恒春海脊附近第二模态内孤立波的特征研究

以往通过地震海洋学方法发现的大多是第一模态内孤立波,本文在台湾岛以南恒春海脊处捕捉到了两个大振幅凸型第二模态内孤立波.利用叠前偏移剖面得到内孤立波的视相速度约为0.7 m·s^-1,其视传播方向沿地震测线从S到N,总体上满足较大最大振幅的波视相速度也较大的规律.地震海洋学剖面得到的振幅曲线观测值和理论方程计算出的第二模态内波振幅垂向变化理论值之间具有较好的一致性.通过叠前偏移剖面观察该内孤立波细结构的变化,发现在采集过程中,出现反射同相轴后翼变陡、分叉、合并的现象.由于密跃层中心偏离水层中心以及背景剪切流的影响,两个内孤立波尾部发育了高频内波,使得能量耗散增强.此外,第二模态内孤立波的生成和传播特征受到水体层结、黑潮、背景剪切流以及海底地形等多个因素的影响.     

中美洲海域第二模态内孤立波的地震海洋学研究

以往利用地震海洋学方法发现的内孤立波大多是第一模态内孤立波,本文利用地震海洋学方法首次在中美洲太平洋沿岸海域发现了第二模态内孤立波群.通过叠前偏移观察该第二模态内孤立波群细结构的变化,发现位于陆坡上的第二模态内孤立波ISW4在大约50 s的采集过程中,出现反射同相轴分叉、合并以及密跃层中心深度变化.利用共偏移距道集叠前偏移剖面计算的这些第二模态内孤立波视相速度在0.5 m·s^-1左右,其视传播方向都是沿地震测线从SW到NE(44°N方向,0°指向北).通过对视相速度误差相对较小的三个第二模态内孤立波(ISW1、ISW3和ISW5)的视相速度进行分析,发现总体上第二模态内孤立波视相速度随着水深的增加而增加,另外一般情况下具有较大最大振幅的第二模态内孤立波的视相速度较大.     

南海东北部内孤立波包的地震海洋学和遥感研究

在南海东北部东沙环礁附近,内孤立波被大量地观测报道.在该地区内孤立波的传播和演化过程仍然存在许多待解决的问题.利用改进的地震海洋学处理方法对2009年夏的一段海洋勘探地震测线进行了重新处理,获得了50 m水深之下的水层反射图像,发现了包含8个内孤立波的下沉型内孤立波包.遥感仪器中分辨率成像光谱仪(MODIS)图像在该段地震测量的3 h内,捕捉到同一个内孤立波包,经处理分析,获得前5个内孤立波的清晰图像.本文采用了两种方法计算内孤立波相速度,方法一是利用不同的叠前共偏移距道集剖面估算内孤立波的视相速度,并根据MODIS图像上内孤立波的传播方向对其进行校正;方法二是利用地震与MODIS图像联测直接获得传播相速度.将这两种方法得到的相速度分别进行对比,发现它们在数值大体一致.地震海洋学剖面可直接获得内孤立波包中8个内孤立波的特征参数,包括振幅、视半高宽和视波间距.该内孤立波包的最大振幅为117 m,最大视半高宽为1020 m,最大视波间距为4100 m.由于地震采集船和内孤立波之间存在类多普勒效应,且二者前进方向存在夹角,所以利用地震与MODIS图像联测得到的传播相速度,结合MODIS图像所推断的内孤立波传播方向对视半高宽和视波间距进行校正.首波的半高宽与遥感估算的特征半波宽的比值是1.75,接近理论比值的1.763;校正后的真波间距和遥感量测波间距数值基本一致.最后,结合地震观测前后的遥感图像和潮流数据推断这一内孤立波包为Type-b型.结果表明,将地震海洋学和遥感方法结合,可以更好地研究内孤立波的特征.     

地中海直布罗陀海峡附近内孤立波的地球物理特征

本文主要利用地震海洋学方法研究地中海直布罗陀海峡附近内孤立波的结构特征,此处内孤立波为第一模态下沉型,为中幅度和大幅度内孤立波,垂向振幅最大可达74.5m,振幅随深度增加呈增大趋势,传播速度随振幅增大而增大,可以确定“真”最大振幅位置位于密跃层附近.由于类多普勒效应和孤立波与测量船之间存在夹角的原因,从地震剖面上得到的为视半高宽参数,需要进行校正后才能得到比较真实的半高宽参数,校正后半高宽最高可达到1721.8m,但是校正后的半高宽与理论结果有些差距,这可能与内孤立波的发育稳定程度有关.随着内孤立波包不断向东运动,整体波宽变大,垂向速度变小.本文将地震海洋学方法拓展应用于地中海区域内孤立波分析,进一步证明了利用地震海洋学方法研究海水运动的可行性.     

东沙海域内孤立波浅化过程及含圈闭涡核内孤立波的反射地震初探

基于地震海洋学数据,通过叠合波形结构与混合参数空间分布,可以较好地分析内孤立波浅化过程与能量耗散、混合增强的关系.在东沙海域的一条地震剖面上,我们观测到了上陆坡深水区(500～1000 m)、浅水区(300～400 m)两个内孤立波波包,有着明显不同的波形特征.浅水区的内孤立波包的3个内孤立波波形复杂,在波核内部呈现杂乱反射特征,可能是含圈闭涡核的内孤立波,估算的耗散率、扩散率分别达O(10^-5)W·kg^-1、O(10^-2.5)m²·s^-1.该内孤立波包前方,则存在一个第二模态内孤立波.深水区内孤立波包虽然波形相对简单,但诱导的湍流混合强度也较强,形成了内孤立波发育区、陆坡上方厚度达200 m的高耗散率、扩散率区带.在东沙海域上陆坡的深水区、浅水区,内孤立波持续耗散能量,增强了湍流混合.     

南海海盆东北部内孤立波的地震海洋学研究

以往利用地震海洋学方法发现的内孤立波大多在东沙岛附近,本文在南海海盆东北部首次利用地震海洋学方法发现了海盆中的内孤立波.通过叠前偏移观察该内孤立波细结构的变化,发现内孤立波波形在采集时间段内整体较稳定,内孤立波浅层反射相对深层变化较大.通过改进前人的方法,利用共偏移距道集叠前偏移剖面计算内孤立波视相速度.该方法比直接使用共偏移距道集拟合的共中心点-炮点对曲线线性更好,其计算的内孤立波视相速度为0.82m·s~(-1),内孤立波视传播方向为从NW向SE(172°N方向,0°指向北).     

基于流体动力学数值模拟的海水层反射地震研究

由于多种海水运动同时存在以及地形的影响,海水层结构非常复杂,解释海水层地震相,分析海水运动过程是地震海洋学研究的新方向.本文提出结合流体动力学数值模拟与反射地震正演分析海水层地震相的方法.首先,对地形和流体建模,得到特定条件下流体运动状态;然后用反射地震正演将模拟获得的海水层温盐剖面转换为反射地震数据;进一步和实际测量得到的地震海洋学剖面进行对比,分析地形、海水运动对海水层地震相的影响.以内孤立波浅化过程为例,通过流体动力学数值模拟,获得其浅化过程中出现的下沉型、分裂、转换型三个阶段的海水层剖面;对温盐剖面进行反射地震正演,分析浅化不同阶段海水层反射几何形态、反射结构等特征.这种新方法有望解释复杂地震海洋学图像,深化海底地形对海水运动影响的认识.     

南海北部雾状层分布和特征的地震海洋学研究

利用地震海洋学方法在南海北部陆架和上陆坡区域发现了15个雾状层.这些雾状层的延伸长度从几千米到几十千米,厚度十几米到一百米,其顶界所处水深在135 m至715.5 m范围之间.雾状层在地震海洋学剖面上表现为强反射特征.不同于其他传统声学或光学方法,地震海洋学方法分辨率高,且能在短时间内对整个水体进行成像,可以记录到雾状层的时空变化特征,实现对雾状层的"四维"观测.南海北部上陆坡区域是内孤立波浅化、能量耗散集中的区域,在此过程中内孤立波会导致较大的波致流速,侵蚀海底使得表面沉积物再悬浮,进入水体,形成和维持雾状层的存在.     

南海东北部内波特征——经验模态分解方法应用初探

利用地震海洋学方法研究海洋内波已成为海洋地球物理学家与物理海洋学家共同关注的前沿问题.本文尝试利用当今时频分析的新手段——希尔伯特-黄变换中的经验模态分解（EMD）方法对南海东北部地震数据处理获得的垂直位移分布数据进行分解,获得了一些有新意的结果.分解结果表明,南海东北部海盆上方区域的内波包含波长约1.2、2.5、4、12.5 km的组成成分,其中波长约1.2、2.5 km的内波在200~1050 m的深度范围内上、下各层的波动基本耦合;波长约4 km与12.5 km的内波以600~700 m的水层为分界,其上、下部分的内波相位差90°,指示低波数内波能量的斜向传播.这些研究表明,EMD方法在内波运动学特征的地震海洋学研宄方面有良好的应用前景.     

针对海洋水层反射的处理方法研究

在海洋地震勘探过程中,逐步发展到可以利用反射地震法研究海洋水体运动现象及海水温盐结构,而处理好水体反射信号则是地震海洋学研究的关键.目前地震海洋学正处在起步阶段,鲜有专门针对水层反射的处理方法研究,本文根据水体反射特征,形成了专门针对水体反射的处理技术.首先,与海底地层反射不同,因水介质间差异较小,水层反射信号相对较弱,常规地震处理技术直接应用到水层反射难以取得预期处理效果.针对这一特点,本文提出了水层弱信号保护技术,通过有效分离水层反射信号达到保真效果;其次,常规海洋地震勘探中使用的空气枪震源位于水下一定深度,激发过程中产生强烈的气泡效应,对水层有效弱信号干扰极强,本文在单子波气泡效应压制的基础上,利用分段提取多子波的方式,对气泡效应进行分段压制,避免因子波发生变化影响处理结果;针对水层噪声强、信噪比低的特点,利用高精度LIFT技术去噪得到高品质道集;最后,利用鬼波压制技术消除鬼波调谐效应,提高地震资料的分辨率.在这些处理技术应用的基础上,本文总结了一套针对水层弱反射的处理流程,并且在海洋地震资料水体反射处理中取得了较好的应用效果.     

海底边界层异常(地震海洋学)反射地震特征的地球物理分析

通过对南海北部与西部大量反射地震剖面海水层部分进行再处理,与以往地震海洋学主要关注海水层内部的反射结构不同,本文重点对海底附近水体的各种复杂反射地震特征进行分类、分析与总结.与传统对海底边界层的定义不同,我们将海底边界附近的水体称之为海底边界层.本文利用传统地震相分析方法,分析海底边界层各种复杂反射地震结构的几何形态、内部反射结构、连续性、振幅以及视频率特征,结合过去相关的地震海洋学研究成果、海底边界层理论与其它各种海底附近作用/过程,不仅对中尺度涡旋、内孤立波和背风波在地震剖面上的反射地震特征进行了归类与分析,并推断最新发现的一些反射地震特征可能揭示的各种海洋作用/过程,例如不同的地震相特征可能反映了海底湍流边界层,海底沉积物再悬浮,天然气渗漏羽状流和麻坑内部异常上升流相关海底界面作用过程.结果分析表明,地震海洋学方法不仅能够对海洋内波、涡旋等物理海洋现象进行研究,同时也能够对海底附近各种复杂海洋作用/过程进行成像,从而拓展了地震海洋学的研究领域,一定程度上也能为过去不能有效对海底边界面发生的各种冷泉热液活动、生物和沉积等作用过程进行现场观测提供新的探测方法和研究视角.     

地震海洋学方法在研究南海东北部海水水体结构中的应用

反射地震方法一般用于地下地质结构的探测.本文采用南海东北部的一条地震测线记录,通过对水体反射信号的处理,获取了该测线上海水的声速剖面,并获得了海水水体结构的直观图像.在反射地震剖面上,可以看出南海东北部上层海水结构较为稳定,没有明显的水体侵入痕迹,但中、深层海水中内波较为发育,这与物理海洋学上的研究结果是一致的.本文通过设计合理的数据模型说明了地震海洋学这种方法的可行性,并对地震海洋学的工作方法和方向上提出了一些意见和建议.     

Variation of Froude number versus depth during the passage of internal solitary waves from the in-situ observation and a numerical model

There are few studies on the variation of Froude number versus depth during the passage of internal solitary waves (ISWs). In this paper, according to the limited observational data of the ISWs near the Dongsha Islands in the northern South China Sea (SCS), it is found that, during the passage of an ISW, the local Froude number near the main thermocline gets maximum and the flow is supercritical, with the Froude number decreasing gradually upward and downward, whilst before and after the passage of the ISW, the local Froude number is less than 1 and the flow is subcritical in the entire water column. Since the observational current data are only available in the upper ocean, a two-dimensional continuously stratified nonlinear model is employed here to study the variation of Froude number versus depth during the passage of an ISW. The modeled ISW induced current field agrees well with that observed during the passage of the observational ISW. It is found that, even during the passage of the ISW, although the Froude number is larger than 1 in the upper layer, it is less than 1 in the lower layer, and the duration when the Froude number is larger than 1 also changes with depth. Thus, it is suggested that, once the Froude number near the main thermocline is larger than 1, the passage of ISWs could be identified. Moreover, it would be better to choose a sampling interval of no more than 1/4 passage period of the ISW during an in-situ observation of ISWs.     

南海东沙海域网状沙丘的发现及其成因探讨

基于多波束测深和高分辨率多道反射地震数据,以及遥感资料研究南海北部东沙海域深水沙丘,总结底形形态分布特征,分析其水动力成因.按照空间分布形态将沙丘分为平行沙丘、波状沙丘和网状沙丘,本文首次发现水下网状沙丘,重点讨论网状沙丘的特征分布和形成机制.网状沙丘发育在东沙环礁东北部水深约352~420 m之间,研究发现其延伸方向共有三个走向：NS、NE-SW和EW,前两个方向为西向传播的内波所致,而最后一个则很有可能是由洋盆西向传播的内波遇到东沙环礁后形成衍射,向北传播的内波引起了向南的近海底底流,冲刷海底底层,剥蚀出足够的沉积物颗粒,从而形成EW走向的水下沙丘.值得一提的是,在多边形网状沙丘的上方,反射地震剖面揭示水层中发育与下方沙丘相当波长的高频震荡内波,并且在遥感资料上也发现相关的衍射和内波干涉区域,而内波干涉很有可能导致高频震荡,从而形成网状沙丘.本研究丰富了水下沙丘形态类型,探讨了新型水下沙丘的形成机制,在陆坡底沙运动及工程应用中具有重要的价值.     

南海北部东沙海域巨型水下沙丘的分布及特征

本文基于多波束测深和高分辨率多道反射地震数据研究了东沙海域深水巨型水下沙丘的特征.巨型水下沙丘发育在230~830m水深的上陆坡范围内,呈斑块状分布.NW-SE向的近海底流体运动不仅冲蚀地层,形成了三条与水下沙丘间隔分布的冲蚀带,为水下沙丘提供了沉积物来源,同时也为水下沙丘的形成提供了动力源.研究区水下沙丘波长(L)范围55~510m,波高(h)范围1.5~20m,二者呈指数关系分布.沙丘的波长随水深增大而增大,波高则在500~700m水深范围内最大.水下沙丘NE—SW向展布的脊线和几何参数关系是与现今水动力条件相平衡的结果.