内孤立波破碎后对斜坡沉积物的动力作用过程及特性实验研究

为完善内孤立波与海底斜坡沉积物相互作用研究,本文着眼于内孤立波破碎后在斜坡上继续运动的阶段,开展物理模拟实验,分析斜坡响应的土压力和超孔隙水压力的变化状况,揭示内波作用过程。研究发现:斜坡沉积物颗粒在内孤立波破碎引起的涡旋和渗流的共同作用下,会发生再悬浮,斜坡坡度变化不改变沉积物产生动力响应的主导动力作用;内孤立波振幅大小影响涡旋与渗流两者的比例,即在小振幅条件下由涡旋作用主导,在大振幅条件下由渗流作用主导;破碎流体在沿斜坡冲出坡顶位置后形成新的涡流,沉积物在新生涡流作用下的动力响应受斜坡坡度的影响。本文结果对于研究内孤立波再悬浮运移海底沉积物、改造海底地形地貌具有参考价值。     

南海北部表层沉积物类型及沉积环境区划

对南海北部224个表层沉积物样品的粒度组成和碳酸盐含量进行了测试和分析,探讨了沉积物的运移方式及其沉积环境。结果表明,南海北部表层沉积物可划分为砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂质砂、砂质粉砂、砂-粉砂-黏土、黏土质粉砂、粉砂质黏土、黏土等类型,其中深海-半深海沉积物又可分为:硅质黏土、钙质黏土、含钙质和硅质黏土、有孔虫砂、钙质黏土质粉砂、钙质砂-粉砂-黏土、硅质黏土质粉砂。粉砂质黏土、黏土质粉砂、砂、砂质粉砂、黏土是分布最广泛的沉积物类,约占该区面积的80%以上。同时对粒度相关参数和碳酸盐含量进行了因子统计分析并作沉积环境分区,结果表明上述参数可分为3类因子,将研究区分为4类区域。因子1作用于Ⅰ、Ⅱ两个区域。Ⅰ区为黏土级沉积区,主要分布在研究区东南部水深较大的海域;Ⅱ区为中、细砂质沉积区,主要分布在粤西外大陆架和华南大陆沿海。因子2作用于Ⅲ区,为粗、中粉砂质沉积区,主要分布在琼东南、珠江口外海大陆坡以及台西南外大陆架。因子3作用于Ⅳ区,为粗砂质沉积区,主要分布在台西南内大陆架海域。     

青岛海岸带及邻近海域地形和沉积物类型研究

研究了青岛海岸带及邻近海域的地形特征、沉积物类型及分布特征。总体看来,沿海岸粒度较粗,为砂、粉砂质砂等,向海深处粒度有逐渐变细的趋势,海深处的沉积物主要为砂—粉砂—黏土,局部为粉砂质黏土、黏土质粉砂和黏土质砂。灵山岛周围,沉积物粒度较粗。胶州湾口内外为一海底深槽,水深流急,冲刷强烈,沉积物粒度非常粗,主要为粗砂、中砂,局部有基岩出露。深槽南北两侧各有一条突出海底的砂脊,平行于深槽延伸方向砂脊由中砂组成,混有少量黏土,北侧砂脊表面呈不规则起伏,南侧砂脊表面则较为平整。胶州湾内沉积物粒度总体较细,主要为粉砂质黏土、黏土质粉砂及砂—粉砂—黏土等。根据沉积物类型及分布特征,可把青岛海岸带及邻近海域的沉积划分为4个沉积区:胶州湾口及滨岸现代沉积区、北部浅海沉积区、南部浅海沉积区和残留—残余沉积区。     

埕北海域底质沉积物粒度分布特征及其动力环境意义

通过分析181个埕北海域底质沉积物样品的粒度资料,并应用Flemming三角图示法对研究区进行沉积动力环境分区,结果表明:研究区底质沉积物主要为粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂和黏土质粉砂4种类型,整体上由岸向海粒度呈现细-粗-细的分布特征,且呈条带状与岸线平行;粒度相对较粗,粒径频率曲线多以单峰为主,分选中等偏差,多为正偏;沉积动力环境分区表明该海域沉积物多以悬浮和跃移为主;粒度特征和沉积动力强度以6 m和12 m等深线为轴对称分布,12 m水深等值线两侧沉积物的分布类型和运移趋势主要受季节的风浪变化控制,6 m水深等值线两侧沉积物分布和运移趋势主要受波浪破碎的紊流作用控制。     

中国渤黄海的沉积物源及输运路径研究

基于中国渤黄海120个表层沉积物粒度分析,研究了其表层沉积物分布特征与物源和水动力的关系。结果表明,研究区底质类型主要有黏土质粉砂、粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂、砂和砂-粉砂-黏土6种类型,以砂质粉砂和黏土质粉砂为主,整体粒度较细、分选较差,在老铁山水道、莱州湾、北黄海北部等水动力较强区域分选相对较好且沉积物粒径相对偏粗。根据沉积物粒度参数、物源、输运路径将研究区划为5个沉积区,分别为渤海湾、滦河口粉砂沉积区,黄河口、莱州湾砂质沉积区,渤海中部粉砂质沉积区,北黄海西部黏土质粉砂沉积区,北黄海北部砂质沉积区。物源和水动力条件控制了研究区沉积物粒度分布。     

东海陆架中北部沉积物粒度特征及其沉积环境

通过对东海陆架表层沉积物粒级组成、粒度参数、14C年龄和微体古生物组合的综合分析,绘制了东海陆架的沉积物类型分布图;运用Folk等(1970)沉积物分类方法将东海表层沉积物分成砂、粉砂、粉砂质砂、砂质粉砂、砂质泥5种类型,其中粉砂质砂分布最广,砂质泥分布最少;沉积物由陆向海粒度变粗,反映沉积过程中的物源和沉积动力控制作用。根据沉积环境及成因分析,可将东海陆架沉积分为3类:分别是长江口外席状砂沉积区、现代泥质沉积区和陆架中部砂质沉积区。长江口外砂质沉积是全新世冰消期晚期潮流作用及风暴潮流共同作用的产物,是高海平面以来太平洋潮波系统作用下的潮流沙沉积,沙波地貌仍在发生变化。现代泥质沉积区包括长江前三角洲沉积、浙闽沿岸流沉积和济州岛西南泥质沉积三个区域,不同沉积区的成因机制不同。陆架中部砂质沉积是末次冰盛期之后海侵作用下发育的砂质沉积物,在海侵的不同阶段中沉积物被冲刷改造,具有不等时性特征,沉积环境与现代陆架海洋环流的动力特征不一致,现代沉积作用较弱,仅接受悬浮体细粒沉积。     

长江口新桥水道表层沉积物分布格局及其影响因素

涨潮槽是全球河口普遍存在的重要地貌单元,其动力沉积过程直接关乎河口涨潮槽冲淤稳定。但因径、潮流耦合及高强度人类活动,当前世界大部分河口涨潮槽动力沉积已发生迅速变化,进而引起河槽萎缩。基于此,以2020年6月在长江口南支最大的涨潮槽——新桥水道采集的大范围表层沉积物样品为基础,利用样品的粒径数据并借助经验正交函数（EOF）开展新桥水道表层沉积物分布格局及其影响因素研究。结果表明：新桥水道可分为3个沉积区,其中新桥水道上游河段沉积物主要由粉砂质砂和黏土质粉砂组成,沉积物分选较差;新桥水道中游河段沉积物由砂组成,沉积物分选较好;新桥水道下游河段沉积物分选性差,主要由砂、粉砂质砂、砂质粉砂以及黏土质粉砂组成。新桥水道沉积动力特征可以分为3种模式,其中主要模式为径流和潮流共同作用下,新桥水道上游及下游局部河道形成以砂质粉砂与黏土质粉砂为主的沉积格局;次要模式为局部河势影响下,新桥水道中、下游局部河段形成以粉砂质砂为主的沉积格局;第三模式为洪季径流影响下以砂为主的沉积格局。扁担沙沙尾下移导致进入新桥水道径流增强引起表层沉积物变粗。东风西沙水库的构建诱发新桥水道上段尖端沉积物变细。     

两相流模型在南海内孤立波与沙波相互作用中的应用

为研究内孤立波与沙波的相互作用,本文对基于OpenFOAM的SedWaveFoam求解器进行改进,建立了内孤立波-泥沙运动欧拉两相流模型。在利用试验资料对模型进行验证的基础上,在南海北部典型代表性条件下,模拟分析了500 m水深位置沙波床面上内孤立波作用下的水动力变化和泥沙运动。结果表明,内孤立波逐渐离开沙波时,海底沙波背流面处出现与内孤立波背景流速反向的流速,在内孤立波导致的流场作用下,沙波床面上的泥沙悬起并运动到床面以上的水体中。振幅100 m的内孤立波可以导致床面以上14 m高的位置处出现约0.07 kg/m³的悬沙浓度。     

浙江朱家尖岛东沙海滩沉积与地貌动态变化

砂质海滩是浙江沿海的稀缺资源,以朱家尖岛东沙海滩为例,开展海滩沉积与地貌演变研究,可进一步了解浙江岬湾型海滩发育的区域特性。通过2010—2012年4次地形重复测量对比和沉积物采样分析,结果表明,东沙岸滩沉积地貌相带分布变化明显,沉积物自岸向海分别为砾石、中砂、细砂、粉砂、黏土质粉砂,海滩地貌呈现季节性调整,冬季为滩脊-沟槽地貌,夏季为平坦缓坡地貌,水下岸坡表现为冬淤夏冲。水动力(波浪、潮汐)、沉积物来源和人类活动是影响东沙海滩发育演变的主要因素。崩破波方式和较大的潮差,使东沙海滩呈现为无沙坝发育的消散性状态。丰富的长江入海悬浮泥沙来源,导致东沙海滩粗颗粒砂质沉积物分布范围变小,砂泥分界线向岸靠近。采砂、海塘修筑等人为活动减少和阻断了沿岸粗颗粒沉积物来源,造成海滩侵蚀明显。     

内孤立波浅化破碎过程斜坡沉积物孔压响应特征实验分析

观测资料显示内孤立波沿斜坡浅化过程对海底沉积物的作用犹如一台水中吸尘器,在破碎转换阶段达到最强,甚至会触发一系列地质活动,引发地质灾害。为界定此过程中沉积物的动力响应特征和影响因素,在大型重力式分层流水槽中模拟不同振幅内孤立波和不同类型沉积物斜坡连续作用过程,利用孔隙水压力采集系统实时记录孔隙水压力变化,对比分析不同水动力、坡度、沉积物类型情况下沉积物中超孔压变化特征。分析结果表明,内孤立波破碎过程,破波位置海床表层波压力和不同深度超孔隙水压力都存在相似的"U"型负压力变化过程;破碎波经过位置沉积物表现为和表面波压力正相关的孔压响应特征。破碎点沉积物中超孔压幅值随深度减小,约在6%波长深度位置减少到坡面压力的50%。超孔压幅值和内孤立波振幅、沉积物类型和斜坡度密切相关,坡度由0.071变化到0.160时,波压力幅值可增大至1.6倍。内孤立波振幅变化不影响不同类型海床土动力响应规律,只与超孔隙水压力值大小有关,内孤立波对海床的动力作用可认为弹性作用。     

山东半岛东北部滨浅海区表层沉积物粒度及矿物成分

对山东半岛东北部滨浅海区海底表层沉积物的粒度和矿物组分进行了分析,探讨了其物源及其粒度分布特征与沉积动力条件的关系。结果表明,本区表层沉积物主要来源于现代黄河物质,底质类型主要有黏土质粉砂、砂质粉砂和粉砂质砂3种类型,其中黏土质粉砂约占该区沉积物分布面积的60%以上,呈“Y”形由西北向东南展布。研究区沉积作用的主控因素是黄海沿岸流,各粒级组分的分布和粒度参数特征与海流的方向和强弱有明显的相关性。     

珠江口伶仃洋海底沉积

在前人工作的基础上,利用2003—2005年广州海洋地质调查局1∶10万《珠江三角洲近岸海洋地质环境与地质灾害调查》项目的实测资料,综合分析了伶仃洋海底的沉积特征,认为伶仃洋表层沉积物类型有:砂、黏土质砂、砂-粉砂-黏土、砂质黏土、黏土质粉砂、粉砂质黏土等6种类型。伶仃洋晚更新世以来的海底地层主要有两套:层A为全新世冰后期海侵以来逐渐堆积而成的沉积物,钻孔揭示的沉积物类型主要为黏土质砂和砂—粉砂—粉砂质黏土;层B为一套晚更新世的黏土质粉砂、细砂—粗砂(含砾)、粉砂质黏土—黏土,以陆相沉积和剥蚀为主,局部为海陆交互相沉积,其下地层则为基岩风化物和基岩。     

东海内陆架泥质沉积体研究进展

陆架海现代泥质沉积研究具有重要的地质学、环境科学和气候学意义,数十年来一直受到海洋科学家的关注,尤其是近年来在我国兴起了一股研究陆架泥质沉积体的热潮,取得一大批重要成果。本文对我国最大的东海内陆架泥质沉积体的研究进展进行回顾,作为典型区域呈献给读者。东海内陆架泥质沉积区从长江口水下三角洲向南,沿闽浙近岸浅海一直延伸到台湾海峡中部,全长800km,宽约100km,面积约80000km2,相当于两个台湾岛的大小,实属我国乃至亚洲浅海规模最大(体积排第二)的楔式泥质沉积体和现代沉积区。该区中晚全新世沉积地层厚度较大,局部厚达40—80m,总体上呈近岸厚、向海方向逐渐变薄,一般在50—60m等深线、局部可达75m甚至90m等深线附近尖灭。该区泥质沉积物粒度较细,主要由黏土和粉砂组成(大于90%),砂含量很低(小于10%),黏土和粉砂含量在泥质沉积区外缘急剧降低,而砂含量突然增加。沉积物类型为粉砂质黏土和黏土质粉砂,外侧与黏土-粉砂-砂(混合沉积)或泥质砂为界。粒度分布南北有一定差异,北段(长江口外至瓯江口外)近岸较粗外侧较细,近岸为黏土质粉砂,外侧为粉砂质黏土;而南段(自瓯江口至台湾海峡北部)则相反;深入台湾海峡中部的远端泥质沉积也较粗,为黏土质粉砂。现代沉积速率从长江口水下三角洲至闽浙沿岸近海以及从近岸向外陆架方向逐渐降低,与地层厚度分布相一致。悬浮体浓度空间分布,尤其是冬季悬浮体的分布与沉积速率的分布基本一致,表明沉积物是从长江口沿闽浙近海向南和从近岸向海输运的。矿物、化学和环境磁学指标等均显示沉积物主要来自长江,老黄河对该区北部,台湾物质对南部有一定影响,闽浙沿岸河流在局部也有少量贡献。该泥质沉积体的形成与全新世中期约7.3ka BP以来持续高海面及相应的总体沉积动力过程密切相关,主要包括闽浙沿岸流将长江物质源源不断地向南输送和沉积过程、台湾暖流、上升流在其外侧的阻挡作用,以及下降流和穿刺锋的横向输运等动力控制因素。沉积物输运主要发生在冬季,冬季风导致海洋动力加强的作用功不可没,热带气旋-台风风暴对泥质体起到了一定助长与破坏的双重作用。由于该泥质沉积体的形成与季风和沿岸流的密切关系,在形成过程中打上了气候环境的烙印,是冬季风和夏季风演化记录的良好载体,近年来的研究成果很好地揭示了中晚全新世以来千年、百年、十年尺度甚至更高分辨率的气候演化历史及气候突变事件。该泥质沉积区对人类活动的响应也较敏感,自3.0ka BP以来对长江流域燃火变化以及历史上中国人口的几次大迁徙均显现在沉积记录中,特别是对近几十年,尤其是三峡水库蓄水以来,长江来沙的变化也有明显的响应。未来的研究需要进一步澄清泥质体形成发育过程不同阶段中长江、黄河、台湾、闽浙河流物质以及残留区物质的定量贡献及时空差异;深入了解人类活动的响应及环境记录研究;加强现代沉积动力过程的观测和精细的数值模拟研究,揭示泥质积区动力背景的空间差异性,这不仅是深化泥质沉积形成机制的需要,也可为古环境恢复提供科学支撑。     

山东半岛东部靖海湾及邻近海域表层沉积物分布和输运特征分析

通过对靖海湾及邻近海域表层沉积物进行取样,结合水文观测资料,通过粒度分析、"粒径趋势"分析以及表层沉积物输运通量等的计算,探讨该区域沉积物的分布特征及运移趋势。结果表明:研究区沉积物主要有粉砂、黏土质粉砂、砂质粉砂3种类型,其中粉砂和黏土质粉砂占绝大部分;沉积物输运趋势分析表明在泽库半岛前岛村南侧海域,沉积物整体有向岬角汇聚的趋势,鹅嘴西南侧海域,沉积物在-5m等深线以浅呈现顺岸的净输运趋势,-5m以深呈现向岸的输运趋势;表层沉积物输运通量分析表明该海域的日平均单宽输沙通量较小,总体上呈现远岸大于近岸的趋势,净输沙方向为沿涨潮方向向岸输沙。     

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。     

汕尾市品清湖沉积环境特征分析

汕尾市品清湖是我国目前最大的沿岸泻湖,作者首次对其进行了实地精确测量,面积为23.16km2,湖岸线长39.62km.前人对品清湖的研究认为品清湖潮汐类型属于混合潮中的不正规日潮型,本文测量计算潮汐系数F为1.1,认为该区域的潮汐类型属于混合潮中的不正规半日潮型,分析研究品清湖的沉积环境特征对研究我国沿岸泻湖的形成演化具有典型的示范意义.本文通过对品清湖水文动力、泥沙运移、沉积年代的研究,在对品清湖地质背景、形成演化过程、地形地貌特征、环境动力特征等分析的基础上,对47个表层沉积物样品进行了粒度组分等分析,全面了解品清湖沉积物的类型、粒度组成及特征,沉积物分布、分区及来源等沉积环境特征.分析结果显示品清湖沉积物主要由黏土、粉砂、砂以及砾石组成,沉积物类型可以分为黏土质粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂、砾质砂、砂质砾、砂-粉砂-黏土以及砂等7个类型,其中黏土质粉砂是品清湖的主要底质类型.沉积物的来源有多源性或受多种动力因素影响,主要有4种来源,具有典型泻湖港湾沉积的特点,品清湖的底质分区可划分为6个区域,不同的区域反映了不同的物质来源和动力环境.     

现代辽河三角洲潮流沉积

运用钻探和浅地层探测等获得的最新调查资料,对全新世以来辽河三角洲潮流沉积进行了研究。研究区10m深度内的地层主要包括潮滩相、潮道相和浅海相沉积,其下为古三角洲相。潮滩相沉积物以砂和粉砂为主,分选中等,跳跃和悬浮组分各占50%左右;浅海相和潮道相沉积物主要为软弱的黏土质粉砂和粉砂质黏土,以悬浮组分为主。全新世以来至1896年,研究区为古辽河与古大凌河、绕阳河复合三角洲之间的小海湾。1896年双台子河分洪以后,盖州滩等潮滩形成并快速发育,1969年建闸后,入海径流量不断减小,潮道趋于淤积充填。     

南海南部表层沉积物粒度分布特征及其影响因素

对取自南海南部的153个表层沉积物样品,进行了粒度、粒度参数计算和Q型聚类分析,探讨了表层沉积物的粒度分布特征、沉积类型及影响因素。结果表明,研究区沉积物主要粒级组分为黏土和粉砂,底质类型主要为泥,还有粉砂质砂、砂质粉砂和粉砂,平行于等深线基本呈带状分布;结合Q型聚类分析结果,研究区沉积物可分为外陆架及陆架坡折区粗粒沉积物(砂和粉砂)和陆坡区细粒沉积物(泥)两类,500m等深线是两类沉积物的分界线;对比粒度分析结果,判定两类沉积物属于不同成因类型,外陆架及陆架坡折区是现代沉积和残留沉积的混合沉积,陆坡区是现代沉积;影响南海南部表层沉积物粒度分布的主要因素是物源、水动力条件、水深与地形及洋流。     

渤海湾唐山港海域表层沉积物粒度和黏土矿物分布特征及其物源指示

通过对取自渤海湾唐山港海域的161个站位的表层沉积物进行粒度和黏土矿物组成及分布特征分析,探讨不同区域沉积物物质来源及其控制因素。研究结果表明,唐山港海域表层沉积物平均粒径（Mz）为1.4～7.7Φ,主要由粉砂质砂、砂质粉砂以及少量的砂和黏土组成。根据粒度参数特征和端元模型分析,研究区沉积物可以分为3个区和EM1—EM4四个端元：东北部以EM3端元砂和粉砂质砂为主,分选较差、正偏态,沉积环境动力强;中部曹妃甸深槽区以EM4端元砂质粉砂和粉砂质砂为主,分选差、正偏态,沉积环境动力强;南部和北部唐山港附近区域以EM1和EM2端元粉砂为主,分选中等—较差,沉积动力环境较弱。黏土矿物组成主要是伊利石（72%）和蒙脱石（12%）,其次是绿泥石（8%）和高岭石（8%）。物源分析表明,渤海湾唐山港海域表层沉积物中细颗粒组分来源主要是黄河-海河混合来源的陆源碎屑物质,研究区东北部和曹妃甸深槽区可能有部分古滦河三角洲粗颗粒物质的加入。渤海环流和潮余流控制着本区细颗粒沉积物主要向南部和唐山港附近运移,粗颗粒物质向东北部和中部曹妃甸区搬运沉积。     

南海北部陆架陆坡沙波底形

南海北部珠江口—台湾岛南端一线以南、东沙岛以东海区的水深变化较大,地形起伏亦较大,海底水流动力较强,沙源丰富,发育大片海底沙波底形。按成因可分成A、B、C 3个海底沙波区:A区在珠江口外的内陆架上,水深80和200~250m,在陆架底流(潮、浪、洋流)作用下,海底沙波波高数十厘米至2~3m,属于两坡强烈不对称、现代仍然运动的正常沙波;B区在陆坡上部,水深200~600m,在斜坡间局部平台上发育大片波高数米至数十米、波长相应较短的特大型砂质沙波,一些专家认为是不同密度水层间的偶发性内波能通量强烈集中并突然释放而塑造的底形;C区在陆坡下部水深3 200~3 400m的数条海底峡谷交汇处,峡谷西和南侧有粉砂泥质沉积物波,波高数十米,波长数十千米,是深水细粒浊流形成的非正常沙波。陆架底流变化、沙波迁移、陆坡上部偶发性内波塑造的巨型沙波和陆坡下部的细粒浊流沉积物波均对油气勘探海底管线和平台的稳定性构成威胁。