我国开始研制4500米级深海作业系统

近日,深海科学探查和资源开发利用所必须的重大技术装备“4500米级深海作业系统”总体实施方案通过专家评审,正式启动。该项研究被国家“863”计划确定为重点项目给予资助。这一项目的实施,对我国形成具有自主知识产权、探查范围覆盖绝大部分海域的水下运载和作业系统,开发深海资源具有重要的战略意义。     

海底沉积物孔隙压力原位长期观测技术回顾和展望

海底沉积物孔隙压力对海底地质灾害过程反应敏感,是表征海床稳定性的一个重要指标,通过海底沉积物的孔隙压力观测可以判断海床的稳定状态,对于海底地质灾害预测预警具有重要意义。海底沉积物孔隙压力观测存在(1)超高背景压力下的高精度测量;(2)贯入过程传感器超量程破坏;(3)系统长期供电及传感器漂移;(4)深海海底布放和回收等技术难点。国际上海底孔隙压力观测技术从20世纪60年代开始发展,逐渐形成了系列核心监测技术和成熟的商业化设备产品。挪威岩土工程研究所NGI与美国伊利诺伊大学共同研发的NGI-Illinois压差式孔隙压力观测系统,是已知最早的海底沉积物孔隙压力观测设备。此后,美国地质调查局USGS、美国桑迪亚国家实验室、英国牛津大学等相继研发了不同结构的观测设备,覆盖浅海到深海。其中,英国海洋科学研究所研发成功的深海孔隙压力原位长期观测设备PUPPI是一个重要的历史节点,该设备能够在6 000 m水深的环境中连续运行一年,成为当时最成功的海底孔隙压力观测设备,其现代化的设备结构和设计理念被后续的观测设备广为借鉴。21世纪以来,得益于海洋科学技术的整体进步,国际孔隙压力观测技术发展呈现加速趋势。法国海洋开发研究院IFREMER研发的Piezometer系列孔隙压力观测探杆,代表了当今世界的先进水平,可能是目前应用次数最多的海底孔隙压力观测设备。我国在深海探测、观测技术领域起步较晚,在深海沉积物孔隙压力原位长期观测技术方面几乎空白,发展很不成熟。其中,中国海洋大学、自然资源部第一海洋研究所等单位进行了较多的探索性研发工作。近年来,以港珠澳大桥建设、南海天然气水合物试采等为标志的大批国家级海洋建设项目如火如荼,深海油气矿产资源开发、深海天然气水合物开采利用等海洋新兴产业快速起步,深海孔隙压力原位长期监测关键核心技术等“卡脖子”问题仍然突出,严重制约了我国海洋工程产业发展的步伐。因此,迫切需要发展具有自主知识产权和关键核心技术的国产深海沉积物孔隙压力原位长期监测技术。本文回顾了国际、国内海底孔隙压力观测技术的相关研究进展,旨在分析总结孔隙压力观测技术及其应用中涉及的一些核心技术和亟待解决的关键问题,以期为我国该项技术的发展和应用提供借鉴。     

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。     

国外海洋地质科学发展态势

综述了80年代国外海洋地质科学的主要进展,包括现代沉积、板块构造与地体构造和古海洋学等基础理论研究;海洋矿产资源(油气、滨海砂矿和海底热液矿床)勘查与新发现;新技术方法(GPS、测深与海底扫描、海底取样、深海探矿和深潜器)。根据当今国外海洋地质科学调查研究朝“领域广、精度高、研究深”的趋势,对90年代至21世纪初海洋地质科学的发展态势作了评述。     

深海化能合成生态系统研究进展

深海化能合成生态系统(ChEss)是当前最大的国际海洋生物多样性研究计划--国际海洋生物普查计划的现场研究项目之一.深海化能合成生态系统主要包括热液、冷泉、鲸骨生态系统以及由其他高度还原型生境形成的生态系统.确定上述系统动物区系间的进化和生态学关系,对于了解全球尺度上化能合成生态系统物种分布的形成过程至关重要.重点介绍深海化能合成生态系统科学计划发起的背景、研究内容和目标、研究区域、研究技术与方法以及当前在该领域的研究进展和展望,综合国际上在深海化能合成生态系统生物地理学和生物多样性方面的最新进展,了解其中的驱动过程,以期为我国在深海化能合成生态系统、极端环境下的生物多样性和生物地理学研究提供参考.     

西太平洋——我国深海科学研究的优先战略选区

西太平洋是我国实施由浅海向深海发展战略的必经之地.从国家需求的角度来看,西太平洋海底资源丰富、海洋环境复杂,是维护国家权益的焦点、保障国防安全的屏障;从科学前沿的角度来看,西太平洋发育有独特的沟弧盆构造体系和弧后盆地热液系统,存有海底板块运动的遗迹和众多海山生态系统,更是"大洋传送带"冷暖水系的转换区.科学有序地进入西...     

深海甲烷电化学原位长期监测技术及其在海洋环境调查和天然气水合物勘探中的意义

深海溶解甲烷浓度数据连续获取的方法技术,对于海洋环境和天然气水合物开发过程中甲烷扩散作用及通量的动态监测,具有重要的科学意义和实际应用价值。本文较详细地介绍了依据"海水脱气、气体样品定量输入、电化学高精度检测"技术思路,采用"增压排液整机系统控制的海水循环、减压稳流、气液分离、烃类组分高精度检测技术改进"方法,研发"深海甲烷电化学原位长期监测技术"的关键环节和技术方法。结合原位传感器在胶州湾港口为期94天底水长期监测实验获取的数据成果,对原位传感器的技术性能、数据质量、地质效果进行了研究评价。结果表明:(1)原位传感器量程甲烷指标达到0.01～10 000 nmol/L,灵敏度达到0.01 nmol/L,对烃类组分检测具有较好的稳定性和选择性;(2)监测水域溶解甲烷数值范围19.01～106.87 nmol/L,正常甲烷背景32.41 nmol/L,局部异常甲烷背景80.60 nmol/L,资料显示异常与污水排放过程对海水环境污染有关;(3)实测甲烷数据成果地球化学特征与胶州湾海域海水环境以往调查研究成果符合,证明了实测数据的客观性和科学性;(4)海试监测试验成果证明,原位传感器测试性能可靠、结构设计合理、设计思路科学,基本具备了海洋科学调查中对海水甲烷浓度数据获取的能力,在未来海洋天然气水合物开发过程中对甲烷扩散作用的动态监测及深海甲烷浓度通量的长期监测中,具有实际应用价值和科学意义。     

海洋浮游生物原位观测技术研究进展

原位观测技术在生物海洋学过程研究中的应用,从海洋生物多样性、海洋生物的生理生态响应和宏观的生态过程及其变动机制等方向的研究中得到迅速的发展,极大提高了对海洋生物学、生态学以及不同时空尺度生物地球化学过程的认识.包括原位光学检测技术、水下显微摄像与自动化鉴定技术、水下流式细胞技术、分子生物传感器等新型原位观测技术,拓宽了各类型观测平台的研究对象范围.重点阐述生物海洋学原位观测技术的发展现状、应用实例及其在立体海洋观测系统中的应用前景.     

深海沉积物分类与命名的关键技术和方案

对地质研究的对象进行科学合理的分类,是地学研究的重要内容之一.为建立科学合理、量化统一、操作简便的深海沉积物分类与命名方案,详细分析国内外深海沉积物分类与命名现状,深刻了解海洋沉积物组成与分布,深入研究深海沉积物的水深、平均粒径和粘土含量3项参数指标,通过分析涂片鉴定粘土、钙质生物、硅质生物这三者的含量、粒度和化学分析之间的差异,建立钙质生物、硅质生物与CaCO₃、生物SiO₂的量化关系,完成沉降法和激光法粒度分析资料的对比和校正,分析深海沉积物分类与命名的兼容性和可比性.在上述研究成果基础上,自主创新提出深海沉积物分类与命名方案及其关键技术.深海沉积物类型简分法把深海沉积物分为深海粘土、钙质软泥、硅质软泥、粘土-硅质-钙质软泥4类,它能满足一般性海洋地质调查要求,达到基本了解深海沉积物类型的目的,在兼容世界深海沉积物类型现状的同时,充分考虑到混合沉积物的存在.深海沉积物类型细分法在简分法基础上细分了16种沉积物,使分类与命名更加详细和全面,满足海洋地质详细调查研究的要求.深海沉积物分类与命名方案与浅海沉积物分类与命名比较,在图形、类型指标、种类数量、冠字冠名法、混合沉积物表示法、可操作性等方面具有可比性,使浅海到深海的沉积物分类与命名呈渐变和有机联系.      

我国深海钻探重入钻孔技术优选及设计思路

深海钻探通常采用无隔水管开路钻进,当更换钻头或钻具,测井、处理孔内事故等情况时,需要起下钻后重新进入原钻孔,此过程称为重入钻孔。由于钻探船与海底孔口有数千米的水体相隔,受海浪和洋流作用,钻探船动荡不稳,钻杆柱摇摆不定,要想重新进入原钻孔并非易事。本文通过广泛调研,对海底基盘、声呐重入系统、水下电视重入系统及无人遥控潜水器（ROV）等目前几种常见的重入钻孔技术进行了详细介绍,对各种技术的优缺点进行了综合对比,优选了水下电视重入系统作为我国深海钻探重入钻孔技术方案,初步提出了技术设计思路,为样机研发和工艺制定奠定了基础。     

中国南方海相生烃成藏研究的若干新进展(三) 南方四套区域性海相烃源岩的沉积相及发育的控制因素

南方研究区下寒武统、上奥陶统—下志留统、下二叠统、上二叠统四套区域性古生代海相烃源岩可划分为7种有利沉积相:即深水泥质陆棚相、深水热水陆棚相、深水碳酸盐岩陆棚相、深水硅磷质台凹相、海湾澙湖相、近海湖盆沼泽相、前三角洲相。四套海相烃源岩的沉积—生物相图反映出这些相都不同程度与大洋相通。从早寒武世到晚二叠世,烃源岩的相类型向多样化发展。受都匀、东吴运动影响,有利相带的分布范围由大到小出现两个旋回。南方海相烃源岩的发育受板块运动、板内活动、三大古隆起、四个转换期、沉积—生物相等五个因素的控制。南方海相优质烃源岩的形成模式可概括为深水陆棚—底栖藻席模式,其特点是底栖藻类发育,沉积表面氧化而埋藏环境还原,并以此区别于已有的三种形成模式。研究区北面的秦岭洋,南面的华南洋(Pz1)、八布洋(Pz2)伸入扬子克拉通内部形成的不同时期"海湾体系",是海相烃源岩发育的摇篮,可作为南方海相油气勘探的一个重要领域。     

准噶尔盆地南缘中二叠统芦草沟组富砂型湖泊深水扇沉积特征及其相模式*

以准噶尔盆地南缘韭菜园子沟剖面中二叠统芦草沟组野外露头为研究对象,结合该地区芦草沟组沉积时期坳陷湖盆的沉积特征和大套灰黑色油页岩的发育背景,对芦草沟组上部砂体进行了观察描述和沉积分析。在露头剖面上,芦草沟组以灰黑色油页岩为主,但笔者首次在该组上部发现了厚约60m的砂岩,其与上覆红雁池组灰黑色油页岩呈整合接触,具有明显的深水沉积背景。通过对该套砂体的岩石类型划分与沉积现象解析,共识别出2大类10种砂泥岩类型,明确了牵引流和浊流共同发育的特征。该套砂体中可识别出深水扇的3种沉积亚相和相应沉积微相,由3期富砂型湖泊深水扇叠置形成。结合此次露头观察与特征描述,分析了研究区由厚层砂岩到泥砂岩互层的演化过程,并建立了芦草沟组富砂型湖泊深水扇沉积模式。这个典型露头的沉积解剖,是对准噶尔盆地南缘芦草沟组深水沉积体系研究的有益补充。     

深水浊积水道储层多参数流动单元划分方法及其分布规律研究

多参数储层流动单元识别是深水浊积水道研究的发展方向,其中判别参数的选择是多参数流动单元识别的关键。以 西非尼日尔三角洲深水浊积水道储层为例,结合开发中的动态资料,优选了泥质含量、孔隙度和渗透率三个判别参数。运 用快速聚类分析的方法,将储层划分为 A,B,C,D 四类流动单元,并通过判别分析建立了流动单元的判别函数。最后根 据流动单元的判别函数进行了流动单元的单井解释,在沉积相研究的基础上分析了深水浊积水道储层流动单元的剖面与平 面分布规律。研究表明: A 类和 B 类流动单元储层质量最好,一般在水道体系的中部和浊积水道的主体较为发育。在水道 体系演化过程中,不同期次的浊积水道迁移与叠置样式以及发育规模的不同,导致内部流动单元分布样式和类型存在差 异,平面非均质性很强。     

海底地震学

在海洋地区进行高质量的长期地震观测是全球地震观测的一个重要组成部分，DSDP／ODP是唯一能够钻穿软的沉积物、在坚硬的岩石里安置地震传感器这一目标的科学计划。介绍了ODP航次在井孔中设立地震台站、并获得一些有趣的结果的成功例子。ODP在日本外海布置了两个井中地震台站，与陆上台站一起来观测板块边界的活动性。此外，还介绍了西太平洋井中宽带台站、海上地震信号和噪音等问题。     

Development and Application of Marine Technology International Standardization in China

Futher development and preliminary application of marine technology international standardization in China were introduced: ①Combination of marine observation international standardization, advanced manufacturing technology and information technology; ②Standardization on general marine technology; ③Connection between marine exploration and international standards; ④Standardization on submersibles. The establishment of marine technology subcommittee (ISO/TC8/SC13) provides an opportunity to bring China national marine technology standards into international market. Furthermore, it's a connection among marine technical research, standardization, and industrial development.     

深水斜坡类型与沉积过程及其产物研究进展

深水斜坡沉积规律对深水油气勘探开发以及深水地质灾害防护具有重要的意义,因此深水斜坡沉积过程一直是海洋地质学家关注的焦点。但是由于海底斜坡沉积类型多样,影响因素众多,导致深水斜坡沉积过程及其产物极其复杂。因此,为了更加全面系统的研究深水斜坡沉积规律,有必要对深水斜坡沉积研究进展进行系统的总结和梳理。通过对前人研究成果的分析,从深水斜坡发育的不同背景出发,将深水斜坡划分为三种类型:陆架斜坡、碳酸盐斜坡以及火山斜坡,并综述了近年来不同类型斜坡沉积过程及其产物的研究进展,以期望为我国南海深水斜坡沉积过程研究以及深水油气勘探有所启示。     

云南罗平中三叠统关岭组二段碳酸盐岩微相分析

通过详细的野外观察和室内镜下薄片分析,于中三叠统关岭组二段中初步识别出8种微相类型。结合宏观沉积构造及罗平生物群保存特征,认为云南罗平关岭组二段为碳酸盐岩缓坡沉积,可划分出深水盆地、深缓坡、深缓坡远端变陡、浅缓坡和后缓坡5个沉积相。沉积相在垂向上是向上变浅(海退)的沉积序列。罗平生物群的沉积环境为深水、低能、安静的海洋环境,突发的风暴事件导致了生物群大量死亡,并被迅速埋藏。     

值得重视的海域海相油气勘探

当前我国海域油气的勘探领域和勘探层位大部分局限于新生界,而对古生代海相地台沉积、特提斯海相沉积、南海生物礁、南海和冲绳等深水盆地领域的勘探涉足不深。通过海域海相油气的地质调查与研究以及新区评价,认为在我国海域拓宽找油的战略选区,力争海域海相油气勘探获得突破、发现储量规模大的整装油田是有可能的。     

鄂尔多斯盆地南部三叠系延长组深水重力流沉积特征及其石油地质意义*

通过大量岩心观察、钻测井资料分析及野外露头观察,对鄂尔多斯盆地南部延长组长6—长7深水重力流沉积特征、触发机制、沉积过程、沉积模式及石油地质意义进行了系统分析。研究结果表明:研究区共存在滑动岩体、滑塌沉积、砂质碎屑流沉积、浊流沉积及泥质碎屑流沉积5种类型的重力流沉积物,各类型的沉积物特征明显。不同类型重力流沉积物垂向组合可分为5类,研究区重力流的形成过程可分为5个阶段:三角洲前缘沉积阶段、滑动阶段、滑塌变形阶段、砂质碎屑流及泥质碎屑流形成阶段以及浊流形成阶段。滑动、滑塌砂体多呈孤立透镜体状,砂质碎屑流砂体多以扇沟道的形式展现出来,浊流砂体多分布在扇沟道的前端或侧翼,呈席状砂展布。深水重力流砂体垂向叠置厚度大,可形成规模大的油藏,大大扩展了深湖的勘探范围。研究区长6、长7油层组砂质碎屑流砂体储集层物性较好,含油性好,是重点勘探层位。     

Status and Trends in Research on Deep-Water Gravity Flow Deposits

Deep-water gravity flows are one of the most important sediment transport mechanisms on Earth. After 60 years of study,significant achievements have been made in terms of classification schemes,genetic mechanisms,and depositional models of deep-water gravity flows. The research history of deep-water gravity flows can be divided into five stages: incipience of turbidity current theory; formation of turbidity current theory; development of deep-water gravity flow theory; improvement and perfection of deep-water gravity flow theory; and comprehensive development of deep-water gravity flow theory. Currently,three primary classification schemes based on the sediment support mechanism,the rheology and transportation process,and the integration of sediment support mechanisms,rheology,sedimentary characteristics,and flow state are commonly used.Different types of deep-water gravity flow events form different types of gravity flow deposits. Sediment slump retransportation mainly forms muddy debris flows,sandy debris flows,and surge-like turbidity currents. Resuspension of deposits by storms leads to quasi-steady hyperpycnal turbidity currents(hyperpycnal flows). Sustainable sediment supplies mainly generate muddy debris flows,sandy debris flows,and hyperpycnal flows. Deep-water fans,which are commonly controlled by debris flows and hyperpycnal flows,are triggered by sustainable sediment supply; in contrast,deep-water slope sedimentary deposits consist mainly of debris flows that are triggered by the retransportation of sediment slumps and deep-water fine-grained sedimentary deposits are derived primarily from finegrained hyperpycnal flows that are triggered by the resuspension of storm deposits. Harmonization of classification schemes,transformation between different types of gravity flow deposit,and monitoring and reproduction of the sedimentary processes of deep-water gravity flows as well as a source-to-sink approach to document the evolution and deposition of deep-water gravity flows are the most important research aspects for future studies of deep-water gravity flows study in the future.