美国海岸带综合地质调查进展及其对中国海岸带研究的启示

杜晓敏, 周平, 常勇, 郑人瑞, 夏烨. 美国海岸带综合地质调查进展及其对中国海岸带研究的启示[J]. 地质通报, 2020, 39(2-3): 414-423.
引用本文: 杜晓敏, 周平, 常勇, 郑人瑞, 夏烨. 美国海岸带综合地质调查进展及其对中国海岸带研究的启示[J]. 地质通报, 2020, 39(2-3): 414-423.
DU Xiaomin, ZHOU Ping, CHANG Yong, ZHENG Renrui, XIA Ye. A review on Coastal and Marine Geology Program of U.S. Geological Survey and some suggestions on coastal studies in China[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(2-3): 414-423.
Citation: DU Xiaomin, ZHOU Ping, CHANG Yong, ZHENG Renrui, XIA Ye. A review on Coastal and Marine Geology Program of U.S. Geological Survey and some suggestions on coastal studies in China[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(2-3): 414-423.

美国海岸带综合地质调查进展及其对中国海岸带研究的启示

  • 基金项目:
    中国地质调查局项目《地质调查中长期发展动力与方向研究》(编号:DD20190462)和《重点区国土空间用途管制变化监测与核查》(编号:DD20190704)
详细信息
    作者简介: 杜晓敏(1982-), 男, 博士, 高级工程师, 从事遥感地质研究。E-mail:dxiaomin@mail.cgs.gov.cn
  • 中图分类号: P748

A review on Coastal and Marine Geology Program of U.S. Geological Survey and some suggestions on coastal studies in China

  • 美国地质调查局立足于地球系统科学专长,于1994年起领导并实施了国家海岸带和海洋地质计划(CMGP),旨在为海岸带繁荣提供地球科学信息和解决方案。CMGP统筹海陆,在实践中形成了"整合科学"的研究模式,以及"全国统筹规划,聚焦区域需求,湾区河口先导"的空间发展格局。CMGP结合问题导向和兴趣导向调整工作重点,聚焦五项科学需求:整合科学、全国统筹、地质过程、变化及灾害、生态服务,形成了相对稳定的四大研究方向。CMGP认为,海岸带问题的解决,需要向内陆扩展,向流域、山脉探寻地质作用根源,为此建立了"海岸省"的概念。借鉴美国地质调查局的经验,对中国海岸带地质研究提出四点建议:一是科学分区,二是湾区先导,三是技术创新,四是支撑修复。

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  • 图 1  综合地质结构和行政区划的美国十大海岸省

    Figure 1. 

    表 1  CMGP技术方法体系

    Table 1.  Key technologies adopted by CMGP

    类别 填图技术及服务
    机载激光雷
    达协作测量
    利用机载激光雷达协同开展工作,以实现USGS海岸带和海洋地质的目标,即通过技术、工具、数据和制图产品及合作机会来认识海岸带和海洋环境。已成功在佛罗里达、路易斯安那、北卡罗莱纳、德克萨斯、纽约等州和维京群岛实施海岸带地形测量,并在桑迪飓风、卡特里娜飓风过后对受灾地区进行了海岸带测量
    用于沿海科
    学的先进遥
    感技术
    使用机载和水下仪器收集的数据来表征和分类海底地物的特征,成功的应用包括利用影像量化底栖生境的复杂性,模拟海底结构的复杂性,使用荧光签名对珊瑚礁栖息地进行分类
    海底及岸线
    测图系统
    使用测深和声学后向散射技术(多波束和干涉),描绘海底地形,增进地质框架研究, 并有助于绘制海底沉积相。使用侧扫声纳影像,以获得表层沉积物分布。通过地震反射系统,获得海底及海岸带地质结构,以满足广泛的科学目标;通过各种测量、影像平台进行海岸线制图,理解海岸线动态变化过程。这些技术已在加州海底测绘计划、西海岸和阿拉斯加海洋地质灾害项目、海洋地貌学项目、旧金山湾海底项目中成功应用
    路易斯安那
    州沉积和环
    境数据库
    该数据库作为美国地调局、州政府和其他科研机构合作的成果,整合了路易斯安那州的海量数据。内容如沉积物样品记录和分析数据、地球物理测井、光栅化成果图件、原始记录等,具备在线浏览和基于地理信息系统的空间数据处理和可视化功能
    网络图件服
    务器
    通过门户网站发布基于地理信息系统的海洋和陆域环境数据和图件。已形成三大海岸的多个基础数据集和各类专题数据集
    类别 实验室分析测试手段
    水中碳参数
    定量化测定
    利用先进的设备和方法测量液相样品中的碳系统参数,主要是总碱度和总碳分析。使用Ocean Optics USB 2000光谱仪测定总碱度,使用UIC Model CM5014二氧化碳库仑流量计测定淡水和海水中的总含碳量
    岩心分析和
    描述
    装备有针对沉积物岩心和其他海洋样品的分裂、描述、拍摄和分样的多种设备。可测定多项简单物理特性,如颜色、沉积物类型、视觉颗粒尺寸、含水量和强度;可利用岩心劈开机分切岩心;通过X射线扫描确定精细尺度的生物和物理结构;可以通过制作涂片进行显微镜分析以确定沉积物成分;利用转动轻敲振动筛进行干燥粒度分析
    天然气水合
    物钻探分析
    利用乔迪斯·决心号大洋钻探船和陆上冻土钻探平台对天然气水合物进行采样,并直接调查其形成的环境。在钻井现场,可在压力环境下进行测试,以减少回收导致的样品改变;可通过保压或液氮运输,在专门实验室测量无法在井下获得的属性;也可通过实验室制造天然气水合物样品进行模拟研究。重要的实验分析技术有保压保温技术、声波速度测定、热性能测定、溶解度测定、沉积物测量、低温扫描电子显微镜、X-射线计算机断层扫描(CT)等
    岩土力学
    分析
    专门开展海洋、河口、湖泊和陆地沉积物的力学性质研究,包括对固结性、渗透率和剪切强度特性的全自动化计算机控制测试,以及利用全岩心测试采集系统对沉积层段进行非破坏性分析,特别是在海洋沉积物和地震断层的研究中更为有效
    沉积物实验
    室分析
    装备有测试海洋沉积物基本属性的多种设备。可通过库伦计和CHN分析仪进行有机碳、无机碳和总碳分析。可通过地球化学分析,开展毒性测试、汞浓度测定、有孔虫鉴定、花粉计数、氮同位素分析,以及有机和无机污染物浓度测定。可测量干燥沉积物样品的伽玛辐射衰减,确定样品年龄和沉积速率,也可通过放射性同位素测量(如Pb-210和Cs-137)估算沉积速率或对重金属污染的时间变化进行建模。通过生物硅分析,可研究生物硅通量,推演生态系统生产力
    X射线衍射
    分析
    研究晶体结构的特征及确定细粒沉积物的矿物组成
    类别 现场调查仪器设备
    地质雷达
    (GPR)
    利用电磁波探测地下内部结构特征,通过多层土壤波阻抗差异得到反射剖面,可用于海岸带滑坡体结构探测、大峡谷沙坝的内部结构检测等应用
    多传感器整
    岩心测试采
    集系统
    (MSCL)
    提供全套海洋沉积物岩心或样本不同阶段的管理,以及物理化学指标的分析。包括冷冻、D形切割、存储,自动纵波速度测量、磁化率测量、电阻率和伽马密度测量、标准颜色分配、有机物分析等
    沉积物运输
    观测设施
    CMGP拥有多种仪器,用于长期测量海洋学参数(几天到一年),包括与沉积物运输和沿海环流研究有关的各种参数,如流速、方向、温度、盐度、波浪、叶绿素、浊度、压力、沉积物浓度等几十项指标,以支持海洋、沿海和河口的研究
    地面三维激
    光扫描
    三维激光扫描可对研究现场进行高精度三维建模,提供大量点云数据以支持研究、建模、操作等,以及观察研究区域细微变化。可用于海岸线变化监测、地震引起的位移、形变等
    面波谱分析
    (SASW)
    测量地震时地面的震动程度,并确定地面是否可能发生液化。已开发出探测土壤沉积物刚度特征的地震勘查设备Velociraptor
    类别 数据模拟和可视化
    海岸变化灾
    害门户网
    以在线、可视化的形式展示全美国关于亚热带风暴、极端风暴、海岸变迁和海平面上升的数据和知识
    视频和照片
    门户网
    门户网站整合并公开了数千部(幅)加利福尼亚州和马萨诸塞州沿海的海底视频和照片,以及沿墨西哥湾和大西洋中部海岸线的航拍影像
    海岸和海洋
    模拟
    由伍兹霍尔科学中心提供基于NetCDF数据和MATLAB建模工具的波浪、海流、沉积物、赤潮等的模拟、可视化和时间序列分析
    海岸风暴模
    拟系统
    (COSMOS)
    可提前3天对风暴产生的水位、浪高、海岸侵蚀和洪泛灾害做出实时预测,并模拟一些历史风暴和假设场景
    海-气-浪-
    沉积物输送
    耦合模拟系统
    (COAWST)
    该系统提供了一个多模型耦合的工具包,在模型间交换数据,研究海岸带变化。集成的模型有:海洋模型ROMS、大气模型WRF、波浪模型SWAN,以及开发的“社区泥沙输送模型”。系统己用于北卡罗莱纳海岸变化过程项目
    我们的海岸
    我们的未来
    项目(OCOF)
    一个用户导向的合作项目,为加利福尼亚州的管理、规划人员提供在线地图和工具,以帮助理解、可视化和预测海平面上升的影响和在风暴中的脆弱性。数据产品包括:2m分辨率的DEM、海岸风暴模拟系统、40种不同的海平面上升和风暴情景、旧金山湾的潮汐情景、交互式洪水制图等
    海岸与海洋
    地球科学数
    据系统
    (GMGDS)
    以网页的形式提供公开数据服务,在OGC标准体系框架下提供数据共享。通过数据整合、可视化和分析及元数据目录数据挖掘,以Geomapapp、Virtual Ocean等2D或3D地图浏览工具提供相关数据的服务,包含地震、侧扫声纳、水深、重力、磁力、激光雷达等数据
    下载: 导出CSV
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出版历程
收稿日期:  2019-06-25
修回日期:  2019-11-10
刊出日期:  2020-03-15

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