海底地震仪(OBS)主动源转换横波的应用

横波（S波）为偏振波,具有不同于纵波（P波）的特性,对于地震探测具有特殊的意义.在被动源地震探测中已得到广泛的应用,如接收函数、S波分裂等.在主动源（气枪）海底地震（OBS）探测中,震源在水中,S波为地层转换波,其应用还不多.本文在介绍转换S波的产生、模式、处理和识别的基础上,以实例为切入点简述其具体应用.这些应用主要是基于1D/2D转换S波,用于揭示海底岩石类型、推断地壳性质、共轭陆缘问题、判定地幔蛇纹石化、估算天然气水合物的饱和度和预测流体等.目前在南海已获得了大量的2D和3D的OBS转换S波数据,可将转换S波的研究逐步从2D发展到3D研究,同时结合其他地球物理资料进行共同分析.利用转换S波的研究,有利于揭示南海扩张停止后形成的海山下不同地层的岩性和判定上地幔低速的性质等.      

南海中央次海盆OBS位置校正及三维地震探测新进展

南海中央次海盆首次开展的三维海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)探测试验, 对于全面认识南海扩张脊处速度展布特征及海底扩张历史有着重要意义.海底地震仪的位置是研究三维地震结构的关键参数之一, 高精度的三维OBS数据处理, 决定着后期地震结构反演模型的分辨率与准确性.利用直达水波走时信息, 综合最小二乘法反演原理, 并采用蒙特卡罗法模拟OBS降落海底的过程, 完成了南海中央次海盆试验区39台OBS数据格式转换与位置校正工作; 同时探讨了蒙特卡罗法应用于位置校正的精度问题.处理后OBS综合记录剖面中展示了多组清晰可靠、来自珍贝-黄岩火山链下深部结构中的P波震相, 如Pg、PmP和Pn震相, 为下一步南海中央次海盆的三维层析成像奠定了坚实数据基础.      

南海海底地震仪三维深地震探测的进展及挑战

获取深部速度结构是认识南海形成演化模式的基础.海底地震仪（OBS）二维与三维深地震探测技术是获取深部速度结构最成功的方法之一.OBS三维探测结果揭示:西南次海盆横跨残留扩张脊两侧洋壳不对称增生的速度结构特征;东部次海盆具有4种不同洋壳类型的速度结构;珍贝-黄岩海山链是在海盆停止扩张后6~10 Ma岩浆活动形成的;东沙隆起区显示了张裂期后的岩浆活动及其上涌通道;南海东北部马尼拉俯冲带前缘是受到张裂期后岩浆活动影响的减薄陆壳.IODP367-368钻探区实施的OBS三维探测将以建立南海洋陆转换带（COT）张裂-破裂机制模型为科学目标.OBS三维探测方法在南海各向异性、岩浆活动、形成演化等方面将继续发挥着不可替代的作用.      

Kirchhoff积分法OBS数据地震波场延拓

针对海底地震仪(OBS)数据基准面校正的特殊性,采用Kirchhoff积分法对中国南海实际OBS资料进行了基准面校正处理,将炮点延拓到OBS所在处的海底面上,取得了预期的效果。分析表明该延拓法对地震波场的分辨率及信噪比影响不大,且与静校正方法相比较,该方法能够得到地下地层较真实的速度场,这对于后续的动校正、叠加等常规处理十分重要。     

基于浆液浮力试验的盾尾管片纵向上浮特征研究

针对围岩地层中盾尾管片易发生大上浮的问题,基于自主研发的浆液浮力测试系统,得到浆液浮力的非线性变化规律,并基于等效连续梁理论建立能综合考虑浆液时变性、浆液上浮力的非线性分布特征、施工步累加效应的精细化盾尾管片纵向上浮模型,最后结合广州某地综合管廊盾构施工上浮实测结果,验证了该模型的可靠性。研究结果表明：随着浆液所受压差与所处地层渗透性的增大,浆液浮力消散速度呈现增大趋势,盾尾管片上浮量呈现减小趋势;盾构在强风化含砾砂岩地层中掘进时,上浮特征曲线满足先增大后减小,最后趋于稳定的规律,并且在20 kPa压差作用下,最大上浮量达151.74 mm,该位置距离盾尾39.2 m,最后在距离盾尾70 m附近上浮达到稳定,此时上浮量为145.2 mm;建立的盾尾管片纵向上浮模型进一步地揭示了浆液固结规律对其上浮特征的影响机制,与实测结果基本一致。该研究成果可用于盾尾管片上浮变形预测,为相似工程提供设计理论基础。     

南海西北次海盆及其邻区的地热流特征与研究

西北次海盆是南海海盆的一个重要构造单元,揭示西北次海盆的地热流特征对于整体认识南海海盆热状态和热结构至关重要.沿着OBS2006-1地震剖面采集的一批实测地热流数据显示,该热流探测剖面横穿南海北部陆坡、西北次海盆、中沙隆起、东部次海盆4个构造单元,结合地震解释剖面等资料对西北次海盆进行地热流特征分析及研究.结果表明:西北次海盆的平均热流密度值为104.5±9.9 mW/m2,与中沙隆起相邻的东部次海盆北部的平均热流密度值为97±2.5 mW/m2,热流密度值的空间变化与地幔埋深起伏相对应,并受地幔热源所控制;通过研究热流异常点,发现水深相近的相邻站位之间的海底表层沉积物温度差异是判别测站受海底地下水热循环影响程度和类型的依据之一;用最新海洋地热流探测成果,结合区域地质与地球物理资料,推测西北次海盆形成演化时代与西南次海盆相近,只是它的生命史比较短暂.      

结构性砂土海床管道上浮破坏的离散元模拟

借助离散单元法（DEM）建立海底管道上浮模型,模拟分析了不同胶结强度下胶结试样的力学特性;通过微观力学响应（局部变形、胶结点破坏分布和位移场）对海底管道上浮破坏机制进行分析;对比分析了海床砂土胶结强度对管道上浮土体破坏的影响（上浮抗力和地表隆起量）。结果表明：伴随土体变形和胶结破坏,上覆土体的渐进破坏主要集中在上覆土体区域内;土表隆起量随着管道上浮位移的增长而增长;胶结强度较高时,管道周围土体无回填行为,上覆土体有拉裂带形成,仅管道附近土体产生胶结破坏,峰值上浮抗力随海床砂土胶结强度的增加有显著提高     

深海海底边界层原位观测系统研发与应用

为进一步研究南海北部陆坡海洋动力过程对深海海底边界层的影响,研发了“深海海底边界层原位观测系统(In-situ Observation System for Bottom Boundary Layer in Abyssal Sea)”,ABBLOS。观测系统主体为坐底式深海运载平台,最大工作水深可达6 700 m(实际工作水深取决于搭载设备的耐压水深),是研究深海海底边界层问题的重要技术创新。观测平台由上下两部分框架结构组成,上部框架用于搭载和回收观测设备,下部支撑架为配重,并且用于提供距离海底1 m的观测空间;同时创新性地设计了“卡槽定位-螺栓紧固”的连接方式连接上下两部分,连接方式简单可靠,保证了平台回收成功率。ABBLOS集成了75 k-ADCP、高频ADCP、ADV、高精度压力计、海底摄像机等设备,以及甲烷、温盐深、浊度、溶解氧、氧化还原电位等传感器,首次实现了内波、中尺度涡等海洋动力过程与海底边界层物理化学参数的动态变化同步观测,特别是可以观测距离海底1 m高度范围的水体流速剖面,并且达到7 mm一层的垂向空间分辨率。研制完成后,2020年在南海北部陆坡神狐海域655 m和1 405 m水深处分别成功布放并回收,观测时间共计34天,采集到观测站位上覆海水的流速剖面结构,捕捉到了平均周期为1天1次的内波作用过程,以及海底边界层的多种物理化学参数。初步分析655 m水深处的观测数据后,发现深海海底边界层的温度、压力、溶解氧、密度和盐度等参数受控于海洋潮汐过程,尤其是温度和压力的变化基本与潮汐周期同步。海底边界层氧化环境较为稳定,甲烷浓度由高变低,但是基本在海洋溶解甲烷平均浓度范围内。与潮汐相比,内孤立波对深海海底边界层水体的影响程度较小,但是明显可以引起沉积物的再悬浮,引起的海底边界层的海水浊度从背景值的0.01 NTU增大到48 NTU,海底摄像机也记录到了内孤立波期间深海底层海水突然变浑浊的过程,说明南海内孤立波可以影响海底沉积物的输运。     

海底电磁接收机新进展

海洋电磁法广泛用于物理海洋学、地球物理学、水下目标检测等领域,以上研究及应用均建立在对海洋环境下的电磁场信号高精度观测基础上。用于海底电磁场高精度观测的海底电磁接收机,需要解决仪器的高可靠性投放回收、高稳定性水下作业、低噪声、大动态范围、低时漂等一系列技术难题。文中介绍了中国地质大学(北京)近些年来在海底电磁接收机研制方面为达到以上目标所取得的一些经验、成果以及最新进展。新海底电磁接收机的典型电场本底噪声为槡0.1 n V/m/Hz@0.5 Hz,动态范围大于110 d B,时漂小于5 ms/day,与国外同类先进产品技术指标平齐。截止到2016年初,累计完成了约60站位的海底电磁数据采集作业,2012年以来接收机回收率达到100%,获取了多批次高质量的海底MT及CSEM资料,研制的接收机成功应用于水合物勘查及油气勘探领域。     

珠江口盆地深水区晚中新世以来构造沉降与似海底反射（BSR）分布的关系*

2007年中国在南海北部神狐海域通过钻探首次获得天然气水合物样品,证实了珠江口盆地深水区是水合物富集区。通过对珠江口盆地深水区构造沉降史的定量模拟研究,发现晚中新世以来区内构造沉降总体上具有由北向南、自西向东逐渐变快的演化趋势;从晚中新世到更新世,盆地深水区经历了构造沉降作用由弱到强的变化过程：晚中新世(11.6～5.3 Ma),平均构造沉降速率为67 m/Ma;上新世(5.3～1.8 Ma),平均构造沉降速率为68 m/Ma;至更新世(1.8～0 Ma),平均构造沉降速率为73 m/Ma。而造成这些变化的主因是发生在中中新世末-晚中新世末的东沙运动和发生在上新世-更新世早期的台湾运动。东沙运动（10～5 Ma）使盆地在升降过程中发生块断升降,隆起剥蚀,自东向西运动强度和构造变形逐渐减弱,使得盆地深水区持续稳定沉降;台湾运动（3 Ma）彻底改变了盆地深水区的构造格局,因重力均衡调整盆地深水区继续沉降,越往南沉降越大。将似海底反射（BSR）发育区与沉降速率平面图进行叠合分析,发现80％以上的BSR分布趋于构造沉降速率值主要在75～125 m/Ma之间、沉降速率变化迅速的隆坳接合带区域。     

南海天然气水合物资源勘查战略接替区初步分析与预测

二十多年来,南海天然气水合物勘查评价均主要集中在南海北部大陆边缘陆坡深水区,且先后在珠江口盆地神狐、珠江口盆地东部海域调查区和琼东南盆地陵水-松南调查区取得了天然气水合物勘查试采的重大突破及进展,陆续发现了两个大规模的天然气水合物藏,初步评价预测南海天然气水合物资源规模达800亿吨油当量左右,取得了南海天然气水合物勘探的阶段性重大成果.然而,南海天然气水合物资源进一步深化和拓展勘探的有利领域在哪里？尤其是可持续滚动勘探的战略接替区及选区在何处？其与目前陆坡深水油气及水合物勘探紧密相邻的外陆坡-洋陆过渡带（OCT）乃至洋盆区是否具有天然气水合物形成的地质条件？根据海洋地质调查及初步的地质综合分析研究,认为外陆坡-洋陆过渡带乃至洋盆区具备天然气水合物成藏的基本地质条件,可作为南海未来天然气水合物勘查的战略接替区和可持续滚动勘探的战略选区及资源远景区.针对这些影响和决定将来天然气水合物勘探决策部署及走向等关键问题进行初步分析与探讨,抛砖引玉希望能够对未来南海天然气水合物资源勘查评价及战略接替区之选择有所裨益！      

南海西沙海槽S14站位的地球化学异常特征及其意义

西沙海槽具备良好的天然气水合物的形成条件,并已发现与其有关的地球物理标志--模拟海底反射层（BSR）。通过对西沙海槽S14大型活塞站位的孔隙水和沉积物样品进行化学组分、酸解烃和热释光等方面的分析测试,结果发现在海底之下4～5 m区间存在着较明显的高盐高烃异常,其中酸解烃中的甲烷、乙烷、丙烷含量及其热释光值均有所增高,孔隙水中的绝大部分离子及其盐度也存在着明显的升高,这一高盐高烃异常可能是下部与天然气水合物有关的孔隙流体沿着断层向上迁移所致。这些地球化学异常以及模拟海底反射层等地球物理标志显示该站位之下可能存在天然气水合物。     

Crustal Structure across the Northwestern Margin of South China Sea: Evidence for Magma‐poor Rifting from a Wide‐angle Seismic Profile

We present results from a 484 km wide-angle seismic profile acquired in the northwest part of the South China Sea (SCS) during OBS2006 cruise. The line that runs along a previously acquired multi-channel seismic line (SO49-18) crosses the continental slope of the northern margin, the Northwest Subbasin (NWSB) of the South China Sea, the Zhongsha Massif and partly the oceanic basin of the South China Sea. Seismic sections recorded on 13 ocean-bottom seismometers were used to identify refracted phases from the crustal layer and also reflected phases from the crust-mantle boundary (Moho). Inversion of the traveltimes using a simple start model reveals crustal images in the study area. The velocity model shows that crustal thickness below the continental slope is between 14 and 23 km. The continental part of the line is characterized by gentle landward mantle uplift and an abrupt oceanward one. The velocities in the lower crust do not exceed 6.9 km/s. With the new data we can exclude a high-velocity lower crustal body (velocities above 7.0 km/s) at the location of the line. We conclude that this part of the South China Sea margin developed by a magma-poor rifting. Both, the NWSB and the Southwest Sub-basin (SWSB) reveal velocities typical for oceanic crust with crustal thickness between 5 and 7 km. The Zhongsha Massif in between is extremely stretched with only 6–10 km continental crust left. Crustal velocity is below 6.5 km/s; possibly indicating the absence of the lower crust. Multi-channel seismic profile shows that the Yitongansha Uplift in the slope area and the Zhongsha Massif are only mildly deformed. We considered them as rigid continent blocks which acted as rift shoulders of the main rift subsequently resulting in the formation of the Northwest Sub-basin. The extension was mainly accommodated by a ductile lower crustal flows, which might have been extremely attenuated and flow into the oceanic basin during the spreading stage. We compared the crustal structures along the northern margin and found an east-west thicken trend of the crust below the continent slope. This might be contributed by the east-west sea-floor spreading along the continental margin.     

晚更新世以来南黄海北部泥质区沉积物元素的分布及来源分析

为研究南黄海北部泥质区元素地球化学特征对于地层划分与物质来源的指示意义,对南黄海北部DLC70-3孔(孔深71.20 m)沉积物作了元素地球化学分析和物源判别。根据元素含量及比值的变化,可将DLC70-3孔岩心划分为5层,它们分别反映了末次间冰期(暖期)晚期以来黄海海面波动以及沉积物物源的变化。运用判别函数、MgO/Na₂O与CIA的散点图等方法分析了DLC70-3孔沉积物的物质来源,结果显示该孔沉积物主要来源于黄河,长江物质对该孔中上部及下部沉积物有较明显影响。DLC70-3孔物源指数反映0~4.50 m和27.80~38.80 m沉积物以黄河源为主,4.50~27.80 m、38.80~55.00 m和55.00~71.20 m沉积物以长江源为主;可见黄河从晚更新世中期到现代对南黄海北部沉积起着重要作用,而长江物质在晚更新世早期开始对南黄海北部沉积就有明显影响。     

Quantitative Evaluation of the Sea-level Drop at the End-Permian: Based on Reefs

The amplitude of pre-Quaternary sea level drop, H, can be calculated by using the formula H = D + To, where To is the original thickness from the top of the tidal deposits on the reef core to the bottom of the tidal deposits on the reef front, or to the bottom of the ancient meteoric vadose zone, or to the edge of the mixed-water dolostone zone. The identity and similarity between the sea-level drop amplitudes calculated from different reefs far away from each other indicates that such sea-level changes are eustatic rather than relative changes. Evidence of an end-Permian sea-level drop has been found on the Changxingian (i.e. the end of the Palaeofusulina zone) reefs at Ziyun in South China, including algal laminated deposits, sabkha-related dolostone, desiccation cracks, dissolution collapse breccia. According to calculation based on the meteoric dissolution zone of the reef-core sequence at Ziyun, Guizhou province, the amplitude of the sea-level drop at the end-Permian is about 89.3 m. Calculation vi     

冻土天然气水合物开采技术进展及海洋水合物开采技术方案研究

调查发现,陆域永久冻土层及海域都存在着天然气水合物资源。我国2007年和2008年先后在南海海域及祁连山木里地区发现水合物实物样品。中国地质调查局于2010年开始实施冻土水合物试采技术研究及现场开采试验,2017年将在我国南海海域实施海洋水合物试采,相关准备工作正在进行中。本文介绍了陆域水合物试采进展及海洋水合物试采技术方案的构思。     

Mud volcanic natural phenomena in the South Caspian Basin: geology,fluid dynamics and environmental impact

The South Caspian sedimentary basin is a unique area with thick Mesozoic-Cenozoic sediments (up to 30–32 km) characterized by an extremely high fluid generation potential. The large amount of active mud volcanoes and the volumes of their gas emissions prove the vast scale of fluid generation. Onshore and offshore mud volcanoes annually erupt more than 10⁹ cubic meters of gases consisting of CH₄ (79–98%), and a small admixture of C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₅H₁₂, CO₂, N, H₂S, Ar, He. Mud volcanism is closely connected to the processes occurring in the South Caspian depression, its seismicity, fluctuations of the Caspian Sea level, solar activity and hydrocarbon generation.The large accumulations of gas hydrates are confined to the bottom sediments of the Caspian Sea, mud volcanoes crater fields (interval 0–0.4 m, sea depth 480 m) and to the volcanoes body at the depth of 480–800 from the sea bottom. Resources of HC gases in hydrates saturated sediments up to a depth of 100 m and are estimated at 0.2×10¹⁵–8×10¹⁵ m³. The amount of HC gases concentrated in them is 10¹¹–10¹² m³.The Caspian Sea, being an inland closed basin is very sensitive to climatic and tectonic events expressed in sea level fluctuations. During regressive stages as a result of sea level fall and the reducing of hydrostatic pressure the decomposition of gas hydrates and the releasing of a great volume of HC gases consisting mainly of methane are observed.From the data of deep drilling, seismoacoustics, and deep seismic mud volcanic activity in the South Caspian Basin started in the Lower Miocene. Activity reached its highest intensity at the boundary between the Miocene and Pliocene and was associated with dramatic Caspian Sea level fall in the Lower Pliocene of up to 600 m, which led to the isolation of the PaleoCaspian from the Eastern ParaTethys. Catastrophic reduction of PaleoCaspian size combined with the increasing scale of mud volcanic activity caused the oversaturation and intoxication of water by methane and led to the mass extinction of mollusks, fishes and other groups of sea inhabitants. In the Upper Pliocene and Quaternary mud volcanism occurred under the conditions of a semi-closed sea periodically connected with the Pontian and Mediterranean Basins. Those stages of Caspian Sea history are characterized by the revival of the Caspian organic world.Monitoring of mud volcanoes onshore of the South Caspian demonstrated that any eruption is predicted by seismic activation in the region (South-Eastern Caucasus) and intensive fluid dynamics on the volcanoes.     

南极乔治王岛与象岛邻近海域表层沉积硅藻组成及分布特征

本文对“第33次南极科考—海洋六号航次”在乔治王岛南侧、象岛西侧海域内通过箱式取样获得的表层沉积物样品进行了硅藻组成和分布特征的研究。主要统计了硅藻丰度、简单分异度、属种组成等, 并结合沉积物粒度数据进行分析, 结果表明乔治王岛南侧站位丰度和分异度高于象岛西侧站位, 最高丰度达到1.96×106壳/g。丰度的差异分布可能主要与洋流有关, 别林斯高晋海表层洋流带入充足营养盐导致乔治王岛南侧站位硅藻繁盛, 而威德尔海涡流底层水影响下的象岛西侧站位则难以沉降保存包括硅藻壳体在内的细小沉积颗粒。各站位硅藻组成的差异主要体现在海冰相关种分布不均和半咸水种类繁盛情况等, 前者可能与漂浮海冰控制的时间长短有关, 而后者与淡水输入等综合环境因素有关。