南海北部陆架坡折附近的海底沙波的形态特征、活动规律和成因机制

论文摘要

海底沙波是一种常见的海底地貌,其形成和演化与海底沉积物的性质、区域地形地貌特征和水动力环境等密切相关。因此对海底沙波的研究有助于我们了解研究区的沉积环境演变、海平面变化和水动力环境的演变等,具有十分重要的理论意义。快速运动的沙波往往会威胁海底管道和海底电缆的安全,而海底砂矿又蕴藏着丰富的金属元素和矿物。因此,对海底沙波的研究不仅具有理论意义,还有十分重要的工程意义和经济价值。在中国南海北部的陆架坡折附近,广泛分布着各种类型的海底沙波。这些沙波的存在和移动为海底人工设施带来了潜在的风险,例如:番禺油气田的部分输气管道位于沙波分布区内,存在因沙波活动而导致的悬跨现象。有学者曾对该地区的沙波进行过研究,但是由于缺少高精度的水深数据等多方面的数据,现有的研究对南海北部沙波的形成时代、是否运动和运动的动力来源等问题存在诸多争议。有的研究者认为沙波为残留沙波且不会发生运动,有的学者认为沙波是现代形成的,可在潮流作用下活动,也有研究者认为其在风暴潮的作用下运动。本文对在南海北部陆架坡折附近获取的表层沉积物样品进行粒度测试和年代测试,并分析了区域沉积物的类型和分布特征及输运趋势。利用多年的多波束测深数据,提取了沙波的形态特征参数,通过剖面对比获得了沙波的迁移方向和距离。通过分析底流数据等探讨了沙波形成演化的动力机制。研究结果表明,表层沉积物主要由砂质和砾石成分组成,粉砂和黏土成分含量相对较少。研究区的沙波为现代沙波,沉积物由冰期物质、冰消期物质和全新世的物质混合而成,年代跨度范围广,呈现出新老混杂的特点。研究区的沉积物基本沿着陆架坡折向海和向陆两个主要方向输运,同时也存在少量的沿陆架坡折和跨陆架坡折输运现象。根据沙波的分布范围、形态特征参数和迁移规律,研究区的沙波存在五个主要的分布区,总体上可以分为两种类型。第一类沙波主要分布在水深大于145 m的深水区,并且所处海底坡度大于0.3°。沙波的脊线和所处海域的等深线平行,沙波倾向于SE的深水方向,且向SE方向迁移。沙波的波长和波高具有很强的指数关系,即H1=0.0597λ0.92（R=0.67）,关系式位于Flemming全球平均线的上方。第二类沙波分布于水深小于145 m浅水区,并且沙波分布的海底的坡度一般小于0.5°。沙波的脊线与等深线呈一定的夹角,沙波倾向NW的浅水区方向,向NW方向的上坡移动。沙波的波长和波高的指数关系式处于Flemming全球平均线的下方,为H2=0.0677λ1.34（R=0.83）。研究区有两个子区域的沙波则具有这两类沙波的混合特征,是沙波的混合分布区。南海北部陆架坡折附近的内孤立波源于吕宋海峡,或者由南海北部的潮地激发作用产生。起源于吕宋海峡的内孤立波跨越南海海盆,向南海北部陆架和陆坡浅化,与东沙群岛发生碰撞分成两部分,而后又在东沙群岛后面相交。内孤立波在浅化过程中会造成海底的强流,只有内波导致的强流才能造成研究区沙波的迁移运动。在浅化过程中,内孤立波在南海北部陆架坡折区域会发生极性转化,即由下凹型内孤立波转换为上凸型内孤立波。下凹型的内孤立波主要分布在陆架坡折下部的深水区,其在海底产生的强流与其传播方向相反,流向深水区且流速较大,下凹型内孤立波的影响区域与第一类沙波的分布区域相对应。上凸型的内孤立波主要分布在陆架坡折上部相对较浅的区域,其在海底产生的强流与其传播方向相同,流向浅水区且流速较小,上凸型内孤立波影响的区域与第二类沙波的分布区域相一致。因此内波是南海北部陆架坡折附近海底沙波差异化分布和迁移运动的主要原因。本研究表明内波是深水沙波形成和演化的主要动力因素,丰富了沙波形成和演化的理论,对今后深水沙波的研究具有重要的指导意义。

论文目录

摘要

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第1章引言

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 沙波的分类

1.2.2 沙波的形态特征

1.2.3 沙波的迁移

1.2.4 沙波的内部层理和结构

1.2.5 沙波的形成和演化的控制因素

1.2.5.1 水动力环境因素

1.2.5.2 沉积物的性质

1.2.5.3 影响沙波形成和发育的其他因素

1.3 南海北部沙波的研究现状

1.4 本文主要的研究内容

第2章区域背景

2.1 研究区的位置

2.2 区域地质情况

2.2.1 地形地貌特点

2.2.2 构造特点

2.3 研究区的水文特征

2.3.1 南海北部水动力条件

2.3.2 南海北部的内波

第3章资料来源和方法

3.1 数据资料来源

3.1.1 沉积物资料

3.1.2 多波束水深资料

3.1.3 浅部地层数据和侧扫声呐数据

3.1.4 水动力数据

3.2 数据资料处理方法

3.2.1 表层沉积物样品处理

3.2.2 多波束数据的处理和误差分析与校正

第4章表层沉积物的粒度和特征

4.1 表层沉积物的粒级组分特征

4.2 沉积物的类型和分布

4.3 表层沉积物的粒度参数分布特征和空间差异

4.4 沉积物的起动流速

4.5 沉积物的测年结果

4.6 沉积环境分区

4.7 表层沉积物的输运趋势

4.8 本章小结

第5章沙波的形态特征和分布规律

5.1 沙波的分布规律

5.2 沙波的形态特征

5.3 沙波的内部结构和底界面

5.4 本章小结

第6章沙波的迁移过程及特征

6.1 沙波的迁移特征

6.2 沙波迁移距离的计算

6.3 沙波的体积变化及区域差异

6.4 本章小结

第7章内波影响下的水动力环境

7.1 研究区的实测水动力特征

7.1.1 底流基本特征

7.1.2 底流的内波特征

7.2 潜标数据分析和内孤立波的传播

7.3 本章小结

第8章沙波的形成演化和迁移动力机制

8.1 常规水动力条件对海底沙波的影响

8.2 极端海况对海底沙波的影响

8.3 南海的内波生成传播及近底的动力过程

8.3.1 内孤立波的浅化和极性转换

8.3.2 内波对沉积物搬运的影响

8.4 内波控制下海底沙波的形成演化和迁移机制

第9章结论和下一步工作建议

9.1 结论

9.2 下一步工作建议

参考文献

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 张洪运

导师: 阎军

关键词: 南海北部,陆架坡折,沙波,内波

来源: 中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学,海洋学

单位: 中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)

基金: 中国科学院海洋所和中海石油深圳分公司的“PY30-1海管冲刷机理及其悬跨治理研究”项目,国家自然科学基金面上项目的“南海北部上陆坡水深近200m处沙波群的特征,活动规律及其对内波致强流的响应”项目

分类号: P737.2

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南海北部陆架坡折附近的海底沙波的形态特征、活动规律和成因机制

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