基于康达效应的海底集矿装置流场与集矿特性试验研究

海底集矿作为深海矿产资源开发的核心技术之一,直接影响到矿石采集效率和海底沉积物受扰动程度。基于康达效应的水力集矿装置因具有结构简单、可靠性高及对海床扰动小等优点,受到广泛关注。针对基于康达效应的水力集矿头模型进行3种类型的试验研究：1)利用粒子图像测速(PIV)技术测得集矿流场速度分布,试验发现流体质点在靠近凸曲面壁处流速和沿法线速度梯度较大,而远离凸曲面壁处则相反;2)通过高速摄像和图像处理获得球形矿粒运动轨迹和速度,试验发现了不同射流流速下5种典型矿粒运动形态;3)分析了射流流量对矿粒采集率的影响,试验得到了颗粒采集率关于射流流量的变化曲线,并根据变化特征划分为增长区、缓变区和跃升区。研究可为新式集矿装置的优化设计与性能分析提供参考。     

Fluid-driven Hydrovolcanic Activity along Fracture Zones and near Seamounts: Evidence from Deep-sea Fe-rich Spherules,Central Indian Ocean Basin

An insight on occurrence of Fe-rich spherules from the Central Indian Ocean Basin (CIOB) provides an understanding of their distribution at a water depth of >5,000 m. In the present study, Fe-rich spherules are identified to occur in two different sediment types (i.e., siliceous and pelagic) and tectonic settings (i.e. near seamounts and fracture zones). These are single spheres or aggregates, of different sizes (63 to 390 μm) and show textural variability (smooth/quenched, brickwork, corkscrew, interlocking and dendritic). A comparative study based on physical morphology and chemical composition suggests a common mechanism of formation. The association of spherules with fracture zones (FZ) and seamounts signifies that morpho-tectonic features play an important role in fluid-driven hydrovolcanism. Based on the evidence and geologic conditions existing in the basin, we conclude that molten fuel-coolant interaction (MFCI) coupled with submarine hydrothermal exhalations could be an ideal mechanism for the formation of spherules and Fe-particles. The accretion of the spherules on the surface sediments could be a result of recent volcanic phenomena, while those occurring at different depths (280–355, and 460–475 cm-bsf) within the sediment core indicate two different episodes. The study provides a global implication in understanding fluid-driven magmatism in a deep-sea intraplate environment.     

云南景洪上泥盆统南光组沉积环境新议

云南景洪东南地区出露一套泥盆系,前人将其以粗粒碎屑岩为特征的部分命名为怕当组,根据腕足类化石鉴定其地质时代为中泥盆世;以碎屑岩、凝灰岩为特征的部分被命名为南光组,根据植物化石斜方薄皮木（Lepotophloeum rhombicum）划归晚泥盆世。对其沉积环境尚存在陆相和海陆交互相、浅海陆架相、半深海-深海相沉积环境的不同认识。本研究发现,粗粒碎屑岩层序中也发现有晚泥盆世标准植物化石斜方薄皮木（Lepotophloeum rhombicum）,并且粗粒碎屑岩层序位于剖面上部,南光组位于剖面下部,说明两者的地质时代均为晚泥盆世。故建议废除怕当组,将两者合并为上泥盆统南光组。南光组具有典型的鲍马序列特征,含有放射虫等海洋环境生物化石,属于深海浊流沉积层序。     

天然气水合物钻探取样技术现状与研究

通过资料调研与研究,综合分析了国外深海天然气水合物钻探取样工具的结构原理、技术参数、作业过程、主要特点以及对设备的要求等。同时简要介绍了我国“十一五”期间取样装置的研制进展情况。     

北大西洋IODP U1313站位早更新世深海沉积物陆源组分粒度特征及其环境意义*

北大西洋地区是全球环境变化研究的热点区域。对IODP（国际综合大洋钻探计划）北大西洋306航次U1313站位深海沉积物陆源组分的粒度分析发现,陆源组分主要由黏土(粒径小于4μm)和极细粉沙(4～8μm)两个粒级构成,以黏土为主,分选性较差。通过与钙质超微化石、有孔虫等生物化石资料和同位素测年等技术相结合,重建了古气候的变化情况：(1)2.415～1.897 Ma BP,气候呈周期性波动;(2)1.897～1.640 Ma BP,气候变化相对平缓;(3)1.640～1.471 Ma BP,气候波动剧烈且频繁。粒度指标所反映的几次粗颗粒增多事件与早更新世期间数次气候变冷事件的发生时间一致。1.6 Ma BP前后粒度参数的突然变化,可能与地球轨道参数的改变有关,进一步证实地球轨道参数作为气候系统外部驱动力的重要性。     

西太平洋深海科学观测网的建设和运行

西太平洋科学观测网是由中国科学院海洋研究所自主建成的大洋观测网络。深海数据的连续获取和实时传输对海洋与气候预报和海洋环境安全保障意义重大,世界海洋大国纷纷致力于其关键技术和系统集成的攻关。在中科院战略性先导科技专项的资助下,中科院海洋所经过统筹安排和周密部署,3年多来先后组织西太平洋综合考察航次3次,成功布放和回收深海潜标73套次,建成了由16套深海潜标组成的我国西太平洋科学观测网并实现稳定运行,获取西太平洋代表性海域连续3年的温度、盐度和洋流等数据。在2016年航次中,中国科学院又攻克了潜标数据长周期稳定实时传输的海洋观测难题,实现了深海数据的"现场直播",截至2017年9月,深海数据已成功连续实时回传260余天。以此为标志,我国的大洋科学观测网建设实现了批量化、标准化和常态化。深海观测数据的长时间连续积累和实时化传输,将提升我国深海科学研究能力,加速我国海洋与气候预报业务系统建设步伐,满足海洋强国建设、"一带一路"倡议对海洋环境安全保障的重大需求。"十三五"时期,我国正全面推进深海进入、深海探测和深海开发的深海战略,深海科学观测网建设技术和潜标数据实时传输技术对我国深海探测能力的提升意义重大。     

压力及温度对海洋动物生理影响的研究进展

随着海洋深度的增加,压力逐渐升高而温度逐渐降低。因此,应对压力和温度变化的能力直接影响着海洋动物的垂直分布模式。本文综述了近年来国际上关于压力及温度对海洋动物生理影响的研究进展,概述了3种常用的研究方法,包括直接比较不同深度近缘海洋动物的差异、使用加压装置培养海洋动物、在常压及原位温度下培养深海动物;然后归纳了压力及温度对海洋动物生理的影响,包括有机渗透调节物质浓度及蛋白质序列、胚胎及幼体发育速率和畸变率、行为模式及代谢速率、基因表达水平;最后讨论了海洋动物适应高压环境的生理机制,压力对海洋动物垂直分布的限制能力,以及浅海动物和深海动物的起源关系。     

深海能源土含气储层力学特性三轴试验研究

为研究深海能源土在负压开采过程中含气储层的力学特性,基于含气土赋存理论,提出一种能够控制含气量及气泡大小的制样方法,通过GDS标准应力路径三轴试验系统,开展深海能源土含气储层的固结排水试验研究,分析深海能源土在不同黏土含量及不同含气量下的力学响应规律。研究结果表明：围压变化对深海能源土含气储层的抗剪强度峰值大小影响显著,围压越大抗剪强度峰值越高;黏土含量是决定应力应变曲线变化趋势的关键影响因素,黏土含量越高试样抗剪强度越低,试样抵抗应变软化效应的能力越强;含气土比饱和土体承载能力更低,且承载能力随含气量的增大呈衰减趋势;黏土含量和含气量是深海能源土含气储层抗剪强度指标的重要影响因素,黏土含量、含气量越高,土体自身的总抗剪强度值越低。     

深海化能极端环境中劳盆拟刺铠虾(Munidopsis lauensis)的全长转录组测序分析

劳盆拟刺铠虾(Munidopsis lauensis)是一种十足目铠甲虾, 能够适应深海化能合成生态系统的极端环境, 但是其已知基因序列信息却很少。为此, 采用PacBio平台的SMRT测序技术对来自南海台西南冷泉劳盆拟刺铠虾的肝胰腺、鳃、肌肉和肠混合组织进行了三代全长转录组测序。通过聚类、校正、去冗余之后共获得28 811条高质量isoform, 平均长度为2 086 bp, N50长度为2 275 bp。使用Nr、SwissPort、KEGG、KOG数据库对转录本序列进行功能注释, 共有20 616 (71.56%)条isoform得到注释。进一步高级注释共获得21 848个蛋白编码序列, 共预测到537个转录因子、6 430个长链非编码RNA和10 060个SSRs位点。KEGG通路分析发现两条可能与劳盆拟刺铠虾适应深海化能极端生境相关的通路, 分别为过氧化物酶体通路和谷胱甘肽代谢通路。其中, 共有180条isoform被发现参与编码过氧化物酶体通路中的31个关键酶, 213条isoform参与谷胱甘肽代谢通路中19个关键酶的编码。基于全长转录组数据, 利用同源比对、功能结构域预测及系统发育树构建等方法对劳盆拟刺铠虾谷胱甘肽S-转移酶(GST)基因家族进行挖掘与鉴定, 共发现属于theta、delta、mu、kappa四种亚家族的20条GST候选序列。通过对劳盆拟刺铠虾全长转录组测序、功能注释和环境适应相关的重要基因及通路的分析, 不仅丰富了深海组学数据资源, 也为进一步揭示甲壳动物适应深海化能极端环境的分子机制奠定了基础。     

基于长基线系统深海采矿ROV精确定位

对于深海采矿集矿机ROV的定位,采用传统的长基线水声定位系统通常存在较大误差。对此提出了一种新的算法模型,首先通过比较集矿机测量位置与前一次修正位置的几何关系,对当前集矿机的位置进行修正,然后利用新的集矿机位置修正声速的数值,并得出重新修正后的集矿机测量位置。这样反复的多重迭代使得在某一时刻集矿机ROV的测量位置逐步趋近其理想位置,实现长基线系统的水声精确的三维立体定位。通过数值仿真分析,结果显示与传统的长基线水声定位方法相比,通过该方法获得的集矿机行驶轨迹能更好地趋近其理想行驶曲线,表明该算法的有效性。