雪热传导系数与穿过海冰的热通量研究

雪热传导系数是海冰质量平衡过程中的重要物理参数,决定了穿透海冰的热传导通量。北冰洋海冰质量平衡浮标观测获得多年冰上冬季温度链剖面可以明显地区分冰雪界面。本文考虑到冰雪界面处温度随时间变化,再根据冰雪界面热传导通量连续假定,提出了新的雪热传导系数计算方法。受不同环境因素影响,多年冰上各个浮标的雪热传导系数在0.23~0.41 W/（m·K）之间,均值为（0.32±0.08） W/（m·K）。北冰洋多年冰上冬季穿过海冰的热传导通量最大发生在11月至翌年3月,约14~16 W/m2。结冰季节,来自海冰自身降温的热量对穿过海冰向大气传输的热量贡献逐月减少,从9月100%减小到12月的35%,翌年的1月至3月稳定在10%左右。夏季,短波辐射通能量通过热传导自上而下加热海冰,海冰上层温度高于下层,热量传播方向与冬季反向,往海冰内部传递。直到9月短波辐射完全消失,气温下降,热量再次转变为自下往上传递。从冰底热传导来看,夏季出现海冰向冰水界面传递热量现象。由于雪较好的绝热性,冰上覆雪极大地削弱了海冰上层热传导通量,从而减缓了秋冬季节的结冰速度。尽管受雪厚影响,多年冰上层热传导通量与气温依旧具有很好的线性关系,气温每降低1℃,热传导通量增加约0.59 W/m2。     

海洋温差能发电技术的现状与前景

对海洋温差能发电技术的基本原理、类型、系统与装置、发展历史和现状作了全面的综述。介绍了国内外海洋温差发电技术的特点、难点和近期的研究热点,指出海洋温差发电技术必须与附属产品的开发利用相结合才能有竞争力,海洋温差发电技术要达到规模产业化还有相当长的路要走。     

海底表层土导热系数变化规律的试验研究

基于热探针法原理,测试了在杭州湾以东陆架区取得的28个海底表层柱状样0.2、1.0和1.8 m处的导热系数,结合激光粒度分析结果,比较了研究区6种土导热系数的大小,发现含砂量大于10%的粗粒土拥有较大的导热系数。土质类型相同时,含水量和干密度对其导热系数影响显著。杭州湾沉积区、混合沉积区,陆架砂质沉积区表层土导热系数的平均值分别是:1.25、1.45 和1.46 W·m^-1·K^-1,呈现出由近岸向外海增大的趋势。而土样导热系数在垂向的变化表明:水深、埋深等空间分布因素对海洋土的热物性没有直接影响。     

自返式微型地热探针水下运动及贯入特性分析

自返式微型地热探针水下运动特性以及其贯入深度关系到其能否正常入泥工作,针对自返式微型地热探针的结构,对其进行简化,建立物理模型。并针对海洋流场及海洋底质,抽取关键参数,建立探针投放过程中的流场模型和底质模型。将所建立模型导入数据分析软件,先分析探针在投放过程中竖直方向和水平方向的相关运动特性,然后拟合为探针下行过程中下行深度和横向漂移的轨迹图,可见其水平方向最大位移约为106 m。在理论上论证了探针在下行过程中的姿态稳定性。通过计算论证了自返式微型探针在依靠自身重力的情况下,自动贯入海底沉积物进行热流测量工作方式的可行性。并在最后通过海上试验,对分析结果进行了实践验证。     

海洋地热流测量技术及其方法研究

随着我国海域天然气水合物调查工作的深入开展,海洋地热流测量成果对其他地质地球物理调查资料的解释和研究成果的提升至关重要。因此,海洋地热流测量以及相关的研究工作越来越被人们所关注。论文通过对目前我国海洋地热流测量工作开展的现状、测量地热流值中的地温梯度和沉积物热导率值的理论基础、测量技术和种类以及相应的技术特点进行了分析,结合海上调查中的实际工作情况,系统介绍测量技术方法,指出目前海洋地热流测量技术方法研究的方向。     

室内海底沉积物热导率测量的原理与方法——以TK04热导率测量系统为例

沉积物热导率是计算海底热流的一个重要参数。文中以TK04热导率测量系统为例,详细介绍了实验室内热导率测量原理、样品热导率测量的各个环节,包括样品准备、测量流程、测量数据质量评估与校正等,以及沉积物原位热导率的计算,以为油气资源评价、天然气水合物评价及地球动力学研究提供高精度的海底热流数据。     

南海西沙海槽地区的海底热流测量

为了解南海西沙海槽区的地热特征,利用Ewing型地热探针在该区开展了地热测量,并利用TK04热导率仪测量了相关站位表层沉积物样品的热导率,获得了7个站位的热流数据。结果表明,研究区7个站位的热导率变化范围为0.88~1.06 W/m.K,平均为0.96 W/m.K,地温梯度变化范围为85~120℃/km,热流值变化范围为83~112 mW/m2,平均达到95 mW/m2。分析表明测量结果与20世纪80年代中美合作在西沙海槽的地热测量结果一致性较好,说明研究区仍具有高热流特征,推测高热流特征可能与本区高热背景、莫霍面埋深较浅、断裂发育、晚期岩浆活动和基底起伏等有关。     

海底热流原位测量技术研究

海底热流测量对于海洋地热学基础研究与天然气水合物等新兴海洋矿产资源勘测具有重要意义。海底热流原位测量是现代海底热流探测技术的发展方向。针对我国目前在该项技术的落后局面,通过对现存几种热流原位测量技术的原理与技术特点的对比与分析,指出了我国未来发展海底热流测量技术的方向与重点。     

斜抽运无机液体激光器的流场热分布

激光二极管斜抽运的多增益段串接的液体激光器能够明显地提高激光光束质量、获得较高的输出功率.针对斜抽运子增益段工作时所涉及的流动、传热和壁面耦合,建立了计算子增益段流场热分布的流-热-固耦合模型,应用有限单元法完成了其瞬态流场热分布的数值模拟.该方法排除了不精确的换热系数对计算结果的影响,使得换热系数不再是计算的先决条件,而只是计算结果之一;并且为评价流道形状、流速、吸收系数等因素对流场热的影响,以及进一步改进和控制液体激光介质的流场热分布,提供了可靠的分析方法.数值模拟研究表明:换热系数是空间位置的函数;     

The measurement of marine geothermal heat flow by a multipenetration probe with digital acoustic telemetry and insitu thermal conductivity

The design and use of a marine heat probe with capability for measuring thermal conductivity insitu with high accuracy, and providing digital acoustic transmission of data to the ship, is described. The instrument employs the violin bow strength member and parallel sensor string configuration suggested by C. R. B. Lister. Several hundred measurements have been made in the deep ocean on multipenetration or pogostick profiles using a 3 m probe and in deep inlets of western Canada using a 7 m probe. The insitu thermal conductivity technique using a calibrated heat pulse has been studied in detail through laboratory calibration of the probe in materials of known conductivity, through numerical models, and through comparison of insitu measurements with needle probe measurements on sediment cores taken from the same sites. The insitu technique permits a conductivity accuracy of better than ±5% with a recording time of 7 minutes following 7 minutes in the bottom to establish the geothermal gradient. The pulse heating is also more energy efficient than the conventional continuous heating technique.Contribution from the Earth Physics Branch No. 807.     

南海南沙海槽深部热状态及其构造意义

南沙海槽是古南海俯冲消亡、南沙地块与婆罗洲碰撞的关键区域, 其构造演化史记录了南海前世今生的重要信息。为深入认识对其构造变形有重要影响的南沙海槽深部热状态, 本文首先利用热传输方程分析了滑坡体快速堆积的热披覆效应对海槽底部深水区海底观测热流的影响, 然后利用磁异常的频谱分析技术获取南沙海槽及其邻区的居里面深度。结果表明, 受沉积物快速堆积的影响, 南沙海槽底部深水区文莱滑坡范围内现今海底热流测量值仅为深部背景热流的60%~77%, 推测该区深部背景热流约为77~98mW·m^-2; 南沙海槽内居里面深度一般小于16km, 比位于其北侧的南沙岛礁区居里面深度(18~24km)小。现今南沙海槽区深部具有较高的背景热流, 该区较高的热状态与其地壳强烈减薄特征对应, 是华南陆缘裂陷和南海形成演化的结果。     

Probabilistic tectonic heat flow modeling for basin maturation: Assessment method and applications

Tectonic modeling is often neglected in the basin modeling workflow and heat flow is most times considered a user input. Such heat flows can, therefore, result in erroneous basin modeling outcomes, resulting in false overoptimistic identification of prospective areas or failure to identify prospects. This is particularly true for areas with limited data control such as frontier basin areas, or deep unexplored plays in mature basins.     

东海西北部中层冷水垂直热结构数值预报方法研究 Ⅱ.三维数值预报模式

根据含中层冷水海洋垂直热结构的特征,将其分为4层,并考虑来自海面的热力和动力强迫因子、水层界面剪切应力和卷挟热交换、热平流、混合及地形影响等条件下,从原始动量、连续方程组及热传导方程出发,对整个海洋和各水层分别进行垂向积分,导出相应的描述风生界面起伏、各水层平均流场和温度场的闭合方程组.当解得各水层的平均温度场T_k(k=1,2,3,4)后,根据Tk与对应水层界面特征温度间的关系获得后者,最后通过水温剖面表达式获得含中层冷水海洋的三维热结构.为了检验本模式的功能,以时效为5d试报了5月15日研究海域的三维热结构,并将试报结果与实测值进行了比较.结果表明,试报水温的均绝误差为025℃,效果令人满意.     

Contributions of the Bering Strait throughflow to oceanic meridional heat transport under modern and Last Glacial Maximum climate conditions

Paleo reconstructions and model simulations have suggested the Bering Strait plays a pivotal role in climate change. However, the contribution of the Bering Strait throughflow to oceanic meridional heat transport (OMHT) is about 100 times smaller than the OMHT at low latitudes in the modern climate and it is generally ignored. Based on model simulations under modern and Last Glacial Maximum (LGM,~21 ka;ka=thousand years ago) climate conditions, this study highlights the importance of the Bering Strait throughflow to OMHT. The interbasin OMHT induced by the Bering Strait throughflow is estimated by interbasin-intrabasin decomposition. Similar to barotropic-baroclinic-horizontal decomposition, we assume the nonzero net mass transport induced by interbasin throughflows is uniform across the entire section, and the interbasin term is separated to force zero net mass transport for the intrabasin term. Based on interbasinintrabasin decomposition, the contribution of the Bering Strait throughflow is determined as ~0.02 PW (1 PW=10 15 W) under the modern climate, and zero under the LGM climate because the closed Bering Strait blocked interbasin throughflows. The contribution of the Bering Strait throughflow to OMHT is rather small, consistent with previous studies. However, comparisons of OMHT under modern and LGM climate conditions indicate the mean absolute changes are typically 0.05 and 0.20 PWin the North Atlantic and North Pacific, respectively. Thus, the contribution of the Bering Strait throughflow should not be ignored when comparing OMHT under diff erent climate conditions.     

深海沉积物热流原位、快速探测技术

热流探测技术的应用对研究海洋地壳活动规律、防灾减灾与天然气水合物新能源探测具有重要意义.论文对海底热流原位探测技术作了全面的介绍,分析了温度梯度与热导率原位、快速测量的发展现状,指出了我国未来发展海底热流探测技术急待解决的问题.     

The distribution of geothermal fields along the East Pacific Rise from 13°10′ N to 8°20′ N: Implications for deep seated origins

In 1983 a combined SeaMARC I, Sea Beam swath mapping expedition traversed the East Pacific Rise from 13°20 N to 9°50 N, including most of the Clipperton Transform Fault at 10°15 N, and a chain of seamounts at 9°50 N which runs obliquely to both the ridge axis and transform fault trends. We collected temperature, salinity and magnetic data along the same track. These data, combined with Deep-Tow data and French hydrocasts, are used to construct a thermal section of the rise axis from 13°10 N to 8°20 N.Thermal data collected out to 25 km from the rise axis and along the Clipperton Transform Fault indicate that temperatures above the rise axis are uniformly warmer by 0.065°C than bottom water temperatures at equal depths off the axis. The rise axis thermal structure is punctuated by four distinct thermal fields with an average spacing of 155 km. All four of these fields are located on morphologic highs. Three fields are characterized by lenses of warmed water 20 km in length and 300 m thick. Additional clues to hydrothermal activity are provided in two cases by high concentrations of CH₄, dissolved Mn and ³He in the water column and in another case by concentrations of benthic animals commonly associated with hydrothermal regions.We use three methods to estimate large-scale heat loss. Heat flow estimates range from 1250 MW to 5600 MW for one thermal field 25 km in length. Total convective heat loss for the four major fields is estimated to lie between 2100 MW and 9450 MW. If we add the amount of heat it takes to warm the rest of the rise axis (489 km in length) by 0.065.°C, then the calculated axial heat loss is from 12,275 to 38,525 MW (19–61% of the total heat theoretically emitted from crust between 0 and 1 m.y. in age).     

减阻技术对海洋油气管线中多相流动与传热的影响

在海洋环境中多相流条件下应用减阻技术,可以在相同的管线压力下,有效提高油气输送量。减阻技术影响多相流的摩擦阻力、持液率和界面现象,可使多相流的的减阻率最高达到60%以上,可减少多相流体与管壁间的传热;某些情况下,减阻技术还能够改变多相流的流型、抑制剧烈弹状流,改善油气输送系统的运行工况。     

用自然伽马测井数据估算桑托斯盆地的地层生热率

岩石生热率是研究地球内热的一个重要的参数。本文根据自然伽马与岩石生热率的关系,利用盆地4口钻井的自然伽马测井曲线,计算出桑托斯盆地主要岩石或矿物及地层的生热率。本文统计了2964个自然伽马测井数据值,主要岩石或矿物的生热率从大到小依次为：泥岩、砂岩、页岩、玄武岩、石灰岩、硬石膏和盐岩;盆地地层的生热率随深度增加显著降低,生热率体现出受控于岩性变化的特征。以S1井为例,根据岩石生热率和热流的关系,计算出盆地中各个组的生热率,Marambaia组、Itajai-Acu组、Itanhaem组、Ariri组、Guaratiba群、Camboriu组生热率分别是1.36±0.16μW/m3、1.52±0.15μW/m3、1.30±0.3μW/m3、0.46±0.18μW/m3、0.64±0.23μW/m3、0.37±0.07μW/m3,盆地沉积地层产生的热量占表层大地热流的13.62%,因此沉积地层具有一定的产热潜力,对区域有机质的成熟度有一定的影响。建立了岩石圈分层生热模型,其中地壳热流贡献为15.38mW/m2,占表层大地热流的30.76%,地幔热流贡献值为34.62mW/m2,地壳和地幔的热流比例为0.44,具有“冷壳热幔”的特征。     

七电极电导率传感器结构分析及优化

为了提高七电极电导率传感器的测量性能,本实验对七电极电导池的结构进行了分析及优化.结合电极式电导率传感器的测量原理与热惯性理论,分析影响传感器测量性能的因素以及壳体外形对测量结果带来的影响.通过有限元分析对结构优化前后的性能进行仿真验证.数据结果表明,结构优化后的电导池内最大流速的增量增加了43.66％,灵敏度与结构优...     

桑托斯盆地地层生热率及热结构研究

岩石生热率是研究地球内热的一个重要的参数.根据自然伽马与岩石生热率的关系,利用盆地4口钻井的自然伽马测井曲线,计算出桑托斯盆地主要岩石或矿物及地层的生热率.统计了2964个自然伽马测井数据值,主要岩石或矿物的生热率从大到小依次为:泥岩、砂岩、页岩、玄武岩、石灰岩、硬石膏和盐岩;盆地地层的生热率随深度增加显著降低,生热率...