海水物性对地震反射系数的相对贡献

地震剖面与海水物性之间的关系是地震海洋学亟待研究的关键问题之一.本文选取地中海涡旋、各大洋不同纬度和南海东北部不同月份的三组CTD资料,按海域、季节和深度对法向相对贡献进行计算和分析,并从地中海涡旋CTD资料中选取典型温盐界面进行非法向相对贡献的研究.结果表明声速和温度的平均法向相对贡献随着海域、季节和深度呈相似性变化,其变化范围主要由相邻海水团之间的物性差异决定,分别为78%~94%和74%~98%.声速和温度(密度和盐度)的非法向相对贡献随着入射角的增加而增大(减小).用于反演的叠前地震数据应尽量包含较宽入射角范围的道集,特别是对于相对贡献较小的密度和盐度,包含小入射角的地震道对提高反演结果的精度尤为重要.通过对比地中海涡旋的Turner角剖面和相对贡献结果,发现Turner角对相对贡献具有很好的指示作用,其密度和盐度相对贡献较大的区域对应于Turner角为-45°的双稳定区域与扩散对流区域的边界附近,在此区域的密度比为零或较小.南北极附近海域的密度比较小,从而导致高纬度站位出现声速和温度相对贡献偏小的现象.南海东北部冬季表层海水的温度和声速相对贡献偏大则可能是由于黑潮侵入导致海水层温度差异及密度比变大引起.     

钻井液侵入海洋含水合物地层的一维数值模拟研究

本文以墨西哥湾水合物区域为背景,利用数值模拟方法研究了过平衡钻井条件下,当钻井液温度高于地层中水合物稳定温度时,水基钻井液侵入海洋含水合物地层的动态过程及其一般性规律.与侵入常规油气地层相比,耦合水合物分解和再形成是钻井液侵入海洋含水合物地层的主要特征.模拟结果表明,钻井液密度、温度和盐度都对侵入过程有影响.在一定条件下,钻井液密度越大,温度和含盐量越高,则钻井液侵入程度越深,热量传递越远,水合物分解程度越大.分解的水气在合适条件下又会重新形成水合物,影响了钻井液进一步侵入.而重新形成的水合物的饱和度甚至可能高于原位水合物饱和度,在井周形成一个"高饱水合物"环带.这一现象归因于钻井液侵入的驱替推挤、水合物分解的吸热以及地层传热的滞后等因素共同作用.在地层物性一定的条件下,高饱水合物环带的出现与否主要受钻井液温度和盐度控制.水合物分解以及高饱水合物环带的出现对井壁稳定和电阻率测井解释有很大影响.因此,为维护井壁稳定、确保测井准确和减少水合物储层伤害,就必须对钻井液密度、温度和滤失量进行严格控制,防止地层中的水合物大量分解.最好采用控制压力钻井(MPD)和深侧向测井方式,同时尽量选用低矿化度的含水合物动力学抑制剂的钻井液体系,采取低温快速循环方式.     

近四年全球海水质量变化及其时空特征分析

本文利用卫星重力、卫星测高和海洋温盐数据反演计算全球海水质量变化,并分析其时空变化特征.卫星重力数据利用2003年1月~2006年12月的GRACE月时变重力场球谐系数,同时考虑替换一阶项和C₂₀项,并进行了相关误差滤波、高斯滤波和陆地水文信号泄漏改正,计算得到海洋等效水高变化;利用相同时间跨度的卫星测高数据和海洋温度、盐度水文观测数据,计算全球海平面变化和比容海平面变化,反演得到海水质量变化.反演的两种海水质量变化的年际变化特征一致性较好.三种数据得到的长期趋势变化,与1993~2003年的结果相比,可以看出,海水质量变化加速,并已成为全球海平面上升的主要因素.     

海洋涩度函数的研究及应用进展

在海洋中,涩度作为一个热力学参量,具有被动和示踪的性能,表示海水发生了温盐变化,但密度却没能显示的信息.相比于温度-盐度组合,密度-涩度组合在描述海洋动力过程和水团特性更为方便.通过结合涩度已有的理论框架和它在海洋研究中的应用情况,针对如下要点进行了回顾和总结：(a)引入涩度概念的缘由,不同的涩度函数定义和存在的争议;(b)涩度在大洋水团分析中有广泛的应用,可作为研究海洋动力学和环流的示踪参量,用于分析大气对海洋的能量注入,温盐结构,水团入侵和生物迁移等.以期进一步推动涩度动力学研究和拓展涩度在海洋不同领域中的应用.     

利用反射地震数据和XBT数据联合反演海水的温盐分布

利用地震数据反演海水的温盐分布是地震海洋学研究的一个重要方向.本文分析了采集于伊比利亚半岛西南缘海域的GOLR12低频地震数据和同步观测的XBT(eXpendable BathyThermograph)、CTD(Conductivity-Temperature-Depth)资料,将叠后约束波阻抗反演方法应用到海水温度、盐度剖面的计算当中,计算结果显示这种反演方法可以提供水平分辨率为6.25 m的温度和盐度资料,温度的精度约为0.16 ℃,可以为物理海洋学研究提供高横向分辨率的基础数据.     

天然气水合物体系的相平衡及甲烷溶解度计算

海洋环境中天然气水合物的形成除了合适的温压条件外，还必须有充分的甲烷供给.本文介绍了甲烷-水体系的甲烷饱和溶解度、水合物体系中甲烷水合物溶解度计算方法.在气-液二相平衡甲烷饱和溶解度计算中，关键在于状态方程的选择和合适的混合规则的运用，Duan的计算模型在温度、压力和盐度变化上都具有很大的适用性，且易于应用.在含水合物的相平衡体系中，在已知组分和假定可能存在相的前提下，可利用模拟退火算法优化总吉布斯自由能，确定是二相还是三相体系，并求解甲烷水合物溶解度.在海水环境下盐的存在使平衡发生移动，利用德拜—休克尔理论或Pitzer电解质溶液理论校正盐度对于海水活度的影响，求解海水环境中甲烷水合物溶解度.基于气-液二相平衡理论的K-K方程，在临近水合物生成条件下实验或计算确定亨利常数等参数后，可计算三相平衡甲烷水合物溶解度，且简单易用.     

一个三维变分海洋资料同化系统的设计和初步应用

介绍了新完成的一个基于三维变分方法的通用海洋资料同化系统OVALS(Ocean Variational Analysis System)的设计方案和在热带太平洋海洋资料同化中的初步应用. OVALS可以同化常规的现场海洋温盐观测资料和卫星高度计资料, 其中在海面高度资料同化中引入了一个新的基于三维变分的同化方案, 该方案考虑了背景场误差的垂直相关性和非线性的温-盐关系. 非线性的温-盐关系是通过将三维变分方法中的线性平衡约束方案推广到非线性的情况来实现的, 从而通过同化高度计资料来直接调整模式的温度和盐度场. 另外, OVALS还可以同化近年来投入运行的国际ARGO漂流浮标的温、盐廓线资料以及其他海温和盐度资料, 如船报海温资料和一些浮标阵列资料等. 利用OVALS和大洋环流模式在热带太平洋进行了21 a的同化试验. 试验结果表明, 同化系统通过对各种海洋资料的同化, 可以有效改进对海洋温度和盐度的估计, 其在420 m深度以浅的上层海洋的月平均温、盐度估计误差分别为0.63℃和0.34 psu.     

海洋音响的层析成象技术的新发展

据1991年5月10日《科技日报》载:利用声波扫描记录做海洋音响的层析成象技术,以美国开展较早,近年来在美国研制成400赫兹的海洋层析成象技术已进入实用化阶段,其声波传递距离为300公里。该装置已被用于对格陵兰岛和墨西哥湾的海流观测,以进一步了解海洋内部的精细结构,用这种装置的获取的海洋音响断面图可以由声波速度变化以推算海水中不同深度地方的海水温度和水流流速的变化情况,进而计算出海洋内部热能输送     

南海东北部地震海洋学联合调查与反演

通过地震海洋学联合调查航次,获得了同时采集的高分辨率多道地震数据与水文数据（XBT）联合调查数据.通过针对性处理获得了清晰的海洋水体反射地震剖面,捕捉到南海东北部次表层涡旋,证明了该调查方法的有效性.利用背景场约束反演方法得到海水的波阻抗、声速、密度、温度和盐度剖面,揭示了涡旋具有相对低速、高密、低温与高盐特征.处理和反演结果表明,在浅部和部分噪声较强和无约束反演区域,结果误差较大,可靠性较低.调查结果说明,获得较高信噪比的原始高分辨率地震资料采集技术方法、联合约束数据的获取、针对性的特殊处理方法和有效的反演方法是地震海洋学资料有效分析利用的重要保证.     

高温高压下主要上地幔矿物的波速测量及地质意义

在0.2～5.0GPa和室温至1400℃温压范围内,测量了上地幔主要造岩矿物橄榄石、单斜辉石和斜方辉石在大洋地温梯度和大陆地温梯度下的纵波速度。测量结果表明,在较低压力下,矿物受到破裂、压实和重结晶作用的影响而导致其测得的波速值明显偏低,可以通过较高压力下的波速测量值外推获得低压下的波速值。在不同地温梯度下随着深度的增大,地幔矿物的波速逐渐增加,压力是影响波速变化的最主要因素,温度的升高不改变波速升高的总体趋势,但在较大的深度下温度对波速的影响明显加强。主要地幔矿物在一定深度范围内出现局部波速降低的现象,与矿物相变、软化及熔融作用有关。     

北京重力地球潮参数和重力仪力学特性的测定

根据北京白家疃测站８台ＧＥＯ潮汐重力仪对比观测的资料，采用标准线性体流变模型模拟重力仪及记录系统的力学特性，计算各台仪器的格值改正系数、主潮汐波的振幅衰减系数和相位滞后；确定北京重力地球潮的振幅因子δ和相让滞后为δ（Ｍ_２）＝１．１７８４，δ（Ｏ_１）＝１．１８０４，δ（Ｍ_２）／δ（Ｏ_１）＝０．９９８３，（Ｍ_２）＝０．０７°，（Ｏ_１）＝０．１０°．     

中国东部碱性花岗岩氢氧同位素特征及其地球动力学意义

对中国东部五个有代表性的碱性花岗岩体氢氧同位素研究表明,δ18O基本正常的苏州和福州碱性花岗岩D亏损分别受单阶段与连续岩浆去气作用的影响,后期大气降水的扰动相对较弱．D-18O同步亏损特征明显的碾子山和山海关碱性花岗岩则主要受岩浆期后大气降水高温亚固态同位素交换机理的制约青岛复式花岗岩基则较为复杂,可能受岩浆去气与晚期大气降水交换的联合作用．未明显受后期地质作用扰动、典型的中国东部碱性花岗岩浆氢氧同位素组成分别为δD＝（50±5）‰和δ18＝（7．5±1．0）‰这表明中国东部碱性花岗岩是由稳定同位素组成基本正常的内地壳或上地幔物质通过低程度部分熔融产生的,而不是由再循环亏损源区物质产生的低δ18O岩浆结晶分异形成的．中国东部碱性花岗岩总体上表现出的D亏损纬度效应,预示自中生代以来其所在板块位置未发生过大规模水平位移同时,碱性花岗岩与拉张环境之间的内在联系表明,至少在中生代中国东部大陆岩石圈地壳处于拉张减薄状态．     

武昌重力潮汐基准研究

为了检验和完善理论地球模型和海潮模型,必须提高重力潮汐观测的精度。这除了提高仪器的精度以外,关键问题在于仪器的格值的准确性,因为它是衡量潮汐参数的尺度。但是,各种类型重力仪的出厂格值存在着误差,且各成系统,其系统偏差可达1％-2％。需要高精度的潮汐基准与之比较,统一和确定重力仪的格值。根据国际地潮中心的观测结果分析,布鲁塞尔潮汐基准系统可能偏大。因此,建立我国重力潮汐基准,对固体潮观测与研究具有重要意义。     

利用远震P波波形反演渤海地震的震源参数

本文研究用理论地震图反演地震震源参数的方法,利用16个WWSSN台记录的渤海地震（1969年7月18日,M=7.4）远震P波波形,用我们的反演方法重新测定了该地震的震源参数。文中以剪切位错源的理论地震图与实际观测记录波形的相关程度为判据,测得该地震的震源参数为:地震矩3.9×10²⁷达因·厘米;震源破裂持续时间6秒;位错面两个可能的选择解是:（1）θ_s=207°,δ=87°NW,λ=-159°,右旋;（2）θ_s=298.6°,δ=69°NE,λ=-3.6°,左旋。其中θ_S、δ、λ分别是震源位错面的方位角、倾角和错滑角;震源深度为25公里。数值运算的结果还表明,本文提供的测定震源参数的方法实际效能良好。 文中还与用P波初动符号方法测定的震源参数结果进行了对比分析。     

GEOSAT卫星的ERM测高数据处理与中国近海海平面

对ＧＥＯＳＡＴ测高卫星在中国近海区域（０°－３５°Ｎ,１０５°－１２７°Ｅ）以及１２７°－１３５°Ｅ内６个ＥＲＭ周期（１９８７年１月１日－４月１２日）的地球物理数据记录（ＧＤＲ）中的数据进行了编辑和预处理．根据卫星弧段的实际长度选取了混合轨道误差模型,并采用最小二乘技术对上升弧段与下降弧段交叠点处的不符值进行了平差计算．处理结果表明,所选用的方法可以大大地消除径向轨道误差的影响,使交叠点处的不符值由原来的５６ｃｍ（ＲＭＳ）降低到现在的２４ｃｍ（ＲＭＳ）在此基础上,构造出６个１°×１°的中国近海海平面及其平均海平面．该平面被称为＂测高大地水准面＂与美国Ｏｈｉｏ州立大学的ＯＳＵ９１Ａ重力场模型的大地水准面相比,两者具有同等量级的精度及一致的形态。     

中国大陆科学钻探靶区深部温度预测

依据中国大陆科学钻探(CCSD)两口先导孔中地热测量和岩石样品热物性参数,对5000m深钻的可能钻遇温度进行了预测.先导孔中地温梯度介于1-26℃/km;岩石热导率变化为2.64-8.81W/(m@K),平均(3.4±1.26)W/(m@K);实测热流值为76-80mW/m2;30块岩石样品放射性生热率变化为(0.0-2.17)μW/m3,450m深度以上层平均(0.76±0.5)μW/m3,以下层段平均(0.48±0.2)μW/m3,生热率随深度递减,但变化趋势难以明确判定.分别对热流和热导率取上、下限,采用不同的生热率随深度的分布函数,区分考虑或不考虑热导率的温度相关性,分别计算出5000m深度内可能的温度分布剖面.计算结果表明,超深井于5000m垂直深度上的温度将达到110-140℃,2000m深度的探井钻遇温度将介于54-64℃.此外,考虑热导率的温度效应后预测的温度一般高于未考虑热导率温度效应5-8℃.     

日本海俯冲带的热结构及热源的影响

在对温度场计算所需的初始条件、边界条件、热源条件和介质热参数进行讨论和计算的基础上,利用二维热传导问题的有限单元法,计算了日本海俯冲带热结构的演化.发现400℃等温线在板块俯冲7Ma后趋于稳定,最大深度约60km;800℃等温线在板块俯冲11Ma后趋于稳定,最大深度约280km;1200℃等温线在板块俯冲50Ma后趋于稳定,最大深度约530km.通过计算不同热源组合情况下日本海俯冲带的热结构,讨论了热源的因素对俯冲带热结构的影响.结果表明,剪切生热和脱水热只对俯冲带浅部热结构有很大影响,绝热压缩生热对热结构的影响范围最大,而橄榄石→尖晶石相变生热是400km深度以下热结构的控制性热源因素.     

中国三个大地震的震源参数及讨论

大地震的震源机制及地震矩、应力降等参数,不(又对认识地震的破裂过程,而且对预报强地面运动都是非常重要的。一些文章对板内地震应力降的特点、地震矩与高频源谱的关系及区域特征的讨论,使我们可直接由长周期体波或面波得出的地震矩M₀估计出不同地区中大地震的高频源谱,以供强地面运动预报参考。 由于对发生在中国板内的1976年11月6日盐源地震（M_s=6.5）和1976年11月15日宁河地震（M_s=6.3）的震源参数还没有详尽的报道;另外,对1973年7月14日     

东海陆坡及相邻槽底天然气水合物的稳定域分析

利用实测的海底温度和海底热流资料对东海陆坡和冲绳海槽中轴以西的槽底地区的海底温度场和热流场进行了分析. 利用地震声纳浮标和OBS（Ocean Bottom Seismometer）资料将本研究区的地层划分为6层，自上而下地层的速度分别为1.8(1.8～2.2) km/s、2.2（2.0～2.5）km/s、2.8（2.7～3.2）km/s、3.4～3.6km/s、4.2（4.1～4.7）km/s、5.1km/s. 上部的1.8～2.2 km/s的速度层相当于第四纪的地层，2.8 km/s的速度层相当于上新世上部的地层，3.4～4.2 km/s的速度层相当于上新世下部的地层. 天然气水合物稳定域覆盖的面积从水深约500m的陆坡下缘到冲绳海槽的中轴部分约70000km2，相当于整个东海海域面积的十分之一. 稳定带的厚度从400m（研究区中部）到1100m（研究区北部和南部）不等. 适合水合物稳定赋存的地层主要是第四纪（1.8km/s、2.2km/s）和上新世的地层（2.8km/s）. 根据热流、构造活动性和稳定带的厚度分析，研究区北部和南部更适合天然气水合物的稳定赋存.     

南海深部地球动力学特征及其演化机制

利用地热学、流变学和重力学方法，计算了南海岩石层温度结构、流变特征及地幔对流格局.南海莫霍面温度在600-1000℃之间.岩石层底界面温度在1150-1300℃之间，有效粘滞系数为1020-1021Pa·s，与冰期回弹资料确定的地幔粘度吻合，表明南海深部具备产生地幔热对流的物理条件.研究认为地幔物质由北西向南东方向的运移以及印澳-欧亚板块的碰撞，导致南海北部大陆边缘向洋扩张、离散和断裂解体.在向洋离散过程中，陆-洋岩石层底部地幔局部对流使中央海盆扩张和北部陆缘发生差异性块断运动.