珊瑚礁工程地质初论──新的研究领域珊瑚礁工程地质

珊瑚礁是一种特殊的岩土类型。珊瑚礁工程地质是工程地质学的一个新领域。本文概述了珊瑚礁的工程建设简史和二战后期以来珊瑚礁工程地质研究的兴起, 提出了必须加强我国珊瑚礁工程地质的研究。     

珊瑚礁工程地质研究进展

珊瑚礁是发育于热带海洋环境中由生物作用和地质作用共同形成的地质体,是一种特殊的岩土介质类型,有着独特的工程环境特性和工程地质性质。珊瑚礁工程地质研究是现代工程地质学的一个新课题,是近年来为适应珊瑚岛礁工程建设的需求而发展起来的。介绍了珊瑚礁工程地质研究的内容及意义,综述了国内外珊瑚礁工程地质研究的历史现状及其进展,指出应将珊瑚礁体作为工程岩体,进行工程地质环境区带划分及各区带工程地质条件评价;分析礁岩体结构特征和礁体稳定性及其影响因素;分析礁体工程适宜性、地基及其环境与工程活动相互关系。针对珊瑚礁岩土的土力学特点,加强珊瑚礁颗粒破碎机理及其对工程地质性质影响机制的研究;建立能够代表珊瑚礁应力—应变特性的本构关系。     

不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性研究

基于岩石弹性波特性的地震方法是目前地球物理勘探中最主要的方法,岩石中弹性波传播速度是联系岩石物理力学特性与地质学的有效桥梁。对于海相生物成因的珊瑚礁灰岩而言,其弹性波特性研究是了解珊瑚礁体内部整体性质的有效途径。研究表明,珊瑚礁灰岩的弹性纵波速度与干密度、回弹值呈线性正相关关系,与孔隙度呈线性负相关关系。不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性表现出显著的差异性,珊瑚骨架灰岩和珊瑚砾块灰岩均匀性较好,珊瑚砾屑灰岩和珊瑚砂屑灰岩离散性较大。基于珊瑚礁灰岩纵波速度与干密度、孔隙度以及回弹值之间的关系,结合某珊瑚礁体钻孔岩芯沿深度变化的回弹值信息以及岩芯薄片光学检测结果,提出一个基于纵波速度的珊瑚礁灰岩质量等级的划分标准,具有一定的可靠度和适用性。运用岩石二相体模型基本原理,建立了修正的时间平均公式,而不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性均符合雷莫亨特-加德纳方程。     

三亚海岸珊瑚礁地层成因演化与工程地质分区

珊瑚礁是一类特殊的工程建设场地,受地质成因、生物作用、海洋水动力环境和地质环境演化等多方面影响。开展珊瑚礁场地工程地质分区研究,不仅对认识珊瑚礁岩土层的成因和变化规律、分析评价珊瑚礁场地的工程地质条件等具有重要的理论意义,而且对未来南海岛礁工程建设具有重要指导作用。在现场地质调查的基础上,采用现场原位测试、室内试验和钻探岩芯分析等综合技术手段,分析了三亚珊瑚礁地层的演化历史,对地层结构特征、矿物成分、化学成分和土层物理力学性质进行了深入分析,将三亚海岸珊瑚礁场地划分为泻湖沉积区、砂坝堆积区和水下珊瑚生长堆积区;对各工程地质分区的工程特性和建设适宜性进行了分析评价。研究成果可以对珊瑚礁场地的地质调查、工程规划和设计提供指导和借鉴。     

珊瑚礁工程地质学——新学科的提出

珊瑚礁是一种特殊的岩土类型,珊瑚礁工程地质学是工程地质学的一个新的研究领域,本文简要介绍了珊瑚礁和珊瑚礁工程地质学的概念以及珊瑚礁工程地质性质的研究概况,提出了珊瑚礁工程地质学的学科方向与任务指出了珊瑚礁工程地质学研究面临的主要问题。     

珊瑚礁工程地质研究的内容和方法

珊瑚礁工程地质研究的主要内容为珊瑚礁自然地质条件、珊瑚礁岩土物理力学性质和珊瑚礁混凝土料问题。除了通常的工程地质研究方法外, 着重介绍珊瑚礁工程地质研究的钻探、触探和地球物理勘测方法。     

珊瑚礁对赤潮的响应与记录研究进展

大量研究证实，对环境变化非常敏感的珊瑚能够记录越来越多的环境信息。由于浮游生物过度繁殖而引发的赤潮对珊瑚礁生态系统有明显的影响。赤潮爆发时，赤潮区海水pH值和铁、锰含量异常；赤潮生物覆盖海水表面，阻碍珊瑚共生藻的光合作用；后期赤潮生物大量死亡。还会大量消耗溶解氧。排放有害化学物质，导致珊瑚死亡。理论上讲。幸存的珊瑚在其骨骼中能够记录这些环境异常过程。通过采用硼同位素法、铁锰微量元素法和生长特征观测法等方法，研究珊瑚骨骼的化学特征，从而可能揭示过去赤潮发生的规律。目前，关于珊瑚礁对赤潮的生态响应和记录研究仍处于探索之中，如果能够结合赤潮的机理、特征、生态影响以及珊瑚本身的特性而成功实现这项研究的话，则不仅对珊瑚礁环境记录研究领域是个重要的补充，而且还提供了一把记录赤潮的新钥匙。     

珊瑚礁海岸水动力学问题研究综述

珊瑚礁水动力学是一个涉及生态、环境、地质和工程学的交叉课题,其水动力学研究不仅为珊瑚礁海域生态系统的维护和海岸线的演变提供一定的理论参考,还能为海岸的防灾减灾以及岛礁工程的建设提供一定的决策依据。回顾了国内外珊瑚礁海岸水动力问题的研究与进展,从现场观测、理论模型、物理模型试验和数值模型4个方面对当前该领域的研究进展进行了综述,并提出今后现场观测研究对象可关注南中国海的珊瑚岛礁,理论分析方法可侧重考虑非线性波浪理论,物理模型试验可采用大型波浪水槽和港池来复演现场尺度的水动力问题,数值模型可采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法对波浪与珊瑚礁相互作用进行精细化模拟,本文旨在为今后国内珊瑚礁水动力学方面的相关研究提供一定的借鉴和参考。     

离心机振动台模型试验验证的珊瑚礁砂液化判别方法研究

工程现场珊瑚礁砂场地主要以珊瑚砂、砾组成的宽级配珊瑚礁砂,其砾粒含量分布从20%～90%,其液化特性与普通石英砂有较大区别,如仍采用现行液化判别方法评估珊瑚礁砂场地液化潜势,则容易导致工程场地的抗液化处理设计不经济或无法满足要求。以中国南海岛礁和东帝汶珊瑚礁砂为研究对象开展了原级配大动三轴试验分析,建立了基于抗液化强度(cyclic resistance ratios,简称CRR)与相对密实度Dr关系液化判别方法,并通过离心机振动试验进行对比分析。结果表明,当采取相同地震动工况时,由动三轴试验产生的超孔压比相比模型试验超孔压比大;当持时增加到30周时(对应震级8级),土体液化深度达20m,有效证明了珊瑚礁砂场地遭遇强地震动时具有液化潜在风险。此外,通过液化判别计算,验证了基于CRR-D_r关系的液化判别方法准确率达82.5%,且判别不一致工况的判别结果偏保守,进一步验证了此方法可应用于工程抗液化设计。     

中国海洋的珊瑚-珊瑚礁: 南海中央区珊瑚-珊瑚礁生物多样性特征

珊瑚是地球上最古老的原住民,具有近6×108年的发育史,弱势群居、喜温和原地长成是珊瑚的基本特征。作者介绍了珊瑚-珊瑚礁的基本特征,综述了跨十年调查的研究区珍贵照片资料和相关认识,指出中国是全球主要的珊瑚-珊瑚礁国家,地位举足轻重;珊瑚-珊瑚礁作为地球生物多样性的代表,造岛、固礁、护鱼、防护岛岸流失,形成南海四大群岛280余座岛、礁、滩、沙,所构建庞大海洋生态系统是无与伦比的海洋生态资源和寸土寸金的南海海洋国土。提出划分南海珊瑚-珊瑚礁为中央区和周缘区2个分布区,阐述了南海中央区珊瑚-珊瑚礁的基本特征,系统汇集报道了间隔10年2个科考航次调查在浅水礁盘浮潜、至20 m水深浅潜-深潜和礁盘及开展岛、礁、滩、沙地质调查的发现,包括科学定名46种六放石珊瑚和6种八放软珊瑚等成果,同时,收集了西沙、中沙、东沙和南沙群岛海域的相关调查航次珊瑚照片;进一步阐述了单体环礁和复合环礁的特征及分布,并进行了初步对比,指出永乐环礁是南海唯一一个真正的切合达尔文模式的环礁,也是环礁发展到最高阶段的产物,构成现代海洋珊瑚-珊瑚礁形成演化研究最好的天然实验室。     

东帝汶帝力市珊瑚砂地基的工程性质

珊瑚砂属珊瑚礁碎屑土,是一种特殊的地质体,具有典型的疏松多孔、硬度低、易碎的特点,由于珊瑚礁仅分布在热带海域,往往位于远离大陆的礁岛,当前对珊瑚礁岩土的勘察研究较少,相关规范也尚未涉及。以实际工程为对象,对东帝汶某珊瑚砂场地的工程性质进行了一些探讨,从标准贯人试验和钻孔剪切波速试验等原位试验结果进行分析,借鉴了目前石英砂工程性质的评价方法作为对珊瑚砂工程性质判断的参考,对珊瑚砂的强度特性和地震液化特性进行了讨论。相对石英砂的一般性质而言,珊瑚砂的标贯击数较低而相应的剪切波速相对较大,珊瑚砂在地震作用下液化的可能性较大。     

不同地震动强度下珊瑚礁砂地基中桩-土-结构地震响应试验研究

珊瑚礁砂在地震作用下的场地响应受其特殊的工程性质影响。为揭示珊瑚砂场地桩基-地基-上部结构在地震作用下的动力响应特性,开展了不同地震动强度下珊瑚砂地基上三层框架结构群桩基础的振动台模型试验,对地基土和结构物的动力响应进行测试与分析,同时与可液化福建砂场地进行对比研究。结果表明,0.1 g正弦波激励下,两种砂模型地基内各处超孔压比均远小于1,模型地基未发生液化。0.2 g正弦波激励下,两种砂模型地基发生液化,珊瑚砂场地液化程度小于福建砂场地,液化后的珊瑚砂场地模型地基相比福建砂场地仍具有一定的剪切传递能力和刚度。0.1 g和0.2 g振动强度下珊瑚砂场地建筑物沉降、水平位移和立柱动弯矩相比福建砂场地较小。不同振动强度下桩基础出现动弯矩峰值的位置不同。     

不同地震动强度下珊瑚礁砂地基中桩-土-结构地震响应试验研究

珊瑚礁砂在地震作用下的场地响应受其特殊的工程性质影响。为揭示珊瑚砂场地桩基-地基-上部结构在地震作用下的动力响应特性,开展了不同地震动强度下珊瑚砂地基上3层框架结构群桩基础的振动台模型试验,对地基土和结构物的动力响应进行测试与分析,同时与可液化福建砂场地进行对比研究。结果表明:0.1g正弦波激励下,两种砂模型地基内各处超孔压比均远小于1,模型地基未发生液化;0.2g正弦波激励下,两种砂模型地基发生液化,珊瑚砂场地液化程度小于福建砂场地,液化后的珊瑚砂场地模型地基相比福建砂场地仍具有一定的剪切传递能力和刚度。0.1g和0.2g振动强度下珊瑚砂场地建筑物沉降、水平位移和立柱动弯矩相比福建砂场地较小。不同振动强度下桩基础出现动弯矩峰值的位置不同。     

珊瑚礁地基工程特性现场试验研究

珊瑚礁不同地貌带有着不同的工程地质特征和力学特性。为探究珊瑚礁地基的工程力学特性及其发育规律,在西沙永兴岛不同地貌单元开展了浅层平板载荷试验、深层螺旋板载荷试验、压实度测试以及回弹模量试验,获取了珊瑚礁不同地貌的地基承载力、变形模量、回弹模量等工程力学参数。试验结果表明:人工填筑的钙质土地基承载力和变形模量明显高于天然形成的礁坪相地基和沙坝地基,其承载力特征值可达320~360 k Pa,变形模量在95~200 MPa之间,且地基的沉降量很小,满足一般低层建筑物对地基承载力和变形的要求;在荷载作用下,钙质土地基的沉降是瞬时完成的,载荷试验可采用快速加载法;在地下水位以上地基承载力随着深度增大逐渐增加,但在地下水位以下承载力和变形模量明显减小。钙质土地基压实度在87%以上时回弹模量达到472~730 MPa,且回弹模量随着压实度的增大而增大。     

珊瑚礁地层钻探取心技术研究及应用

人工吹填珊瑚岛礁地层结构比较特殊,以珊瑚砂和珊瑚碎屑为主,取心和成孔难度较大。以南海某岛礁地质钻探取心工程实践为例,针对地层岩性特点,采用一系列对应技术措施：上部松散或弱胶结砂砾层采取跟管钻进和无水干钻取心技术;礁灰岩全漏失地层设计了一套掏砂钻具进行掏砂,确保井眼干净;软硬互层采用超前侧喷钻头;粉砂质地层采取小口径钻具无水干钻取心技术等。该技术在18个钻孔实施中取得了良好的效果,可为后续珊瑚礁地层钻探取心提供借鉴。     

南海珊瑚礁:从全球变化到油气勘探——第三届地球系统科学大会专题评述

第三届地球系统科学大会设置了关于南海珊瑚礁的专题,系统讨论了南海珊瑚礁从响应、记录全球变化到岛礁工程建设和油气勘探等的研究进展。受全球气候变暖和人类活动加剧等因素的双重影响,南海珊瑚礁在过去50多年来退化幅度高达80%,不少区域现代活珊瑚的覆盖度20%。珊瑚骨骼的地球化学指标清楚地揭示,自工业革命以来南海海水的污染程度增加、CO2驱动的海水p H值降低(变酸)等,这些环境问题对南海珊瑚礁构成了进一步的威胁。而日益增加的珊瑚礁区工程活动将不可避免地对珊瑚礁带来更大的环境压力,因此建议充分研究珊瑚礁区的工程地质特征,充分考虑珊瑚礁生态的脆弱性特点,进行岛礁工程的合理规划和布局,倡导"绿色工程"的理念。广布于南海的生物礁,其主要成礁时期为中新世以来,多种礁型储层及其良好的生储盖组合,决定了南海生物礁油气藏具有广阔的勘探前景,同时也具有多时间、空间尺度的环境记录功能。     

珊瑚礁地基工程特性现场试验研究EI北大核心CSCD

珊瑚礁不同地貌带有着不同的工程地质特征和力学特性。为探究珊瑚礁地基的工程力学特性及其发育规律,在西沙永兴岛不同地貌单元开展了浅层平板载荷试验、深层螺旋板载荷试验、压实度测试以及回弹模量试验,获取了珊瑚礁不同地貌的地基承载力、变形模量、回弹模量等工程力学参数。试验结果表明:人工填筑的钙质土地基承载力和变形模量明显高于天然形成的礁坪相地基和沙坝地基,其承载力特征值可达320~360 k Pa,变形模量在95~200 MPa之间,且地基的沉降量很小,满足一般低层建筑物对地基承载力和变形的要求;在荷载作用下,钙质土地基的沉降是瞬时完成的,载荷试验可采用快速加载法;在地下水位以上地基承载力随着深度增大逐渐增加,但在地下水位以下承载力和变形模量明显减小。钙质土地基压实度在87%以上时回弹模量达到472~730 MPa,且回弹模量随着压实度的增大而增大。     

珊瑚礁遥感研究进展

受到气候变化和人类活动的影响，全球的珊瑚礁生态系统正迅速退化，通过遥感技术监测珊瑚礁栖底物质的结构组成和变化对于管理和保护珊瑚礁生态系统具有重要意义。珊瑚礁上层水体对光强的衰减、栖底物质光谱的复杂性以及空间的异质性，构成了珊瑚礁遥感的特点，同时也是难点；从光谱可分性分析、遥感图像分类、混合光谱分解、变化检测4个方面总结分析了近几年国际上在珊瑚礁遥感领域所做的研究，并指出应从高光谱影像分析、声学遥感和光学遥感相结合、完善珊瑚礁遥感物理模型等方面推进珊瑚礁遥感的发展。     

广西桂林晚泥盆世弗拉斯期珊瑚礁

桂林地区中、晚泥盆世从吉微特期到法门期都有不同的礁、滩发育，而且在不同时期造礁生物的面貌有所不同。晚泥盆世藻类的崛起取代了层孔虫和珊瑚的位置，成为造礁的主要角色。但在桂林以西５公里处的侯山，其沉积相位置为桂林台地的西北台缘，除发育藻－层孔虫礁外，还发育了层状的珊瑚礁体，这在晚泥盆世地层中还极为少见。这种礁体由原地生长的丛状珊瑚体构成，以Ｓｍｉｔｈｉｐｈｙｌｌｕｍｇｕｉｌｉ－ｎｅｎｓｅ为主，其生长高度可达一米多，分异度低，其它的造礁生物主要是一些藻类和少量层孔虫，附礁生物以腕足类为主。纵向上礁序列由以下几种微相组成:（１）隐藻泥晶灰岩；（２）藻砂屑灰岩；（３）斑马构造隐藻泥晶灰岩；（４）珊瑚灰岩。横向上礁组合可识别出:（１）礁后亚相；（２）礁坪和礁缘亚相；（３）礁坡亚相。从礁体的生物组成，微相内容特征，成岩变化及横向上与周边环境的关系可以推测，其并非真正的台缘礁体，而是礁后外带靠近台缘的层状补丁礁。     

南海珊瑚礁硼同位素组成及其环境意义

采用正热电离质谱方法测定了中国南海诸岛７０００ａ以来的珊瑚礁的硼同位素的硼含量。讨论了珊瑚礁中硼同位素 硼含量,Ｐ不管不顾忻代等参数的关系。结果表明,所测定的珊瑚礁硼同位素组成变化范围为２２．７￣２４．８‰,并且与珊瑚 硼含量呈正相关关系。根据硼同位素与海水ＰＨ值的关系计算出过去７０００ａ南海泊ＰＨ值变化８．１０￣８．４１。初步探讨了硼同位素组成与南海海平面变化的关系。