海底沉积物保真采样器保温性能的数值模拟与实验研究

提出了一种新型海底沉积物原位保真采样系统.该系统通过机械机构实现样品舱原位转移和封装.并且样品舱的保温保压性能决定着样品分析数据的真实性.依据能量守恒定律.建立了样品舱保温模型非稳态传热的导热微分方程,并用有限元法对非稳态传热进行了数模计算;根据保温模型试验和温度场变化规律仿真数据,构建了参数优化设计模型.为海底沉积物保真采样系统快速设计提供了理论依据.实验和模拟分析结果表明.所建模型与实际情况吻合较好,可以满足实际工程要求.对海底油气勘探具有重要意义.     

新型海底沉积物采样器结构设计及采样过程动态分析

针对海底沉积物采集的特点,设计了新型海底沉积物采样器,将采样和保真融为一体,利用海底触发装置实现采样,利用海水等静压原理实现采样器的封口与保真,采用FLENT软件对采样过程进行了模拟仿真,并对采样的动态过程进行了分析,结果显示在下落高度足够时,采样器撞击海底的速度趋于稳定值,同时攻角小于5°时采样时所受的阻力最小.     

海底边界层沉积物再悬浮的研究进展

海床沉积物受海洋水体的影响形成海底边界层(Bottom Boundary Layers,BBLs)。上部海水与下部沉积物在BBLs发生着复杂的相互作用,直接影响海底沉积物侵蚀、再悬浮与堆积过程。与此同时,沉积物颗粒可能携带的污染物解析释放,BBLs研究的科学意义与工程应用价值日益突显。海底边界层的范围已经远远超出了传统的流体力学中边界层的范围,而是海床界面上下一定范围内,水流与海床相互作用的区域。在波浪作用下BBLs沉积物以海床剪切破坏、海床液化破坏及震荡体破坏三种破坏模式发生侵蚀再悬浮。此外,海流、风暴潮、人类活动以及海底生物的扰动作用等对沉积物再悬浮起着不可忽视的作用。BBLs沉积物再悬浮原位观测是研究BBLs沉积物再悬浮最基础也是最重要的手段之一,常用的原位测试手段有水体采样、OBS、激光粒度仪、ADCP/ADV以及电法测量。海底悬沙和底沙的交换程度直接影响底层悬沙浓度的变化,沉积物再悬浮的定量分析成为海洋沉积过程研究的主要内容之一。系统地总结前人的研究成果,重点围绕海底边界层理论、海底沉积物再悬浮的影响因素、沉积物再悬浮的原位观测以及海底沉积物再悬浮的定量分析等几个问题进行综合评述。     

海底沉积物的声波频散研究技术

声学测量是调查海底沉积物的重要手段，有着广泛的应用。目前地震、测深都是利用回波到达时间差来探测目的物－几何声学。即使是反映９０年代世界水平的Ｓｅａｂｅａｍ、Ｃｈｉｒｐ也只给不同波速振幅、掠射角或不同频率声波的反射率，而未提供对这些属动力学范畴参数的处理分析方法。     

人工神经网络技术在海底沉积物声速预报中的应用

海底沉积物物理力学若干项参数与其声学性质存在着一定的关系.用回归拟合方法获得海底沉积物声速预报方程存在不足,难以获得3参数以上的声速预报方程.采用人工神经网络智能方法,建立了多参数声速预报神经网络模型.研究表明:2参数神经网络模型的预报误差比相应的2参数回归模型小,3参数神经网络模型的预测精度要高于2参数神经网络模型.为海底沉积物的声速预报提供了一条新途径.     

钢在不同海底沉积物中的腐蚀研究

1993年9月—1994年9月在中国科学院海洋研究所培育楼流动海水实验室将普通碳钢（A3钢）和低合金钢（16Mn钢）以分别和电连接两种挂片方式置于海面大气区、海水全浸区和不同的海底沉积物中进行一年的室内模拟实验。结果表明，两种钢在海洋环境中的腐蚀率在分别挂片时呈下列顺序：海面大气区＞海水全浸区＞海底沉积区；在电连挂片时出现如下顺序：海面大气区＞海底沉积区＞海水全浸区。随着海底沉积物颗粒度的减小，水／泥（砂）界面腐蚀最轻的钢片的腐蚀速度在电连挂片时成正相关关系，分别挂片时影响不大。处于沉积区最底部的钢片因成为宏电池的阳极，而遭受最严重的腐蚀。低合金钢的腐蚀率比普碳钢略大。     

中国海区海底沉积物稀土元素地球化学

随着分析技术的进步以及海洋地球化学研究的深入开展,我国海区海底沉积物稀土元素研究也进入了新阶段。目前已对渤海、黄海、东海、南海及台湾浅滩等海区海底沉积物稀土元素地球化学作了较详细的研究。这些研究成果为探讨区域性沉积物的物策来源、形成环境及沉积物的对比提供了重要信息。     

海底柱状沉积物超声测量

运用RS-ST01C超声测试仪,对32个海底沉积物柱状样品进行了现场超声波声学测量,并作了声速剖面初步分析,结果表明,样品及其固定方法、耦合剂、t0值、生物含量、取样效果和频率等因素对测量的结果均有一定影响,其中,样品及其固定方法、t0值、生物含量以及取样效果对声速测量的结果影响较大,而耦合剂和频率等因素对其影响较小。     

超声无损检测技术在海底沉积物调查中的应用

论文就超声波无损检测技术在海底沉积物声学特性测量上的应用,介绍了其所需的必要设备、样品采集和测量基本原理。探讨了沉积物超声无损测量的资料处理与分析方法及其内容,主要包括声速、声衰减、声阻抗和声速比等声学特性计算;声速与孔隙度、平均粒径和粘土含量等物理力学参数的统计相关性研究。     

海底沉积物取样的扰动机理研究

海底沉积物取样技术对大洋诸多科学研究来说非常重要,各种研究目标的实现与沉积物样品的质量息息相关.在使用常规管状取样器对松软或轻微固结的沉积物取样时,沉积物样品的扰动总是不可避免的.以机械手持式沉积物取样器为原型机,建立了管状取样器的取样过程模型,分析了沉积物样品的扰动机理;采用球形孔扩张理论获得了沉积物土体受到取样管挤压扩张的理论解;结合太平洋具体沉积物土体物理力学参数,对管状取样器取样造成沉积物扰动的状况给出了一个定量描述,并且提出取样管壁的厚度是减小沉积物扰动的关键参数.     

海底沉积物取样扰动的有限元研究

应用非线性有限元分析方法,对管状取样器取样过程中的沉积物扰动状况进行了研究.建立了取样管与沉积物接触的二维轴对称有限元模型.重点分析了取样时取样管内沉积物的变形、应力和应变状况.有限元分析结果表明了取样管贯入过程中沉积物应力、应变均产生了变化,扰动显著.证实了工程实际中取样所造成的沉积物样品原始层序混杂或弯曲变形、长度缩短等扰动的后果.海底沉积物的低扰动取样样品对于诸多海洋科学研究非常重要.     

海底重力取样技术的探讨

对重力取样器的用途、使用及相关技术进行了较全面的介绍,尤其介绍取样作业中的一些实际经验,对该取样器的技术特点、相关技术和未来发展方向进行深入的探讨。     

海底沉积物声速实验室测量结果校正研究

海底沉积物实验室测量状态与海底原状态存在较大差异,因此有必要进行声速校正.基于研究海底浅表层沉积物采样样品的原状态与实验室环境的差异,提出运用Hamilton声速校正模型对实验室测量沉积物声速数据进行校正,实现表层沉积物标准测量环境(23℃,1个大气压)下的声速校正到海底原状态;设计了温度变化实验测试南海海底沉积物的声速比变化,验证了Hamilton模型的可行性并将其推广到室温状态下各个温度的校正;分析了Hamilton声速校正模型应用于海底浅表层沉积物声速校正的可行性.     

Discrimination of Seafloor Sediment Properties by VWA

Analytical results of sound velocity and spectrum for seafloor sediment ore obtained by VWA (velocity-wave-amplitude) discrimination technique. Based on velocity-wave-amplitude, an understanding is gained of the physical condition and structural characteristics of seafloor sediment, which is combined with other geological information of the sedimentary layer to synthetically discriminate the properties of seafloor sediment. Experimental results show that, by using the relationship between sound velocity, wave form envelope, amplitude shape and size, and such parameters as sedimentary structure, microstructure, bedding, grain composition, mineral composition, and physical-mechanics, etc., the basic properties of the shallow surface seafloor sediment in the experimental sea area can be discriminated and the burial depth of traces of ancient marine transgression and regression events in the borehole cores of seafloor sediment can be divided, thus making an attempt of and contribution to the practice of acoustically remote-sensing and telemetering seafloor sediment.     

Discrimination of Seafloor Sediment Properties by VWA

Analytical results of sound velocity and spectrum for seafloor sediment ore obtained by VWA (velocity-wave-amplitude) discrimination technique. Based on velocity-wave-amplitude, an understanding is gained of the physical condition and structural characteristics of seafloor sediment, which is combined with other geological information of the sedimentary layer to synthetically discriminate the properties of seafloor sediment. Experimental results show that, by using the relationship between sound velocity, wave form envelope, amplitude shape and size, and such parameters as sedimentary structure, microstructure, bedding, grain composition, mineral composition, and physical-mechanics, etc., the basic properties of the shallow surface seafloor sediment in the experimental sea area can be discriminated and the burial depth of traces of ancient marine transgression and regression events in the borehole cores of seafloor sediment can be divided, thus making an attempt of and contribution to the practice of acoustically remote-sensing and telemetering seafloor sediment.     

The use of sediment traps in high-energy environments

A sediment trap is a container deployed in the water column with the aim of providing a representative sample of the material settling through that water column before it passes to a greater depth and ultimately to the seabed or lake bottom. A review of the previous literature shows cylinders and baffled funnels to be the most efficient sediment trap design in flows less than 0.1 m/s. For flow velocities above 0.1 m/s recent evidence suggests upwelling from the trap base, and possible undercollection. The degree of undercollection depends on the flow velocity, the type of trap, the height: diameter (aspect) ratio of the trap, and the type of sediment. Recent experiments suggest that cylinders with an aspect ratio of 3 may be efficient collectors in velocities up to 0.2 m/s. The use of cylinders is not recommended in velocities above 0.2 m/s. For unbaffled asymmetric funnels a lower limit of 0.12 m/s is suggested.     

基于地形的海底热液区沉积物分布趋势预测方法研究以西南印度洋中脊龙角区为例

热液区沉积物接受了大量热液物质的输入,其矿物组成及地球化学空间分布特征是多金属硫化物勘探的有效指标。由于重力作用,洋中脊区域沉积物主要分布于低洼和平坦地形区。为了探索地形因素对热液区沉积物分布的影响规律,本文通过ArcGIS提出了一种基于地形数据的海底热液区沉积物分布趋势预测方法,并对西南印度洋中脊龙角区地形数据进行了分析,包括沉积物重力搬运方向提取、沉积物汇集量估算、海底沟谷提取和沉积物源区划分。通过与研究区底质解译结果进行对比验证发现,预测结果与研究区内沉积物的实际分布范围较为吻合,表明本方法在一定程度上可以有效地指示地形影响下海底热液区沉积物的分布情况。本方法对海底硫化物矿产勘探工作具有一定指导意义,可为海底沉积物取样站位设置与海底硫化物成矿远景区圈定提供参考依据。     

基于地形的海底热液区沉积物分布趋势预测方法研究

热液区沉积物接受了大量热液物质的输入,其矿物组成及地球化学空间分布特征是多金属硫化物勘探的有效指标。由于重力作用,洋中脊区域沉积物主要分布于低洼和平坦地形区。为了探索地形因素对热液区沉积物分布的影响规律,本文通过ArcGIS提出了一种基于地形数据的海底热液区沉积物分布趋势预测方法,并对西南印度洋中脊龙角区地形数据进行了分析,包括沉积物重力搬运方向提取、沉积物汇集量估算、海底沟谷提取和沉积物源区划分。通过与研究区底质解译结果进行对比验证发现,预测结果与研究区内沉积物的实际分布范围较为吻合,表明本方法在一定程度上可以有效地指示地形影响下海底热液区沉积物的分布情况。本方法对海底硫化物矿产勘探工作具有一定指导意义,可为海底沉积物取样站位设置与海底硫化物成矿远景区圈定提供参考依据。