基于Sentinel-1卫星数据的北极西北航道通航适宜性分析

北极西北航道对北极资源开发与世界贸易格局有重要影响。针对当前西北航道通航适宜性时空变化分析研究中时空分辨率低、时效性差等问题,利用2015—2019年每年9月及2019年8月1日至9月20日的Sentinel-1 SAR数据,基于k均值非监督分类方法反演了十米级高空间分辨率海冰密集度。通过长时序宏观跟踪和短时序精细分析西北航道全线通航窗口,并以70%的海冰密集度作为阈值,测算了西北航道经过重要海湾及海峡累计不可通航的次数。结果表明：西北航道的航情随冰情而变,通航能力尚不稳定。具体来说,西北航道的冰情呈现东轻西重、南轻北重的格局,不可通航节点个数东少西多、南少北多。2018年9月西北航道通航情况最差,高于可通航阈值的海冰覆盖面积占总航道面积的35.24%,共有10个不可通航节点。2016年和2019年9月的通航情况较好,阿蒙森湾—科罗内申湾—毛德皇后湾—维多利亚海峡—富兰克林海峡—皮尔海峡—巴罗海峡—兰开斯特海峡段航道（航道C）可实现全线通航。进一步通过小尺度时间窗口研究发现,西北航道的最佳通航窗口为8月下旬至9月上旬,期间共出现3条全线通航的航道;最佳通航路线为航道C,其连续通航时间长达30天。     

春季黄、渤海沉积物中CH4和N2O的垂向分布特征研究

本研究分别利用顶空平衡法与qPCR技术测定了2018年春季黄、渤海5个典型站位柱状沉积物中甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)浓度及产甲烷菌与硫酸盐还原菌功能基因拷贝数,并分析了其与间隙水中相关环境因子的关系。沉积物上方水文条件的差异以及其中复杂的碳氮生物地球化学过程使得CH₄和N₂O浓度呈现出明显的空间和垂直变化。结果显示,沉积物中CH₄浓度为0.23~0.92 μmol·kg^-1,N₂O浓度为18.90~104.96 nmol·kg^-1。总体来说,渤海沉积物中CH₄和N₂O平均浓度高于黄海。垂向分布上,CH₄浓度均随深度增加逐渐升高, $\text{SO}_{4}^{2-}$浓度随深度增加逐渐降低,并与CH₄浓度呈镜像关系,产甲烷菌与硫酸盐还原菌的丰度也遵循着同样规律,这表明沉积物中产甲烷作用受$\text{SO}_{4}^{2-}$浓度的抑制。 mcrA基因拷贝数平均值为渤海低于黄海。除3500-7站外,沉积物中mcrA基因拷贝数随深度增加而升高。各站位mcrA 基因丰度与CH₄浓度均无显著相关性,且mcrA丰度与$\text{SO}_{4}^{2-}$浓度之间也未检测到显著相关性。dsrB基因拷贝数远高于mcrA基因拷贝数,且两者相差至少两个数量级。 dsrB基因拷贝数随深度逐渐增加,直至10 cm左右,随后至沉积物底部逐渐减少。各站位dsrB基因拷贝数与CH₄浓度剖面略有镜像关系,但均未检测到显著负相关性。以上结果均表明沉积物中存在着同时消耗沉积物中$\text{SO}_{4}^{2-}$与CH₄的其他作用。N₂O浓度随深度增加先降低,在深度30 cm以下逐渐升高。间隙水中$\text{NO}_{3}^{-}$和$\text{NO}_{2}^{-}$浓度均随深度减小,同时$\text{NH}_{4}^{+}$浓度与其呈相反趋势。沉积物中N₂O与$\text{NO}_{2}^{-}$及$\text{NO}_{3}^{-}$浓度均呈正相关,且前者相关性较高,说明反硝化作用是沉积物中N₂O产生的主要过程。这些结果为进一步了解近岸陆架海域沉积物中CH₄和N₂O的来源、分布及碳氮生物地球化学循环提供了参考资料。     

气举技术应用于深海无隔水管泥浆回收钻井工艺可行性分析

无隔水管泥浆回收钻井技术作为新兴钻井技术,具有安全环保、简化井身结构和降低钻探风险等优点。传统的无隔水管泥浆回收钻井技术依靠水下泵将海底井口泥浆举升至甲板面,该方式对水下泵的举升能力及可靠性要求极高。未来深海钻井领域,水下泵将会是限制无隔水管泥浆回收钻井技术应用的“瓶颈”。本文借鉴陆地气举反循环钻井原理,利用气举技术部分或完全替代水下泵,分别从设备技术现状、流量可调性、适用环境、井控安全等方面探究气举用于无隔水管泥浆回收技术的可行性。结果表明,气举反循环技术及相关设备性能满足无隔水管泥浆回收的使用要求,而且具有上返流量可调、安全等特点,有较高的研究应用价值。     

渤海湾盆地新生代沉降特征及其动力学机制探讨

综合分析了渤海湾盆地新生代以来断裂发育的分布规律,以及伸展量和沉积沉降随时间和空间的变化规律,并结合现今的深部结构特征,试图揭示盆地新生代沉降的地球动力学机制。发现在断陷阶段,断裂发育在时间和空间上控制了沉积沉降中心的迁移;坳陷阶段后期,在断裂作用非常弱的情况下,以渤中坳陷为中心,出现裂后加速沉降现象,并逐渐波及到相邻坳陷。断陷阶段的断裂发育和沉积沉降主要受板块运动形成应力场的控制,其沉降是岩石圈水平伸展和岩石圈垂向热减薄耦合作用的结果;而裂后加速沉降可能是岩石圈垂向密度突然变化及其后迅速热衰减造成的。     

渤海湾西晚更新世以来3期海侵与古河道研究

通过对钻孔岩心详细的沉积特征、微体古生物、测年(AMS 14C、OSL)等综合研究,表明研究区晚更新世以来受到区域性的3期海侵事件影响,多表现为边缘海滨海湖沼相沉积。同时,追踪了3期海侵最大影响边界：晚更新世早期最大海侵(第3海侵层)位于唐官屯-西长屯-梁头镇;晚期最大海侵(第2海侵层)位于大黄洼-三呼庄一带;全新世海侵(第1海侵层)使整个研究区受到影响,其最大影响边界需进一步开展向西追踪工作,前人资料显示可西至文安县。另外,晚更新世以来发育4期古河道,且影响和制约海侵层及影响范围。二者相互作用,形成晚更新世以来的海陆交互沉积地层格架和滨浅海冲海积平原。利用年代学及深海氧同位素MIS(Marine isotope stages)1、3、5阶段3期海侵层标志层位等,对4期古河道形成时代进行了限定。结果表明,自下而上的4期古河道形成于MIS 5、MIS 4、MIS 3晚期-早全新世早期、晚全新世。研究结果可为该区域晚更新世以来的古地理演变、陆海变迁及水工环地质调查提供重要的地学资料。     

四川广元上寺剖面长兴阶放射虫动物群演变及控制因素

对四川广元上寺剖面大隆组的放射虫动物群进行了详细的鉴定和丰度、分异度的统计。发现该放射虫动物群丰度和分异度均较低,以泡沫虫和内射虫为主,含少量十字多囊虫的分子;其丰度和分异度与长兴期海平面变化具有很好的耦合关系:放射虫丰度、分异度较大的层位对应于长兴早期和长兴晚期两次最大海侵事件发生的层位。相对长兴晚期而言,长兴早期放射虫的丰度和分异度较大,这与长兴早期水体相对较深有关。此外,有孔虫与放射虫丰度变化呈现很好的负相关性,这与它们不同的生活习性和水深的变化有关。分析表明:水深的变化是上寺剖面放射虫动物群演变的主要控制因素。     

地质流体对砂岩储层黏土矿物的影响——以渤海海域古近系为例

根据偏光显微镜、扫描电镜和X-衍射等分析手段获取的数据和资料,分析对比了早期沉积水介质、幔源CO2流体、大气水、超压流体和充注烃类等对储层黏土矿物的控制作用。研究表明,早期沉积水介质是储层黏土矿物的决定性因素,微咸水-半咸水湖盆储层黏土矿物以伊利石为主,淡水湖盆储层黏土矿物以高岭石为主;幔源CO2流体侵位后带来明显的储层改造和热波动效应,储层中I/S中S%含量低于同深度泥岩,储层中高岭石含量明显偏高。欠压实超压储层中黏土演化明显滞后,表现在I/S中S%含量低于同深度泥岩和常压储层。油气层高岭石含量往往远高于相近深度的水层,可能与充注烃类携带的有机酸的溶蚀作用有关,另外,烃类充注后形成的惰性成岩环境也有利于高岭石的保存,高岭石的高含量带常与油层及高渗层相对应;受大气水淋滤的储层,以长石大量溶蚀,富含高岭石为特征,储层孔隙度一般较高。     

香港西贡滨珊瑚REE的地球化学特征及其与海平面变化的关系

用ICP-MS技术测定了位于珠江口西岸香港西贡滨珊瑚在1991～2002年(分辨率达到0.5a)的稀土元素(REE)含量。实验结果显示香港滨珊瑚REE具有Ce负异常、重稀土富集这种典型的海水相分布模式。香港滨珊瑚中REE含量处于目前已见报道中的高值范围,与巴布亚新几内亚珊瑚的REE含量相当。通过与不同地区的比较,香港珊瑚高REE含量很可能就是毗邻的珠江水体高REE的直接反映,而且同南海北缘半封闭边缘海的性质有关。香港珊瑚REE的来源主要为珠江口及其相邻的陆缘沉积物。此外,1991～2002年香港珊瑚REE含量年际下降趋势十分明显,Ce负异常和重稀土富集的程度也呈加剧的趋势,分布模式向海水相转化。REE含量与海平面的年际变化之间有显著的负相关关系(r=-0.7～-0.9),而且重稀土与海平面的相关系数优于轻稀土。上述结果揭示了热带滨珊瑚对近期全球变暖、极冰融化和海水膨胀所引起的海平面快速上升的响应。     

露头剖面层序中的海平面变化研究

在以往的沉积研究中，常常用露头剖面中的相对水深变化来讨论海平面的变化规律，本文通过对塔里木盆地北部寒武纪反映相对海平面变化的上超点变化曲线与肖尔布拉克地区寒武系露头剖面中相对水深变化曲线的对比研究发现，上超点变化曲线与相对水深变化曲线具有明显的差异，前者在寒武纪呈持续上升趋势，而后者除早期有一快速上升外，总体呈持续下降趋势，这说明相对水深变化虽与海平面变化存在着本质的联系，但单凭露头剖面中相对水深