马里亚纳海沟南部海域沉积物的工程地质特性及其成因

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1、第39卷第2期2015年6月地质学刊JournalofGeologyVol_39No．2June2015doi：10．3969／j．issn．1674-3636．2015．02．251马里亚纳海沟南部海域沉积物的工程地质特性及其成因朱坤杰1”，何树平1”，陈芳1一，廖志良1一，王金莲1”，邓希光1，2(1．国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东广州510075；2．广州海洋地质调查局，广东广州510075)摘要：大洋27航次中，在马里亚纳海沟挑战者深渊南翼斜坡上获得了箱式插管和重力柱状样品，并对这

2、些样品现场进行了含水率、湿密度、微型扭力十字板、微型贯入和无侧限抗压强度试验，获得了深海表层沉积物的物理力学性质参数，具有较高的含水率、较低的密度、较大的孔隙比、较低的抗剪强度和贯入阻力，各项参数随深度增加呈现规律性变化。归航后通过对沉积物的粒度、碎屑矿物、黏土矿物、微体古生物的鉴定，进一步从物质组成、物质来源和沉积环境等方面对此特殊工程地质性质沉积物的成因进行分析。关键词：深海沉积物；含水率；抗剪强度；工程地质性质；挑战者深渊；马里亚纳海沟中图分类号：P736．2；P722文献标识码：A文章编号

3、：1674—3636(2015)02—0251—070引言深海沉积物具有高含水率、低密度、高液限、高塑性、大孑L隙比、低强度和低重度等特性(宋连清，1999；王树仁等，2000；陈小玲，2004；吴鸿云等，2010)，由于远离陆地和人类的生产活动，其具体工程性质及成因未被充分认识。随着科技的进步，人类对海洋的探索已经由浅海步入深海大洋，深海沉积物工程地质特性的研究也相应开展。2012年6月，蛟龙号载人潜水器在马里亚纳海沟挑战者深渊南部海域进行了7000m深度下潜试验(崔维成等，2012)，海洋六号

4、为保障下潜的顺利进行，在此区域进行了地质取样，并在船上进行了现场物理力学性质测试，对海底沉积物的工程地质性质进行研究，为蛟龙号的坐底和采样作业提供这一区域的底质资料，也为以后深海资源的开发提供依据。归航后，通过室内的粒度、岩石矿物、微体古生物等鉴定，对这一特殊工程性质土体的成因展开深入分析。1研究区概况研究区位于马里亚纳海沟南部的密克罗尼西亚联邦专属经济区。马里亚纳海沟是太平洋板块俯冲到菲律宾板块之下形成的全球最深的海沟，最大水深位于南部的挑战者深渊。海洋六号利用EMl22多波束测深系统获得的水深

5、数据显示，研究区海底地形自南向北成鞍状走势，海沟自东向西延伸，海沟两侧为不对称斜坡：海沟北侧为单一海底斜坡，相对较陡，平均坡降在10。～150之间；中部区域为挑战者深渊，其最深点深度是10917m；海沟南侧斜坡相对较为平缓，水深大部分在5000～75001／1之间，平均坡降在6。～10。之间(刘方兰等，2013)。本次研究的5个地质取样站位位于挑战者深渊的南翼斜坡上，其中有4个站位近似在一条直线上，自南向北水深依次增加，可以较好地反映南翼斜坡上海底沉积物随水深的变化情况。地质取样站位情况见表1，研

6、究区和各站位的相对位置见图1。收稿日期：2015-02-05；修回日期：2015—03—20；编辑：侯鹏飞基金项目：国际海域资源调查与开发“十二五”课题“首采区多金属结核资源评价”(DYl25—14一R—01)作者简介：朱坤杰(1988一)，男，助理工程师，地质工程专业，主要从事海洋地质与工程地质研究工作，E-mail：812215721@qq．corn252地质学刊2015年皂—；ok111图1研究区及站位示意图Fig．1Sketchshowingthestudyareaandstations2

7、材料与研究方法2．1物理力学性质测试在现场对JL7KBCl1A站位2管未扰动箱式插管样品进行了沉积物的物理力学性质测试。所用设备主要有EL26-2661型便携式剪切仪(英国)、应变控制式无侧限压缩仪和WGI型机械式微型贯入仪。试验方法参照《海洋调查规范》(GB／T12763．8—2007)(以下简称《规范》)第8部分：《海洋地质地球物理调查》之6．5：沉积物物理力学性质测试。对其中1管样品进行天然含水率试验、天然密度试验、微型扭力十字板剪切试验，样品取样间距5cm，表层5cm样品呈流动状态，仅进行

8、了含水率试验；对另一管样品进行了无侧限抗压强度试验，取样间距15cm，表层15cm样品因较软未进行试验。2．2粒度分析对JL7KGC01A、JL7KGC05站位的柱状样进行了粒度分析，取样间距5cm，共92份样品。采用Mater—sizer一2000型激光粒度仪(英国马尔文公司)，分析方法参照《规范》第8部分之6．3：沉积物粒度分析。2．3沉积物分类和命名采用《规范》附录D之图D．1：沉积物粒度三角分类图，粒度参数采用福克和沃德公式计算。分析过程：取样并加纯净水浸泡样品24h，每隔