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海底峡谷弱稳定沉积物推动式剪切破坏传播及其对沉积地层的影响

批准号:
42206055
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
20.0 万元
负责人:
任宇鹏
依托单位:
学科分类:
海洋地质学与地球物理学
结题年份:
2024
批准年份:
2022
项目状态:
已结题
项目参与者:
任宇鹏

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
浊流能够携带大量陆源沉积物沿着海底峡谷向深海输运,是“源-汇”系统的重要组成部分。以往研究主要关注浊流对底床沉积物的冲刷、携带作用,底床沉积物进入浊流体内维持了浊流继续运动的能力。而峡谷沉积物具有松软、高含水率的特性,在浊流冲击荷载下,弱稳定沉积物会发生推动式剪切破坏,并且这种破坏会逐渐沿着海底峡谷向下游传播。分析浊流导致弱稳定沉积物推动式剪切破坏传播(WSS-PSP模式),对研究沉积物在海底峡谷的运动过程、输运模式、沉积影响等具有重要引领作用,并可能对深水油气资源成层解释产生新的理论。本申请项目基于这一全新的模式,利用理论推导计算与室内实验相结合的方法,分析其破坏传播的力学机制,计算破坏的传播速度以及沉积物底床破坏后对线缆等结构物的作用力,揭示破坏发生后,沉积物的再悬浮及其所形成的二次浊流的输运能力,给出基于WSS-PSP模式的海底峡谷沉积物输运全过程解析,及其对深海沉积的影响。
英文摘要
Turbidity current can carry a large amount of land-based sediments to the deep sea along the submarine canyon, which is an important part of the "source-sink" system. Previous studies have focused on the scour effect of turbidity current on the bottom sediment. The bottom sediments enter the turbidity current and maintain the mobility of turbidity current. Under the impact load of turbidity current, the weakly stable sediments suffered shear failure due to their soft and high water content to gradually spread downstream along the submarine canyon. The turbidite induced weakly stable sediment push shear propagation (WSS-PSP model) explores sediment movement process, transport mode and sedimentary influence in submarine canyon to produce a new theory for the generation and interpretation of deep-water oil and gas resources. This application project uses the method of combining theoretical derivation and calculation with laboratory test to reveal the mechanical mechanism of damage propagation, calculate the propagation speed of damage and the force on cable and other structures after the damage of sediment bottom bed, reveal the resuspension of sediment and the transport capacity of secondary turbidity current formed after the damage, and analyze sediment transport in submarine canyon based on WSS-PSP model and its influence on deep-sea sedimentation.
浊流能够携带大量陆源沉积物沿着海底峡谷向深海输运,是“源-汇”系统的重要组成部分。以往研究主要关注浊流对底床沉积物的冲刷、携带作用,底床沉积物进入浊流体内维持了浊流继续运动的能力。而峡谷沉积物具有松软、高含水率的特性,在浊流冲击荷载下,弱稳定沉积物会发生推动式剪切破坏,并且这种破坏会逐渐沿着海底峡谷向下游传播。分析浊流导致弱稳定沉积物推动式剪切破坏传播(WSS-PSP模式),对研究沉积物在海底峡谷的运动过程、输运模式、沉积影响等具有重要引领作用。.项目的主要研究内容有:(1)开展了弱稳定沉积物推动破坏对海底峡谷底床埋置线缆影响因素研究,分析线缆所受作用力的影响因素,并通过基于条分法计算底床推动破坏的最大速度。(2)开展了不同沉积物浓度、不同粉土比下的浊流运动的水槽实验研究;(3)开展了内孤立波和浊流致激发波引起的底床沉积物再悬浮的水槽实验,研究了浊流的运动、内孤立波和激发波的产生及其对底床的影响,并对沉积物再悬浮进行了分析;(4)针对浊流产生激发波的速度进行研究,采用数值模型进行计算,进行了浊流致激发波传播速度及振幅的影响因素研究。.项目的重要结果有:(1)当峡谷上游方向某位置处沉积物底床发生剪切破坏后,底床破坏逐渐向下发展,致使下游沉积物底床产生连锁破坏反应。滑动或流动的沉积物向下游移动的过程中会拖拽埋在其中的线缆,从而导致线缆断裂。(2)粘土含量与临界沉积物浓度呈线性负相关,随着泥沙浓度的增加,泥沙流的流动行为由流动状态转变为崩塌状态;(3)激发波在所有条件下都能引起底泥的再悬浮,而内孤立波只有在某些特殊条件下,如高振幅或大水下坡度时才会引起底泥的再悬浮;(4)随着水深的增大,激发波振幅逐渐减小,特征波长逐渐增大,激发波的传播速度增大,并得到了激发波传播速度的平方与静止水的初始水深和激发波的振幅的关系。
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