空间数据挖掘在海域天然气水合物资源评价中的应用

海域天然气水合物早期勘探阶段多使用地震调查方法,利用BSR和速度异常等指标圈定水合物矿体进行资源评价、优选预测勘探目标。阐明了空间数据挖掘技术在天然气水合物早期勘探评价阶段的应用,并通过珠江口盆地东部海域多道地震速度分析中所获速度异常信息,应用核密度估计方法,定量地划分了2个天然气水合物有利分布区(面积分别为18 km2和70 km2),进而为后期天然气水合物试采生产提供了重要依据及基础数据。     

弹性能量半径演化谱及其在多自由度体系地震反应计算中的应用

目前用于结构抗震设计的反应谱仅能反映峰值反应,无法体现反应值随时间的变化。文中提出一种弹性能量半径演化谱,可反映线性单自由度体系弹性能量(即动能与弹性势能之和)随地震持时的变化,且其峰值近似等于结构峰值位移。文中给出了利用地震动演化功率谱得到该演化谱的方法并进一步发展了一种计算线性多自由度体系地震位移反应的新方法。通过两座框架结构的地震反应计算,将新方法与传统振型组合法及时程分析法的计算结果进行对比,发现对于振型稀疏结构,新方法计算结果与SRSS法接近;而对于振型密集结构,新方法计算结果较CQC法更精确,且避免了CQC法相关系数的复杂计算。     

淮南深地重力观测的环境噪声评估与慢地震探测潜力

深地实验室的低噪声特性为高精度连续重力观测提供了理想的外部条件.为了揭示深地观测环境对重力观测精度的提升效果,本研究利用CG-5型和CG-6型各两台重力仪,在淮南煤矿的地下和地表同时开展重力观测.为减小仪器性能差异对结果的影响,先在淮北重力站进行同址观测.研究结果表明,相比于地表观测,地下观测可以减少1/3至1/2的线性漂移和1/3左右的非线性漂移,提取的潮汐因子精度也更高.地下非线性漂移的功率谱密度比地表低,二者差异在半日波频段最大可达15 dB.相比于地表和山洞,深地观测在次地震频段有明显的低噪声优势.地震位错理论计算结果表明,冲绳海沟7级左右的地震可在淮南深地试验场产生大约0.003 μGal的重力变化,超过0.001 μGal的超导重力静态观测精度.因此有望利用淮南深地实验室,在次地震频段的低噪声优势环境下开展超导连续重力观测,捕捉冲绳海沟可能存在的7级以上慢地震事件.

     

基于谱元法的广域电磁法三维正演模拟

为了提高广域电磁法三维正演精度和效率, 本文提出采用基于Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)多项式的谱元法进行广域电磁法三维正演模拟.首先从麦克斯韦方程组出发, 推导了二次场满足的电场双旋度控制方程, 利用伽辽金加权残差法将微分形式的边值问题转换为积分弱形式, 再通过单元剖分和高阶正交基函数插值对全域问题进行离散, 最后通过求解大型线性方程组得到全局的数值解.层状介质模型验证了算法的正确性和精度, 三维地电模型分析了算法稳定性以及广域电磁法响应特征.研究表明谱元法是进行广域电磁法三维正演模拟的有效方法, 具有高精度、低网格依赖性等优势.

     

基于自适应有限元正演的大地电磁法三维反演算法研究

目前大地电磁法三维反演大多基于有限差分正演.反演使用规则六面体网格无法有效模拟复杂地形, 同时正反演网格同套存在严重影响反演可靠性的问题.针对上述两个问题, 本文利用自适应有限元算法, 开发了基于非规则六面体的高精度大地电磁三维正演方法; 反演中, 使用独立的反演网格和正演网格来提高正演计算精度和反演可靠性.这一思路既保证了正演响应和灵敏度矩阵计算的精确性, 又降低了因反演参数过多造成的不唯一性.最后, 通过算例验证了正演算法的精确性和反演算法对地形处理的有效性.

     

山东—辽东半岛周边海域沉积物粒度特征对元素化学成分的制约

为研究山东—辽东半岛周边海域沉积物粒度及沉积物类型对地球化学成分的控制作用,分析了该海域135个表层沉积物粒度和常微量元素组成。结果表明,研究区沉积物常微量元素组成与粒度关系密切:SiO2含量与平均粒径大致表现为负相关;Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、Cr、V、Zn、Co、Ni、Cu与平均粒径大致表现为正相关;而CaO、K2O、MnO、Na2O、P2O5、Ba、Sr、Zr、Pb则与平均粒径没有明显的相关性。砂、粉砂质砂、砂质粉砂及粉砂4种沉积物类型中的元素分布也呈现明显的差异性,常量元素[Mean(s)]/[Mean(t)]值在粉砂质砂沉积物中最接近1;颗粒最粗的砂的变化趋势与粉砂质砂较为一致;较细颗粒的砂质粉砂和粉砂,[Mean(s)]/ [Mean(t)]值变化较大,除了SiO2和K2O之外,多数元素表现为>1。微量元素在较细颗粒的粉砂和砂质粉砂分布较为相似,表现为较大幅度的波动;而较粗颗粒的粉砂质砂和粉砂则变化较小,[Mean(s)]/[Mean(t)]值略2/TiO2和Al2O3/TiO2为指标来研究现代河流入海物质的输运范围,揭示了黄河入海物质可以大范围运移至渤海中部(121.5°E),后沿山东半岛近岸一直输运至南黄海中部,而朝鲜半岛来源物质主要集中在123°E以东区域。     

红土中细粒状铁锰结核的存在及其对粒度测试的影响

设计了针对红土的两种粒度分析方法,对比分析了铁锰结核对红土粒度分析结果的影响以及加入HCl对铁锰结核与红土粒度测试的影响。结果表明:(1)细粒铁锰结核对粒度测试结果有较大影响,特别是粗粒含量的增加。而盐酸可以有效地与细粒铁锰结核反应,使得粒度测试结果更接近真实值。因此,对于铁锰结核发育的红土层,若需通过粒度来分析其沉积动力特征,其粒度测试的前处理过程加入盐酸是非常有必要的。(2)盐酸的加入对红土中μm的黏土粒组有较大影响,这可能是盐酸与黏土矿物发生了化学反应,使得黏土粒组的相对含量减少。因此,对于铁锰结核发育的红土层,若需要通过粒度分析其风化过程,其前处理应当慎重选择是否加入盐酸。     

未来月球熔岩管科研工作站能源供给的数值模拟

在月球熔岩管内建立科研工作站可以避免很多自然灾害, 因此月球熔岩管长期被认为是人类探索月球建造科研基地的理想场所.Apollo 15和Apollo 17实测资料表明月表具有极低的导热系数, 所以月球风化层的温度在深度超过50 cm的区域保持在较低的恒定值(~250 K).因此, 在熔岩管内建立科研工作站需要考虑维持人类宜居温度的供热问题.在不考虑熔岩管轴向热量流失的情况下, 本文建立了二维瞬态热传导的有限元数值模型, 定量研究了位于赤道和极地地区的单位轴向长度(1 m)熔岩管加热到宜居温度的时间、维持在宜居温度所需要的供给功率以及利用太阳能给熔岩管供电等问题.结果表明, 对于直径为20 m的单位长度的管洞, 在Apollo测量点和极地地区分别采用6280 W及16328 W的加热功率一个月球日内就可以将其加热到宜居温度(~293.15 K).在维持宜居温度阶段, 熔岩管壁热量在向四周传递的同时热流也在逐渐减小.结果也表明, 为了节约能源, 月球科学研究站应建在赤道地区平均温度较高、深度较深、直径较大的熔岩管处.而且如果在熔岩管壁处增加0.5 m厚度的风化层作为绝热层可以进一步减小加热功率和热量损失.因此, 在加热阶段位于赤道地区直径为20 m且含绝热层的熔岩管在前三年需要20L~120L W(L(m)为实际熔岩管的轴向长度)的加热功率和0.06L~0.4L m²的太阳能电池板.3年后, 仅需15L W的功率和0.05L m²的太阳能电池板即可满足室温需求.我们的研究将为今后在月球熔岩管内建立科学研究基地提供科学指导.

     

安达曼海东部凹陷渐新世以来断裂–构造演化特征及其成因探讨

本文研究内容为印度洋东北部边缘海安达曼海的构造演化。利用安达曼海域东部大范围二维地震数据资料及钻井数据,结合区域地质概况以及前人研究成果,选取8条具有代表性的断层并将其划分为一级和二级断裂,运用生长指数法和古落差法对断层进行定量分析,再通过计算安达曼海东部凹陷4条主测线的构造沉降量,探讨构造演化过程。结果表明：选取的生长断层中3条属于一级断裂,跨度大,几乎切穿整个地层,属于控制安达曼海域地区沉降的大断裂;另外5条属于二级断裂,控制构造带的展布情况,属于构造带的分界线。渐新世时期,印度–澳大利亚板块与欧亚板块之间处于软碰撞阶段,断层发育缓慢,上下盘落差较小,生长指数与构造沉降量也处于低值;中新世时期,板块之间的耦合效应不断增强,断层发育速度加快,此时上下盘厚度最大,是形成多处断裂带以及多种断裂样式的关键时期,各地层生长指数和构造沉降量也达到峰值。上新世至今,安达曼海沟–弧–盆体系逐渐稳定,断层活动减弱,断裂上下盘厚度差基本一致,生长指数差异较小,构造沉降量基本稳定在 1 km 左右。     

日本海中尺度涡旋时空变化特征研究

本文利用1993–2019年基于海表面高度异常的涡旋数据集和高度计数据统计分析了日本海区域中尺度涡旋的大小、极性、生命周期、振幅、传播等表面特征的时空变化规律。27年间,共探测到1 429个涡旋,气旋和反气旋数量基本相当,其中气旋675个,反气旋754个。两种极性涡旋均具有较强的季节变化：秋季较多,冬季次之,春季最少。郁陵盆地、大和盆地等为涡旋多发区域呈现西南–东北向带状分布。其中,南部海域反气旋占优,靠近津轻海峡的北部海域气旋占优。西部和南部受东韩暖流和对马暖流的驱动,涡旋移动方向与流场基本一致,北部涡旋与黎曼寒流以及副极地锋流有关。研究表明,动力学不稳定是涡旋在秋冬季大量产生的重要原因。此外,半封闭盆地、局地流场以及复杂的海气相互作用等都可能会对涡旋的产生和消亡造成一定影响。