海底热流长期观测系统研制进展

浅海和俯冲海沟等海域,不仅是矿产和油气资源主潜力区,也是构造地震频发区,其浅表热流和深部温度信息对于了解板块俯冲和岩浆活动等过程至关重要.这些区域浅层地温场和热流场受到底水温度波动（BTV）强烈扰动,其背景热流需由长期观测来获取.在全面分析了国内外海底热流长期观测技术特点后,我们提出了系缆式海底热流长期观测方案,2013年起陆续开展了部分核心技术的预研究及一系列海底、湖底及浅孔试验.结果表明：（1）自主研制的长周期低功耗微型测温单元,在2~36℃的环境下可连续观测1年;系缆式投放与回收方案即使在地形陡峭、1.5 kn流速及无动力定位等条件下仍然可行.（2）南海北部BTV总体随水深变浅而增强,在浅水区对浅层地温场扰动不可忽略.例如,在水深2600~3200 m和850~1200 m海域分别为0.025~0.053℃（17天内）、0.182~0.417℃（2天内）,而台西南盆地北坡（水深763 m）夏季的海底热流由浅表的0.69 W·m^-2转变为0.83 m以深的-0.25~-0.05 W·m^-2.（3）兴伊措和湖光岩玛珥湖BTV向深部传导过程中其幅度逐渐减弱、相位滞后,进而导致热流方向与强度随季节发生变化.而康定中谷浅层（7 m内）地温在不同深度处同步波动,且冬高（35~36℃）夏低（28~32℃）.推测为夏季大量降雨所致;其热流浅部低（0.504 W·m^-2）深部高（0.901 W·m^-2）,指示着鲜水河断裂带深部热流体上涌.这些预研究工作为后续系缆式海底热流长期观测系统的正式研制与应用奠定了扎实基础.

     

海底热流长期观测系统中低功耗测温单元的设计与实现

为满足在底水温度波动较大的海域进行海底热流原位长期观测的需求,研制了一种低功耗温度长期采集电路,并与钛合金耐压外壳集成为微型自容式测温单元,在室内和海上进行了一系列测试。室内测试结果表明:当测温电路进行连续采集时,其平均动态电流为2.1 m A;当电路不进行采集工作保持低功耗状态时,整个测温电路的电流消耗达到最低值,实测为4μA,达到预期设计指标。通过将微型测温单元捆绑在海底地震仪上,在南海西沙和东沙海域成功进行了6个站位的海底原位底水温度长期观测测试,获取了最长约17 d的底水温度波动数据,验证了测量电路的稳定性和实用性。     

Kirchhoff向下延拓法在海洋合成多道地震走时反演中的应用*

海洋多道地震数据建模和成像是获取洋壳速度和构造信息的重要手段。海水层的存在使得多道地震拖缆接收到的折射波走时信息仅仅存在于较远的炮检距, 近炮检距被强振幅海底反射波覆盖, 制约了走时数据拾取和反演效果。本文基于波动方程的Kirchhoff积分法, 成功实现了多道地震数据向下延拓, 获取到了更大炮检距区间的初至折射波走时拾取, 并将其应用于洋中脊新生洋壳2A/2B层的合成多道地震数据走时反演。比较向下延拓前后的走时拾取范围及走时反演结果表明, 向下延拓法能够保持地震波场的运动学和动力学特征不变, 在共炮集数据的更大炮检距范围内进行初至折射走时拾取, 从而增加反演的数据选择和浅层射线覆盖, 反演结果能更加准确地分辨出洋壳2A/2B层界面, 并得到更高的分辨率和更准确的速度结构剖面。