海底沉积物声学物理力学性质聚类分析研究

Stoll、Hamilton等分别从理论和实测方面出发研究海底沉积物声学与物理力学性质关系,这两类研究都是将声学性质作为独立性质从沉积物的物理性质中提取出来,以两者作为因果关系进行研究,割裂了其内在统一性.本文不试图建立声学与物理力学性质的经验方程,而是综合考虑海底沉积物声学、物理力学性质,对南海大陆坡和人陆架沉积物进行聚类研究,分析南海海底沉积物共有的性质.研究表明聚类分析方法为海底沉积物性质研究提供了一种有效的分类手段,通过聚类,得出如下结论:(1)声速与孔隙度、密度等物理力学性质存在着明显的单调相关性,可以通过某些物理力学参数来预报沉积物的声速,同时可以通过测量沉积物声速反演沉积物的某些物理力学参数;(2)海底沉积物的声速和地文单元、沉积物的颗粒成份组成有关;(3)火陆坡黏土质粉砂、粉砂、砂质粉砂和大陆架粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂的压缩波速依次增大,切变波速依次减小;(4)海底沉积物声学与物理力学性质聚类分析研究,可以作为海底沉积物的声学探测的参考依据.     

杭州湾沉积物中甲烷的垂向分布及控制因素

近海特别是河口三角洲地区的沉积物中蕴藏着大量的甲烷。作为一种温室气体和海洋地质灾害因素，研究近岸海底沉积层中甲烷气体的赋存特征，可为海底浅层气的灾害防控、生态环境效应研究等提供理论支撑。通过对杭州湾YS3、YS4、YS6和YS7四个沉积物钻孔（长约60 m）的地质与地球化学参数的分析，探讨了研究区沉积层中CH4气体的垂向分布特征及影响因素。结果表明：YS3和YS6孔均存在一个含甲烷气层，分别位于海底1.5～22.5和8～42 mbsf，而YS4和YS7孔均存在两个含甲烷气层，分别位于约5～11和23～47 mbsf。四个钻孔中甲烷主体埋藏于粉砂和黏土为主的沉积层中，CH4最高含量分别为5.66、1.73、1.96和2.12 mM，均为CO2/H2还原途径生成，生成后在海底原位沉积层中甲烷的扩散迁移和厌氧氧化作用达到了动态平衡。沉积物孔隙度、黏土含量、有机碳含量、沉积速率等是海底甲烷的含量、分布层数、分布深度和赋存厚度的重要影响因素。     

胶州湾口海底沙波的类型、特征及发育影响因素

采用多波束资料对胶州湾口的海底沙波类型、特征进行了研究,发现研究区主要有线性沙波(二维)、沙丘(三维)2种沙波类型。结合水流流速、海底构造和表层沉积物综合分析发现:海底沙波缓坡朝向与优势流向不完全一致,为强流作用的产物,在涨、落潮作用下均可形成;沉积物的多寡是研究区海底沙波类型分布的决定因素,海底松散沉积物较为丰富的地区形成二维沙波。在水动力强大的胶州湾口,沉积物多分布在构造低洼地带,使二维线性沙波的分布与海底断裂延伸方向一致。     

粒径趋势分析对长江南支口外沉积物输运的指示意义

沉积物粒径趋势分析是自20世纪80年代逐步发展起来的一种粒度分析方法,其核心是从沉积物粒度参数的空间分布变化规律中提取沉积物净输运方向的信息[1].这一方法已经成功地被应用于河流体系、湖泊、海岸带、港口、河口乃至陆架、海底峡谷等多种沉积环境中进行沉积物输运趋势的分析[2~11].目前将该方法直接应用于大河三角洲沉积体系来探讨沉积物在三角洲体系内部的输运趋势的研究还较少见.     

海底沉积物声衰减研究现状及展望

根据近年来海底沉积物声学物理研究发展的态势,介绍了与研究声衰减有关的海底沉积物样品采集装置和海洋沉积物声速结构模式,综合解析多种对海底沉积物声衰减等声学特性研究方法,并做出较为详细地比较和讨论,提出对海底沉积物声衰减研究在满足科研要求的同时也应符合国家标准和要求。同时,指出了研究海洋沉积物声衰减的必要性和重要性,强调了对海底沉积物声衰减研究的科学意义和应用意义。     

南海北部东沙海域水合物区浅表层沉积物的地球化学特征

对采自南海北部陆坡东沙海域水合物区HD319、HD196A和GC10站位的浅表层沉积物进行了地球化学特征研究。X射线衍射分析和扫描电镜观察表明,沉积物中存在具有天然气水合物和甲烷渗漏指示意义的自生碳酸盐、硫酸盐和黄铁矿。沉积物孔隙水化学组分分析显示,随着埋藏深度加深,SO42-、Ca2+、Mg2+和Sr2+浓度明显降低,CH4、H2S浓度的增加,以及Mg2+/Ca2+和Sr2+/Ca2+比值急剧增加,与世界上水合物区浅表层沉积物孔隙水中离子浓度异常特征吻合。沉积物顶空气游离烃分析结果和孔隙水化学组分变化,特别是SO42-、H2S和甲烷含量的急剧变化,说明研究区有丰富的气源,赋存水合物的可能性非常大,同时指示了研究区硫酸盐-甲烷界面(SMI)较浅,位于海底之下8m左右。     

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.     

菲律宾海深海海底沉积物声学特性与物理性质相关关系

为研究深海海底沉积物声学特性与物理性质相关关系,于2016年11月在实验室对水深3164～5 592 m的菲律宾海深海海底沉积物柱状样品的声学特性进行测量,获取了沉积物声速、声速比、声阻抗、声阻抗指数等声学特性参数。结合沉积物的孔隙度和密度等物理性质参数,分析了海底沉积物声速、声速比、声阻抗、声阻抗指数与孔隙度、密度的相关关系,建立了该海域海底沉积物声学特性回归方程。研究结果表明:研究区深海数据与浅海回归方程符合度较差,与深海回归方程符合度较好;Hamilton校正方法有助于修正实验室测量引起的温度和压力误差,声速比与Hamilton方程符合度比声速好;声阻抗和声阻抗指数与物理性质参数的相关性优于声速和声速比。此外,研究认为由于海底沉积物的沉积环境较为复杂,其声学特性回归方程存在差异。由于上述差异的存在,在使用基于不同海域数据建立的回归方程进行海底沉积物声学特性预测时,应加以区别对待。该研究丰富了深海海底沉积物声学数据,对促进深海海底沉积物声学深入研究具有一定的借鉴意义。     

海底沉积物声速研究的意义、方法及展望

总结和分析了20世纪50年代以来的国内外有关海底沉积物声速研究的主要文献,详细阐述了海底沉积物声速研究的科学意义、工程意义和军事意义。将海底沉积物声速的主要研究方法进行了归纳和分类,分为理论研究、室内声学试验和海底原位声学试验3个大类,并论述和分析了各类方法的代表性观点及取得的主要研究成果。最后对目前海底沉积物声速的研究方法存在的主要问题进行了讨论,展望了基于高分辨率声学浅地层剖面资料与钻孔岩心对比研究方法的发展前景。     

基于反射法的海底浅层沉积物声学原位测量方法

开展基于反射法的海底浅层沉积物声学原位测量方法研究,针对实际海洋环境中具有分层结构的沙或泥质沉积物,建立了具有粗糙界面的层状介质中球面波的三维反射模型,根据特点优化算法并建立海底沉积物特性参数快速反演方法,设计了海底浅层沉积物声学原位测量装置,该研究结果将为海底浅层沉积物快速实时原位精确观测提供科学依据。     

西菲律宾海晚第四纪沉积地球化学特征

对１９８８对取自西菲律宾海区的３个沉积物柱样进行系统的地球化学研究。结果表明，本区的沉积物属半远洋沉积物，其地球化学特征受控于陆源沉积作用、海洋生物沉积作用和海底火山常积作用。据主要化学元素和ＣａＣＯ５的柱状变化进行地层划分和古气候的恢复，区分出末次冰期的亚间冰期沉积、冰期最盛期沉积和全新世沉积。本区的ＣａＣＯ３变化表现出两种类型，ＷＰ１柱样属大西洋型溶解旋回；ＷＰ２和ＷＰ４０柱样属太平洋型溶解旋     

能量色散X射线荧光光谱法测定海洋碎屑沉积物中28种元素

采用粉末样品压片制样,利用Epsilon3能量色散X射线荧光光谱仪(EDXRF)对我国边缘海碎屑沉积物中28种主量元素和微量元素进行测定。使用33个海洋沉积物、深海沉积物、水系沉积物、三角洲沉积物和岩石标样等国内外标准物质建立标准曲线,采用仪器软件的数学模式校正基体效应和元素间的谱线重叠效应。经国家标准物质检验,分析结果与标样值吻合;元素的检出限为0.02~124.14μg·g-1;精密度(RSD)均小于9%。对我国边缘海碎屑沉积物样品进行分析,其测定值与重量法、电感耦合等离子体光谱法和电感耦合等离子体质谱法的测定值基本一致。鉴于Epsilon3 EDXRF具有体积小、多元素同时快速分析、准确度高和精密度好的优点,可考虑作为船载仪器,在科考现场测定海洋沉积物的元素含量,对于及时指导海上工作、撰写航次报告具有重要作用。     

大洋多金属结核化学分析方法标准的研究

依据大洋多金属结核分析测试方法标准研究的总体设计 ,完成了 36个分析项目的 2 1份验证报告 ,进行了实验室间精密度协作性检验工作。在 H2 O-,TFe,Al2 O3 ,P2 O5等分析方法研究中取得新进展 ,并建立了 ICP- AES法测定大洋多金属结核中常量、微量、稀土元素分析方法标准。     

南海中部晚更新世以来沉积物常量元素组分含量分布特征及其影响因素

为研究南海中部沉积物中常量元素组分含量的分布特征及其影响因素,对南海中部中沙以南陆坡一深海盆区的表层沉积物和2根柱状样进行了Si02、A1：O。、Fe：03、TiO：、K：O、MnO、P：O,、CaCO,等常量元素组分及生物硅（BSi）含量的分析．结果显示,南海中部表层沉积物中SiO：、A1：03、Fe：O3、TiO小K：O等与陆源碎屑矿物有关的常量元素组分含量的变化主要受生源CaCO,含量的控制,而CaCO,的含量,则受水深的控制．CaCO,含量与水深的关系表明,研究区CaCO。临界补偿深度约为3800m．受底层洋流的控制,研究区海山附近硅质生物碎屑局部富集,并稀释其他元素含量．研究区表层沉积物中的MnO和P：O,含量的分布规律不同于其他常量元素组分,其中,Mn可能部分交代CaCO,中的Ca,P,O,部分可能为海底超基性岩海解来源的．2根柱样的地球化学变化特征显示,晚更新世以来,南海中部CaCO,临界补偿深度以浅海底沉积物中除Mn和P以外的其他各常量元素含量受生源CaCO,含量的影响,而在CaCO。临界补偿深度以深的海域,则受BSi含量的影响．南海中部沉积物柱样中的CaCO,和BSi含量变化与全球变化有关,可作为古气候环境变化研究的代用指标．摘要：为研究南海中部沉积物中常量元素组分含量的分布特征及其影响因素,对南海中部中沙以南陆坡一深海盆区的表层沉积物和2根柱状样进行了Si02、A120。、Fe20。、TiO：、K20、MnO、P20,、CaCO,等常量元素组分及生物硅（BSi）含量的分析．结果显示,南海中部表层沉积物中SiO：、A1：03、Fe20¨TiO小K：O等与陆源碎屑矿物有关的常量元素组分含量的变化主要受生源CaCO,含量的控制,而CaCO,的含量,则受水深的控制．CaCO,含量与水深的关系表明,研究区CaCO,临界补偿深度约为3800m．受底层洋流的控制,研究区海山附近硅质生物碎屑局部富集,并稀释其他元素含量．研究区表层沉积物中的MnO和P：O,含量的分布规律不同于其他常量元素组分,其中,Mn可能部分交代CaCO,中的Ca,P,O,部分可能为海底超基性岩海解来源的．2根柱样的地球化学变化特征显示,晚更新世以来,南海中部CaCO,临界补偿深度以浅海底沉积物中除Mn和P以外的其他各常量元素含量受生源CaCO,含量的影响,而在CaCO,临界补偿深度以深的海域,则受BSi含量的影响．南海中部沉积物柱样中的CaCO,和BSi含量变化与全球变化有关,可作为古气候环境变化研究的代用指标.     

西太平洋陆缘海沉积物中碳酸钙旋回

东中国海、南海沉积物中碳酸钙含量变化的分析与对比,表明其碳酸钙含量变化与典型的太平洋CaCO_3,旋回并不一致,而是与大西洋型CaCO_3曲线相同。本文称之为西太平洋陆缘海型CaCO_3旋回。这种太平洋陆缘海型CaCO_3,分布模式对该区域古气候研究及晚更新世以来地层划分具有重要应用价值。     

东海内陆架泥质区表层沉积物稀土元素的分布特征

通过对东海内陆架泥质区30个表层沉积物样品中的稀土元素、主微量元素、TOC、CaCO3、沉积物粒度进行了分析,讨论了影响稀土元素分布的原因。结果显示东海内陆架中ΣREEs为182.8～221μg/g,均值为206.5μg/g,明显高于黄土、黄河及雅鲁藏布江中稀土元素的含量,与长江、瓯江中稀土元素含量接近。稀土元素的球粒陨石标准化配分模式及(La/Yb)N比值显示,轻稀土显著富集,存在显著的δEu异常。稀土元素上地壳标准化配分模式显示稀土元素与上地壳之间不存在显著的分馏,稀土元素存在显著的"四分性"。稀土元素与粒径、有机质、CaCO3之间不存在相关性,表明研究区中稀土元素含量不受上述3个因素的控制。元素比值及稀土元素上地壳标准化配分模式显示研究区稀土元素主要源于长江。     

庙岛群岛西部海域表层沉积物常量和稀土元素的分布特征及其物源指示意义

通过对庙岛群岛西部海域表层沉积物常量、稀土元素的系统研究,探讨了表层沉积物元素地球化学特征、控制因素及其物质来源。结果表明,庙岛群岛西部海域表层沉积物常量元素以SiO₂和A1₂O₃为主,SiO₂含量随着沉积物粒径变粗逐渐增大,Al₂O₃含量随着沉积物粒径变细逐渐增大。稀土元素(Rare Earth Element,REE)呈现轻稀土元素(Light Rare Earth Element,LREE)富集、重稀土元素(Heavy Rare Earth Element,HREE)平坦以及中等程度的Eu负异常等特征,轻重稀土分异明显,稀土元素球粒陨石配分曲线与黄河沉积物类似。通过因子分析和相关性分析发现研究区沉积物的元素含量主要取决于陆源碎屑,海洋生物沉积和化学作用对沉积物元素含量有一定的影响,元素含量基本服从粒度控制规律。物源判别结果显示,庙岛群岛西部海域沉积物主要来源于黄河物质和辽河物质,并且从南到北辽河物质的混合比例逐渐升高,黄河物质的混合比例逐渐降低。     

琼东南海域表层沉积物常量元素地球化学及其地质意义

对琼东南海域88个表层沉积物的常量元素进行了统计分析,结果表明:琼东南海域表层沉积物中含量最高的两种组分是SiO2和CaO,其平均含量分别为41.15%和15.66%;琼东南海域表层沉积物以陆源碎屑为主,同时生物沉积作用也较发育;陆源物质源区较复杂,主要的陆源物质可能由古红河水系携带而来;因子分析结果表明,该区表层沉积物的常量元素可分为4组,第1组包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、TiO2,第2组包括CaO、CaCO3、烧失量,第3组包括P2O5和有机碳,第4组包括Na2O和MnO,分别代表了陆源碎屑沉积、钙质生物沉积、海洋化学沉积以及火山碎屑沉积。     

海洋沉积物中氮的形态及其生态学意义

海洋沉积物作为生源要素氮的重要源与汇，在其生物地球化学循环中起着至关重要的作用。该项研究旨在查清海洋沉积物中氮的存在形态及其生态学意义。氮是生物生命活动必需的营养要素，海洋中的氮往往是海洋初级生产力的限制因子，氮的吸收与再生释放在估算海洋新生产力和生源要素的生物地球化学循环率上也有重要贡献。海洋沉积物中的氮作为海水中氮的重要供给源是海洋生物赖以生存的重要物质基础，对维持海洋生态平衡、修复失衡的海洋生态环境具有重要意义。但由于不同海区海洋沉积物的来源和环境不同，氮的形态和含量亦不相同，可被生物吸收和利用的数量就不相同，因此造成了不同海区生物种群和环境不同，进而影响生态环境。因此，研究海洋沉积物中氮的形态，了解各个形态与沉积物中生物种群及与环境的关系，确定其生物和化学活性，査清氮不同形态的生态学功能，对于深入探讨海洋生物资源可持续利用的方法和策略具有重要意义。本文主要阐述海洋沉积物中氮的存在形式与分布、氮的早期成岩和去营养化作用、硝化和反硝化作用以及氮与生物特定种群的关系等，探讨了影响海洋沉积物中的氮循环的主要因素，并分析了海洋沉积物中的氮与生态系的关系，以期对研究氮的海洋生物地球化学过程有所帮助。     

高压密闭消解-电感耦合等离子体光谱和质谱联合测定海洋地质样品中52种元素

An improved analytical method to determine the content of 52 major, minor and trace elements in marine geological samples, using a HF-HCl-HNO_3 acid system with a high-pressure closed digestion method(HPCD), is studied by an inductively coupled plasma optical emission spectrometry(ICP-OES) and an inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS). The operating parameters of the instruments are optimized, and the optimal analytical parameters are determined. The influences of optical spectrum and mass spectrum interferences, digestion methods and acid systems on the analytical results are investigated. The optimal spectral lines and isotopes are chosen, and internal standard element of rhodium is selected to compensate for matrix effects and analytical signals drifting. Compared with the methods of an electric heating plate digestion and a microwave digestion, a high-pressure closed digestion method is optimized with less acid, complete digestion,less damage for digestion process. The marine geological samples are dissolved completely by a HF-HCl-HNO_3 system, the relative error(RE) for the analytical results are all less than 6.0%. The method detection limits are 2–40μg/g by the ICP-OES, and 6–80 ng/g by ICP-MS. The methods are used to determine the marine sediment reference materials(GBW07309, GBW07311, GBW07313), rock reference materials(GBW07103, GBW07104,GBW07105), and cobalt-rich crust reference materials(GBW07337, GBW07338, GBW07339), the obtained analytical results are in agreement with the certified values, and both of the relative standard deviation(RSD) and the relative error(RE) are less than 6.0%. The analytical method meets the requirements for determining 52 elements contents of bulk marine geological samples.