大洋富钴结壳实时开采切削深度优化分级模型研究

根据统计分形理论对大量实验测得的微地形数字高程数据进行了分维空间、无标度区和分形维数等分析和计算,并求出了各自的地形特征数据,同时建立了单个微地形在控制废石混入率时富钴结壳开采的最优切削深度的遗传寻优算法。在此基础上,利用实验所得各种分形特征数据及微地形的自相似性、各向异性及分形布朗函数,通过计算机自动生成了大量仿真微地形,并求出了各相应仿真微地形的地形特征数值和在控制废石混入率时富钴结壳开采的最优切削深度,再通过对此大样本的统计回归分析,建立了大洋富钴结壳实时开采切削深度的优化分级模型。该模型经实验数据的验证,其结果达到了满意的要求。     

中太平洋富钴结壳中生物标志物、有机碳同位素地球化学及其古海洋环境意义

利用2003年大洋DY105-12,14航次在中太平洋海山获取的KXD28富钴结壳样品,采用气相色谱(GC)内标法对该结壳样品的分层样进行了可溶有机质(氯仿沥青“A”)及其族组成(饱和烃、芳烃、非烃)、正构烷烃、类异戊二烯烃的定量分析,并结合总有机碳(TOC)及有机碳同位素(δ¹³C)分析,探讨了结壳样品有机质来源及富钴结壳组成与生长环境之间的关系。结果表明:(1)富钴结壳中有机质生物母源主要为海洋生物和菌藻类,并混有少量陆源物质;有机碳同位素同样也指示了海洋水生生物碳同位素特征;(2)KXD28结壳从底层到最外层有机碳同位素发生了很大变化,结壳中有机碳同位素组成变化与结壳生长过程中的海洋环境气候相符合:富钴结壳生长前期δ¹³C组成由正变负,对应全球气候变冷,南极底层流向太平洋挺进;而富钴结壳生长后期δ¹³C逐渐偏正,与全球气候变暖和南极底层流萎缩相关联。     

麦哲伦海山群M海山富钴结壳成因与成矿时代:来自地球化学和Co地层学的证据

利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)和重量法,对麦哲伦海山链西北端M海山9个站位、17个富钴结壳样品的主要元素和稀土元素进行了分析,分析结果显示,该海山富钴结壳是水成成因的,且多数富钴结壳在生长过程中没有受到磷酸盐化作用的影响.推广富钴结壳Co地层学年代计算公式的应用范围,并基于此建立了研究区富钴结壳的...     

中太平洋富钴结壳Co元素地球化学特征

对在中太平洋研究区5座海山调查时获取的38个富钴结壳样品中主要金属元素的含量进行了化学分析,探讨了不同海山富钴结壳中Co元素含量的变化规律及结壳中元素间的相关关系,结果表明:(1)5座海山富钴结壳中的各主要金属元素含量相近,38个富钴结壳样品中Co元素的平均含量为0.67%,具有一定的开发前景。(2)不同海山富钴结壳中Co元素含量有一定变化,其变化与富钴结壳的类型、海水水深、地形地貌以及成矿作用等有密切的关系。Co元素在板状结壳中的含量为最高,在钴结核中的含量次之,而在砾状结壳中的含量为最低;富钴结壳中Co元素含量与海水水深呈负相关,浅水区富钴结壳中Co元素的含量明显高于深水区;海山地形地貌对Co元素的含量及富钴结壳的发育有一定影响,海山的椭圆状分支、支脉及边缘部分,Co元素的含量相对较高,富钴结壳发育得较好;Co元素富集成矿作用还主要受锰、铁水成成矿作用的控制。(3)富钴结壳中金属元素之间存在不同程度的相关性。Mn元素分别与Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Na、Ba、Ti等元素呈强烈的正相关,而分别与Al、Si、Ca、P、Fe、Sr等元素呈负相关;Co元素分别与Cu、Al、P、Ca等元素呈负相关;Ca元素与P元素呈强烈正相关。     

西太平洋富钴结壳超微化石与分子化石地层划分及对比

对具典型三层构造的西太平洋海山群富钴结壳样品进行了钙质超微化石地层学研究,获取了富钴结壳从内层致密层、中间疏松层到外层较致密层的生长时代:CM1D03为晚古新世-早始新世、始新世中期、中中新世-更新世;CM3D06分为晚古新世-早始新世、中始新世-晚中新世、上新世-更新世。对富钴结壳壳层的甾烷系列分子(C27、C28、C29)进行了检测并计算了相对含量,结果表明,两块富钴结壳的甾烷分布构型在结壳生长时代上具有一致性:晚古新世-早始新世,呈反"L"型分布;中始新世呈C27优势的"V"型分布;中新世-更新世呈C29优势的"V"型分布。甾烷分布构型的变化与古海洋环境演化造成的海底甾烷输入波动有关,具有一定的时代特征钙质超微化石和分子化石地层学划分方法在富钴结壳层主要生长时代及生长间断的界定上具有一致性,可以用于富钴结壳的地层划分和对比。     

全球三大洋海山钴结壳资源量估算

钴结壳具有Co、Ni、Cu和Mn及其他金属的潜在矿产资源和储存在结壳层中古环境信息的双重意义。与深海多金属结核和热液硫化物矿床相比,具有较高Co、Ni和Pt含量的海山钴结壳有可能成为商业勘探的潜在目标。为合理地估算出全球三大洋海山钴结壳资源量,基于我国西太平洋海山钴结壳拖网采样调查资料和对太平洋海山钴结壳资源分布规律和钴结壳矿区圈定参数指标的深入研究,按海山不同高度、不同洋壳年龄赋予不同结壳厚度,进而计算出全球三大洋海山钴结壳分布面积为3 039 452.14km2和干结壳资源量为(1 081.166 1~2 162.332 2)×108 t。太平洋海山钴结壳分布面积为2 123 087.12km2和干结壳资源量为(513.244~1 026.488)×108 t,大西洋海山钴结壳分布面积为512 509.74km2和干结壳资源量为(116.503 2~233.006 4)×108 t,印度洋海山钴结壳分布面积为403 855.28km2和干结壳资源量为(81.484 9~162.969 8)×108 t。三大洋海山钴结壳的Mn、Co、Ni和Cu金属量分别为(138.848 0~277.696 0)×108 t,(3.967 6~7.935 2)×108 t、(2.793 6~5.587 2)×108 t和(0.825 1~1.650 2)×108 t。根据钴结壳的Co含量、Co通量和厚度相关分析,所赋予的钴结壳厚度占理论推测厚度的6.10%~12.20%,这与Ku等得出"钴结壳生长时间约占其整个生命史4%"的认识非常相近。三大洋海山钴结壳实测厚度与赋值厚度对比分析表明,太平洋海山钴结壳赋值厚度平均值为1.87cm,实测厚度平均值为1.77cm,相对误差为5.35%,大西洋和印度洋相对误差分别为18.18%和23.23%。研究数据表明按海山高度和洋壳年龄所赋的钴结壳厚度基本合理,估算出的钴结壳资源量基本可靠。本文首次估算出三大洋海山钴结壳资源量,为整个海盆和三大洋海山钴结壳资源量估算提供了新方法。     

西太平洋富钴结壳矿物学和地球化学特征——以麦哲伦海山和马尔库斯-威克海山富钴结壳为例

本文对分别取自西太平洋麦哲伦海山和马尔库斯-威克海山的两块富钴结壳进行了系统的矿物学和地球化学特征的研究,运用XRD、ICP-AES(MS)等测试技术分析了结壳的矿物物相组成、主微量元素和稀土元素的组成和赋存相态,并在此基础上探讨了结壳的成因类型及成矿物质来源。研究表明,结壳主要由锰、铁相矿物组成,其中锰相矿物主要为水羟锰矿,含少量钡镁锰矿及钠水锰矿,铁相矿物为针铁矿及隐晶质-非晶质相;两结壳样品的Mn、Fe、Co、Cu、Ni平均值与中太平洋及西北太平洋富钴结壳相比基本相当,分别是20.08%和19.01%、16.28%和16.52、0.68%和0.64%、0.15%和0.09%、0.34%和0.39%,但Mn/Fe比值均偏低;∑REE平均值分别为2 182.89×10-6和1 367.29×10-6,其中,麦哲伦海山结壳的稀土元素平均值明显比中太平洋及西北太平洋结壳高,而马尔库斯-威克海山结壳则略低;LREE/HREE平均值分别为10.14和7.67,均富集轻稀土,同时具有不同程度的Ce,Gd,Ho正异常和Y的负异常。相态分析结果显示,样品中Mn、Ni、Ba、Co、Cu、Zn、Sr、Ti、REE等元素主要赋存在锰相中,Fe、Al、Pb等元素则主要赋存在非晶质和结晶质铁相中;两结壳样品均属于水成成因,未受明显成岩作用和磷酸盐化作用的影响。     

海山富钴结壳的圈矿方法

对海山富钴结壳的圈矿方法进行了分析和探讨,指出海山富钴结壳圈矿的主要方法和步骤为:(1)挑选富钴结壳发育良好的海山。除大片连续厚层板状分布的结壳发育良好的大型平顶海山是重点调查的目标海山外,规模较小的尖顶海山是近年来新的圈矿目标海山。(2)确定矿块的边界位置。对选定的海山进行深海摄像、电视抓斗、拖网和浅钻等多种手段的调查,通过所取得的综合结果对矿块边界进行判断,确定准确的矿块边界。(3)计算结壳的覆盖率。利用调查所获得的矿块相关的数据和信息对矿块内结壳厚度和结壳覆盖率以及矿区资源量进行评估。     

中太平洋富钴结壳稀土元素的地球化学特征

利用"大洋一号"调查船在中太平洋不同海区调查时获取的18个富钴结壳样品,采用化学分析及ICP-AES分析法,对中太平洋海区富钴结壳稀土元素的含量、分布特征、配分模式以及来源进行了分析和研究,结果表明:(1)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素含量异常高,总量为1703×10-6～2879×10-6,约为正常深海沉积物、有孔虫核壳和海水中稀土元素含量的10～100倍,与莱恩群岛和夏威夷群岛海区结壳中稀土元素的含量接近,且明显高于约翰斯顿岛、马绍尔群岛和南中国海等海区结壳中稀土元素的含量;(2)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素的配分模式基本相同,轻稀土元素富集,尤其是Ce元素相当富集,呈较为明显的正异常,而重稀土元素则普遍亏损;(3)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素与海水中稀土元素的配分模式为明显的镜像关系;(4)中太平洋海区富钴结壳中稀土元素总量与Mn呈显著正相关,与Mn/Fe相关不明显,反映出研究区结壳中的稀土元素主要来自于海水和上覆水的缓慢沉积以及火山喷发、洋底玄武岩风化淋漓和生物化学沉积。     

中太平洋海山富钴结壳与基岩关系的研究

对我国首次取得的中太平洋海山基岩和富钴结壳样品的结构构造、矿物和化学组成特征的研究表明,该区主要基岩类型为碱性玄武岩、磷块岩、磷酸盐化碳酸盐岩和燧石等,碱性玄武岩分布最广,并均有不同程度的风化.观察表明,富钴结壳的载体可以是各种岩性的基岩.玄武岩、风化火山岩和磷块岩上的结壳厚度比燧石的大,有较高的经济价值,是选矿冶炼的主要对象.对于调查区内富钴结壳形态总体上可分为三种类型:板状、砾状和结核状结壳.从以下四个方面探讨结壳与基岩之间的关系:(1)海水、基岩和结壳中主要金属元素含量特点;(2)通过聚类分析方法探讨结壳与基岩之间的亲疏程度;(3)结壳的分布特征;(4)不同基岩类型对结壳生长的影响.分析结果表明,调查区内的火山岩及磷块岩对结壳形成的贡献大(比其他类型岩石).     

马氏珠母贝(Pinctada martensii)2个地理群体杂交子代的杂种优势和遗传变异

采用马氏珠母贝的印度群体(II0)和三亚群体(SS0)的2×2双列式杂交获得了4组子代,II1(II0♀×II0♂)、IS1(II0♀×SS0♂)、SI1(SS0♀×II0♂)和SS1(SS0♀×SS0♂);分析表明,杂交组子代IS1和SI1在壳高、壳长、绞合线长、壳宽、壳重上都表现出杂种优势;IS1在壳宽指数上表现出杂种优势,而在总重和壳重指数上未表现杂种优势;SI1在总重和壳宽指数上表现出杂种优势,而在壳重指数上未表现杂种优势;SI1在壳高、壳长、绞合线长和壳重上的杂种优势较IS1高,差异极显著(P0.01),而IS1在壳宽上的杂种优势较SI1高,差异极显著(P0.01)。应用6个微卫星位点分析4个组合子代的平均FST值为0.357,表明4个组合子代间有较大的遗传差异和较高的分化水平;平均等位基因数依次为SI1(6.17)IS1(6.00)II1(5.00)SS1(4.67),等位基因丰度依次为SI1(5.34)IS1(5.04)II1(4.47)SS1(4.55),期望杂合度(He)依次为IS1(0.55)SI1(0.54)SS1(0.44)II1(0.42),观察杂合度(Ho)依次为SI1(0.52)IS1(0.46)SS1(0.35)II1(0.29),杂交子代的杂合度和遗传多样性高于自繁子代,杂交增加了杂交子代的杂合度和遗传多样性,杂种优势与杂合度和遗传多样性增加直接相关;综合考虑杂种优势与遗传变异的结果,确定三亚野生群体♀×印度养殖群体♂杂交组合作为"珍珠贝育种规划POBs"的主要育种方式。     

水东湾地貌形态演变数值模拟

为了研究泻湖型海湾内经常出现的湾中岛的形成机理,应用水平二维潮流、泥沙输移和地形演变耦合模型,对具有典型的沙坝泻湖地貌形态的水东湾的湾中岛的形成和演化进行了数值模拟,成功地模拟出了涨潮三角洲(大洲岛)的形成过程,计算结果与实际地貌形态总体符合。模型中分别考虑了全沙输沙和推移质输沙两种输沙情况。结果表明,水东湾湾中岛是由涨潮流引起的泻湖内泥沙不断淤积而形成的,是一种涨潮三角洲的地貌形态;全沙输沙模式比推移质输沙模式更适合这一地形演化过程的模拟。模拟结果也再现了湾中岛在25 a期间的地形变化过程,这一研究结果为通过计算数值模拟来研究一般海湾的地貌形态的形成机理和演化过程提供了实际算例。     

春季季风间期巽他陆架和马六甲海峡表层海水浮游植物群落结构研究

于2013年3-5月通过走航取样分别对巽他陆架和马六甲海峡表层海水浮游植物叶绿素a生物量和群落结构进行了观测和研究。结果表明:巽他陆架生物量较低,叶绿素a浓度平均值为(0.083±0.043)μg/L,爪哇海的SS4站位生物量最低,仅为0.014μg/L,浮游植物粒级组成上主要以Pico-级为优势,占80%以上;马六甲海峡自西北至东南存在明显的盐度梯度,在盐度最低的SM5站,叶绿素a生物量最高,达到1.080μg/L;马六甲海峡站位叶绿素a浓度平均值为(0.433±0.315)μg/L,同时浮游植物群落结构变动较大。在海峡西北的SM1-SM4站与巽他海峡类似,主要以聚球藻为优势类群,Pico-级浮游植物占60%~80%;在生物量最高的SM5站,同样以聚球藻为优势类群,而在海峡东南段的SM6和SM7站,虽然叶绿素a浓度相对于SM5略有降低,但仍明显高于其他马六甲海峡站位和巽他陆架站位,此两个站位硅藻比例明显升高,均可达20%以上。从优势类群生物量与环境因子和营养浓度的相关性可以看出,研究海区叶绿素a生物量与水体盐度呈现显著负相关(p0.050),说明陆源输入对研究海区生物量具有明显的影响。另外,硅藻生物量也与磷酸盐浓度(p0.050)和硅酸盐(p0.010)浓度均呈现显著正相关;聚球藻在浮游植物群落中的优势度会受到陆源营养盐输入的影响而降低,但仍然是整个研究区域最优势的浮游植物类群。     

台风Fitow降雨的数值预报试验

用MM5对热带气旋Fitow(2001)的登陆过程进行了成功的预报，特别是对台风暴雨中心的位置和降雨量的预报与实况相当吻合。敏感性试验表明，华南地形对本次台风登陆过程中心气压和位置的变化没有明显的影响，但对台风低压北侧还是有一定的阻挡填塞作用，尤其是对24h累计的降水量有明显的增幅作用，而华南地形的这些影响主要是由南岭山脉所造成的。由于南岭山脉的阻挡，使南来的暖湿气流强迫抬升，促进了对流活动和降水系统的发展，最终造成台风降雨量明显加强，其增幅达30％。     

基于水下光纤应变监测的导管架结构总冰力测量方法

基于测量结构水下光纤应变获取冰力的方法首次应用于渤海JZ20-2NW加锥导管架平台,该方法方便进行零点标定,可获取结构总冰力的绝对信息(包括均值和波动值)。首先介绍了JZ20-2NW平台的现场监测系统,主要包括结构水下应变响应记录冰力信息,甲板上部视频记录同步冰情(冰厚、冰速和来冰方向)信息和拾振器记录结构冰振响应;重点分析了由测点应变向结构总冰力的转化方法,并对总冰力进行了初步分析。将无量纲化实测冰力与5种典型冰力计算模型进行了比较,分析结果表明,锥体宽度与海冰厚度比值(简称"宽厚比")对冰力大小及变化起决定作用。     

岸外沙洲潮间带地形的增强型遥感构建方法

水边线法是潮间带地形遥感反演的重要方法。针对常规水边线方法在应用于地形多变的岸外沙洲潮间带数字高程模型（DEM）构建中出现的水边线交叉和缺乏表现潮沟微地形特征的问题,本文提出了一种增强型地形遥感构建方法:首先通过潮位排序,筛选出具有正确高程变化趋势、空间分离的水边线;然后对筛选过程中水边线位置相近的影像组按像元计算改进的归一化差值水体指数并进行均值序列合成,提取出合成海陆边界线,二者共同构建出初始的潮间带DEM;进一步利用低潮期的潮沟边界线和中线生成潮沟DEM,通过潮沟镶嵌处理,最终获得可表达滩面微地形起伏的潮滩DEM。该方法在江苏岸外辐射沙洲中部核心区域的模拟应用表明,对比4条验证剖面的平均结果,高程平均绝对误差为0.43 m,均方根误差为0.54 m,相关系数（r）为0.75,模拟高程与验证高程在剖面起伏形态变化方面具有良好的一致性,同时模拟DEM的空间破碎度小,能够反映更多的细节地形特征。该方法可为利用多源遥感数据构建考虑微地形变化的高精度潮间带地形DEM提供新的思路。     

基于广义极值分布的设计波高推算

简介了广义极值分布函数及其3种参数估计方法,包括极大似然(ML)、线性矩(LM)和间隔最大积(MPS)估计的计算方法。使用广义极值分布函数推算了北部湾涠洲岛海域3个波向的年波高极值序列设计波高,并与Weibull分布、Gumbel分布和皮尔逊Ⅲ型分布的推算结果加以对比。分析表明,涠洲岛海域极值波高服从于广义极值Ⅲ型分布,拟合优度检验结果表明广义极值分布能更好地拟合极值波高;MPS方法是一种优良的参数估计法,推算的设计波高可作为海岸环境工程设计的首要参考值。     

吕宋海峡附近中尺度涡特征的统计分析

采用1993年1月到2008年12月16a融合海面高度距平数据,追踪吕宋海峡附近海域(18°～23°N,116°～126°E)中尺度涡的移动轨迹,结果表明:时间分辨率为7d的卫星高度计资料难以观测到中尺度涡从西北太平洋通过吕宋海峡传进南海的过程,但对1994年吕宋海峡中部观测到的一个气旋涡及其附近中尺度涡的运动轨迹进行分析可见,西北太平洋海面高度变化会与吕宋海峡内部海面高度耦合后向南海传播。海面高度距平数据的时间-经度图表明,西北太平洋海面高度变化信号在西传至吕宋海峡附近(121°～122°E)时出现信号不连续。对21°N,116°～140°E断面的海面高度距平数据按周期分别为1～3月、3～6月、330～390d(年信号)进行分段带通滤波,发现不同周期的西北太平洋信号穿过吕宋海峡传入南海受到的阻隔作用、向西传播的速度以及它们所受的强迫机制均不同。     

Index and Composites of the Kuroshio Meander South of Japan

Using the merged NOAA National Oceanographic Data Center (NODC)/Japan Oceanographic Data Center (JODC)/Marine Information Research Center (MIRC) historical hydrographic dataset, a new Kuroshio large meander (LM) index is introduced. This index helps to distinguish between the LM events and other types of Kuroshio Current (KC) variability south of Japan. Observations, re-systematized according to the index, provide composite patterns of typical formation and decay of the LM. The patterns reveal a remarkable similarity between individual LMs and support the deterministic rather than the stochastic model of LM evolution on a time-scale of one year. A “trigger” meander (TM) occurs on composite maps six months prior to the LM formation as a 1° latitude southward shift of the KC axis south of Kyushu. When propagating eastward along the coast of Japan, TM gradually increases in area. In principal the emergence of LM takes only one month. East of TM and LM a remarkable onshore shift of the KC is noticed, supplying the coastal region with warm water. Other warm anomalies are found on the warm side of KC next to the propagating TM and in the larger warm eddy area southeast of Kyushu. Different LMs survive for different times and decay in some months after KC “jumps” across the Izu Ridge. Changes of water properties on isopycnals in the interior of LM can be roughly described by two-layer kinematics with an interface at σ_θ = 27 which suggests a strong inflow of deep Kuroshio waters into the LM core during the formation of the latter. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.