中国海域盆地CO_(2)地质封存选址方案与构造力学分析

本文围绕“碳达峰、碳中和”国家战略目标,从断裂活动、盆地压力、构造沉降特征、地震活动性和地温梯度等角度综合分析中国海域盆地适宜大规模CO_(2)地质封存的条件与目标,在宏观上认为东海陆架盆地、珠江口盆地、琼东南盆地东部以及南海中央海盆是最佳CO_(2)地质封存区域,但这并不排除其他盆地内部存在适宜的CO_(2)地质封存点,因为具体某个地质封存工程目标的范围相对较小.东海陆架盆地、珠江口盆地和琼东南盆地内适用于CO_(2)地质封存的地层包括盆地晚期快速沉降期沉积层的底部咸水层和热沉降沉积层内的含油气单元,在适宜的海底之下800~4000 m深度范围内,孔隙度大于10%,静水压力约在8~40 MPa之间、静岩压力约在13~83 MPa之间变化.在此压力范围和合适的地温梯度范围内,CO_(2)以超临界状态存在,其密度随温压变化相对稳定,有利于CO_(2)的流动和渗透.另外,盆地内的基性岩浆岩建造的规模和数量也为CO_(2)地质封存和永久矿化提供了很好的条件.虽然工程难度大和代价高,但南海中央海盆是非常安全的适宜封存CO_(2)的区域,注入到海底大洋玄武岩的CO_(2)因为玄武岩矿化需要较长时间,可能存在CO_(2)泄露,但是除了玄武岩矿化以外,可能泄露的CO_(2)在后面的逃逸中还可以被多次封存,包括:火山碎屑岩矿化、海底沉积物封存、海底沉积物CO_(2)水合物封存、碳酸钙中和反应、海底碳湖和海洋溶解CO_(2)等.南海中央海盆目前6个钻遇基底大洋玄武岩的国际大洋发现计划(IODP)钻孔可以为先导性南海海盆CO_(2)封存实验提供很好的科学与工程基础.

渤海中部现代黄河沉积物影响范围的稀土元素证据

黄河每年输入大量的沉积物进入渤海,入海沉积物的扩散和影响范围对该区的现代沉积作用、海洋生态环境、海洋工程环境都有着重要的影响。为此本研究使用ICP-MS分析方法对渤海中部典型断面的40个表层沉积物样品进行了稀土元素的测试,阐明渤海中部表层沉积物稀土元素发育特征,结合渤海周边主要河流的稀土元素地球化学特征,探讨了黄河现代沉积物扩散和影响范围。结果表明:渤海湾北部沿岸地区沉积物与滦河沉积物稀土元素特征相似,主要受到滦河物质输入影响;研究区南部稀土元素含量特征与黄河相近,主要接收黄河沉积物沉积;中间部分沉积物应为黄河、海河与滦河沉积物混合,使其稀土元素显示出与各河流不同的特征。现代黄河沉积物影响范围主要局限于渤海南部海域。

Benvir:一个深海海底边界层原位监测装置

研制了一个可移动的自容式深海海底边界层原位监测装置(简称Benvir)。该装置采用模块化、开放式结构设计,自容式数据存储,较国际上其它海底原位监测装置具有较小的体积和空气重量,最大工作水深4000m。Benvir可集成一系列原位环境监测传感器,包括监测甲烷、二氧化碳、溶解氧、pH、电导率的化学传感器和监测温度、压力、浊度的物理传感器以及测量流速的声学多普勒流速剖面仪(ADCP)和测量湍流的声学多普勒流仪(ADV),具备近海底边界层多环境参数的原位、定点、连续和同步观测,以及近海底微尺度剖面的监测功能。Benvir在观测海底冷泉活动与甲烷渗漏过程和进行海底界面生物地球化学研究方面具有良好的应用前景。

1855年黄河改道事件在渤海的沉积记录

通过对渤海柱状沉积物中粒度特征及常、微量元素含量变化的系统分析,揭示了1855年黄河改道事件在渤海中部的沉积记录,探讨了改道前后渤海沉积环境的变化。研究表明,2个沉积物柱样上部的粒度、元素含量特征均明显异于下部,可把两柱样分别划分为Ⅰ类、Ⅱ类两种类型,分别代表了黄河改道后和之前的物质类型。Ⅰ类沉积物平均粒径更细、分选更好,物质组成更接近于黄河沉积物;Ⅱ类沉积物平均粒径更粗、分选较差,物质组成更接近于渤海周边陆域物质;Ⅰ、Ⅱ类沉积物中Ni、Zn、Sr、Ba、Zr等5种元素含量差异明显,可作为区别黄河物质和渤海周边陆源物质的指标。黄河改道后研究区水动力环境趋弱,同时还使初级生产力下降,并且研究区的沉积环境由滨-浅海的氧化环境,转变为前三角洲、三角洲前缘的弱氧化-还原环境。

一种适于存在极性反转的微震初至到时拾取方法

地面微震监测资料的信噪比往往很低,从中识别微震事件和拾取微震到时数据仍然是个难题。当不同道的微震存在初至极性反转时,常用的多道微震记录波形相似系数函数会导致微震事件的识别与拾取遗漏。为此,提出一种适于存在极性反转的微震初至到时拾取方法。利用所有道两两之间的互相关函数最大幅值对应的延时数据,求取各道微震事件的相对到时;用各道的相对到时对微震事件初至到时进行时差校正后,利用相邻道零延迟相乘再叠加得到参考道,并用长短时窗能量均值比(STA/LTA)算法确定参考道上微震初至到时;最后,将各道的微震相对到时分别与参考道初至到时相加得到各道微震的绝对到时。合成数据和实际资料的处理结果表明,利用相邻道零延迟相乘能有效克服初至极性反转对微震识别和初至拾取带来的不利影响,为微震事件识别和到时拾取提供信噪比较高的参考道,提高了微震事件识别和初至到时拾取的精度。

2010年调水调沙期间黄河利津段对人造异重流的响应

黄河调水调沙期间是目前观测黄河口泥沙异重流的有利时机。黄河入海含沙量、粒度和流量是决定河口异重流产生和发育的基本条件。自2010年6月19日黄河第10次调水调沙启动,在利津站进行了同步取样及测深、测流观测,以掌握调水调沙期间黄河入海水沙特征变化,预测河口泥沙异重流发生时间。观测结果显示:在调水调沙初期上游水库联合低泥沙浓度放水情况下,流量急剧加大,河道底床被冲刷,大量底床粗颗粒泥沙再悬浮造成利津站水体含沙量和输沙量有所增加,粒度粗化;观测后期受小浪底水库排放的泥沙异重流影响,利津站流量迅速减少,含沙量和输沙量显著增加,且细颗粒泥沙含量明显增加,河道底床被淤积。此阶段黄河入海含沙量和悬沙粒度满足河口泥沙异重流产生条件,据此可以预测河口泥沙异重流产生的时间。同时,巨量细颗粒泥沙短时间内以泥沙异重流的形式输送入海,势必会在河口处引起快速的河口地貌地形变化和生物地球化学效应。

人工航道疏浚对近岸沉积的影响——以葫芦岛港为例

航道疏浚是海岸带人类活动的重要形式之一,对近岸海洋环境有着重要的影响。本研究以葫芦岛航道疏浚为例,通过X射线衍射物相分析、放射性同位素分析和激光粒度分析等方法,对航道疏浚区及邻近海域沉积物进行了系统的研究,结果表明:(1)航道疏浚产生的沉积物与现在海底沉积物在粒度组成、黏土矿物组合和210 Pb、137 Cs放射性强度等方面具有显著的差异,可以作为示踪航道疏浚物质扩散和影响范围的指标;(2)葫芦岛海域的航道疏浚物在潮流的作用下沿西北和西南2个方向扩散,不同程度地加入到表层沉积物中,个别地方疏浚沉积物直接覆盖到原沉积物之上,导致海底原地沉积物属性的改变。

大洋岩石圈板块俯冲构造背景下流体的地质作用

地幔中存在着大量的“水”(存在形式:H2O、H+和(HO)−)已是不争的事实,这些“水”既可以以流体或熔体的形式存在,又可以存在于含水矿物、名义上的无水矿物和致密含水镁硅酸盐中。在本文中,“流体”是指以水为主体包括溶解于水中或随水迁移的元素和化合物。在俯冲带的地震作用、地幔部分熔融、岩浆作用以及海底热液活动等重大地质作用过程中,流体都发挥着重要的作用。俯冲带是水化了的大洋岩石圈板块俯冲进入地球深处的关键部位,也是壳幔相互作用的重要地带。在俯冲带,流体随俯冲的岩石圈板块进入地球深部,部分在挤压和摩擦热的作用下脱逸俯冲的岩石圈板块,连同岩石矿物变质所产生的水进入上覆地幔楔,从而降低上覆地幔物质的熔点,产生岩浆;岩浆上升一方面加热了沿裂隙或物质间隙下渗的海水,另一方面也会因岩浆冷却产生岩浆作用后期热液流体,这些加热的下渗海水和岩浆作用后期流体构成了现代海底热液活动的物质基础;海底热液活动不仅将大量地下元素或物质输入大洋水体从而影响了大洋海水的物质组成及生态环境,而且在海底形成了具有重要经济价值的热液多金属矿体。因此,流体是贯穿板块俯冲及其所产生的各种重要地质作用过程的介质,从而成为研究这些重要地质作用的示踪剂。本文在分析了大洋岩石圈板块俯冲构造背景下流体的主要地质作用过程的基础上,探讨了流体在俯冲带地震发生机制、岩浆作用过程、现代海底热液活动模式及俯冲带流体成矿作用等方面的作用,并进一步提出近期研究工作应主要集中在4个方面:(1)进一步准确地定量评估通过板块俯冲作用进入地球深部的“流体”通量,为最终解决全球地球化学或物质循环问题作出贡献;(2)全面、准确地描述俯冲作用中流体的物理和化学行为,建立俯冲带流体地质作用的理论模型;(3)充分利用现代化的测试分析手段,重点获取矿物原位微区分析、矿物流体包裹体物理化学指标测试、稳定和放射性同位素分析等方面的精细准确数据,用于查明当前取样观测手段无法触及的地下深处物质状态和作用过程;(4)发展数值模拟技术,建立俯冲带流体地质作用的理论模型。

合成源MCSEM高阻薄层识别

对于浅水区海洋可控源电磁法(MCSEM)来说,由于来自海—空界面的空气波与来自海底地层的有效信号耦合,增大了提取有效信号的难度,降低了该方法对高阻油气藏的识别能力,阻碍了其在浅水区的应用。利用雷达领域合成孔径思想的合成源处理方法能够突出储层的电阻率异常响应,从而更好地识别高阻油气藏。本文讨论了MCSEM电磁场合成源干涉法,计算并对比了一维层状模型合成源的归一化振幅、有效异常和可探测度对高阻油气藏的识别能力。然后计算对比了浅水区二维和三维海洋地电模型合成源的可探测度;最后对某区域的实际数据进行处理,结果表明利用可探测度可以提高海洋可控源电磁合成源干涉法对储层的识别能力。

基于岩石物理敏感参数的神狐海域天然气水合物饱和度估算

用声学、电学方法评价水合物饱和度是分别基于纵波速度和电阻率的。与天然气水合物储集层直接相关的岩石物理参数被用于评估水合物饱和度,首先基于等效介质岩石物理模型、测井交会图以及岩石物理参数反演结果,分析了5个岩石物理参数对水合物饱和度的敏感程度。然后采用模拟退火全局优化方法估算神狐海域水合物饱和度剖面。与岩石弹性模量(体积模量和剪切模量)有关的岩石物理参数Vp,λρ和λμ对水合物饱和度敏感度较高,水合物饱和度估算范围为0.1-0.44。该结果与基于原始测井曲线的饱和度范围基本一致。然而,仅与岩石的剪切模量有关的参数Vs和μρ估算出了相对较高的水合物饱和度值:0.22-0.43,其与实际数据存在较大偏差。在各岩石物理参数中,泊松比(σ)对水合物饱和度评价结果最不理想,水合物饱和度的敏感性取决于岩石物理模型以及水合物的储集形式。

2010年黄河调水调沙期间河口泥沙输运过程的数值模拟

利用EFDC三维数学模型,以整个渤海的水动力环境为背景,加入利津站逐日水沙数据和河口区域的风场数据,模拟了2010年黄河调水调沙期间河口入海泥沙输运过程。黄河调水调沙期间,河口泥沙的输运方式主要受到径流输入的悬沙浓度的变化的影响。通过模拟结果估算了不同传输方式相互转化的悬沙浓度阈值。在没有强风浪扰动的情况下,径流输入悬沙浓度小于13.5g/L时,河口泥沙的传输方式为表层羽状流;输入的悬沙浓度在13.5g/L-24.5g/L之间时,羽状流遭到破快,河口淡咸水由于密度接近发生混合;当输入的悬沙浓度在24.5g/L-29.0g/L时,在底层河口泥沙以低密度异重流的方式传输,在表层则同时形成羽状流;输入的悬沙浓度大于29.0g/L时,黄河入海径流在河口处迅速潜没,形成高密度异重流。高密度泥沙异重流携带大量沉积物沿着海底斜坡向海输运,其初始速度可达1m/s以上。异重流在传输过程中受到底床摩擦力的阻碍作用和泥沙沉降,速度和密度降低,逐渐向混合状态转化,最后以羽状流的形势向海传输。黄河入海泥沙在夏季主要堆积在河口三角洲附近的一个相当有限的区域。

渤海中部油气开采区沉积物中石油烃环境质量

对渤海中部油气开采区表层和柱状沉积物中的石油烃含量进行了分析和环境质量评价,结果表明该区表层沉积物中石油烃的含量介于（10.15~151.72）×10^-6之间,平均值为55.99×10^-6;研究区多数站位为中等污染,部分站位出现较高污染和重度污染,高值区分布在渤海湾沿岸、研究区东部和研究区中南部,表明石油烃污染受到沿岸人类排污和油气开采的显著影响。研究区沉积物中的石油烃在二十世纪三十年代之前处于低背景值阶段,之后受到人类活动的影响含量有所增加,其含量的变化与渤海石油开发勘探的历程基本相似。2011年6月发生的蓬莱19-3石油泄漏事件在附近的海底沉积物中有明显的显示,经过1 a后,石油泄漏事件的影响水平已显著降低。

近60年来长江水下三角洲沉积地球化学记录及其对人类活动的响应

通过对长江水下三角洲柱状沉积物地球化学元素的系统研究,结合沉积物岩芯210Pb,137Cs核素的年代测定,建立了该站沉积物的元素记录曲线,探讨了人类活动对沉积记录的影响.研究表明,该柱状沉积物形成年代为1945年至今,物质成分较为均一,以粉砂和黏土粒级沉积物为主.元素含量变化的波动不大,但S,Nb在整个岩芯中的含量逐渐增加,它们和重金属元素在表层和近表层(即20世纪90年代以来)的含量较高,增加幅度明显.相关性分析和因子分析表明,受人类活动影响的公因子(F4)以及S,As,Nb可作为反映人类活动强弱的替代性指标.各指标自1945年以来在整体上是逐渐增加的,尤其是近20年来增加的趋势非常迅速.据此,以185cm(1955年)、97cm(1978年)、47cm(1992年)和7cm(2003年)为界划分为5个阶段,分别对应我国解放战争前夕到计划经济的初期阶段、计划经济的实施阶段、改革开放阶段、市场经济的建立阶段和2003年以来的环境治理和保护阶段.

辽东湾西南部海域表层沉积物微量元素分布及其对物源和输运过程的指示

对辽东湾西南部121个表层沉积物样品的粒度和10种微量元素进行了测试分析,得到沉积物粒度和微量元素含量的空间分布特征,结合Q型聚类分析和R型因子分析,研究了微量元素分布对辽东湾西南部物质来源的指示,探讨了研究区沉积物的输运过程。结果表明,研究区表层沉积物可分为砂(S)、粉砂(Z)、粉砂质砂(zS)、砂质粉砂(sZ)、泥质砂(mS)、泥(M)和砂质泥(sM)7种类型,而沉积物粒度分布表现为由四周向中部逐渐变细的特点;研究区微量元素中Zr含量分布表现为由四周向中部降低,Ba和Sr含量由西南至东北逐渐升高,Co、Zn、V、Cr、Ni、Pb、Cu含量分布特征相似,由四周向中部逐渐升高;R型因子分析得出,陆源细粒物质的向海搬运和沉积是本区微量元素分布的主控因子;大致以39.9°N为界,Q型聚类分析将研究区121个站位的样品划为南、北2个地球化学分区;采用Ni-Cr/Pb离散图判别物源,辽东湾西南部表层沉积物主要来源于黄河和滦河物质,研究区北部有六股河物质混入。