冷泉羽状流多波束水体声学探测技术与应用

海底冷泉作为地球水圈与下伏岩石圈之间物质和能量交换的重要场所,其广泛发育于主动大陆和被动大陆边缘、深海扩张中心、汇聚板块边界、弧前盆地、断层以及泥火山发育区等区域。研究海底冷泉对于海洋工程安全、天然气水合物开发、海洋油气勘探、全球气候变化、碳循环和极端生物群落等方面具有重要意义。本文在系统总结海底冷泉探测技术方法的基础上,重点阐述了多波束水体声学探测技术及海底冷泉羽状流特征反演方法,对海底冷泉系统探测技术方法完善和应用具有重要意义。     

SeaBeam全海深多波束测深系统及应用

为更好地发挥SeaBeam深水多波束系统在深远海海洋调查中获取高精度地形地貌数据的作用、方便广大调查和研究人员使用,本文以SeaBeam3012多波束为例,较系统地分析介绍了其测量技术原理.开展了该系统的硬件组成、设备功能和技术特点等方面的介绍,从声学和信号处理等角度对其Swept Beam技术进行分析,并以"向阳红0...     

南海冷泉分布特征及油气地质意义

在系统收集和分析南海海底冷泉资料基础上, 应用浅剖和多波束水体影像技术识别海底冷泉,结合地质条件综合研究南海冷泉分布特征,进而分析探讨其油气地质意义。研究结果表明,南海冷泉分布广泛,神狐、东沙西南部、东沙东北部、琼东南、西沙海槽、南沙南部和越南沿岸等海域均发现冷泉, 冷泉分布水深为200～3 000 m。海底冷泉与深部油气乃至浅层天然气水合物资源有着密切的成因联系。冷泉及其伴生物(冷泉碳酸盐岩)的探测与识别对海洋油气勘探,尤其是天然气水合物勘查的指示作用明显。浅剖和多波束水体影像技术不仅可以探测和识别冷泉, 而且两者结合可实现低成本、高效率的海底地质异常体(冷泉碳酸盐岩、泥底辟及气烟囱等)的声学异常探测, 极大地提高了海洋油气勘探及天然气水合物勘查的成功率。     

SeaBeam2100多波束系统的声速误差分析

声速是多波束测深系统进行水深测量的重要参数。以SeaBeam2100多波束系统为例,结合实测资料,以MB-system多波束处理软件为辅助,对声速数据进行了分析,并深入探讨了声速剖面对SeaBeam2100多波束系统测深精度所产生的影响。研究表明,声速(尤其是表层声速)对所测水深的精确度起着关键作用。合理的声速剖面是获得高精度多波束测深资料的基本保证。     

高分辨率波束形成器在多波束测深系统中的应用

对于海底地形测量,基于FT波束形成的幅度检测法空间分辨率较低,只能较准确给出有限测点的水深信息;平坦海底前提下,分裂子阵检测法或多子阵检测法可以得到连续测点的水深信息,复杂海底地形条件下,这两种方法均难以应用。能否利用高分辨率波束形成器来提高测深系统的空间分辨率是一个值得研究的问题。使用ESPRIT波束形成器处理了多波束测深系统的试验数据,并就其性能与FT波束形成器进行了比较与分析。     

南海北部陆坡气泡羽状流的发现:多波束水体数据

利用2016年在南海西北部陆坡琼东南海域采集的多波束水体数据,发现了海底气体渗漏至海水中形成的羽状流。在多波束数据上, 羽状流成火焰状,直径大约为30~50 m,从1 380多米的海底延伸至大约650 m的深度,高度超过700 m。在经过羽状流的浅剖剖面上,存在显示浅层气存在的声学空白区域,并识别出断裂和裂隙区域,但在水体中并无明显的异常。这可能是由于浅剖数据的分辨率不够未能捕捉到水体异常,或者气体渗漏具有间歇性。该海域存在明显的似海底反射显示,气体渗漏可能与水合物系统之间存在复杂的相互作用。由于缺乏经过羽状流的多道地震数据,难以对羽状流的形成机制进行进一步的推测。南海北部陆坡羽状流的发现对于理解被动大陆边缘的甲烷渗漏机制、水合物的形成与分解具有重要的意义。     

多波束资料在胶州湾口海底节理构造研究中的应用

利用2004年5月在青岛胶州湾口获得的高分辨率多波束资料(水平分辨率0.5m×1m,垂向分辨率0.2m),研究了该区海底节理构造及其分布规律,揭示青岛胶州湾团岛至薛家岛的研究区域中存在大量线性微地形,在海底地形图上表现为2组相交的“X”型线性阴影(一组为NE向,另一组为NW向),把整个海底切割成菱形格状。结合侧扫声纳探测等资料分析,认为这种线性微地形可能代表了海底出露的节理(裂隙)微构造。     

南海F站位冷泉水体中的溶解甲烷

目前对南海北部陆坡的F站位冷泉的研究多从地质和生物角度开展,而冷泉羽流在水平和垂直方向上的扩散范围尚不清晰,其影响因素尚不明确。针对该问题,于2021年6月6~23日搭乘“科学”轮对该冷泉海域的溶解甲烷进行调查,使用搭载遥控无人潜水器(Remote Operated Vehicle,ROV)和温盐深系统(Conductivity,Temperature,Depth,CTD)的采水瓶采集了该冷泉及邻近水体中从近海底(距底2.5 m)至表层(5~10 m)多个层位的水样,并使用气相色谱仪在现场分析了水样中溶解甲烷的含量。结果表明,溶解甲烷在覆盖喷口的生物繁茂区水体中的含量为6 590~11 300 nmol/L,在生物稀少的毗邻区迅速降至85.0~354.8 nmol/L。水柱剖面的测量结果显示冷泉喷口区1 000 m以深的水体中溶解甲烷含量高于背景区,而1 000 m以浅的水体中溶解甲烷的含量与背景区相同(2.01~3.90 nmol/L);自喷口区顺流向下1 500 m处,甲烷羽流信号消失。综上结果,甲烷羽流的水平扩散距离≤1 500 m,上升高度≤125 m。溶解甲烷的含量在生物繁茂区的迅速降低是由于底栖生物对溶解甲烷的摄食所致,而其在繁茂区之外扩散过程中的逐渐降低是海水湍流混合导致的稀释效应所致。     

EM122多波束测深系统在大洋多金属结核资源调查中的应用

大洋多金属结核作为潜在的战略资源,日益得到人们的重视。依据海洋六号船的EM122多波束测深系统在太平洋海盆的实测背散射强度数据,证实多波束测深系统的背散射强度数据与多金属结核分布存在一定的联系,从而可以为大洋资源调查中多金属结核矿区的圈定提供前期数据参考。     

南海东北部陆坡结核成因及对冷泉活动的指示

本文对2018年利用“海龙Ⅲ”ROV在南海东北部陆坡采集到的多金属结核样品进行了矿物学和地球化学分析。结果表明研究区结核以棒状为主,具有2层结构。结核外层的矿物学和元素组成特征与水成型多金属结核较为相似。结核内层多发育孔洞,以针铁矿为主,有黄铁矿残余,Fe、As元素含量高,Mn、REE等元素含量低。NH-2结核样品内部的碳酸盐组分的全岩δ¹³C为-30.91‰。所研究结核样品的早期形成过程与冷泉活动密切相关,结核生长后期冷泉活动停止或是减弱,在等深流作用下结核黄铁矿被氧化成针铁矿,之后锰铁氧化物继续在结核外部生长。     

2008年初冷事件对南海北部夏季浮游动物的影响

2008年初,我国南方出现了罕见的低温冰冻极端天气过程。通过对2007年8月和2008年8月南海北部现场调查所获得的数据分析研究了浮游动物种类组成。结果表明,与2007年8月相比2008年8月浮游动物丰度和生物量有很大的下降。聚类分析结果表明浮游动物群落被分为近岸和远海两大类群。浮游动物近岸类群和远岸类群的分界点在不同的时间有所不同,这是由于外海水向近岸的入侵所致。与2007年8月相比,2008年8月浮游动物优势种发生了很大的演替,主要是因为四种浮游动物优势种亚强真哲水蚤、异尾宽水蚤、锥形宽水蚤和小哲水蚤丰度急剧下降所致。相反,水母类和海樽类丰富有很大的升高,其原因可能是2008年春季极端低温导致的鱼类大量死亡所致。与远岸浮游动物群落相比,近岸浮游动物群落变化更剧烈,这说明近岸浮游动物群落结构不稳定。南海北部浮游动物群落结构的变化与2008年初的冷事件有很大关系。     

南沙海域初级生产力与水柱垂直稳定度的关系

海洋中浮游植物利用光能吸收水体中的CO₂和营养盐合成有机物,不但为海洋食物链的运行提供物质和能量基础,而且还通过海一气界面气体交换影响着大气CO₂浓度.水柱垂直稳定度对海洋初级生产力有重要影响,对此人们早已认识,但通过实测数据分析两者定量关系的文章至今仍极为罕见.此外,南沙海域是世界最大的边缘海之一,然而有关该海域的初级生产力仅见报道过两个测站的实测数据[1].     

Characteristics of two natural gas seepages in the North Sea

Two occurrences of active gas seepages are described from the North Sea. The southernmost one, situated above a salt diapir in Norwegian block , has been studied and sampled by use of a remotely operated vehicle (ROV). This seepage consists of about 120 single seeps located within a diameter of 100 m. It is estimated to produce 24 m³ of methane gas per day (at ambient pressure, 75 m water depth). Isotope values of the methane gas and higher hydrocarbon gases in the surrounding seafloor sediments, show that their origin is from a deep seated, thermogenic source. No typical gas-induced erosion features are found on the seafloor at this location, probably due to the lack of very fine grained material.The second occurrence is located in U.K. block (Geoteam, 1984), where the seepage is associated with a very large pockmark depression, measuring 17 m in depth and 700×450 m in width. This depression represents an eroded fine grained sediment volume of 7.10⁵ cubic metres. No detailed inspection or sampling of the gas has been performed here. However seismic reflection anomalies are seen on airgun seismic records at various levels down to a depth of at least 1100 m below seafloor. The seeping gas, possibly mixed with liquids, at this location is therefore also expected to be of a thermogenic origin.     

Characteristics of Sea Surface Circulation and Eddy Field in the South China Sea Revealed by Satellite Altimetric Data

Temporal and spatial variations of sea surface circulation in the South China Sea were revealed with use of altimetric data provided by TOPEX/POSEIDON from December 1992 to October 1997. The estimated distribution of sea surface dynamic heights from altimetric data coincide well with the results of observation by Soong et al. (1995) and Chu et al. (1998). The RMS variability of sea surface dynamic height, which is obtained after tidal correction based on Yanagi et al. (1997), is high in the central part of the South China Sea, the Gulf of Tongking, the Sunda Shelf and the Gulf of Thailand. The high RMS variability in the Gulf of Tongking, the Sunda Shelf and the Gulf of Thailand is due to set up and set down of sea water by the East Asian monsoon, which is northeasterly during winter and southwesterly during summer. Also, the high RMS variability in the central part of the South China Sea is due to the variations of basin-wide circulation. The circulations are dominant in the central part of the South China Sea during summer and winter, an anticyclonic circulation during summer and a cyclonic circulation during winter. It is suggested that these circulations are controlled by the East Asian monsoon. Hence, there is an interannual variability of the basin-wide circulation associated with the variation of the East Asian monsoon.     

Remote sensing expert system of South China Sea coral reefs

Ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｅａ　ｃｏｒａｌ　ｒｅｅｆｓＷａｎｇＹａｎｆｅｎｇａｎｄＬｉｕＢａｏｙｉｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ...     

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。     

南海北部陆坡峡谷区海底沉积物工程地质特征及区域稳定性评价

The upper part of the continental slope in the northern South China Sea is prone to submarine landslide disasters,especially in submarine canyons. This work studies borehole sediments, discusses geotechnical properties of sediments, and evaluates sediment stability in the study area. The results show that sediment shear strength increases with increasing depth, with good linear correlation. Variations in shear strength of sediments with burial depth have a significantly greater rate of change in the canyon head and middle part than those in the canyon bottom. For sediments at the same burial depth, shear strength gradually increased and then decreased from the head to the bottom of the canyon, and has no obvious correlation with the slope angle of the sampling site. Under static conditions, the critical equilibrium slope angle of the sediments in the middle part of the canyon is 10° to 12°, and the critical slope angle in the head and the bottom of the canyon is 7°. The results indicate that potential landslide hazard areas are mainly distributed in distinct spots or narrow strips on the canyon walls where there are high slope angles.     

南海海表温时空演变与南海夏季风爆发早晚相关性初探

利用我国近海1986-2008年间的海温再分析资料,分析了南海海温异常的时空变化,重点揭示了南海夏季风爆发前后(4-6月)南海表层海温异常的时空演变特征,并探讨了其与南海夏季风爆发早晚的相关关系。结果显示,南海夏季风爆发前后南海表层海温异常存在一个显著时空演变模态,4月南海全域海表温度异常几呈负位相态势,其中正值信号首先出现于巴拉望岛以西海域,随后逐步向西向北扩展,5月南海大部已被海表温异常正位相控制,6月南海表层海温异常完成负-正位相转换。分析表明,南海表层海温异常时空演变的年际差异与南海夏季风爆发的早晚存在显著相关。综合已有研究认为,南海海表温异常时空演变所形成的季节内尺度的热力差异(主要包含演进趋势、速度和幅度等)可能是影响南海夏季风爆发早晚的一个重要因子,据此建立了海表温温差异常指标,其对南海夏季风爆发早晚具有较好的反映能力。此外,南海海表温异常时空演变与南海暖池的变化紧密关联。相关分析还发现,南海夏季风爆发前期南海暖池与印度洋暖池的海表温差异常存在显著正相关关系,而与西太平洋暖池为负相关关系。南海海表温异常季节内演变在印-太暖池区海表热力格局及差异形成背景下或可通过影响大尺度经向和纬向环流而引发南海夏季风爆发早晚之年际异常。