北黄海海底麻坑沉积物特征分析及麻坑形成模型试验研究
海底麻坑是广泛发育于世界各海区大陆架、大陆坡中一种特殊的海底地貌现象,近年来由于其具有重要的环境指示意义而逐渐成为海洋地质领域的研究热点之一.北黄海西北部的陆架浅水区发育了大规模的海底麻坑,虽然有学者曾对该区域麻坑的成因和演化做了一定的研究工作,但仍有一些科学问题有待于深入研究.本文对采集于北黄海海底麻坑内外的两根沉积物重力样,进行了岩心扫描、物理性质、力学性质以及微观结构等方面的测试分析,探讨了麻坑内外沉积物特征的差异及原因;同时进行了模型试验研究,分析了多种因素对于气体逸出形成麻坑过程的影响.结合模型试验结果和前人研究,探讨了麻坑的成因模式.获得的主要认识如下:岩心扫描特征表现为麻坑内沉积物的剪切波速高于麻坑外,麻坑内沉积物的声阻抗大于麻坑外,麻坑内沉积物的孔隙度小于麻坑外,麻坑内沉积物的岩心扫描密度大于麻坑外.扫描参数结果说明麻坑内沉积物的密实度高于麻坑外沉积物.粒度特征表现为麻坑内沉积物下部粒度偏粗,上部粒度偏细;麻坑外沉积物上下粒度粗细相对均一.物理性质方面,麻坑内沉积物的平均干湿密度、平均土粒比重、平均塑性指数均高于麻坑外,平均含水率、平均孔隙比、平均液限、平均液性指数均小于麻坑外.力学性质方面,麻坑内沉积物的平均压缩系数小于麻坑外沉积物,而平均渗透系数和平均抗剪强度则高于麻坑外沉积物.微观结构方面,相比与麻坑外,麻坑内沉积物中的孔隙有明显的定向排列,且连通性更好.麻坑内沉积物的碳酸盐含量明显高于麻坑外.分析讨论了浅层气逸出形成海底麻坑的依据,并以此解释了麻坑内外沉积物性质差异的原因.设计并构建了一种模拟麻坑形成过程的模型实验装置,并通过初步的模型试验研究发现,气体突破上覆细砂土体所需时间与土层厚度呈幂函数上升关系,与气体压力值呈反比例函数减少关系,与水深呈现线性上升关系.气体突破细砂土层逸出形成麻坑的直径和深度随喷气时间呈现先快速增大后趋于稳定的趋势.分析讨论了气体突破细砂和粉质粘土时分别发生渗流和剪切破坏,构建了气体突破土体所需的气压临界值公式,同时试验实测结果较好的验证了理论公式的准确性.最后应用理论公式计算了现场的50m水深下两种上覆土层厚度的气体突破土体的气压临界值大小.探讨了海底麻坑的成因模式,主要分为四个阶段:一,浅层气聚集;二,气体进入上覆土体,发育运移通道;三,气体突破上覆土体逸出海底;四,气体逸出带走海底表层沉积物形成麻坑.
- 作者：
- 焦鹏飞
- 学位授予单位：
- 国家海洋局第一海洋研究所
- 专业名称：
- 海洋地质
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 孙永福
- 中图分类号：
- P737.2
- 关键词：
- 海底麻坑；岩心扫描；物理力学性质；微观结构；模型试验；成因模式
- Seabed pockmark； Core scanning； Physical and mechanical properties； Microstructure； Model test； Genetic model