GB_T 42629.4-2023 国际海底区域和公海环境调查规程 第4部分：海洋沉积物物理特性调查.docx

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1、ICS 07.060CCS A 45中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准GB/T 42629.42023国际海底区域和公海环境调查规程第4部分：海洋沉积物物理特性调查Code of practice for international seabed area and high seas environmentalsurveyPart 4:Physical features survey of marine sediments2023-08-06 发布2024-03-01 实施发 布国家市场监督管理总局国 家 标 准 化 管 理 委 员 会GB/T 42629.42023目 次前言 引言

2、IV1 范围 12 规范性引用文件 13 术语和定义 14 总体要求 24.1 技术设计 24.2 调查要素及要求 24.3 样品采集 34.4 沉积物样品的现场描述与处理 34.5 报告编写 55 沉积物物质组成测试 55.1 沉积物粒度分析 55.2 沉积物矿物鉴定 75.3 沉积物涂片鉴定115.4 沉积物微体古生物鉴定 125.5 资料整理136 沉积物物理力学性质测试 136.1 沉积物物理性质测试 136.2 沉积物力学性质测试 176.3 现场原位力学测试 236.4 资料整理247 生物扰动速率测试 257.1 技术要求 257.2 分析方法257.3 资料整理258 沉积物通

3、量调查 268.1 测试要素268.2 样品处理方法 268.3 资料整理27附录 A (资料性)取样、测试、分析记录表 29附录 B (资料性)常见矿物强度因子 53附录 C (资料性)沉积物涂片鉴定含量估计参考图55参考文献 56IGB/T 42629.42023前 言本文件按照GB/T1.12020 标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件是GB/T 42629国际海底区域和公海环境调查规程的第4部分。GB/T 42629 已经发布了以下部分：第1部分：总则；第2 部分：海洋化学调查；第3 部分：海洋生物调查；第4部分：海洋沉积物物理特性调查。请注意本文件的

4、某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国自然资源部提出。本文件由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC 283)归口。本文件起草单位：自然资源部第二海洋研究所、广州海洋地质调查局、长沙矿冶研究院有限责任公司、中国大洋矿产资源研究开发协会。本文件主要起草人：章伟艳、张富元、姜静、陈庆、商和辉、郑皓、李宏亮、杨克红、董彦辉、程阳锐、黎宙、马维林、于晓果、吴春芳。GB/T 42629.42023引 言为全面贯彻中华人民共和国深海海底区域资源勘探开发法,并遵守国际海底管理局有关规章和 环境指南的要求，指导我国承包者切实履行多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物资源

5、等深海海底区域 资源勘探开发的环境调查义务，编制了GB/T 42629国际海底区域和公海环境调查规程系列规程。 使我国在国际海底区域和公海的环境调查技术、方法与国际接轨，为我国承包者履行环境调查义务和开 展公海环境调查提供技术支撑。 GB/T 42629 旨在确立普遍适用于国际海底区域和公海环境调查的内容、程序和共性要求，拟由4个部分组成。第1部分：总则。目的在于确立适用于国际海底区域和公海海洋化学、海洋生物、海洋沉积物物理特性和物理海洋等海洋环境调查的程序和总体要求。第2 部分：海洋化学调查。目的在于规范海洋化学调查内容和分析方法。第3 部分：海洋生物调查。目的在于规范海洋生物调查内容、方法

6、和技术要求。第4部分：海洋沉积物物理特性调查。目的在于规范海洋沉积物物理特性调查内容、方法和技术要求。本文件为 GB/T 42629 的第4部分，本文件与其他部分结合使用。IVGB/T 42629.42023国际海底区域和公海环境调查规程第4部分：海洋沉积物物理特性调查1 范围本文件规定了国际海底区域和公海环境调查中的沉积物组成、物理力学性质、生物扰动、沉积物通量等调查要素，及其调查过程中的样品采集、处理、测试及资料整理的一般要求。本文件适用于除极地海洋以外的国际海底区域和公海环境调查中的沉积物物理特性调查。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中

7、，注日期的引用文 件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T12763.82007 海洋调查规范 第8部分：海洋地质地球物理调查GB/T 12763.112007 海洋调查规范 第11部分：海洋工程地质调查GB/T 501232019 土工试验方法标准GB/T 42629.12023 国际海底区域和公海环境调查规程 第1部分：总则GB/T 42629.22023 国际海底区域和公海环境调查规程 第2部分：海洋化学调查3 术语和定义3.13.23.33.43.5下列术语和定义适用于本文件。海洋沉积物物理特性 physical fe

8、atures of marine sediments沉积物的组成、物理力学性质、生物扰动、沉积物通量等物理特征。沉积物物理性质测试 measurement of the sedimentsphysical properties现场和室内开展的沉积物颗粒分析、含水率、密度、土粒比重和界限含水率等项目测试。沉积物力学性质测试 measurement of the sedimentsmechanical properties现场和室内开展的沉积物抗压强度、贯入强度和抗剪强度等项目测试。生物扰动 bioturbation底内动物通过运动和摄食活动对软底沉积物产生的扰动。来源：GB/T159192010

9、,5.20生物扰动速率 bioturbation rates通过分析不同深度沉积物的过剩210Pb 活度，确定沉积物相互混合的生物扰动速率和深度。GB/T 42629.42023来源：ISBA/25/LTC/6/Rev.1, 附件 一 3.6沉积物通量 sediment flux单位时间内通过垂直于沉积物运移方向上的单位面积的沉积物数量。来源：GB/T181902017,3.1.74 总体要求4.1 技术设计根据国际海底区域和公海环境调查的任务进行技术设计，设计内容需在航次设计中阐明。具体包括：a) 调查任务的目的与要求；b) 调查任务设计的依据；c) 调查(测定)任务的技术的基本要求和方法；

10、d) 预期成果与调查报告内容；e) 调查船、实验室与仪器、外业和内业作业安排及进度计划编写、海上作业、室内样品分析的质量控制、调查资料处理等按照GB/T 42629.12023 的相关规定。4.2 调查要素及要求4.2.1 调查要素4.2.1.1 沉积物组成调查要素如下。a) 沉积物性状包括颜色、气味、厚度、稠度、粘性、结构构造。b) 沉积物物质组成包括粒度、矿物组成、沉积物类型和微体古生物。其中微体古生物根据任务设计要求、样品情况选做。4.2.1.2 沉积物物理力学性质调查要素如下：a) 沉积物物理性质包括颗粒分析、含水率、密度、土粒比重、界限含水率；b) 沉积物力学性质包括抗压强度、贯入强

11、度和抗剪强度等，其中抗剪强度的三轴试验视样品情况选做。4.2.1.3 生物扰动调查要素如下：a) 生物活动痕迹；b) 生物扰动速率和深度。4.2.1.4 沉积物通量沉积物通量调查包括颗粒物质总通量、总碳通量、总氮通量、有机碳通量和无机碳通量分析，根据颗粒物样品采集的量适当增减相关组分的分析。2GB/T 42629.420234.2.2 调查要求4.2.2.1 沉积物调查要求沉积物组成、沉积物物理力学性质、生物扰动调查的沉积物站位布设按 GB/T 12763.112007 中 的4.3.2相关要求执行，每个承包者与国际海底管理局签署勘探合同的非毗邻的每个合同区单元区块首次调查不少于4个测站，形成

12、调查断面。要求采集表层沉积物样和柱状沉积物样。4.2.2.2 沉积物通量调查要求沉积物通量调查要求在环境影响参照区和保全参照区至少各布设一个持续一年以上的重复观测测 站。沉积物通量调查样品采集通常至少设置两层： 一层设置于2000 m 水深以浅；另一层设置在海底以上500 m; 宜在海底以上10 m 的海底边界层布设一层捕获器；具体按调查区水深情况调整。4.3 样品采集4.3.1 沉积物采样沉积物采样要求如下。a) 采样器下水、触底、出水时均应进行全球卫星定位。b) 沉积物采样的顺序应是：先进行表层沉积物采样，再进行柱状沉积物采样。c) 表层沉积物采样方法一般包括蚌式抓斗采样、箱式采样、多管采

13、样、电视抓斗采样等；表层沉积物采集量应不少于1000 g, 不满足规定要求的站位应进行重复采样。d) 柱状沉积物采样一般使用重力柱取样器、重力活塞取样器等取样设备。样品长度要求泥质不少于1.5 m、砂质不少于0.5 m, 柱状沉积物样应标识清楚，特别应标记“顶”“底”。e) 如果同一站位进行了2次(含)以上采样作业仍未采集到要求的样品量，列为空站。调查区内空站数量不应超过采样总站数的5%。f) 进行物理力学性质测试、生物扰动速率测试的样品应保持原始状态。4.3.2 沉积物通量样品采集通过沉积物捕获器采集海洋上层至深海的时间序列沉降颗粒物样品。时间序列采样间隔要求不大 于1个月；捕获器布放前每个

14、样品瓶应装满将要布放深度的海水，并加入氯化汞(HgCl) 阻止微生物生长，加入氯化钠(NaCl) 增加固定剂密度，减少与海水的交换。4.4 沉积物样品的现场描述与处理4.4.1 一般要求样品现场描述力求全面、准确，方便查阅。对样品的颜色、结构构造和矿物组分等进行描述；对样品进行称重和照相；获得的照相资料应标识清楚，要求如下：a) 样品采至甲板后，应及时进行现场描述；b) 样品现场描述项目和内容应使用统一表格(见附录 A 的表 A.1), 描述记录应清晰；c) 取样和处理样品时，应注意层序、结构和代表性，所有样品应认真登记、标识，不应混乱。3GB/T 42629.420234.4.2 样品现场描

15、述内容4.4.2.1 颜色、气味、厚度颜色、气味、厚度描述的技术指标按GB/T 12763.82007 中6.2.2.1的要求执行。4.4.2.2 稠度和粘性稠度和粘性分类的技术指标按 GB/T12763.82007 中6.2.2.2 的要求执行。4.4.2.3 物质组成物质组成的现场描述按 GB/T 12763.82007 中6.2.2.3 的要求执行。4.4.2.4 沉积物的结构构造沉积物的结构构造现场描述按 GB/T12763.82007 中6.2.2.4的要求执行。除上述要求外，对生物扰动调查还应开展以下观察：a) 通过影像系统近底观察生物活动痕迹、构造、侧向变化，拍照；b) 对箱式、

16、多管等现场采集的表层沉积物样品的生物活动痕迹构造观察、拍照；c) 记录沉积物生物活动痕迹的构造类型(团块状构造、环状构造、半环状构造、串珠状构造等)、颜色、尺寸(见表 A.1)。4.4.2.5 其他典型和有特殊意义的其他地质现象应进行素描或照相。4.4.3 样品现场处理4.4.3.1 取样要求取样要求如下。a) 需要现场处理的样品应在现场描述完毕后立即进行样品处理和现场分析。b) 现场无法分析的要素先按样品测试保存条件进行保存，带回陆地实验室分析。现场取样次序是在具备样品分取资格同级的前提下，优先保证需避免污染及扰动的项目。c) 用于沉积物物理力学性质测试的取样需按GB/T12763.1120

17、07 中6.1的要求执行。d) 用于沉积物物质组成测试的表层沉积物样品应取一式4份(每份不少于250 g), 其中现场测试 分析1份，取样单位1份，样品库1份，其他分析测试和研究样品1份；用于沉积物物质组成测 试的柱状沉积物样沿中线剖分为两半， 一半用于实验室分析，柱状沉积物样分样时，子样厚度不大于2 cm; 另一半作为副样保存在样品库。e) 生物扰动速率测试取样应采集无扰动、无变形的多管样品，每站至少进行4管样品采集；每个 多管至少采集6个深度样品，建议按0 cm0.5 cm 、0.5 cm1.0 cm 、1.0 cm2.0 cm、2.0 cm3.0 cm 、3.0 cm5.0 cm 、5.

18、0 cm7.0 cm 和7.0 cm9.0 cm 间隔采样。f) 样品盒、瓶(袋)应贴标签，并将样品盒、瓶号及样品箱号记入现场描述记录表内；取好的样品要密封。4.4.3.2 样品保存样品保存要求如下：4GB/T 42629.42023a) 用于沉积物物理力学性质测试的样品保存需按 GB/T12763.112007 中6.1的要求执行；b) 用于沉积物物质组成测试、生物扰动速率测试、留存的样品进行4 冷藏或根据特殊分析要求温度进行冷冻保存；c) 沉积物通量调查的沉积物捕获器回收后，将样品从捕获器上取下并置于黑暗中4 冷藏保存，直至进行样品预处理前。4.4.3.3 样品测试粒度分析、矿物鉴定、涂片

19、鉴定、古生物鉴定、密度、土粒比重、界限含水率、固结试验、三轴压缩试 验、直接快剪试验、生物扰动速率及沉积物通量等测试在陆地实验室进行；含水率、微型贯入试验、原位 贯入试验、小型十字板剪切试验、原位十字板剪切试验和无侧限抗压强度试验应在现场测试。样品测试按本文件相关规定执行。4.5 报告编写调查报告按 GB/T 42629.12023 第10章的要求编写。5 沉积物物质组成测试5.1 沉积物粒度分析5.1.1 技术指标沉积物粒度分析的主要技术指标：a) 粒级标准采用尤登-温德华氏等比制(值粒级标准见GB/T12763.82007 的附录 A);b) 激光粒度分析法间隔为0.25;筛析法粒级间隔为

20、0.5,必要时加密；c) 沉积物粗端要筛分到初始粒级质量百分数小于1%。5.1.2 分析方法5.1.2.1 一般要求为了便于资料的同化、处理、分析和作图，本文件对分析方法要求如下：a) 对粒径小于2 mm 的沉积物进行粒度分析时应采用激光粒度分析法；b) 包含大于2 mm 的沉积物采用筛析法(2 mm 的沉积物组分)与激光粒度分析法(2 mm 的沉积物组分)相结合的综合法。5.1.2.2 激光粒度分析法激光粒度分析方法如下。a) 取样之前首先要将待测样品混合均匀，然后根据样品的颗粒大小确定取样数量，黏土质粉砂或 粉砂质黏土等细粒沉积物取样量一般为0.1 g0.2 g,以粉砂和细砂为主的沉积物取

21、样量一般为0.3 g0.4 g,以中粗砂为主的沉积物取样量一般为0.5 g0.6 g。b) 用过量的过氧化氢(HO) 溶液溶解。在装有样品的烧杯中加入30%的 HO 少许，待气泡不再产生时，再加少量 HO 。 有气泡产生则还需重复上述步骤，至不再起泡为止。c) 样品去除有机质后，加入蒸馏水，用玻璃棒搅拌后静置24 h, 吸除杯中上层清液，上述过程再重复 1 次 。5GB/T 42629.42023d) 在烧杯中加入约10 mL 的0.083 mol/L 的六偏磷酸钠,用玻璃棒搅拌或超声波振荡使样品充分分散。e) 应将同一批次的样品设置为相同的数值测试条件。将前处理后烧杯中的样品全部倒入样品 池

22、，并用洗瓶将残留在烧杯壁上的样品也冲入样品池。样品浓度(遮光度)一般控制在10%20%,但最低不能低于5%,如遮光度大于20%,则此样品应重做。f) 测量数据的输出按不同的要求来进行，应采用间隔0.25的粒级分组输出所测样品的粒度分布。5.1.2.3 筛析法筛析方法如下。a) 原样搅拌均匀，按四分法取样，取样质量按表1估算。b) 去除有机质和盐分见5.1.2.2b) 和 c)。c) 分析样移入烘箱，105恒温3 h, 再置于干燥器15 min20 min,然后在分度值0.001 g 的 天平上称量。d) 将样品移入玻璃杯后加蒸馏水，加20 mL 的0.5 N 的六偏磷酸钠，浸泡12 h 使样品

23、充分分散。e) 将分析样倒入孔径为2 mm 的小筛中，用蒸馏水反复冲洗，使小于2 mm 的物质充分冲洗入量 筒中，对小于2 mm 的样品按激光粒度分析要求进行上机测试；把大于2 mm 的物质烘干称量后进行筛析分析。f) 用孔径间隔为0.5的筛子由粗到细进行振筛15 min, 将各粒级样品烘干后在分度值0.0001 g的天平上称量，求出各粒级的质量分数。表 1 筛析法粒度分析取样质量估算表最粗颗粒粒径尺寸mm取样量g520030053001000101000200020200040004040005.1.2.4 粒度分析误差检验抽取样品总数的10%进行平行样分析。沉积物粒度分析误差检验指标见表2

24、。检查结果有个别样 品不符合表中指标时，应重做。每批分析样中，有三分之二的抽样分析样与内检相比，结果偏高或偏低，应整批重做。1) 0.083 mol/L浓度的六偏磷酸钠的制法：称取51 g 六偏磷酸钠，溶于适量的蒸馏水后，稀释至1000 mL。6GB/T 42629.42023表 2 粒度分析允许误差范围分析方法校正系数平 均 粒 径 ( M )分选系数(;)综合法0.951.050.400.3筛析法0.991.010.150.1激光法0.991.010.150.15.1.3 数据整理5.1.3.1 粒级标准本文件采用尤登-温德华氏等比制值粒级标准，按公式(1)转换：=-log(d/d) (1

25、)式中：d 颗粒直径，单位为毫米(mm);d 量纲，取值1,单位为毫米(mm)。5.1.3.2 粒度参数计算粒度参数计算要求如下。a) 粒度参数采用福克和沃德公式，按公式(2)公式(5)计算： (2 ) (3 ) (4 ) (5)式中：M 平均粒径，以计；; 分选系数，以计；Sk; 为偏态；Kg 为峰态；9s 、qis 、925 、950 、91s 、qa 、q0s 为粒级由粗至细概率累积曲线上5%、16%、25%、50%、75%、84%、95%所对应的粒径值，以计。 b) 计算粒度分析数据和整理编制结果报表(见表 A.2)。5.2 沉积物矿物鉴定5.2.1 技术要求鉴定要求如下：a) 定量计

26、算中统计的碎屑矿物颗粒数原则上不宜少于300颗，也视样品具体情况酌情增减，并计7GB/T 42629.42023算出各种矿物的颗粒百分含量；b) 分析粒级中有用矿物含量达到重砂矿产工业边界品位的四分之一时，应圈出异常点；c) 碎屑矿物鉴定应选择0.125 mm0.063 mm 粒级碎屑颗粒做定性和定量鉴定，如果沉积物中 不含(或少含)0.125 mm0.063 mm 粒级的颗粒，不能满足定性和定量鉴定要求，则应选择0.25 mm0.125 mm 粒级；d) 黏土矿物鉴定粒级小于0.002 mm, 要求半定量分析鉴定到族，双样抽检误差小于20%;e) 全岩矿物鉴定沉积物全样样品，半定量分析主要矿

27、物组成。5.2.2 碎屑矿物鉴定与数据整理碎屑矿物鉴定的技术指标按 GB/T12763.82007 中6.4.2 的要求执行。矿物定性和定量的记录、表格和计算结果分别整理，编制碎屑矿物鉴定报表(见表 A.3 表 A.5)。5.2.3 黏土矿物鉴定与数据整理5.2.3.1 样品制备5.2.3.1.1 样品分离提纯样品分离提纯要求如下：a) 取样量：以黏土为主时， 一般不少于10 g;砂或粉砂样不少于20 g30 g;b) 样品分散：去离子水浸泡，用带橡皮头的搅拌棒对样品进行搅拌，并使其分散开，然后让其静止浸泡；待杯中样品全部沉淀后，倒去上清水，如此循环2次3次；c) 去除有机质：在去除可溶性盐类

28、的样品中用滴液管加入浓度为10%的双氧水，直到停止起泡；d) 清洗：用去离子水进行清洗以保证样品悬浮；e) 过筛：将上述已悬浮的样品过0.063 mm 筛，将小于0.063 mm 的悬浮液加去离子水洗涤搅拌 成1000 cm 的悬浮液，按斯托克斯沉降定律，用吸管吸取所需粒级(0.002 mm), 重复多次，直至获得3 g5g 干黏土为止；f) 无机碳酸盐矿物去除：对提取的黏土样品(0.063 mm) 含量超过75%时，不做涂片鉴定；针对有些颗粒较大的碎屑物质，不能肉眼鉴定成分的，可制作成薄片鉴定物质组成。5.3.2 涂片制作涂片制作要求如下：a) 取少量样品(对于深海沉积物，针鼻大小即可)置于

29、载玻片上，如用于观察古生物，宜把样品置 于盖玻片上，用蒸馏水充分分散后均匀涂抹(不准许筛选),展布在载玻片内(面积宜约22 mm25 mm 或24 mm25 mm 左右),涂抹应厚薄均匀，清洁整齐；b) 将沉积物涂片静置一段时间自然风干，或放于温度小于100 的电热板上烘烤，烘干后立即取下；c) 滴入折射率适当的(宜在1.52161.5240之间)的封片胶于涂片上，斜放轻压盖上盖玻片，用力挤出气泡，使封片胶浸润在整个盖玻片内，并标上编号，平放在标本盘上。5.3.3 涂片鉴定5.3.3.1 鉴定内容涂片鉴定分析工作包括：a) 鉴别沉积物中生物组分(钙质和硅质)和非生物组分，半定量分析2种组分的百

30、分含量；b) 观测非生物组分的粒度结构(砂、粉砂、黏土)、粒径大小，根据目镜比例尺确定0.063 mm(砂与粉砂界线)和0.004 mm(粉砂与黏土界线)的长度，估计砂、粉砂、黏土百分含量；c) 鉴别钙质生物、硅质生物，估计各自百分含量；d) 识别碎屑矿物、火山碎屑、自生矿物(如沸石、微结核、海绿石等)等具有特殊成因意义的物质，估计它们的百分含量。注：涂片估计沉积物组分百分含量参考图见附录C 的图 C.1。5.3.3.2 鉴定要求鉴定要求如下：a) 制好的涂片首先在双目镜下观察，粗略了解组分及金属矿物，然后在偏光显微镜下全面观察；b) 对涂片中所有沉积物组分(生物/非生物组分、粒度组分、矿物组

31、分)进行定性鉴定；c) 镜下鉴定时，应反复使用单偏光及正交偏光系统，以准确鉴别硅质及钙质生物；d) 对沉积物命名有意义的组分应作百分含量估算，估算其百分含量应在合适的放大倍数下进行(常用1010或2010,选择原则应视沉积物组分颗粒大小而定);11GB/T 42629.42023e) 对于含量小于1%的组分，可以采用下列符号进行半定量方法标记：+(1 颗10 颗)、V(11 颗100颗)、(100颗1%);f) 涂片鉴定只作内检，不送外检；内检的数量为基本分析样品的10%;沉积物组分百分含量测算允许误差不超过5%;g) 内检合格率达90%(含90%)时，即认为原始鉴定结果正确，仅更正不合格试样

32、的结果；合格率 在80%90%(含80%)时，除更正不合格试样结果外，需在未检样品中抽10%补检；合格率 在70%80%(含70%)时，除更正不合格试样结果外，需在未检样品中抽30%补检；合格率 在 6 0 %70%(含60%)时，除更正不合格试样结果外，需在未检样品中抽50%补检；合格率在60%以下者，应全部返工。5.3.4 数据整理数据整理要求如下：a) 涂片鉴定报告内容应准确、清晰、客观，包含所需的全部信息，如站号、层位、砂、黏土、生物、矿物各组分的含量、微体古生物的主要类别等(见表 A.8);b) 鉴定报告应对主要矿物的特征及具有环境意义的特殊矿物特性进行描述；c) 沉积物分类与命名按 GB/T12763.82007 中6.3.1f) 的深海沉积物三角图解法要求执行。5.4 沉积物微体古生物鉴定5.4.1 技术指标沉积物微体古生物鉴定技术指标按 GB/T 12763.82007中6.6.1的要求执行。5.4.2 孢粉分析孢粉分析的样品制备、鉴定分析按 GB/T 12763.82007中6.6.2 的要求执行。5.4.3 有孔虫分析有孔虫分析的样品制备、鉴定分析按GB/T12763.82007 中6.6.3的