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西南印度洋中脊(Southwest Indian Ridge, SWIR)热液区具有潜在发育的大规模硫化物矿床,当前正在开展SWIR硫化物矿产资源评价。测量分析硫化物和不同围岩的声速等物性特征是硫化物近底地震勘探资料处理和解释的基础。该文对西南印度洋中脊热液区的硫化物和围岩等样品进行了系统的物性测量,结合岩石物性(包括密度、孔隙度、P波速度)与矿物组成,深入分析了西南印度洋中脊热液区岩石声速变化特性及其影响因素。结果表明,SWIR热液区围岩的P波速度受到岩石骨架矿物、孔隙和围压的影响。由于岩石孔隙度总体偏小,对P波速度的影响并不显著,但围压的增加使岩石微裂缝和孔隙逐渐闭合,P波速度呈非线性指数变化。蚀变作用导致了矿物成分改变,是影响围岩声速的最关键因素。单一物性参数测量结果可能存在多解性,联合波速、密度、磁性和电性等多物性参数测量有利于岩性区分。该研究成果有助于识别硫化物和围岩,为我国西南印度洋合同区多金属硫化物地震勘探工作提供重要支撑。

针对复杂地质背景下的大陆架划界问题,提出了一种新的大陆坡脚点(foot point of the continental slope,FOS)确定方法。该方法基于水深平均梯度变化计算坡脚点所在位置,并结合相反证明以及凸包性、分段性、连续性原则进行优化。以莫桑比克南部陆缘为研究区域,利用2021年实测的高精度多波束地形数据,应用该方法提取了大陆架划界最关键的依据——FOS,并与联合国大陆架界限委员会使用的Geocap软件提取的结果进行对比,确认了相同的FOS位置,证明该方法是准确有效的。

深海富稀土沉积物广泛分布在西太平洋、东太平洋、东南太平洋、印度洋等地区。本研究对东太平洋克拉里昂-克里珀顿断裂带(Clarion-Clipperton Fracture Zone,简称CC区)的两个站位富稀土沉积物的矿物学与地球化学特征进行了分析,并收集了太平洋92个站位深海富稀土沉积物元素地球化学数据,依据地球化学特征,结合矿物组成,将太平洋深海富稀土沉积物分为富Al型、富Fe型、富Ba型等三个类型。富Al型富稀土沉积物广泛布在西太平洋地区,沉积物类型以沸石黏土为主,全岩Al₂O₃平均含量可达14.9%。富Fe型富稀土沉积物位于东太平洋海隆附近的东南太平洋和东北太平洋区域,沉积物中TFe₂O₃平均含量高达18.8%,部分样品呈现明显的Eu正异常,热液活动可能为稀土元素的富集提供了丰富的稀土元素及载体矿物。富Ba型富稀土沉积物主要分布于东太平洋CC区,沉积物类型主要是(含)硅质黏土,Ba平均含量可达8 092×10^-6。高Ba含量指示了沉积物形成时期所在海域可能具有很高的初级生产力,这种环境条件形成了大量的生物磷灰石沉积,并与CC区渐新世以来强劲的底流耦合,进而增强了磷灰石的积累,促进了稀土的富集。

基于2019—2020年HY-1C CZI的L2B级泥沙数据和同期气象、水文数据,应用空间分析和统计方法开展辽河口海域悬浮泥沙质量浓度的时空变化特征及其动力因素分析研究。结果表明:潮汐是该海域悬浮泥沙日变化的主导因素,落潮期平均悬浮泥沙质量浓度高于涨潮期;径流对辽河口海域悬浮泥沙质量浓度影响的范围主要在近岸区域,一般不超过5 m等深线;当落潮流流向与风向相反时,浑浊带常横向扩展,而当落潮流流向与风向相同时,浑浊带则收缩在辽河口顶部;风速与悬浮泥沙质量浓度存在显著相关性,离岸越近,风对悬浮泥沙的作用越强烈,这可能与风、浪的协同作用有关;受潮流、径流和风浪的影响,8 m等深线内侧通常发育为最大浑浊带。

针对北极部分海域中的双声道波导现象,研究了冰层覆盖下水平变化双声道波导中的声传播。使用微扰法推导并确定了粗糙下表面的冰层反射系数,结合Bellhop射线模型,计算并分析了实测海域中双声道波导水平变化时的声传播特性,并研究了声源深度、声源入射角以及声源频率对水平变化的双声道波导中声传播的影响规律。结果表明,在北极,深海声道中的声传播大多被限制在深海声道的上、下边缘之间;声源与水平变化的深海声道轴处于同一深度时声传播损失较小,当声源位于深海声道边界以外时,水平变化的声速剖面相比于水平不变时具有更低的声传播损失;入射角对双声道波导中声传播影响较小;随着声源频率的增加,表面声道中声传播损失也随之增大,但是对深海声道影响不明显,在相同频率下水平变化的声速剖面更利于声传播。

中尺度涡普遍存在于大洋中并会对声传播产生影响。利用2000—2018年AVISO卫星高度计资料和Argo浮标资料,通过涡旋合成方法构建了西北太平洋黑潮延伸体和亲潮延伸体海域中尺度涡的多年平均三维结构,对其垂直温、盐异常和声速特征进行分析,并采用Bellhop射线声学模型对中尺度涡背景下的声传播进行了模拟仿真。结果表明: 1)冷涡背景下,温度异常为负,盐度异常在上层为负,在下层为正,声速等值线抬升;暖涡背景下,温度异常为正,盐度异常在上层为正,在下层为负,声速等值线下沉。2)冷涡背景下,声传播会聚区向声源方向偏移,会聚区宽度缩小;暖涡背景下,会聚区远离声源,会聚区宽度增大。声会聚区宽度在黑潮延伸体海域较在亲潮延伸体海域更大,距离声源也更远。3)冷涡背景下,声传播的反转深度变浅,暖涡背景下,反转深度加深;在黑潮延伸体海域,反转深度总体随经度增大而变浅,在亲潮延伸体海域则相反,反转深度随经度增大而变深。

浒苔暴发是影响全球近岸海域最为严重的海洋灾害之一,引起了社会各方的重视。该研究基于大气-波浪-海洋集合模式,根据卫星遥感数据提取浒苔位置,采用拉格朗日漂流模式对浒苔进行追踪并预报其漂移路径。与卫星观测结果对比表明,该集合模式能够较好地预报浒苔的位置、分布及其漂移路径。此外,该研究还讨论了Stokes漂流对于模式预报的影响,结果表明考虑Stokes漂流可以修正浒苔漂移路径,有效提高预报的准确性。

针对单波束测深数据插值模型精度验证困难等问题,利用潮间带潮汐规律,提出了一种基于高精度无人机数据验证插值模型精度的方法。在低潮时利用无人机摄影测量构建高精度潮间带数字表面模型,高潮时获取单波束测深数据并结合全球导航卫星系统技术计算得出潮间带地形点的三维坐标,使用克里金插值法、反距离权重法、规则样条函数法以及自然邻域法分别构建潮间带数字高程模型。以无人机数字表面模型数据为基准,分别对4种插值方法构建的潮间带数字高程模型进行精度分析。结果表明:1)后处理差分技术辅助无人机摄影测量可以构建高精度潮间带数字表面模型。2)在潮间带区域可以使用无人机数据作为单波束测深数据精度的评价标准。3)潮间带地形较为平坦时,规则样条函数法相比于其他3种插值方法精度更高,粗差率为12.5%。

赤杆菌科(Erythrobacteraceae)菌株广泛分布于海洋环境,可合成类胡萝卜素等多种色素。类胡萝卜素具有光保护和抗氧化能力,对于赤杆菌科菌株适应海洋生态系统具有重要作用。本研究收集了107个海洋来源的赤杆菌科细菌基因组,分析了类胡萝卜素合成途径中关键酶的编码基因crtEBIGYZW在基因组中的分布特征,构建了基于氨基酸序列的不同编码基因系统发育树,阐明了深海和浅海来源的赤杆菌科菌株中类胡萝卜素合成基因的存在和分布规律,探究了不同的类胡萝卜素合成基因在近海与深海来源的赤杆菌科菌株进化过程中的遗传模式。研究结果显示,海洋来源的赤杆菌科菌株均含有crtEIGZ基因,约98.1%的菌株含有crtBY基因,约43.9%的菌株中存在crtW基因,其类胡萝卜素合成基因在菌株间存在分布差异,但在深海与浅海来源上并未显示特异性。此外,通过比较不同编码基因的系统发育树拓扑结构发现,赤杆菌科菌株的类胡萝卜素合成基因crtBYZW与系统发育密切相关,而crtEIG基因多通过水平基因转移获得,这有助于更好地评估类胡萝卜素合成基因家族在赤杆菌科中的进化,也为其他海洋细菌中的类胡萝卜素合成途径及基因研究提供科学依据,从而有助于开发海洋来源的产类胡萝卜素菌株。

根据南沙海域2018—2019年鸢乌贼(Sthenoteuthis oualaniensis)灯光罩网渔获数据和海表温度(sea surface temperature,SST)遥感数据,研究SST对鸢乌贼资源变动的影响。经验正交函数分析(empirical orthogonal function, EOF)显示南沙海域SST季节变化明显,月均值在年内呈双峰型变化,峰值出现在5—6月和10月。2019年南沙海域发生厄尔尼诺,SST高温频率升高,年均值较2018年升高0.3℃。2018年鸢乌贼的单位捕捞努力量渔获量(catch per unit effort,CPUE)为春季(3—5月)高,夏季(6—7月)低,2019年CPUE为冬季(2月)高,夏季(6月)低。广义相加模型(generalized additive model,GAM)显示,月份、SST、纬度和经度4个因子对CPUE的总偏差解释度为55.0%,其中月份与SST的偏差解释度大于其他因子。鸢乌贼群体的适宜温度为27.5~29.5℃,SST超过29.5℃会导致CPUE降低。鸢乌贼渔场集中分布于10°N—12°N、113°E—116°E,各月渔场重心随温度发生变化,低温时东移,高温时西移。