近日，中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室研究員夏少紅團隊以突破珊瑚島礁本體淺表三維精細成像為目標，利用海洋環境噪聲透視珊瑚島礁三維地質結構取得重要進展。相關研究近日發表于《工程學》（Engineering）。
珊瑚島礁作為海洋中寶貴的國土資源，不僅是海洋資源開發和海洋權益保護的重要基地，也是研究區域構造演化和全球環境變化等前沿科學問題的重要載體。我國南海發育大量珊瑚島礁，總面積約37200 km2，形成島礁林立的獨特海洋地貌景觀。
然而，受作業條件限制，傳統海洋地球物理技術和鉆井樣品很難呈現珊瑚島礁本體精細的三維淺表地質結構，且作業成本高、效率低。因此，如何發展一種適合珊瑚島礁特殊環境的經濟高效三維成像技術，是珊瑚島礁工程開發利用和可持續發展中需要解決的迫切問題。
在本項研究工作中，研究人員在南海典型珊瑚島礁開展了基于海洋環境噪聲的探測試驗和成像研究。他們通過在南海典型島礁布設密集地震臺站，進行了海洋環境噪聲數據采集及噪聲信號詳細分析。研究結果表明，海洋中孤立珊瑚島礁的背景噪聲信號大致可分為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站均具有很好的一致性，5 赫茲以上卻存在顯著差異。
通過對不同時長連續波形的對比研究，研究人員發現對于珊瑚島礁5 赫茲以下噪聲信號，僅需12小時或1天時長的連續波形即可獲取高信噪比且對稱性良好的互相關函數，這為今后高效、低成本獲取島礁三維結構提供了重要依據；進一步的三維結構成像結果表明，珊瑚島礁淺表地質結構具有明顯的分區性，且與島礁向海側的外礁坪地層膠結程度差異性特征一致。
該研究還發現珊瑚島礁發育有兩個低速層位，與鉆井巖芯樣品揭示的高孔隙層位具有很好的一致性，反映了島礁形成過程中經歷了多次地層暴露、強烈風化的地質事件。
該項研究表明，利用海洋中豐富的環境噪聲信號，能夠經濟高效、環境友好地獲取珊瑚島礁淺表精細結構，是未來島礁工程地質探測的優選方案之一。
該研究工作得到了中國科學院戰略性先導科技專項任務、海南省重點研發計劃、廣東特支計劃本土創新創業團隊等共同資助完成。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.022
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