南海海底沉积物的类型及工程特征

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。大部分石英颗粒为半透明状，表面呈黄褐色，形状比较规则，轮廓圆滑。少部分则相反，表面干净而且透明，无规则的形状，棱角十分清楚。

粘土颗粒主要是由粘土矿物组成。根据X一射线衍射及透射电镜测定结果，主要粘土矿物是伊利石、蒙脱石加混层矿物、高岭石和绿泥石(表2)。

3.化学成分

南海淤泥质细粒土化学成分主要是由SiO

2, A1

2

O

3

, CaO, Fe

2

O

3

组成，含量

高达90%左右，另含少量的K

2O, Na

2

O, MgO, P

2

O

5

, Ti0

2

等。细粒沉积物中，

可溶盐含量约占1%,有机质含量较高,介于0.5-2%之间(表3)，可溶盐Mg++ ,Na++,K为主，符合海洋沉积物的特点。

(三)物理化学性质

比表面积、交换容量及交换性阳离子、pH值等参数，是表征细粒土物理化学性质的重要指标(表4)。

比表面积用BET流动甲醇吸附法测定，从粘土矿物成分及交换容量来看，比表面积数值偏低，可能是试样潮解吸水的影响。

交换容量和交换性阳离子成分，用BaCl

2-H

2

S0

4

法测定，交换容量与交换

性盐基之和相近，这与土的pH值大于7相符合。交换性盐基成分以钙为主，说明为陆源物质。此外，Ca++在自然界为凝聚剂，故粘上颗粒在淤泥质细粒土中，呈微集聚体存在，因此必须加分散剂才能把它们分散成原始状态的粘土颗粒。

(四)微结构特征

微结构特征是研究细粒土的物理性质、力学性质特征的重要钥匙。由于南海北部陆架浅海相淤泥质细粒土饱水、含水量高，为了防止土样在干燥过程中收缩变化，而破坏原始结构，我们采用低温冷冻真空升华干燥法制备样品，并用扫描电子显微镜观察和拍摄微结构照片(照片1-5 )。

1.微结构单元体

(1)原始粘土微粒薄片状，长度1-3u，厚度极薄，少量微管状(照片1)，是最小的结构单元，大多集聚成微集聚体。

(2)微集聚体主要由数个原始粘土微粒集聚而成，分布最广的有两种，一种

是等轴状，近似球状，由薄片状或微管状粘土微粒以面一面、面边组合而成，大小在5-10u;另一种是叶片状，由薄片状粘土微粒以面-面或低角度面-边组合构成，长度约10 u.或小于10u(照片1-5)。这两种微集聚体是最基本的微结构单元，它们是抗水性强的集聚体，也即是团粒分析中的微集聚体，其中粘土颗粒间的连接作用超过了水化膜形成的斥力，只有加分散剂，它们之间的连接才能破坏。

(3)矿物颗粒主要是碎屑矿物的碎屑，形状不规则，轮廓较圆滑，多被粘土物质包裹呈分散状分布，其颗粒大小是细砂和粉砂(照片2)。

(4)生物碎屑这是海相沉积物中所特征的结构单元。南海北部陆架淤泥质土含有大量大小不等的生物遗体和碎片，其大小相当于细砂和粉砂颗粒(照片3 )。

2.微结构类型

(1)蜂窝状微结构

研究的土样中最多的就是蜂窝状结构(照片4)。其特征是具开口大孔隙，蜂窝一般成等轴状，直径5 -10u.，蜂窝壁由叶片状微集聚体以小角度面一边组合而成。壁的厚度变化较大，厚者可达5u，薄者小于2u(见照片4)。蜂窝状孔隙属微集聚体间的孔隙。从照片2, 4看出，蜂窝状微结构是由粘土微粒构成，砂粒、粉砂粒则呈分散状隐伏在其中。

(2)疏松基质状微结构它们主要由大小不等、形状各异的生物碎片、矿物颗粒和粘粒微集聚体呈不定向的不规则状构成。孔隙很发育，故称之谓疏松基质状微结构。孔隙多是粘粒微集聚体、生物碎片、矿物颗粒之间的孔隙，孔隙大小、形状多变无规律(照片3、5)。