南海东北部台湾浅滩陆坡的浊流沉积物波的发育及其成因的构造控制

南海东北部马尼拉海沟发育有面积达35 000 km2的、壮观的沉积物波波域,水深2 600～4 100 m。基于波域的特征、区域分布、物质组成等,判断其为重力流成因。该波域于1.2 Ma开始起动,从而形成了和下伏平行反射截然不同的波状反射,二者之间为沉积物波的起动面。该波域的发育史受控于台湾造山运动的发育史,吕宋岛弧在北西西向运动的菲律宾海板块的携带下,于6.5 Ma左右和欧亚大陆边缘发生斜向弧—陆碰撞,碰撞焦点持续向南转移,于1.2 Ma左右转移至台湾南部,造成台湾南部的物理剥蚀、乃至向毗邻深水的碎屑供应急剧增加,改变了深水沉积动力学状态,浊流活动的强度和频率极大加强,从而开始了该波域的起动和发育。该沉积物波的发育和台湾造山运动构成了完美的构造活动和沉积响应关系。     

太湖波浪与湖流对沉积物再悬浮不同影响的研究

基于有关太湖湖流、波浪和水化学指标的实测资料，对太湖中由于风强迫作用和底层湖流分别产生的湖底切应力进行了计算，发现二之间量级相差很大，得出了在风扰动情况下，由于波动而产生的湖底切应力对沉积物的再悬浮起着主导作用的结论，并估算了其临界值。     

潮汐流影响下珊瑚岛礁附近波浪传播变形和增水试验

为揭示潮汐流影响下珊瑚岛礁附近波浪的运动特征,通过波流水槽试验对潮汐流存在下规则波的传播变形和增水规律进行了研究,测试了一系列的潮汐流流量并对比正向流、反向流以及无流的情况。研究结果表明:反向流使波浪破碎点向远海侧移动,正向流则使其向海岸侧移动,反向流存在时破碎带内的湍流较正向流时更为剧烈;反向流时破碎点附近入射波能量由主频波向高次谐波发生转移更为显著;潮汐流的存在对波浪反射、透射和能量耗散并无明显影响;正向流造成礁坪上波浪增水减少,反向流则促进增水的增长,增水最大值与潮汐流流量间存在显著的线性关系。研究成果可望为岛礁工程的建设和维护提供一定的理论参考。     

高应力条件下的岩芯电磁性能变化

根据标准晶格模型理论,在高应力作用下,岩石的Si-O键最外层电子将被挤入晶格间隙里,松散外逸的电子云在电场中将产生直流电流（DC）,进而吸收电磁波,转换成交流电流（AC）。直流电流来源于量子力学穿隧效应电子和断键电子。穿隧效应电子的形成过程和原理:氧原子的最外电子被束缚在浅位能井（shallow potential well）（0.38 V）,当高应力作用时,电子吸收部分能量,增加其动能,虽然这种轻微的动能增加不足以使电子克服并跳出它的位能井（potential well）,但它足以增加穿过井壁（well wall）进入晶格空隙间的概率,这个概率乘以可用氧原子的数目即为由于隧穿效应形成电子云的电子数量,其量级通常为微微库伦（picocoulombs）到纳米库伦（nanocoulombs）。断键电子的形成过程和原理:从微裂纹开始断裂键释放电子,并且裂纹成核点极可能开始是平行排列的,每当Si-O键断裂时,就会产生一个+Si悬键,伴随着一个自由电子附着在-O原子上,这个电子将从原子跃迁到原子,这种电子电流与裂纹的表面积和电池电极的收集效率成正比。断键形成的电子云比穿隧效应多很多。两种电子均被试验所证实。在高应力条件下岩石破裂之前,由电子穿隧效应,DC缓慢增加,随着岩石破裂的发生而导致断键电子增多,DC急剧增加;AC的电压振幅（V）随电流（I）增大而减小,当电流减小到正常时,在岩石破裂后电压振幅回归正常;遵守能量守恒原理,吸收的电磁波能量（E）与交流电流功率（V×I）相等,即E=V×I。研究结果表明电磁波监测可用于探测地壳高应力变化和岩石破裂特征,当应力达到岩体断裂的临界强度时,其应变晶体结构开始释放越来越多的外逸电子,最终岩体晶体结构断裂产生一个地震或滑动事件。岩石破裂的电磁性能变化研究可用于研发电磁波地学监测仪器,电磁波监测可以作为地应力监测的一种补充和对比分析方法,两种方法相结合比地应力监测一种方法更可靠。此外,在高应力条件下岩石还有其它现象:应变蠕变辐射、光发射、声发射、静电等,这些现象的观测也是预测地质事件需要考虑的条件。      

台湾东部海域沉积物波特征及其成因探讨

利用地震剖面对沉积物波的分布、形态和内部结构进行了分析,结合区域地质背景对沉积物来源和成因进行了探讨。识别出的沉积物波域主要位于台东峡谷与陆坡其他峡谷的交汇区,单个波形的波长为0.8～7.2 km,波高为18～75 m左右,呈NE—SW向展布。台东峡谷弯曲段内侧向上坡迁移的沉积物波,其底界发育块体流沉积,内部可细分为下部过渡单元和上部波形单元。弯曲段外侧的沉积物波呈垂向加积的特征,底部无块体流沉积。基于沉积物波的几何形态,估算整个波域的流体厚度在196～356 m之间,流体速度在15～21 cm/s之间。沉积物波的形态特征、内部结构、分布规律以及数值计算表明这些沉积物波为浊流成因。台湾东部海域沉积物波域的发育与台湾西南部的沉积物波域一样,是台湾造山运动的沉积响应。距今3.5 Ma以来花东海脊的形成以及广燠火山岛—绿岛—兰屿火山岛间闸口的抬升和封闭使得沉积物经由卑南溪及海下水道向南输送到绿岛西侧的台东海槽残留弧前盆地时受阻,转而沿台东峡谷及陆坡冲沟体系向东输送入花东海盆。浊流沉积物沿着峡谷/沟谷体系向下坡方向输送的过程中,在峡谷/冲沟的嘴部等地形限制性降低的位置卸载,或在台东峡谷的高弯曲段漫溢出来,从而形成沉积物波域。     

About compact equations for water waves

A simple compact equation for gravity water waves, which includes a nonlinear wave term and advection term, is derived. Numerical simulations in the framework of this equation demonstrate an initial stage of freak wave breaking.     

波流共同作用下流速垂线分布及其影响因素分析

大量波流相互作用的实验表明,当波浪顺流传播时,平均水面附近的流速减小,而当波浪逆流传播时,平均水面附近的流速增加.为了从理论上解释这种现象,从垂向二维Navier-Stokes方程出发,推导出波浪、潮流共同作用下的水流控制方程;采用微幅波理论简化控制方程,并引入Grant-Madsen波流边界层模型,得到波流共同作用下的紊动切应力及流速垂线分布表达式.通过和实验结果及数值结果的对比,结果预测值和实测值较为吻合,表明公式能反映波高变化及涡粘系数共同对流速垂线分布的影响,且简单实用.利用该公式分析了波浪顺流、逆流流速变化的原因.     

内波单独作用形成的深水沉积物波

深水沉积物波是一种海底普遍发育、规模较大的波状沉积体,大多数学者将它们解释为等深流沉积或浊流沉积。本文结合内波理论的研究进展，考虑内波沉积作用的水动力学特征，探讨了深水沉积物波的内波成因机制。得出以下几点认识：①海底流动单独作用无法满足沉积物波形成所需的流动层厚度及流动速度，较难解释沉积物波的迁移方向及规则的内部及外部形态。②内波可以引起海底流动，内波比表面波更容易形成更大规模范围内的沉积床形。③内波可以形成大型沉积物波，用内波可以较合理地解释内波的对称波形单元、非对称波形单元及上攀波形单元的成因。波动面离海底距离较大的行进内波及内驻波可以形成对称波形的沉积物波；波动面离海底距离较近的行进内波及内孤立波可以形成非对称波形的沉积物波；内波引起的海底流动进一步增强时，可形成上攀波形沉积物波。④行进内波可以形成向内波传播相反方向迁移的沉积物波，向海盆内部传播的内波可以形成向上坡方向迁移的沉积物波。     

波流共存场中多向随机波浪传播变形数学模型

基于波作用量守恒方程建立了波流共存场中多向随机波浪传播变形数学模型,模型中考虑了波浪绕射的影响和水流引起的波浪弥散多普勒效应,应用包含水流和地形影响的激破波模式计算波浪破碎的能量耗散,采用一阶上迎风有限差分格式离散控制方程。分别计算了有无近岸流情况下单向和多向随机波浪的波高分布,考虑水流影响的数值计算结果与物理模型实验数据吻合良好,比较分析表明,所建立的数学模型能够复演由于离岸流引起的波高增大,可用于波流共存场多向随机波浪传播变形的模拟和预报。     

Features and Origin of Turbidity Current Sediment Waves in the Huatung Basin off the Eastern Taiwan Island

Based on numerous high-resolution seismic profiles, sediment waves and their distribution, morphological characteristics, internal structure, and potential origins were revealed in the eastern waters of Taiwan. The sediment waves are located at the junction between the Taitung Canyon and other canyons in the slope. The wave length and the wave height of a single waveform ranged from 0.8 to 7.2 km and from 18 to 75 m, respectively (NE-SW direction). Sediment waves, located inside the bend of the Taitung Canyon, were characterized by an upward migration and showed mass transport deposits (MTDs) at the bottom, while the inner curve of the bend was subdivided into lower and upper wavy transition units. The sediment waves on the outer curve of the bend were characterized by vertical accumulation, and there was no mass flow deposit at the bottom. According to the geometry of the sediment waves, the calculated flow thicknesses across the entire wave field ranged from 196 to 356 m, and the current velocity ranged from 15 to 21 cm/s. The morphological characteristics, the internal structure, and the distribution of sediment waves, as well as the numerical calculations, evidenced that these sediment waves had formed by turbidity currents. The development of the sediment wave field in eastern Taiwan was found to be similar to that in southwestern Taiwan. It was the sedimentary response of the tectonic movement between 3 and ~1 Ma which created the sedimentary systems where gravity flow processes predominated. Turbidity current sediments settled in the place of less topographical constraints or overflowed in the bend section of the Taitung Canyon, which resulted in the formation of sediment wave fields.     

Application of wave model for weather routing of ships in the North Indian Ocean

Weather routing of ships is used to establish the shortest time route or the most economical route from a departure to arrival point by applying available information of the weather condition viz. wind, wave and current. Information on ship speed loss due to these effects is pre-computed using sea-keeping computing tools, which are then suitably employed in the optimum ship routing algorithm. This developed algorithm was investigated using the wave height information from GEOSAT altimeter records. Dijkstra’s path optimization scheme, which employs optimal control theory and dynamic programming technique, is used to obtain reliable optimum route in a given random sea-state.     

The method of fundamental solution for 3‐D wave scattering in a fluid‐saturated poroelastic infinite domain

By using a complete set of poroelastodynamic spherical wave potentials (SWPs) representing a fast compressional wave P_I, a slow compressional wave P_II, and a shear wave S with 3 vectorial potentials (not all are independent), a solution scheme based on the method of fundamental solution (MFS) is devised to solve 3‐D wave scattering and dynamic stress concentration problems due to inhomogeneous inclusions and cavities embedded in an infinite poroelastic domain. The method is verified by comparing the result with the elastic analytical solution, which is a degenerated case, as well as with poroelastic solution obtained using other numerical methods. The accuracy and stability of the SWP‐MFS are also demonstrated. The displacement, hoop stress, and fluid pore pressure around spherical cavity and poroelastic inclusion with permeable and impermeable boundary are investigated for incident plane P_I and SV waves. The scattering characteristics are examined for a range of material properties, such as porosity and shear modulus contrast, over a range of frequency. Compared with other boundary‐based numerical strategy, such as the boundary element method and the indirect boundary integral equation method, the current SWP‐MFS is a meshless method that does not need elements to approximate the geometry and is free from the treatment of singularities. The SWP‐MFS is a highly accurate and efficient solution methodology for wave scattering problems of arbitrary geometry, particularly when a part of the domain extends to infinity.     

Sea State Hindcast with ECMWF Data Using a Spectral Wave Model for Typical Monsoon Months

A third generation wave prediction model (WAM) suitably modified for the Indianseas was used to simulate the sea state during typical monsoon months of July 1987,88 and 89. During July 1987, small-scale disturbances over the Arabian Sea and theBay of Bengal as reported from earlier works were noticed in the wave hindcast. Thegridded monthly averaged wave heights for the above periods were compared with theGEOSAT altimeter data. A comparison between model computed wave parameters andavailable ship observations was also carried out for July 1987, 88 and 89.The modelwas run with ECMWF analyzed wind field for a period of one month. The comparisonshowed that the wave heights from the model matches with those from GEOSATAltimeter and ships of opportunity.     

崩塌落石产生涌浪的流固耦合运动分析

库区崩塌落石以直接打击和涌浪的形式威胁航道安全。三维流体力学与固体力学耦合分析崩塌落石产生的涌浪是目前该领域的研究热点和未来发展方向。以三峡库区巫峡剪刀峰河道为例,利用Flow-3D首次建立了一个k-ε湍流模型和GMO碰撞模型的流固耦合模型,假定的落石体积为1.2×10⁴ m³。流固耦合分析结果显示:运动物体在陆地斜坡上进行弹跳、翻滚、滑动;进入水体后,其运动受水体严重影响,运动物体将一部分能量传递给水体,能量传递率约为6.54%;水体获得了能量,最大涌浪达到10 m,但衰减很快,至河道中心线时浪高2.4 m,至对岸边浪高为0.89 m。根据涌浪高度大小进行了航道预警分区,建议将预警区北航道线南移350 m左右,航道内涌浪风险将大大降低,航道安全度得到提高。     

基桩低应变动测中"短程多次反射波"的特征研究--兼论横波在检测中的应用前景

短程多次反射波对基桩动测资料解释常会形成干扰，并为人们所忽视。以往国内外文献对此未见详细讨论。这里通过对解析解的理论计算与物理解释，阐明了这种干扰波的波形与强度，取决于缺陷的性质、位置、尺寸以及桩周土的剪切波速，且其不能被频域滤波所消除。因此在一定的客观条件下，这种干扰波会对资料的定性与定量解释造成困难，在实际工作中应予以注意。通过计算与实例，说明了物探资料解释的多解性问题在基桩动测中同样存在，用实测资料与理论曲线拟合法解释，可提高对资料认识的全面性，从而减小这种困难。根据文献通过理论计算说明，若测量扭转波则这种干扰将会大大减小，仅从此角度亦能说明纵横波联合检测是基桩动测的发展方向之一。     

平直沙坝海岸叠加波浪的裂流试验

为研究叠加波浪场的裂流特征,在平直沙坝海岸地形进行了叠加波浪形成的沿岸波高周期性变化的裂流试验研究。试验中叠加波浪是由波浪在垂直岸线的丁坝反射所形成的两列交叉波浪叠加产生,交叉波浪是具有等频率但入射角相反的两波列。通过对叠加波浪节腹点垂直岸线位置浪高的测量和沙坝范围内沿岸布置的声学多普勒测速仪流速测量结果来分析沙坝海岸丁坝反射波形成的裂流特性,讨论了波浪节腹点对裂流位置和裂流空间尺度的影响。对不同周期情况在x=5 m沙坝顶处的速度剖面对比,分析了不同周期对裂流的影响。     

台风浪作用下长江口深水航道骤淤数值模拟

极端天气条件下,波浪引起的高含沙水体会引起航道骤淤,增大航道回淤量。以"马勒卡"台风期间现场水文资料为基础,建立了波流共同作用下的长江口三维潮流泥沙数学模型,研究北槽航道骤淤问题。数学模型验证了"马勒卡"台风期间的北槽水沙过程,相似性较好,通过分离波浪,探讨了潮流与波流共同作用下的含沙量及航道淤积分布差异,研究了台风浪对航道骤淤的影响。研究表明,台风浪对-15 m等深线以浅水域含沙量影响较大,北槽含沙量自上游至口外逐渐增大,改变了常态天气北槽"中间高、两头低"的含沙量分布趋势。台风浪对北槽口内航道回淤分布影响较小,北槽口外航道淤积量剧增,即航道骤淤主要发生在北槽口外。     

畸形波研究的进展及存在问题

畸形波是近10年海浪研究领域的热点问题.作为一种新认识的物理现象,其经历了发现—认识—确认的认知过程.畸形波生成机制的研究目前取得了较大的进展,波列演化的调制不稳定性被认为是畸形波生成最具可能的原因.畸形波的研究及认识仍存在一些根本性的问题,这些问题的解决是正确及深入探究畸形波这种海洋物理现象的基础.通过对畸形波研究中存在的一些基本问题进行阐述和分析,探讨解决这些基本问题的思路及方法,为畸形波的研究提供一些有价值的参考.     

多分量转换波地震勘探初探

多分量地震勘探的理论方法研究起步较早,其中多分量转换波地震勘探由于其投资小、获取地下信息多的原因。近几年逐渐成为地震勘探领域的研究热点。此外,由于多分量勘探可以同时提供纵波和横波的速度信息,使岩性研究成为可能;快慢横波的分离和分裂时差又额外地给我们提供了进行非均质性介质弹性参数反演的可能,包括各向异性因子、裂缝的发育方向和发育密度。总之,多分量转换波地震勘探使我们在常规地震勘探的投资框架下,使岩性、缝洞型储层的发现及开发地震的量化成为可能。在本篇文章中,我们简单介绍这项理论方法技术。以及多分量转换波地震的发展现状及前景。     

煤矿井下综合物探超前探测技术与应用

对我国煤矿井下推广使用的地球物理探测技术进行了回顾,着重介绍了瑞利波和直流电法两种超前探测技术的新进展;结合七台河、平顶山等煤矿的应用实例,分析了煤矿井下超前地质预测的潜力,提出了煤矿井下超前探测技术的发展方向。