Comparative Study of Sand Porosity and a Technique for Determining Porosity of Undisturbed Marine Sediment

Porosity is a fundamental property of marine sediment from which wet bulk density can be easily determined and used in a variety of geoacoustic, geotechnical, and sedimentological studies, analyses, and models. However, methods of sampling marine sands suffer from the common problem of core disturbance making the in situ porosity difficult to obtain. Embedding the sediment within an epoxy resin matrix will minimize the disturbance to the microfabric and preserve the in situ sedimentary structure for subsequent study. Image analysis can then be used on thin sections to study the microfabric and porometry. A comprehensive review and analysis of published data on the porosity of predominantly clean sands has been completed and a simple, accurate, and nondestructive technique is described for preparing and measuring the porosity of marine sediment (siliciclastic sand) that has been infiltrated aboard ship immediately upon sample collection and chemically fixed and infiltrated with epoxy shortly thereafter. The average porosity of 36 samples of marine sand collected offshore Fort Walton Beach, Florida, and embedded with resin was determined to be 41.30%. From the review of published data the average porosity of sand was determined to be 37.7%, 42.3%, and 46.3% for packed, natural (in situ), and loose packing conditions, respectively, for a range of sorting coefficients and grain sizes.     

沉积物干容重分析及其沉积学意义:以东海内陆架海区为例

干容重是沉积学研究中用于计算物质通量的一个重要参量,对于正确认识沉积物的收支平衡、源汇通量以及地貌演化等问题具有重要意义。然而,干容重的分析流程和计算方法仍然缺乏统一的规范,导致干容重的取值不尽合理,影响了沉积学研究的定量化和精准度,这个问题需要引起足够的重视。本文选取了东海内陆架的表层沉积物和柱状沉积物,运用实验测试和间接公式计算两种方法获得了沉积物的干容重,对比分析了两种方法的精准度。研究发现,东海内陆架的细颗粒沉积物的干容重的数值范围是1.1—1.5g/cm³;影响沉积物干容重的主要因素是沉积物的成分与粒度,前者通过颗粒态物质的密度起作用,后者通过孔隙度来影响。建议:干容重的分析测试工作应在采样后尽快完成;运用干容重进行沉积通量计算时,应根据沉积物的平均粒度和孔隙度的空间变化选择合适的数值,以获得更加合理的结果。     

含砂量变化影响海底沉积物压缩波速度的分析研究

本文通过对南海海底沉积物样品的声学物理参数和沉积粒度特征统计分析,发现了高、低含砂量沉积物的声学物理特征存在明显差异,建立了海底沉积物的含砂量与压缩波速度、孔隙度、含水量和密度等经验公式,分析了含砂量变化与沉积物的体积压缩模量和密度变化的关系,从声速理论基础上阐明了含砂量变化引起沉积物压缩波速度变化的内在原因是含砂量变化引起了体积压缩模量和密度发生了变化,说明了含砂量增大引起沉积物压缩波速度增大的内在原因是含砂量增大引起了体积压缩模量变化量大于密度变化量,从而在数据统计和理论分析结合基础上,论证了含砂量是影响海底沉积物压缩波速度的重要因素之一。这一研究对声学方法反演海底沉积物粒度参数和沉积物类型、地声参数转换模型的建立,以及对水声反演海底和海底资源勘探等方面都具有重要理论意义和应用价值。     

海底未固结成岩地层体积密度的估算方法

为了获得无测井或岩心资料地区天然气水合物赋存海域未固结成岩地层的体积密度,对ODP164、ODP204、IODP311航次实际钻探资料进行了分析,统计了体积密度、孔隙度、颗粒密度的分布情况及其相互关系.分析结果表明,水合物赋存的未固结成岩地层孔隙度很高,一般大于40％,在此范围内体积密度主要受到孔隙度制约,而对骨架颗粒...     

南沙海域深水区表层沉积物声速与孔隙度相关关系

采用同轴差距测量法对南沙海域海底沉积物取样进行甲板现场声学测量,并计算了声速,结合沉积物取样分析获得的孔隙度,研究了海底表层100cm沉积物的声速和孔隙度之间的相互关系,分析获得了孔隙度与海底沉积物声速关系的经验公式,结果表明此海域沉积物声速的临界孔隙度为67.80%。将此公式与国内外其他学者建立的经验公式进行了对比,分析发现各预测方程之间存在着差异,说明不同海域的沉积物声学特性具有差异性,经验公式具有区域性,同时分析了其他影响声速的因素。此项工作对于建立和研究南海声场环境具有重要意义。     

海砂粒级划分标准和沉积物命名方法探讨

近年来, 随着海砂资源需求激增和勘查开发快速发展, 解决海砂调查研究领域中海砂命名混乱的问题迫在眉睫。本文在总结多年海砂调查经验和前人研究成果的基础上, 分析对比已有粒级划分标准和沉积物命名方法的特点, 提出一套适用于海砂的粒级划分标准和命名方法。基于伍登-温特沃斯(Udden-Wentworth)等比制φ值粒级标准, 提出将海砂沉积物粒级划分为砾(>2mm)、砂(2~0.063mm)和泥(<0.063mm)3大类, 二级细分为9小类; 基于优势粒级法思想, 将砾、砂和泥作为三个分类端元, 提出“砾-砂-泥三角图解+砂、砾质沉积物细分命名”的海砂沉积物分类方案, 体现了“对砂、砾质沉积物细化其名, 对泥质沉积物简化其名”的思想。该命名方法直观地反映了海砂的粒级组成和含量, 同时较好地兼顾了海砂命名的沉积学涵义和实际应用需求。     

海滩养护影响下的海岸风沙作用研究进展

海滩养护已经成为全球基于自然(nature-based)海岸防护的主要手段,并得到广泛应用。随着全球强风区海岸海滩养护工程数量的增加,海滩养护对海岸风沙过程产生的一系列影响逐渐得到重视。海滩养护工程形成了新的海滩地貌形态,扩大了海滩风区、增加了风沙物源、提高了滩面高程、改变了滩面沉积物,海滩地貌和沉积物组分变化引起了风沙运动过程的变化,与自然海滩风沙过程相比,有其独特的过程和特征,已经成为海岸风沙研究的热点之一。本文从海滩养护影响下的风沙环境变化、风沙活动变化以及养护海滩对沙丘的影响等3个方面梳理了国内外研究进展,提出养护海滩风沙研究存在区域不平衡以及风沙过程的综合性影响和定量化研究不足等问题,并结合我国海滩养护未来的发展趋势,从强风区养护海滩风沙运动规律、养护海滩风沙环境全要素的综合影响和风沙作用变化的模型评估等方面展望了我国养护海滩风沙研究的未来发展方向。     

闽江口及周边海域沉积物输运及资源效应

河流入海泥沙的大部分主要分布在河口、三角洲及近岸陆架地区,发育一系列的粗颗粒沉积体系,是海砂资源重要分布区。本文以福建闽江口为研究对象,初步探讨了沉积物输运过程及海砂资源的形成机制。观测结果表明,闽江河口水体盐度由河口内部向口外海域逐渐增大,水体浊度总体减小;闽江河口附近海域近底部(距离海底25cm)流向表现出一定的旋转流特征,潮周期内余流表现为向海输运,而推移质输运主要发生在涨潮期间,并且潮周期内净向陆输运。表层沉积物粒度分析结果表明,闽江河口水下三角洲前缘表层沉积物主要由粗颗粒物质组成,沉积物类型以砂和砂质粉砂为主,中值粒径小于4Φ;前三角洲地区表层沉积物主要由细颗粒物质组成,中值粒径介于4Φ—6Φ之间。沉积物粒径趋势分析结果表明,闽江入海泥沙经梅花水道和长门水道入海后,在盐淡水混合、径流、潮流的作用下,在闽江河口形成了四个粗颗粒沉积物汇聚区,成为闽江口地区海砂资源的重要分布区;而细颗粒物质在河口羽流和潮流的作用下向偏东方向输运,形成了以黏土质粉砂为主的前三角洲。     

中国砂石资源利用的现状、问题与解决对策研究

海砂圈矿指标是海砂资源储量估算的核心内容,对海砂资源的勘查、出让、开采和监管等工作均有十分重要的意义。本文在总结大量海砂勘查工作实践经验的基础上,提出了在海砂勘查工作中采用含砂量和细度模数双指标进行圈矿,并以广东某海域回填用海砂矿区为例,对比了单指标（含砂量≥50%）与双指标（含砂量≥50%,细度模数≥0.7）圈矿的实际应用效果。结果表明,仅采用单指标（含砂量≥50%）圈矿,容易造成估算的资源量偏大;采用双指标（含砂量≥50%,细度模数≥0.7）圈矿,不仅要求含砂量达标,而且要求砂的粗度达标,可有效避免粒度极细的砂被大量圈矿,保证了所圈定的海砂矿体的开采价值,较单指标圈矿更加科学和具有现实意义。

     

3000万年以来南海沉积矿物组成及其地质意义

青藏高原的隆升是新生代晚期亚洲和全球重大地质事件之一,巨大的正地形使海洋沉积、海水化学成分、大气环流甚至大气成分都发生相应变化(汪品先等,1995),有关专家通过数值模拟实验得出全球新生代的变冷就是由于青藏高原、美洲西部高原和非洲印度洋沿岸高原改变了大气环流所引起的, 其中又以青藏高原的隆升为主(Ruddiman et al.,1989;Manable et al.,1974)。然而,对青藏高原何时达到今天这个高度,并产生与现代相当的高原效应,则存在许多不同的观点。李吉均等(1979)提出青藏高原隆升的多阶段多期次特征,获得国际地学界的普遍认同,陈俊勇等(2001)依据近30余年来在板块碰撞的边缘地区进行的5次大规模的大地测量和相应的研究工作,其中包括天文、重力、平面、高程和大气折射率等测量项目的成果,对该地区有关地壳运动进行了研究,认为珠峰地区的地壳垂直运动即使在10a 量级的时间和空间上都存在非平稳性现象。Murphy等(1997)认为青藏高原南部-中央地区在早始新世印度-亚洲大陆碰撞以前就已经抬升。岳乐平等(2000)研究兰州盆地第三系磁性地层年代与古环境记录后认为大约在32Ma前青藏高原第一次发生大范围隆升并波及到其东北隅兰州地区。Copeland等(1987)认为南部拉萨地块在20Ma左右就已经隆升, Coleman(1995)则从喜马拉雅山南北向的正断层上找到的年龄为14Ma的新生矿物推断青藏高原在14Ma已经达到最大高度并发生东西向拉伸塌陷,其后高度降低。更多的学者认为约在8Ma时是隆升的一个重要时期,许多证据(如:植物的、动物的、同位素的等)均表明全球气候这时候发生重大变化。专家还认为只有当青藏高原至少达到今天高度的一半时才能产生季风气候的现今格局(Ruddiman et al.,1989;Manable et al.,1974)。Zheng等(2000)依据塔里木盆地南部边缘的粗碎屑沉积推断青藏高原北部在最近4Ma 才开始隆升。李吉均等(1979,1996)依据化石群及地貌演化等证据认为3.4Ma开始,青藏高原整体隆升,其后,在2.5Ma和1.7～1.66Ma相继发生强烈隆升,青藏高原地貌总轮廓形成,黄河现代水系格局出现,总称为青藏运动(A,B,C三幕)。随后在1.1～0.6Ma发生昆黄运动,直到0.15Ma之后的共和运动才使青藏高原达到今天的高度。     

海南岛东部501站位沉积物古细菌多样性研究

从海南岛东部501站位沉积物中扩增古菌16S rRNA基因构建文库,并对得到的OTU(Operation taxonomic units)进行系统发育学分析.古菌文库由泉古生菌(Crenarchaeota)和广古生菌(Euryarchaeota)构成,其中泉古生菌占总克隆文库的96.8%,由I型海洋泉古生菌(Mrain...     

渤海沉积物氮的生物地球化学功能

20世纪90年代,科学家们对海洋沉积物中氮的行为等进行了较深入的研究(宋金明,1997; Hammond et al.,1996;Jordan et al.,1998)。如氮的早期成岩过程、氮的去营养化作用、氮在沉积物-海水界面的转移过程及交换通量。近年来实施的全球性重大合作计划,如 JGOFS、GLOBEC、SOLAS等进一步加强了对海洋中的氮循环的研究(Collier,1991;Smith et al.,1996)。随着研究的深入,沉积物中氮循环的控制机制、氮循环与其他生源要素循环的关系及其生物地球化学功能等方面的研究已经成为目前研究的焦点。以往的研究工作大多集中于从沉积物间隙水这一角度研究沉积物中的氮循环,而对沉积物本身研究较少,主要是由于研究手段、方法的缺乏(甄别沉积物中氮的各种赋存形态极为困难)。而通过对沉积物初步的研究已证明(马红波等,2001),沉积物固体颗粒本身的特征,如颗粒大小及氮在其中的赋存形态对较长时间尺度上的氮循环过程具有重要影响。本文作者在研究沉积物氮形态基础上,对渤海沉积物氮的生物地球化学功能进行了探讨,以期对深入研究生源要素的循环过程提供基础依据。     

中国近海建筑用海砂勘查回顾与面临的问题

我国自20世纪50年代就开始了近海的地质调查及区域填图工作,80年代起在近岸水域进行了针对重砂矿的相关调查研究,90年代中后期,随着区域经济的迅速发展,近岸建筑用海砂矿产的勘查工作迅速兴起,形成了遍布我国海岸线的几十个矿区。自2004年起,在我国近海海域根据资源分布状况圈定了9个潜力区块,实施近海海砂及相关资源潜力调查。分析我国近海海砂勘查评价与开发现状及面临的主要问题,提出了我国近海海域建筑用海砂开发利用亟待解决的基础性工作及建议,以对我国近海建筑用海砂矿产调查、评价及开发有所裨益。     

辽东浅滩潮流运动特征与沉积物输运

渤海东部的辽东浅滩是由一系列大致平行的线性沙脊和沙脊间沟槽共同组成的现代潮流地貌。根据辽东浅滩海域表层沉积物、脊-槽海流与悬浮泥沙同步观测和水深地形测量等资料,研究了沙脊和沟槽表层沉积物分布、海流及悬浮泥沙分布特征,分析了沉积物输运趋势,探讨了沙脊-沟槽地貌分布对潮流的响应。结果表明:辽东浅滩沙脊脊部表层沉积物为砂,沟槽表层沉积物为砂质粉砂和粉砂质砂,具有脊部粗、沟槽细的分布特征。受脊槽地形的控制,沙脊区潮流流速由表层至底层逐渐减小,沙脊脊部表层流速小于沟槽表层流速,而近底层则相反,沙脊脊部底层流速大于沟槽底层流速,其变化的临界深度约0.7 H(H为水深值)。沙脊区沉积物运移方向为NNE向,在一个潮周期内,沙脊脊部表层沉积物约有8.5~10.5 h可以被起动,而沟槽内沉积物只在高低潮流速较大的1h期间可以被起动。在长期的往复潮流作用下,沙脊脊部遭受侵蚀,沟槽淤积,沙脊逐渐退化,脊-槽高差减少,脊-槽地形趋于夷平,但沙脊退化的过程是缓慢的,目前的脊-槽地貌格局仍具有一定的稳定性。     

海洋沉积物可溶铁样品保存条件的试验研究

沉积物可溶性Ｆｅ＾３＋、Ｆｅ＾２＋含量变化，是反映氧化还原环境的重要指标之一，海洋沉积物Ｆｅ＾３＋／Ｆｅ＾２＋比值已被应用于海洋地质及油气化探上。可溶性亚铁很容易被氧化，为此我们进行了海洋沉积物可溶铁样保存条件的试验研究。试验结果表明，在１０℃以下温度条件保存的海洋沉积物样品其可溶铁Ｆｅ＾３＋／Ｆｅ＾２＋比值在９０天内变化甚微。     

浙江北仑港地区宁波组海生化石的发现及其地质意义

在以往一直认为属于陆相地层的宁波组中,发现了大量有孔虫、介形虫和软体动物化石。这些化石资料表明,宁波组属于一套海陆过渡型沉积,可能为潮间带。在横向、垂向变化方面,海陆过渡相具有向河湖相演变的趋势。同时还讨论了当时海水环境的特点以及与新构造运动的关系。     

南沙海区珊瑚礁灰岩纵波波速特征及其影响因素 *

珊瑚礁灰岩是孔隙结构复杂、密度变化较大的一类岩石, 但过去对珊瑚礁灰岩纵波波速与孔隙结构的关系及其影响因素研究不够深入。本文测定和分析了南沙海区某岛礁钻孔中珊瑚礁灰岩的纵波波速、孔隙度以及密度特征, 结果显示礁灰岩的纵波波速变化范围为5104~5958m·s^-1, 孔隙度变化范围为1.47%~17.7%, 密度变化范围为2.07~ 2.72g·cm^-3。这些特征表明, 埋藏后的压实作用和重结晶作用, 对珊瑚礁灰岩的孔隙度和密度产生影响。珊瑚礁灰岩弹性波速主要受孔隙度和孔隙结构类型的影响, 礁灰岩横、纵波速比值能有效地确定岩体的结构和稳定性, 因此礁灰岩的声学特性研究成果可为珊瑚岛礁工程建设的稳定性评估提供可靠的数据支撑。