系统的跨赤道作用有关。末次冰期古生产力研究表明,在班达海与澳大利亚西北沿海,澳大利亚季风可以通过影响洋流模式、陆表降水与径流,来控制陆源物质向海洋的输送、海水结构的稳定性以及表层海水过程,进而影响海洋生物生产力。

海底地质灾害发育特征与监测技术研究现状及展望

在建设“海洋强国”背景下,我国海洋资源开发活动逐步延伸至深海,然而海底地质条件恶劣,重大海底地质灾害问题成为海洋资源开发的制约性因素,需要全面了解海底地质灾害典型发育特征与成因规律、总结典型海底地质灾害监测技术及方法。本文概述了海底地质灾害及其监测研究历程,梳理了海底地质灾害常见发育类型及特点、海底地质灾害演化机制研究现状,海底地质灾害监测技术、海底地质灾害监测网研究进展。研究认为,深化环大陆架盆地海底地质灾害评价理论与方法、加强环大陆架盆地海底地质灾害灾变机理及预测预报、开展海底地质灾害探测/监测方法与临兆识别研究,以此深化关键科学问题认知;构建完备的环大陆架盆地海底地质灾害数据库、形成详实的南海环大陆架海域海底资源分布及工程设施信息库、发展海底地质灾害运动演化过程可视化仿真模拟技术、构建多圈层–多灾种海底地质灾害协同监测体系及预警网络,以此突破关键技术瓶颈。

海洋塑料垃圾卫星遥感探测方法

海洋塑料垃圾广泛分布于近岸海域、大洋环流带等表层水体,严重危害海洋生物与人类社会可持续发展。受海洋塑料目标样本少、尺度小及卫星遥感传感器空间分辨率的限制,精确探测海洋塑料垃圾的时空分布特征具有重要的现实意义。本文利用Sentinel-2卫星遥感影像,基于已知海上塑料和其他漂浮物光谱特征,提出了一种反射率特征分类方法,用于探测与识别全球多个海域的海上漂浮塑料。该方法通过结合不同波段的反射率阈值与峰值特点,总体精度达到98%,F值为0.85,优于传统机器学习分类方法,有助于海洋塑料垃圾的变化探测与影响机制研究。

现代黄河口南岸海洋沉积环境分析

根据在现代黄河口南岸采集的45个表层沉积物样品与5个柱状沉积物样品的粒度测试结果,研究了现代黄河口南岸沉积物的类型与空间分布特征。通过粒度参数计算和聚类分析方法绘制了粒度概率累积曲线,探讨了沉积物粒度分布特征与物源和沉积动力环境间的关系。现代黄河口至广利河河口的沉积物颗粒呈"粗—细—粗"分布,表层沉积物分为粉砂质砂和砂质粉砂2种类型。通过分析对比柱状沉积物不同深度粒度频率曲线与概率累积曲线,结合对沉积环境和沉积速率的分析,认为黄河河道摆动是影响沉积环境的主导因素。通过对比典型潮滩剖面丰枯季节粒度概率累积曲线发现,广利河在局部区域对沉积环境产生一定的影响。研究表明:黄河改道是影响沉积环境的主导因素,同时,广利河等沿岸河流在河口局部区域对原有沉积环境有一定的改造作用,至莱州湾南岸,沿岸小清河、弥河等河流取代黄河成为影响沉积环境的主导因素。

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。

波长与能量色散复合式X射线荧光光谱技术测定海洋沉积物元素

波长与能量色散复合式X射线荧光光谱仪(WD-EDXRF)是一种先进的双核X射线分析技术,可对样品进行波长色散和能量色散同时测定。本研究优化了各元素波谱和能谱的条件,采用粉末压片法制样,使用α经验系数法及Rh靶Kα线的康普顿散射内标法校正基体效应,部分元素用多元回归进行谱线重叠干扰校正,建立了WD-EDXRF对海洋沉积物进行多元素同时定量分析的方法。本方法对稀土元素La、Ce、Nd、Y及其它微量元素的检出限均小于18μg/g,轻元素Na、Mg的检出限小于15μg/g,适用于绝大多数海洋地质样品的分析;对沉积物标样GBW07309进行精密度考察,除Cl和含量接近检出限的Mo元素外,其它元素的精密度(RSD,n=10)都低于9.4%;利用测量不确定度的评定方法,比较了标准样品的分析数据的扩展不确定度,大部分元素|En|≤1。对不同类型深海沉积物样品进行测定,测定结果与实验室电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析结果基本一致。结果表明,本方法能充分发挥波谱与能谱各自的优势,快速、准确分析海洋沉积物中多种元素,可满足大批量海洋沉积物样品测试的需求。

西伯利亚极地海域第四纪以来古海洋环境研究进展

北极作为全球气候变化响应和反馈最为敏感的区域之一,对全球大气、海洋环流等都有着深远持久的影响。尤其是第四纪以来,北极冰盖的反复变化和海平面的波动不仅影响着白令海峡的关闭与开启、水团交换和洋流系统的变化,同时还影响着北冰洋边缘海陆架的暴露与淹没。西伯利亚极地海域,包括楚科奇海、东西伯利亚海和拉普捷夫海,作为环北冰洋最为宽阔的浅水陆架区,其在第四纪冰期-间冰期旋回中经历了海洋环境的重大变化。利用北冰洋主要边缘海——楚科奇海、东西伯利亚海和拉普捷夫海所开展的第四纪以来古海洋环境的研究成果,通过对比分析上述三个海域多指标重建的古海洋环境演变与古气候记录,全面系统地了解第四纪以来西伯利亚极地海域的古海洋环境演变历史,发现古洋流、古海平面、古海水温盐度等古海洋环境因子的变化,除在根本上要受地球轨道参数的周期性波动所引起的太阳入射辐射量的变化和地壳构造运动的影响外,还受到各种正负反馈机制和放大效应引起的北极冰盖扩张和退缩、冰川地壳均衡补偿、入海径流变化等因素的影响,为今后北极古海洋古气候研究工作的开展提供借鉴。

末次盛冰期以来巴伦支海-喀拉海古海洋环境及海冰研究进展

巴伦支海-喀拉海是北冰洋最大的边缘海,能够对环境变化做出快速的响应和反馈,是全球气候变化最为敏感的区域之一,其古海洋环境演变及海冰变化研究是全球气候变化研究的重要组成部分。末次盛冰期以来,该区域的古海洋环境受到太阳辐射、海流强度、海平面变化、温盐环流和河流输入等因素影响发生了一系列不同尺度的波动。巴伦支海受到北大西洋暖水和极地冷水两大水团相互作用的影响,在水团交界处(极锋)由于不同水团性质的差异,导致其海水温度、盐度及海冰发生剧烈变化。而喀拉海则受到叶尼塞河和鄂毕河大量淡水输入影响,海流系统较巴伦支海相对复杂,沉积物主要来源于河流输入的陆源物质,并可以通过磁化率的分析明确区分两条河流的陆源物质。由于受到冷水和暖水的相互作用,巴伦支海-喀拉海海冰变化迅速,并且在全新世中晚期存在0.4 ka和0.95 ka的变化周期,但海冰变化的影响因素并不是单一的,而是气候系统内部各因子相互作用的结果。目前古海冰重建研究工作主要为定性研究,定量研究相对较少,所选用的重建指标也相对单一,另外存在年代框架差、分辨率低等不足。本文以巴伦支海和喀拉海为中心,总结了其快速气候突变事件、古温度盐度、海平面及海冰的变化,对影响因素进行了探讨,并通过分析末次盛冰期以来古海洋环境研究的不足,提出了相应的展望。

海洋中Fe(Ⅱ)的行为及微生物参与下的过程研究概述

Fe是海洋浮游植物生长所必需的营养元素,而Fe(Ⅱ)是可以被直接吸收利用的形态。由于Fe(Ⅱ)处于氧化还原的中间状态,且在产生和转化的过程中,与NO_3^-的还原和NH_4^+的氧化密切相关。因此,研究Fe(Ⅱ)的产生及消亡机制对于研究海区内的初级生产力及海洋中的C、N元素循环具有重要意义。而目前对于海水中Fe(Ⅱ)的迁移转化机制报道尚少。本文详细论述了海洋中Fe(Ⅱ)的产生机制及Fe(Ⅱ)的化学行为,重点探讨了厌氧微生物催化下,异化还原和铁氨氧化还原对Fe(Ⅱ)产生、消亡等循环过程的作用,以及对周围环境中N移除的影响。

17.3 ka以来冲绳海槽中南部有机质来源——对古海洋环境演化的响应

基于AMS14C测年、有机碳、氮含量及其同位素等指标分析,探讨了冲绳海槽中南部OKT-3孔末次冰消期以来沉积物有机质来源及其对古海洋环境演化的响应。结果显示,OKT-3孔沉积物中有机质主要由中国大陆和中国台湾等陆源有机质,以及海洋自生有机质组成。末次冰消期至全新世晚期(17.3~4 ka B.P.),中国大陆源有机质贡献逐渐下降,中国台湾源有机质贡献逐渐上升,表明海平面变化、黑潮变动是该阶段有机质来源的主要控制因素。4~1.5 ka期间,陆源有机质供给变化趋势与黑潮变动不一致,表明该时期陆源输入非黑潮单一控制,还可能受季风降雨等变化影响。值得注意的是,OKT-3孔海源有机质贡献在B-A和PB时期高、YD时期低,与北太平洋地区的生产力变化相似,反映了北太平洋中层水(NPIW)对海水表层生产力的控制作用,NPIW是连通冲绳海槽与北太平洋的重要纽带。

人工智能在海洋工程地质领域的应用

人工智能算法在海洋地质研究的应用是当前的研究热点,在海洋地质调查、海洋地质灾害评价、海洋地质建模等多个方向都得到了应用。海洋工程地质调查是海洋工程地质研究的基础,调查数据的精细化、自动化处理对数据的高效挖掘和分析具有非常重要的作用。本文首先介绍了人工智能、神经网络、机器学习和深度学习的历史发展和研究现状,总结了它们之间的关系;然后概述了人工智能在海洋工程地质领域的应用,主要内容包括地球物理调查、地质取样、地质灾害评价。结果表明人工智能算法可以较好地应用于地球物理调查、地质取样、地质灾害评价等各项问题,只是目前在海洋工程地质领域应用仍然较少。最后阐述了人工智能在海洋工程地质领域的应用前景和目前存在的几种主要限制因素,并对未来发展方向进行了展望。

南海不同沉积环境黄铁矿的矿物学及原位微区地球化学研究

黄铁矿是沉积物和沉积岩中的常见矿物,其地球化学特征能够明确指示周围的沉积环境。然而,黄铁矿地球化学特征的差异性及形成过程中的控制因素尚不清楚。本研究利用扫描电镜和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱对南海不同沉积环境黄铁矿形貌和原位微区主微量元素特征进行了研究。结果表明,SH-CL38站位黄铁矿含量与δ^(34)S值呈镜像关系,代表了正常海洋沉积环境下形成的黄铁矿受有机碎屑硫酸盐还原作用的控制;而F站位碳酸盐颗粒极低的δ^(13)C值(-45.55‰)表明该站位发育甲烷渗漏,黄铁矿的形成与硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化过程有关。2个站位黄铁矿微区的地球化学分布明显存在差异:SH-CL38站位黄铁矿的Mn、Co、Ni、Mo和Sb含量相对于F站位含量高,可能是铁锰(氢)氧化物的还原性溶解导致的;而F站位黄铁矿的Cu、V、As和Cd含量相对于SH-CL38站位高,可能是受到有机质矿化作用的影响。黄铁矿颗粒的Ca和Mg含量表明F站位的甲烷渗漏条件下由于优先沉淀了低Mg高Ca的自生方解石,导致后期沉淀的黄铁矿具有高Mg低Ca特征。2种不同沉积环境中黄铁矿的形貌特征和微量元素含量的差异表明黄铁矿的矿物学和地球化学特征可以用来识别甲烷渗漏。

预处理对海洋黏土矿物XRD测试结果的影响

海洋沉积物为环境和古气候再造提供良好的地质示踪记录,其中海洋黏土矿物被作为有效指标广泛应用。黏土矿物的预处理方法对其相对组成计算结果影响较大,因此寻找适合不同海域环境简便而有效的预处理方法是黏土矿物研究中很有意义的工作。从渤海中部和印度洋海盆选取2个表层沉积物样品分别代表浅海和深海沉积物,采用不同的预处理方法进行处理。通过其X射线衍射(XRD)测试结果进行对比分析,探索适合特定区域黏土矿物的预处理方法。结果显示,预处理中使用的双氧水、盐酸、醋酸和连二亚硫酸钠-重碳酸钠-柠檬酸钠(DCB)等都对样品黏土矿物分析结果产生一定的影响。若碳酸盐衍射峰不掩盖黏土矿物的信息表达,可不用盐酸或者醋酸去除碳酸盐;DCB方法去除氧化铁时所加试剂会与黏土矿物层间离子发生交换导致数据失真,因此建议一般不使用;去除有机质能促使黏土矿物更好的分散,且质量分数为10%的H_2O_2为最佳。

15ka以来罗斯海陆架岩心沉积学记录及古海洋学意义

本文对取自罗斯海陆架的JB04岩心沉积物进行AMS14C测年、粒度、有机碳等测试,结合沉积物粒度组分因子分析,研究该岩心的沉积学记录,探讨其古海洋学意义。结果显示:JB04岩心沉积物的底部年龄为15ka;沉积物粒度组分因子分析提取出3个环境敏感粒级,分别代表正常冰海沉积、低能海洋沉积和高能海洋沉积;综合沉积物岩相及沉积物组成特征,可以将岩心分为4段,从底部到顶部依次为主要受冰盖刮蚀影响的冰盖下沉积、属低能海洋环境的冰架下沉积、属高能海洋环境的冰架前缘沉积和主要受冰山影响的季节性海冰区沉积。该岩心的沉积地质记录及其古海洋学研究对全面认识罗斯海的海洋环境演变具有重要的意义。