现代黄河三角洲沉积层压实下沉的计算分析

1855年以来形成的厚度为15 m的现代黄河三角洲分流叶瓣在遭废弃后的最近30 a内的沉积压实幅度为2.28～3.87 m,年平均压实量达0.1 m,其中黏土质粉砂被压实了25.8%,粉砂沉积地层被压实了15.2%,黏土质粉砂的沉积压实量是粉砂沉积压实量的1.7倍,在此期间基本上完成了三角洲压实下沉过程。下伏沉积地层的压缩量有限,不同沉积年代的沉积压实下沉量相差小,如厚度为20～30 m的沉积压实量仅有0.2～0.28 m,其中黏土质粉砂被压实了0.91%,粉砂被压实了1.19%,沉积地层平均被压实了1%。无论是黏土质粉砂还是粉砂,孔隙度与沉积地层深度呈负指数函数关系,黏粒含量愈高,孔隙水则愈难以排出,覆盖在下伏沉积地层上面的表层沉积物对压实下沉贡献愈大。     

蒙特卡洛模型在现代黄河三角洲浅层沉积物压实速率模拟中的应用

在进行黄河三角洲浅层沉积物固结压实研究中,过去传统的方法通常基于钻孔和剖面,进行局部计算分析。为克服钻孔分布不均的局限性需研究整个现代黄河三角洲地区浅层沉积物的压实沉降特征,基于1987年黄河三角洲地区综合工程地质勘察获取的钻孔资料,采用了数学地质中的蒙特卡洛方法,结合土力学的分层总和法对整个现代黄河三角洲浅层沉积物的压实速率进行模拟,并分析了压实模拟的具体影响因素。结果表明当前浅层沉积物的90%累积概率(P90)的压实速率变化范围为0.18~9.07 mm/a,影响模拟沉积层的压实速率主要因素为沉积物的初始孔隙比、压缩系数和平均沉积速率,上述要素均与压实速率呈显著正相关,软土层应是浅沉积地层压实沉降的主要贡献层。提出按照时间序列分别对不同流路时期叶瓣进行模拟,更符合现代黄河三角洲地区的沉积环境和历史,并对比23个地面沉降水准监测数据,定量分离了浅层沉积物固结压实分量,其约占沉降总量的13%。     

黄河三角洲沉积物压实固结及其对地面沉降贡献估算

利用1987年黄河三角洲综合性工程地质水文地质勘察中的152个钻孔与土力学中的分层总和计算法,对研究区域由沉积物自重压实引起的地面沉降进行了计算。结果表明:整个研究区范围内都不同程度地受到沉积物自重压实影响,总沉降量最小157 mm,最大1 398 mm,平均值669 mm,呈现由西南向东北逐渐增大的趋势。软土层是自重压实沉降的主要贡献层,其占到沉积物压实沉降总量的65%。与研究区内水准监测数据对比显示,沉降量估算结果是合理可靠的。根据对比结果进一步估算了沉积物压实固结分量对地面沉降总量的贡献比,最小值为2.1%,最大值为15.0%,平均值为4.0%,沉积物自重压实固结对今后区域的地面沉降仍将产生长远的影响。     

现代黄河三角洲表层沉积物的空间分布特征

基于近期在黄河三角洲附近海域采集的97个表层沉积物样品的粒度测试结果,研究了黄河三角洲海域表层沉积物的类型和空间分布特征,探讨了沉积物粒度分布特征与物源和沉积动力环境之间的关系。研究结果表明,研究区表层沉积物类型以砂质粉砂和粉砂为主,在绝大部分海域,表层沉积物的偏态表现为正偏和极正偏,分选程度较差,峰态表现为宽和很宽。现行河口三角洲叶瓣周围的表层沉积物以砂质粉砂为主,粒度较粗;而在远离河口的区域表层沉积物以粉砂为主,粒度较细。与20世纪80年代的观测结果相比,受物源供应和沉积环境的共同影响,近期黄河三角洲沿岸的表层沉积物有粗化的趋势,且河口口门区域表层沉积物粗化趋势最为明显。表层沉积物粒度粗化的主要原因是黄河入海泥沙供应不足,导致三角洲沿岸侵蚀加剧;黄河调水调沙以来入海泥沙的粒度变粗,粗颗粒组分在河口口门附近快速堆积。黄河水下三角洲现代沉积速率的分布特征表明,黄河入海沉积物主要在现行河口及三角洲的近岸区域沉积,在15 m以深的区域沉积速率较低。同时,还可看出入海泥沙有向北和东北向的运移趋势,与渤海中部泥质沉积以及通过莱州湾向渤海海峡的泥沙输运相对应。粗颗粒沉积物在现行河口三角洲叶瓣的堆积范围与潮流切变锋的位置基本一致,反映了物源供应和沉积动力环境对研究区表层沉积物分布特征的控制性影响。     

现代黄河三角洲附近海域表层沉积物地球化学分区

对取自现代黄河三角洲附近海域的表层沉积物样品进行粒度分析和地球化学元素分析。研究表明,沉积物类型主要为砂质粉砂和粉砂,表层沉积物粒度由近岸向渤海东部大致为由粗变细再变粗的趋势,研究区大部分化学元素的含量和分布受沉积物粒度控制作用明显,即"元素的粒度控制律"。运用Q型聚类法对研究区表层沉积物常微量元素进行分析,并将其划分为3个地球化学分区,Ⅰ区主要集中在渤海中部海区,该区化学元素含量高。Ⅱ区主要集中在莱州湾,常微量元素含量比Ⅰ区稍低。Ⅲ区化学元素含量最低,根据地理位置不同又可分为3个亚区。3个分区反映了不同物源和水动力环境对研究区沉积物分布的影响。     

现代黄河三角洲土地利用变化分析

人类对海岸带的开发利用影响着海岸的变迁。土地利用和土地覆被变化可以说是自然与人文过程交叉最为密切的问题，是人地关系的具体体现。通过对黄河三角洲土地利用变化的研究，可了解人为因素对三角洲海岸带的开发利用状况及其对海岸侵蚀的影响。根据1987年和2001年两期卫星遥感图像和2001年野外调查数据，运用地理信息系统方法及数理统计方法，分析了现代黄河三角洲地区1987年至2001年土地利用／覆被的数量变化和空间变化特征；揭示了该地区各类土地利用数量变化的幅度、速度和土地利用空间变化的主要类型；阐明了该区各类土地利用变化的区域特点。该地区土地利用变化速度比整个环渤海地区速度快，草地、滩地和不明地类这3种类型大量减少，其他类型增多。从变化率来看，养殖区、库塘、油田用地增长最快。库塘、海滩养殖区等类型的增加，滨海草地的减少，使海岸侵蚀加剧。     

现代黄河三角洲的结构、发展过程和形成模式

对现代黄河三角洲典型河道－钓口流路的不同钻孔剖面分析，阐明现代黄河三角洲单个流路所形成的三角洲叶片体的沉积物与沉积相的空间分布特征。结合单流路河道的小循环演化规律，划分现代黄河三角洲的发育过程为四个阶段，提出了三角洲的河口坝沉积相间分布的横向沉积序列、主河道型与同汊口河道型两个不同的纵向沉积序列及河口坝型与口坝侧湾型两个不同的垂向沉积序列。在此基础上，提出了现代黄河三角洲的形成模式。     

现代黄河三角洲沉积物动态变化过程的特征与机理

黄河入海沉积物自河口进入海洋后,在重力、水动力、生物改造等一系列外部作用下,经历着堆积、固结、液化、侵蚀再悬浮、海床变形滑动以及后期改造等一系列动态变化过程。研究团队近十几年来针对现代黄河三角洲沉积物的动态变化过程,开展了一系列的室内外物理模拟试验与水下三角洲现场原位长期观测等研究工作。在各动态变化过程的特征与机理方面,主要得到了以下认识:快速堆积后沉积物的固结速度很快,1-2天便可达到甚至超过原始海床强度,海床发育有显著的各项非均匀性,并发育有"硬壳层"。粉质土海床易于累积孔隙水压力,发生沉积物"液化"现象,一方面会改变海床表层沉积物的抗侵蚀性;另一方面,在海床内部垂向渗流的驱动下,海床内部部分细粒沉积物会被"泵送"输运到海床表面,进而进入上覆水体成为再悬浮沉积物,即部分再悬浮沉积物来源于海床内部。黄河三角洲坡度极缓,海底滑坡可以在近于水平的坡度条件下发生。波致海床液化引起的地层重构或海床渗流导致的内部土颗粒运移,可能会将相对均匀的海床改造为层化结构,这对河口地区沉积层理的解读具有新的启示。     

黄河三角洲地区地面沉降驱动因素研究

黄河三角洲地区地势低平、生态脆弱, 地面沉降使得海水入侵和风暴潮灾害加剧。弄清该区域地面沉降驱动因素, 对油田安全生产和湿地生态保护都有积极的意义。以20 m 地层为界, 将地面沉降驱动因素分为浅地层和深地层因素。分析了地表荷载增加、地下水和油气开采、沉积物固结压实、新构造运动等对该区地面沉降的驱动作用。此外, 探讨了海平面上升和地震灾害对该区地面沉降的影响。结果表明: 该区地面沉降驱动因素主要为沉积物固结和地下水开采, 但控制范围存在区域性差异;1969 年地震使该区产生明显地面沉降, 海平面上升使该区地面沉降形势更加严峻。     

Evolution history and trend of the modern Huanghe River Delta

The evolvement history of modern Huanghe River Delta tidal flat, coastline and underwater terrain were studied based on the analysis of remote sensing images and water depth data. Based on the analysis of seafloor terrain evolution on different historical stages, a formula simulating the erosion and deposition evolvement model of subaqueous Huanghe River Delta slope was proposed, and the evolvement trend of the subaqueous delta terrain was predicted. The result shows that the equilibrium transition zone is near the water depth of 12 m with seabed erosion in shallower water and accumulation in deeper water during the first 150 a after the river channel was deserted. In the meantime, the underwater slope became gentler and the coastal erosion rate became slow gradually. Then, the subaqueous delta slope changed to up concave from upper convex, and the shape of subaqueous delta disappeared. The coast type changed to silt-mud coast about 100-150 a after the river course was deserted. The erosion depth in the foot of the seawall is calculated based on the formula.     

现代黄河三角洲地区地面沉降的机理分析

利用前人在现代黄河三角洲地区进行的大量的野外调查和研究结果,对黄河三角洲地面沉降与第四系沉积体系、构造之间的对应关系进行了研究。研究结果表明现代黄河三角洲地区地面沉降除了因人类活动导致地面缓慢沉降外,新构造运动、第四系沉积相的分布也与三角洲沉降存在很好的相关性。研究区沉降区域的分布与主要断裂带相对应,软土的分布基本上控制了主沉降区的边界。研究结果可为以后三角洲的开发利用和管理以及其他三角洲地面沉降或地质灾害的监测提供必要的基础资料。     

Deposits and depositional sequence nearby Iluanghe Harbour in the Huanghe River Delta

The sedimentary sequence of the upper 4 m deposits in the Huanghe Harbour Pit is as follows, 1, Distributary mouth bar deposits formed before 1964; 2. lower delta plain (tidal flat) and subaqueous delta lateral deposits formed in the period of 1964-1972; 3. deposits of crevasse splay and distributary channel near mouth, formed in the period of 1972-1974; 4. tidal flat deposits formed in the period of 1975-1984. The sequence shows superimposition of sedimentary environments parallel to coastline.     

现代黄河三角洲钓口叶瓣体沉积相及其沉积动力环境特征

The Huanghe River captures the Diaokou River in 1964 and forms a deltaic lobe in the subsequent 12 a. The progradational process of the Diaokou lobe is in associated with complicated evolution of riverine sheet flooding,merging, and swinging. On the basis of 11 borehole cores and 210 km high resolution seismic reflection data set,the sedimentary sequence and dynamic environment of the Diaokou lobe(one subdelta lobe of the modern Huanghe River Delta) are studied. The stratigraphy of the lobe is characterized by an upward-coarsening ternary structure and forms a progradational deltaic clinoform. Totally six seismic surfaces are identifiable in seismic profiles, bounded six seismic units(SUs). These SUs correspond to six depositional units(DUs) in the borehole cores, and among them, SUs 4–6(DUs D to F) consist of the modern Diaokou lobe. Lithological and seismic evidences indicate that the delta plain part of the Diaokou lobe is comprised primarily by fluvial lag sediments together with sediments from sidebanks, overbanks, fluvial flood plains and levees, while the delta front part is a combination of river mouth bar sands(majority) and distal bar and deltaic margin sediments(minority). As a result of the high sedimentation rate and weak hydrodynamic regime in the Huanghe River Delta, the sediments in the delta front are dominated by fine-grained materials. The grain size analysis indicates the Huanghe River hyperpycnal-concentrated flow shows the suspension, transportation and sedimentation characteristics of gravity flow, and the sediment transportation is primarily dominated by graded suspension, while uniform suspension and hydrostatic suspension are also observed in places. The strength of the hydrodynamic regime weakens gradually offshore from riverbed, river mouth bar, sidebank, distal bar subfacies to delta lateral margin and flooding plain subfacies.     

现代黄河三角洲地面沉降对洲体演变的影响

对现代黄河三角洲地区地面沉降的特点和对三角洲发育演变的影响进行了分析研究。分析认为,现代黄河三角洲地区普遍发生的地面沉降具有多因素和时空不连续性的特点,给沉降区带来了一系列的危害,使多种海岸带灾害的破坏和影响加剧;地面沉降不仅可以造成地面标高损失,影响三角洲的垂向发育,还通过改变地面坡降来影响河道的演变和尾闾的摆动,同...     

黄河沉积中角闪石矿物晶体化学特征和成因分析

通过对黄河极细砂中普通角闪石单矿物的电子探针测试,采用以23个氧为标准,计算了69个角闪石的阳离子系数,由化学计量限制估算其Fe3+、Fe2+浓度平均值和相应的其他阳离子数值,产生它们可能的晶体结构分子式以及有关的晶体化学特征数值。研究表明:虽然黄河角闪石主要化学组成分异性较大,但都具有高硅、高钙、镁、低碱性的特征;晶体化学分类都属于钙角闪石组,出现10个角闪石种,种类相对简单,投影集中,以镁角闪石为主,占50%以上,其次是浅闪石,其晶体化学特征可作为与其它沉积体角闪石的鉴别依据;通过几种晶体化学图件判别,角闪石成因以中酸性岩浆岩为主,其次是变质成因,岩浆成因的角闪石的生成岩浆以壳幔混合源为主,幔源次之,变质成因的角闪石生成于中温、中压以下的变质环境。黄河角闪石以其最常见的种类和成因为特征,表明其原始来源的广泛性和稳定性,可作为我国北方上地壳陆源沉积物的标准化物质。     

现代黄河三角洲粉土触变性研究及其应用

通过对现代黄河三角洲砂质粉土和粉质粘土触变性的对比试验研究，阐述了黄河口粉土的触变性。试验结果对解释粉土的失稳机制、解决工程地基的稳定性和防止地质灾害等具有重要的现实意义。     

波浪作用下黄河三角洲海底粉土液化特征对比研究

作为一种常见的近海海底灾害地质现象,波致海床液化严重威胁着黄河三角洲地区海底工程设施的安全。粉质海床液化后,海底粉土的结构、物理和力学性质均发生了改变,研究该变化规律尤其是评估液化后海底粉土再次发生液化的可能性具有重要的理论意义和应用价值。本文利用室内动三轴仪对取自黄河三角洲已液化和未液化海底粉土开展了液化试验对比研究,讨论了已液化和未液化海底粉土在孔压增长模式和轴向动应变发展趋势方面的异同,对比分析了二者的液化势。研究结果表明：应变标准比孔压标准更适用于评估黄河三角洲地区海底粉土的液化势;孔压和动应变发展模式均表明与未液化粉土相比,已液化海底粉土再次发生液化的抗力有所提高;已液化和未液化海底粉土归一化孔压比u_d/σ₃与循环加载次数比N/N_f间相关关系可采用双曲线或指数函数模型进行定量化描述;未液化海底粉土的波致液化临界循环应力比约为0.20,已液化海底粉土的临界循环应力比约为0.35。研究成果有助于加深对海底粉土波致液化特性的认识,亦可为循环应力历史影响下的土体力学性质研究提供参考。