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夏少紅等-Engineering:利用海洋環境噪聲透視珊瑚島礁三維地質結構取得重要進展

【發布時間 Updated】:2022-06-20  |  【打印 Print】 【關閉 Close

近日,beplay体育苹果下载 邊緣海與大洋地質重點實驗室夏少紅研究員團隊,以突破珊瑚島礁本體淺表三維精細成像為目標,在南海典型珊瑚島礁開展了基於海洋環境噪聲的探測試驗和成像研究,相關研究成果近日發表在工程學領域TOP期刊Engineering上。

珊瑚島礁作為海洋中寶貴的國土資源,不僅是海洋資源開發海洋權益保護的重要基地,也是研究區域構造演化和全球環境變化等前沿科學問題的重要載體。我國南海發育大量珊瑚島礁,總麵積約37200 km2,形成島礁林立的獨特海洋地貌景觀。這些珊瑚島礁在形成演化過程中,受當時氣候、海平麵變化及島體沉降與抬升等因素的影響,層中普遍發育鬆散砂礫層及不整合麵, 常出現溶蝕和孔洞,這既為島礁的開發利用埋下了潛在的地質災害隱患,也為研究南海構造演化和環境變遷提供了理想窗口。然而,受作業條件限製,傳統海洋地球物理技術和鑽井樣品很難呈現珊瑚島礁本體精細的三維淺表地質結構,且作業成本高、效率低。因此,如何發展一種適合珊瑚島礁特殊環境的經濟高效三成像技術,是珊瑚島礁工程開發利用和可持續發展中需要解決的迫切問題。

研究人員通過在海典型島礁布設密集地震進行了海洋環境噪聲數據采集及噪聲信號詳細分析。研究結果表明海洋中孤立珊瑚島礁的背景噪聲信號大致可分為1赫茲以下、1-5 赫茲和5 赫茲以上三部分,其中5赫茲以下噪聲頻譜特征在不同台站均具有很好的一致性,5 赫茲以上卻存在顯著差異;通過對不同時長連續波形的對比研究,研究人員發現對於珊瑚島礁5 赫茲以下噪聲信號,僅需12小時或1天時長的連續波形即可獲取高信噪比且對稱性良好的互相關函數,這為今後高效、低成本獲取島礁三維結構提供了重要依據;進一步的三維結構成像結果表明,珊瑚島礁淺表地質結構具有明顯的分區性,且與島礁向海側的外礁坪地層膠結程度差異性特征一致。同時,研究還發現珊瑚島礁發育有兩個低速層位,與鑽井岩芯樣品揭示的高孔隙層位具有很好的一致性,反映了島礁形成過程中經曆了多次地層暴露、強烈風化的地質事件。

該項研究表明,利用海洋中豐富的環境噪聲信號,能夠經濟高效、環境友好地獲取珊瑚島礁淺表精細結構,是未來島礁工程地質探測的優選方案之一。

該研究由中國科學院戰略性先導科技專項任務 (XDA13010101), 海南省重點研發計劃 (ZDYF2020198), 廣東特支計劃本土創新創業團隊 (2019BT02H594)等共同資助完成。

相關論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809922002223 

1 a)海洋中孤立島礁1小時時長的噪聲波形互相關結果;(b12 小時時長的噪聲互相關結果;(c1 天時長的噪聲互相關結果;(d5天時長的噪聲互相關結果。圖中紅線表示1.3 km/s的傳播速度。

2a)島礁三維S波速度結構不同深度的切片圖,黑色星形為地震台站,灰色柱狀為鑽井位置;(b)鑽井位置處的S波速度隨深度變化;(c)鑽井岩芯孔隙度隨深度變化;(d0.2 s0.3 s0.4 s0.5 s不同周期群速度敏感核隨深度變化。

 

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