深海峡谷地形与内潮汐协同作用下沉积物再悬浮机制研究——以南海北部神狐峡谷为例

本研究针对深海(>1000m)沉积物再悬浮机制不明的问题，通过布放搭载ADV/ADCP/CTD和摄像机的着陆器，在南海神狐峡谷1405m处捕获6次再悬浮事件。创新性采用视频图像分析获取SPM浓度与粒径分布，结合小波分析揭示内潮汐斜向传播(产生下坡流)与破碎(产生上坡流)两种触发机制，发现峡谷临界-超临界坡度与SIE-IGW(亚惯性事件-内重力波)动力体系的关联，为深海工程地质稳定性评估提供新见解。

　　

在深邃的海洋底部，沉积物的再悬浮过程如同水下沙尘暴，深刻影响着海底生态系统、物质输运和工程安全。传统认知认为水深超过800m的深海区域沉积物相对稳定，但近年研究发现南海北部陆坡存在活跃的再悬浮现象，这对正在开展的天然气水合物开采工程构成潜在威胁。神狐峡谷作为南海北部典型的陡坡峡谷系统，其复杂地形与强内潮汐相互作用可能产生独特的沉积动力过程，但相关机制研究仍属空白。

为解开这一谜题，中国海洋大学的研究团队在《Applied Ocean Research》发表创新成果。研究采用多传感器集成的着陆器观测系统，包含2MHz ADCP(声学多普勒流速剖面仪)、6MHz ADV(声学多普勒流速计)、RBRmaestro³ CTD(温盐深仪)和数字摄像机，在神狐峡谷趾部1405m深处进行了20天连续观测。通过开发基于帧差法的视频图像处理算法，首次实现深海SPM(悬浮颗粒物)浓度与粒径的同步解析，结合小波相干分析等先进手段，揭示了内潮汐与地形相互作用的新机制。

4.1 近底环境动态特征

观测到6次再悬浮事件(E01-E06)，其中E01事件SPM浓度达背景值6倍。ADCP数据显示下坡流速度峰值0.21m/s，温度升高0.6°C；上坡流事件伴随温度骤降。小波谱分析发现72.82h的亚惯性周期信号，与SIE-IGW动力体系特征吻合。

4.2 粒径分布规律

视频分析显示0.6-6mm颗粒数量占比最高(约60%)，但>10mm的大颗粒贡献了75%的体积浓度。E01事件中>10mm颗粒占比达30%，而E04事件仅15%，解释了下坡流事件更强的输运能力。

4.3 剪切应力机制

对数剖面法计算显示E01事件最大剪切应力0.1Pa，是其他事件的2-3倍。临界剪切应力阈值分析证实再悬浮物质主要为松散聚集体，而非底层原生沉积物。

5.3 内潮汐破碎效应

峡谷2°坡度接近临界条件(γ/c≈1.1)，内潮汐破碎产生上坡冷锋(E02/E03/E05/E06)，而斜向传播遇海岬地形则引发下坡暖锋(E01/E04)。ADV记录的垂向速度脉动(±0.05m/s)表明三维流动结构的关键作用。

6. 结论与展望

该研究首次证实深海峡谷存在SIE-IGW动力体制主导的双模态再悬浮：下坡流事件由内潮汐斜向传播触发，搬运能力更强；上坡流事件源于内潮汐破碎，频次更高但强度较弱。创新建立的视频图像分析法克服了传统光学/声学传感器的局限，为深海沉积通量估算提供新范式。研究发现峡谷坡度在临界-超临界状态间转换的特性，为理解全球类似峡谷的沉积过程提供普适性框架。未来需结合沉积物捕获器和全水柱锚系观测，进一步量化再悬浮对海底滑坡的诱发机制。

这项来自中国深海观测前沿的成果，不仅为南海天然气水合物开发区的工程地质风险评估提供科学依据，更推动了深海沉积动力学理论的创新发展。峡谷地形与内潮汐的"共舞"机制，或将改写我们对深海沉积过程的传统认知。