钢在海洋沉积物中的腐蚀研究 Ⅵ.海底沉积物腐蚀因子的原位测试技术

环境腐蚀因子的测试是环境的腐蚀性评价与防腐工程设计,以及腐蚀机理分析研究的必要过程和手段。海洋工程地质调査和海底沉积物腐蚀因子调査中的pH,Eh(氧化—还原电位)等的测试,通常是从海洋工程地质取样器中抓取部分海底沉积物,再在室内进行测试。此种测试方法是“破坏性测试”,它使原海底沉积物的结构状态受到破坏,故测试结果不能完全代表实际状态,而且还可引入人为误差。为提高海洋调查中一些参数的准确性和可靠性,作者结合“移植埋片”法(马士德等,1994)研制了海底沉积物有关腐蚀因子的原位测试技术。     

序言

正21世纪是海洋的世纪,"海洋强国",已成为国家战略。随着海洋石油、天然气水合物等矿产资源的开发,以及填海造陆、港口建设、海底管线等海洋工程活动的增加,海洋地质灾害频发。为了保护海洋地质环境与工程活动安全,迫切需要对海洋工程地质条件进行全方位勘察与评价。海洋工程地质,在此背景下蓬勃发展。海洋工程地质的主要研究内容包括:海底沉积物工程地质特性、海底地形与地貌特征、海洋动力地质作用、海洋地质灾害过程机理与预测防控、现场与实验室的勘测技术与数据分析处理方法等。     

基于无监督机器学习的胶州湾海底工程环境适宜性综合评价

海岸带工程地质环境的稳定性对于海洋工程的建设安全和沿海经济繁荣十分重要。在胶州湾海域已有地质、水文等数据的基础上,对胶州湾海底工程环境适宜性进行了分区。通过无监督机器学习的谱聚类算法,构建了胶州湾海底工程环境适宜性综合评价模型。结果表明,胶州湾整体工程环境适宜性趋势为北高南低,从北向南依次可分为适宜性高、适宜性较高、适宜性较低和适宜性低四个区域。相关性分析表明,影响胶州湾海域海底工程适宜性的因素从高到低依次为冲淤分布、沉积物类型、坡度、第四系沉积物厚度、水深、海流流速、断裂分布。本研究可为胶州湾工程环境和地质灾害预防提供参考,有助于海洋工程环境稳定和经济安全保障。     

全海深海底沉积物力学特性原位测试技术

海洋开发已经步入全海深时代,迫切需要获取全海深海底沉积物力学特性。由于海洋工程地质环境的特殊性,尤其是深海,常规取样难度较大,并且会扰动原状土体,海底沉积物原位测试成为海底工程勘察的重要手段。介绍了静力触探测试、十字板剪切测试和全流动贯入测试等海底沉积物力学特性的原位测试方法;归纳总结了影响原位测试结果的因素主要包括水深、底质类型以及解析方法等;重点介绍了一种全海深海洋探索技术"深海着陆器";展望了全海深沉积物力学特性原位测试技术面临的机遇与挑战。     

海上浅层折射波地震探测动炮点方法及数据处理的研究

我国海域辽阔，海底蕴藏着丰富的自然宝藏，沿岸有良好的天然港湾。为了开发海底浅层矿产资源和发展海洋工程事业，对海底浅层地质构造的研究就成为一项重要任务。目前在港湾中进行基底地质调查的方法主要有三种：(1)钻探方法：它可以提供最直接、最可靠的地质资料和有关工程技术参数，是海洋工程勘探中不可缺少的方法。     

南海东北部陆坡水合物钻探区海底表层热导率分布特征

依据获取的热导率测量数据和多波束数据所反映的海底地貌特征,分析了南海东北部陆坡天然气水合物钻探区表层沉积物矿物组成、粒级以及区域地貌特征对热导率分布的控制作用。研究结果表明,钻探区表层沉积物热导率平均值为(1.26±0.12)W/(m·k),相对于南海北部陆坡热导率背景偏高,沉积物组分中既含有陆源浊流沉积体中的高热导率矿物,也含有由甲烷等为主要气源的生物化学反应而形成的具有高热导率特性的碳酸盐。钻探区表层沉积物热导率区域细节分布具有非常明显的特征,2区和5区属于海台地貌,海底表层分布有大面积的碳酸盐结壳,由于底流的剥蚀作用导致沉积物粒级相对较粗,呈现高值热导率(1.32±0.06)W/(m·k)和(1.34±0.06)W/(m·k),并以此为中心向周缘逐级降低;位于海底海槽处的1区和8区则属于海槽地貌,海底表层易于接受来自海台的过滤沉积物,粒级相对较细但压实程度较低,呈现低值热导率,分别为(1.10±0.06)W/(m·k)和(1.01±0.06)W/(m·k)。钻探区表层沉积物热导率偏高主要受控于内生地质作用控制下高流体疏导所携带的化学组分,而热导率的非均匀分布则受控于外生地质作用诸如地貌地形变化导致的粒级分布状况。     

渤海西部海底沉积物土工学性质的研究

近廿年来,随着海底石油开发事业的迅速发展,为解决海上钻探及钻井平台的稳定性,输油管道和海底电缆的铺设以及某些军事设施和生产建设中提出的许多实际问题,海底沉积物的力学与土工学性质的研究也有了迅速的发展。同时,通过沉积物的力学和土工学性质的研究,特别是它们在沉积地层中各种变化的详细测定,有助于研究和认识沉积-成岩作用的某些机制问题,所以,海底沉积物的力学和土工学性质的研究,不仅在工程上有重要的现实意义,而且对发展沉积学的基础理论也有不容忽视的价值。 1966年,我所与大港油田(原石油部641厂)等兄弟单位共同协作,对渤海西部海底     

辽东半岛东部庄河海域海岸带工程地质特征及开发适宜性分析

辽东半岛东部庄河海域分布有大量的人类工程活动设施,研究其工程地质特征和开发适宜性有助于提升海洋工程开发的安全和效率。利用海洋高精度地球物理调查、海底沉积物表层取样和历史工程地质数据收集等方法获取的各类调查数据,对庄河海域海岸带工程地质特征进行了系统分析。调查资料分析结果表明,研究区水深在11.5～15.6 m、坡度较小、海底地形较为平坦、存在4个连续声学反射界面;海底存在软弱土层、埋藏古洼地和埋藏古河道等不良地质因素。表层沉积物液塑限性质测试结果表明,研究区海底沉积物较为稳定,不需考虑软土的震陷问题。综合分析研究区各类地质影响因素,认为研究区各类环境指标较为稳定,适宜开展海洋工程开发活动,但是具体施工时需要重点考虑探测到的各类不良地质因素。     

胜利埕岛海域海底松软沉积物声学探测方法探讨

胜利埕岛海域位于复杂的黄河三角洲沉积体系中．由于黄河的断流,在风浪和海流作用下原三角洲体系受到侵蚀．在部分海底具有松散沉积物沉积。采用侧扫声纳、双频测深仪及浅地层剖面仪3种海上物探方法,对埕岛海域海底松软沉积物进行声学探测,确定了浮泥、软土层顶、海底界面及浮泥和软土层和海底界面及浮泥和软土层的厚度,研究了埕岛海域海底松软沉积物的基本分布变化规律,为今后海洋工程地质勘察海底松软沉积物奠定了基础。     

美国新钻探船2007年加入IODP

“乔迪斯·决心号”服役于大洋钻探项目(1985—2003)和综合大洋钻探项目(2003至今)20年后,这艘超期服役的功勋钻探船目前开始进行大规模的改装,它将成为美国贡献于IODP的新的海洋科学钻探船(SODV),并将致力于海底的监测和获取沉积物样品以揭示地球演化的奥秘。作为IODP的非立管     

深海大型沉积物波的研究现状与展望

20世纪60年代以来,随着深海钻探(DSDP)和大洋钻探项目(ODP)的成功实施,在现代深海海底发现了一种大面积分布的大型沉积物波,这从根本上改变了人们对波痕是浅水标志的认识.     

海上浅层折射波地震探测动炮点方法及数据处理的研究

我国海域辽阔,海底蕴藏着丰富的自然宝藏,沿岸有良好的天然港湾。为了开发海底浅层矿产资源和发展海洋工程事业,对海底浅层地质构造的研究就成为一项重要任务。目前在港湾中进行基底地质调查的方法主要有三种:(1)钻探方法:它可以提供最直接、最可靠的地质资料和有关工程技术参数,是海洋工程勘探中不可缺少的方法。它的最大缺点是:效率低,投资昂贵,只能给出井位上的有关资料。(2)浅地层剖面仪测量:它是当前在海上进行浅地层测量的一种先进技术,工作效率高,成本低,资料直观,     

近岸海底土质测量装置——海底圆锥贯入仪

当前,近岸海洋工程已成为国内外重要的工程之一。港湾建设、石油平台、海防的各种设施都是当前各国建设中的急需项目。我国14个港口开放所需要的港湾建设的任务相当繁重,大量地建造石油平台、布放沿海防风水鼓如采取过去的钻探取样显然是一种既费时又费钱的落后方法。现在,国际上广泛采取水下静力触探的方法——利用海底圆锥贯入仪取得海底土质特性的资料,从而解决了以上有关海洋工程项目对土质的要求。国外许多海洋工程建设中,如果没有静力触探数据,就会被宣布无招标资格。这是由于海底圆锥贯入仪具有能连续快速提供随深度变化的、准确反映出原位地基土质的天然属性。这是任何方法所不能代替的。现国内还未在海洋工程中开展此项工作。本文简单地介绍目前国外使用的几种先进的海底圆锥贯入议,以及它们在有关地区进行的实验结果。有的圆锥贯入仪对我国的海洋工程非常适用,颇有参考价值。本文的目的是希望这些仪器能在国内海洋工程建设中得到应用和发展,为我国海洋石油和近海工程尽微薄之力。     

埕岛海区水下岸坡沉积物不稳定运动的区域差异性

埕岛海区水下岸坡是海底不稳定活动的频发地带,存在着海底差异冲蚀、残留岗丘、沉积物块体运动等灾害地质,对海上工程设施造成极大威胁.通过对海区多波束、声呐、浅剖等声学调查资料的分析,结合前人研究成果,对水下岸坡沉积物块体运动的区域差异性进行了研究.认为埕岛水下岸坡区沉积物块体运动极为发育,受海区波浪诱发因素的控制,岸坡上部水深3～6 m的区域中,海底沉积物块体运动沿坡向深水方向水平运动的趋势明显,对海洋工程设施影响较大;岸坡下部,沉积物块体运动主要表现为向深部地层的扰动和区域性的失水塌陷压实作用.     

海底边界层沉积物再悬浮的研究进展

海床沉积物受海洋水体的影响形成海底边界层(Bottom Boundary Layers,BBLs)。上部海水与下部沉积物在BBLs发生着复杂的相互作用,直接影响海底沉积物侵蚀、再悬浮与堆积过程。与此同时,沉积物颗粒可能携带的污染物解析释放,BBLs研究的科学意义与工程应用价值日益突显。海底边界层的范围已经远远超出了传统的流体力学中边界层的范围,而是海床界面上下一定范围内,水流与海床相互作用的区域。在波浪作用下BBLs沉积物以海床剪切破坏、海床液化破坏及震荡体破坏三种破坏模式发生侵蚀再悬浮。此外,海流、风暴潮、人类活动以及海底生物的扰动作用等对沉积物再悬浮起着不可忽视的作用。BBLs沉积物再悬浮原位观测是研究BBLs沉积物再悬浮最基础也是最重要的手段之一,常用的原位测试手段有水体采样、OBS、激光粒度仪、ADCP/ADV以及电法测量。海底悬沙和底沙的交换程度直接影响底层悬沙浓度的变化,沉积物再悬浮的定量分析成为海洋沉积过程研究的主要内容之一。系统地总结前人的研究成果,重点围绕海底边界层理论、海底沉积物再悬浮的影响因素、沉积物再悬浮的原位观测以及海底沉积物再悬浮的定量分析等几个问题进行综合评述。     

海底边界层沉积物再悬浮的研究进展北大核心CSCD

海床沉积物受海洋水体的影响形成海底边界层(Bottom Boundary Layers,BBLs)。上部海水与下部沉积物在BBLs发生着复杂的相互作用,直接影响海底沉积物侵蚀、再悬浮与堆积过程。与此同时,沉积物颗粒可能携带的污染物解析释放,BBLs研究的科学意义与工程应用价值日益突显。海底边界层的范围已经远远超出了传统的流体力学中边界层的范围,而是海床界面上下一定范围内,水流与海床相互作用的区域。在波浪作用下BBLs沉积物以海床剪切破坏、海床液化破坏及震荡体破坏三种破坏模式发生侵蚀再悬浮。此外,海流、风暴潮、人类活动以及海底生物的扰动作用等对沉积物再悬浮起着不可忽视的作用。BBLs沉积物再悬浮原位观测是研究BBLs沉积物再悬浮最基础也是最重要的手段之一,常用的原位测试手段有水体采样、OBS、激光粒度仪、ADCP/ADV以及电法测量。海底悬沙和底沙的交换程度直接影响底层悬沙浓度的变化,沉积物再悬浮的定量分析成为海洋沉积过程研究的主要内容之一。系统地总结前人的研究成果,重点围绕海底边界层理论、海底沉积物再悬浮的影响因素、沉积物再悬浮的原位观测以及海底沉积物再悬浮的定量分析等几个问题进行综合评述。     

海水—沉积物声速结构模式

给出三种海水－沉积物声速结构模式作建立海洋地声学模型的初模。读者论坛了声与海水，声与海底的相互作用；从几方面讨论了建立声速结构模式的可能性和现实性，以及指出沉积物声学物理研究在海洋工程、水声物理方面应用的意义。     

基于 Biot-Stoll 模型声速反演中的参数选择——以南海南部沉积物为例

研究海底表层沉积物性质对海洋矿产资源探测、海洋工程建设等有重要的意义。Biot-Stoll模型可以模拟预测海底沉积物的物理性质,但采用不同的参数模拟的效果不同。Stoll参数是各种海洋环境下模型达到最佳预测的单一数值的形式;Schock参数则是对渗透率、孔隙大小、沉积物孔隙曲折度等修改后的函数表达式形式,更接近沉积物实际情况。采用Stoll参数和Schock参数分别计算了南海南部海区海底沉积物纵波速度,并对南海南部沉积物样品进行了计算和实测对比,结果表明,采用Stoll参数计算误差较大,平均为3.962%;采用Schock参数计算误差较小,平均为0.847%。因此,在南海南部海区采用Schock参数预测海底表层沉积物物理性质更准确。     

海洋环境工程地质学的新领域——海洋土质学

海洋环境工程地质学是近年来形成的一门新兴的应用性很强的地质科学.它在海洋工程建设和海洋开发上,将起到十分重要的前导和基础作用.海洋土质学,它是海洋环境工程地质学的重要组成部分,它是用成因土质学的观点和方法去研究不同海域,不同沉积类型的海底沉积物的沉积环境、沉积特征、成分、沉积结构及物理、力学性质,从中分析探讨不同沉积类型的海底沉积物的物理、力学性质与它的形成环境、物质组成、物理化学特征、微结构特征的相关关系.这个研究不仅在理论上对研究海洋沉积物的工程地质性质的形成机理有重要意义,在实际应用上也将对各种不同类型的海洋开发和海洋工程建设提供工程地质依据.     

南海北部神狐海域水合物钻探区沉积物地球化学特征

海底水合物形成分解/甲烷渗漏的甲烷以及相关的生物地球化学过程可能对海底的沉积环境产生影响,因此识别水合物的形成分解/甲烷渗漏对海洋沉积环境改造有助于了解水合物成藏特征及其形成分解过程。选取南海北部神狐海域2007年水合物钻探区的SH3钻孔沉积物为研究对象,对SH3钻孔岩心的碳硫数据、主微量元素,尤其是氧化还原敏感元素(U、Mo、U/Mo、V/Sr)进行分析测试,同时结合SH3钻孔孔隙水数据和前人对神狐水合物钻探区的研究成果等进行对比研究。结果表明南海北部神狐海域沉积物来源除河流沉积物以外,同时还有少量中国黄土以及大陆岛弧的长英质岩浆岩沉积物;通过对U、Mo、U/Mo以及碳硫数据分析,发现SH3钻孔在10~25mbsf(meter below the seafloor)层位为硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic oxidation of methane,AOM)造成的还原沉积环境,AOM作用导致了在这一层位发生了LREE/HREE、MREE/HREE的分馏;SH3钻孔沉积物在约180~215mbsf的含水合物层位出现了浊流沉积的次氧化的沉积环境,同时其赋存的细粒沉积环境也导致了轻重稀土元素的分馏,与水合物饱和度存在一定的相关性。