东沙群岛西南泥火山区Chirp浅剖数据的海底物性反演

Chirp浅剖图像可以显示东沙群岛西南海域存在泥火山.通过基于Chirp浅剖记录数据的反演方法研究,定量地分析泥火山区海底物性参数.首先由Chirp浅剖记录的反射振幅计算了海底反射系数,结果表明泥火山区的反射变化很大(0.1~0.8).对于海底弱反射(＜0.45) 区域,用Schock-Stoll模型以及物理参数间的经验公式反演海底浅表层物理性质参数(速度、密度、孔隙度等参数);对于海底强反射(＞0.45) 区域,用Gardner经验公式反演海底浅表层物理性质参数.反演结果表明研究区海底物性变化大,声速最高达5 237 m/s,密度最大为2.673 g/cm3.反演的物性参数与实验室测量值吻合度较高.Chirp浅剖数据反演是一种有效可行的遥测海底声学参数方法.      

南黄海中西部海底空间沉积特征及工程地质特性

南黄海海区被认为是我国在海上进行公益性、战略性油气资源评价的有利海区,但目前该海区海底深度方向上沉积特征及工程地质特性的研究仍较少。本文利用2009年6月及2010年6月在南黄海中西部海底获取的287个站位的沉积物柱状样品,通过粒度分析、物理力学性质测试,得到了该海域海底的空间沉积特征及沉积物工程地质特性:研究区海底表层沉积物类型多样,西南海底以粉砂质砂、砂质粉砂为主,力学强度较高,不易压缩,但由于较强的水动力条件,易冲刷粗化;东北海底以粉砂质黏土、黏土质粉砂为主,力学强度低,极易压缩;研究区海底深度方向上沉积物类型并非单一,常由几种类型沉积物互层组成,沉积物基本物理性质和力学性质随埋深变化的情况主要与沉积物类型有关,其次是压实作用。一定程度上,可利用本文给出的拟合函数,通过压缩波速估算研究区海底沉积物的孔隙度。     

西太暖池区生物组分对海底表层沉积物物理力学性质的影响

西太平洋暖池区是指位于热带西太平洋及印度洋东部海表温度常年在28 ℃以上的海域,是全球海表温度最高的深海区,构造环境与沉积环境复杂,沉积物中的生物组分含量差异较大,生物组分会对深海沉积物物理力学性质产生显著影响,但目前对沉积物中生物组分含量和沉积物物理力学性质之间的相关性关系尚不明确。本文对西太平洋暖池区核心部位的表层沉积物样品进行现场物理力学性质测试和室内涂片鉴定,研究深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分之间的关系。结果表明:研究区表层沉积物含水率范围为61.1%~435.1%,天然密度范围为1.04~1.76 g/cm³,贯入阻力范围为0~100 kPa,十字板剪切强度范围为0~8.6 kPa,整体具有高含水率、低密度、低强度等典型的深海沉积物物理力学性质特点。西加洛林海脊、海山等CCD以浅的区域为钙质生物组分>50%的钙质沉积区;西加洛林海槽西南部及其周边的深水沟槽地区一般为硅质生物组分>50%的硅质沉积;西加洛林海盆内部则主要为黏土沉积区。随钙质生物组分减少和硅质生物组分增多,表层沉积物类型分别为钙质沉积物、黏土沉积物和硅质沉积物,天然含水率变高,天然密度、贯入阻力和十字板剪切强度降低,表明深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分含量密切相关:贯入阻力、十字板剪切强度、天然密度与钙质生物组分含量呈正相关,与硅质生物组分含量呈负相关;而天然含水率正好相反,与钙质生物组分含量呈负相关,与硅质生物组分含量呈正相关。本文建立了深海沉积物中生物组分与物理力学性质之间的相关关系,提出了沉积物生物组分含量与物理力学性质之间的拟合公式,可以为深海沉积物工程性质的评价提供参考。     

海洋沉积物声学物理和土力学

海洋沉积物声学物理与工程力学特性的关系,近年由于海底资源、海洋工程建设和海洋军事活动的需要而日益引起人们的重视。在海洋工程建设或是海底地质填图中,利用声学方法和遥测手段已有可能在海上现场进行大面积快速的底质类型识别和划分,同时,在水下军事活动中,“海底参数”或是海底声学物理参数从来都是浅海声传播所不可缺少的下部边界条件。     

基于地面实测光谱的水系沉积物重金属含量反演

水系沉积物中的重金属元素含量调查是矿区环境受污染程度的重要依据,同时水系沉积物的物源组成也是近年来找矿突破的重要环节之一。通过分析水系沉积物中羟基官能团与重金属游离态阳离子之间的吸附反应,结合地面实测高光谱数据,发现与重金属元素含量相关性较好的波谱波段为500~780 nm与2 100~2 300 nm,建立基于地面实测光谱技术反演水系沉积物中重金属元素含量的回归方程,最后利用反距离权重方法成功提取碾子沟-洛金洼多金属矿区3条冲沟水系沉积物中Cu、Zn等重金属元素含量。结果显示：重金属Cu和Zn模型检验精度（R²）分别为0.618和0.636;研究区内冲沟源头山地林地附近流域沉积物中的重金属含量相对中下游矿区周边农用地较低,同时沉积土壤中的重金属含量随着冲沟流向呈升高趋势。重金属含量较高的中游农用地附近应加以治理,含量异常的中下游区域为今后的找矿方向。     

基于多重分形理论的多年冻土区高寒草甸退化过程中土壤粒径分析

为阐明青藏高原多年冻土区高寒草甸退化过程中土壤粒径分布(PSD)非均匀性和异质性的变化特征, 在青藏高原长江源区, 根据高寒草甸的退化梯度, 选取了未退化区域、 轻度退化区域、 中度退化区域、 重度退化区域和极重度退化区域, 测定了高寒草甸退化过程中土壤的粒径分布、 饱和导水率、 孔隙度与有机质含量. 运用多重分形理论, 并结合土壤颗粒分布与土壤理化特性等参数的相关性进行分析, 为高寒草甸退化对长江源高寒土壤性质变化的影响的定量研究提供一种精确的分析方法. 结果表明: 随着青藏高原多年冻土区高寒草甸退化程度的增加, 土壤颗粒呈粗粒化趋势, 多重分形参数中容量维数(D₀)随之增大, 表征PSD宽度随之增大; 信息维数(D₁)、 信息维数/容量维数(D₁/D₀)、 关联维数(D₂)、 奇异谱宽(Δα)可从不同角度反映的土壤PSD的非均匀性与局部异质性随着高寒草甸退化有先增大后减小的趋势, 中度退化区域的土壤PSD不均匀性最大. 研究发现, 研究区土壤多重分形参数与细砂含量、 土壤的孔隙度、 有机质含量具有较明显的相关性. 多重分形参数能准确描述高寒草甸退化过程中土壤粒径分布的细微差别, 可作为反映土壤性质的潜在指标.     

含水合物沉积物力学性质:方法、特性与定量关系

从原位测试、实验模拟和理论数值分析等角度归纳了现有含水合物沉积物力学性质研究方法,重点对自然界中含水合物沉积物力学特性进行了总结,对比了海洋和冻土区含水合物沉积物力学性质的差异。除了诸如水合物形成和分解对沉积物力学性质影响这类定性评价外,水合物数值模拟和工程应用还需要建立像水合物饱和度与沉积物力学参数间这类定量关联函数。最后讨论了现有的含水合物沉积物力学性质定量研究结果,并提出了今后含水合物沉积物力学性质研究的几点建议。     

闽东南沿海地区软土静力触探参数相关分析

在分析闽东南沿海地区软土特性的基础上,对沿线静力触探测试参数以及软土物理力学性质参数进行相关分析,建立了针对闽东南沿海地区软土静力触探参数与软土物理力学性质参数之间的相关方程（经验公式）。利用经验公式可从静力触探测试参数推算闽东南沿海地区软土的物理力学性质指标,为沿线工程勘察、设计、施工中软土参数的可靠性分析提供依据。     

南海北陆架坡表面沉积物的物理力学性质初探

南海北部陆坡工程地质环境复杂,并分布有大量油气资源,对该区海底沉积物的物理力学性质的研究是不可缺少的研究工作。本文利用2015年6月于"实验3"号科考船南海北部航次获得的箱式样和柱状样样品,在室内进行了含水率、天然密度、比重、微型扭力十字板以及微型贯入试验和压缩试验,获得了该处沉积物的粒度分布特征及物理力学性质参数。研究表明,南海北陆坡架表层沉积物类型以粉砂质黏土和黏土质粉砂为主,具有较高的含水率和较低的湿密度,抗剪强度、贯入阻力、压缩性等力学性质较差。沉积物的各项土工参数随深度呈现一定规律性的变化,且沉积环境、粒度成分和沉积年代等因素对其存在一定影响。     

声学多普勒剖面仪对悬浮沉积物浓度的测量研究

为探讨声学多普勒剖面仪(PCADP)测量悬浮沉积物浓度(SSC)的可行性,将PCADP测量输出的声学后散射强度经衰减修正后,通过光学浊度计(OBS)标定转变为SSC.结果表明,SSC与后散射强度之间具有较好的相关性(R=0.74),用后散射强度测得的SSC平均相对误差为22.4%.为排除粒径变化对声学测量误差的影响,又对粒径变化不是很大的时段进行了分析,结果相关性有了较大提高(R=0.81),平均相对误差减小为18.9%.由此可见,PCADP能够达到专业SSC测量仪器的精度(20%~50%),满足沉积动力学研究的需要.     

Correlations between the in situ acoustic properties and geotechnical parameters of sediments in the Yellow Sea,China

Knowledge about the marine sediment acoustic properties is a key to understanding wave propagation in sediments and is very important for military oceanography and ocean engineering. We developed a hydraulic-drived self-contained in situ sediment acoustic measurement system, and measured for the first time the in situ acoustic properties of sediments on 78 stations in the Yellow Sea, China, by employing this system. The relationships between the in situ measured acoustic properties and the onboard or laboratory determined geotechnical parameters were analyzed. Porosity was found to be the dominant factor in reducing velocity in a quadratic fashion; velocity showed an increment with bulk density and a decrement with mean grain size and clay content both with a nonlinear dependence; acoustic attenuation showed a bell-shaped correlation with porosity and mean grain size but reduced with clay content of the sediments. The attenuation results indicate that intergrain friction rather than viscous interactions between pore fluid and solid grains is the dominant loss mechanism in our marine sediments. The relationships established would be used to predict the geotechnical parameters from in situ measured acoustic properties and vice versa, as well as being an indicator of the seafloor processes, potential gas bubbles hazard and gas hydrates resources or other suitable targets of acoustic surveys.     

Early diagenetic reactions in interbedded pelagic and turbiditic sediments in the Nares Abyssal Plain (western North Atlantic): Consequences for the composition of sediment and interstitial water

Measured pore-water concentrations of iron in interbedded pelagic and turbiditic sediments from the Nares Abyssal Plain are in excellent agreement with sediment colour and measured redox potential. The organic carbon content of these sediments appears to define the redox conditions and consequently the porewater and solid-phase concentration of constituents that are involved in early diagenetic reactions. In the turbiditic sediments the concentration of NO₃⁻ generally goes to zero within a sediment depth of 1 m, whereas at 8 m in a pelagic core from the same area the concentration of NO₃⁻ is still higher than it is in the bottom water. The pore-water concentration of Mn²⁺ in the turbiditic sediments increases sharply down to a depth of approximately 3 m and from thereon remains nearly constant due to saturation with respect to Mn, Ca-CO₃. The pore water of the turbiditic sediments is also saturated with respect to calcite. The few “diagenetic spikes” in the pore-water concentration of NO₃⁻ and Mn²⁺ and the concentration/depth profile of dissolved iron, H₄SiO₄ and phosphate all clearly demonstrate the inhomogeneous nature of interbedded pelagic and turbiditic sediments. The simultaneous occurrence of peaks of dissolved iron/silica and of sediment intervals with a relatively high organic carbon content is attributed to enhanced early diagenetic reactions associated with the decomposition of organic matter in these specific intervals. Linked with these reactions is the irregular pore-water concentration of phosphate, which is shown to originate partly from the oxidation of organic matter, but mainly from the desorption of phosphate from iron oxide. Potential concentrations of phosphate are calculated from the stoichiometric early diagenetic reactions and compared with measured concentrations. Due to the unique combination of low porosity and relatively high sedimentation rates, the sediments from the Nares Abyssal Plain are an ideal basis for the study of such interbedded sequences of pelagic and turbiditic deposits.     

东太平洋洋底沉积物的物质组成与物理化学特征

作者通过研究,发现东太平洋洋底沉积物主要是由<0.063mm的伊利石、蒙脱石加混层矿物、高岭石、绿泥石粘土矿物和放射虫、硅藻等组成。具有碱性、比表面积大,离子交换容量大的特点。该成果无异为东太平洋多金属结核分布区的大洋地质学的研究,提供了可贵的环境地质资料。     

拓展的衍射CT技术反演多孔性海底声学参数

多孔性海底沉积层的声速、密度、孔隙结构等声学参数是描述海底地质的重要信息,也是声场数值预报、沿岸工程建设地点选择等工程应用中所必须的参数。本文从海底后向半平面不完全投影的散射特性出发,拓展医学上的衍射CT技术,重新推导出收发分置测试系统目标散射强度和相关图像剖面频谱样本的关系式。运用随机生长四参数生成法构建声场图像模型,通过收发分置散射声场的有限稀疏样本,完成单一方向入射线性调频波条件下的剖面图像信息反演验证,得出影响声学参数精度的调频波频率间隔和测量方向数,进一步反演多孔性海底沉积层的孔隙度和平均阻抗指数。与基于网格剖分的数值计算方法相比,本文方法计算效率提高约两个数量级。     

石英尾砂对濠河上游沉积物污染的磁学响应

濠河上游沉积物和石英尾砂磁学参数及SiO₂质量分数(w(SiO₂))分析结果表明,沉积物中w(SiO₂)高达80%以上,说明沉积物已被石英尾砂严重污染。磁测结果显示,沉积物与石英尾砂的磁学特征基本相同,这2类样品中的主要磁性矿物是磁铁矿,含量较低,磁性矿物粒径较宽,主要为0.1~5 μm;这主要是大量石英尾砂进入濠河后,在其稀释作用下,沉积物磁性减弱,使磁性矿物的粒径变粗。沉积物中w(SiO₂)与磁学参数(χ、SIRM和χ_ARM)存在负相关关系(-0.83≤R≤-0.61),表明磁学参数能反映石英尾砂对沉积物的污染程度,其值越低说明石英尾砂对濠河污染越严重。     

含水层压密引起其特征参数变化的实验

水文地质参数在含水层压密过程中不断变化,这是诸多地面沉降模型实际应用中的难点之一。就含水层压密对水文地质参数的影响开展了初步的实验,结果表明,压密前后含水层的渗透系数和给水度发生了较大的变化。其中：渗透系数随模拟含水层介质压密过程的变化几乎呈线性的减小趋势,线性拟合决定系数为0.959 2~0.997 1;给水度随着含水层的压实而表现出下降的趋势较为复杂,随介质类型的不同而有差异。渗透系数和给水度的下降速度在不同介质中也有一定的差异。在本研究的实验模型尺度下,给水度和渗透系数呈现一定的线性正相关关系,一次线性相关函数斜率为0.001 3~0.005 1,截距为0.011 6~0.038 1,基本相近且在相同数量级。     

冲绳海槽中段西陆坡下缘天然气水合物存在的可能性分析

海洋中的天然气水合物主要发育在有机质供应充分、沉积速率快、热流值较高、水深大于300m的大陆斜坡和活动边缘的增生楔发育区;沉积物类型主要以泥质砂岩、砂质泥岩和浊积岩为主。似海底反射层(BSR)和极性反转是识别天然气水合物层的关键标志。冲绳海槽中段西陆坡下缘水深大于1000m;沉积物类型主要为粉砂质泥和泥质粉砂,在部分层位见浊积层。与东海陆架相比,西陆坡下缘的有机质含量、沉积速率的热流值都较高,其范围分别为0.75%～1.25%、10～40cm/ka和70～437mw/m2;单道地震剖面具有明显的似海底反射层(BSR)和极性反转特征,因此,推断冲绳海槽中段西陆坡下缘可能存在天然气水合物层。     

冻融循环对黄土渗透系数各向异性影响的试验研究

为了反映冻融循环作用对原状黄土渗透各向异性及原状、 重塑黄土渗透差异的影响, 以西安Q₃黄土为研究对象, 通过三轴固结渗透试验对比分析了冻融前后水平、 竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数随初始含水率、 围压、 冻融循环次数变化的规律。结果表明： 未冻融时各级围压下竖直向原状黄土的渗透系数为2×10^-6 ~ 18×10^-6 cm?s^-1, 水平向原状黄土和重塑黄土的渗透系数为0 ~ 4×10^-6 cm?s^-1; 经历冻融循环后, 水平、 竖直向原状黄土及重塑黄土的渗透系数与初始含水率的关系曲线分别呈现逐渐上升、 抛物线形式与变化平缓的不同特征, 而三者的渗透系数均随冻融循环次数的增加呈现数量级增大的趋势; 原状黄土的竖直 - 水平渗透系数比（k_v /k_h ）由冻融前的4.38逐渐减小到0.90, 可见冻融循环作用在显著提高黄土渗透性能的同时, 可以强烈弱化其各向异性特征。通过建立围压、 渗透系数与土体孔隙率的相关关系可知, 原状、 重塑黄土的孔隙率与围压存在极强的负线性相关性, 渗透系数随围压的增大呈典型指数衰减特征, 渗透系数与孔隙率具有相似的变化趋势, 因此冻融循环过程中土体孔隙率的改变是导致其渗透性质变化的主要原因。