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深海底边界层动力特征直接调控深海沉积过程，属于深海科学最关键的能量和物质交换层。虽然根据有限的观测发现深海海底边界层动力特征受控于海洋多尺度运动，与深海底边界层理论结果存在较大差异，但深海底边界层多时空变化特征对深海沉积过程的影响仍缺少系统的定量研究。结合已有的理论、现场观测、水槽实验与数值模拟结果，针对以下要点进行回顾和总结：(1)深海底边界层流场的基本特征及湍流特性；(2)潮汐、内波、中尺度涡以及大尺度环流的深海底边界层动力特征及其沉积效应。可为进一步开展以深海底边界层动力观测为基础的深海沉积动力学研究提供参考。 相似文献
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海底沉积物孔隙压力对海底地质灾害过程反应敏感,是表征海床稳定性的一个重要指标,通过海底沉积物的孔隙压力观测可以判断海床的稳定状态,对于海底地质灾害预测预警具有重要意义。海底沉积物孔隙压力观测存在(1)超高背景压力下的高精度测量;(2)贯入过程传感器超量程破坏;(3)系统长期供电及传感器漂移;(4)深海海底布放和回收等技术难点。国际上海底孔隙压力观测技术从20世纪60年代开始发展,逐渐形成了系列核心监测技术和成熟的商业化设备产品。挪威岩土工程研究所NGI与美国伊利诺伊大学共同研发的NGI-Illinois压差式孔隙压力观测系统,是已知最早的海底沉积物孔隙压力观测设备。此后,美国地质调查局USGS、美国桑迪亚国家实验室、英国牛津大学等相继研发了不同结构的观测设备,覆盖浅海到深海。其中,英国海洋科学研究所研发成功的深海孔隙压力原位长期观测设备PUPPI是一个重要的历史节点,该设备能够在6 000 m水深的环境中连续运行一年,成为当时最成功的海底孔隙压力观测设备,其现代化的设备结构和设计理念被后续的观测设备广为借鉴。21世纪以来,得益于海洋科学技术的整体进步,国际孔隙压力观测技术发展呈现加速趋势。法国海洋开发研究院IFREMER研发的Piezometer系列孔隙压力观测探杆,代表了当今世界的先进水平,可能是目前应用次数最多的海底孔隙压力观测设备。我国在深海探测、观测技术领域起步较晚,在深海沉积物孔隙压力原位长期观测技术方面几乎空白,发展很不成熟。其中,中国海洋大学、自然资源部第一海洋研究所等单位进行了较多的探索性研发工作。近年来,以港珠澳大桥建设、南海天然气水合物试采等为标志的大批国家级海洋建设项目如火如荼,深海油气矿产资源开发、深海天然气水合物开采利用等海洋新兴产业快速起步,深海孔隙压力原位长期监测关键核心技术等“卡脖子”问题仍然突出,严重制约了我国海洋工程产业发展的步伐。因此,迫切需要发展具有自主知识产权和关键核心技术的国产深海沉积物孔隙压力原位长期监测技术。本文回顾了国际、国内海底孔隙压力观测技术的相关研究进展,旨在分析总结孔隙压力观测技术及其应用中涉及的一些核心技术和亟待解决的关键问题,以期为我国该项技术的发展和应用提供借鉴。 相似文献
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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。 相似文献
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《地球科学进展》2017,(12)
过去50年深海钻探计划(DSDP)、大洋钻探计划(ODP)及综合大洋钻探计划(IODP)等国际间综合深海钻探计划的实施,使我们对地球和海洋的认识取得了显著进步。海底井控观测装置(CORK)的研发和应用是上述深海钻探计划带给我们的最宝贵财富之一。目前地球科学和海洋科学已由过去的间断性观测模式升级为现在的连续性原位观测模式,海底CORK观测系统为地球科学、海洋科学与生命科学领域的科学家对海底洋壳复杂而又相互关联的深部过程进行数秒至数十年时间尺度的研究提供了新手段和新机遇。通过对海底CORK观测系统的发展演变、在ODP和IODP航次中的使用以及在此过程中获得的科学经验和教训进行总结,对CORK系统如何应用于我国洋壳地质学、水文学、微生物学及生物地球化学过程研究提出看法。 相似文献
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海底滑坡、浊流等深海底地质灾害严重威胁海洋工程安全,是国家深海开发亟待解决的风险问题。为避免深海海底地质灾害对海底工程造成危害,解决深海海底地质灾害监测预警的难题,我们研发了一套复杂深海工程地质原位长期监测系统。该系统通过声学、电阻率、超孔隙水压力等方法监测深海海底沉积物的物理力学性质变化,实现了对深海海底地质灾害的监测和预警。该系统主要包括海床基搭载平台、监测系统、通信控制系统、供电系统等。其中监测系统主要通过原位长期监测海底沉积物的电阻率、声学、超孔隙水压力等的变化来获取海底沉积物的物理力学性质变化;通信控制系统可以实现海底到海面,再到陆地的双向通信和数据传输。其中供电系统通过独特设计的海水电池工艺,可以满足该系统在海底长期工作一年的电量需求。复杂深海工程地质原位长期监测系统已完成了近海测试,并搭载“海洋地质六号”“东方红三号” “张謇号”等科考船在南海进行了多次远海海试,获取了丰富的实测数据。电阻率监测系统采用温纳法滚动测量,测得的水土界面位置平均电阻率为0.207 Ω·m。超孔隙水压力监测系统采用开放式结构的压差式光纤光栅孔压测量方法,监测到孔压观测的4个标志性阶段:(1)贯入过程引起的超孔隙水压力累计,峰值为34.942 kPa,历时0.182 h;(2)贯入完成后累积的超孔隙水压力衰减,衰减到9.973 kPa,历时为0.810 h;(3)环境应力引起的超孔隙水压力实时响应,超孔隙水压力的变化范围为8.327~14.384 kPa;(4)残余孔隙水压力平均值为11.150 kPa。声学监测系统采用两个一发三收模式,测量的海水平均声速为1 533 m/s,测量的海底沉积物自上而下的平均声速依次为1 586、1 587、1 784、1 735、1 831 m/s。复杂深海工程地质原位长期监测系统的成功研制将显著提升目前海洋工程地质原位长期观测的技术能力,解决复杂深海工程地质评价及地质灾害监测预警的技术难题。 相似文献
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高精度、高效率的深海勘探是当前国家海洋资源勘探开发的研究热点之一,设计观测效率高、勘探成本低的探测方式,开发可精确计算海底复杂电性环境的正演模拟算法有助于推进该研究的进展。本文基于前人的研究经验,引入了全拖曳式深海直流电阻率观测方式,同时考虑到海底沉积环境的电各向异性,开发了基于非结构有限元方法的三维任意各向异性深海直流电阻率正演算法,实现了对海底任意电各向异性情况的仿真模拟。本文算法与层状一维模型半解析解的对比验证了算法的精度。对典型各向异性电性模型的仿真模拟和分析,证明了全拖曳式深海探测方式对海底沉积层和矿产资源电各向异性的高分辨率。在此基础上,总结了电导率各向异性主轴沿笛卡尔坐标旋转时视电阻率分布也发生同方向旋转的视电阻率分布特征,并根据海底地形对各向异性探测的影响进行了简单探讨。 相似文献
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科学与技术并进——近20年来海底峡谷浊流观测的成就和挑战 总被引：2，自引：1，他引：1
自1993年至今,美国地质调查局的科学家及其合作伙伴在美国西海岸的Monterey海底峡谷进行了针对现代浊流过程的一系列基础性研究,并成功地在世界上首次实地测量到高精度浊流流速及粒度参数.近20年来的数据和知识积累为解释海底峡谷内沉积物和其他颗粒物质输运的机理,以及浊流在维持深海峡谷中生机勃勃的生态系统所起的重要作用提供了直接依据.通过展示把海底观测应用于海洋沉积动力学研究过程中的成果、经验、教训,以及介绍目前还在讨论中的研究计划,以期达到以下宏观论点:在海洋科学里,只有科学与技术不脱节的科研团队才有希望获得成果和突破. 相似文献
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14MaB.P.澳大利亚板块对赤道太平洋影响的数值模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
文章利用美国NASA的GISS海气耦合模式,研究了14MaB.P.时期与现代情景下的澳大利亚板块不同位置对赤道太平洋的影响。结果表明:14MaB.P.澳大利亚板块位置较现代偏南时,海洋次表层南赤道海水穿过印度尼西亚通道直接进入印度洋,注入赤道潜流的南赤道海水减少,使得赤道潜流主要来源于北赤道海水,造成赤道太平洋海温比现在冷,其中以赤道西太平洋海温降低幅度最大。而在海洋近表层赤道中东太平洋地区,由于进入海洋的净能量增加和西向风应力加强的共同作用,使得14MaB.P.时海温较之现代情景下要低0.2℃左右。此外,14MaB.P.澳大利亚板块较现代偏南时,赤道太平洋地区的降水量少于现代。 相似文献
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本文通过断层擦痕应力场反演方法,对郯庐断裂带南段合肥盆地白垩纪伸展活动进行了详细研究,厘清了郯庐断裂带南段合肥盆地白垩纪拉伸方向的演变规律。研究结果显示：从早白垩世早-中期、晚期到晚白垩世,拉伸方向由NWW-SEE向、NW-SE向到近SN向转变,具顺时针旋转特征。与西太平洋区大洋板块运动方向对比分析认为：郯庐断裂带南段合肥盆地白垩纪伸展活动发生在弧后拉张的动力学背景下,拉伸方向的演变可能是西太平洋区大洋板块运动方向改变的结果。 相似文献
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在编制1∶50万山东省大地构造相图基础上,通过对大地构造相研究显示：胶东微地块是经多期增生和碰撞而形成的,其漫长的板块构造演化明显具有阶段性。侏罗纪是该区板块构造演化史上的一个重要转换期,构造演化由原来的南、北分异转变为东、西分异,胶东地区NE向新生构造起了主要作用。胶东地区中生代有2次重要的碰撞造山事件,印支造山作用主要表现为扬子板块向华北板块俯冲,形成苏鲁高压-超高压变质带及同造山花岗岩及后造山高碱正长岩;燕山造山作用的大陆动力学环境起源于中亚-特提斯构造域向滨太平洋构造域转化和太平洋板块的俯冲,在胶东地区表现为3次造山和3次伸展。晚侏罗世造山早期玲珑片麻状花岗岩组合是区域构造挤压导致地壳增厚引起地壳重熔的产物,代表了大陆弧花岗岩特征;早白垩世造山中期郭家岭花岗闪长岩-花岗岩组合代表了造山期大陆弧花岗岩的特点;造山晚期伟德山闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩组合表现为大陆弧花岗岩,后造山A型崂山晶洞过碱性碱长花岗岩-正长花岗岩组合为大陆造陆隆升花岗岩与后造山花岗岩,代表燕山构造的结束。胶东地区构造-岩浆事件和金矿成矿作用受控于特提斯、古亚洲洋和太平洋三大构造域的相互作用,金矿形成的动力学背景是中生代构造体制转折和岩石圈减薄,起因与太平洋板块向华北板块的俯冲机制有关。 相似文献
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西太平洋——我国深海科学研究的优先战略选区 总被引：2，自引：0，他引：2
西太平洋是我国实施由浅海向深海发展战略的必经之地.从国家需求的角度来看,西太平洋海底资源丰富、海洋环境复杂,是维护国家权益的焦点、保障国防安全的屏障;从科学前沿的角度来看,西太平洋发育有独特的沟弧盆构造体系和弧后盆地热液系统,存有海底板块运动的遗迹和众多海山生态系统,更是"大洋传送带"冷暖水系的转换区.科学有序地进入西... 相似文献
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中国的全球构造位置和地球动力系统 总被引：8，自引：0，他引：8
现今之中国位于亚洲大陆东南部,西太平洋活动带中段;在全球板块构造图上,中国位于欧亚板块的东南部,南为印度板块,东为太平洋板块和菲律宾海板块。地质历史上,以中朝、扬子、塔里木等小克拉通为标志的中国主体属于冈瓦纳和西伯利亚两个大陆之间的转换(互换)构造域:古生代时期,位于古亚洲洋之南,属冈瓦纳结构复杂的大陆边缘;中生代阶段,位于特提斯之北,属劳亚大陆的一部分。显生宙中国大地构造演化依次受古亚洲洋、特提斯-古太平洋、太平洋-印度洋三大动力体系之控制,形成古亚洲洋、特提斯和太平洋三大构造域。不论古亚洲洋,还是特提斯,都不是结构简单的大洋盆地,而是由一系列海底裂谷带(小洋盆带)和众多微陆块组合而成的结构复杂的洋盆体系。加之中、新生代的太平洋构造域和特提斯构造域叠加在古生代的古亚洲洋构造域之上,使中国地质构造图像在二维平面上呈现镶嵌构造,在三维空间上呈现立交桥式结构,使中国不仅是亚洲,也是全球构造最复杂的一个区域。不同阶段的地球动力体系在中国的叠加、复合,使多旋回构造-岩浆和成矿作用成为中国地质最突出的特征。因而中国的造山带大多是多旋回复合造山带,成矿(区)带大多是多旋回复合成矿(区)带,大型含油气盆地大多是多旋回叠合盆地。 相似文献
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全球中、新生代大地构造编图是全球构造理论研究的基础和切入点,本文介绍了该图编制思路与方法、数据来源和大地构造区划,并以地球圈层构造为主线,讨论了全球中生代以来水平构造和全球垂向圈层之间的衔接关系,认为大洋中脊和环太平洋边缘俯冲带通过印度洋、北冰洋、特提斯构造域以及南极洲板块发生构造衔接和转换。南极洲板块周缘被洋中脊环绕,并衔接了全球洋中脊在地球南部的离散运动。结合构造赤道理论,分析了全球不同构造背景下的构造单元之间的关系,认为构造赤道是中生代以来全球构造体制大规模调整的产物。在此基础上,从泛大陆裂解,洋陆关系的角度探讨了中、新生代的全球构造演化。 相似文献
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A recent re-evaluation of the Late Mesozoic and Cenozoic sea-floor spreading data in the eastern Pacific has allowed us to make a new interpretation of the timing and sequence of the tectonic events which produced the present configuration of the plates (Whitman and Harrison, 1981; Whitman, 1981). Rotation parameters specifying the relative motion between all pairs of plates in the ocean basin have been calculated from the best fit of oceanic magnetic anomalies, with additional input from bathymetry and crustal ages of the Deep Sea Drilling Project sites. The rotation parameters for the relative motion between the Pacific and Antarctic plates are taken from Weissel et al. (1977) and the continental rotation parameters are from Barron et al. (1981).Plate motions have been determined back to 74 Ma. This time marks the initiation of spreading at the Pacific-Antarctic Ridge which caused the separation of the Campbell Plateau from Antarctica (Barron et al., 1981). Thus, this time is the earliest fix on the position of the Pacific plate relative to the continents surrounding the Pacific Ocean basin using sea-floor spreading. Since it is not possible to derive quantitative information about the relative motion between two plates separated by a trench, all rotations for the oceanic plates of the Pacific basin have been calculated relative to the Pacific plate and then relative to North America through the plate circuit: Pacific-Antarctica-Africa-North AmericaSince we also know the relative position of North America with respect to the other continents, we can show the relative position of the Pacific plate and the other oceanic plates with respect to all of the continental plates surrounding the Pacific Ocean basin. 相似文献
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东北亚中生代洋陆过渡带的研究及启示 总被引：3，自引：2，他引：1
从中生代起,亚洲大陆作为一个统一的大陆岩石圈板块,开始了大陆边缘的组建和改造。本文采用构造地层-地体观点,依据生物地层学和碰撞造山带的不同特征,将东北亚洋陆过渡带从西到东分成了7个带:(1)受郯庐断裂系改造的华北克拉通东缘带;(2)以近陆缘物质为主的增生带I;(3)以异源混杂堆积为主的增生带II;(4)新西伯利亚-楚科奇-阿拉斯加陆缘增生带III;(5)陆缘火山-深成岩带;(6)科里亚克增生带IV;(7)堪察加-萨哈林-东北日本增生带V。其中自早白垩世末至古新世初形成的楚科奇海-东锡霍特阿林的火山-深成岩带作为太平洋板块开始正向俯冲并导致弧岩浆活动的重要标志。此前晚三叠世至早白垩世末,在转换大陆边缘活动背景下,大量低纬度的外来地体以左旋平移断裂作用向北迁移并斜拼贴在陆缘。时空格局的分带性和阶段性清晰地展示了东北亚大陆边缘洋陆演化的关系。作者基于上述研究,并结合其他学科近期研究成果,对中国东部中生代岩浆作用与太平洋板块俯冲作用的关系进行了讨论,认为中国东部晚侏罗世-早白垩世大规模岩浆活动的高峰期正值东北亚洋陆过渡带转换大陆边缘活动和地体拼贴增生的阶段。然而太平洋板块正向俯冲主要发生在早白垩世末-晚白垩世,此时我国东部的大规模岩浆活动业已结束。因此难以将中国东部的岩浆活动与太平洋板块的正向俯冲作用相联系。以年轻陆壳组成的大兴安岭为例,作者提出晚侏罗世-早白垩世不同深度的两种地质作用同时控制着中国东部岩浆活动的源区特征和侵位的空间:即深部软流圈底辟上涌与中-上部地壳受到的洋陆之间的剪切走滑作用形成的变形。 相似文献