地震研究新方法——洋壳流理论简介

根据交换平衡力学原理[1],简要地介绍了洋壳流的概念及其运动特点。根据运行区域和方向的不同,把三大洋的海底扩张运动划分为不同的洋壳流,并绘出运行路线图。提出洋壳流运动方向、路线及力作用大小的判断方法,通过不同区域洋壳流相互力作用的对比,分析海底扩张运动对地震时空分布及变化规律的影响。     

海底地震动估计的一个流体力学基础

本文给出了平板上方有限厚粘流层非定常层流问题的三个基本情形的精确解;接着用差分法计算了海水受海底地面运动激扰时的流场分布,也用分域迭代解法计算了海水-海床土耦联体系的地震反应;作为补充,最后还讨论了Stokes问题。研究结果表明,海水的粘性对海床土地震反应的影响可以略去不计,在估计海底地震动参数的工作中海水可以作为理想流体来处理。     

海底天然气水合物中甲烷逸出对全球气候的影响

全球气候变化会降低海底天然气水合物的稳定性导致水舍物失稳分解,反过来天然气水合物分解释放出的大量甲烷气,又会对全球气候变化产生巨大的影响,地质历史上许多重大地质事件(如LPTM事件)都可能与天然气水合物的分解释气作用有关．除了地质历史上强烈的甲烷突然释放事件,现代海底的渗漏或喷口也连续不断地向海水甚至大气输入甲烷,从而影响着全球气候变化．由于天然气水合物中甲烷逸出对全球气候影响的研究刚刚起步,还缺乏海洋沉积物和海水中甲烷传输的恰当模式,甲烷在海水中的溶解度、甲烷的氧化作用及上升流等因素对其的影响程度,以及它对大气甲炕和二氧化碳浓度变化的具体贡献等目前还很不清楚,亟需深化研究．     

岩浆与构造作用对洋壳厚度的影响——以西北印度洋为例

洋中脊及邻区洋盆的洋壳厚度能很好地反映区域岩浆补给特征,对于研究洋中脊内部及周缘岩浆活动和构造演化过程具有很好的指示意义.西北印度洋中脊作为典型的慢速扩张洋中脊,其扩张过程与周缘构造活动具有很强的时空关系.本文利用剩余地幔布格重力异常反演了西北印度洋洋壳厚度,由此分析区域内洋壳厚度分布和岩浆补给特征.研究发现,西北印度洋洋壳平均厚度为7.8 km,受区域构造背景影响厚度变化较大.根据洋壳厚度的统计学分布特征,将区域内洋壳分为三种类型:薄洋壳(小于4.5 km)、正常洋壳(4.5~6.5 km)和厚洋壳(大于6.5 km),根据西北印度洋中脊周缘(~40 Ma内)洋壳厚度变化特征可将洋中脊划分为5段,发现洋中脊洋壳厚度受区域构造活动和地幔温度所控制,其中薄洋壳主要受转换断层影响造成区域洋壳厚度减薄,而厚洋壳主要受地幔温度和地幔柱作用影响,并在S4洋中脊段显示出较强的热点与洋中脊相互作用,同时微陆块的裂解和漂移也可能是导致洋壳厚度差异的原因之一.     

西南印度洋中脊地质构造特征及其地球动力学意义

西南印度洋中脊（SWIR）增生的洋壳面积仅占印度洋的15%左右,但其具有比东南印度洋中脊和西北印度洋中脊更悠久而复杂的演化历史.基于已有的地质、地球物理和地球化学等资料,系统总结了SWIR的地质构造特征,并讨论了SWIR的演化过程、洋脊地幔的不均一性、洋脊周边海底高原成因等核心问题.SWIR地形中段高、东西两段低,空间重力异常基本与地形变化一致.按转换断层一级边界可将SWIR划分为20个一级段.SWIR的磁异常条带呈现两端渐进式分布和中段带状分布特征,对应洋脊的三期演化历史.SWIR的地幔源区极不均一,尤其是中新元古代造山带根部集中拆离的中段.源区地幔的不均一性与大陆裂解和洋脊演化过程密切相关.SWIR的东端与西北印度洋中脊和东南印度洋中脊的邻近洋脊段具有地球化学亲缘性,西端与大西洋中脊和南美洲—南极洲洋中脊的邻近洋脊段具有地球化学亲缘性,这与SWIR的渐近式扩张有关.SWIR周边海底高原普遍具有较大的地壳厚度,其成因除了陆壳基底之外,可能与热点火山作用、热点-洋脊相互作用或热点-三联点相互作用有关,目前尚未形成统一的认识.SWIR的形成演化及其作用域内的熔融异常（如海底高原）是冈瓦纳大陆裂解、残留岩石圈地幔、软流圈地幔和深部地幔热柱物质共同作用的结果.了解SWIR的演化过程对揭示冈瓦纳大陆的裂解过程和印度洋的演化具有重要意义.     

基于重力地质法的南中国海海底地形反演

根据重力地质法（GGM）,利用南中国海海域内63179个船测控制点水深将测高自由空间重力异常划分为长波参考场和短波残差场,并反演出了该海域112°E-119°E,12°N-20°N范围的1’×1’海底地形模型,该过程中使用的海水和海底洋壳密度差异常数1.32 g·cm^-3通过实测水深估计得到.利用反演得到的GGM模型对剩余的10529个检核点船测水深插值计算后与实测水深进行比较,其较差结果的均值为-1.64 m,标准差为76.95 m,相对精度为4.06%.此外,根据船测点数量、分布和海底地形的不同,选择了三个海域进行统计,结果表明：在船测控制点分布均匀的海域,GGM模型精度优于ETOPO1模型,在控制点过于分散的海域其精度会有所下降,但好于船测水深的直接格网化结果.为进一步探究检核点的较差结果中出现较大数值的成因,本文对精度较差的点位进行了单独分析,选择了两条船测航迹剖面进行了研究,并分析了检核点的水深较差、相对精度与水深和重力异常的关系,结果表明：GGM模型精度受水深和重力异常的相关性影响较小,受海底地形复杂程度影响较大,地形坡度变化平缓海域的预测精度明显高于海山地区.最后,综合GGM模型和ETOPO1模型优势,利用所有船测水深作为控制,生成了综合的海底地形模型.     

南海东北陆缘过渡性地壳的地震成像

根据2001年8月台湾和中国大陆合作开展的深部地震调查,给出了横跨南海(SCS)东北部被动大陆缘的地壳构造。将一条NW-SE向剖面上的48道地震反射数据和11台海底地震仪的反射和折射的垂直分量数据整合在一起,依次得到了沉积层上部(1.6~2.4km/s)、下部(2.5~2.9km/s)、压实层(3~4.5km/s)以及结晶地壳上部(4.5~5.5km/s)、中部(5.5~6.5km/s)和下部(6.5~7.5km/s)的成像。速度模型表明,压实沉积物的厚度(0.5~3km)和基底变化很大,这是由于南海海底扩张以后的岩浆入侵和火成岩活动导致的。更进一步从模型中识别出,在南海东北部边缘下陆坡之下的洋陆过渡带(OCT)的上/中地壳(7~10km厚)存在一些火山和火成岩,下地壳下面存在高速层(0~5km厚)。还得到了南海东北部陆缘洋陆过渡带的西北为薄陆壳、东南为厚洋壳的影像。但是这些过渡性地壳不能归类为洋陆过渡带,这是由于它们的地壳厚度、有限的火山、岩浆体和高速层所决定的。紧邻重力低区和从台西南海盆延伸而来的沉陷带的陆壳拉伸可能是欧亚板块向马尼拉海沟下插的结果,而厚洋壳的形成则是由于南海海底扩张之后洋壳中过度的火山活...     

冬季大尺度环流对黑潮延伸体不同尺度海温异常的年代际响应特征及可能机制

大气环流对热带外海洋存在的不同尺度海温异常的响应研究一直是海气相互作用的热点问题,特别是广泛活跃的中小尺度海温异常对大气的影响.本文使用区域气候模式RegCM4.6,设计了三组不同初值的集合试验,研究了冬季北太平洋地区大尺度环流对黑潮延伸体(KE,Kuroshio Extension)附近不同尺度海温异常的响应特征,并...     

南海扩张期岩浆流体对洋壳厚度的影响：数值模拟

扩张期洋中脊热液循环系统的热排出与岩浆系统的热注入共同控制着洋壳厚度的生成,而岩浆流体是热液循环系统的流体成分之一,往往与下渗海水混合参与各圈层能量和物质传递,但其能量传递对洋壳厚度的影响机制目前还不清楚.利用有限元的数值模拟手段,对扩张期热液循环系统中岩浆流体与洋壳厚度的关系进行研究.结果表明：(1)相较于只有海水参与的对流循环,含有岩浆流体的热液循环造成的洋壳厚度的减薄量更大、热液喷口温度更高.(2)岩浆流体对洋壳厚度的二次减薄作用随其含量的增大而减弱,热液喷口温度随其含量的增大而升高.(3)南海岩浆水、地幔水含量和洋壳厚度的分布具有非均质性,东部次海盆的地幔水、岩浆水含量高于西南次海盆,前者的平均洋壳厚度也大于后者,并且在海盆残余扩张脊附近存在异常薄洋壳.结合模型结果分析认为,残余扩张脊附近的薄洋壳可能受到扩张期热液循环或后期岩浆流体的影响,而东部、西南次海盆的洋壳厚度差异可能是由于前者的岩浆流体含量高于后者而造成的.     

顾及海底地形坡度的南海海底地形分区GGM反演

利用重力地质法(Gravity-Geologic Method, GGM)反演海底地形时,海水与海底洋壳的密度差异常数是影响反演精度的一项关键参数.由于海底地形复杂程度的影响,不同区域密度差异常数存在差异.针对于此,本文以南海局部海域(113°E—119°E, 12°N—19°N)为实验区,依据区域内坡度及地形分布,将研究区域划分为6个子区域,分别求取每个子区域的最佳密度差异常数,以改善海底地形反演的精度.基于HY-2A测高数据获得的重力异常数据,反演了研究区域格网间隔1′×1′的SGGM海底地形模型.结果表明,将SGGM模型与检核点实测水深进行比较,其差值的标准差为101.46 m,相对精度为2.82%,优于GEBCO＿2021模型、V19.1模型对比实测水深差值的标准差(131.50 m、129.81 m)与相对精度(3.64%、3.59%).结合各子区域不同的坡度及船测点分布,统计各子区域相对精度为2%～4%,并分析得出反演较差结果集中分布在地形突变区域,而坡度平缓区域的标准差可达到42.20 m.此外,同未进行区域划分而采用一个密度差异常数反演的结果相比,反演精度提高了9.68...     

海底悬跨管线的地震响应和振动控制

渤海湾地区属于地震高发地区,在此处铺设海底管线必须考虑地震作用的影响,本文基于Ｍｏｒｉｓｏｎ方程建立了悬跨海底管线在地震作用下的动力方程,该方程考虑了海水对管道反应的影响,并对影响悬跨海底管线地震反应的因素进行了分析,在此基础上建议了控制管道反应的方法。     

海洋地质学

海洋地质学是研究地壳被海水淹没部分的物质组成、地质构造和演化规律的学科。研究内容涉及海岸与海底的地形、海洋沉积物、洋底岩石、海底构造．大洋地质历史和海底矿产资源。     

海底表面磁源瞬变响应建模及海水影响分析

根据电磁场理论,推导了磁偶源和接收点均位于海水中时层状海底模型的频域电磁场响应一般表达式,并通过此式,得到了海水为均匀半空间和有限海水深度两种情况下,垂直磁偶极装置、中心回线和重叠回线分别置于均匀半空间海底表面时的瞬变电磁响应（磁场和感应电压）表达式. 这些表达式将瞬变响应和海底的电导率等参数有机联系在一起,为海底瞬变电磁法的正演计算和反演解释提供了理论基础. 仿真计算表明,海水的存在不仅使得瞬变响应曲线形态发生变化,而且影响其对海底电导率的分辨能力.     

希尔伯特-黄变换在海底大地电磁测深数据处理中的应用

海水运动产生的电磁场,是海底大地电磁探测数据中的主要噪声之一,影响了数据处理与解释的精度.为提高海底MT探测的应用效果,本文在海底MT信号处理中引入HHT时频分析方法.结合海底MT噪声的特点与海底MT信号的特性,对南海实测数据进行分析,通过对比去噪前后信号的Hilbert时-频谱和边际谱,表明利用经验模态分解及其多尺度滤波特性,能够有效压制海水运动产生的电磁噪声.经HHT去噪后的测深曲线在一定程度上有所改善,仍存在"飞点"现象;再结合Robust估计,明显改善海底大地电磁探测数据质量,得到满意的观测结果.     

单层/双层地壳物理参数对重力数据反演海底地形影响分析

针对利用海面重力数据构建海底地形模型质量受诸多地壳地球物理参数影响现状,以重力异常反演海底地形的频率域算法模型为基础,讨论了不同地球物理参数对单层/双层地壳仿真结构和不同均衡补偿模式下导纳函数各频段影响程度,推导给出了不同地球物理参数及其组合对海底地形反演结果影响的定量数学表达.仿真试验结果表明,单层地壳的密度变化导致单层导纳函数和双层导纳函数明显分离;双层地壳仿真结构中海山载荷密度对导纳函数影响显著且几乎为全频段影响;因此,建议应用解析法开展数值试验分析时,重点考虑海山载荷密度(双层地壳)或者地壳密度(单层地壳)变化.就当前海底地形反演精度而言,运用相关解析算法建立海底地形数值模型时,应重点关注有效弹性厚度、平均海深、海山和海水密度差异参数取值准确性,特别是顾及地壳均衡补偿恢复海底地形,岩石圈有效弹性厚度(通过有效弹性厚度可获取挠曲刚度)取值准确程度将较大程度影响最终海底地形模型效能高低.     

可控源海洋电磁勘探中空气波影响的理论分析和数值模拟

可控源海洋电磁勘探(MCSEM)中空气波对海底电磁响应的影响已为业界所熟知,且已提出了多种压制方法.然而,由于空气波与海水层中其它信号相互作用的复杂性,至今其作用机理及对有效信号的影响方式尚未完全清楚,这也阻碍了浅水域MCSEM油气勘探的应用.本文在前人研究的基础上, 基于一维层状介质的电磁位和电磁场分析,采用电磁场的模式分解理论导出了空气、海水层和海底地层之间的相互作用关系.分析了MCSEM电磁响应的影响因素和空气波的作用机理.以无限水深假想模型、三层介质模型和四层介质模型为基础,导出了水平电偶极子(HED)的横电(TE)和横磁(TM)模式的电磁场关系,分析显示了前人提出的上下行波分离进行空气波压制所存在的缺陷.通过理论和数值模拟知道, 利用横电(TE)和横磁(TM)模式受空气相互作用影响的差异和电磁场水平分量与垂直分量受空气层相互作用影响程度的不同可减弱空气波对有效信号的影响,这将有助于实现浅水域海洋电磁勘探数据的有效利用.     

海底光缆的地震影响分析

根据我国地震台网测定,北京时间2006年12月26日20时26分和34分,在南海海域发生7.2、6.7级地震。受强烈地震影响,多条国际海底通信光缆中断,造成附近国家和地区的国际和地区性通信受到严重影响。这次地震以前,海底光缆故障主要是由渔船造成,而地震的影响常常被忽视。本文在总结海底光缆3次震害经验的基础上,提出了地震影响海底光缆的主要因素以及海底光缆的抗震措施。     

海底重力测量精度的影响因素及评价方法

海底重力测量以其高精度、横向高分辨率等优势,完善了海洋勘探技术体系,为基础地质研究、资源勘查、重大工程建设、大地水准面精化等提供支持。通过在渤海海域开展海底重力测量,取得了约15 000 km2的重力数据,对海底重力测量精度的影响因素及评价方法进行了研究。海底重力测量精度相比于陆域存在诸多干扰因素,主要受水深、海底底质、海况、平面和高程测量精度、近区地形改正等因素的影响。本文以测点布格重力异常值为评价指标,研究分析各项因素对海底重力测量精度的影响。结果表明:①超浅水域,环境干扰对海底重力测量精度影响较大;②海底底质较硬区域,重力测量精度较高;③风力对海底重力测量精度影响较小,引起的海浪、海流会有限地影响观测精度;④平面定位精度对海底重力测量精度影响相对较小;⑤高程是海底重力测量精度影响最大的因素;⑥海底地形平缓区域、近区地形改正对重力精度的影响可忽略不计。同时评估了相对重力值法、布格重力异常值法、重力异常插值法3种质量检查方法,研究揭示以布格重力异常值为指标的评价方法更具合理性,符合海底重力测量的特点。     

热带印度洋Dipole事件的两种模态

研究了印度洋Dipole事件期间热带太平洋．印度洋海洋次表层海温异常和海面风应力异常分布主要型,揭示了Dipole事件的两种模态,探讨了其形成机制,得到如下结果：（1）印度洋Dipole事件在热带印度洋次表层海温异常表现为“〈”型的东西向偶极子分布,“〈”以东的热带东印度洋为沿赤道呈舌状西伸的显著海温异常中心,“〈”以西的热带中西印度洋为反号的、以赤道为准对称的南强北弱显著海温异常中心．（2）印度洋Dipole事件由两种模态构成,二者具相同空间分布但具不同的时间变率,它们是两个独立的大尺度海气相互作用的结果．Dipole事件第一模态源于热带太平洋一印度洋尺度海气相互作用,它与ENSO事件共存．Dipole事件第二模态起因于热带印度洋尺度海气相互作用,它与Mascarene高压位置和强度变化紧密联系．当二者位相一致时,产生强Dipole事件,二者位相相反时,Dipole事件很弱或消失,一者较强时,Dipole事件一般也较强．（3）印度洋Dipole事件是热带印度洋海面异常风应力强迫的结果,海面异常风应力作用下产生的垂直输送导致海水堆积和涌升是造成次表层海温异常的主要动力过程．当赤道印度洋为异常东风时,热带东印度洋冷海水上升,热带西印度洋暖海水堆积,热带印度洋温跃层东浅西深;由于Coriolis力的作用,赤道海域离赤道流造成冷海水上升,赤道印度洋温跃层变浅;赤道两侧热带印度洋异常反气旋环流及旋度场,造成该异常旋度中心区域暖海水堆积,赤道外热带印度洋温跃层加深．三者共同作用产生正位相Dipole事件．热带印度洋为异常西风时,动力过程相反,产生负位相Dipole事件．     

西南印度洋岩浆补给特征研究:来自洋壳厚度的证据

西南印度洋中脊为典型的超慢速扩张洋中脊,其岩浆补给具有不均匀分布的特征.洋壳厚度是洋中脊和热点岩浆补给的综合反映,因此反演洋壳厚度是研究大尺度洋中脊和洋盆岩浆补给过程的一种有效方法.本文通过对全球公开的自由空气重力异常、水深、沉积物厚度和洋壳年龄数据处理得到剩余地幔布格重力异常,并反演西南印度洋地区洋壳厚度,定量地分析了西南印度洋的洋壳厚度分布及其岩浆补给特征.研究发现,西南印度洋洋壳平均厚度7.5 km,但变化较大,标准差可达3.5 km,洋壳厚度的频率分布具有双峰式的混合偏态分布特征.通过分离双峰统计的结果,将西南印度洋洋壳厚度分为0~4.8 km的薄洋壳、4.8~9.8 km的正常洋壳和9.8~24 km的厚洋壳三种类型,洋中脊地区按洋壳厚度变化特征可划分为7个洋脊段.西南印度洋地区薄洋壳受转换断层控制明显,转换断层位移量越大,引起的洋壳减薄厚度越大,减薄范围与转换断层位移量不存在明显相关性.厚洋壳主要受控于该区众多的热点活动,其中布维热点、马里昂热点和克洛泽热点的影响范围分别约340 km,550 km和900 km.Andrew Bain转换断层北部外角形成厚的洋壳,具有与快速扩张洋中脊相似的转换断层厚洋壳特征.