Heterogeneous Gravity Data Fusion and Gravimetric Quasigeoid Computation in the Coastal Area of China

ABSTRACT

Different types of gravity observations are available over coastal areas. The main challenge for coastal geoid determination is the proper fusion of heterogeneous gravity data including land, shipborne, airborne, and altimetry-derived gravity data. This paper describes the gravity data fusion and the computation of the gravimetric quasigeoid in the coastal area of mainland China. An iterative procedure of the weighted least-squares prediction based on rectangular harmonic functions is used for merging the land, altimetric, shipborne, and airborne gravity data. Applying the analytical continuation method in Molodensky's theoretic frame, the merged gravity data are then used to determine the gravimetric quasigeoid model by using the generalized Stokes' integral in a remove-compute-restore fashion. The gravimetric quasigeoid model is compared with the height anomalies determined at 662 GPS leveling points over the coastal region of mainland China, where both the geodetic height and the normal height are known. The standard deviations of the differences in the coastal provinces range from 1.8 to 4.4 cm. For the entire computation area, the mean and standard deviation of the differences are 27.9 and 3.9 cm, respectively.     

Field study of set-up effect in open-ended PHC pipe piles

Large-scale field tests were conducted to study set-up effect in open-ended prestressed high-strength concrete pipe piles jacked into stratified soil. Four open-ended prestressed high-strength concrete pipe piles with 13 and 18 m in embedment depth were fully instrumented with fiber Bragg grating sensors and installed. Several restrike dynamic tests were performed on each test pile, with the time interval from 21.5 to 284 hours after installation. Static loading tests (SLTs) were later performed on each test pile at 408 hours after installation to substantiate the dynamic tests. Changes with time in pile bearing capacity and in the shaft and toe resistances were studied based on the results of the pile tests. The development of shaft resistance set-up in different layers was studied in particular. It was found that set-up effect in the shaft resistance is significant and the toe resistance increment was minor. The overall set-up factor of total bearing capacity was found to range from 0.09 to 0.53, and the set-up effect of friction pile is much larger than the end bearing pile. More significant set-up in shaft resistance was observed in fill and alluvium layer. The dimensionless set-up factor A for shaft resistance in marine deposits ranges from 0.5 to 1.43, and it contributes the most to the shaft resistance as the shaft resistance in marine deposits is higher.     

The prediction of traveling jet trenching in stiff clay based on the erosion failure mechanism

The performance of traveling jet trenching in stiff clay was tested. All the key parameters varied in the experiment, including the jet velocity, the shear strength of clay, the diameter of the nozzle, and the translational velocity of the nozzle. The jet–soil interface was found to be an arc. An equation was given to describe the interface. On the basis of the erosion failure mechanism, a new method is presented for predicting jet trenching depth. We first calculated the trajectory of the jet–soil interface and then predicted the distribution of the boundary layer shear stress along the jet–soil interface. The point where the wall shear stress was equal to the critical shear strength of clay was the ultimate trenching depth. The predictive results were found to fit the experimental results well.     

全球三大洋海山钴结壳资源量估算

钴结壳具有Co、Ni、Cu和Mn及其他金属的潜在矿产资源和储存在结壳层中古环境信息的双重意义。与深海多金属结核和热液硫化物矿床相比,具有较高Co、Ni和Pt含量的海山钴结壳有可能成为商业勘探的潜在目标。为合理地估算出全球三大洋海山钴结壳资源量,基于我国西太平洋海山钴结壳拖网采样调查资料和对太平洋海山钴结壳资源分布规律和钴结壳矿区圈定参数指标的深入研究,按海山不同高度、不同洋壳年龄赋予不同结壳厚度,进而计算出全球三大洋海山钴结壳分布面积为3 039 452.14km2和干结壳资源量为(1 081.166 1~2 162.332 2)×108 t。太平洋海山钴结壳分布面积为2 123 087.12km2和干结壳资源量为(513.244~1 026.488)×108 t,大西洋海山钴结壳分布面积为512 509.74km2和干结壳资源量为(116.503 2~233.006 4)×108 t,印度洋海山钴结壳分布面积为403 855.28km2和干结壳资源量为(81.484 9~162.969 8)×108 t。三大洋海山钴结壳的Mn、Co、Ni和Cu金属量分别为(138.848 0~277.696 0)×108 t,(3.967 6~7.935 2)×108 t、(2.793 6~5.587 2)×108 t和(0.825 1~1.650 2)×108 t。根据钴结壳的Co含量、Co通量和厚度相关分析,所赋予的钴结壳厚度占理论推测厚度的6.10%~12.20%,这与Ku等得出"钴结壳生长时间约占其整个生命史4%"的认识非常相近。三大洋海山钴结壳实测厚度与赋值厚度对比分析表明,太平洋海山钴结壳赋值厚度平均值为1.87cm,实测厚度平均值为1.77cm,相对误差为5.35%,大西洋和印度洋相对误差分别为18.18%和23.23%。研究数据表明按海山高度和洋壳年龄所赋的钴结壳厚度基本合理,估算出的钴结壳资源量基本可靠。本文首次估算出三大洋海山钴结壳资源量,为整个海盆和三大洋海山钴结壳资源量估算提供了新方法。     

海岸沙坝剖面和滩肩剖面特征研究

通过物理模型实验研究了海岸沙坝剖面和滩肩剖面的形成和演化过程,给出了稳定的沙坝剖面和滩肩剖面的几何特征。实验中考虑了两种初始坡度(1∶20和1∶10)和不同波高的规则波和不规则波,讨论了不同初始坡度海岸上破碎波空间分布特征。结果表明,沙坝产生后存在向岸和离岸两种运动形态,但最终将停留在稳定位置。稳定的沙坝剖面对应不同初始坡度和波浪存在不同的大沙坝和小沙坝分布。沙坝剖面由长时间小波高波浪序列作用后可转化为稳定滩肩剖面,该剖面不依赖于波浪和初始坡度。实验也给出了平衡剖面与理论曲线的对比以及剖面上泥沙粒径的分布。     

南海北部琼东南盆地陵水段峡谷沉积建造及勘探意义

琼东南盆地中央峡谷为一大型轴向峡谷体系,具有明显的"分段性"特征,不同区段沉积充填和内部结构均存在明显的差异,其中陵水段位于峡谷西段,具有非常好的储层物性特征,是深水区峡谷勘探的重点区域。为了进一步精细刻画陵水段峡谷内部水道复合体的沉积充填及沉积微相展布特征,本文借助新增加的三维地震资料和新钻井资料,通过峡谷三级层序界面的识别,将峡谷充填划分为3个三级层序SQ1、SQ2和SQ3,并通过古生物有孔虫化石带、钙质超微化石带及井-震结合确定了峡谷底界为中中新世晚期S40界面,陵水段峡谷自西向东依次识别出6种主要的内部充填结构,且将SQ3层序细分为5个次级层序(SSQ1~SSQ5);结合属性特征,精细刻画了陵水段峡谷内沉积微相平面展布及空间演化特征,并指出点砂坝在SSQ1层序最发育,且规模较大,横向上连片分布,将是下步勘探的有利储集体。     

1979-2010年我国大陆海岸潟湖变迁的多时相遥感分析

潟湖是重要的海岸湿地类型,具有丰富的自然资源和独特的生态功能。近几十年来,我国的海岸潟湖遭到了极大破坏,因此,开展我国海岸潟湖遥感监测与分析具有重要意义。本文根据1979年、1990年、2000年和2010年的4期共102景多时相遥感影像数据,利用遥感和地理信息系统等技术方法对我国大陆海岸潟湖进行了遥感监测,首次调查统计了我国大陆海岸潟湖的名称、数量、分布、岸线长度和面积信息,并对近31年来我国大陆海岸潟湖的变迁状况进行了分析。结果表明,1979年我国大陆海岸潟湖共计251个,近31年,共消失19个潟湖,其中辽宁省消失15个,广东省消失3个,广西壮族自治区消失1个;1979年我国大陆海岸潟湖岸线总长度为2 692.26km,总面积为1 092.805 5km2,至2010年我国大陆海岸潟湖岸线总长度共减少337.80km,潟湖总面积共减少204.103km2;31年间,我国大陆海岸潟湖的岸线长度和潟湖面积总体均处在持续减少的状态,各省(自治区)也基本符合该规律;1979-2010年间,我国大陆海岸潟湖大部分处在老年期,死亡期潟湖消失19个。     

2010-2011年胶州湾叶绿素a与环境因子的时空变化特征

2010年4、6、8、10月和2011年1、3月在胶州湾开展了6个航次的综合调查,研究了表层海水温度、盐度、营养盐和叶绿素a浓度的时空变化特征。调查期间,总无机氮(DIN)、磷酸盐(PO4)和硅酸盐(SiO3)多呈现东北部湾边缘高,而湾内和湾口低的空间分布特征。季节变化表明,DIN和PO4主要受养殖排放、河流径流输入和浮游植物生长消耗的影响,呈现初夏和秋季高,夏末和冬季低的特点;而SiO3主要受河流径流输入和浮游植物消耗的影响,呈现夏、秋高,而冬、春低的特点。营养盐浓度和结构分析表明,胶州湾存在PO4和SiO3的绝对和相对限制;SiO3限制尤其严重,是控制胶州湾浮游植物生长的主要环境因子。SiO3和PO4的限制主要表现在冬季,几乎遍布整个海湾;夏季降水可有效缓解海域的SiO3限制。叶绿素a浓度呈现春、夏季高,秋、冬季低的季节分布,温度、营养盐浓度与结构和季节性贝类养殖活动是控制胶州湾叶绿素a浓度时空分布的关键因素。     

琼东南盆地深水区中央峡谷黄流组物源特征

物源分析作为岩相-古地理研究的前提和基础,物源体系决定了砂体的展布和储集性能。为明确中央峡谷体系黄流组储集体展布规律及下一步勘探方向,本文应用中央峡谷最新钻井资料,采用重矿物组合、锆石U-Pb测年等分析方法,结合地震反射特征,对中央峡谷黄流组物源体系特征进行分析。地震反射特征表明来自海南隆起和昆嵩隆起物源的三角洲体系,通过二次搬运沉积了陆架斜坡区和盆底的低位海底扇,为中央峡谷的沉积充填提供了充足的粗碎屑沉积物;新钻井黄流组样品中重矿物组合以白钛矿、石榴石、磁铁矿含量较高为主要特征,与莺歌海盆地受蓝江物源影响和琼东南盆地受丽水-秋滨河物源影响的地层重矿物组合相似;锆石U-Pb测年分析表明,中央峡谷黄流组地层中样品年龄图谱具有30~2 000Ma变化范围,与莺歌海盆地受昆嵩隆起物源影响的钻井以及越南现代河流采集的沙样具有非常一致的年龄段和丰度。综上所述,中央峡谷受多物源的影响,越南昆嵩隆起为主的琼东南盆地西部物源体系,是琼东南盆地乐东凹陷晚中新世深水扇以及中央峡谷粗碎屑物质的主要沉积物供给来源区。     

富钴结壳中矿物组成对稀土元素分布的制约

为探讨富钴结壳中矿物组成对稀土元素分布的制约,对约翰斯顿岛富钴结壳中矿物组成及稀土元素特征进行了研究。依据主要矿物组成,富钴结壳可以分为3种类型,分别命名为A、B、C。由A到C,水羟锰矿含量逐渐降低,B类中磷灰石含量最高,C类中水钠锰矿和钙锰矿含量最高。A类结壳中富集REE3+、Ce,B类结壳中富集Ce和Y。A类富钴结壳中,REE3+、Y以专属吸附的方式富集在铁氧化物上,Ce3+氧化成Ce4+与其他REE分离,吸附在锰矿物上。B类结壳中,稀土元素主要以独立矿物的形式存在,另有部分Ce、LREE3+吸附于铁相中,部分Y存在于磷灰石中。C类结壳中,稀土元素主要赋存在锰矿物中,部分Y存在于磷灰石中。