海底沉积物在应力-应变过程前后的微区变化特征

自1925年太沙基提出的“蜂窝状结构”概念以来,有关土和沉积物微结构分类研究取得了一系列重大成果[1-3].高国瑞[4]则研究分析了我国沿海海相沉积物的微结构类型和工程性质,梁元博等[5]提出典型堆垒结构和颗粒孔隙取向的海洋沉积物微结构模式,卢博等[6-7]对南海海底沉积物微结构影响物理力学性质以及提出的微结构分类研究,丰富了我国海底沉积物结构和微结构的微区分析研究.本文试图通过沉积物在应力一应变过程中的微区变化特征分析研究,为海底工程地质实践服务.     

东海舟山群岛海域表层沉积物运移特性

通过潮流和表层沉积物粒度参数等实测资料,对舟山群岛海域表层沉积物的运移趋势、净输运通量以及起动流速进行了初步分析.结果表明,舟山群岛对研究区表层沉积物分布影响明显;舟山群岛海域表层沉积物整体由湾口向外海输运,平均日单宽输沙通量由杭州湾内向外海迅速减小;从杭州湾向外海,泥沙起动越来越难,单纯潮流对表层沉积物再悬浮作用相对较弱.     

南黄海油气资源区粘性土物理力学性质及微结构特征

用土质学的显微结构理论和技术方法,研究了南黄海油气资源区粘性土微结构特征。结合原状样物理力学性质参数,研究颗粒接触、堆垒、孔隙等现象与物理力学性质之间的关系。研究结果表明,沉积物主要为粘质粉土、淤泥质粉质粘土和淤泥等粘性土,其微结构类型有粒状链接微结构、蜂窝状微结构和疏松基质状微结构3种,其中淤泥类土主要为蜂窝状微结构和疏松基质状微结构,结构疏松,孔隙度较大,含水率很高,强度低,压缩性高。粘质粉土为粒状链接微结构．含水率较低,孔隙度相对淤泥类土较小,抗剪强度比淤泥类土略高,压缩性较高。该区粘性土为不理想工程地基土,工程施工时应采取相应措施避开或对其进行改良。     

南黄海中部泥质区黏性土的微结构特征及其成因分析

通过对南黄海中部泥质区27张黏性土微结构图片的分析,发现该区黏性土具有粒状链接结构、絮状链接结构和黏土基质结构三种微结构类型,以黏土基质结构为主。分别从地形特征、物质来源、水动力条件、沉积速率等宏观因素,以及粒度成分、矿物组成、化学成分等微观因素分析微结构的成因,得知平坦的海底地形、较弱的水动力条件、较长的搬运距离使得研究区沉积物来源较少,沉积速率较低,沉积物颗粒以粉粒和黏粒为主。伊利石、绿泥石和蒙脱石等黏土矿物和有机质含量较高,这些物质成分的亲水性特征使得研究区的黏性土易吸水膨胀,微结构类型以孔隙非常发育,结构极为疏松的黏土基质结构为主。研究成果揭示了南黄海中部泥质区黏性土宏观工程性质的微观机理,加深了对海洋沉积物工程性状的认识。     

南海北部大陆架海底沉积物物理性质研究

用物理(声学的、工程地质的、扫描电子显微镜)等技术方法,综合分析了沉积物结构特征和工程力学性质,研究了颗粒接触、堆垒、孔隙等现象与物理性质之间的关系,得出了沉积物声学物理参数和应力一应变性质之间的关系。结果表明,南海北部大陆架海底沉积物有6种结构类型,其中混合接触结构类型的沉积物具有较高的抗压强度和声速,浅层海底存在着高、低声速分层的中尺度结构。     

在轴向应力-应变下海底沉积物声速及其变化

对南海南部海域海底浅表层沉积物短柱状样进行轴向应力-应变/声学测量,结果表明沉积物纵波声速有三种不同的变化结果:(1)声速从应变过程开始随应力-应变曲线变化,在最大应力时声速同时也是最大值,结束时可能高于或低于开始时的声速;(2)声速从应变过程开始逐渐减小,结束时是最小值;(3)声速从应变过程开始逐渐增大,最大值出现在结束时.这些结果与海底浅表层沉积物的物理力学性质、颗粒接触状态、颗粒的微结构等特征有关.研究结果可为深入认识南海南部各种海底沉积物作为承载界面的可靠性、声遥测遥感海底沉积物的工程力学性质等科学目的提供理论依据.     

琼东南外海海底沉积物粒度组分对孔隙度、声速的影响

海底沉积物粒度组分影响和控制着沉积物的声学特性和物理性质,具有明显的区域性特点。文章测定了琼东南外海海底沉积物的声速、孔隙度以及沉积物粒度组成,讨论了他们的相互关系。琼东南外海海底沉积物纵波波速变化范围为1455~1773m×s~(-1),由琼东南外海的东北至南部海域,可分别划分为低声速沉积物区、高声速沉积物区、低声速沉积物区和高声速沉积物区。沉积物孔隙度回归方程和声波回归方程表明,沉积物类型从砂、粉砂质砂、黏土质粉砂、砂-粉砂-黏土到粉砂质黏土变化,声速总体呈减小的趋势,孔隙度呈明显的增大趋势。     

海南岛东南外海海底沉积物特征及其声学物理性质研究

分析研究了南海北部大陆架西南缘的海南岛东南外海海底沉积物声学物理特性,在多个航次中进行了海底沉积层取样、海水CTD测量、浅地层及旁侧声呐扫测等工作.在实验室里对沉积物样品进行声学参数、沉积学基本参数、物理力学参数和14C年龄测试等分析.根据多尔特曼公式求解出弹性模量、体积弹性模量、压缩系数、切变模量、泊松比和拉梅常数等六项沉积物弹性参数.分析结果表明在该海区海底沉积物的压缩波速为1.474~1.700 m/s,在不同的海区内有高低声速两类性质的沉积物分布;沉积物的切变波速为150~600 m/s;沉积物在100 kHz的声衰减为35~260 dB/m;沉积物的密度为1.4~2.0 g/cm3;沉积物的孔隙度为42%~88%.     

闽江下游及河口沉积物总碳的地球化学特征

分析了闽江下游及河口区的表层水质、悬浮物和沉积物样品,探讨了沉积物总碳的地球化学特征和影响因素,及与其他河流的异同.结果表明,对于相同站位,夏季沉积物总碳占比平均为1.74%,略高于秋季的1.70%,两者差异不明显.研究区沉积物总碳占比为1.21%~4.84%,平均为1.82%,从水口水库至福州市区河段,其含量逐渐升高,在北港达到最高值,而后由河口向外海逐渐降低,呈现"低-高-低"的分布特征.秋季悬浮物含量和化学需氧量(COD)高值区范围大于夏季,且含量也更高.研究区悬浮物含量、COD、颗粒态总碳均呈现先升后降的分布特征,悬浮物中总碳的含量则呈现从库区经河口向外海减少的趋势.沉积物总碳与悬浮物总碳、悬浮物含量、COD总体显著相关,悬浮物的沉降-再悬浮-再沉降过程是影响沉积物总碳分布的重要因素;人类活动产生的污水、农田和畜禽水产养殖废物是有机物的主要来源.闽江口沉积物总碳含量低于黄河、长江,而与其他中小型河口相近,处于国内河口较低水平,这与流域内源岩特性、有机物输入量以及沉积物粒度等相关.北港段沉积物总碳含量显著高于其他河流,有机污染较为严重,将成为影响水体水质的潜在因素.     

黄河口及渤海中南部沉积物工程特性及其机理

采用Ｋａｓｔｅｎ取样器从黄河口及渤海湾中南部海底沉积物中取样，对样品通过土工性质、微结构研究以及粘土矿物分析，阐明本研究区三维空间展布的海底沉积物形成机理及其工程地质规律，论证水动力作用和斜坡不稳定性对工程特性和微结构的重要影响．     

Distributional characteristics of grain sizes of surface sediments in the Zhujiang River Estuary

Distributions of the parameters of sedimentary grain sizes and their correlations were studied to trace the sources of silts and their movement trends in the Zhujiang River Estuary based on the analyses of grain sizes from more than 1080 sedimentary samples. The distributions of the median diameter, public value, quartile deviation, and skewness of sediments were complex in the Zhuiiang River Estuary mainly because of the impact of the matter source regions, distances from the source regions, and hydrodynamic conditions, such as waves, tidal currents, and coastal currents. Analyses of the parameters of the grain sizes for the various types of sediments showed that the distributions of the surface sediments in the Zhujiang River Estuary were controlled by many factors. Their matter sources were mainly the sediments discharged from the runoffs and ebb tidal currents, and from the open sea. The sediments mainly moved by suspension movement. The silts formed a large area of sediments with suspended fine silts in the Zhujiang River Estuary by internal adjustment transportation in the area, and moved toward the western coast of the Zhujiang River Estuary under the effect of Coriolis forces and coastal currents.     

黄河、长江和珠江三角洲近代沉积物的沉积化学特征

黄河、长江和珠江是我国直接入海的三条最大河流，流域面积之和占我国直接入海主要河流流域面积的90%。三大河三角洲近代沉积物的沉积化学特点是：黄河三角洲CaO含量高，而A12O3、TiO2和有机质含量均较低；长江三角洲的MgO、MnO含量略高；珠江三角洲的Fe2O3、TiO3含量高，CaO含量低。这种沉积化学特征的差别，是由于沉积化学成分受地带性的生物气候及河口地球化学环境制约的结果。     

南海西北部表层沉积物黏土矿物分布特征及其来源

黏土矿物研究在示踪物源、源区风化历史乃至洋流变迁能力等方面具有重要的作用,尽管目前对南海表层沉积物黏土矿物宏观分布特征已获得了较系统的认识,但在受珠江和海南岛物源共同影响的南海西北部其高分辨率的黏土矿物学工作还未开展。本文对南海西北部表层沉积物中的黏土矿物组成、结晶学特征进行了分析,讨论了研究区黏土矿物的物质来源。结果表明,南海西北部表层沉积物的黏土矿物组成以伊利石为主（平均45%）,蒙脱石（平均27%）与高岭石（平均21%）次之,绿泥石含量最少（平均6%）。在区域空间分布上,蒙脱石含量呈现西南高东北低的特征,伊利石含量则与之相反;高岭石含量表现为近岸高离岸低,而绿泥石含量呈现离岸高近岸低的特征。总体上,研究区表层沉积物黏土矿物组成与现代珠江沉积物组成差异较大,而与珠江口2.5 ka前的沉积物黏土矿物组成比较接近,并且结合研究区岩心揭露的全新世以来极低的沉积速率（4 cm/ka）以及上部很薄（小于0.6 m）的泥质沉积,推测该区表层沉积物可能并非是现代沉积的结果,更可能主要来自全新世末期古珠江输送的沉积物。除古珠江作为研究区表层沉积物中蒙脱石的一个主要来源外,海南岛北部河流也贡献了少量蒙脱石到其邻近的东南海域。运用高岭石/伊利石比值和伊利石化学指数等进一步对比分析表明,珠江是研究区沉积物中伊利石、高岭石和绿泥石的主要物源,其次台湾和海南岛也可能分别提供了少量富含伊利石/绿泥石和高岭石的沉积物。本工作对于南海西北部沉积物源-汇过程和相应的古环境研究有重要的参考意义。     

冰后期珠江三角洲沉积物通量的初步研究

从珠江三角洲283个钻孔资料中识别出了冰后期海侵旋回底界面,从269个钻孔中识别出了最大海侵面,记录了它们的埋深值,并由此计算了冰后期及其海侵和海退期间的沉积物总量,结果表明,珠江三角洲在冰后期及其海侵和海退期间的沉积物总量分别为114.09,36.70,77.39Gt.海退期沉积量大于海侵期.以现今珠江输沙量的约84%沉积在三角洲范围内计算得到冰后期珠江年均输沙量约为9.91Mt,6000a以来的年均输沙量约为15.35Mt.     

南海北部陆坡50 ka 以来黏土矿物来源与输运机制分析

在 AMS14C 定年的基础上,对南海北部 KNG5站和 KNG7站柱状沉积物中的粒度和黏土矿物进行了研究.KNG5孔黏土矿物组合的基本特点是以伊利石、绿泥石和高岭石为主,蒙脱石含量次之.而 KNG7孔黏土矿物组合的基本特点是以伊利石、绿泥石和蒙脱石为主,高岭石含量次之.物源分析进一步表明, KNG5和 KNG7孔高岭石主要来自于珠江,蒙脱石主要由吕宋岛提供,伊利石和绿泥石分别由珠江和台湾提供.相对于 KNG5孔而言, KNG7孔沉积物受珠江影响较小,而受台西南影响较大.由物源分析推测,珠江对南海北部的物源供应存在一个明显的界线,而这一界线可能位于 KNG5孔和KNG7孔之间,越过这一界线随着离岸距离的增加,南海北部陆坡陆源沉积物受珠江影响明显减弱,而主要由台湾贡献.     

珠江河口特征认知的发展

人们对珠江河口的认知发生过几次飞跃。第一次认知飞跃,柯维廉（W.Olivecrona）1915年首次提出了珠江三角洲的概念;第二次认知飞跃,吴尚时1937年证明海水曾深入广州形成珠江河口湾并发育三角洲,1941和1947年先后著文肯定了珠江三角洲的存在,并确定了其主体范围;第三次认知飞跃,曾昭璇1980年提出了冲缺三角洲的概念,1997年提出了串珠状冲缺三角洲发育模式,揭示了珠江三角洲发展的时间与空间位置;第四次认知飞跃,赵焕庭1982年揭示了珠江三角洲叠置晚更新世晚期老三角洲与全新世中期现代三角洲,新资料显示还存在晚更新世中期三角洲;第五次认知飞跃,赵焕庭等于1973-1982年间运用西蒙斯优势流概念和河口盐水楔理论研究了口门和河口湾滩槽地形的发育演变;第六次认知飞跃,吴超羽等于2006年创造性应用自己研发的长周期机理模型和沉积学、地貌动力学等多学科互证,量化再现了珠江三角洲6~2.5 ka BP"镶嵌式"演变过程。     

黄河入海口壬基酚污染分布特征

黄河口表、底层水体和沉积物中壬基酚的浓度分布特征研究结果表明,表层水体中壬基酚浓度为15.7~148.6 ng/L,平均值为47.5 ng/L;底层水体中壬基酚浓度为15.8~52.7ng/L,平均值为31.0 ng/L;表层沉积物中壬基酚浓度为2.31~5.47 ng/g,平均浓度为3.87ng/g。黄河口水体中壬基酚浓度呈现由河道向出海口外逐渐降低的趋势;河道中表层沉积物壬基酚含量高于出海口外。黄河口水体中壬基酚浓度低于文献中报道的海河口水体中的浓度,表层沉积物中壬基酚含量低于珠江口文献报道值。水体中壬基酚浓度超过抑制藤壶附着浓度(10 ng/L),河道最上游的站点水体中的浓度超过影响太平洋牡蛎幼苗的发育并增加幼苗死亡率的浓度(100 ng/L)。     

长江与黄河河口沉积物环境磁学特征及其对比研究

对采自长江现行主河道和黄河入海口处的表层沉积样品进行了环境磁学参数的测量和对比研究.结果表明:长江和黄河河口沉积物的磁性载体主要是亚铁磁性物质,亚铁磁性矿物晶粒以假单畴-多畴为主,同时亦有超顺磁晶粒的存在;长江河口沉积物的磁性明显强于黄河河口沉积物,特别是质量磁化率、非磁滞剩磁及饱和等温剩磁,两者相对偏差在40%以上;在粗粒级沉积物(>0.063 mm)中,长江河口沉积物的磁化率与全样磁化率平均值差别较小,在4%左右;黄河河口沉积物差别很大,可达34%.两者的差别反映了长江和黄河沉积物中磁性矿物赋存方式的差异;长江和黄河河口沉积物磁性特征的差异与两者粒度特征对比明显.长江和黄河河口沉积物的这些磁学方面的差别是源岩特征和气候环境差异上的反映,可以作为判别两者物源的有效示踪剂.     

Physical Properties of Sediments on the Northern Continental Shelf of the South China Sea

Using physical (acoustical engineering mechanics and scanning electron microscope) and other technical methods, is study makes a comprehensive analysis of the structural characteristics and engineering mechanics properties of sediments, the sediment structure, microstructure and their classification characteristics and in the light of the physical-mechanical characteristic parameters, the relations between the grain contact, grain accumulation, and porosity with the physical-mechanical characteristics of sediment, and reports the relationship between the acoustic physical parameters and the stress-strain properties of sediment. Results show that there are six structural types in the shelf seabed sediment of the northern South China Sea, among which, the mixed contact structural type sediment has a higher compressive strength and a higher sound velocity than others, and that in the shallow seabed there exists a mesoscale structure with high and low velocity layers.