增强地热系统热储层-盐水-CO2相互作用

增强型地热系统(EGS)是采用人工形成地热储层的方法,从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统。以CO₂为载热流体的增强地热能系统(CO₂-EGS)是实现CO₂减排和深部地热资源开发的有效手段,系统运行时的水-岩-气相互作用对热储层孔渗特征有着重要影响,最终会影响储层的产热能力。笔者利用高温高压反应釜模拟CO₂-EGS高温下的热储层-盐水-CO₂的相互作用,通过对实验中反应液离子成分变化和岩样扫描电镜进行分析,结果表明:实验后的钾长石和方解石出现溶解现象,且方解石溶蚀剧烈;岩样表面出现极少量次生方解石和钠长石,并有新矿物析出,其主要组成元素为C、O、Si、Fe,为菱铁矿的中间产物。通过TOUGHREACT建立反应性溶质运移模型,模拟上述实验的化学反应过程,模拟结果和实验数据拟合较好。该研究可为CO₂-EGS的水-岩-气作用机制提供地球化学数据。     

水温影响下的印度洋黄鳍金枪鱼亲体补充量关系模拟研究

根据1960-2002年印度洋黄鳍金枪鱼亲体量-补充量(stock-recruitment,SR)及其表层水温资料,利用Ricker模型,水温分期Ricker模型和模糊逻辑Ricker模型,考察表层加权水温与黄鳍金枪鱼亲体量、补充量之间的关系。研究表明,模糊逻辑Ricker模型拟合效果最好,水温分期Ricker模型次之,均优于原始Ricker模型。水温分期Ricker模型中的暖水月补充量比冷水月大,在黄鳍金枪鱼资源量较低时,暖水条件更有利于种群的繁衍。模糊逻辑Ricker模型得出冷水月和暖水月条件下的极端估计,受水温等外界条件影响,黄鳍金枪鱼的补充量在两条SR曲线间波动。水温等环境条件的变化产生了不同于依赖于密度因素的种群动力过程,限制了原始Ricker模型对亲体补充量关系的描述。     

基于单频走时敏感度核函数的三维波动方程初至层析

地震波走时层析是主要的近地表速度建模技术.对于变速模型,尤其是复杂近地表模型,波动方程能够更加精确地描述地震波的一阶绕射效应,理论上反演精度高于射线(束)类层析.然而,波动方程的数值求解的计算量较射线理论增加了几个数量级,严重制约了波动方程走时层析技术的三维实用化.为解决波动方程走时层析中遇到的计算和存储问题,本文通过引入随机边界条件以及离散Fourier积分,提出了基于单频梯度反演策略的实用化三维波动方程初至层析方法.本文方法的优势在于：在计算和存储方面,相比于基于波场重构算法(需要三次波传播)的梯度计算策略,本文提出的单频梯度计算方法对内存需求极低(相对于波动方程正演,仅需要增加两个单频波场以及一个成像体),且计算量至少减少1/3(仅需要两次波传播且无需处理数值吸收边界).此外,随机边界的引入使得正演算法大幅简化因而更适用于GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器)加速.在理论层面,由于影响地震波一阶散射效应的主要区域集中在连接炮检的中心射线邻域的第一菲涅尔带内,随机边界条件的引入降低了随机边界内产生的散射波的空间相关性,使得第一菲涅尔带内的单频梯度相干加强;同时,地震观测系统的多次覆盖特性有助于第一菲涅尔带外的高波数振荡相互干涉.数值实验表明,光滑处理后的单频梯度仍然保留了非常可观的低波数成分,有助于实现背景速度反演.此外,三维复杂模型反演结果验证了本文方法能够较为准确地反演近地表速度结构.相对于传统的波动方程走时层析实现方案,本文方法在显著降低内存需求的同时进一步提高了计算效率,有望将波动方程初至层析技术推向三维实用化.

     

基于几何形态测量学的4种金线鱼矢耳石识别研究

利用2007年9月至2010年9月采自北部湾海域的24尾红棘金线鱼(Nemipterus nemurus)、32尾金线鱼(N.virgatus)、36尾深水金线鱼(N.bathybius)和35尾日本金线鱼(N.japonicus)性成熟后的矢耳石样本,运用几何形态测量学方法研究了4种鱼类矢耳石形态识别问题。耳石经图像处理后提取地标点坐标值,进行相对扭曲主成分分析,通过判别分析区分4种金线鱼的耳石,利用薄板样条分析和网格变形分析耳石形态变异。结果表明:在相对扭曲主成分分析中,第1、2、3主成分分别解释了总变异的30.78%、28.44%和11.75%,可以将四种金线鱼耳石区分开来。其中Ⅰ型地标点6、10、11,Ⅱ型地标点2,Ⅲ型地标点7,贡献作用较大,解释了主要形态变异。相对扭曲主成分的逐步判别分析中,四种鱼的平均判别成功率达91.3%;交互验证结果显示,四种鱼的平均判别成功率达89.8%,表明几何形态测量学分析可以作为鱼种耳石识别的有效方法之一,在耳石形态学与鱼种判别研究中具有重要应用价值。     

特征高斯波包叠前深度偏移方法

高斯波包（Gaussian packet）传播算子可在局部时空域高效地计算局部波包的传播.高斯波包叠前深度偏移的基础是在Gabor变换域描述观测数据,再利用高斯波包传播算子计算炮点波场和检波点波场,两者相关即可得到偏移结果.利用炮道集的局部τ-p特征在Gabor变换域表达观测数据,可以仅关注部分高斯波包框架函数上的数据投影,这样既实现了波场的压缩存储,同时可利用高斯波包传播算子反传框架函数以实现整个炮道集的快速反传.这些综合了观测数据局部τ-p特征的高斯波包函数称为特征高斯波包（characteristic Gaussian packet,CGP）,相应的波场反传称为特征高斯波包反传.理论及数值分析证明了上述特征高斯波包反传方法是有效且快速的.炮点正传波场也利用高斯波包传播算子模拟.利用互相关成像条件可实现特征高斯波包叠前深度偏移（characteristic Gaussian packet pre-stack depth migration,CGPM）.由于高斯波包传播算子描述了局部方向及局部空间的波场,所以CGPM可以自然地提取角度域成像道集（ADCIG）,并易于实现面向目标叠前深度偏移,从而作为偏移引擎为偏移速度分析（MVA）服务.数值实验证明了CGPM和面向目标CGPM的有效性和实用性.     

南海大眼金枪鱼(Thunnus obesus)摄食生态研究

根据2011年12月—2013年2月于我国南海海域采用金枪鱼延绳钓以及灯光罩网调查捕获的大眼金枪鱼(Thunnusobesus)的各项基础生物学以及胃含物的数据,对其摄食生态进行了分析研究。结果表明:(1)南海海域大眼金枪鱼的食物组成包括鸢乌贼、帆蜥鱼、金色小沙丁鱼、飞鱼、竹荚鱼、鲐鱼、小公鱼属、圆鲹属以及不可辨别的鱼类与虾类,其主要饵料生物为鸢乌贼(%IRI=45.21),其次为金色小沙丁鱼(%IRI=21.36)和帆蜥鱼(%IRI=13.72);(2)空胃率与平均饱满指数随季节变化明显,空胃率在春季时会达到顶峰(37.9%),秋季时最低(16.7%),呈先下降后上升趋势,同时平均饱满指数也在春季达到最高值(0.33),随季节下降并稳定于0.1,空胃率随性腺成熟度的提高有明显上升趋势,平均饱满度指数在性成熟度Ⅰ期与Ⅵ期均呈现高值(1.18、1.04);(3) Shannon-Weiner多样性指数H′和Pielou均匀度指数J随季节变化呈现出明显的变化,Shannon-Weiner多样性指数H′随叉长组基本在1.52—1.72之间变化, Pielou均匀度指数J随性腺成熟度的提高有逐步下降的趋势;(4)营养长度(NR)较高,说明其摄食的饵料成分多、氮来源较复杂,基础食物来源(CR)和生态位总空间(TA)的冬季指标值近乎夏季指标的两倍;通过δ15N稳定同位素法计算大眼金枪鱼的平均营养级为4.73。总体上,南海海域大眼金枪鱼主要以头足类和鱼类为食,其摄食习性与季节和个体发育相关,在食物链中处于较高营养位置。     

应用水温数据对印度洋黄鳍金枪鱼亲体-补充量Ricker模型的扩展

海洋环境是影响印度洋黄鳍金枪鱼(Thunnus albacares)资源量的重要原因之一。本文根据1960-2002年印度洋黄鳍金枪鱼亲体-补充量数据,基于以0~40m海水垂直平均温度(Verticalaverage sea temperature,VAST)为代表的环境因子对Ricker式亲体补充量模型进行了优化。分析表明,印度洋4月0~5°N、80°E~85°E,5月、6月0~5°N、45°E~50°E,7月、8月5°N-10°N、90°E-95°E,12月5°N-10°N、70°E-75°E等海域的VAST对印度洋黄鳍金枪鱼的补充量影响最为显著,加入这些VAST环境因子的Ricker模型,其AIC(Akaike information criterion)值明显降低,拟合效果得到明显提高,这表明水温等环境因子对黄鳍金枪鱼的种群补偿过程产生了干扰。     

广东茂名大放鸡海区文昌鱼分布与底质关系

利用2003年8月至2004年5月南海大放鸡岛周围水域4个季度采集的文昌鱼Brarchiostoma belcheni和砂样,对文昌鱼进行生物学测定和对干燥后的砂样用12、24、50、100、200和300目等6种筛眼的网筛分选,取得不同粒径砂粒的百分比数据,以砂样数据分别与文昌鱼的平均生物量和资源密度数据配对聚类,发现砂粒粒径为0.36—0.78mm的分布与文昌鱼分布最为密切,且无季节性差别;采用SPSS10.0进行相关性检验表明砂粒粒径为0.36—0.78mm的砂粒百分比与文昌鱼分布相关性高度显著。曼-惠特尼U检验表明砂粒粒径为0.36—0.78mm百分比>50%时文昌鱼密度显著高于粒径百分比≤50%时文昌鱼密度;文昌鱼资源密度和平均生物量分别与砂粒粒径为0.36—0.78mm的砂粒百分比等值线进行叠图分析发现,文昌鱼的季节性移动与砂粒百分比等值线的移动基本一致;利用文昌鱼的资源密度与砂粒粒径为0.36—0.78mm砂样的百分比进行曲线拟合分别得到幂函数曲线、混合曲线、等比级数曲线、指数曲线等4个回归方程,回归相关检验均高度显著,但以混合曲线、等比级数曲线和指数曲线拟合度最好,误差概率最低。     

共和盆地干热岩体人工裂隙带结构的控热机理与产能优化

人工压裂是获取干热岩型地热资源的关键环节,压裂后的人工裂隙带结构对开采条件下水热传递过程具有重要控制作用。结合我国共和盆地干热岩储层地质条件,采用数值模拟方法着重分析干热岩不同产状人工裂隙带的渗透率与宽度对热储中水热传递过程的影响机理,明确不同人工裂隙结构条件下水热产出能力,进而优化井间距。结果表明:当人工裂隙带渗透率较小时（小于5 D）,裂隙带规模越大,开采井温度越高;当渗透率较大时（大于10 D）,在水平裂隙带中,随着裂隙带规模的增加,由于注入冷水的快速扩散导致整体低温区域增加,开采井温度反而降低。在水平裂隙带中注入冷水主要为水平向流动,随着渗透率的增加,开采井温度更易受注入冷水的影响而降低;但在垂直裂隙带及倾斜裂隙带中,随着渗透率的增加,垂向自由对流增强,注入冷水更易于向储层底部高温区域流动,经加热后到达开采井,使得开采温度提升。综合比较,同一井间距条件下,低渗水平裂隙带以及高渗垂直裂隙带的产热能力较其他裂隙带更强。     

硇洲岛海域文昌鱼的分布与栖息地底质关系

为研究清楚南海硇洲岛海域文昌鱼分布的底质环境条件,利用2006年7月～12月3个季度采集的硇洲岛海域沉积物样品,进行8种孔径的套筛分选,取得不同粒径颗粒的百分比数据.运用沉积物的各种参数,结合文昌鱼的分布数据进行分析,发现硇洲岛海域文昌鱼适宜栖息底质类型为细中砂、中砂和粗中砂.中值粒径MDΦ0.547～2.745φ;四分位离差QDΦ0.536～0.980;四分位偏态SKΦ-0.147～0.101;众值粒径MoΦ0.731～3.152.φ0.2～0.85mm粒级颗粒所占比例≥58%时,文昌鱼密度显著地高.聚类分析和回归分析发现0.2～0.85mm粒级含量和文昌鱼分布密度具有明显的相关性.对比各地文昌鱼栖息底质发现,砂质结构基本一致,但具体类型存在地域差异.