基于水文分析法的海底峡谷特征要素自动提取方法研究及应用

海底峡谷是陆源沉积物向深海运移的主要通道,也是陆架/陆坡区重要的地貌单元。随着多波束测深技术的发展,如何快速而准确地从海量数据中识别并提取海底峡谷的特征要素,是一个亟待解决的重要热点问题。文中根据海底峡谷谷底下切、谷壁高而陡等地形特征,基于水文分析法和坡度分析等原理,通过ArcGIS中的数据建模工具建立了一种从数字高程模型(DEM)数据快速识别和提取海底峡谷特征要素的方法。以南海北部陆坡神狐峡谷区为例进行算例分析,结果表明,该方法在快速了解海底峡谷的发育位置和特征要素等方面是可行的,并可以获得峡谷头尾部水深、轴线长度、峡谷范围等特征信息。为获得该方法适用于研究区的最优参数组,文中讨论分析了峡谷形态、重分类阈值及数据分辨率等影响峡谷识别的因素。结果分析表明,峡谷形态会在一定程度上影响识别结果的准确性,但不影响对峡谷的总体了解;零值汇流累积量重分类阈值和DEM数据的空间分辨率是影响峡谷识别结果准确度的两个重要因素,在神狐峡谷群区,空间分辨率200 m且重分类阈值0.4时,海底峡谷识别和特征要素提取效果最佳。     

全球海底峡谷成因及演化研究

海底峡谷广泛发育于全球大陆边缘,在地形上表现为深切于大陆边缘的凹槽,是海陆边界处最为显著的地貌之一。海底峡谷是陆缘碎屑物质由陆至深海运移的重要通道,是研究区域源-汇体系、海平面升降、构造演化的重要场所,也是海底油气资源形成与储集的重要区域,是国内外在海洋领域研究的热点之一。针对海底峡谷的成因及演化过程,进行了系统性的研究与划分,首先介绍了国内外海底峡谷研究的关键成果,其次概述了两大世界典型峡谷区南海北部海底峡谷区和蒙特利海底峡谷区的区域构造及成因,最后依据海底峡谷形成演化的主控因素,将其成因分为3种类型:强侵蚀性、河流侵蚀型、构造作用及溯源侵蚀型。通过对峡谷成因演化的研究,有助于为海底峡谷的分类提供新的思路,为海底峡谷区域的资源勘探、古气候与构造演化模式方面提供新的突破点。     

海底双相随机介质声反射的SVM神经网络分类识别研究

考虑海底沉积介质为双相介质,为了更好地模拟实际海底底质的不均匀性,将随机介质理论引入双相介质理论。首先,通过基于随机-双相介质理论的高阶有限差分数值技术模拟计算海底底质分别为泥质砂、泥、泥质砾时的地震反射波信号。然后利用小波变换分别求取不同底质的一次反射波的包络作为其特征向量,最后利用基于粒子群智能算法优化的支持向量机神经网络对这些反射波信号进行分类识别。为了进一步考察所用方法的抗噪能力,对正演得到的海底底质反射波信号分别加入10%、30%、50%的高斯白噪音之后再进行分类,支持向量机仍然取得了较好的分类预测效果。基于上述正演模拟及分类识别方法的论证,提出了一套行之有效的微机软件模拟海底沉积物分类识别的一般化流程,这将有利于开展海底沉积物反射特征的进一步研究。     

海底峡谷水动力系统研究

海底峡谷作为海洋中油气勘探的重要指示器和富集场所,研究其复杂的水动力系统变得十分重要。海底峡谷中水动力系统包括了重力流、浊流、潮汐/内潮汐、内波、底层流、上升流和高密度陆架瀑布流(Dense Shelf Water Cascading)等要素,与峡谷外有明显的不同。首次从海底峡谷水动力系统的综合概况出发,研究了水动力作用对峡谷的侵蚀、沉积物的搬运与沉积以及特殊生态系统的塑造,总结分析了峡谷中水动力系统的主要研究手段。结果表明,海底峡谷中的水动力作用由于成因不同,各自的表现特征也不一样;重力流、内潮汐、上升流等水动力作用对峡谷的形态地貌、物质搬运以及生态系统的影响较为显著;对于常用的4种水动力系统的研究方法而言,其研究背景各不相同,且存在一定的局限性。本文为我国海底峡谷水动力系统的研究起到了一定的指导作用。     

三沙海底峡谷识别与地貌特征分析

三沙海底峡谷是连接西沙碳酸盐台地与南海西北次海盆的深水海底峡谷,起源于永兴岛和东岛之间的浅水区域,输送了大量碳酸盐碎屑到西北次海盆。三沙海底峡谷是迄今为止发现的南海最大碳酸盐型海底峡谷。海底峡谷的横断面呈现V、U字形,可以分为峡谷外侧、斜坡和谷底3个部分。峡谷外侧平缓、两侧斜坡陡峭、谷底平缓。沿着峡谷走向,可以分为上游、中游和下游3部分。上游部分坡度较陡、坡度变化较大,环礁周边的水道和海底滑坡体系是源区的碎屑物质搬运通道;中-下游部分坡度平缓、坡度变化小,主要以碎屑物质的搬运为主,汇入两侧斜坡上的侵蚀、坍塌形成的碎屑,在西北次海盆形成了喇叭状的入海盆口。通过三沙海底峡谷的研究,有助于揭示岛礁与海盆之间的沉积物输送、海底不稳定性等基础科学问题,为碳酸盐岩油气储层预测、岛礁生态旅游开发提供理论基础。     

南海东北部峡谷体系的地貌特征与发育控制因素

海底峡谷在全球陆缘广泛分布，是浅海沉积物向深海运移的主要通道，对于理解深海浊流触发机制、深海沉积物的搬运模式、深海扇的发育历史和深海油气资源勘探等均具有重要意义。本文基于高分辨率高精度的多波束测深数据，首次对南海东北部海底峡谷体系进行了研究，精细刻画了高屏海底峡谷、澎湖海底峡谷、台湾浅滩南海底峡谷和东沙海底峡谷等4条大型海底峡谷的地貌特征并分析其发育控制因素。海底坡度、构造运动、海山与海丘是影响南海东北部峡谷群走向与特征的重要因素，其中，海底坡度对于峡谷上游多分支与“V”字特征有显著的控制作用；构造运动是控制高屏海底峡谷走向的因素，澎湖海底峡谷的走向则与菲律宾海板块与欧亚板块碰撞有关，东沙海底峡谷的走向则与东沙运动相关，台湾浅滩南海底峡谷上段受NW向断裂构造的控制；海山的阻挡作用造成峡谷局部走向和特征改变。海底峡谷群输送大量陆源沉积物到深海盆并形成大面积的沉积物波，海山和沉积物波的发育导致东沙海底峡谷下段“回春”和转向。     

基于海底地貌分类的海底地名通名分类体系研究

海底地名通名的分类与命名是地名命名研究的重要内容,而海底地名通名实际上是海底地貌类型的名称。在总结国内外已有陆地和海洋地貌分类研究成果的基础上,提出了基于地貌分类的海底地名通名分类体系。     

构造活动对海底峡谷地貌形态的影响

海底峡谷是大陆边缘最重要的地貌形态之一,是沉积物和陆源有机质向深海搬运的主要通道,在深海重力流沉积、全球碳循环、生物多样性、油气-水合物资源勘探及海底工程设施安全运营等方面的研究中具有重要意义。大量研究发现,海底峡谷常发育于构造活动较强烈的地区,其形成和演化与构造变形之间存在密切的关联。在文献调研基础上,着重就构造活动对海底峡谷地貌的控制作用进行综述。总结了5种与构造变形有关的海底峡谷平面分布端元模式,分别为限制型、转向型、偏转型、阻挡型及横向切穿型海底峡谷。分析了局部坡度变化对峡谷内部地貌特征的影响:构造变形引起的局部地形坡度增大会导致海底峡谷内部侵蚀作用的加剧与裂点的形成;局部地形坡度减小容易引起天然堤和决口扇的形成;坡度的变化还会引起峡谷弯曲度的动态响应。     

基于模糊C均值聚类-支持向量机的海底沉积物分类识别

在总结了目前海底底质分类研究的基础之上,率先提出利用计算机数值模拟技术对海底底质进行分类识别研究。相较于目前海底底质分类研究中所使用的水槽实验法,提出采用计算机数值正演技术模拟实际地震勘探中数据采集过程。在分类识别算法上,分别采用支持向量机(SVM)和模糊C均值聚类(FCM)算法对采集的数据进行分类,为使支持向量机分类识别率达到最大,引入差分进化算法对支持向量机中关键参数进行最优化搜索,并研究了向原始地震记录中加入10%,30%,50%的高斯白噪音时算法的稳定性。在分析了这两种算法分类识别的正确率及其各自的优缺点后,提出了海底底质分类识别的两步法,即(1)先利用模糊C均值聚类进行一粗糙的预测分类,在每一类中挑选聚类性较好的数据作为支持向量机的训练样本;(2)将上一步中筛选的样本作为支持向量机的训练样本,并用差分进化算法优化支持向量机分类参数,再利用训练好的支持向量机对其余数据做预测分类。鉴于计算机数值模拟的可重复性、高效快速性及本文提出的模糊C均值聚类-支持向量机方法的鲁棒性,为便于开展进一步研究,归纳总结了一套行之有效的采用计算机数值模拟技术开展海底底质分类识别研究的一般化流程。     

我国海底峡谷研究进展

海底峡谷是陆源物质向深海运移的重要通道和深海油气资源储集的重要场所,海底峡谷在我国近海也广泛发育。通过对国外海底峡谷研究成果和方法的介绍和学习,我国海洋学家开始对冲绳海槽西坡、台湾周边海域、南海北部海域及世界上其它海域的海底峡谷进行深入的调查和研究,并取得了丰硕的成果。但与国际相比,我国海底峡谷研究还处在发现和描述的阶段,还需要进行系统的观测和深入的研究,来探讨海底峡谷的形成发育机制和控制因子,及其与我国近海演化和油气成藏的关系。