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Journal of Engineering Geology工程地质学报1004-9665/2017/25 ( 6) -1566-08D O I：10.13544/ki.jeg.2017.06.020南海北陆架坡表面沉积物的物理力学性质初探朱超祁®周蕾®张红®程升®焦欣然®姜君®申志聪®贾永刚_(①中国海洋大学环境科学与工程学院，山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛266100)(②海洋国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266061)摘要南海北部陆坡工程地质环境复杂，并分布有大量油气资源,对该区海底沉积物的物理力学性质的研究是不可缺少的 研究工作。
本文利用2015年6月于“实验3”号科考船南海北部航次获得的箱式样和柱状样样品，在室内进行了含水率、天然 密度、比重、微型扭力十字板以及微型贯人试验和压缩试验,获得了该处沉积物的粒度分布特征及物理力学性质参数。
研究 表明，南海北陆坡架表层沉积物类型以粉砂质黏土和黏土质粉砂为主,具有较高的含水率和较低的湿密度，抗剪强度、贯人阻 力、压缩性等力学性质较差。
沉积物的各项土工参数随深度呈现一定规律性的变化，且沉积环境、粒度成分和沉积年代等因 素对其存在一定影响。
关键词南海北陆架坡沉积物物理性质力学性质中图分类号:P67 文献标识码:APRELIMINARY STUDY OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF SURFACE SEDIMENT IN NORTHERN SOUTH CHINA SEAZ H U C h a o q i®Z H O U L e i®Z H A N G H o n g®C H E N G S h e n g®J I A O X i n r a n®J I A N G J u n®S H E N Z h i c o n g®J I A Y o n g g a n g①②((X)S h a n d o n g P rov in cia l K ey L abora tory o f M arin e E nvironm en t an d G eolog ica l E n g in eerin g {O c e a n U niversity o f C h i n a), Q in g d a o266100)((^M a r i n e G eo lo g y an d E nvironm en t L ab oratory P rocess {Q in g d a o N a tion a l L ab ora tory f o r M arin e S cien ce a n d T e c h n o l o g y),Q in g d a o266061)Abstract T h e geological environment of the northern South C h i n a Se a is c o m p l e x a n d rich in oil a n d gas resources. It is necessary to e x a m i n e the physical a n d mechanical properties of seafloor sediments. H e n c e,this paper reports a preliminary study of the geological environment. In this study, a series of tests to determine various factors including water content, density,a n d specific gravity,are conducted in conjunction with miniature v ane shear, micro penetration, a n d compression tests o n samples collected in J u n e 2015. T h e study includes investigating types of seafloor sediments a n d index parameters of the physical a n d m echanical properties of soil in the northern South C h i n a Sea. T h e results of the investigation indicate that the surficial seafloor sediment in the study area is*收稿日期：2016-11-07;收到修改稿日期：2017-03-13.基金项目：国家自然科学基金（41427803, 41502265)，山东省重点研发计划（2016Z D J S09A03)资助.第一作者简介：朱超祁（1990-)，男，博士生，主要从事海洋工程地质研究•Email:geOTge-zhu@foxmailxom通讯作者简介：贾永刚（1965-)，男，博士，教授，博士生导师，主要从事海洋工程地质与原位观测研究•E m a il:yonggang@ 25(6) 朱超祁等：南海北陆架坡表面沉积物的物理力学性质初探1567mainly composed of s i l t y clay and clayey s i l t with high moisture content , low density , and low mechanical strength . The variation in the fore-mentioned parameters i s generally correlated with the depth of the seabed . Additionally , sedimentary environment，grain size composition , and age are determined as important factors controlling the Marine sediment , Physical properties , Mechanical propertiesproperties of the sediments to a significant extent .Key wordsNorthern slope of the South China Sea ,〇引言海洋沉积物作为I 种工程性质特殊的土，远离 人类生活，取样难度较大，因此对其究较少（朱坤 杰等，2015)。
南海东北部海底沉积物波的形态、粒度特征及物源、成因分析丁巍伟;李家彪;韩喜球;黎明碧;ERWIN Suess【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2010(032)002【摘要】在南海东北部广泛发育沉积物波.通过高分辨率多波束数据、地震剖面以及重力柱状样,对沉积物波的形态特征、粒度特征、物源以及形成机制进行了分析.研究表明大致以台湾浅滩南海底峡谷为界,北侧为近北东向展布,南侧为近南北向展布.对其分布规律、地貌和形态特征及重力柱状样粒度分析表明这些沉积物波为浊流成因.沉积物波的发育与新生代晚期研究区的构造活动密切相关,自距今6.5Ma以来台湾造山运动使台湾岛强烈抬升剥蚀,这些剥蚀物为研究区提供了大量的陆源物质,而在南海东北部陆坡区大量发育的峡谷-冲沟系统为陆缘物质向下陆坡的输送提供了良好的通道.研究区西侧的东沙隆起长期处于抬升剥蚀状态,这种抬升剥蚀也为研究区沉积物波的发育提供了部分物源.随着坡度的减缓,浊流沉积物开始堆积,在台湾浅滩南海底峡谷的北侧形成了展布方向与冲沟垂直的沉积物波,而在南侧由于台湾浅滩南海底峡谷发生转向,浊流从水道中漫溢出来,沉积物堆积下来,形成了与原先水道近于垂直的近南北向的沉积物波.【总页数】10页(P96-105)【作者】丁巍伟;李家彪;韩喜球;黎明碧;ERWIN Suess【作者单位】国家海洋局第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所海底科学国家海洋局重点实验室,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所海底科学国家海洋局重点实验室,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所海底科学国家海洋局重点实验室,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所海底科学国家海洋局重点实验室,浙江,杭州,310012;Leibniz-Institute for Marine Sciences,基尔,24148【正文语种】中文【中图分类】P736.213;P737.22【相关文献】1.南海东北部台湾浅滩陆坡的浊流沉积物波的发育及其成因的构造控制 [J], 王海荣;王英民;邱燕;彭学超;黄奇志2.日照市海岸带海滩沉积物粒度特征及物源分析 [J], 张昊; 郝义; 王惠; 李忠涵3.基于重矿物地球化学手段的南海东北部陆架沉积物物源研究 [J], 马一开;黎刚;颜文4.雅浦海沟南缘海底表层矿物碎屑粒度特征及其物源指示 [J], 陈康;徐继尚;李广雪;田举;杨继超;周尚;孙思婷5.南海东北部深海盆末次冰盛期以来陆源碎屑粒度特征及影响因素 [J], 王雪松;陈忠;许安涛;田雨杭;曹立;张斌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
南海海底沉积物的类型及工程特征江飞一、区域地质背景南海海盆面积约350 x 104km 2，由于它位于欧亚板块、太平洋板块、印度洋板块交汇处，因此它的形成和发展，既受控于NE 向的太平洋板块的俯冲作用，同时它也受控于NW 和EW 向的古特提斯海的封闭作用的影响。
所以，南海构造和海底地形地貌十分复杂，既有水深较浅的平坦的南海北部陆架区，也有海底地形、地貌复杂的南海陆坡区和平坦的深海平原区。
在不同的地形地貌背景上，它又沉积了厚度不一，各种不同类型的现代(Q 4）海洋沉积物。
由于海洋细粒土是一种分布较广，具有其固有特性而且对海底工程建设和海洋开发有重要影响的一种软弱地基土。
因此，对它的研究具有明显的实际意义和理论意义。
二、南海北部陆架浅海相淤泥质细粒土(一)基本特点南海北部陆架浅海相淤泥质细粒土，主要分布在水深小于30m 的内陆架现代沉积区，水深大于30m 的中陆架混合残留沉积区的部分地段也有分布。
它们主要是华南大陆水系将陆源物质搬运入海沉积而成，主要由淤泥质粘土质粉砂、粉砂质粘土、砂质粘土等类型构成。
沉积物颗粒较细，中值粒径介于0.1-0.005mm ，分选差，沉积韵律明显，一般多呈深灰色，含有机质、铁质高，频率曲线都呈双峰或多峰状。
碎屑矿物、重矿物含量远比南海陆坡半深海相细粒土为高。
它们和一般淤泥质细粒土相似，其工程特性具含水量高于液限、孔隙比大于1，压缩性大、强度小、处于汗流状态的特点。
据C 14、Pb 210测年，其沉积速率大，一般为0.1-0.25cm/a 。
(二)物质组成1.颗粒成分与团粒成分根据风干土样颗粒成分(加分散剂)及团粒成分(不加分散剂)分析结果，该土主要由粘土颗粒、粉砂颗粒、细砂颗粒组成。
天然状态下，大部分粘粒呈0.01-0.005mm 的微集聚体形式存在(表1)。
2.矿物成分砂粒、粉砂粒主要是由石英、长石、云母和少量钦铁矿、黄铁矿、电气石等组成。
在一些样品中也常见生物贝壳碎片夹杂其中。
南海表层沉积物生物软泥的初步分析近年学者对于南海海底表层沉积物的关注越来越多。
目前大体将深海表层沉积物中的主要组分分为深海陆源碎屑沉积、生物源沉积和深海粘土及其他矿物，其中生物源沉积是深海的主要沉积物。
目前对南海生物源沉积的研究主要集中在单独分析某一项沉积物质的分布和来源，但对于生物软泥的分布还未做完整解释。
本文结合前人对南海的钙质和硅质沉积物的研究综合分析南海深海沉积物中的生物软泥的分布特征，含量变化及其物质来源。
从分析结果可以发现，南海生物软泥中的碳酸钙含量由浅水向深水逐渐减少，硅质软泥中的硅藻则具有纬度分带性和环陆分带的特性。
标签：南海表层沉积生物软泥分布特征海洋环境随着陆地资源的逐渐减少，人们将目光逐渐转向神秘的海洋，浩瀚的海洋蕴藏的石油资源占全球石油资源总量的34%，海岸及近岸海底含有锡石、锆石、金红石、独居石、磁铁矿和金刚石等砂矿床，深海表层还分布大量锰结核、锰结壳，数量远大于陆地产量[1]。
为避免不必要的浪费，更加充分的开发海底蕴藏的丰富能源，首先我们必须对深海地形和环境进行深入的探讨和研究，其中最主要的就是深海沉积物的分布。
深水沉积体系中的沉积物输送机制是控制深水区沉积物分布的重要因素[2]。
1区域概况南海是西太平洋最大的边缘海，面积约为350万平方公里，属于半封闭海性质，具备良好的油气成藏条件，具有一定勘探前景，目前在南海的白云凹陷珠江口盆地、莺歌海海域和北部湾发现的大面积油气储藏就是对其最好的佐证。
南海北部大面积陆坡区为重力流沉积和半远海沉积物的发育创造了良好的地质条件[3]。
为了更好地开发，尚需对南海海底的地质条件进行深入分析，尤其是表层沉积物中的组分。
2南海表层生物软泥生物源沉积物是指含量超过30%的生物骨屑沉积物和粘土组成的[5]，广义的生物源沉积包括钙质软泥、硅质软泥、珊瑚碎屑沉积和有机质沉积四个亚类，其中钙质沉积物和硅质沉积物是深海生物源沉积的主体，在世界各大洋总面积中占61.9%[6]。
南海西北陆缘深水沉积体系内部构成特征的报告，800字
南海西北陆缘深水沉积体系的内部构成特征是由多种地质环境所形成的相互关系组成的，它们决定了该地区深水沉积体系的内部构成，如构造、水深、沉积物类型、气候及其环境因素等。
一般来说，南海西北陆缘深水沉积体系的构成是由多种不同的地质环境作用的结果，它们包括地层变迁的作用、海底裂谷的发育、潮汐带的起伏等。
在此种多种地质影响下，南海西北陆缘深水沉积体系的内部构成包含了不同的深水沉积带，如浅水带、中深水带、较深水带、最深水带及大洋底带。
南海西北陆缘深水沉积体系内部构成特征的表现有：各类深水沉积带之间有明显的地质界线；各类深水沉积带具有不同的物源，从而形成自身独特的沉积物组成；各类深水沉积带的沉积量也有不同，根据厚度的不同来进一步分割深水沉积体系；此外，在南海西北陆缘深水沉积体系内部，还有一些特殊的沉积特征，如近岸沉积带、深基性沉积带、浅滩构造物及晚白垩纪海相沉积带等。
在构成南海西北陆缘深水沉积体系的地质环境中，它们的影响是不同的。
通过研究，发现，在全球变暖、海平面上升及海洋中缺氧等气候环境变化的影响下，南海西北陆缘的深水沉积体系也受到一定的影响，从而使它的沉积带、沉积物组成及其厚度都发生了新的变化，加深了人们对该深水沉积体系内部构成特征的认识。
总之，南海西北陆缘深水沉积体系的内部构成特征受多种地质
环境的作用，是由不同深水沉积带、不同的沉积物类型及其厚度的组成而成的，其中还存在一些特殊的沉积特征，为人们更深刻地了解该深水沉积体系提供了可能。
南海北部陆坡表层沉积物强度特征研究朱超祁;贾永刚;张民生;王振豪;沈泽中;张博文;单红仙【摘要】随着海洋开发活动由浅海走向深海，南海北部陆坡的沉积物强度特性逐渐成为关注热点。
本文通过参与2015年与2016年共享航次计划，在南海北部莺琼陆坡、神狐陆坡、东沙陆坡、台湾浅滩陆坡进行沉积物重力取样与箱式取样，并现场剖样，用以进行沉积物强度测试。
地质取样结果表明东沙陆坡砂含量相对较高并发现直径约22cm 黑色气孔状碳酸盐结核。
在神狐陆坡沉积物表层发现活体壳类生物，在110cm 深度处发现壳类生物遗骸。
十字板剪切试验与笔式贯入试验结果表明南海北部陆坡，沉积物强度差异较大。
但总体而言，除东沙陆坡外，莺琼陆坡、神狐陆坡、台湾浅滩陆坡表层沉积物强度一般较低。
0～20cm 范围内，笔式贯入阻力一般小于0．1 N，十字板剪切强度最大一般不超过10kPa。
0～300cm 深度范围内，沉积物强度沿深度方向大致呈递增趋势，个别站位递增趋势不明显。
台湾浅滩陆坡等南海北部陆坡表层沉积物存在强度分层：分层界面以上，沉积物强度较低；分层界面处，沉积物强度骤增。
该分层界面可能是海底滑坡的潜在滑动面。
%With the rapid development of marine exploitation activities,the sediment strength in the bed slope of Northern South China Sea has attracted more and more attention.The vane shear tests and penetration tests are conducted on ship with the sediment samples collected by gravity corer and box corer in the Yingqiong Slope, Shenhu Slope,Dongsha Slope and Taiwan Slope.Sampling results show that the sediments in Dongsha Slope are sandy and the carbonate nodules with the diameter of 22cm are found.Besides,living bivalve is found on the seabed and the organic remains are found 1 1 0cm below the seabed in the Shenhu area.Thesediment strength results show that the penetration resistance is less than 0.1 N and the vane test strength is no more than 1 0kPa within 20cm below the seabed.Generally,the sediment strength increases with the depth below the seabed. Furthermore,sediment strength stratification is found within 200cm below the seabed,especially in the Taiwan Slope.The sediment strength is low above the interface and increases sharply under the interface.The sediment strength interface is the potential sliding surface.【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2016(024)005【总页数】8页(P863-870)【关键词】南海北部陆坡;神狐陆坡;沉积物强度;现场试验;海底滑坡【作者】朱超祁;贾永刚;张民生;王振豪;沈泽中;张博文;单红仙【作者单位】中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛 266100; 海洋国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛 266061;中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛 266100; 海洋国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛 266061;中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛266100; 海洋国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛 266061;中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛 266100; 海洋国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛 266061;中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛 266100; 海洋国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266061;中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛 266100; 海洋国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛 266061;中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室青岛 266100; 海洋国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛 266061【正文语种】中文【中图分类】P642.4我国海洋地质环境复杂，既有宽阔的大陆架与大陆坡，也有深邃的边缘海盆地，海陆交互作用频繁，地质灾害类型多样。
南海北部陆架海域表层沉积物地球化学特征及地质意义赵利;蔡观强;钟和贤;徐子英;李波;李顺;田成静【摘要】依据南海北部陆架海域225个站位表层沉积物粒度和常量元素的地球化学分析,探讨了常量元素的空间分布规律及地质意义.该区域沉积物主要为粉砂、细砂等细粒沉积,平均粒径5.38φ.沉积物常量元素组合以SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O为主,约占沉积物总量的87.96％,其空间分布特征与沉积物类型密切相关.Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、Org.C等分布趋势相似,具有较好的相关性,倾向于富集在细粒沉积物中;SiO2、CaO、CaCO3与大多数元素呈负相关,倾向于富集在粗颗粒沉积物中,反映了“元素的粒度控制律”.元素总体分布规律显示沉积物的常量元素含量受细粒黏土矿物吸附作用、石英矿物和碳酸钙稀释作用的共同影响.元素统计结果表明,表层沉积物的常量元素大体可分为2类:第1类包括Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、P2O5、MnO等,代表陆源较细粒碎屑沉积,是控制研究区沉积物化学成分的最主要因素;第2类主要包括CaO、CaCO3,代表海洋生物沉积.同时可将研究区分为3个沉积区域:I沉积区为粤西近岸及北部湾北部区域,具有明显陆源碎屑沉积特征;Ⅱ沉积区位于粤西陆架水深＞60 m海域,受海源生物作用明显;Ⅲ沉积区位于珠江口西南部水深40～ 60 m海域,为斑块状砾质粗粒沉积.【期刊名称】《地质学刊》【年(卷),期】2017(041)001【总页数】9页(P103-111)【关键词】沉积物;粒度;地球化学特征;地质意义;南海北部陆架【作者】赵利;蔡观强;钟和贤;徐子英;李波;李顺;田成静【作者单位】国土资源部海底矿产资源重点实验室,广东广州510760;广州海洋地质调查局,广东广州510075;国土资源部海底矿产资源重点实验室,广东广州510760;广州海洋地质调查局,广东广州510075;国土资源部海底矿产资源重点实验室,广东广州510760;广州海洋地质调查局,广东广州510075;国土资源部海底矿产资源重点实验室,广东广州510760;广州海洋地质调查局,广东广州510075;国土资源部海底矿产资源重点实验室,广东广州510760;广州海洋地质调查局,广东广州510075;国土资源部海底矿产资源重点实验室,广东广州510760;广州海洋地质调查局,广东广州510075;国土资源部海底矿产资源重点实验室,广东广州510760;广州海洋地质调查局,广东广州510075【正文语种】中文【中图分类】P736.4+1南海是太平洋板块与菲律宾板块的边界，西太平洋典型的边缘海，北靠中国大陆，南临巽他陆架，东侧通过巴士海峡与太平洋相连，西侧毗邻中南半岛，沉积物源复杂，环境各异，有广泛的全球性及鲜明的区域性沉积特征(汪品先，1995；钱建兴，1999；汪品先等，2003；苏纪兰，2005)。
1482014年7月上 第13期 总第193期油田、矿山、1 引言随着陆上油气资源重大发现的概率逐渐减小,海上油气勘探已成为目前以致未来世界能源开发新的热点。
在过去的10年间,海上油气探明储量约450亿吨,这仅占全部可能储量的20%,尚处于勘探早期阶段。
而国际上一般公认的大于300m水深的深水区域更是蕴藏着不可预知的巨大储量,陆坡和深海盆地的油气勘探开发不断升温。
深水区在我国主要分布于东海和南海,特别是南海,平均水深就达1140m,且其大部分区域属于深海范围,而我国目前在南海拥有的绝大多数油气田均位于浅水区。
2009年开始,以中海油为代表的中国海洋油气开发正式向深海进军。
本文将依托2009～2010年中海油与HUSKY共同实施开发的荔湾3-1气田开发项目对南海陆坡区海底土质进行工程意义研究,并重点针对水深500～1500m的范围的海底进行表层土质特性分析。
南海北部陆坡是南海海底表面起伏高差最大的一个斜坡，按其地形剖面形态特征可划分为上陆坡、中陆坡和下陆坡。
上陆坡水深150～1500m，平均坡度1°～3°，中陆坡水深平均水深1000～1500m，地势较为平坦，下陆坡水深1500～3000m，平均坡度2°～4°。
(见图1)2 正文荔湾3-1气田开发项目工程环境调查从2009年年底持续到2010年，其中工程地质方面以浅层土质取样为主，主要通过重力取样和浅层钻孔取样来实施，水深小于200m的地方实施钻孔取样，水深超过200m的区域进行了重力取样，特别是水深大于500m的陆坡段分别取得近60个重力样和箱式样，取样点以30～50m的水深间隔沿管线路由分布，基本覆盖了从500～1500m的水深变化范围。
其区域位置大致介于E115°～E116°和N19.5°～N20.5°之间。
本次调查取样所揭示的陆坡区表层沉积物类型与图2(摘自《南海地质》)所示基本一致，主要为粘土、粉质粘土和粉土。
我们选取其中56个重力样进行各项数据统计，这些样品平均长度2.6～3.4m，土质成分以细粒土为主，表层夹杂少许细砂粒。
颜色随水深增加由褐灰色向绿灰色过渡，局部可见黄褐色淤泥或浮泥。
作者简介:李光耀(1986-10-04),男,2009年毕业于中国地质大学(武汉),获学士学位,工程师,主要从事海洋工程地质调查工作。
南海北部陆坡区海底表层沉积物特性浅析李光耀(中海油田服务股份有限公司,天津 300450)【摘 要】依托荔湾3-1气田开发项目,对处于南海北部陆坡区水深约500～1500m的海底表层沉积物进行工程特性分析,通过对物理及力学指标的统计和曲线拟合,阐明南海北部陆坡区海底沉积物的土质组成、分布规律,以及土质参数在横向上与水深变化之间的关系,探讨其变化规律和相关性。
另选取水深超过1000m的表层沉积物取样进行纵向统计分析,揭示土质强度与土样深度之间的关系,并初步求得强度相对于深度的经验公式。
通过上述分析,为将来此区其他海底施工作业或前期设计提供一定的参考和借鉴。
【关键词】南海北部陆坡 沉积物 特性 曲线拟合 相关性表1 500～1500m 水深范围内海底以下1m 处土样参数平均值表2 500～1500m 水深范围内海底以下2m 处土样参数平均值表3 500～1500m 水深范围内海底以下3m 处土样参数平均值水深范围(m)抗剪强度(KPa) 含水率(%) 天然容重(KN/m 3) 塑性指数 液限(%) 孔隙率 D 50 500~700 9.3 64.8 15.6 21.8 54.4 1.887 0.0244 700~800 8.8 60.2 15.9 19.1 54.1 1.750 0.0298 800~900 7.8 78.5 15.2 30.2 63.7 2.180 0.0122 900~1200 4.3 100.8 14.2 39.8 76.8 2.885 0.0096 1200~15003.212913.647.8 91.5 3.601 0.0086水深范围(m) 抗剪强度(KPa) 含水率(%) 天然容重(KN/m 3) 塑性指数 液限(%) 孔隙率 D 50 500~700 7.9 54.1 16.1 18 46.1 1.602 0.028 700~800 10 60.7 15.8 18.4 49.6 1.775 0.0317 800~900 7.7 75.5 15.0 29.5 62.3 2.162 0.0132 900~1200 5.3 92.7 14.4 40.5 76.9 2.647 0.0093 1200~15004.212013.746.6 87.8 3.345 0.0085水深范围(m) 抗剪强度(KPa) 含水率(%) 天然容重(KN/m 3) 塑性指数 液限(%) 孔隙率 D 50 500~700 6.4 51 16.9 13.3 37.7 1.422 0.0367 700~800 10.1 60 15.62 18.3 48.7 1.811 0.0328 800~900 8.5 71 15.42 28 58 2.111 0.0143 900~1200 5.6 96 14.4 37.9 74 2.712 0.009 1200~15005.2120.313.5146.6 87.4 3.164 0.0081表4水深/m 方程式相关系数 1 y=8E-05x 2-0.0618x+69.594(x≥500m)R 2=0.8145 2 y=5E-05x 2-0.0161x+45.161(x≥500m)R 2=0.8198 3y=8E-06x 2+0.0823x-4.9823(x≥500m)R 2=0.88601492014年7月上 第13期 总第193期矿山、电力设备管理与技术通过对这些取样的所有试验数据的分析,南海北部陆坡区500～1500m水深范围内海底表层土质具有以下工程地质特性:(1)物理特性:此区土质为含砂或含少量砂粒高塑性粉土或粘土,拥有高含水率,高液塑限,高孔隙率和低重度。
平均含水率大于50%,最高可达130%;液限平均40%～90%,孔隙率平均1.4～3.6;天然重度平均不超过17KN/m 3,最小仅为13.5KN/m 3。
(2)力学特性:工程强度低,承载能力弱,平均不排水抗剪强度不超过10kPa。
最小约3kPa。
对统计结果进行横向比较,我们发现这类较纯的深水表层细粒土的多项土质参数会因取样水深的变化而呈现相应(相同或相反)的变化趋势,如粘性土含水率、液塑限、孔隙率随水深的增加而增加;强度和天然容重随水深增加而减小。
同时砂粒含量在一定程度上影响着这些参数的变化趋势,我们特别将水深700～800m范围单独进行统计,得到了与之前相反的结论,如海底以下1m土样的含水率反而低于水深小于700m时的平均值,同时天然重度却较之增大,而且此相反规律在土样深度较浅时表现稍明显。
图4-图6是不同水深重力取样分别在海底以下1m、2m和3m处土样的各种土质参数随水深变化的曲线。
上述曲线均通过二阶多项式进行拟合(由二阶多项式进行拟合所得曲线相关系数最接近1),从中不仅可以看到含水率、液塑限、孔隙率随水深的增加而增加;强度和容重随水深增加而减小,还可以发现同一关系曲线也会随土样深度变化而出现曲率的相应变化。
即:随着土样深度从1m增加到3m,各项土质参数随水深增加或减小的趋势会变得缓和。
以黄色曲线“水深-含水率”为例,其二阶多项式方程分别如下:(表4)。
从上述3个多项式也不难发现,其二次项系数分别为8E-05、5E-05和8E-06,呈现依次减小的规律。
从曲线形态来看,曲率会随图1 南海北部陆架-陆坡-深海盆地剖面示意图(摘自《南海地质》刘昭蜀、赵焕庭等)图2 南海海底表层沉积分布区域图及本文研究区域(图中方框所示)图3 南海北部陆坡500～1500m海底表层3m土质组成图4 1m处土质参数与水深关系图5 2m处土质参数与水深关系以下是根据不同水深土样的粒径统计结果所绘制的500～1500m水深表层约3m土层的土质组成分布图。
从图3中我们可以看出南海北部陆坡区水深500～1500m范围表层土质主要成分为粉粒(0.005mm<d<0.075mm)和粘粒(d<0.005mm),这两部分所占比例约85%～95%,砂粒含量随水深不同而不同,在水深800m 以内,平均约占10%～15%,其中水深700m～800m处,砂粒的含量可达20%～25%,当水深超过800m之后,砂粒的含量明显降低,且比较稳定,约占5%。
下面我们以水深为界,从抗剪强度、含水率、天然重度、塑性指数等方面分别对海底以下1m、2m和3m深度处土样进行统计,求的平均值,结果如表1-表3。
1502014年7月上 第13期 总第193期油田、矿山、表5 1000～1500m 水深时同一土样深度处平均强度图6 3m 处土质参数与水深关系图7 1000～1500m水深土样强度与土样深度关系土样深度(m)0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 1.5 1.75 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 平均原状强度(kPa) 3.7 4.18 4.47 4.51 5.18 4.73 5 5.14 6.14 6 5.8 6.4 平均扰动强度(kPa)1.71.861.962.062.152.22.382.442.242.62.42.7土样深度的增加而减小,即土样深度由1m增加到3m时,含水率随水深增加而增大的趋势将变缓。
需要说明的是,剪切强度相比其他参数在横向上表现的规律性较差,原因主要有二:一是剪切强度易受到扰动或测试操作影响而不准确;二是土质中砂的含量明显影响强度的大小,故在整个500～1500m 水深范围内其强度与水深相关性不明显。
但在水深大于1000m,土质较纯的情况下,其强度在纵向上可能存在一定趋势,下面将17个水深大于1000m的重力样各深度处的强度进行统计,获得同一土样深度对应不同水深时的平均值:(表5)图7通过对1000～1500m水深范围内土样强度与深度进行幂函数曲线拟合,得到强度随土样深度增加而增大的关系,公式表达如下:原状土强度:y=4.7133x 0.1928 R 2=0.9132(x≤4m)扰动土强度:y=2.0873x 0.1583 R 2=0.9163(x≤4m)3 结语根据已有取样资料,对南海北部陆坡区水深500～1500m的海底表层土样进行了物理力学统计分析,得到以下结论:(1)此区海底表层土的主要组成为细粒土,占总含量的85%以上,其余为砂质成分,且随着水深增加到800m以上,砂质成分明显减少。
