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近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員夏少紅團(tuán)隊(duì)以突破珊瑚島礁本體淺表三維精細(xì)成像為目標(biāo)，利用海洋環(huán)境噪聲透視珊瑚島礁三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究近日發(fā)表于《工程學(xué)》（Engineering）。

珊瑚島礁作為海洋中寶貴的國(guó)土資源，不僅是海洋資源開(kāi)發(fā)和海洋權(quán)益保護(hù)的重要基地，也是研究區(qū)域構(gòu)造演化和全球環(huán)境變化等前沿科學(xué)問(wèn)題的重要載體。我國(guó)南海發(fā)育大量珊瑚島礁，總面積約37200 km2，形成島礁林立的獨(dú)特海洋地貌景觀。

然而，受作業(yè)條件限制，傳統(tǒng)海洋地球物理技術(shù)和鉆井樣品很難呈現(xiàn)珊瑚島礁本體精細(xì)的三維淺表地質(zhì)結(jié)構(gòu)，且作業(yè)成本高、效率低。因此，如何發(fā)展一種適合珊瑚島礁特殊環(huán)境的經(jīng)濟(jì)高效三維成像技術(shù)，是珊瑚島礁工程開(kāi)發(fā)利用和可持續(xù)發(fā)展中需要解決的迫切問(wèn)題。

在本項(xiàng)研究工作中，研究人員在南海典型珊瑚島礁開(kāi)展了基于海洋環(huán)境噪聲的探測(cè)試驗(yàn)和成像研究。他們通過(guò)在南海典型島礁布設(shè)密集地震臺(tái)站，進(jìn)行了海洋環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)采集及噪聲信號(hào)詳細(xì)分析。研究結(jié)果表明，海洋中孤立珊瑚島礁的背景噪聲信號(hào)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臺(tái)站均具有很好的一致性，5 赫茲以上卻存在顯著差異。

通過(guò)對(duì)不同時(shí)長(zhǎng)連續(xù)波形的對(duì)比研究，研究人員發(fā)現(xiàn)對(duì)于珊瑚島礁5 赫茲以下噪聲信號(hào)，僅需12小時(shí)或1天時(shí)長(zhǎng)的連續(xù)波形即可獲取高信噪比且對(duì)稱性良好的互相關(guān)函數(shù)，這為今后高效、低成本獲取島礁三維結(jié)構(gòu)提供了重要依據(jù)；進(jìn)一步的三維結(jié)構(gòu)成像結(jié)果表明，珊瑚島礁淺表地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有明顯的分區(qū)性，且與島礁向海側(cè)的外礁坪地層膠結(jié)程度差異性特征一致。

該研究還發(fā)現(xiàn)珊瑚島礁發(fā)育有兩個(gè)低速層位，與鉆井巖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(guò)程中經(jīng)歷了多次地層暴露、強(qiáng)烈風(fēng)化的地質(zhì)事件。

該項(xiàng)研究表明，利用海洋中豐富的環(huán)境噪聲信號(hào)，能夠經(jīng)濟(jì)高效、環(huán)境友好地獲取珊瑚島礁淺表精細(xì)結(jié)構(gòu)，是未來(lái)島礁工程地質(zhì)探測(cè)的優(yōu)選方案之一。

該研究工作得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)任務(wù)、海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東特支計(jì)劃本土創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)等共同資助完成。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.022

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