南海南部海域岛礁区海底珊瑚砂声速影响因素的初步研究

通过对南海南部海域岛礁区科学考察数据资料的分析研究,得出了岛礁区海底珊瑚砂的纵波声速随孔隙度、含水量增大而减小,以及声速随中值粒径、湿密度增大而增大的统计结果,并在Biot和Wyllie的松散饱和水沉积物声速理论公式与模型基础上,解释了物理力学因素对海底珊瑚砂声速的影响机制,阐明了固相因素和液相因素的强弱变化引起声速增大或减小的理论原因,分析了各种声速经验公式在海底珊瑚砂声速估算上的精度差异,得出了有必要建立包括海底珊瑚砂在内的单一类型声速经验公式的初步结论。     

在轴向应力-应变下海底沉积物声速及其变化

对南海南部海域海底浅表层沉积物短柱状样进行轴向应力-应变/声学测量,结果表明沉积物纵波声速有三种不同的变化结果:(1)声速从应变过程开始随应力-应变曲线变化,在最大应力时声速同时也是最大值,结束时可能高于或低于开始时的声速;(2)声速从应变过程开始逐渐减小,结束时是最小值;(3)声速从应变过程开始逐渐增大,最大值出现在结束时.这些结果与海底浅表层沉积物的物理力学性质、颗粒接触状态、颗粒的微结构等特征有关.研究结果可为深入认识南海南部各种海底沉积物作为承载界面的可靠性、声遥测遥感海底沉积物的工程力学性质等科学目的提供理论依据.     

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。     

基于海底表层沉积物声速特征的南海地声模型

在由垂直声速梯度建立的地声模型基础上,通过引入沉积物与海水声速比和沉积物压缩波与切变波声速比两个表征沉积物声学特征参数得到更全面和有实际指导意义的地声模型。在沉积物声波传播FCMCM模型基础上,基于热作用和重力作用下沉积物两相介质的应力应变分析,建立TFCMCM和DFCFCM模型,运用模型校正表层沉积物声速特征来计算和解释地声模型。根据海底表层沉积物存在低声速和高声速两种类型,结合沉积物沿纵深孔隙度不变和变化两种类型,得到南海海底沉积物的两类四种典型地声模型:低声速孔隙度不变型、低声速孔隙度减小型、高声速不变型和高声速孔隙度减小型。运用这四种典型地声模型的组合解释了卢博提出的南海三种典型声速结构。认知声速结构将为南海声学探测海底、划分海底区域提供模型支持。     

南海东北陆坡海底微地貌特征及其天然气渗漏模式

海底天然气渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象,在世界各大洋中都有发现。海底渗漏可以极大地改变海底地貌特征,形成多种与之相关的微地貌类型。海底渗漏和天然气水合物的赋存具有密切的关系,海底渗漏区常伴有埋藏浅、饱和度高的天然气水合物。对南海东北部陆坡海域浅地层剖面、多波束测深和地震反射剖面等资料进行综合研究,识别出海底麻坑、海底丘状体、大型海底圆丘、泥火山等与海底天然气渗漏有关的微地貌类型,且麻坑、海底丘状体／大型海底圆丘、泥火山微地貌分别代表了浅覆盖层快速天然气渗漏、浅覆盖层中等速度天然气渗漏和厚覆盖层快速天然气渗漏3种天然气渗漏模式。以海底丘状体微地貌及声空白反射特征的浅层天然气聚集带,成为块状水合物最理想的发育场所,这可能成为南海北部陆坡勘察块状水合物的重要识别标志。     

南海火山玻璃的分布特征、化学成分及源区探讨

研究了南海火山玻璃的分布特征、化学成分及源区,结果表明,表层沉积物中的火山玻璃含量基本呈南北向分布,由北部、西部、南部大陆架分别向中部、东部深海盆逐渐增加;柱样沉积物中的火山玻璃在深海盆出现的层数多、含量大.火山玻璃化学组分之间的相关性不显著,表层沉积物中的火山玻璃属于安山岩,柱样沉积物中的火山玻璃的岩石类型广泛,主要属于安山岩和流纹岩.菲律宾岛弧火山带、南海深海盆火山喷发以及印尼岛弧火山带是南海火山玻璃主要源区,火山玻璃搬运和沉积主要受台风、越赤道气流和环流的影响和控制.     

Discrimination of Seafloor Sediment Properties by VWA

Analytical results of sound velocity and spectrum for seafloor sediment ore obtained by VWA (velocity-wave-amplitude) discrimination technique. Based on velocity-wave-amplitude, an understanding is gained of the physical condition and structural characteristics of seafloor sediment, which is combined with other geological information of the sedimentary layer to synthetically discriminate the properties of seafloor sediment. Experimental results show that, by using the relationship between sound velocity, wave form envelope, amplitude shape and size, and such parameters as sedimentary structure, microstructure, bedding, grain composition, mineral composition, and physical-mechanics, etc., the basic properties of the shallow surface seafloor sediment in the experimental sea area can be discriminated and the burial depth of traces of ancient marine transgression and regression events in the borehole cores of seafloor sediment can be divided, thus making an attempt of and contribution to the practice of acoustically remote-sensing and telemetering seafloor sediment.     

Discrimination of Seafloor Sediment Properties by VWA

Analytical results of sound velocity and spectrum for seafloor sediment ore obtained by VWA (velocity-wave-amplitude) discrimination technique. Based on velocity-wave-amplitude, an understanding is gained of the physical condition and structural characteristics of seafloor sediment, which is combined with other geological information of the sedimentary layer to synthetically discriminate the properties of seafloor sediment. Experimental results show that, by using the relationship between sound velocity, wave form envelope, amplitude shape and size, and such parameters as sedimentary structure, microstructure, bedding, grain composition, mineral composition, and physical-mechanics, etc., the basic properties of the shallow surface seafloor sediment in the experimental sea area can be discriminated and the burial depth of traces of ancient marine transgression and regression events in the borehole cores of seafloor sediment can be divided, thus making an attempt of and contribution to the practice of acoustically remote-sensing and telemetering seafloor sediment.     

海南岛东南外海海底沉积物特征及其声学物理性质研究

分析研究了南海北部大陆架西南缘的海南岛东南外海海底沉积物声学物理特性,在多个航次中进行了海底沉积层取样、海水CTD测量、浅地层及旁侧声呐扫测等工作.在实验室里对沉积物样品进行声学参数、沉积学基本参数、物理力学参数和14C年龄测试等分析.根据多尔特曼公式求解出弹性模量、体积弹性模量、压缩系数、切变模量、泊松比和拉梅常数等六项沉积物弹性参数.分析结果表明在该海区海底沉积物的压缩波速为1.474~1.700 m/s,在不同的海区内有高低声速两类性质的沉积物分布;沉积物的切变波速为150~600 m/s;沉积物在100 kHz的声衰减为35~260 dB/m;沉积物的密度为1.4~2.0 g/cm3;沉积物的孔隙度为42%~88%.     

Morpho-sedimentary evidence for a canyon�Cchannel�Ctrench interconnection along the Taiwan�CLuzon plate margin, South China Sea

Examining bathymetric and seismic reflection data collected from the deep-sea region between Taiwan and Luzon in 2006 and 2008, we identified a connection between a submarine canyon, a deep-sea channel, and an oceanic trench in the northern South China Sea. The seafloor of the South China Sea north of 21°N is characterized by two broad slopes: the South China Sea Slope to the west, and the Kaoping Slope to the east, intersected by the prominent Penghu Canyon. This negative relief axis parallels the strike of the Taiwan orogen, extends downslope in an approx. N–S direction, and eventually merges with the northern Manila Trench via a hitherto unidentified channel. The discovery of this channel is pivotal, because it allows connecting the Penghu Canyon to the Manila Trench. This channel is 80 km long and 20–30 km wide, with water depths of 3,500–4,000 m. The progressive morphological changes recorded in the aligned canyon, channel, and trench suggest that they represent three distinct segments of the same longitudinal sediment conduit from southern Taiwan to the northern Manila Trench. Major sediment input would be via the Kaoping Canyon and Kaoping Slope, with a smaller contribution from the South China Sea Slope. We determined the northern end of the Manila Trench to be located at about 20°15′N, 120°15′E, where sediment accumulation has produced a bathymetry shallower than 4,000 m, thereby abruptly terminating the trench morphology. Comparison with existing data reveals a similarity with, for example, the Papua New Guinea–Solomon Sea Plate convergent zone, another modern analog of a mountain source to oceanic sink longitudinal sediment transport system comprising canyon–channel–trench interconnections.     

南海北部陆坡区海底峡谷地貌、沉积特征及控制因素

南海北部陆坡发育众多海底峡谷,其形成、发育、演化过程都存在较大差异。本文选取南海北部陆坡典型的珠江口外海底峡谷群、东沙海底峡谷、台湾浅滩南海底峡谷和澎湖海底峡谷进行研究,通过高分辨率多道地震数据和多波束测深数据,结合前人研究成果,对4条典型海底峡谷的形态特征、沉积充填特征及结构、形成发育过程及控制因素进行研究。结果表明,南海北部陆缘各个海底峡谷的形成受多个控制因素的影响,其影响程度及方式都有差别。构造活动、海平面变化及沉积物重力流与海底峡谷的演化密切相关,而陆地河流和局部构造因素也以不同方式影响着海底峡谷的发育。对于发育在主动大陆边缘的台湾岛东南侧的澎湖海底峡谷,其板块运动和岩浆活动活跃,其上发育的海底峡谷的控制因素以内营力地质作用为主。而具有被动大陆边缘属性的其他3条峡谷,由于构造运动较少或停止,其上发育的海底峡谷的控制因素以外营力地质作用为主。     

Spatial distribution of sponge spicules in sediments around Taiwan and the Sunda Shelf

Biogenic silica (BSi) in marine sediments is an important indicator of siliceous organism distributions and paleoproductivities. Organisms that have BSi skeletons include diatoms, silicoflagellates, radiolarians and sponges. This study presents, for the first time, the distribution of biogenic siliceous fragments in shallow water sediments around Taiwan and the Sunda Shelf, which belong to this rarely studied region of the South China Sea (SCS). Thirty-one surface sediment samples were collected from intertidal to depths of 1,100?m. Only sponge spicules were found in this study and the abundance varied in the range of 3?C7,910?n?g^?1 sediment. Combining previous studies with ours, from shallow to deep, it was observed that BSi composition in the surface sediment of this area changed from sponge spicules in the Sunda Shelf, followed by sponge spicules and radiolarians in the southwestern SCS, to sponge spicules, radiolarians and diatoms in the southern SCS. Based on this study, the abundance of sponge spicules correlated positively and negatively with water depth and sediment grain size when coral reef sites were excluded. The low spicule abundance in shallow waters may have resulted from local current conditions and the dilution effect through riverine input of terrestrial sediment. Other possible explanations for the varying spicule abundance among sites are the difference in local fauna, such as coral reefs which usually have high diversity and abundance of sponges. The findings provide additional information on the process of recent BSi deposition which may help future studies in sedimentology, paleogeography and paleoenvironments.     

含砂量变化影响海底沉积物压缩波速度的分析研究

本文通过对南海海底沉积物样品的声学物理参数和沉积粒度特征统计分析,发现了高、低含砂量沉积物的声学物理特征存在明显差异,建立了海底沉积物的含砂量与压缩波速度、孔隙度、含水量和密度等经验公式,分析了含砂量变化与沉积物的体积压缩模量和密度变化的关系,从声速理论基础上阐明了含砂量变化引起沉积物压缩波速度变化的内在原因是含砂量变化引起了体积压缩模量和密度发生了变化,说明了含砂量增大引起沉积物压缩波速度增大的内在原因是含砂量增大引起了体积压缩模量变化量大于密度变化量,从而在数据统计和理论分析结合基础上,论证了含砂量是影响海底沉积物压缩波速度的重要因素之一。这一研究对声学方法反演海底沉积物粒度参数和沉积物类型、地声参数转换模型的建立,以及对水声反演海底和海底资源勘探等方面都具有重要理论意义和应用价值。     

影响东海海底管道安全的灾害因素

通过多年的海底管道检测成果,分析了东海海区对管道路由存在威胁的灾害因素,认为可以分为人类活动、海流冲刷、浅部地质灾害和砂质底质等;重点探讨了拖痕、海流冲刷、浅层气和砂土液化等灾害因素的致灾机理和致灾结果,目的是加深对这些灾害的认识,以期在今后的检测中能够及时发现存在的安全隐患,并能采取相应的防范措施,确保海底管道的安全运行。     

深海沉积物分类与命名的参数指标和主成分分析

对于南海中部(118个表层沉积物样,水深82~4 420 m)、东部(106个表层沉积物样,水深700~4 508 m)海域的表层沉积物的粒度资料按小于200 m,200~2 000 m,大于2 000 m水深段对水深、平均粒径、黏土含量进行统计分析,结果表明从陆架到陆坡再到深海,平均粒径和黏土含量随水深增加呈非常有规律的变化;把大于2 000 m水深区域再细分为大于2 500 m,大于3 000 m,大于3 500 m,结果表明平均粒径和黏土含量随水深增加几乎无变化,在南海中部水深大于2 000 m海域平均粒径为3.39~3.54μm,黏土平均含量为54.91%~55.47%;在南海东部水深大于2 000 m海域平均粒径为3.25~3.37μm,黏土平均含量为53.91%~54.56%。研究表明2 000 m水深具有划分深海沉积物的指示意义。南海中部水深大于2 000 m海域黏土平均含量为55.19%,平均粒径为3.39μm;在南海东部水深大于2 000 m海域黏土平均含量为53.91%,平均粒径为3.37μm;在南海中部、东部水深大于2 000 m海域平均粒径均小于4μm,黏土平均含量均大于50%,表明深海沉积物粒度特征是平均粒径小于4μm和黏土平均含量大于50%。黏土含量是非生物组分的代表和划分深海沉积物类型的一个独立参数,钙质生物和硅质生物组分是另外两个独立参数。南海东部海域表层沉积物中55种元素总含量为47.50%,硅、铝、钛、钠、钾、磷、钙、镁、铁、锰十种主元素含量为47.03%,其他45种元素含量为0.47%,虽然沉积物来源复杂、成因不同,但沉积物化学主成分并不复杂,主要由前10种主元素和氧元素组成。沉积物主元素铝、钙、硅分别富集于黏土、钙质沉积、硅质沉积中。通过建立沉积物生源组分与碳酸钙、三氧化二铝、二氧化硅的量化关系,可把碳酸钙、生物二氧化硅作为钙质生物和硅质生物的两个替代参数。     

Physical Properties of Sediments on the Northern Continental Shelf of the South China Sea

Using physical (acoustical engineering mechanics and scanning electron microscope) and other technical methods, is study makes a comprehensive analysis of the structural characteristics and engineering mechanics properties of sediments, the sediment structure, microstructure and their classification characteristics and in the light of the physical-mechanical characteristic parameters, the relations between the grain contact, grain accumulation, and porosity with the physical-mechanical characteristics of sediment, and reports the relationship between the acoustic physical parameters and the stress-strain properties of sediment. Results show that there are six structural types in the shelf seabed sediment of the northern South China Sea, among which, the mixed contact structural type sediment has a higher compressive strength and a higher sound velocity than others, and that in the shallow seabed there exists a mesoscale structure with high and low velocity layers.     

温度变化下海底沉积物声学测量的信号处理和频谱分析

本文针对温度差异对沉积物的声学特性的影响,研究不同温度下沉积物的频谱特征规律。把南海深海沉积物的人工样品置于温控环境中,采集经历沉积物的超声信号,对其进行快速傅里叶变换获得频谱特征,分别从主频漂移、主频幅值、主频频宽、接收能量等方面归纳出温度影响下的海底沉积物超声信号的频谱特征规律：如温度变化影响频谱特征,但可重复性低;温度增加使沉积物对声信号的衰减增大;频宽与频率幅值呈负相关,但温度-幅值的关系明显于温度-频宽的关系。因此,温度改变导致沉积物超声信号频谱的规律性变化。     

南沙海域深水区表层沉积物声速与孔隙度相关关系

采用同轴差距测量法对南沙海域海底沉积物取样进行甲板现场声学测量,并计算了声速,结合沉积物取样分析获得的孔隙度,研究了海底表层100 cm沉积物的声速和孔隙度之间的相互关系,分析获得了孔隙度与海底沉积物声速关系的经验公式,结果表明此海域沉积物声速的临界孔隙度为67.80%。将此公式与国内外其他学者建立的经验公式进行了对比,分析发现各预测方程之间存在着差异,说明不同海域的沉积物声学特性具有差异性,经验公式具有区域性,同时分析了其他影响声速的因素。此项工作对于建立和研究南海声场环境具有重要意义。     

西沙群岛海洋资源调查评估与南海渔业开发维权

海洋移动自主观测平台在海洋观测技术中越来越为人们所倚重,发达国家相继投入了大量的研究和部署.研究一种具有全天候、长续航力的海洋移动自主观测平台是当前一系列海洋装备中的研究热点和未来趋势,尤其是最近5年,这项工作更是达到了新的高度.针对长续航力海洋移动自主观测平台的特征,文中将其分为长续航力自主潜航器系列和水下滑翔机系列两大类,结合其共性问题分析了世界各国的研究现状,并对其未来发展趋势作了展望,最后简要讨论了这些平台未来发展中的关键技术.     

海底沉积物的基本地声结构与地声模型

为准确建立海底地声模型,本文探讨地声模型的基本组成和基本结构。通过样品实验室测量,分析南海海底表层沉积物的密度、孔隙度与声速随着埋深变化的关系,得出海底实际存在的低声速表面–声速缓慢变化类型、低声速表面–声速增大类型、高声速表面–声速缓慢变化类型和高声速表面–声速增大类型4种典型地声结构;对比钻探测量,分析黄海海底沉积物的密度、孔隙度与声速随埋深变化关系,得出海底地声模型分层特征与地声结构组合特征。研究表明,地声模型可以归结为4种基本地声结构的组合,通过与底层海水声速、同层内声速剖面以及与上层海底沉积物下表面声速的比较,可以建立各种海底地声模型;基于实验室测量法建立的地声模型可以作为参考地声模型,但需要考虑实际海底温度和压力梯度以及海底沉积物的频散特性等,借助于声速比校正法和频散性理论模型进行计算及修正。