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2 964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±0.16）μW/m³、（1.52±0.15）μW/m³、（1.30±0.3）μW/m³、（0.46±0.18）μW/m³、（0.64±0.23）μW/m³、（0.37±0.07）μW/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15.38 mW/m²,占表层大地热流的30.76%,地幔热流贡献值为34.62 mW/m²,地壳和地幔的热流比例为0.44,具有“冷壳热幔”的特征。     

2006～2007年北部湾海-气热通量变化特征

用2006年夏～2007年秋在北部湾获得的船测气象资料,由块体公式计算了海-气通量.结果表明:北部湾春、夏季节获得热通量,而秋、冬季节失去热通量.春季通过湍流交换造成的热通量对海面热平衡的贡献最小,其次是夏季、冬季和秋季.在年平均尺度上感热通量和潜热通量分别占净辐射通量的7.4%和77.4%,15.2%的净辐射热量通过海洋过程消耗掉.感热通量随海-气温差的加大而增大,而与风速之间呈现复杂的非线性关系.海-气温差增加1 ℃,感热通量增加6.7～12.7 W/m2;较大的感热通量(>30 W/m2)容易出现在5～10 m/s风速条件下.潜热通量与风速和相对湿度呈明显的相关关系:风速增加1 m/s,潜热通量增加约18 W/m2,而相对湿度下降1%会导致6 W/m2潜热通量的增加.     

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。     

南沙海槽前陆盆地热结构

岩石圈热结构直接影响着岩石的物理性质和流变学性质,从而制约着岩石圈的形成演化。在研究南沙海槽前陆盆地地质构造背景和岩石圈热结构影响参数基础上,文章采用一维稳态热传导方程模拟计算并获得了盆地94N05地震剖面岩石圈热结构。计算表明,盆地区域大地热流平均值约为62mW.m 2;地幔热流值约37—44mW.m 2,对地表热流贡献达60%—70%。南沙海槽前陆盆地处于构造热恢复阶段,地表热流受中中新世挤压构造环境影响相对较低且主要受深部地幔控制,莫霍面温度介于500—600℃,热岩石圈较薄,厚度约60—70km。通过计算岩石圈热结构及居里面深度特征揭示揭示盆地深部岩石圈温度较高以及热活动稳定可能是南沙群岛海域地震发生很少的重要原因。     

北部湾盆地涠西南凹陷C洼烃源岩热史及成熟史模拟

北部湾盆地涠西南凹陷C洼流沙港组烃源岩热史及成熟史研究,对C洼深水油气勘探具有指导意义。在恢复涠西南凹陷C洼地史和热史的基础上,利用EASY%Ro模型计算了流沙港组烃源岩的成熟度史。研究结果表明,在涠西南凹陷发展的裂陷阶段初始期热流值较高,最大值约为77mW/m2,其后热流值逐渐减小,现今热流值约为54mW/m2;涠西南凹陷C洼流沙港组烃源岩开始生烃(Ro=0.5%)时间为51MaBP,达到生烃高峰(Ro=1%)时间为42MaBP,达到高成熟演化阶段(Ro=1.3%)时间为17MaBP;对比涠1井流沙港组烃源岩演化特征,处于C洼深水勘探区的流沙港组烃源岩成熟度较高,生烃能力较强,拥有广阔的油气勘探前景。     

台湾-吕宋岛弧巴士段火山活动的热模拟

岛弧火山活动的数值热模拟研究是俯冲带构造热演化研究的重要方面,也是验证地表观测结果的重要方法。选取台湾-吕宋岛弧巴士段内东火山链(EVC)的甘米银活火山和西火山链(WVC)的加拉鄢死火山,根据地质和地球物理条件,进行了有限元热模拟计算。在计算模拟甘米银活火山和加拉鄢死火山现今的热流分布的基础上,分析了二者的差异。模拟结果表明,甘米银活火山顶部至周边30km热流值有明显升高,越靠近火山热流值越高且增加速率越快,岩浆房正上方的热流高达310mW.m-2。加拉鄢死火山顶部及周边热流略有升高,热流增量从周边40km处的小于3mW.m-2缓慢增加到火山顶部的15mW.m-2。     

热毯式海底热流原位探测系统设计

针对海底热流探针无法对基岩海底或其他硬质海底进行热流探测的难题,基于傅里叶热力学第一定律提出了非插入式海底热毯原位探测方法,介绍了热毯式热流原位探测系统的设计。通过试验选择了合适的热毯盖层材料、对热毯的形状和设计尺寸等参数进行了设计优化,分析了热毯的工作方式并对布放技术进行了评价。热毯式海底热流探测系统为大洋中脊区域海底的热流探测提供了有效的方法,对于研究板块的热状态及板块的构造活动提供了广阔的应用前景。     

冲绳海槽地球动力学热模拟

冲绳海槽属太平洋沟弧盆系,长1200km,宽100余公里,平均水深超过1000m,南部最深处2334m。实地地球物理考察表明,海槽全区布格重力异常和空间异常均呈北东向相对正高场值区,平均布格异常值为79.4m Gal,海槽南端可达160m Gal;空间异常平均值为60-100m Gal。根据重力反演计算的地壳厚度为14-20km,因此海槽比西侧大陆架和东侧岛弧的地売(30km)薄10-16km,但比正常洋壳的厚度仍大得多(金性春等,1984)。从海槽区的地震剖面图(Herman et al.,1978)可见海槽盆地东西两侧分别是倾向海槽中央的高角度正断层,表明海槽是张应力控制下的断陷带。地震折射资料(Lee,C.S.,1980)表明,冲绳海槽中央断裂下面的地幔深度约为15km。另外,海槽火山发育和地震频繁。近年来,地热测量结果更引起了研究人员的重视,海橧平均地表热流为151mW/㎡,个别地方如SON84-25-C和HF9-13,热流值分别高达1056mW/㎡和1258mW/㎡ (喻普之等,1992),如此高的热流值在全球地热数据中是罕见的。 冲绳海槽的地表热流、热结构及热演化问题目前在学术界颇引人注目,曾有人应用非稳态的二维热传导方程来计算海槽的热结构1),但这种不考虑对流效应的热传导方程不能模拟介质运动对热结构和热演化的影响,特别是在构造运动的速度大于1cm/a时, 其Peclet数一般大于1,这时介质运动所携带的热量远大于传导热,即对流项起主导作用。所以作者用非稳态的二维热传导——平流方程来模拟构造热演化。     

嗜热栖热菌重组锰超氧化物歧化酶的性质

嗜热栖热菌(Thermus thermophilus)wl的超氧化物歧化酶基因在Escherichia coli BL21(DE3)中进行表达,采用Ni-NTA agarose亲和层析获得重组超氧化物歧化酶,比活力达565 U/mg.重组酶的相对分子质量为110.9 kDa,亚基相对分子质量为28.3 kDa,该酶为同聚四聚体蛋白.重组酶对氯仿-乙醇和SDS敏感,对H2O2不敏感,并且它的紫外最大吸收波长位于279 nm,判断其属于锰超氧化物歧化酶类型.1.0 mmol/dm3Mn2+对重组酶有激活作用,同浓度的其他金属离子Mg2+、Ca2+、Ba2+、Co2+、Cu2+、Zn2+和Fe2+对重组酶活力都有抑制作用,其中以Co2+的作用最强,抑制了约64%的酶活性.重组酶在70℃下处理1 h,保持原有活力的60%,即使在90℃下处理1 h,仍保持原有活力的35%.在pH值为4.0～11.0的缓冲液中25℃下处理1 h,保持65%以上的原始活力.由此可见,重组锰超氧化物歧化酶具有高的热稳定性和宽pH稳定性,在工业上具有巨大的应用潜力.     

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;     

Implications of estimated and measured thermal conductivity for oceanic heat flow studies

Heat flow data provide constraints on the thermal structure and evolution of the oceanic lithosphere. Because precise determination of the heat flux requires that both the thermal gradient and the thermal conductivity be well determined we have examined the thermal conductivities used in a new Pacific Basin heat flow data set. 43% of the 1600 heat flow determinations rely on values estimated by various methods, rather than directly measured. Although the measured and estimated conductivities have comparable means, the measured conductivities have a standard deviation 50% larger than the estimated, suggesting that the estimated values underestimate the actual variation. We investigate the limitations of using such estimates by examining factors controlling the variations of measured conductivity values. We find that the variation between the closest adjacent sites increases with increasing separation, such that sites within 200 km are on average noticeably closer in conductivity than sites further apart. Contributing to this effect may be the variation of conductivity with lithology (with mean conductivity highest for carbonate oozes, intermediate for deep-sea clays, and least for siliceous oozes) and a possible trend of decreasing conductivity with increasing seafloor depth. Tests with the measured data suggest that the best method for estimating conductivity is using the mean value measured within 200 km. The mean of a larger geographical region is a somewhat poorer predictor, and using the oceanwide mean and the value at the nearest site are poorer still. Approximately 29% of the estimated values were not based on measurements from a reference site. For most others, the reference site was the nearest measurement from the same cruise, typically a large distance away. For those sites where conductivity was not measured, 78% had measured conductivity within 200 km and were reestimated using the local mean, whereas the remaining 22% were reestimated using the regional mean. The resulting change in the estimated conductivity averaged 9% using the local mean and 6% using the regional mean. We suggest that such a procedure be used to improve the utility of the heat flow data set, as an alternative to discarding the large fraction of the available data that does not incorporate measured conductivities.     

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。     

海洋温差能开发特点及其对生态环境的影响方式

根据海洋温差能转换(OTEC)工艺过程的特点,分析了海洋温差能开发对海洋生态环境的特殊影响。认为大流量吸排水形成的大尺度水团在海洋中的重新分布,致使厂址周边海水的层化结构和环流结构以及海水盐度、溶解氧和营养水平等参数发生变化,进而对海洋环境造成很大改变,形成了OTEC技术特殊的环境影响方式。还着重分析了羽状流对初级生产力的影响,以及卷载和冲击对海洋生物的影响,分析归纳了海洋温差能开发生态环境影响的关键评价因子,对下一步的研究重点提出了建议。为未来开展洋温差能开发以及全面评价海洋温差能开发造成的生态环境影响提供技术参考。     

南海热流分布特征

南海地热异常明显与主要构造断裂带和水热/岩浆活动有关。东部平行于马尼拉海沟的一条SN向低热流异常带起因于南海洋壳对吕宋岛的俯冲。南沙海槽及其南部陆缘的地温场比较复杂。南部的曾母盆地是一个显著的高地热异常区,它起因于年轻的构造拉张,其地幔热流高达中央海盆洋壳的地幔热流值。西南次海盆也是一个高地热异常区,虽然该次海盆形成较早,但与年轻的构造拉张有关。热流资料的分析结果表明,南海中央海盆西缘断裂带、西南次海盆和曾母盆地构成的NE向高热流异常带可能是一个大型的现代构造拉张带。     

广西沿岸两大入海河口区域的环境变化与水流动力影响分析

通过对广西沿岸的南流江口和北仑河口的环境变化特征分析得出，江河径流、沿岸风浪流、周期性潮流是这2个河口地区环境变化的主要动力影响因素之一，三者的叠加不但使河口的大小、位置、形态等发生变化，而且还造成海(河)岸及河道的严重侵蚀。     

Physical properties of the shallow sediments in late Pleistocene formations,Ursa Basin,Gulf of Mexico,and their implications for generation and preservation of shallow overpressures

Understanding the evolution of abnormally high fluid pressures within sedimentary formations is critical for analysing hydrogeological processes and assessing drilling risks. We have constructed a two-dimensional basin model and have performed numerical simulations to increase the understanding of the history of fluid flow and shallow overpressures in the Pleistocene and Holocene formations in the Ursa basin, deepwater Gulf of Mexico. We measured physical properties of sediments, such as porosity and permeability, in the laboratory and estimated in situ pore pressures from preconsolidation pressures. We obtained porosity–effective stress relationships from measurements of bulk density, grain density and preconsolidation pressures in the laboratory. Porosity–effective stress relationships were also obtained from downhole density logs and measured pore pressures. The porosity–effective stress and porosity–permeability relationships obtained were applied in two-dimensional basin simulations. Results showed that high pore pressures developed shortly after sediment deposition. Peaks in pore pressure ratios were related to high sedimentation rates of mass transport deposits and the incision of the Ursa channel. Lateral flows from the area where the overburden is thick towards the area where it is thin have occurred at least since 30 ka. Present pore pressure and temperature distributions suggest that lateral flows play a role in re-distributing heat in the basin.     

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。     

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.     

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。     

用于海气界面微尺度过程观测的水槽设计与实验

为了给海气界面研究中的仿真与验证提供较全面的研究数据, 根据现有技术基础和国际前沿观测技术及设备的发展水平, 设计完成了具有造风造波能力, 并满足小尺度波浪破碎和混合、微尺度坡度场、水体内部的湍流混合、界面的热辐射及传输等过程观测需要的小型多功能水槽。实验结果表明,该小型多功能水槽各部分配合顺畅, 达到了各项观测技术的要求。该水槽可以成为海气界面研究的一个多手段、便捷的室内实验平台。