神狐海域W18/19站位天然气水合物上覆层不排水抗剪强度预测

天然气水合物上覆层不排水抗剪强度是水合物试采过程中导管喷射设计、地层沉降和井壁稳定性分析的关键参数。孔压静力触探(CPTU)为地层强度参数纵向分布规律研究提供了有效途径。本文基于南海北部神狐海域W18/19站位水合物上覆层的CPTU测试结果和室内实验数据,建立了该区经验锥头系数的确定方法,并基于确定的经验锥头系数求解上覆层不排水抗剪强度。结果表明:W18/19站位水合物上覆层由上至下为强度逐渐增大的钙质黏土,基于总锥尖阻力、有效锥尖阻力、超孔隙压力求解钙质黏土不排水抗剪强度的经验锥头系数分别为13.8、4.2、14.4。水合物上覆层不排水抗剪强度随着深度的增加逐渐增大。基于CPTU建立的不排水抗剪强度计算方法能反映钙质黏土不排水抗剪强度的纵向分布规律。     

渤海弱层化期湍流混合观测特征分析

利用2017年9月在渤海共享航次中取得的湍流混合直接观测数据,本文研究了渤海海域湍流混合的空间分布特征及有关的影响因素。9月观测海区水体垂向层结较弱,莱州湾受黄河冲淡水影响出现高温低盐结构,位于渤海中央浅滩南北两侧洼地的双中心冷水结构依旧存在。湍流观测结果表明湍动能耗散率在10^-9～10^-5W/kg之间变化,统计上满足对数正态分布。耗散率强值区出现在辽东湾及渤海湾湾口近岸处,相应的垂向湍扩散系数约为10^-6～10^-2m²/s。垂向上,水体表、底层混合较强,进一步研究发现弱层化水体的平均湍动能耗散率〈ε〉与风速和正压潮流速的大小存在正相关关系。另一方面,耗散率ε与浮性频率N近似满足ε=2.0×10^-8+3.0×10^-7(N²/N₀²)^-5的拟合函数关系,反映了层化对水体垂向混合的抑制作用。     

南中国海神狐海域天然气水合物上覆地层不排水抗剪强度预测

浅层沉积物不排水抗剪强度（Su）是深水作业的关键参数之一。为了获取南海神狐海域首次海域天然气水合物试采区W18-19框体的基本工程地质特征,试采工程准备阶段开展了原位孔压静力触探测试（CPTU）及大量的室内实验。本文将主要基于CPTU计算不排水抗剪强度的基本模型,采用微型十字板、电动十字板、袖珍贯入仪及不固结不排水三轴实验,确定该区域不排水抗剪强度的基本模式,并提出适用于南海神狐钙质黏土层的不排水抗剪强度纵向分布规律计算模型,对该区域水合物上覆层的不排水抗剪强度进行预测。 结果表明,基于总锥端阻力、有效锥端阻力、超孔隙压力的模型系数分为13.8、4.2、14.4。综合考虑地层压实效应和含气情况,本文提出的分段函数预测模型与室内结果的一致性较好,可用于工程设计阶段进行工区不排水抗剪强度纵向分布规律的预测。另外,基于有效锥端阻力的不排水抗剪强度经验模型适应于浅层极软-较硬压实的钙质粘土层,基于超孔隙压力的不排水抗剪强度模型适用于较硬-坚硬的不含气层,而基于总锥端阻力的不排水抗剪强度计算模型则适用于坚硬含气的钙质黏土层。本文提出的分段函数模型有效的提高了经验模型在南海神狐水合物赋存区的适用性,计算结果可为工程安全评价提供支撑。     

深圳湾浮游细菌生物量的时空动态及影响因素

自2015年5月至2016年3月在深圳湾布设了3个站位,对该海域进行了每季至少1次共7个航次的浮游细菌生物量调查。结果表明:(1)深圳湾浮游细菌生物量季节均值的变化范围为(4.90~86.90)×10^-2μg·mL^-1,总均值为3.14×10^-1μg·mL^-1;(2)深圳湾浮游细菌生物量的季节变化模式为:冬季(5.98×10^-1μg·mL^-1)>秋季(3.02×10^-1μg·mL^-1)>夏季(2.79×10^-1μg·mL^-1)>春季(7.52×10^-2μg·mL^-1);(3)从空间分布来看,浮游细菌生物量湾中含量最高,湾口其次,湾顶最低;(4)深圳湾浮游细菌生物量与亚硝氮含量呈极显著的正相关(P<0.01),与氨氮含量呈显著正相关(P<0.05);(5)深圳湾水体中浮游细菌丰度季节均值变化范围为(2.45~43.50)×10⁶个·mL^-1,年均值达1.57×10⁷个·mL^-1;(6)从整体的细菌丰度及生物量来看,深圳湾海域呈现富营养化状态,湾中最严重,湾口次之,湾顶最轻。     

南海东北部地转运动与近惯性运动间动能交换的时空变化特征研究

地转平衡运动与近惯性运动是海洋里普遍存在且含能较高的两种运动形态,二者间的相互作用与能量传递在大洋能量串级中扮演着重要角色。然而受到现场观测和数值模式时空分辨率不足等因素的制约,目前对于二者间动能交换的时空变化特征及其在二者动能收支中所扮演的角色尚不清晰。本文利用1/48(°) MITgcm数值模式资料,对南海东北部地转与近惯性运动的动能交换率时空变化特征进行了刻画,并定量评估了动能交换率在二者动能收支中的作用。研究结果表明,在地转动能较强的吕宋海峡区域,二者间的动能交换率显著高于地转动能较弱的南海东北部内区。在吕宋海峡,地转运动向近惯性运动正向传递动能,年平均总动能交换率为3.61×10^-7 m³·s^-3,但季节变化不显著;在南海东北部内区,近惯性运动向地转运动逆向传递动能,且受黑潮入侵影响,表现为冬强(-11.37×10^-8 m³·s^-3)、夏弱(-5.26×10^-8 m³·s^-3)。与...     

南海神狐天然气水合物系统沉积物中自生黄铁矿的特征研究

南海神狐海域是中国最重要的天然气水合物调查研究区之一,为了解水合物存在对沉积物地球化学环境的影响,对采自神狐海域W19B井位的沉积物样品进行了矿物学和地球化学研究。X射线衍射分析和主量元素结果显示部分层位有异常高含量的硫化物（主要为黄铁矿）。扫描电镜结果表明随着样品深度的增加,黄铁矿的晶面、晶棱更加明显,且集合体形态呈现聚莓→单莓→细粒的变化趋势,扫描电镜还观察到草莓状黄铁矿向细粒自形黄铁矿转化的中间产物。在53.0 mbsf（meters below seafloor）和140.4 mbsf层位均发现异常高含量的黄铁矿。其中140.4 mbsf层位黄铁矿充填有孔虫壳体的现象普遍,并伴有大量柱状黄铁矿产出,可能与有机质和甲烷厌氧氧化相关,但主导作用应为甲烷厌氧氧化,该层位可能位于古硫酸根-甲烷界面（sulfate-methane interface,SMI）附近。根据所得结果,推测地质历史时期中甲烷异常渗漏事件的发生,致使向上的甲烷通量增加,推动SMI上移,导致53.0 mbsf和140.4 mbsf界面处因甲烷厌氧氧化而形成大量黄铁矿。多个黄铁矿富集层的存在可能表示沉积史中曾发生多期次的深部流体渗漏或者天然气水合物的分解活动。     

中国西沙群岛底栖甲藻热带库里亚藻(Coolia tropicalis)的形态学、系统发育及毒性研究

库里亚藻(Coolia)是一类广泛分布且具有生物毒性的海洋底栖甲藻。本研究对近年来在中国南海西沙群岛海域采集分离的4株库里亚藻, 通过光镜及电镜下的形态学观察, 并结合基于核糖体大亚基(large subunit, LSU)rDNA(D1-D3)和内部转录间隔区(internal transcribed spacer, ITS)的序列进行系统发育分析, 鉴定该4个株系为热带库里亚藻(Coolia tropicalis)。在卤虫(Artemia salina)生物毒性试验中, 热带库里亚藻不同株系毒素提取液对卤虫幼虫表现出了毒性差异, XS554株系的48h半致死浓度(LC50)为1.42mg·mL ^-1(约相当于1.1×10 ⁵cells·mL ^-1), 5XS15株系的LC50为1.92mg·mL ^-1(约相当于1×10 ⁵cells·mL ^-1)。     

低孔低渗储层各向异性研究在增产中的作用——以东海A凹陷为例

东海盆地A凹陷主要以低孔低渗储层发育为主，经生产实践证实，该类储层运用常规直井或低角度定向井(产能低)难以实现商业产能，因此，渗透率各向异性和储层“甜点”攻关显得尤为重要。碎屑岩储层各向异性特征普遍存在，基于全直径岩芯360°分扇区各向异性实验(渗透率、声波时差)结果表明：6个扇区的水平渗透率分布范围为(3.7～17.3)×10^-3μm²，轴向90°渗透率为0.06×10^-3μm²，渗透率各向异性分布范围为62～288，其中水平优势方向的渗透率是非优势方向的3～5倍，且渗透率高值与纵波时差、横波时差低值存在较小夹角。进一步利用成像测井资料与区域地应力分析证实，最大水平主应力方向与构造裂缝发育方向(渗透率优势方向)存在较小夹角，结合“甜点”储层展布形态，并垂直于最大水平主应力方向布井有利于产能释放，助力低渗储层的经济有效开发。     

马里亚纳海沟挑战者深渊初期多金属氧化物的 矿物学、地球化学特征及其成因环境研究

对大洋27航次在西太平洋马里亚纳海沟挑战者深渊获取的3个多金属氧化物样品进行了X射线矿物衍射分析、穆斯堡尔谱分析及地球化学元素分析,研究其矿物、地球化学特征差异。结果表明,所取样品处于多金属氧化物发育的初始阶段,具有独特的矿物地球化学特征:(1)相较于太平洋CC区及中太平洋海盆获取的多金属结核样品,本研究样品的矿物组成中含有异常高的石英、斜长石以及黏土矿物,而水羟锰矿和钙锰矿含量较低。(2)样品中铁相矿物主要为正方针铁矿(91.6%),另含少量纤铁矿(8.4%),推测是纤铁矿向更加稳定的正方针铁矿衍变的结果。(3)由于样品中深海黏土组分以及氧化物核心物质的混入,加上吸附金属氧化物时间较短,导致SiO₂和Al₂O₃含量均高于正常结核,而Fe、Mn、Cu、Co、Ni等其余金属元素含量较低。(4)由于形成时间较短,样品中稀土元素含量相对较低,ΣREE仅约为0.4×10^-3(一般太平洋CC区及中太平洋结核中稀土含量均大于1.0×10^-3);加之海水氧化还原作用的降低以及研究区海底热液活动的影响,Ce元素未表现出多金属结核中常见的正异常。     

小球藻EC04产胞内多糖条件优化及抗氧化活性研究

小球藻胞内多糖等活性物质具有多种重要生物活性和生理功能。为提高小球藻EC04胞内多糖的产率, 采用单因素实验和L₉(3 ⁴)正交实验优化对其培养条件进行优化。在暗光比12∶12、温度24±1℃和2000Lux光照条件下, EC04产胞内多糖的最佳条件为: MgSO₄·7H₂O浓度112.5mg·L ^-1, K₂HPO₄浓度60mg·L ^-1, NaNO₃浓度1.2g·L ^-1, 维生素B₁浓度0.5mg·L ^-1, 维生素B₁₂浓度0.1μg·L ^-1。在此条件下, EC04产糖率为271.74mg·g ^-1, 细胞密度为48.027×10 ⁶cells·mL ^-1, 与基础培养基相比分别提高了97.49%和34.91%。添加VB₁、VB₁₂等也在不同程度上影响小球藻胞内多糖产率。对所提取胞内多糖进行抗氧化活性初探, 结果表明其具有一定的自由基的清除能力, 对DPPH·(1-二苯基-2-三硝基苯肼)和·OH(羟自由基)的最大清除率分别达到了82.32%和64.27%。     

中国东部近海现代沉积环境

东海近岸海域岛屿、入海河流众多,大量陆源物质随沿岸流自长江口向东迁移,是海陆相互作用最为强烈的区域之一。对2016和2017年夏季采集的570个东海近岸表层沉积物样品进行了沉积物物理化学性质、粒度特征、有机质含量等测试分析。结果表明,这些特征参数明显受区域沉积环境的控制。杭州湾区域沉积物偏弱碱性,氧化还原电位(Eh)<0,有机质含量北部偏高,沉积物组成以黏土质粉砂为主,抗剪强度较低(普遍<0.5kpa),各指标无明显分布规律,相关性较强。浙江东部沿海区域沉积物近中性至弱酸性,Eh较高(>0),Eh与pH自陆向海降低,象山港、乐清湾海域有机质含量较高;舟山至台州海域以粉砂为主,台州以南分布斑块状泥质区,抗剪强度比杭州湾区域偏高,各指标无明显相关性。整体来看,杭州湾与浙江东部沿海属于两个完全不同的沉积环境体系,主要是因杭州湾物质来源较为稳定,区域水动力较强,导致沉积物分布相对均一;而浙江东部海域河流、岛屿较多,各个区域物质来源和水动力环境都存在较大差异。     

细砂质含水合物沉积介质的非线性弹性力学模型

描述含水合物沉积介质的应力-应变关系,建立含水合物沉积介质的力学模型,预测水合物储层的变形规律,是有效开发水合物资源的基本前提。以经典邓肯-张模型为基础,结合细砂质含水合物沉积介质力学三轴试验数据,提出了适合细砂质含水合物沉积介质的非线性弹性力学模型及其参数,并验证了模型的准确性。结果表明,该模型及其参数可以很好地描述细砂质含水合物沉积介质的应力-应变的非线性弹性关系。     

西菲律宾海26万年来古生产力变化的颗石藻证据

基于国际海洋古全球变化研究项目(IMAGES)在西菲律宾海本哈姆海台获取的高质量柱状沉积物岩芯MD06-3047(17°00.44′N、124°47.93′E),利用颗石藻下透光带属种Florisphaera profunda的相对丰度以及初级生产力转换函数,恢复了260 ka以来西菲律宾海上部水体营养跃层以及初级生产力的变化历史。发现该区域26万年以来初级生产力冰期-间冰期变化特征较不明显,冰期生产力平均值略高于间冰期。通过与前人已发表的指示东亚冬季风强弱的伊利石/蒙脱石记录和热带太平洋纬向表层海水温度梯度记录的对比,提出MIS 8期以来,热带西菲律宾海古生产力变化的主要受控因素在MIS 5a左右发生明显转变。在MIS 8后期至MIS 5a之间,初级生产力受到长期类ENSO过程的影响较为显著,当热带东西太平洋海水表层温度梯度较小的时期,认为热带太平洋处于类El Niňo状态,此时西菲律宾海营养跃层相对较浅,生产力较高,反之则相反。而在MIS 5末期至末次冰消期时段,生产力受东亚冬季风的影响相对于长期ENSO过程更强,可能掩盖了后者的古生产力信号。冰期东亚冬季风加强,一方面,可以引起上部水体混合加强,增加下部营养物质向上的输送,另一方面大量风尘物质的输入可以刺激颗石藻的生长;反之在冰消期,水体混合较弱,风尘输入显著减少,生产力也随之降低。     

利用海水平均声速进行海洋分布式垂直缆姿态校正

垂直缆地震采集方法能够获得高信噪比、宽频带、宽方位角的地下结构的反射资料,进而实现目标区域的高精度成像。垂直缆姿态的准确获得是高质量地震资料解编的必要前提。利用初至采样点差值与震源激发采样点差值的相关匹配方法,得到共检波点道集。依据超短基线测得的位置参数,得到垂直缆的初始姿态模型,结合海水平均声速的估算值,校正垂直缆的姿态以及确定倾斜角度范围,为垂直缆地震数据的后续处理工作提供支持。     

南海北部神狐海域水合物赋存层位古环境和古生产率

天然气水合物作为一种新型的清洁能源,其形成需要稳定的有机质供应。南海北部神狐海域为天然气水合物成藏的有利区域,2017年中国地质调查局在神狐海域水合物试采获得突破性成功。为了进一步了解古环境和古生产率对形成水合物有机质供应的影响,对南海北部神狐海域水合物钻探区SH3站位180～215mbsf(meters below the sea floor)层位,尤其是水合物主要赋存层位190～200mbsf的古环境、古生产率以及陆源碎屑物质的地球化学指标进行分析研究。研究表明水合物主要赋存层位陆源碎屑物质(TDM)输入增加,较高的陆源碎屑物质输入和次氧化的沉积环境共同造就了比较好的有机质的外部保存条件;同时较强的水动力条件,有利于藻类生物的繁殖,因此,生物成因有机质比较丰富,再加上神狐海域有比较良好的热解气的形成条件,这3个层面共同保证了神狐海域具有比较充足的有机质供应。     

联合深层地热甲烷水合物开采方法及可行性评价

随着全球能源消耗不断增加,天然气水合物和地热资源具有储量丰富、清洁高效等优势成为世界研究的热点,中国南海海域同时具有丰富的水合物资源和地热资源。由此,提出了联合深层地热资源开采浅部水合物的方法,通过向深层地热储层注入海水,海水在深层地热中吸收热量后循环至浅部水合物储层,结合降压法和注热法促使水合物分解。利用数值模拟对联合法的可行性进行评估,并对地层热物性、开采参数等储层敏感性进行分析。模拟结果表明:联合法能够有效地利用深层地热将海水加热,海水进入水合物层时的温度保持约为50℃,与注热法和降压法相比具有更高的产气量,具有良好的可行性;注入速度、井底压力、地层导热系数和地温梯度对联合法开采效果具有显著影响;注入速度和井底压力对前期的产气效果影响较大,而较大的地层导热系数有利于海水与地层的换热;地温梯度小于0.025m/℃时,联合方法的换热性能极大减弱,甲烷累计产气量大幅度降低,联合方法的商业价值降低,可行性减弱。     

南黄海底栖有孔虫组合对1855年黄河改道的响应

黄河改道是中国东部陆架沉积物源汇过程的特有现象,对包括南黄海在内的东部海域的沉积环境具有重要的影响。本研究通过南黄海YSL04柱的底栖有孔虫的分析,结合岩心粒度数据和放射性核素210Pb的年代标定,揭示了1855年黄河改道事件在南黄海中部泥质区西南边缘的沉积记录,探讨了有孔虫对黄河改道事件的响应。研究表明:改道之前,研究区形成了相对细颗粒沉积,有孔虫的丰度、分异度均较低,以广盐的近岸浅水冷水属种为主,研究区受河流作用和黄河入海淡水的影响,水体盐度较低;改道之后,废黄河三角洲发生快速侵蚀,岸线后退,沉积颗粒变粗,有孔虫丰度、分异度均相对较高,有孔虫组合中喜冷、窄盐的陆架浅水种含量增加,研究区波浪作用增强,失去黄河淡水注入,但是受黄海沿岸流的影响,表现为研究区水体盐度升高而水体温度降低。该研究显示1855年黄河北归渤海对南黄海沉积环境具有显著的影响。     

地震资料中柱状流体运移通道形态参数及其地质意义

深部流体在向上运移的过程中,能够形成垂直-近似垂直的柱状通道,如气烟囱构造、流体逸散管道等。利用高分辨率地震资料,能够直观地对这些柱状地球物理异常进行精细的描述与刻画,从而统计其形态参数。综合不同海域的研究成果,本次研究系统总结归纳了柱状流体运移通道的8个重要参数,分别是发育层位、终止层位、平面形状、直径、高度和宽高比、反射偏移、椭圆率、拟合椭圆方位角。形态参数分别与通道群在平面上的展布方位、特殊的海底异常地貌(如海底麻坑、丘状体等)、深部构造发育与分布(如底辟、断层等)等进行耦合关联,能够进一步揭示柱状流体运移通道的地质含义。可将形态参数分为:(1)从形态学上对柱状通道进行直接分类的参数;(2)指示柱状通道形成诱发因素或形成过程的参数;(3)划分柱状通道幕式流体活动及期次的参数;(4)定义柱状通道中流体活动时间区间的参数;(5)间接反映柱状通道中流体通量相对大小的参数。实际研究过程中,单一形态参数难以准确反映出复杂地质背景下柱状通道的真实地质含义,多参数组合、相互对比验证,能够更好地对柱状流体通道的地质含义做出综合分析。     

台湾东黑潮主流区近千年来沉积物稀土元素的变化特征与来源

基于沉积物AMS14 C定年,研究了近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的稀土元素组成变化特征及赋存形态,探讨了该区近千年来稀土来源。台湾东黑潮主流区近千年来沉积物中稀土元素总量平均为119.82μg/g,低于上陆壳和中国黄土的稀土元素平均含量,与冲绳海槽较为接近;轻重稀土元素比值平均为11.30,明显富集轻稀土,具有明显的陆源属性。研究区沉积物稀土元素对球粒陨石和上地壳标准化配分模式均表现为轻稀土富集重稀土相对亏损,且具有弱的Ce正异常。根据定年结果及稀土元素变化特征趋势将柱状沉积物分为3层:0～8.5、8.5～21.5和21.5～30cm,随深度增加稀土元素总量的平均值逐渐增大,轻重稀土元素比值逐渐减小,Ce正异常程度逐渐减弱。稀土元素赋存形态分析表明,La、Ce、Pr、Nd 4种轻稀土元素主要为天然陆源,其他稀土元素受氧化还原环境影响相对较大。稀土元素主要存在于残渣态中,其次为铁锰氧化物结合态,残渣态对台湾以东黑潮主流区沉积物中总稀土元素的配分模式起决定性作用,也是造成Ce正异常的关键赋存形态。近千年来沉积物中稀土元素变化与沉积物粒度关系不大,物质来源较为稳定,台湾东部河流输入是研究区沉积物中稀土元素的最重要来源,亚洲大陆风尘输送对稀土元素的贡献较小。     

沙尘和灰霾对西北太平洋浮游植物群落结构变化的影响

通过在西北太平洋黑潮亲潮混合区(E02和E10M)和副热带寡营养区(M1和M1B)开展的船基围隔培养实验,探究了不同海域表层海水中浮游植物对沙尘和灰霾添加的响应,以及浮游植物群落结构的变化。结果表明,黑潮亲潮混合区浮游植物可能受铁(Fe)限制,副热带寡营养区浮游植物主要受氮(N)限制。沙尘和灰霾添加均可以促进浮游植物生长,并可使浮游植物的粒级结构分布发生明显变化。在黑潮亲潮混合区,沙尘添加组使小型浮游植物对总叶绿素a的贡献率(C_Micro)由～10%上升至～55%,超微型浮游植物对总叶绿素a的贡献率(C_Pico)由～70%下降至～20%,但在培养实验过程中,各粒级浮游植物对总叶绿素a贡献率的变化量与沙尘添加量无明显的相关关系,这种现象的原因可能是不同量的沙尘添加均可为浮游植物的生长提供较充足的Fe导致的。在副热带寡营养区,沙尘或灰霾添加组的C_Micro由～10%上升至～35%,C_Pico由～70%下降至～55%～～35%,各粒级浮游植物对总叶绿素a贡献率的变化与沙尘或灰霾添加量呈线性相关关系,表明浮游植物的生长对沙尘或灰霾的N供给量具有较高的敏感性。