海底地质沉积分析软件 -海洋沉积岩

编者按

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2017年初，国家海洋局局属重点实验室综合评估结果公示，国家海洋局海底科学重点实验室（以下简称“海底实验室”）经过初评、现场考察和综合评议三阶段评审，在基础研究类的10个局属重点实验室中排名第一。

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图片海底实验室为我国在印度洋发现首个热液活动区

　　这个一向低调的实验室靠什么征服一众评估专家摘得第一？或许，可以从他们总结报告中的“四个一”中窥得端倪

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　　●牵头获得一个国家科技进步二等奖

　　●技术支撑申请1万平方公里的国际海底硫化物合同区

　　●技术牵头完成一份东海部分海域200海里以外大陆架外部界限划界案

　　●培养出一名中国工程院院士

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　　看似简单的“四个一”却实在是不容易获得的成果，这不仅是实验室成立20年来不懈前进的缩影，更凝聚了实验室大小6个团队85名科研人员对海底科学的热爱与执着。

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图片海底实验室牵头中非大陆边缘海洋合作调查

　　国家海洋局海底科学重点实验室依托国家海洋局第二海洋研究所而建。海洋二所虽然是局属研究所中唯一一个不靠海的研究所，却从事着最深、最远的海洋科学研究，“上可九天揽月，深可五洋捉鳖，远可两极探险”这是许多科学家的梦想。海底实验室便着力于揭示海底基本特征、变化规律与动力过程，实践着最“深”的研究。

　　暮春的西子湖畔风光无限，走进海底实验室，满满的岩芯样品，繁杂的仪器设备，正在进行分析测试的科研人员忙碌而有序……此时，实验室过半的科研人员都欣赏不到杭州春天的美景，他们正在不同的海域、不同的科考船上忙碌着……虽然，重洋远隔，但他们遥看着同一个日升月落，实践着同一个海洋科技强国的梦想。正是他们的辛勤努力与拼搏奉献，换来了海底实验室在5年评估期内的2个国家科技进步二等奖、9个省部级奖、9部著作、120篇SCI论文、24项发明专利以及12项软件与装备的开发。在此基础上，海底实验室凝练形成了5个代表性成果——中国海大陆架划界研究与应用、洋中脊热液硫化物发现与矿区申请、南海大陆边缘动力学过程、海底探测技术体系与信息化技术研究和我国近海海底环境调查与研究。

　　这些成果被成功应用在我国海洋维权、大洋矿区申请等关乎国家利益的各个领域，海底实验室也在这群平均年龄40岁的年轻科学家的携手奋斗中走向越来越好的明天。

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图片东海划界案文本

大陆架划界：助力海洋维权

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　　大陆架是大陆沿岸土地在海面下向海洋的延伸，可以说是被海水所覆盖的大陆。它的范围自海岸线起，向海洋方面延伸，直到海底坡度显著增加的陆架坡折处为止。大陆架富含丰富的油气和矿产资源。

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　　大陆架划界关系到国家海洋主权权益、资源利益和国家安全，是各沿海国家非常关注的全新研究领域。随着近年来我国海洋维权力度不断加大，除了常规的海军、海警例行巡航等形式外，重点实验室科研成果转化也让海洋维权有据可依。

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　　10余年的协同攻关、突破了我国海域复杂地质条件、数十万字的课题研究……在海底实验室李家彪院士带领下完成的中国海大陆架划界科学技术研究及应用可以被称为“大陆架划界百科”。该研究的应用构建了我国大陆架划界技术理论体系，为我国大陆架划界工作提供了重要科技支撑。

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　　联合国大陆架界限委员会主席阿沃斯卡教授认为，中国大陆架划界技术已跨入国际先进行列。2012年，东海部分大陆架划界案经过外交部提交联合国，2013年，李家彪代表我国在联合国成功完成科学技术答辩，为维护国家主权权益做出重要贡献。

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　　10余年来，海底实验室组建了全职与跨学科人员组成的大陆架研究队伍，创立了弧后盆地大陆架划界地质理论，建立了3大类20亚类全球大陆架划界地质模型，奠定了大陆架划界地质理论基础；创建了大陆坡脚点自动识别方法，建立了基于海底地形多维网格的界线点识别模型，有效解决了复杂地貌条件下大陆架外部界限点的确定问题；研发了大陆架划界数据分析与决策信息系统，为我国大陆架划界提供了强有力的信息化支持；建立了大陆架划界研究中心，形成业务化运行能力，支撑我国大陆架划界研究。此外，该研究还被一些海外国家用于大陆架划界方案的评估。

　　由海底科学实验室创建并主办的5届大陆架划界领域国际学术论坛，提高了我国在大陆架划界领域的国际地位。海底实验室在大陆架划界方面形成的技术体系，还帮助了尼日利亚、莫桑比克、塞舌尔等多国的调查研究，助推我国“一带一路”倡议。

图片东海划界案图示

硫化物找矿：在海底山脉发现“资源”

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　　海底有陆地那样的崇山峻岭，而且蔚为壮观，酷似巨龙卧伏海底，这就是洋中脊，又称中央海岭，在地貌上，是一条在大洋中延伸的海底山脉。

　　热液硫化物是一种含有铜、锌、铅、金、银等多种元素的重要矿产资源，主要出现在大洋中脊和断裂活动带上。热液活动区生物群落奇异的生命表现，改变了传统的极端环境下无生命存在的认识，丰富了深海生物基因库，在工业、医药、环保等领域有广泛的应用前景。

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　　5年来，海底实验室主导我国洋中脊硫化物资源调查研究工作，实验室副主任陶春辉研究员、韩喜球研究员带领科研人员在印度洋、大西洋和太平洋开展硫化物找矿与资源潜力评价，发现了一批海底热液区，实现了我国海底硫化物发现的“零突破”；确定了多个硫化物调查靶区；在西南印度洋洋中脊为我国圈定1万平方公里的硫化物勘探合同区，这也是国际上第一个获得批准的硫化物勘探合同区。

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　　海底实验室该项目的主要成果包括三大方面。

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　　一是提出局部岩浆供给以及洋壳渗透率是控制洋中脊热液活动分布重要机制，在国际上首次发现西南印度洋超慢速扩张洋中脊的海底活动热液区，揭示了超慢速扩张洋脊硫化物资源的成矿前景。

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　　二是探明了我国硫化物合同区的热液区深部结构、拆离断层、岩浆房等构造特征的精细速度成像，发现异常厚度洋壳，提出超慢速扩张脊洋壳增生新模式；揭示了深部地幔熔融和岩浆抽提过程和岩浆演化过程中铜－金的富集机制以及洋中脊热液活动在时空上的迁移规律。

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　　三是提出洋中脊硫化物综合区域找矿模型，创立快速找矿方法，构建技术体系，建立了海底资源评价方法，支撑了我国在西南印度洋硫化物资源的评价及向联合国国际海底管理局进行矿区申请成功。

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大陆边缘动力学：了解南海的“前世今生”

　　为什么陆地会变成海洋？南海海底复杂的地质现象是如何形成的？过程中经历了怎样的复杂过程？后期的岩浆作用对南海进行了什么样的改造？

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　　“南海是非常具有特色的海域，了解南海的‘前世今生’对于南海资源勘探和环境研究有着重要意义”。重点实验室主任方银霞对记者说，实验室在国家973和系列国家自然科学基金重点与面上项目的资助下，开展南海陆缘演化模式及动力学机制研究，该研究聚集大陆边缘的构造系统、破裂机制及洋盆的形成—消亡历史，重建了南海演化的动力学过程。

　　5年来，在构建南海陆缘岩石圈结构模型、南海陆缘性质转变及相应构造—沉积特征及南海海盆扩张的模型重建等方面取得了三大创新性成果。

　　一是系统揭示南海陆缘深部动力学背景，构建区域尺度岩石圈三维结构模型，分析了南海地壳和上地幔的结构——物性变化和岩石圈结构差异，通过对比南海南、北共轭陆缘岩石圈结构差异，揭示了南海大陆边缘深部动力学特征。

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　　二是通过对南海新生代大陆边缘变形结构、岩浆活动、沉积过程与沉积体系的研究，建立了陆缘演化中构造、岩浆作用和沉积之间的相互联系，阐明了共轭陆缘构造－沉积和热演化过程对油气资源的成藏控制机理。

　　三是通过数值模拟和物理模拟工作，对比南海诸次海盆的演化次序，揭示陆缘裂解和海底扩张的动力学机制和演变过程，阐明了影响南海陆缘构造演化的主控因素。

　　方银霞对记者说，这项成果丰富和深化了国际大陆边缘计划关于“大陆边缘演化与盆地”这一前沿研究领域的新认识，推动了南海综合大洋勘探钻探，为我国大陆边缘油气勘探提出有利富集区带和战略性方向，为我国海域划界提供了基础科学证据，造就了一支具有国际水准的大陆边缘动力学研究的科学家队伍。

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蛟龙号133潜次，海底实验室下潜科学家出舱时展示实验室旗帜

海底探测：探索“海底龙宫”

　　波澜壮阔的海洋隐藏着无数秘密。随着海底实验室海洋探测和信息化技术的发展，“海底龙宫”的构造逐渐“浮出水面”。

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　　在我国海底科学奠基人金翔龙院士的带领下，海底实验室提出了我国海洋水下观测体系框架和海洋探测与装备的发展方向。5年来，以“大洋一号”与“向阳红10”船为平台，开展新技术研发与集成化应用，建立了较完备的海底探测技术体系，有力支撑了国家专项调查与研究，主要取得了3大成果。

　　一是突破海底地震与磁力的耦合低干扰等技术，研发了基于观测网的地球物理观测系统，在南海陆坡实时监测运行。突破原位纵横声学同步测量及温控测速技术方法，研发了新型沉积物原位声学系统，已产品化。实现多传感器的集成，合作研制基于水下自治航行器平台的硫化物资源探测系统，在西南印度洋硫化物合同区成功应用。

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　　二是以自主开发技术为核心，以船载网络为纽带，集成国际先进的海底探测技术，建设包括海底地震、近底磁力、近底瞬变电磁等新技术方法，形成能同步探测海水、海床和深部的多手段一体化的立体探测技术体系，在印度洋和极地等广泛应用，取得了一批创新探测成果。

　　三是研发多波束显控与后处理软件，提出声剖自动优选方法、后处理方法、水深图构建方法和海底地形地貌构建方法，实现声呐控制及数据化工程，支撑国产深水多波束测深系统研制与工程化。

近海调查：探索身边这片海

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　　我国近海有60多万平方公里，相当于6个浙江省面积的总和。“开展近海海底环境调查和研究可以为促进沿海地区海洋经济发展、提高海洋防灾减灾能力、保护海洋生态环境等提供基础数据和技术支持。”海底实验室副主任吴自银对记者说。

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　　海底实验室一直是我国近海海洋调查与研究的主力队伍，承担了历次海洋专项大量的调查研究任务。5年来，实验室依托全球海气相互作用等国家专项，开展了地球物理、地形地貌、海洋沉积的调查与成果集成，在海洋地质学和环境研究方面取得了系列成果。

　　一是融合处理20余年来新勘测的海底科学多专业海量数据，形成统一基准与标准的海洋大数据，全面更新了中国管辖海域的海底科学基础调查分析数据，支撑我国“数字海洋”建设、服务于大陆架划界、海洋军事、海底资源研究和环境评价等多个方面。

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　　二是开发了多波束数据精细处理方法，满足大比例尺的水深地形成图要求，推动我国的国际海底地理实体命名工作，开发了“数字海洋”海底科学信息服务系统，制作了大量高质量的海底信息产品。

　　三是深入研究中国近海海底环境，揭示了中国近海的构造活动特点；基于上百年历史地形的分析研究，揭示了人类活动作用的珠江等大河口地形基本演变规律。在南海西北陆架，获得了全新世以来沉积物分布和迁移规律，揭示了沉积物重金属污染现状及历史。

结语

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　　综合评估是对过去成果的总结，更是新征程的开始。20年过去，弹指一挥间，20年栉风沐雨、厚积薄发，让海底实验室绽放出耀眼的光芒。

　　现在，海底实验室拥有两位中国工程院院士，还有浙江省特级专家、浙江省专利金奖获得者……年轻而富有朝气的团队充满信心与力量，他们希望围绕大陆边缘演化与环境效应、海底资源与成矿系统、探测技术与集成应用等三个研究方向，用自己的不懈努力在海底科学前沿科研问题和国家重大科技需求方面做出新的贡献，将实验室打造为引领海底科学学科发展、培养高级科技人才和开展合作交流的优秀平台。

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　　暮雨初歇的夜晚，海底实验室依然灯火通明，灯光下是伏案工作的科学家，他们在探索海底的秘密，为海底科学世界更好的明天而努力拼搏……

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来源：中国海洋报

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