珊瑚岛礁孤立波爬坡的平面二维数值模拟研究

为了探究岛屿周围珊瑚礁在抵御海啸灾害中的作用,采用激波捕捉类Boussinesq模型FUNWAVE-TVD,对孤立波在理想化三维岛礁地形上的传播及爬坡开展了现场尺度的平面二维数值模拟,分析了入射波高、礁坪水深、礁坪宽度、礁前斜坡坡度、礁后斜坡坡度、珊瑚礁糙率对岛屿四周孤立波爬高分布的影响。结果表明,珊瑚礁的存在总体上可有效降低岛屿四周孤立波的最大爬坡高度;入射波高、礁坪水深、礁坪宽度、珊瑚礁糙率是影响珊瑚岛礁四周孤立波爬坡分布的主要因素,岛礁四周最大爬坡高度会随入射波高和礁坪水深的增大、礁坪宽度和珊瑚礁糙率的减小而不断增大;当礁坪水深增大到一定程度时,珊瑚礁主要会对岛屿背浪面的爬高失去影响,而当礁坪宽度和珊瑚礁糙率减小至一定程度时,会出现岛礁四周最大爬高高于无珊瑚礁时爬高的现象;礁后斜坡的变缓会使岛礁周围的最大爬高有所减小,而礁前斜坡坡度对珊瑚岛礁周围的最大爬高几乎没有影响。     

珊瑚礁地质稳定性研究现状

为探究珊瑚礁稳定性的研究现状,对影响礁体稳定性的诸多因素如礁体结构、地形地貌、波浪、潮汐、潮流、风诸如热带气旋和风暴、海流等进行总结,结果表明以上诸多因素可在不同程度上决定或影响礁体稳定性。同时指出现阶段礁体稳定性研究所需注意的问题,其一是涉及珊瑚礁地质稳定性的礁体结构、地貌形态的研究尚少,需合理利用多波束测深仪、高分辨率多道地震探测系统、钻探及AUV、三维实时声学成像声呐技术获取礁体地形、地层及剖面形态,并借助GIS技术对滑坡等失稳地带进行圈定,其二是潟湖区、礁体边坡等区域的稳定性研究缺乏,需引入极限平衡法评估礁体边坡、泻湖等区域的稳定性,且需考虑波浪、潮汐引入的孔隙水压力、渗流力的影响。通过综述礁体稳定性研究现状及未来礁体稳定性研究的方向的展望,以期为珊瑚礁体上的工程建设及未来的珊瑚礁地质稳定性研究提供些许启示。     

珊瑚礁岩心声速垂向跃变及其指相意义

本文在南沙群岛永署礁南永1井珊瑚礁岩心声速测量的基础上，研究了珊瑚礁岩心声速的垂向跃变特征和相应地层沉积相变及地层侵蚀间断面的关系，分析了珊瑚礁岩心相变造成其声速跃变的原因，阐明了海平面升降形式珊瑚礁地层侵蚀间断面和产生相变的具体过程, 明了珊瑚礁岩心声速垂向跃变与相应地层古气候和海平面变化的关系，该项研究在岛礁工程建设和礁灰岩区石油勘探声学测井以及西太平洋边缘海古海洋学研究学方面具有重要的实用价值和理论意义。     

砂质海底沉积物压缩波速与物理参数关系试验研究

砂土是主要的海底沉积物类型之一,明确砂质沉积物声学与物理性质的关系对海底底质和地层探测至关重要。本文利用超声探测仪和自制的试样制备测试装置,模拟制备不同沉积状态的砂土试样,同步开展超声测试和物理性质测试,探讨砂质沉积物声速测试方法及影响因素,揭示砂质沉积物压缩波速与物理参数的内在联系。试验结果和分析表明:换能器接触管壁的间接测量方法中,声波多路径传播可显著影响沉积物声速测量的准确性,而换能器接触试样的直接测量方法可避免这一影响;30 kHz至100 kHz的不同频率对压缩波速测量结果没有明显影响。砂质沉积物的压缩波速与密度、孔隙度、含水率有较好的相关性,相关系数分别为0.87、0.86、0.84,并且随密度的增大而增大,随孔隙度、含水量的增大而减小。砂质沉积物的压缩波速与中值粒径的相关系数小于0.6,对物质组成不敏感。另外,与声速相比,砂质沉积物的声阻抗与密度、孔隙度、含水量的相关性更高。砂质沉积物压缩波速对饱和度非常敏感,例如,饱和度从0.971增至0.994时,压缩波速从393.3 m·s^-1急剧增大到748.5 m·s^-1,需特别注意。     

基于QuickBird影像上珊瑚礁发育状况监测实验研究

珊瑚礁生态系统具有很高的生物多样性和重要的生态功能。20世纪80年代以后全球范围内珊瑚礁的大面积退化引起了人们广泛的关注。利用高分辨多光谱QuickBird影像,基于珊瑚礁几何参数与发育指数对南沙典型岛礁发育进行遥感监测,在珊瑚礁体迎风面水域由破波形成的纹理特征表明了海面粗糙度与水下礁坪的发育特性。结果表明,南沙岛礁受地质与气候的影响发育程度不一,半月礁发育较好,发育指数为0.38,仙娥礁发育指数为0.27。建立几何参数等指标能够监测南沙珊瑚礁的发育状况,可对珊瑚礁的保护提供科学依据。     

基于Landsat 8卫星数据的南沙礁群分布研究

南沙岛礁的发育受空间位置、暴露面积及地质结构等因素的影响,礁体的演变伴随空间形态的变化。本文利用遥感和地理信息系统(GIS)相结合的方法绘制南沙岛礁核密度现状图,并采用Kernel Density进一步分析南沙礁群空间核密度分布。研究表明:南沙岛礁空间形态复杂,有明显区域格局性,面积差异较大的岛礁核密度聚集位置不相同,分布特征相对密集。岛礁数量在纬度方向有明显浮动,在经度方向上趋于稳定。随礁体面积的增大,礁体平均形状指数逐渐增大,平均紧凑度逐渐减小,形状指数LSI介于0.90～2.87之间、紧凑度RC介于0.31～0.97之间。研究结果有助于更好地了解南沙岛礁密度情况,为海洋管理人员提供参考信息。     

南沙群岛永暑礁工程地质特性

运用现场钻探和浅地震勘探等方法,发现珊瑚礁弱胶结礁灰岩具有礁绷高而内礁平坪和湖低的岩盆现象,并认为此岩盆现象有利于礁体工程地质稳定性的礁体的成长发展。另外,还采用原位土工程测试和室内工试验等手段研究了珊瑚砂的礁灰岩的物理力学特性,指出了珊瑚钙质砂具有高内摩擦角、高孔隙比、颗粒易破碎、颗粒形状不规则等特性,是一种不利于桩基工程建设的特殊性土,值得深入研究。     

基于Ecopath模型的七连屿礁栖性生物的生态承载力分析

生态承载力评估是开展生物资源增殖放流, 维持珊瑚礁生态系统健康的基础和前提。本文基于2019年渔业资源和生态环境的综合调查数据, 构建了七连屿珊瑚礁海域生态系统的生态通道(Ecopath)模型, 分析和探讨了相关功能组增殖放流的生态承载力。结果显示, 七连屿珊瑚礁海域生态系统各功能群营养级范围为1.00~3.81; 生态系统的总能量转化效率为13.45%; 生态系统以牧食食物链占据主导地位, 直接来源于初级生产者的能流占比为57%。系统总初级生产量/总呼吸量为2.54; 总初级生产量/总生物量为19.07; 系统连接指数和系统杂食性指数分别为0.36和0.22, 表明当前七连屿珊瑚礁海域生态系统的成熟度和稳定性偏低, 系统对于外界的干扰抵抗能力较弱。在未改变七连屿珊瑚礁生态系统结构和功能的前提下, 各功能组中珊瑚、双壳类和植食性鱼类的生态承载力分别为25.09~53.77t•km^-2、2.55~39.95t•km^-2和4.89~17.94t•km^-2, 因此仍具有较大的增殖空间。珊瑚礁鱼类群落的最大生态承载力同珊瑚礁无脊椎动物群落的增殖密切相关, 在未来的珊瑚礁渔业管理中应从生态系统整体结构的角度综合考虑增殖放流的方法设计。     

雷州半岛西南部珊瑚礁礁体结构与场地稳定性分析

珊瑚礁是全球气候变化研究的主要内容之一, 近年来为适应珊瑚岛礁工程建设的需求, 珊瑚礁研究得到较快发展.珊瑚礁是发育于热带海洋环境中由生物作用和地质作用共同形成的地质体, 是一种特殊的岩土介质类型.雷州半岛西南部珊瑚礁区无论在其物质组成还是发育环境上都具有独特性, 该区海洋水动力作用在珊瑚礁体不同部位强度不同, 具有明显的分带性, 是造礁珊瑚生态环境和碎屑沉积分带的主要原因, 它与珊瑚礁地貌分带、珊瑚礁工程性质相结合, 形成了珊瑚礁不同的岩体结构和工程地质分带.在分析了该区地质背景、岩体结构和工程地质分带等的基础上, 对雷州半岛西南部珊瑚礁区场地稳定性进行探讨, 为该区工程建设提供依据.     

南科1井第四系暴露面特征及其与海平面变化的关系*

珊瑚礁地层中的暴露面是海平面变化的忠实记录, 对地层层序的划分和研究珊瑚礁体的生长发育过程具有重要意义。本文基于手标本观察与薄片鉴定、碳氧同位素和矿物组成分析, 识别了南沙美济岛南科1井第四纪生物礁碳酸盐岩地层中的典型暴露面, 剖析了主要暴露面与海平面变化及珊瑚礁发育演化的关系。在南科1井(NK-1)第四纪地层中典型暴露面附近以出现大量溶蚀孔穴和红褐色或锈黄色钙质结核为特征, 其碳氧同位素偏负, 并富集Al、Th、Fe和稀土元素, 具有典型碳酸盐岩风化壳的特征。南科1井全新世礁体发育在晚更新世暴露面之上, AMS¹⁴C和U-Th年龄数据证实美济岛全新世珊瑚礁生长时段与南海其他珊瑚岛礁一致, 主要发育在8.2~4.7ka时期, 该时段海平面的缓慢上升为珊瑚礁连续垂向生长提供了有利环境。Sr同位素和古地磁年龄标定的南科1井更新世地层中的主要暴露面时代与南沙永暑礁和西沙群岛珊瑚礁地层中的暴露面时代基本一致, 主要暴露面对应于全球第四纪低海平面时期。     

Vertical Sound Velocity Transition in the Coral Reef Core and Its Significance of Indicating Facies

On the basis of the sound velocity measurements of the coral reef core from Nanyong No.1 well of Yongshu Reef in the Nansha Islands,the paper studies the relations between the vertical sound velocity transition features in the coral reef core and the corresponding stratigraphic depositional facies change as well as stratigraphic gap of erosion,analyses the cause of the sound velocity transition,expounds the concrete process of the sea level change resulting in the stratigraphic gap of erosion and facies change in the coral reef and explains the relations between the vertical sound velocity transition in the coral reef core and the corresponding stratigraphic paleoclimate and the sea level change.This study is of important practical value and theoretical significance to the island and reef engineering construction and the acoustic logging for oil exploration in the reef limestone area as well as the paleoceanographic study of the marginal sea in the westerm Pacific Ocean.     

滑行波震相对珠江口地区壳内低速层的约束作用

深入研究珠江口地区海陆过渡带壳内低速层的结构和构造特征对于理解板内地震的发震机理、孕震构造及该区域的地壳结构具有重要的地质地球物理意义。利用2015年珠江口区域海陆地震联测L2-ME测线上的19个地震台站(包括陆上台站14台, 海底地震仪5台)记录到的地震数据来探明该区域低速层的结构和构造特征。在常规震相的基础上, 加入了大量的滑行波震相(Ph)进行结构模型计算, Ph震相的增加使得地壳内部10~20km范围内的射线覆盖密度有了显著提高, 从而获得了L2-ME测线下方更为精确的地壳纵波速度结构模型。结果发现, 模型中测线下方13~18km深度范围内稳定连续展布的壳内低速层被清晰成像, 其内部速度稳定在5.7~6.0 km·s^-1之间, 与上下层界面速度差分别为0.5km·s^-1、0.4km·s^-1, 低速特征明显。该低速层厚度由陆侧的3.5km左右降至海侧的1km, 呈现出向海侧逐渐减薄的趋势, 低速层底界面起伏变化较大且具有与莫霍面相似的起伏特征。     

Population Density, Distribution and Consumption Rates of Three Corallivores at Cabo Pulmo Reef, Gulf of California, Mexico

Abstract. The influence of corallivores on coral community structure of eastern Pacific reefs has been considered less important then that of abiotic oceanographic factors. The data that support this assumption, however, are only available for Central American reefs. To assess the role of predation on hermatypic corals in a different regional reef environment, the abundance, spatial distribution and consumption rate of three corallivores: the echinoid Eucidaris thouarsii (Valenciennes), the asteroid Acanthaster planci (Linnaeus) and the teleostean fish Arothron meleagris (Bloch & Schneider), were estimated at Cabo Pulmo reef, Gulf of California, México (23°25' N, 109°25' W). Statistically, the abundances of the species did not change in any sections of the reef (mean values: E. thouarsii , 0.17 indiv. · m⁻²; A. planci , 1.9 indiv. · m⁻²; A. meleagris , 39 indiv. · ha⁻¹). The average daily individual consumption rates of coral were calculated at 1.83 g CaCO₃· m⁻² for E. thouarsii , 118.4 cm² for A. planci , and 16.38 g CaCO₃· m⁻² for A. meleagris , and were lower than those reported for Central American reefs. Considering the mean estimated carbonate production (7.9 kg CaCO₃· m⁻²· a⁻¹), corallivores eliminate less than 4% of the coral standing stock of Cabo Pulmo reef. The low corallivore population density and consumption rates, together with high local coral cover, indicate that corallivores are not key factors determining scleractinian abundance in this marginal reef.     

A new coral reef province in the Gulf of Carpentaria, Australia: Colonisation, growth and submergence during the early Holocene

Multibeam sonar mapping, drill cores and underwater video data have confirmed the existence of a previously unknown coral reef province in the Gulf of Carpentaria, Australia. Seven reefs, comprised of coral limestone that support living corals have been mapped so far and as many as 50 other reefs may exist in the region. U/Th ages show that reef growth commenced shortly after limestone pedestals were submerged by rising sea level around 10.5 kyr BP, making them the oldest Holocene reefs known in Australia. Reef growth persisted for ~ 2.0 kyr but it had ceased at most locations by ~ 7.0 kyr BP. Measurements of reef growth rates (0.95 to 4 m kyr^− 1), indicate that the reefs were unable to keep pace with contemporaneous rapid sea level rise (> 10 m kyr^− 1), which is consistent with a “give up” reef growth history. Core samples from reef platforms demonstrate that Pleistocene limestone is exposed at depths of 27 and 30 m below present mean sea level. These depths represent regionally significant phases of reef growth during a prolonged sea level still stand. We conclude that the reefs are therefore mostly relict features, whose major phase of growth and development relates to an earlier, pre-Holocene sea level still stand.     

南海陆坡天然气水合物饱和度估计

基于双相介质理论和热弹性理论,建立了沉积层纵波速度与天然气水合物饱和度、弹性性质及地层孔隙度之间的关系。通过对比饱和水的理论P波速度与实际P波速度,可以得到天然气水合物饱和度。根据ODP184航次的电阻率、声波速度、密度等测井资料以及地质资料,初步推断南海陆坡存在天然气水合物。根据声波测井的纵波速度估算出南海1146和1148井天然气水合物饱和度分别为孔隙空间的25％～30％和10％～20％,1148井个别沉积层天然气水合物饱和度可达40％～50％。沉积层的纵波速度与饱和水速度差值越大,天然气水合物饱和度越高。     

近165年来中沙环礁中北暗沙滨珊瑚生长率及其对海温变化的响应

海水温度是控制珊瑚生长的关键环境因素之一, 随着全球气候变暖, 海温持续升高已成为珊瑚生长面临的全球性威胁。文章对采自中沙环礁中北暗沙水深约16m的澄黄滨珊瑚岩心样品开展了生长率分析, 揭示出中沙环礁滨珊瑚近165年来的生长历史及变化规律; 并通过与西沙群岛永兴岛滨珊瑚生长率的对比, 探讨了南海中部滨珊瑚生长的区域差异及其对海温升高的响应关系。过去100多年来中北暗沙和永兴岛海区的平均海温分别为(27.4±0.37)℃和(27.09±0.36)℃, 两个海区的海温均呈线性升高趋势, 升温速率一致, 约为0.43℃·ha^-1。过去100多年间中北暗沙和永兴岛滨珊瑚的平均生长率分别为(0.70±0.16)cm·a^-1和(1.19±0.16)cm·a^-1, 但中北暗沙滨珊瑚生长率呈线性下降趋势, 下降速率约为9.4%·ha^-1; 而永兴岛滨珊瑚生长率呈线性上升趋势, 增长速率约为10.9%·ha^-1。过去100多年间两个礁区的滨珊瑚生长率均存在年代际波动, 大致与海温的年代际波动对应。两个礁区滨珊瑚生长率与海温在趋势上呈现非线性响应关系, 存在滨珊瑚生长的最适宜温度约为27.25℃, 过去100多年来中北暗沙海域海温的增温趋势已经超出了滨珊瑚生长的适宜海温范围, 限制了滨珊瑚的生长趋势, 而永兴岛海域海温仍适宜滨珊瑚的生长。在年代际波动上两个礁区滨珊瑚生长率与海温存在线性正相关关系, 海温的年代际增温有利于滨珊瑚生长。在南海未来持续海水升温的情况下, 中北暗沙珊瑚生长的下降趋势将会进一步加剧, 并将严重威胁中沙珊瑚礁生态系统的维持和发展。