舟山海域悬浮体的特征及输运机制

胡吉连, 杜晓琴

胡吉连, 杜晓琴. 舟山海域悬浮体的特征及输运机制[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2020, 40(6): 39-48. DOI: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2019111304
引用本文: 胡吉连, 杜晓琴. 舟山海域悬浮体的特征及输运机制[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2020, 40(6): 39-48. DOI: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2019111304
HU Jilian, DU Xiaoqin. Characteristics and transport mechanism of suspended particles in offshore area of Zhoushan Islands[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2020, 40(6): 39-48. DOI: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2019111304
Citation: HU Jilian, DU Xiaoqin. Characteristics and transport mechanism of suspended particles in offshore area of Zhoushan Islands[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2020, 40(6): 39-48. DOI: 10.16562/j.cnki.0256-1492.2019111304

舟山海域悬浮体的特征及输运机制

基金项目: 浙江海洋大学项目“浙江泥质区悬浮沉积物的环境动力响应”(11105010217)
详细信息
    作者简介:

    胡吉连(1994—),女,硕士研究生,主要从事沉积动力学研究,E-mail:hjlkkxx@163.com

  • 中图分类号: P736.21

Characteristics and transport mechanism of suspended particles in offshore area of Zhoushan Islands

  • 摘要: 为了明确舟山群岛海域悬浮体的特征和输运机制,本研究于2018年夏季大潮期间进行了现场观测,包括温盐深、水动力和悬浮体的剖面观测,以及海水和海底表层沉积物的采集等。结果发现,悬浮体在垂向上可分为3种类型:跃层以上有效密度较高的颗粒絮凝程度低;跃层以下的颗粒絮凝程度较高;跃层附近的悬浮体主要为生物颗粒,有效密度最低。一个全日潮周期内,超过3 000 kg·m−1的悬浮体向南输运,受控于夏季陆架环流和潮汐捕捉以及垂向净环流输运的共同作用。因此,浙闽沿岸流和潮汐的不对称性导致的南向悬浮体输运对浙闽泥质区的演化起积极作用;而流速和悬浮体的垂向分布不均导致的北向输运,在一定程度上抑制了这一作用。
    Abstract: The transportation and dispersal of suspended particles play a key role in the deposition and evolution of offshore muddy deposits. In order to reveal the characteristics and transport mechanism of suspended particles in the offshore of Zhoushan Islands, field survey had been carried out during the spring tides in the summer of 2018, which include the observations of temperature, salinity, hydrodynamics, contents of suspended particles, and samples of sea water and seafloor surface sediment, etc. The results show that the suspended particles could be divided into three types: micro-flocs above thermocline with higher effective density formed by low-degree flocculation; larger flocs with lower effective density below thermocline aggregated by high degree of flocculation; and larger biological particles around the thermocline with the lowest effective density. During one diurnal tidal cycle, more than 3 000 kg·m−1 suspended matters were transported southwards, controlled by Stokes drift, tidal pumping and gravitational circulation. In conclusion, the southward transport of suspended particles by continental circulation and tidal asymmetry played a positive role in the evolution of Zhejiang-Fujian muddy system. Nevertheless, the northward transport caused by uneven vertical distribution of velocity and suspended particle weakened the process to certain extent.
  • 南黄海构造上是扬子板块在海域的延伸,是下扬子的主体。南黄海盆地是由中-古生界海相沉积盆地和中-新生界陆相沉积盆地叠加而成的大型含油气沉积盆地。南黄海盆地由南往北为勿南沙隆起、青岛坳陷、崂山隆起、烟台坳陷和千里岩隆起,为“两坳三隆”的构造格局[1-3](图 1)。

    图  1  南黄海构造区划图(据青岛海洋地质研究所,2016年)
    Figure  1.  Tectonic map of the South Yellow Sea

    经过40多年的油气勘探认为, 南黄海中-古生界海相碳酸盐岩沉积层分布广、埋藏深、厚度大,具有良好的油气前景,是重要的油气勘探远景区[3-5]。由于碳酸盐岩地层具有很强的纵、横向非均质性,对地震波场产生很强的散射和屏蔽作用,地层间物性差异小、反射能量弱,造成深部目的层地震频带窄、低频能量不够丰富,多次波发育,资料品质差,地震成像困难;剖面上目标层有效波能量弱、连续性差、分辨率和信噪比低,难以横向对比追踪[6-10]

    针对上述问题,地震采集参数不断改进:电缆长度从3000m增大到8100m、震源容量从2940in3增大到6420in3、记录长度从6s延长到12s,地震成像质量得到一定的改善,但深层的地震资料仍存在信噪比不高、分辨率较低、连续性较差等问题[11, 12]

    目前常用的气枪等深组合震源能够很好地消除气枪震源的气泡效应;随着技术的发展,工业界开始采用上下源或者多层深度气枪阵列延时激发技术来压制陷波效应,拓宽频带,以PGS公司GeoSource[13]技术和CGG公司BroadSource[14]技术为代表。结合国内外气枪组合震源设计技术,有必要针对该区特殊地震地质条件开展气枪组合震源的精细设计。

    本文在以往南黄海地震地质条件分析的基础上,梳理了南黄海浅层、中深层地震地质条件,重点分析、探讨了南黄海崂山隆起中-古生界反射层成像质量差的原因;针对深层设计了2组低频成分丰富、能量强的气枪组合震源方案,使得激发产生的震源子波信号穿透性更强;通过外业试验,优选了低频更强的平面组合震源作为地震采集震源方案;与以往地震资料进行了对比,本次采集的地震资料能量衰减较慢,深层能量更强,整体改善了T2不整合面下伏反射层的成像质量,为该区的深层油气勘探奠定基础。

    根据南黄海钻井资料及邻区资料,陈建文等认为南黄海叠合盆地发育碎屑岩和碳酸盐岩两种类型的沉积建造。不同沉积建造因成分和结构的差异具有不同的速度和密度特征;不同时代的同一沉积建造经历了不同的成岩和地质演化过程,速度和密度也有差异[15-17]

    因不同时代和不同岩性的地层界面存在波阻抗,南黄海盆地在地震剖面上存在T2、T4、T7、T7-1、T7-2、T8、T9、T10、T11、T11-1、T12、T13和Tg等13个主要反射界面,其中T2、T8和Tg为3个区域不整合面的反映[15]。各界面上下地层的地质属性及其岩性组合特征如表 1所示。

    表  1  南黄海盆地地震反射界面以及地质属性(据陈建文等,2016年)
    Table  1.  The seismic reflection interfaces and their geological properties
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    南黄海水深0~103m,水深50m以浅表层沉积物以粉砂质砂、砂质粉砂为主[18],容易在海底与海面之间产生多次反射。如图 2所示,南黄海某海域近道剖面海底多次波影响振幅能量强,中深反射层也受其影响,影响范围大。

    图  2  南黄海某海域近道剖面多次波特征
    Figure  2.  The multiple characteristics in a near trace profile of South Yellow Sea

    虽然地震处理技术可压制海底多次波[19, 20],但采集设计时,在考虑深层反射能量足够的情况下,应避免气枪组合震源能量过大,增强低频成分,以减少海底多次波或其他类型干扰波的影响。

    南黄海盆地烟台坳陷和青岛坳陷浅部存在两个主要的强反射界面,分别是T2和T8。在崂山隆起和勿南沙隆起,缺失了古近系和陆相中生界,新近系和下三叠统海相碳酸盐岩或更老的地层直接接触,T2和T8为同一界面[21]

    当浅部地层存在强反射界面时,反射波临界角比较小,很小的入射角就可能产生全反射[22],纵波很难透射,形成能量屏蔽作用,减小深层反射波的能量;反射回来的那部分能量容易在海底和海面等强反射界面形成多次反射波、折射波等干扰波,进而影响深层反射波的信噪比。

    南黄海海相中-古生界发育3套碳酸盐岩地层,由上往下分别是下三叠统青龙组、下二叠统栖霞组-中上石炭统和中上寒武统。碳酸盐岩地层结构较为均匀、厚度较大、速度和密度梯度小,在地震剖面上其内部反射能量偏弱,没有清晰的反射波同相轴[21]

    图 3是南黄海某海域叠前时间偏移叠加剖面,同为深层反射(双程旅行时4s附近),A区和B区地震反射波特征差异较大。A区为新生界地层,其岩性以砂泥岩为主,因经历的构造运动简单,沉积压实作用时间较短,造成不同反射界面波阻抗差异较大,反射波能量较强,同相轴连续性较好;B区为中-古生界地层,如上所述,存在较厚的碳酸盐岩地层,并经历了复杂的构造运动,很难形成较强的波阻抗界面,反射波能量较弱,深层反射的信噪比较差。

    图  3  南黄海某海域叠前时间偏移叠加剖面
    Figure  3.  PTSM profile along a seismic line in South Yellow Sea

    近些年针对T2强反射界面、下三叠统青龙组等碳酸盐岩较厚高速层造成中-古生界地层反射波能量弱的问题,立体电缆、大容量震源、长电缆等针对性地震采集技术开始试验、探讨,成像质量得到一定的改善,但仍存在一定问题。为了进一步提高成像质量,需要震源子波信号能量大、穿透性强。

    根据地震地质条件分析,本文气枪组合震源的设计目标是激发能量强(主峰值大)、低频段能量强(特别是60Hz以内频段[15])、有效频段频谱光滑。

    通过气枪组合震源理论研究及模拟分析,认识到:不同容量大小的单个气枪所激发出来的子波信号主频不同,通常大容量气枪偏低频,小容量气枪偏高频;在气枪组合震源中,大容量气枪起主要作用,决定了整个气枪阵列的能量和偏低频成分,小容量气枪对子波信号主要起修饰作用,使子波更光滑,偏高频成分更丰富,不能一味用小容量气枪,同样也不能一味用大容量气枪,需要大小容量气枪合理组合,设计时就是将这些不同频率的子波信号有效地组合成用于地震勘探的高能量宽频率的子波信号,其中还需要考虑对第一气泡效应的压制,这中间牵涉到相干组合和调谐组合,并且依此需要确定合理地相干间距和调谐间距[23-27]

    基于以上认识以及针对南黄海深部地层的设计目标,结合发现6号物探船现有气枪类型、容量、吊点长度以及备件等情况,设计了20余组气枪组合震源,并从中优选出总容量为6390in3的气枪组合震源(4子阵),图 4为其气枪平面排布示意图。

    图  4  6390in3气枪组合震源平面排布示意图
    Figure  4.  Distribution of the 6390in3 source

    6390in3气枪组合震源分别沉放6、8、10、12m,受虚反射陷波效应影响,其远场子波各参数统计见表 2,远场子波波形、频谱对比见图 5图 6。随着沉放深度的增加,优势频宽快速变窄,沉放12m相比沉放6m远场子波优势频宽减小约52.7%;低频段(6~20Hz)振幅能量逐渐增加,沉放12m相比沉放6m的远场子波频谱6~20Hz低频段振幅能量增加4~5dB;地震资料的频带宽度过窄会影响其分辨率,沉放12m时,远场子波的优势频宽(-6dB)仅为44Hz,初泡比为13.8,低于行业规范15以上的要求;沉放10m时,远场子波的优势频宽(-6dB)提升到60Hz,初泡比19.9,满足行业规范,且相比沉放12m远场子波频谱6~20Hz低频段振幅能量略有降低,主峰值略高,相比沉放8、6m低频段优势明显。

    表  2  气枪组合震源(6390in3)不同沉放深度模拟远场子波参数统计
    Table  2.  The far-field seismic wavelet parameters on 6390in3 source in different depths
    沉放深度/m 主峰值/(bar·m) 峰-峰值/(bar·m) 初泡比 低截频/(-6dB,Hz) 高截频/(-6dB,Hz) 优势频宽/(-6dB,Hz) 主频/(-6dB,Hz)
    6 113.0 234.7 26.1 6 99 93 52.5
    8 107.7 222.2 19.8 6 89 83 47.5
    10 110.6 228.0 19.9 6 66 60 36
    12 106.9 220.3 13.8 6 50 44 28
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    图  5  气枪组合震源(6390in3)不同沉放深度模拟远场子波波形对比
    Figure  5.  Comparison of the far-field seismic wavelet signature of 6390in3 source in different depths
    图  6  气枪组合震源(6390in3)不同沉放深度模拟远场子波频谱对比
    Figure  6.  Comparison of the far-field seismic wavelet spectrum of 6390in3 source in different depths

    综合考虑虚反射第一个陷波频段、气枪组合震源(6390in3)不同沉放深度远场子波优势频宽、低频段振幅能量、主峰值,确定本次平面气枪组合震源沉放深度10m。

    在此基础上,考虑到4子阵震源能量分布的对称性及虚反射陷波效应[28-33],设计1组两个深度值气枪立体组合震源,受制于硬件条件,最深沉放深度为10m,另一个较浅深度分别设计为5.5、7和8.5m,沉放10m的子阵列相比较浅深度的子阵列分别延迟3、2和1ms。其远场子波各参数统计见表 3,远场子波波形、频谱对比见图 7图 8

    表  3  气枪立体组合震源(6390in3)不同沉放深度模拟远场子波参数统计
    Table  3.  The far-field seismic wavelet parameters on 6390in3 source in different depths
    沉放深度/m 主峰值/
    (bar·m)
    峰-峰值/
    (bar·m)
    初泡比 低截频/
    (-6dB,Hz)
    高截频/
    (-6dB,Hz)
    优势频宽/
    (-6dB,Hz)
    主频/
    (-6dB,Hz)
    5.5/10 109.1 183.5 20.1 6 70 64 38.0
    7/10 112.6 182.5 20.6 6 70 64 38.0
    8.5/10 108.4 206.7 20.8 6 69 63 37.5
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    图  7  气枪立体组合震源(6390in3)不同沉放深度模拟远场子波波形对比
    Figure  7.  Comparison of the far-field seismic wavelet spectrum of 6390in3 source in different depths
    图  8  气枪立体组合震源(6390in3)不同沉放深度模拟远场子波频谱对比
    Figure  8.  Comparison of the far-field seismic wavelet spectrum of 6390in3 source in different depths

    3种深度组合其频谱在70Hz以内相差不大;其主峰值占比(主峰值/峰-峰值)相差较大,分别为59.5%、61.7%和52.4%,由表 2可计算均沉放10m的气枪平面组合震源其主峰值占比为48.5%,主峰值占比越高,说明对鬼波的压制效果也好,由此选择7、10m这2个深度值进行气枪立体组合。

    进一步模拟分析7、10m两个深度值所组成的不同形状气枪立体组合震源,其远场子波各参数统计见表 4。不同组合形状其频谱在70Hz以内相差不大,主峰值或峰-峰值差别也较小;第1组“倒梯形”相比第2组“正梯形”、第3组“N形”初泡比较高,据此确定本次气枪立体组合震源采用“倒梯形”。

    表  4  气枪立体组合震源(6390in3)不同组合形状模拟远场子波参数统计
    Table  4.  The seismic wavelet parameters of 6390in3 multi-level source in different shapes
    序号 震源沉放
    深度/m
    主峰值/
    (bar·m)
    峰-峰值/
    (bar·m)
    初泡比 低截频/
    (-6dB,Hz)
    高截频/
    (-6dB,Hz)
    优势频宽/
    (-6dB,Hz)
    主频/
    (-6dB,Hz)
    1 倒梯形7-10-10-7 112.6 182.5 20.6 6 70 64 38.0
    2 正梯形10-7-7-10 112.1 178.0 18.0 6 70 64 38.0
    3 N形10-7-10-7 112.4 178.6 15.3 6 70 64 38.0
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    2012年发现2号物探船采用气枪立体组合震源(总容量5040in3)进行地震勘探,南黄海中深层地震成像效果有了较大的改善[34],其远场子波主峰值82.8bar·m。6390in3平面组合震源相比5040in3立体组合震源主峰值约提高34%,65Hz以内频段振幅能量提高3~5dB,65~82Hz频段因虚反射陷波的影响,差于5040in3立体组合震源(图 9图 10);6390in3“倒梯形”立体组合震源相比5040in3立体组合震源主峰值约提高36%,200Hz以内频段振幅能量提高2~5dB(图 11图 12);考虑到本次勘探目的,6390in3平面和立体组合震源远场子波性能均优于5040in3立体组合震源。

    图  9  6390in3气枪平面组合震源和5040in3立体组合震源远场子波波形对比
    Figure  9.  Seismic wavelet comparison of 6390in3 traditional source and 5040in3 multi-level source
    图  10  6390in3气枪平面组合震源和5040in3立体组合震源远场子波频谱对比
    Figure  10.  Spectrum comparison of 6390in3 traditional source and 5040in3 multi-level source
    图  11  6390in3“倒梯形”立体组合震源和5040in3立体组合震源远场子波波形对比
    Figure  11.  Seismic wavelet comparison of 6390in3 multi-level source with inverted-trapezoid shape and 5040in3 multi-level source
    图  12  6390in3“倒梯形”立体组合震源和5040in3立体组合震源远场子波频谱对比
    Figure  12.  Spectrum comparison of 6390in3 multi-level source with inverted-trapezoid shape and 5040in3 multi-level source

    6390in3气枪平面组合震源和“倒梯形”立体组合震源远场子波波形及频谱对比见图 13图 14。主峰值相差不大,峰-峰值相差较大,立体组合相比平面组合震源峰-峰值降低45.5bar.m,这是因为立体组合震源对虚反射有一定压制作用。两者远场子波频谱各有特点,在50Hz以内频段平面组合相比立体组合震源振幅能量提高0.5~1.5dB;50~85Hz频段,平面组合震源在此频段内陷波效应明显,特别是75Hz左右,几乎得不到有效信号,立体组合震源改善了虚反射陷波效应的影响,频谱相对光滑。所以确定平面组合震源性能最优沉放10m和立体组合震源最优“倒梯形”(7m-10m-10m-7m)这2组震源方案进行外业试验,根据实际效果进一步优选出后续地震勘探所用的气枪组合震源。

    图  13  6390in3气枪平面组合震源和“倒梯形”立体组合震源远场子波波形对比
    Figure  13.  Seismic wavelet comparison of 6390in3 traditional source and multi-level source with inverted-trapezoid shape
    图  14  6390in3气枪平面组合震源和“倒梯形”立体组合震源远场子波频谱对比
    Figure  14.  Spectrum comparison of 6390in3 traditional source and multi-level source with inverted-trapezoid shape

    本次地震采集针对震源类型、电缆沉放深度进行试验,具体试验方案见表 5,在试验线进行4次同方向施工。试验方案1为平面组合震源沉放10m,电缆沉放16m;试验方案2为平面组合震源沉放10m,电缆沉放20m;试验方案3为“倒梯形”立体组合震源(7m-10m-10m-7m),电缆沉放20m;试验方案4为“倒梯形”立体组合震源(7m-10m-10m-7m),电缆沉放16m。

    表  5  地震数据采集参数试验方案
    Table  5.  4 test plans for acquisition of parameters
    试验方案 震源类型 震源沉放深度/m 电缆沉放深度/m
    1 平面组合震源 10 16
    2 平面组合震源 10 20
    3 “倒梯形”立体组合震源 7-10-10-7 20
    4 “倒梯形”立体组合震源 7-10-10-7 16
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    在试验采集完成后,对试验数据进行了处理分析。图 15图 16分别是4组试验方案初叠剖面及目的层段(双程旅行时1.5~3s)频谱分析。

    图  15  4组试验方案初叠剖面
    Figure  15.  Pre-stacked profiles of the 4 test plans
    图  16  4组试验方案目的层段(双程旅行时1.5~3s)频谱分析
    Figure  16.  Spectrum analysis of the target strata (double travel time 1.5~3s) of the 4 test plans

    对4组试验方案进行处理分析,因现场条件限制,通过相同的处理流程只做到初叠剖面。初步对比分析4组试验方案的初叠剖面,T2不整合面下伏反射层反射波信号,4组试验方案反射波组能量、连续性等特征相差不大;试验方案1相比其他试验方案反射波组能量略强,连续性略好。分析双程旅行时1.5~3s反射波组的频谱特征,如图 16所示,在6~40Hz频段,试验方案1相比其他试验方案振幅能量更强,并且在45Hz以内频段无明显陷波点。综上,现场确定试验方案1,即平面组合震源沉放10m、电缆沉放16m作为本次地震采集方案。

    为了进一步分析本次地震采集的效果,将试验方案1和试验方案4采集的地震资料进行相同的精细处理,处理过程主要包括低切滤波、去干扰波、SRME、Taup反褶积、Radon去多次波、DMO叠加、叠后偏移等,处理过程中使用了相同的速度和切除。如图 17所示,电缆沉放深度均为16m,平面组合震源沉放10m相比“倒梯形”立体组合震源(7m-10m-10m-7m)所获得的地震剖面,1.6s附近的有效反射无论在能量还是连续性上都有优势[25]

    图  17  试验方案1和4叠后偏移剖面对比(据陈建文等,2016年)
    Figure  17.  Comparison of post-migration profiles between test plan 1 and plan 4

    图 13图 14为6390in3气枪平面组合震源沉放10m和“倒梯形”立体组合震源远场子波波形及频谱对比图。主峰值相差不大,在50Hz以内频段平面组合相比立体组合震源振幅能量提高0.5~1.5dB。电缆沉放16m,如前所述,因电缆接收的反射波信号已经过大地滤波,模拟分析时为了更接近实际采集的地震波信号,根据南黄海地层地球物理特征,针对双程旅行时3s的反射层,赋值地层吸收衰减因子Q=110,对比分析6390in3气枪平面组合震源沉放10m和“倒梯形”立体组合震源电缆沉放16m时子波波形及频谱(图 18图 19),平面组合震源沉放10m的子波能量较强,40Hz以内(特别是6~20Hz)振幅能量增加明显,更利于中、深层地震勘探。

    图  18  平面和立体组合震源电缆沉放16m子波波形对比(T=3s,Q=110)
    Figure  18.  Comparison of the seismic wavelet on conventional and multi-level source in 16m(T=3s, Q=110)
    图  19  平面和立体组合震源电缆沉放16m子波频谱对比(T=3s,Q=110)
    Figure  19.  Comparison of the seismic wavelet spectrum on conventional and multi-level source in 16m(T=3s, Q=110)

    分析平面组合震源沉放10m、电缆沉放16m采集的单炮记录浅、中、深层(双程旅行时分别为0.6~1.4、1.6~2.6、2.8~3.8s)均方根振幅,并与以往相邻位置采集的单炮记录进行对比,如图 20所示,以往采集的单炮记录中、深层均方根振幅相对浅层均方根振幅能量占比分别为28%、23%,而本次新采集的单炮记录中、深层均方根振幅相对浅层均方根振幅能量占比分别为41%、36%,即本次采集的地震资料能量衰减较慢,深层能量更强。

    图  20  单炮记录浅、中、深层均方根振幅对比分析
    Figure  20.  Comparison of the RMS Aptitudes on shallow, middle and deep strata in single shot gathers

    选取相邻位置以往采集的地震资料与本次新采集的地震资料进行处理,并做叠前时间偏移,处理流程及选用的速度参数等相同,其叠加剖面如图 21所示。相比以往采集的地震资料,处理后本次采集的地震剖面,T2不整合面及下伏反射界面的断点更加清晰;1s左右(箭头所示)的反射波组能量更强,连续性更好;中、深层(1.5~2.5s)反射波组能量、连续性得到一定程度的改善,也使得背斜构造特征更加明显。综上,本次采集增强了T2不整合面下伏反射波能量,改善了反射波组的连续性,使下伏地层的构造特征更加清晰,整体改善了T2不整合面下伏反射层的成像质量,达到了本次勘探的目的。

    图  21  叠加剖面对比分析
    Figure  21.  Comparison of the stacked seismic profiles

    (1) 南黄海中-古生界地层经历长期的压实作用及复杂的构造运动之后,波阻抗差异变小,构造特征更为复杂,使得深层有效的地震反射信号较弱,地震波场复杂;浅部存在T2强反射界面及多套碳酸盐岩高速层,进一步减弱中深部反射波能量,且易形成多次波,进而降低中深部反射信号的信噪比。为了改善中-古生界反射波成像质量,优化设计出6390in3富低频、强能量的气枪组合震源;

    (2) 气枪组合震源的设计影响因素较多,针对勘探目的优选组合参数是关键。设计好气枪容量组合方案后,气枪沉放深度就是主要优选的参数。气枪沉放深度浅高频能量占优,低频能量较弱;为增强低频能量,通常会加深气枪沉放深度,在低频能量增强的同时,优势频带变窄,激发能量减弱。为了改善中-古生界反射波成像质量,需要激发能量和低频能量均强的气枪组合震源。根据物探船现有气枪类型、容量、吊点长度以及模拟分析等情况,沉放深度10m是一个较好的平衡点。通过外业试验验证了沉放10m的平面组合震源比“倒梯形”立体组合震源(4子阵沉放深度分别为7、10、10、7m)低频能量较强,地层吸收衰减后激发能量也较强;

    (3) 与以往地震资料进行了对比,本次采集的地震资料能量衰减较慢,深层能量更强,整体改善了T2不整合面下伏反射层的成像质量,为该区的深层油气勘探奠定基础。

  • 图  1   研究区域和观测站位图(据胡日军[12]绘制)

    Figure  1.   Map of the study area (black dot represents the observation site)

    图  2   温度(a)、温度梯度(b)、流速(c)、流向(d)、悬浮体的体积浓度(e)和平均粒径(f)剖面分布图(图2b-f中品红色曲线为温度梯度0.5 ℃·m−1的等值线)

    Figure  2.   Contour diagrams of temperature (a), temperature gradient (b), current speed (c) current direction (d), SPM volume concentration (e) and mean grain size (f) (The magenta line in Fig. 2b-f represents the contour line of 0.5 ℃·m−1 temperature gradient)

    图  3   悬浮体(a)和海底表层沉积物(b)的粒级分布图

    Figure  3.   Grain-size distribution of suspended particles (a) and seabed surface sediment (b)

    图  4   悬浮体质量浓度(a)和底部切应力及起动临界值(b)随时间序列图

    Figure  4.   Time series of mass concentration of suspended particles (C) and bottom shear stress and the threshold values of 10, 63 and 153 μm for movement

    图  5   悬浮体的体积浓度VC与质量浓度C的关系图

    Figure  5.   C/VC scatter plot of suspended particles

    图  6   悬浮体的有效密度与粒径关系图(红圈对应跃层以上悬浮颗粒,绿圈对应跃层附近悬浮颗粒,黑圈对应跃层以下悬浮颗粒)

    Figure  6.   The relationship between effective density and mean grain size of suspended particles

    图  7   底部絮凝体的有效密度序列图

    Figure  7.   Time series of floc effective density in the bottom water

    图  8   东西和南北向余流(a)和单位面积净输运量(b)随水深变化图以及净输运方向示意图(c)

    Figure  8.   Residual flow (a) and SPM transport per unit area (b) during a diurnal tide changes with water depth, and schematic diagram of net transport direction (c)

    表  1   悬浮体质量浓度的特征值

    Table  1   The characteristic values of mass concentration of suspended particles

    平均质量浓度/
    (mg·L−1
    质量浓度的标准差/
    (mg·L−1
    质量浓度梯度/
    (mg·L−1
    表层2.883.62
    5 mbs1.550.69−0.26
    10 mbs2.833.820.26
    20 mbs35.5210.453.27
    近底层61.0215.735.10
    下载: 导出CSV

    表  2   单位宽度悬浮体通量各分量及方向(正北方向为0°)

    Table  2   Tidal-averaged suspended particle flux per width and direction

    F1F2F3F4F5F6F7$\sum\limits_{{\rm{i}} = 1}^7 {{F_{{i}}}} $
    东向通量−0.020 1 −0.003 50.000 10.014 9 0.000 0−0.000 3 0.000 7−0.008 2
    北向通量−0.041 8 0.007 10.000 2−0.016 0 0.000 80.013 3 −0.000 7−0.037 2
    通量/(kg·m−1·s−10.046 4 0.007 90.000 20.021 9 0.000 80.013 3 0.001 00.038 1
    输运方向/(°)206 33426137 359359 135
    下载: 导出CSV
  • [1] 秦蕴珊, 李凡, 徐善民, 等. 南黄海海水中悬浮体的研究[J]. 海洋与湖沼, 1989, 20(2):101-112. [QIN Yunshan, LI Fan, XU Shanmin, et al. Suspended matter in the South Yellow Sea [J]. Oceanologia Et Limnologia Sinica, 1989, 20(2): 101-112.
    [2] 高抒. 浅海细颗粒沉积物通量与循环过程[J]. 世界科技研究与发展, 2000, 22(5):73-77. [GAO Shu. Fine-grained sediment fluxes and cycling on continental shelves [J]. World Sci-Tech R & D, 2000, 22(5): 73-77. doi: 10.3969/j.issn.1006-6055.2000.05.016
    [3] 石学法, 胡利民, 乔淑卿, 等. 中国东部陆架海沉积有机碳研究进展: 来源、输运与埋藏[J]. 海洋科学进展, 2016, 34(3):313-327. [SHI Xuefa, HU Limin, QIAO Shuqing, et al. Progress in research of sedimentary organic carbon in the East China Sea: sources, dispersal and sequestration [J]. Advances in Marine Science, 2016, 34(3): 313-327.
    [4] 李云海, 陈坚, 黄财宾, 等. 浙闽沿岸南部泥质沉积中心表层沉积物粒度特征及其季节性差异[J]. 沉积学报, 2010, 28(1):150-157. [LI Yunhai, CHEN Jian, HUANG Caibin, et al. Grain-size characteristics of the surface sediments and their seasonal variability in the mud depocenter off the southern Zhejiang-Fujian coast [J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2010, 28(1): 150-157.
    [5] 肖尚斌, 李安春, 刘卫国, 等. 闽浙沿岸泥质沉积的物源分析[J]. 自然科学进展, 2009, 19(2):185-191. [XIAO Shangbin, LI Anchun, LIU Weiguo, et al. Provenance analysis of mud along the Zhe-Min coast [J]. Progress in Natural Science, 2009, 19(2): 185-191. doi: 10.3321/j.issn:1002-008X.2009.02.009
    [6] 黄惠明, 王义刚, 王乐乐, 等. 群岛阻滞效应影响舟山群岛水流挟沙力空间变化研究[J]. 泥沙研究, 2010(6):60-67. [HUANG Huiming, WANG Yigang, WANG Lele, et al. Spacial distribution of sediment carrying capacity caused by retarding effect of Zhoushan Archipelago [J]. Journal of Sediment Research, 2010(6): 60-67.
    [7] 于谦, 王韫玮, 高抒. 潮汐与陆架环流作用下的悬沙输运: 江苏新洋港海岸冬季观测结果[J]. 南京大学学报: 自然科学版, 2014(5):626-635. [YU Qian, WANG Yunwei, GAO Shu. Tide and continental shelf circulation induced suspended sediment transport on the Jiangsu Coast: winter observations out of Xinyanggang [J]. Journal of Nanjing University: Natural Sciences, 2014(5): 626-635.
    [8]

    Liu J P, Xu K H, Li A C, et al. Flux and fate of Yangtze River sediment delivered to the East China Sea [J]. Geomorphology, 2007, 85(3-4): 208-224. doi: 10.1016/j.geomorph.2006.03.023

    [9] 闵建雄, 丁咚, 李广雪, 等. 利用Landsat卫星影像研究浙闽地区表层悬浮体的分布和迁移[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2017, 37(2):44-55. [MIN Jianxiong, DING Dong, LI Guangxue, et al. Distribution and migration pattern of surficial suspended matter in Zhejiang and Fujian mud area detected by Landsat satellite images [J]. Marine Geology and Quaternary Geology, 2017, 37(2): 44-55.
    [10] 刘世东, 乔璐璐, 李广雪, 等. 东海内陆架悬浮体输运、通量及季节变化[J]. 海洋与湖沼, 2018, 49(1):24-39. [LIU Shidong, QIAO Lulu, LI Guangxue, et al. Transport and flux of suspended sediment and its seasonal variation over the inner shelf of the East China Sea [J]. Oceanologia Et Limnologia Sinica, 2018, 49(1): 24-39.
    [11] 周连成, 李军, 高建华, 等. 长江口与舟山海域柱状沉积物粒度特征对比及其物源指示意义[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2009, 29(5):21-27. [ZHOU Liancheng, LI Jun, GAO Jianhua, et al. Comparison of core sediment grain-size characteristics between Yangtze River Estuary and Zhoushan islands and its significance to sediment source analysis [J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2009, 29(5): 21-27.
    [12] 胡日军. 舟山群岛海域泥沙运移及动力机制分析[D]. 中国海洋大学博士学位论文, 2009.

    HU Rijun. Sediment transport and dynamic mechanism in the Zhoushan Archipelago sea area[D]. Doctor Dissertation of Ocean University of China, 2009.

    [13] 寿玮玮. 舟山群岛附近海域水动力特征及其对物质输运的影响分析[D]. 中国海洋大学硕士学位论文, 2009.

    SHOU Weiwei. Hydrodynamic characteristics and its impact on mass transport in the Zhoushan Archipelago sea area[D]. Master Dissertation of Ocean University of China, 2009.

    [14]

    Dyer K R. The salt balance in stratified estuaries [J]. Estuarine and Coastal Marine Science, 1974, 2(3): 273-281. doi: 10.1016/0302-3524(74)90017-6

    [15] 吴华林, 沈焕庭, 朱建荣. 河口泥沙通量研究综述[J]. 泥沙研究, 2001(5):73-79. [WU Hualin, SHEN Huanting, ZHU Jianrong. Estuarine sediment fluxes: an overview [J]. Journal of Sediment Research, 2001(5): 73-79. doi: 10.3321/j.issn:0468-155X.2001.05.013
    [16]

    Hansen D V. Currents and mixing in the Columbia River Estuary[C]//Ocean Science and Ocean Engineering. Washington D. C.: Marine Technology Society and American Society of Limnology and Oceanography, 1965: 943-955.

    [17]

    Fischer H B. Mixing and dispersion in estuaries [J]. Annual Review of Fluid Mechanics, 1976, 8(1): 107-133. doi: 10.1146/annurev.fl.08.010176.000543

    [18]

    Uncles R J, Elliott R C A, Weston S A. Dispersion of salt and suspended sediment in a partly mixed estuary [J]. Estuaries, 1985, 8(3): 256-269. doi: 10.2307/1351486

    [19]

    Dyer K R. Estuarine: A Physical Introduction[M]. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons, 1997.

    [20] 吴祥柏, 汪亚平, 潘少明. 长江河口悬沙与盐分输运机制分析[J]. 海洋学研究, 2008, 26(4):8-19. [WU Xiangbai, WANG Yaping, PAN Shaoming. Analysis of the transportation mechanism of suspended sediment and salt in the Changjiang River Estuary [J]. Journal of Marine Sciences, 2008, 26(4): 8-19. doi: 10.3969/j.issn.1001-909X.2008.04.002
    [21] 宋永港, 卢永金, 刘新成. 黄浦江河口水沙输运机制研究[J]. 华东师范大学学报: 自然科学版, 2016(3):136-145. [SONG Yonggang, LU Yongjin, LIU Xincheng. Water and sediment transport mechanism in the Huangpu River Estuary, Shanghai [J]. Journal of East China Normal University: Natural Science, 2016(3): 136-145.
    [22] 吴德安, 张忍顺, 严以新, 等. 辐射沙洲东大港潮流水道悬沙输移机制分析[J]. 河海大学学报: 自然科学版, 2006, 34(2):216-222. [WU De'an, ZHANG Renshun, YAN Yixin, et al. Mechanism of suspended sediment transport in Dongdagang tidal channel of radial sand ridges [J]. Journal of Hohai University: Natural Sciences, 2006, 34(2): 216-222.
    [23] 刘运令, 汪亚平, 吴祥柏, 等. 南黄海苏北近岸西洋水道水沙输运机制分析[J]. 海洋科学, 2011, 35(11):120-127. [LIU Yunling, WANG Yaping, WU Xiangbai, et al. Mechanism of water and suspended sediment transport in the Xiyang Channel along the southwestern Yellow Sea coast [J]. Marine Sciences, 2011, 35(11): 120-127.
    [24]

    Yu Q, Wang Y P, Flemming B, et al. Tide-induced suspended sediment transport: Depth-averaged concentrations and horizontal residual fluxes [J]. Continental Shelf Research, 2012, 34: 53-63. doi: 10.1016/j.csr.2011.11.015

    [25] 徐粲, 高建华, 杨旸, 等. 南黄海辐射沙脊群潮汐水道的悬沙输运特征[J]. 海洋学报, 2014, 36(11):150-162. [XU Can, GAO Jianhua, YANG Yang, et al. Suspended sediment transport patterns in the tidal channels in the southwestern Yellow Sea [J]. Acta Oceanologica Sinica, 2014, 36(11): 150-162.
    [26] 宋立松, 余祈文. 杭州湾悬沙净输移机制探讨[J]. 泥沙研究, 2003(3):48-52. [SONG Lisong, YU Qiwen. Preliminary study on suspended sediment transport in the Hangzhou Bay [J]. Journal of Sediment Research, 2003(3): 48-52. doi: 10.3321/j.issn:0468-155X.2003.03.011
    [27]

    Hu R J, Wu J Z, Zhu L H, et al. Suspended sediment transport and deposition in the Zhoushan Archipelago sea area [J]. Journal of Ocean University of China, 2009, 8(4): 343-351. doi: 10.1007/s11802-009-0343-y

    [28]

    Turner A, Millward G E. Suspended particles: their role in estuarine biogeochemical cycles [J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2002, 55(6): 857-883. doi: 10.1006/ecss.2002.1033

    [29]

    van Rijn L C. Principles of Sediment Transport in Rivers, Estuaries and Coastal Seas[M]. Amsterdam: Aqua Publications, 1993.

    [30]

    Mikkelsen O A, Pejrup M. In situ particle size spectra and density of particle aggregates in a dredging plume [J]. Marine Geology, 2000, 170(3-4): 443-459. doi: 10.1016/S0025-3227(00)00105-5

    [31]

    Soulsby R L. Dynamics of Marine Sands: a Manual for Practical Applications[M]. London: Telford, 1997.

    [32]

    Lee J, Liu J T, Hung C C, et al. River plume induced variability of suspended particle characteristics [J]. Marine Geology, 2016, 380: 219-230. doi: 10.1016/j.margeo.2016.04.014

    [33]

    Liu J T, Hsu R T, Yang R J, et al. A comprehensive sediment dynamics study of a major mud belt system on the inner shelf along an energetic coast [J]. Scientific Reports, 2018, 8(1): 4229. doi: 10.1038/s41598-018-22696-w

    [34]

    Gibbs R J, Matthews M D, Link D A. The relationship between sphere size and settling velocity [J]. Journal of Sedimentary Research, 1971, 41(1): 7-18.

    [35]

    Gibbs R J. Estuarine flocs: their size, settling velocity and density [J]. Journal of Geophysical Research, 1985, 90(C2): 3249-3251. doi: 10.1029/JC090iC02p03249

    [36]

    Geyer W R, Hill P S, Kineke G C. The transport, transformation and dispersal of sediment by buoyant coastal flows [J]. Continental Shelf Research, 2004, 24(7-8): 927-949. doi: 10.1016/j.csr.2004.02.006

    [37]

    Wang Y P, Voulgaris G, Li Y, et al. Sediment resuspension, flocculation, and settling in a macrotidal estuary [J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2013, 118(10): 5591-5608. doi: 10.1002/jgrc.20340

    [38]

    Krone C A, Burrows D G, Brown D W, et al. Nitrogen-containing aromatic compounds in sediments from a polluted harbor in Puget Sound [J]. Environmental Science & Technology, 1986, 20(11): 1144-1150.

    [39]

    Droppo I G. Rethinking what constitutes suspended sediment [J]. Hydrological Processes, 2001, 15(9): 1551-1564. doi: 10.1002/hyp.228

    [40]

    Derenbach J B, Astheimer H, Hansen H P, et al. Vertical microscale distribution of phytoplankton in relation to the thermocline [J]. Marine Ecology Progress Series, 1979, 1: 187-193. doi: 10.3354/meps001187

    [41]

    Dekshenieks M M, Donaghay P L, Sullivan J M, et al. Temporal and spatial occurrence of thin phytoplankton layers in relation to physical processes [J]. Marine Ecology Progress Series, 2001, 223: 61-71. doi: 10.3354/meps223061

    [42]

    Ferland J, Gosselin M, Starr M. Environmental control of summer primary production in the Hudson Bay system: The role of stratification [J]. Journal of Marine Systems, 2011, 88(3): 385-400. doi: 10.1016/j.jmarsys.2011.03.015

    [43]

    Du X Q, Liu J T. Particle dynamics of the surface, intermediate, and benthic nepheloid layers under contrasting conditions of summer monsoon and typhoon winds on the boundary between the Taiwan Strait and East China Sea [J]. Progress in Oceanography, 2017, 156: 130-144. doi: 10.1016/j.pocean.2017.06.009

    [44] 李占海, 高抒, 沈焕庭. 金塘水道的悬沙输运和再悬浮作用特征[J]. 泥沙研究, 2006(3):55-62. [LI Zhanhai, GAO Shu, SHEN Huanting. Processes of suspended sediment transport and resuspension in Jintang Channel [J]. Journal of Sediment Research, 2006(3): 55-62. doi: 10.3321/j.issn:0468-155X.2006.03.010
    [45] 宋泽坤, 张俊彪, 施伟勇, 等. 杭州湾口门中部水沙输运机制初探——以岱衢洋为例[J]. 海洋通报, 2015, 34(3):267-274. [SONG Zekun, ZHANG Junbiao, SHI Weiyong, et al. Mechanism of water and suspended sediment transport in the middle outlet of the Hangzhou Bay: a case study of Daiquyang Sea [J]. Marine Science Bulletin, 2015, 34(3): 267-274. doi: 10.11840/j.issn.1001-6392.2015.03.005
    [46] 董超, 陈俊兵, 谢永清, 等. 舟山沈家门海域悬沙输运特征研究[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2018, 38(1):78-86. [DONG Chao, CHEN Junbing, XIE Yongqing, et al. Transportation of suspended sediment in Shenjiamen offshore area of Zhoushan [J]. Marine Geology and Quaternary Geology, 2018, 38(1): 78-86.
    [47] 刘升发, 石学法, 刘焱光, 等. 东海内陆架泥质区表层沉积物常量元素地球化学及其地质意义[J]. 海洋科学进展, 2010, 28(1):80-86. [LIU Shengfa, SHI Xuefa, LIU Yanguang, et al. Geochemical characteristics and geological significance of major elements in the surface sediments from the inner shelf mud area of the East China Sea [J]. Advances in Marine Science, 2010, 28(1): 80-86. doi: 10.3969/j.issn.1671-6647.2010.01.011
  • 期刊类型引用(1)

    1. 李阳,戴礼云,车涛. 利用Sentinel-1/SAR和AMSR2数据估算罗斯海冰架沿岸风吹冰间湖海冰产量. 冰川冻土. 2025(01): 30-41 . 百度学术

    其他类型引用(0)

图(8)  /  表(2)
计量
  • 文章访问数:  2204
  • HTML全文浏览量:  417
  • PDF下载量:  56
  • 被引次数: 1
出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-12
  • 修回日期:  2020-03-05
  • 网络出版日期:  2020-07-02
  • 刊出日期:  2020-11-30

目录

/

返回文章
返回