近日，我校海洋學(xué)院及地質(zhì)微生物與環(huán)境全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫啟良教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表論文《天文周期薄弱層沉積孕育海底沉積物失穩(wěn)》（Preconditioning of sediment failure by astronomically paced weak-layer deposition）。論文第一作者為王星星副教授，通訊作者為孫啟良教授。該研究揭示了氣候、微生物與海底穩(wěn)定性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，解決了海底滑坡在什么層位發(fā)生的科學(xué)難題，對(duì)海底滑坡的預(yù)測(cè)預(yù)防提供了重要的理論基礎(chǔ)。
海底滑坡是最具破壞性的海洋地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型之一，其規(guī)模可達(dá)陸上滑坡的數(shù)十倍量級(jí)，其不僅可以直接沖擊摧毀海底工程設(shè)施，還可誘發(fā)海嘯對(duì)沿海社區(qū)和基礎(chǔ)設(shè)施造成難以估量的損失。當(dāng)前研究表明，海底滑坡多沿一個(gè)或多個(gè)區(qū)域薄弱層（weak layer）發(fā)生滑移。這些薄弱層具有較低的抗剪強(qiáng)度，且在平面上可延展上千平方公里，從而影響海底滑坡的發(fā)生位置、規(guī)模及其災(zāi)害效應(yīng)。
該研究基于高分辨率二維多道地震、多波束測(cè)深以及大洋鉆探數(shù)據(jù)，在南海東北陸緣中更新世氣候轉(zhuǎn)型期（MPT, ~1.2-0.7 Ma）之后的沉積地層中，系統(tǒng)識(shí)別出16期海底滑坡，其主要沿5個(gè)滑動(dòng)面發(fā)生滑塌（圖1），最大單期滑坡面積達(dá)~2850 km2。通過(guò)海洋沉積學(xué)與巖土力學(xué)相結(jié)合的交叉研究，揭示了海底滑坡孕災(zāi)過(guò)程與氣候變化之間的耦合機(jī)制。結(jié)果表明，南海北部廣泛分布的海底滑坡滑移面具有更高的蛋白石含量、更大粒徑及孔隙度，這些特征顯著降低了沉積物的不排水抗剪強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)于區(qū)域上多期發(fā)育的沉積薄弱層（圖2）。這些薄弱層形成于MPT之后的冰期階段，受10萬(wàn)年尺度冰期-間冰期旋回調(diào)控的大陸風(fēng)化、季風(fēng)強(qiáng)度和海洋過(guò)程，通過(guò)增加海洋初級(jí)生產(chǎn)力及沉積速率，導(dǎo)致薄弱層形成并最終在外部觸發(fā)因素作用下發(fā)生失穩(wěn)滑塌（圖3）。
圖1 南海東北陸緣第四紀(jì)高頻海底滑坡及區(qū)域薄弱層（SH1-SH5）垂向分布
圖2 ODP 1146鉆孔沉積特征、力學(xué)強(qiáng)度（由抗剪強(qiáng)度與垂向有效應(yīng)力比值（Su/σ’v）表征）及沉積背景隨時(shí)間變化曲線(xiàn)。薄弱層SH1-SH5均形成于中更新世氣候轉(zhuǎn)型期后冰期最低海平面階段。
該成果首次建立了"氣候變化-沉積響應(yīng)-薄弱層形成-陸坡失穩(wěn)"的完整因果鏈，不僅為海底滑坡與氣候變化關(guān)聯(lián)性研究提供了確鑿證據(jù)，更為全球深水區(qū)潛在海底滑坡的位置與規(guī)模評(píng)估預(yù)測(cè)提供了新的理論框架。
圖3 海底薄弱層沉積概念模式圖。海平面下降期間，富含蛋白石層持續(xù)沉積（a），直至冰期最低海平面時(shí)期，蛋白石含量與沉積物供給量均達(dá)到峰值（b）。海平面上升至高水位期時(shí)（c），沉積物供給減少，形成貧蛋白石層位。冰期-間冰期沉積界面處沉積特征與抗剪強(qiáng)度發(fā)生顯著變化，形成薄弱層孕育海底滑坡（c、d）。
該研究由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）牽頭，由謝樹(shù)成院士指導(dǎo)，合作者包括青島海洋地質(zhì)研究所王宏斌教授級(jí)高工、孫治雷研究員、李清高級(jí)工程師，意大利摩德納和雷焦埃米利亞大學(xué)Vittorio Maselli副教授，荷蘭代爾夫特大學(xué)Luca Flessati助理教授，加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)Markus Kienast教授，美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)Stefano Alberti博士，中國(guó)石油大學(xué)（華東）陳杰博士生以及海洋學(xué)院王慶博士生。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、嶗山實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新項(xiàng)目、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局海洋地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目等聯(lián)合資助與支持。
近年來(lái)，由孫啟良教授領(lǐng)銜的“海洋地質(zhì)災(zāi)害”研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)家自然科學(xué)基金及重點(diǎn)研發(fā)等項(xiàng)目的資助下，圍繞海底滑坡災(zāi)害鏈開(kāi)展了一系列研究工作，在海底滑坡形成機(jī)制、致災(zāi)機(jī)理及災(zāi)害效應(yīng)方面取得了重要研究進(jìn)展，極大的促進(jìn)了海底滑坡相關(guān)理論和實(shí)踐應(yīng)用的發(fā)展。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-62493-4.
鄂公網(wǎng)安備 42011102004169號(hào)
