深海海底边界层原位观测系统研发与应用

为进一步研究南海北部陆坡海洋动力过程对深海海底边界层的影响,研发了“深海海底边界层原位观测系统(In-situ Observation System for Bottom Boundary Layer in Abyssal Sea)”,ABBLOS。观测系统主体为坐底式深海运载平台,最大工作水深可达6 700 m(实际工作水深取决于搭载设备的耐压水深),是研究深海海底边界层问题的重要技术创新。观测平台由上下两部分框架结构组成,上部框架用于搭载和回收观测设备,下部支撑架为配重,并且用于提供距离海底1 m的观测空间;同时创新性地设计了“卡槽定位-螺栓紧固”的连接方式连接上下两部分,连接方式简单可靠,保证了平台回收成功率。ABBLOS集成了75 k-ADCP、高频ADCP、ADV、高精度压力计、海底摄像机等设备,以及甲烷、温盐深、浊度、溶解氧、氧化还原电位等传感器,首次实现了内波、中尺度涡等海洋动力过程与海底边界层物理化学参数的动态变化同步观测,特别是可以观测距离海底1 m高度范围的水体流速剖面,并且达到7 mm一层的垂向空间分辨率。研制完成后,2020年在南海北部陆坡神狐海域655 m和1 405 m水深处分别成功布放并回收,观测时间共计34天,采集到观测站位上覆海水的流速剖面结构,捕捉到了平均周期为1天1次的内波作用过程,以及海底边界层的多种物理化学参数。初步分析655 m水深处的观测数据后,发现深海海底边界层的温度、压力、溶解氧、密度和盐度等参数受控于海洋潮汐过程,尤其是温度和压力的变化基本与潮汐周期同步。海底边界层氧化环境较为稳定,甲烷浓度由高变低,但是基本在海洋溶解甲烷平均浓度范围内。与潮汐相比,内孤立波对深海海底边界层水体的影响程度较小,但是明显可以引起沉积物的再悬浮,引起的海底边界层的海水浊度从背景值的0.01 NTU增大到48 NTU,海底摄像机也记录到了内孤立波期间深海底层海水突然变浑浊的过程,说明南海内孤立波可以影响海底沉积物的输运。     

深海研究中的底栖有孔虫：回顾与展望

底栖有孔虫在古环境研究中的应用先是用作古水深或水团的标志物。随着新技术的应用,识别出了2种不同的底栖有孔虫微生境：外生种和内生种;认识到甚至深海底栖有孔虫,也能对表层浮游生物勃发的季节性短暂事件作出响应,因为沉降到海底的有机物质供养着底栖有孔虫。目前,底栖有孔虫被广泛应用于估算海洋表层生产力和底层水团的含氧量。回顾了深海底栖有孔虫生态研究的历史和其在古海洋学中的应用,并强调研究、应用中的新方法、新技术。中国已经加入了诸如IODP等深海研究计划,有必要向我国学术界提供底栖有孔虫研究的新方向,以资参考。     

深海无缆海底基盘井口夹持系统的研制与应用

在深海勘察取样作业时,由于海流作用会引起钻杆摆动或上下运动,这是导致取得样品失真的原因之一。海底基盘可在勘察作业过程中,对钻杆进行夹持稳定,以保障作业的质量,是提高勘察作业水平的核心装备之一。根据海洋石油708船的结构尺寸与勘察作业需求,研制了一套无缆海底基盘。目前该无缆基盘在我国南海及东海海域从事勘察作业服务,累计服务时间超过30个月,有力支撑了我国海洋地质调查工作。本文对该无缆基盘的工作参数及原理、水下液压系统以及通信与控制系统进行了介绍,重点对大容量深水电池的研制进行了分析。该电池能够保证无缆基盘的作业时间达到70 h,提高了勘察作业效率,可为今后相关海洋装备的研发提供基础。     

深海沉积物中的稀土矿产资源研究进展

近年发现,太平洋和印度洋的深海盆地中存在大量富含稀土的深海沉积物。主要类型为多金属软泥、沸石黏土和远洋黏土,其中的全稀土含量(∑REY,∑REE+Y)为400×10-6~2000×10-6,最高可达6600×10-6,重稀土含量(HREE)已达到或超过中国南方离子吸附型矿床的重稀土品位两倍以上,是潜在的新型稀土资源,具有重要的经济价值。目前不少学者对富稀土的深海沉积物进行了大量地球化学及部分矿物学的工作,认为多金属软泥中的稀土元素多赋存于与海底热液作用有关的铁锰氧化物和氢氧化物中,而沸石黏土和远洋黏土中稀土元素的富集则与磷酸盐的混入密切相关,其稀土元素主要存在于与磷灰石成分相当的生物鱼骨屑中。深海黏土的北美页岩标准化稀土配分模式与海水相似,表明其中的稀土元素主要来自于海水,REY富集成矿可能主要受控于磷灰石早期成岩阶段,期间稀土元素未发生分异。尽管近些年对深海沉积物中的稀土元素研究取得了不少成果,但是,对于沉积物中的稀土富集机制及影响因素等问题仍然需要更加深入的研究。作为稀土资源大国,为了争取我国在国际海底稀土资源竞争中的话语权,维护中国的稀土利益,中国应加紧开展相关的稀土资源勘查和潜力评价。     

从海洋内部研究海洋

几百年来,人类总是从海洋外面——在船上或者岸上研究海洋。随着技术的最新发展,人类现在可以从海洋内部来研究海洋。简要讨论了海底观测系统和活动观测平台为各领域的海洋研究提供的空前机遇,并指出中国发展海洋科学必须对这一新趋势给予密切注意。     

深海沉积理论发展及其在油气勘探中的意义

深海沉积理论的进展主要涉及“鲍玛序列”、浊流、砂质碎屑流和深海层序地层四方面。以Shanmugam为代表认为:“鲍玛序列”并非唯一浊流产物,可含有砂质碎屑流、浊流、内潮汐、内波、等深流多种流体作用的结果;过去识别的“鲍玛序列”A段有浊流也有相当部分是砂质碎屑流成因,B—D段交错层理则是底层牵引流沉积产生的;只有浊流的沉积物才能称为浊积岩;“高密度浊流”是指砂质碎屑流而不是浊流;浊流是一种有牛顿流和紊乱状态的沉积物重力流;浊积岩没有复杂的颗粒悬浮层和碎石浮层,不发育逆粒序。Shanmugam等关于“鲍玛序列”这一新解是深海沉积学理论的一个进步。深海牵引流过去数十年取得了较大进步,但理论与实践脱节。深海层序地层是深海沉积理论进展的另一个方面,层序界面类型、体系域沉积有自身的独特性:层序界面至少存在斜坡侵蚀面、低水位下超面和水下沉积间断面三种;当沉积背景以陆源碎屑为主时,LST主要为盆底扇,TST和早期HST表现为非钙质远洋沉积,晚期HST一般不发育;当碳酸盐沉积为沉积背景时,LST主体为碎屑流和跨塌蹦落沉积或淡水透镜体,TST和早期HST为钙质细粒沉积,晚期HST可能存在有较小规模的钙屑海底扇。建议慎重解释“鲍玛序列”,审视“浊积扇”理论,废弃“浊积扇”概念,加强深海牵引流沉积机理方面的研究;LST浊积砂体、砂质碎屑流形成的块状不规则砂体、深海牵引流砂体可在深海储层预测方面具有巨大潜势,深海沉积作用及其过程的精细研究在指导深海油气勘探方面将会发挥越来越为重要的作用。     

万用表测温仪在地下水观测中的应用

1 简介 《无线电》1990年11期刊登的《用数字万用表作精密测温仪》,只要把测温仪感温元件单独封装放入水中,就可用在地下水水温观测中。该测温仪精度高,显示直观,而且成本只有200元左右,且数字万用表可附加一些电路兼作地下水埋深观测之用,实现埋深,水温观测由室外转入室内,     

沉降观测在建筑物施工中的应用

随着高层及超高层建（构）筑物的增多,为了保证建构筑物的安全性,并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数,建（构）筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。本文结合工程实例,提出了高层建筑施工中沉降观测的基本要求和施测步骤,以避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏,确保施工质量及建（构）筑物的安全。     

克立格法在地下水观测网优化设计中的应用

回顾了克立格法在地下水观测网优化设计中的应用和进展,介绍了克立格法的基本原理,论述了克立格法在地下水观测网中的应用思路与实现方法,举例说明了利用克立格法优化调整河北平原地下水观测网。     

Deep-Sea Coral Forest

The discovery of deep sea coral forests in the spring of 2018 filled a significant gap in the benthos research and even in carbon cycling in the South China Sea. Previously, the researches of deep-sea benthos were restricted to the sediment-covered soft bottom due to the technical limitations, and the rocky hard bottom was believed to be barren of life. Using submersible technique in the mid-1990s, deep-water coral reefs were first discovered in the Atlantic Ocean, which opened a new research direction in marine sciences. Two groups of deep sea corals have been recognized: scleractinian hexacorals and gorgonian octocorals. The aragonite skeleton of the former group build up deep sea coral reefs, while the latter make up deep sea coral forests with high-Mg calcite skeleton in many gorgonian corals. All kinds of carbonate coral skeletons can record environment changes of the deep sea and provide excellent material for high-resolution paleoceanography. Although the development of deep sea coral reefs in the Pacific Ocean is hampered by its extremely shallow aragonite compensation depth, deep sea coral forests are ubiquitous in the ocean. Up to now, most parts of the Pacific have not yet explored in this respect, and deep sea corals remain outside the research scope. The present paper is a literature review and calls for attention to the deep sea forests. It starts with the composition and distribution of deep sea coral reefs and forests, followed by discussions on the significance of deep sea coral forests in marine ecology and in paleoceanographic reconstructions.     

潮滩冲淤监测方法与实时监测系统设计

分析了潮滩冲淤监测的几种常见方法,其中标志桩法、SET和RSET法、沉降板法、人工示踪砂法、PEEP和PEEP-3T法、ALTUS和ADV法等主要测量某点或某断面上的冲淤量,3s技术结合地形图或海图实现了大范围潮滩面上的冲淤变化测量。借鉴海洋、海岸实时监测系统的原理和实践经验,提出了潮滩冲淤实时监测系统的设计方案,该系统数据采集子系统包括潮滩高程、景观图像、地物光谱、气象和水动力等因子的数据综合采集,数据通过网络连接传输到实验室,以实现地貌变化和驱动因素的同步获得和综合分析,并通过地物光谱信息获取,为遥感数据解译提供基础资料。     

深井地球物理长期观测的最新进展及其前景

地球科学是以观测为基础的科学.当前, 如何克服城市化、工业化、现代化发展带来的噪音干扰, 提高观测的信噪比, 成为地球科学发展的重要课题之一.开展深井观测是解决地面噪音干扰的主要途径.近年来, 随着地球系统科学研究的深入以及解决环境、资源、防灾等科学问题的需求, 世界大陆、大洋科学钻探工程研究以及在钻孔深井内进行的地球物理长期观测得到飞速发展, 并取得了初步的观测研究成果.本文介绍了世界各国在深井长期观测方面的最新进展, 展示了中国大陆科学钻探工程在江苏东海现场开展深井地球物理综合观测的方案及其观测研究前景.东海深井长期观测站将成为中国第一个无地面干扰的综合性深井地震、地球物理实验观测站, 它是实现我国“入地”科学计划的重要基础, 将开创我国21世纪地球科学观测研究的崭新局面.      

自适应海洋观测

“自适应海洋观测”指固定或移动的海洋观测平台能够根据海洋环境和信号的变化,自主调节测量和运行参数,获取最关键的海洋信息.自主水下航行器运用自适应检测和采样技术,在研究上升流锋面等实验中显示出前所未有的观测准确度和效率.一个海洋观测系统的综合效能,取决于固定平台和移动平台的功能互补以及自适应观测能力的增强.     

浅谈工程建筑物变形观测点的布设

工程建筑物变形观测是指对工程建筑物由于某种原因而产生的形状、大小和位置等方面的变形所进行的观测和分析的过程,是保证工程建筑物安全的重要手段。本文就工程建筑物变形观测点的布设原则以及对不同工程建筑物如何进行变形观测点的布设做简要阐述。     

我国极地海底观测系统的发展与展望

极地海洋特殊环境对观测技术提出了更高的要求.随着海底观测技术的日趋成熟,极地海底观测系统也得到了一定的发展,但后勤保障的高要求制约了系统的发展,目前广泛使用的仍是潜标系统.受国家高技术研究发展计划、国家海洋公益性行业科研专项经费项目和南北极环境综合考察与评估专项等支持,我国发展了极地在线近岸海洋环境监测系统、极地潜标和极地大型海—气耦合浮标等海床基观测系统,对我国的极地海洋学观测与研究做出了积极贡献.但总体而言,我国的极地海底观测仍未形成真正意义上的网络体系.未来有望在北冰洋太平洋扇区和南大洋普里兹湾率先建立海床基观测体系,系统观测并揭示该海域的环境变化特性.     

Experiment on Coordinated Observation of Offshore Typhoon in China

The lack of sufficient direct observation data of typhoon fine structure is the main bottleneck that restricts the further development of typhoon discipline and forecasting. This paper briefly introduced the basic information of the National Key R&D Program of China, entitled “Experiment on Coordinated Observation of Offshore Typhoon in China”, which started in early 2019. Firstly, the importance and necessity of the program around the national needs on typhoon-related disaster reduction and prevention were explained. Then, the coordinated observation difficulties and frontiers in the current typhoon discipline situation from the development and improvement of the physical mechanism and key forecasting technologies were shown. The overview of the direct observation instrument and platform, the field campaign and the parameterization techniques related to physical process in typhoon numerical modeling was provided. Finally, the key scientific and technical issues and main research contents of the program were given.     

亚失稳态野外观测证据

2010年1月24日,山西省河津市发生了M_S 4.8级地震,在此之前,山西临汾地震台VP型宽频带倾斜仪2009年的观测数据清晰地记录到与实验室岩石破裂失稳过程类似的图像:4-7月观测数据以准线性变化为主;8月出现偏离线性的非线性变化;10月达到峰值点之后开始缓慢下降,此阶段即亚失稳阶段;12月出现加速下降;12月21日转平。转平之后35 d距离观测台站89 km处的河津市即发生了M_S 4.8级地震。在准线性阶段(岩石破裂实验的应力积累阶段),发震断层及附近的Benioff应变曲线也出现同步加速现象。这表明临汾地震台VP型宽频带倾斜仪所记录的亚失稳态现象是来自震源的信息。实验室观测到的亚失稳现象可在野外观测数据中得以验证。     

美国的两大海洋观测系统:OOI与IOOS

介绍美国两大海洋观测系统:基金委员会支持的”大洋观测计划”即OOI计划,和大气海洋署组织的”整合海洋观测系统”即IOOS计划,两者相关但不相同,十分值得我国在建设海洋观测系统中学习参考.