海底热液循环中矿物沉淀过程数值模拟

为了探索高渗透性洋壳中高温热液循环系统的形成机制,以数值模拟为手段研究热液循环中的矿物沉淀过程及其对洋壳渗透率的反馈.在热液对流-矿物反应模型中考虑了硬石膏、黄铁矿和黄铜矿的沉淀和溶解反应,基于矿物的溶度积计算矿物的沉淀/溶解量,并将其转换为渗透率的变化.结果显示,黄铁矿和黄铜矿分布于350~380℃等温线范围内,并随着热液温度升高而逐渐向海底推移.海水被加热及与热液混合过程中沉淀出硬石膏,在热液上升通道两侧形成低渗透性的烟囱状结构,降低了海水-热液混合程度从而使热液温度升高.高温热液通道建立后,便会有更多的金属物质随着高温热液被运输至浅层洋壳或海底.模拟结果为理解海底高温热液喷口的形成机制提供了借鉴.      

自研高精度pH传感器的标定、校正方法及其在海水原位观测中的应用

电化学方法是测量海水pH值的主要方法之一。针对自主研发的基于铱金属及其氧化物电极的pH传感器,建立了海水环境下仪器标定和数据校正的方法,并在近岸和大洋环境中进行了原位测试的应用。仪器标定包括：(1)依照海水pH分析的标度要求选取适当的标定缓冲试剂;(2)以标准海水替代常用的2-氨基吡啶(AMP)溶液制备标定缓冲体系。数据校正主要包括温度背景校正及误差校正。海区原位测试应用以及与其他同类仪器对比表明,标定体系差异带来的误差可达1.00 pH单位,数据校正可提升测试精度0.10～3.00 pH单位不等。仪器的标定与数据校正方法能有效提高该自研pH传感器的测量精度。     

Biot反演在夏威夷钙质沉积物原位测量声速和衰减中的应用

对夏威夷檀香山岛的两个站(H3和H4)钙质沉积物进行了20～100kHz的原位纵波声速和声衰减测量.它们均有轻微的频散.随频率的增加H3站位声速从1691m/s增加到1708m/s,H4站位的声速从1579m/s增加到1585m/s.随频率的增加H3站位的有效衰减从15dB/m增加到75dB/m,H4站位的有效衰减从22dB/m增加到62dB/m.运用Biot-Stoll模型对所测得的纵波速度和声衰减数据进行了Biot模型未知参数反演,发现粒径较大的H3站的沉积物(孔隙率为45%)比粒径较小的H4站的沉积物(孔隙率为56%)具有曲率小和渗透率及孔隙半径都大的性质.     

基于BISQ模型的各向同性孔隙介质弹性波三维交错网格高阶有限差分数值模拟

从BISQ模型弹性波的本构方程和运动方程出发，推导出了基于BISQ模型的各向同性孔隙介质弹性波三维高阶交错网格有限差分算法，进行了数值模拟，在低频下能看到明显的快纵波、快横波和微弱慢纵波，在高频情况下可以看到明显的快纵波、快横波、慢纵波和慢横波。在三维情况下对比了xoz、xoy、yoz平面内的波场切片，并对平行xoz平面，不同y值处的波场切片进行了对比，结果证明三维数值模拟可以从不同角度更好地反映波场的传播特性。     

基于BP网络对模拟声呐信号分类

针对常规的主动声呐调查设备,在简单海洋分层模型的基础上,模拟了多波束类单频信号、侧扫类单频信号、Ch irp调频信号和混合信号4类声呐接收信号,并针对接收信号特征构造了3层BP网络模型,将隐藏层神经元数目设为可调节;利用时间域脉冲宽度和水深与频率域功率谱密度相结合的特征参量,成功地对模拟信号进行了分类。采用改进的BP网络模型,用训练成功的BP网络对102个检测信号进行了分类测试,结果表明,分类成功率较高,可达76%~84.6%,因而利用BP网络可以对不同类别设备的模拟声呐接收信号进行分类。     

海底浅表层信息声探测技术研究现状及发展

回顾了我国海洋仪器研发的历史,综述并对比了多波束测深、侧扫声呐和浅层剖面仪等海底浅表层信息声呐探测技术的国内外研究现状:经过数十年的海洋技术研发,国内在设备研发、数据资料处理方法研究和探测数据资料应用研究等方面已取得了较丰硕的研究成果,但同时也发现在当前国内海洋技术研发中仍存在一些潜在的问题,与国外相关海洋技术尚存在一定差距。以维护海洋权益为目标的系列重大海洋基础勘测项目的启动和深海资源勘查及研究的纵深发展是近年海洋技术得以快速发展的源动力。声学底质分类、声学海底原位测试、动力地貌和构造地貌等是目前海底浅表层声探测信息资料应用于海底科学研究的热点。对海洋技术的可持续发展提出了几点建议：①提高理论研究水平;②加快仪器设备研制的国产化进程;③加强自主知识产权数据处理软件的研发;④进行探测数据资料的深层次利用研究。     

分形几何在海底火山地形中的应用

对最近取得的中国南海大陆坡上的火山地形的等高线进行分维测量 ,发现火山及其附近的等高线具有稳定的分维数。利用分维数可以将火山及其附近的地形分成三类 :火山口附近、较陡峭的火山腰部和火山附近较平坦的海底。它们的分维数均低于大陆上等高线的一般分维值 ,平均为 1 .1 1 8。说明玄武岩火山即便不很古老 ,仍可具有标度不变性 ,并且与附近海底一起接受了较厚的海底沉积后 ,又具有了略为不同的分维数。     

多金属结核粒径分形特征初步研究

通过对东太平洋中国开辟区东、西两区的多金属结核进行粒径分析,发现其粒径分布有分形特征。无缆取样结核粒径分形有着上、下限,虽然在小粒径上没有分形关系,但却存在着另一种确定的线性关系。说明东、西区结核在粒径、重量等分布上有着客观的一致性。通过分形分析得到了结核空间分布、粒径和重量分布的线性方程,对多金属结核矿藏储量和集矿机设计具有一定的意义。     

电磁方法在海底多金属硫化物探测中的应用

海底硫化物矿体的三维展布是当前大洋调查急需解决的关键问题,在陆地上电磁方法一直是解决矿产资源三维问题的重要手段之一。2011年我国自主研发了调查海底多金属硫化物的瞬变电磁设备,并于2011年6月在中国大洋第22航次第5航段中的大西洋中脊“贝利珠”热液区( 13.2°S、14.4°W)进行了试验,取得了我国首批海底热液区的瞬变电磁资料。本文对这批资料进行初步分析,阐述一种新的海底硫化物探测方法及其试用结果,得到的视电阻率断面与热液区的实际有很好的对应关系,从2条测线的实测结果来看,设备的探测深度达到海底面以下50~100 m。在本次试用过程中,较好验证了自主研发的深海瞬变电磁设备、获得的数据以及探测深度的可靠性。     

基于改进遗传算法的BISQ模型多参数反演方法研究

BISQ模型反演在油气资源与海洋地震勘探中具有广阔的应用前景与实用价值.为解决具高维参数与多峰值的BISQ模型参数反演问题,本文在传统的遗传算法基础上添加插入了全局保优机制、Boltzmann生存机制、小生境之DC漂移技术和群体灾变等方法与技术,使改进组合的遗传算法能在高维参数与多峰值的反问题中搜索得到全局最优解.结合海底多频原位沉积物声学测量数据,应用本文方法,得到了与声波传播速度相似性最优模型的各参数值,效果明显.