浅地层剖面原始数据中海底反射信号的识别及海底地形的自动提取

2004年12月使用浅地层剖面仪GeoChirpⅡ在长江口南港进行了浅地层剖面观测,采集的原始数据反映了声波记录在海底表面存在着振幅的极大值及该记录的信噪比较低.根据声波记录在海底表面的反射特征,首先在剖面图像中确定海底表面所在的采样点范围,然后采用最大振幅法实现海底反射信号的识别及海底地形的自动提取,并对提取出的海底地形进行平滑处理.采用该方法从长江口南港的浅地层剖面原始数据文件中识别了海底反射信号,实现了海底地形的自动提取并把提取出的海底地形和原海底地形进行了比较.结果表明,提取出的海底地形能够较精确地反映原海底表面韵律性的起伏形态,证明了该方法的有效性.     

基于剖面声呐的海底微地貌观测研究*

海底地貌是海水覆盖下的固体地球表面形态的总称。海底地貌巨变往往与海底地质灾害息息相关,会对海底管线和海上平台等海洋工程设施造成危害,因而对海底地貌进行原位观测具有重要意义。本研究基于前人研究成果和团队常年自主研发仪器经验,研制出了剖面声呐海底微地貌原位观测系统,详细介绍了观测系统的组成、功能、工作原理和工作模式,并提出了观测数据的处理分析方法;然后,使用观测系统进行了标志物检验实验,通过将观测系统测量数据与其他设备测量数据相对比,验证了观测系统的可行性和数据准确性;最后,使用观测系统在舟山海域朱家尖滑坡区进行原位观测,进一步验证了观测系统的可行性。观测结果进一步表明剖面声呐观测系统可以用于海底微地貌的观测研究。     

海上地震双检资料合并处理方法的应用

主要对海底电缆双检资料的特点进行了分析研究,针对双检资料的特点,对水陆检近偏移距共检波点叠加剖面进行相关处理,求取海底反射系数和校准算子,进而进行水陆检资料的合并,该方法可以有效地压制海底鸣震,同时也很好的补偿了水检资料的频率缺失。利用该方法对某浅海地区的实际资料进行处理,取得了良好的应用效果。     

海底X射线荧光探测系统的软件研制

基于Windows98操作平台,结合软件工程的设计原则和面向对象的程序设计方法,用Visual Basic 6.0开发了海底X射线荧光探测系统软件（EDXRF^MS)。该软件能完成数据处理及运算,主要解决谱数据的采集与测量控制、成图和图形处理、X射线荧光谱分析、干扰因素的校正、仪器标定与含量计算等问题。EDXRF^MS软件与海底X射线荧光探测系统的硬件配合,能够进行海上现场多道数据的实时采集,对于海底矿产资源的开发具有一定的实用价值。     

海洋地球物理技术的发展

海洋地球物理的海底探测技术在20世纪里的迅猛发展推动了地球科学的进展。高精度的导航定位技术是实现海底高精度探测的基础。高精度的导航定位包括水面船只和水下探测系统的精确定位。现代水面船只定位依赖以全球卫星定位技术为主的导航定位系统；水下定位系统主要发展有超短基线定位系统(USBL)、短基线定位系统(SBL)和长基线定位系统(LBL)等。海洋重力测量系统的主体技术得到改进，陀螺稳定平台广泛采用光纤陀螺技术，开发出改正交又耦合效应的新技术，系统实现数字化控制，卫星测高技术引入海洋重力测量领域。海洋地磁测量发展出光泵式测量技术、多分量测量技术和梯度测量技术，近数十年快速发展起来的海底声学探测技术有多波束测深技术、声纳侧扫技术和浅层剖面测量技术等，这些技术已经在当代海底科学研究、海底资源勘查、海洋工程和海洋开发等方面发挥出极其重要的作用。在新的世纪里，海洋地球物理仍然保持着前沿科学的地住。     

复杂深海工程地质原位长期监测系统研发与应用

海底滑坡、浊流等深海底地质灾害严重威胁海洋工程安全,是国家深海开发亟待解决的风险问题。为避免深海海底地质灾害对海底工程造成危害,解决深海海底地质灾害监测预警的难题,我们研发了一套复杂深海工程地质原位长期监测系统。该系统通过声学、电阻率、超孔隙水压力等方法监测深海海底沉积物的物理力学性质变化,实现了对深海海底地质灾害的监测和预警。该系统主要包括海床基搭载平台、监测系统、通信控制系统、供电系统等。其中监测系统主要通过原位长期监测海底沉积物的电阻率、声学、超孔隙水压力等的变化来获取海底沉积物的物理力学性质变化;通信控制系统可以实现海底到海面,再到陆地的双向通信和数据传输。其中供电系统通过独特设计的海水电池工艺,可以满足该系统在海底长期工作一年的电量需求。复杂深海工程地质原位长期监测系统已完成了近海测试,并搭载“海洋地质六号”“东方红三号” “张謇号”等科考船在南海进行了多次远海海试,获取了丰富的实测数据。电阻率监测系统采用温纳法滚动测量,测得的水土界面位置平均电阻率为0.207 Ω·m。超孔隙水压力监测系统采用开放式结构的压差式光纤光栅孔压测量方法,监测到孔压观测的4个标志性阶段:(1)贯入过程引起的超孔隙水压力累计,峰值为34.942 kPa,历时0.182 h;(2)贯入完成后累积的超孔隙水压力衰减,衰减到9.973 kPa,历时为0.810 h;(3)环境应力引起的超孔隙水压力实时响应,超孔隙水压力的变化范围为8.327~14.384 kPa;(4)残余孔隙水压力平均值为11.150 kPa。声学监测系统采用两个一发三收模式,测量的海水平均声速为1 533 m/s,测量的海底沉积物自上而下的平均声速依次为1 586、1 587、1 784、1 735、1 831 m/s。复杂深海工程地质原位长期监测系统的成功研制将显著提升目前海洋工程地质原位长期观测的技术能力,解决复杂深海工程地质评价及地质灾害监测预警的技术难题。     

多波束测深系统的高精度差分GPS数据实时优化

多波束海底地形探测是目前世界上最为先进的海底地形探测方法。高精度的差分GPS定位是实现多波束系统高精度测深的最基本前提。在海上探测作业过程中，由于客观原因，差分GPS数据存在偶然误差，影响多波束测深精度。本文提出对差分GPS数据进行航速、航向平滑处理、误差定位点位置推算的实时优化方法和数学模型，并给出实际实现的例子。     

大洋海底数据可视化和成图设计与分析

随着全球大洋调查的不断开展以及各种海底探测技术的进步,海洋调查数据积累日益增多。以往主要通过使用不同的专业软件来进行各类大洋数据的可视化和成图分析。在海洋调查方面目前迫切需要一种可视化软件,能够快速显示海底大洋的观测和探测数据,并能够快速简单地综合分析和成图。为了解决快速可视化和多种类型数据同界面显示问题,本文利用Matlab中的图形用户界面工具,开发和设计了简单易操作的OceanVis1.0数据可视化和图形用户界面。通过使用OceanVis1.0,用户可以方便地对全球海底大洋多波束水深、海洋重力异常、海洋磁异常、地震波形数据等进行可视化和成图分析,能够解决大洋关键区域的多种数据可视化综合分析问题。对不同类型的数据可以进行二维测线和三维空间数据变化的显示,也可以实现数据成图的放大、缩小和旋转功能。对于多波束、重磁数据空间变化数据,可以进行二维测线的任意切割和成图输出,不用保留中间成图即可满足用户的实时数据显示和快速查看功能。OceanVis1.0也能为具体航次的海底调查提供各类海底探测数据的快速显示,以及包括航次中获取的数据显示和初步分析功能,能够为研究区航次测线的规划提供数据可视化和图形支撑平台。     

海底冲沟——深水沉积输运系统的"毛细血管"

海底冲沟作为比海底峡谷、水道地貌尺度小1个数量级的微地貌,与海底峡谷、水道共同构成了完整的深水沉积输运系统。由于调查数据分辨率的限制,在前人研究中,海底冲沟的重要作用一直被忽视。海底冲沟是深水沉积输运系统的“毛细血管”,数量巨大,主要分布在大陆坡、岛礁边缘、河口冲积扇前缘、海底峡谷和水道内部,与深水工程安全、岛礁安全、深水沉积体系和深水油气储层预测息息相关。从识别特征、沉积环境、影响因素和形成机理等方面,系统介绍了海底冲沟的研究进展;从分布区域、坡度、形态和沉积特征等方面,探讨了海底冲沟与海底峡谷和水道之间的区别与联系,并给出了区分三者的方法。通过归纳不同沉积环境的海底冲沟特征,将其定义为：在坡度大于2°的地形中,重力流成因、直线型的微地貌尺度沟槽,具有宽度小、深度浅、长度短和形态笔直（弯曲度接近于1）的特点,其中,片状浊流成因的海底冲沟还具有相互平行和等间距分布的集群特征。     

浅表层天然气水合物区的海底地形特征——以鄂霍次克海为例

使用重力取样器、渔网、深潜器等手段已经在海底及以下浅表层区域采获天然气水合物样品。但关于浅表层水合物的发育机制、分布规律及与海底地形的关系等问题还缺乏基本认识。根据2006年鄂霍次克海天然气水合物调查航次的调查数据,介绍了浅表层天然气水合物区的海底地形特征。萨哈林东北陆坡区,特别是中、下陆坡区发育大量海底凸起,这些凸起一般呈不对称的丘形,宽几百米,高几十米。不同于海底沙波、沙脊,海底凸起为孤立海底地形,在南北方向上并不连续。海底凸起和浅表层天然气水合物的发育密切相关。在海底剖面仪测量结果剖面上清楚地显示古陆坡凸起的发育。普遍地,现今海底陆坡凸起的幅度要小于古陆坡凸起的幅度,个别地方古、今陆坡凸起的形态有所变化,但大部分古、今陆坡凸起是一一对应的,基本形态没有根本变化。在萨哈林陆坡地区存在两个方向的挤压应力场,分别是由德鲁根盆地向萨哈林陆坡方向的挤压应力场、萨哈林陆坡沿萨哈林走滑断裂向南的挤压应力场。海底陆坡凸起是这两大应力场复合作用的结果。浊反射区中的游离气是底辟构造中的超高压多相物质向上迁移形成的。浊反射区上方对应的海底凸起应该是宏观构造挤压和局部底辟发育叠合的结果。浊反射区上方的海底凸起,在形态等方面应该和其他仅由挤压构造原因形成的凸起有所区别,比如顶部发育裂口等。在底辟构造中,由于游离气体的向上迁移,在整个水合物稳定域中从下到上,直至海底都可能形成水合物,从而使我们有机会使用重力采样器这样的设备也能采获天然气水合物样品。     

属性数据多关键字排序、查找方法研究

针对地理信息系统中属性数据在生产应用中的重要作用,结合MAPGIS属性数据的特点,通过对单关键字结构体堆排序和单关键字结构体有序折半查找的算法进行必要的改进,并在此基础上引入多关键字排序、查找理论,进而建立了多关键字结构体堆排序算法和多关键字结构体有序折半查找算法,并以VC 6.0作为设计语言开发成多关键字排序、查找控件。另外,针对表格显示控件DataGrid在进行海量数据表格显示时速度过慢的问题,引入新型共享表格显示控件CGridCtr进行属性记录显示,极大地提高了显示效率。经过上述的完善和优化,增强了MAP-GIS在属性数据查找、排序方面的处理功能,通过在MAPGIS二次开发产品中的应用,取得了较好的效果。     

Oscillatory soil response and liquefaction in an unsaturated layered seabed

The subject of wave-induced soil response in a real seabed has attracted the attention of geotechnical and coastal engineers over the last three decades, for which several basic theories have been developed. However, the evaluation of soil liquefaction has not been attempted theoretically in a seabed with multiple sub-layers, in which homogeneity in soil properties can be assumed within each layer. In this study, a semi-analytical approach is presented for obtaining solutions for the pore pressure and effective stresses in a non-cohesive layered seabed of finite thickness subject to a system of three-dimensional waves. Based on the numerical results for a layered seabed, influences of soil characteristics (relative layer thickness, permeability ratio and shear modulus) on seabed responses are described. Special attention is given to the effect of placing a coarser material as a top layer for protecting an underlayer of finer sediment. Although only a three-layered seabed is explicitly solved in this study, the procedure outlined can readily be extended to a multi-layered soil system. The three-dimensional solutions can also be applied to the two-dimensional progressive or standing wave systems.     

我国极地海底观测系统的发展与展望

极地海洋特殊环境对观测技术提出了更高的要求.随着海底观测技术的日趋成熟,极地海底观测系统也得到了一定的发展,但后勤保障的高要求制约了系统的发展,目前广泛使用的仍是潜标系统.受国家高技术研究发展计划、国家海洋公益性行业科研专项经费项目和南北极环境综合考察与评估专项等支持,我国发展了极地在线近岸海洋环境监测系统、极地潜标和极地大型海—气耦合浮标等海床基观测系统,对我国的极地海洋学观测与研究做出了积极贡献.但总体而言,我国的极地海底观测仍未形成真正意义上的网络体系.未来有望在北冰洋太平洋扇区和南大洋普里兹湾率先建立海床基观测体系,系统观测并揭示该海域的环境变化特性.     

尼日利亚海上区块近海底深水水道体系地震响应特征与沉积模式

利用高分辨率三维地震资料,对西非尼日利亚海上OML130地区近海底深水沉积进行了研究.剖析了深水水道体系各沉积单元地震反射特征,详细论述了水道与堤岸单元的外形几何特征及内部充填特征,即单一水道在剖面上为V字型,下部地震反射为强反射、低连续,代表相对粗颗粒碎屑沉积,顶部为中强振幅、连续性强、水平层状地震反射特征,反映了水道发育晩期废弃充填的特点,平面形态为高弯度条带状.在分析水道下切侵蚀与充填特征的基础之上,总结了水道体系内水道之间的3种叠置样式,研究表明平面上类似曲流河沉积体系的水道体系内,后期单一水道的发生不一定是在前期水道基础之上直接侧向迁移与顺流演化,而可能是另一个新的沉积过程,因而在不同位置展现不同的水道叠置样式.通过分析水道体系形成演化的主要影响因素,结合研究区浅层与深层资料,提出了被动大陆边缘深水水道体系的沉积模式.研究认为,在陆坡上某一区域,在物源供给及海平面变化,尤其是流域地形(构造或沉积所致)影响下,使得水道体系、朵叶体系既可以同时出现,也可以在顺流方向交替出现.借助近海底的高分辨率三维地震资料对深水沉积进行研究,可以揭示沉积单元特征,从而建立研究区内适性强的沉积演化模式,为深水油气勘探与开发提供更为成功的服务.     

分形不变分布及其在山东地区金矿床中的应用

自相似性(标度不变性)是地学中的一个普遍现象。研究表明,地球化学元素含量、矿床储量规模及其空间分布具有分形结构。分形不变分布的特点要求大于某一尺度物体的数目与物体大小之间存在幂指数关系。论证了幂函数分布、帕累托分布、对数正态分布和齐波夫定律在一定条件下具有分形不变性质,它们是分形模型的数学基础。基于分形模型,用求和方法确定中国山东省金地球化学元素异常值范围。等值线大于或等于金地球化学元素临界值(200×10-9)围成的异常面积包含了已知的大型、超大型金矿床。     

Phenols in hydrothermal petroleums and sediment bitumen from Guaymas Basin, Gulf of California

The aliphatic, aromatic and polar (NSO) fractions of seabed petroleums and sediment bitumen extracts from the Guaymas Basin hydrothermal system have been analyzed by gas chromatography and gas chromatography-mass spectrometry (free and silylated). The oils were collected from the interiors and exteriors of high temperature hydrothermal vents and represent hydrothermal pyrolyzates that have migrated to the seafloor by hydrothermal fluid circulation. The downcore sediments are representative of both thermally unaltered and thermally altered sediments. The survey has revealed the presence of oxygenated compounds in samples with a high degree of thermal maturity. Phenols are one class of oxygenated compounds found in these samples. A group of methyl-, dimethyl- and trimethyl-isoprenoidyl phenols (C27-C29) is present in all of the seabed NSO fractions, with the methyl- and dimethyl-isoprenoidyl phenols occurring as major components, and a trimethyl-isoprenoidyl phenol as a minor component. A homologous series of n-alkylphenols (C13-C33) has also been found in the seabed petroleums. These phenols are most likely derived from the hydrothermal alteration of sedimentary organic matter. The n-alkylphenols are probably synthesized under hydrothermal conditions, but the isoprenoidyl phenols are probably hydrothermal alteration products of natural product precursors. The suites of phenols do not appear to be useful tracers of high temperature hydrothermal processes.     

斜坡区岩性地层圈闭识别技术与应用——以歧口凹陷滨海地区东部为例

为了揭示歧口凹陷古近系岩性地层油气藏分布规律并指导钻探,应用层序地层学理论,结合三维地震、测井和岩心资料对岐口凹陷滨海地区古近系开展了层序地层分析。古近系作为一个超层序组发育3个超层序、11个三级层序。根据同沉积构造坡折类型,可以把层序划分为挠曲坡折型层序和断坡型层序2种层序类型。其中：断坡型层序主要发育在超层序1,挠曲坡折型层序主要发育在超层序2和超层序3。在滨海斜坡区,超层序2和超层序3由挠曲坡折控制的层序低位体系域和高位体系域砂体与湖扩展体系域优质烃源岩配置良好、埋深适中、成藏条件优越,是地层岩性油气藏发育有利区。提出了模型正演和有效数计算相结合的地震属性优选方法及地震属性控制下的储层预测技术,并利用该项技术在有利区内预测了6个有利目标。     

珠江口盆地白云凹陷中央底辟带的发现及识别

白云凹陷属珠江口盆地的一个次级构造单元.通过对二维地震剖面上模糊带的分析, 凹陷中心发育北西西向展布、面积约1000km2的底辟带, 底辟幅度最大可达8km.高精度磁力资料显示底辟带为一个低磁异常区.底辟构造包括龟背上拱、弱刺穿、气烟囱、底辟断层(或裂缝)、海底麻坑等类型, 主要发源于断陷期深湖相的文昌组(始新统) —恩平组(上始新统-下渐新统), 其次为坳陷期浅海-深海相沉积的珠江组(下中新统) —韩江组(中中新统) 的两套巨厚富泥沉积层.白云凹陷具有快速沉降、细粒充填为主、以及新生代的右旋张扭性应力场, 共同造就了凹陷中央底辟带的发育.底辟构造的存在反映了白云凹陷中心曾经蕴育着高温、超压系统, 与之密切伴生的大量亮点指示着沿底辟构造的天然气垂向输导, 构成了古近系油气运移到新近系—第四系的成藏动力系统.      

超大断面低扁平率公路隧洞先成预应力结构新型支护体系数值模拟

为适应日益增长的经济和交通发展需求,修建以4车道公路隧道为代表的超大断面低扁平率公路隧洞的需求初露端倪,这类隧道的低扁平率特征使传统的隧道支护体系面临许多困难,急待开发新型的隧洞支护体系。采用FLAC数值模拟平台研究了基于隧洞“先成结构法”支护理念的“先成预应力结构”新型支护体系在提高超大断面低扁平率公路隧洞洞室稳定性方面的效果,为“先成结构法”支护理念在超大断面低扁平率公路隧洞中的应用实施提供了有力的支持。     

基于小波域KL变换的探地雷达信号处理

探地雷达目标回波信号通常会受到串扰(或直达波)、随机噪声等的干扰,致使目标信号难以分辨。利用小波分析的时频局部化特性和多道探地雷达记录中直达波、目标回波信号以及随机噪声等的不同相关性,对探地雷达记录进行小波分解,得到多频段的小波剖面,再对不同频段的小波剖面做KL变换,实现了串扰抑制。通过实验数据和现场实测数据验证了该方法的有效性。