有機(jī)質(zhì)對(duì)海相軟土物理力學(xué)特性的影響效應(yīng)分析

茍富剛，龔緒龍，陸徐榮，李明亮

（江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院/自然資源部地裂縫地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210049）

全球以土壤有機(jī)質(zhì)形式存在的有機(jī)碳約有1.46×1016kg，有機(jī)碳總量是大氣碳庫(kù)和生物碳庫(kù)的3.3～4.5 倍[1]。土壤有機(jī)質(zhì)是釋放與截獲CO2的重要來(lái)源和重要載體，在全球碳循環(huán)中具有重要作用[2]。盡管在地球系統(tǒng)中有機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量可觀，但能以有機(jī)質(zhì)的形式進(jìn)入土體沉積物的比例很小，最終能在古土壤中保存下來(lái)的比例就更小了，大約僅占0.1%。保存在土體中的有機(jī)質(zhì)在時(shí)間和空間分布上極不均勻[3]。有機(jī)質(zhì)中的腐殖質(zhì)可以在土體中保存50～3 000 a 而不分解[4]。有機(jī)質(zhì)可溶性組分胡敏酸和富里酸演化達(dá)到平衡所需要的時(shí)間一般大于200 ka，不可溶組分胡敏素需要時(shí)間一般大于700 ka[5]。腐殖質(zhì)在深埋狀態(tài)、升溫和增壓作用下使有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為有機(jī)復(fù)合體。有機(jī)復(fù)合體具有抵抗微生物降解的能力，能長(zhǎng)期保存在沉積物中[6]。有機(jī)質(zhì)成分復(fù)雜，具有孔隙大、比表面積大和吸附性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此有機(jī)質(zhì)軟土具有“三高三低”特性，即高天然含水率、高天然孔隙比、高壓縮性和低強(qiáng)度、低滲透性、低固結(jié)系數(shù)，這類軟土往往給工程建設(shè)帶來(lái)很大的影響。研究區(qū)隴海線鐵路中云臺(tái)段通車后8 a 內(nèi)工后沉降最大值達(dá)2.5 m[7]。連云港某基坑工程樁頂最大位移達(dá)到820 mm，軟土從基坑支護(hù)管樁中間大量涌入基坑，造成基坑臨近道路路面開裂15 cm，下沉最大量達(dá)到30 cm[8]。

目前，眾多學(xué)者研究了有機(jī)質(zhì)對(duì)土體物理力學(xué)特性的影響。主要得到以下結(jié)論：有機(jī)質(zhì)含量與液限、塑限和塑性指數(shù)、含水率及孔隙比正相關(guān)[9-11]；有機(jī)質(zhì)與原生礦物石英、長(zhǎng)石等相互獨(dú)立賦存，與黏土礦物密切共存[9]；有機(jī)質(zhì)會(huì)參與沉積土體結(jié)構(gòu)的形成，與土體中的黏粒、粉粒相互作用形成形式各異的土體結(jié)構(gòu)[11]；有機(jī)質(zhì)含量與土粒比重呈負(fù)相關(guān)，最大降幅可達(dá)21%[12]；有機(jī)質(zhì)土的含水率通常很高，含水率與有機(jī)質(zhì)含量正相關(guān)[13]，如秘魯大陸架邊緣沉積土有機(jī)碳含量達(dá)到10%～18%時(shí)，含水率可以達(dá)到200%～400%[14]。

關(guān)于有機(jī)質(zhì)對(duì)土體壓縮性狀的影響主要集中在高有機(jī)質(zhì)土（一般多為泥炭土，有機(jī)質(zhì)含量在40%以上，本文所述有機(jī)質(zhì)含量均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)），對(duì)低有機(jī)質(zhì)土（有機(jī)質(zhì)含量在20%以內(nèi)）壓縮性狀的相關(guān)研究尚不多見，特別是天然沉積軟土。天然沉積軟土和泥炭的壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明富含有機(jī)質(zhì)的泥炭具有更高的天然含水率，泥炭的壓縮指數(shù)遠(yuǎn)高于一般的軟黏土[15]。人工有機(jī)質(zhì)土壓縮指數(shù)會(huì)隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加而增大[16]。當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量為1.74%時(shí)，力學(xué)軟化效應(yīng)尤為顯著，且此時(shí)軟土的滲透能力達(dá)到最大[10]。有機(jī)質(zhì)的分解程度直接影響土體的壓縮性，分解程度越高，有機(jī)質(zhì)對(duì)土體的壓縮性影響越小[17]。

目前對(duì)我國(guó)東部濱海區(qū)域海相軟土的有機(jī)質(zhì)特征缺乏系統(tǒng)研究，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)主要有文獻(xiàn)[18-20]的相關(guān)研究。海相軟土的沉積環(huán)境較為特殊，土體中的有機(jī)質(zhì)組分演化規(guī)律也是本文的研究?jī)?nèi)容之一。研究區(qū)布置兩條采樣剖面，采集有機(jī)質(zhì)樣品和土工測(cè)試樣品，進(jìn)行有機(jī)質(zhì)的空間分布變異特征、有機(jī)質(zhì)對(duì)土體物理力學(xué)特性的影響效應(yīng)及有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)組成循環(huán)演化研究。研究成果對(duì)海相軟土分布區(qū)工程建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

1 樣品采集及試驗(yàn)方法

1.1 樣品采集

研究區(qū)位于我國(guó)東部濱海區(qū)域，地處蘇魯造山帶地層區(qū)，是一個(gè)長(zhǎng)期隆起剝蝕區(qū)，有可能從震旦紀(jì)至三疊紀(jì)均為古陸，中生代以來(lái)以巖漿侵入和塊斷作用為其特色，大部分地區(qū)被第四系地層所深覆蓋。研究對(duì)象為全新世形成的海相軟土，層厚約15 m。在海相軟土分布區(qū)布置兩條樣品采集剖面，一條近東西向，一條平行于海岸線（圖1），采樣深度0～23 m，每間隔1～3 m 采集1 個(gè)樣品，共采集153 組樣品，大部分為原狀樣品，個(gè)別樣品為擾動(dòng)樣。在測(cè)試有機(jī)質(zhì)的同時(shí)，測(cè)試物理指標(biāo)（易溶鹽含量、塑限、液限、含水率、密度、比重、天然含水率、粒度特征等）和力學(xué)指標(biāo)（固結(jié)試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)）。

圖1 研究區(qū)沉積盆地與構(gòu)造、采樣位置平面分布圖Fig.1 Plane distribution map of sedimentary basins, structures and sampling locations in the study area

1.2 試驗(yàn)方法與過(guò)程

1.2.1 有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定

有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法很多，如質(zhì)量法、容量法、雙氧水氧化法、比色法等，目前采用較多的是重鉻酸鉀容量法和灼失量法。《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123—2019）里有機(jī)質(zhì)試驗(yàn)采用重鉻酸鉀容量法，當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量大于15%時(shí)，不能采用該方法，因?yàn)橹劂t酸鉀氧化能力有限，有機(jī)質(zhì)含量太高將導(dǎo)致指示劑無(wú)法指示終點(diǎn)，文獻(xiàn)[21]建議有機(jī)質(zhì)含量在小于10%時(shí)采用重鉻酸鉀容量法?！稁r土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）中有機(jī)質(zhì)試驗(yàn)采用灼失量法，測(cè)試溫度為550 °C。灼失量法是比較粗略估計(jì)有機(jī)質(zhì)含量的試驗(yàn)方法。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，區(qū)域、沉積時(shí)代及測(cè)試方法不同，測(cè)出的有機(jī)質(zhì)含量均有差異。研究區(qū)海相軟土有機(jī)質(zhì)含量介于0.268%～1.520%[15-16]，而文獻(xiàn)[17]給出研究區(qū)海相軟土有機(jī)質(zhì)含量介于6.1%～6.9%。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，即使同一土層，不同測(cè)試單位測(cè)得的有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)差異也很大，這與測(cè)試方法的選擇有關(guān)，灼失量法測(cè)量結(jié)果一般偏大。

研究區(qū)的海相軟土含有大量堿金屬，土體易溶鹽氯離子含量最高達(dá)1 755 mg/kg，平均值為1 299 mg/kg，以NaCl 為主[22]。在400 °C 左右的高溫下，易溶鹽物質(zhì)大都分解成HCl 和CO2，所以灼失量法不適用于本文研究土體，重鉻酸鉀容量法較為適合。用一定濃度的重鉻酸鉀及硫酸溶液氧化土體中的有機(jī)碳，化學(xué)方程式見式（1），依據(jù)消耗的重鉻酸鉀量計(jì)算土體中有機(jī)碳的含量，土體中有機(jī)質(zhì)成分復(fù)雜，含碳量不同，根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（ GB/T 50123—2019）有機(jī)碳含量與有機(jī)質(zhì)含量存在轉(zhuǎn)化系數(shù)1.724，將測(cè)得有機(jī)碳含量乘以1.724 換算為有機(jī)質(zhì)含量。

1.2.2 力學(xué)指標(biāo)

設(shè)計(jì)一維固結(jié)試驗(yàn)74 組：一般固結(jié)試驗(yàn)最大固結(jié)壓力為400 kPa，本次研究最大固結(jié)壓力3 200 kPa，共10 級(jí)固結(jié)壓力。對(duì)于軟土地基來(lái)說(shuō)，不排水剪切指標(biāo)是工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，設(shè)計(jì)三軸UU（不固結(jié)不排水）試驗(yàn)31 組；設(shè)計(jì)快剪（不固結(jié)不排水）試驗(yàn)23 組。采集141 件原狀樣品，根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50123—2019）進(jìn)行含水率、天然密度、壓縮模量、壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈模量等物理力學(xué)指標(biāo)測(cè)試。

1.2.3 測(cè)年分析

采集30 件樣品進(jìn)行AMS14C 測(cè)年分析，測(cè)年對(duì)象為無(wú)污染的貝殼、植物碎屑與螺殼。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析方法

可以用線性回歸模型描述和解決工程問(wèn)題。有機(jī)質(zhì)含量與多個(gè)物理指標(biāo)進(jìn)行多元擬合，擬合精度不會(huì)明顯提高[23]。選擇有機(jī)質(zhì)含量與物理力學(xué)指標(biāo)之間進(jìn)行兩兩比較，相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值越大，相關(guān)性越高，說(shuō)明兩指標(biāo)之間存在線性關(guān)系，進(jìn)而建立有機(jī)質(zhì)含量與物理力學(xué)指標(biāo)之間的擬合關(guān)系式。

2 測(cè)試結(jié)果

2.1 有機(jī)質(zhì)含量測(cè)試結(jié)果

全新世海相軟土有機(jī)質(zhì)含量平均值為0.98%，區(qū)間為0.36%～1.56%，在0.9%～1.0%區(qū)間分布最為廣泛。偏度為-0.34，屬于左偏態(tài)。峰度為0.84，小于3，正態(tài)分布曲線平坦（圖2）。

圖2 有機(jī)質(zhì)含量分布頻次統(tǒng)計(jì)Fig.2 Frequency of soil organic matter（SOM）content in each distribution area

本次統(tǒng)計(jì)有機(jī)質(zhì)樣本總數(shù)為153 個(gè)，大于100，采用偏度和峰度進(jìn)行總體正態(tài)性檢驗(yàn)，偏度檢驗(yàn)符合正態(tài)分布（偏度檢驗(yàn)值為1.77，小于1.94）；但峰度檢驗(yàn)值落在拒絕域（峰度檢驗(yàn)值為5.62，大于1.94），所以拒絕原假設(shè)，不符合正態(tài)分布[24]。研究區(qū)有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低，未見未分解的植物纖維。

根據(jù)軟土物理力學(xué)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)（表1）可以看出，研究軟土具有高含水率、高液限、高壓縮性及低強(qiáng)度的特點(diǎn)。

表1 軟土的物理力學(xué)特性Table 1 Physico-mechanical properties of soft clay

2.2 有機(jī)質(zhì)含量空間分布

以布設(shè)的兩條典型剖面為例進(jìn)行說(shuō)明。剖面1 為近東西向，布設(shè)ZK1—ZK5 號(hào)孔，有機(jī)質(zhì)含量變化見圖3。ZK1 號(hào)孔軟土厚度僅4.50 m，有機(jī)質(zhì)含量為0.89%～0.93%，平均值為0.91%，變化幅度小。ZK2 號(hào)孔軟土厚度10.61 m，有機(jī)質(zhì)含量為0.74%～1.14%，變化幅度大，埋深在3.25～9.25 m 有機(jī)質(zhì)含量高，在3.25 m 處達(dá)到最大值1.14%；9.25 m 以下有機(jī)質(zhì)含量銳減，有機(jī)質(zhì)含量為0.74%～0.75%。ZK3 號(hào)孔軟土厚度13.91 m，有機(jī)質(zhì)含量為0.92%～1.05%，變化幅度小，有機(jī)質(zhì)含量自上向下有遞增的趨勢(shì)，僅在4.05 m處減小，達(dá)到最小值0.92%；ZK4 號(hào)孔軟土厚度14.6 m，有機(jī)質(zhì)含量為0.68%～1.11%，變化幅度大，有機(jī)質(zhì)含量自上向下有遞增的趨勢(shì)，在11.20，15.25 m 處達(dá)到最大值1.11%，在埋深13.20 m 處有機(jī)質(zhì)含量略微減小。ZK5 號(hào)孔軟土厚度13.25 m，有機(jī)質(zhì)含量為0.74%～1.09%，有機(jī)質(zhì)含量自上向下變化規(guī)律復(fù)雜，可分為3 段。

圖3 有機(jī)質(zhì)含量隨深度變化曲線（剖面1）Fig.3 A function of SOM content with depth（profile 1 ）

剖面2 平行于海岸線，布設(shè)ZK6—ZK9 號(hào)孔，有機(jī)質(zhì)含量變化見圖4。ZK6 號(hào)孔軟土厚度10.33 m，有機(jī)質(zhì)含量為0.81%～1.09%，有機(jī)質(zhì)含量自上向下變化規(guī)律復(fù)雜，可分為5 段。ZK7 號(hào)孔軟土厚度13.20 m，有機(jī)質(zhì)含量為0.84%～1.19%，有機(jī)質(zhì)含量自上向下先增加，再保持穩(wěn)定，后增加。ZK8號(hào)孔軟土厚度20.45 m，有機(jī)質(zhì)含量為0.88%～1.15%，變化幅度大，變化規(guī)律可分為兩段，有機(jī)質(zhì)含量在5.25～11.25 m 有機(jī)質(zhì)含量自上向下有遞增的趨勢(shì)，僅在9.25 m 處有機(jī)質(zhì)含量遞減，11.25～23.20 m 有機(jī)質(zhì)含量基本自上向下保持穩(wěn)定，變化微弱。ZK9 號(hào)孔軟土厚度13.25 m，有機(jī)質(zhì)含量為0.88%～1.06%，有機(jī)質(zhì)含量自上向下變化規(guī)律復(fù)雜，可分為4 段。

圖4 有機(jī)質(zhì)含量隨深度變化曲線（剖面2）Fig.4 A function of SOM content with depth（profile 2）

整體上來(lái)看，有機(jī)質(zhì)含量在空間上分布不均，平行海岸線較垂直海岸線有機(jī)質(zhì)含量變化小，自上向下變化規(guī)律復(fù)雜，但隨著深度的增加有機(jī)質(zhì)含量整體趨勢(shì)是增加的。

3 分析與討論

3.1 有機(jī)質(zhì)含量與物理力學(xué)參數(shù)相關(guān)性分析

有機(jī)質(zhì)與黏土礦物形成的復(fù)合體對(duì)土體的物理力學(xué)性質(zhì)有著重要影響，比如土的天然含水率、濕密度、塑限、液限等物理指標(biāo)及壓縮性、強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)。有機(jī)質(zhì)中真正能嚴(yán)重影響土的工程性質(zhì)的是腐殖酸、微生物及其代謝產(chǎn)物。有機(jī)質(zhì)含量與物理力學(xué)參數(shù)相關(guān)性見表2，有機(jī)質(zhì)和土中的粉粒（粒徑0.005～0.075 mm）含量在0.05 水平上顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.342。有機(jī)質(zhì)含量與黏粒含量相關(guān)性差。有機(jī)質(zhì)含量與砂粒含量在0.05 水平上顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.320。此外，有機(jī)質(zhì)含量與快剪黏聚力在0.05 水平上顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.957，這和砂粒含量與有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)性表現(xiàn)出的相關(guān)規(guī)律一致。軟土衍射結(jié)果顯示原生礦物主要為石英和長(zhǎng)石，分別約占礦物的47.5%和10.6%。土體中與粉粒、黏粒結(jié)合的碳以胡敏素為主，且粉砂粒和黏粒以固定穩(wěn)定性碳為主[25]。本文研究成果與前人研究成果基本一致，但粉粒與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性高于黏粒與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性，這可能與不同研究學(xué)者所采取的粒級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)不同以及研究軟土沉積時(shí)間較長(zhǎng)有關(guān)。有機(jī)質(zhì)含量與土的塑限、液限在0.01 水平上顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.425、0.349。有機(jī)質(zhì)含量與塑性指數(shù)和液性指數(shù)在0.05 水平上顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.252、0.255。這與前人研究成果基本一致，即隨著有機(jī)質(zhì)含量的增加，土體液限、塑限提高[26]。有機(jī)質(zhì)含量與土的天然密度、干密度和比重在0.01 水平上顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.630，-0.626，-0.526。有機(jī)質(zhì)含量與土的天然含水率在0.01 水平上顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.604（圖5）。有機(jī)質(zhì)含量影響土體物理性質(zhì)表現(xiàn)在改善了軟土的結(jié)構(gòu)，使孔隙度和土體中的膠體含量增加，因此土體天然含水率也增加。

圖5 有機(jī)質(zhì)含量與天然含水率擬合圖Fig.5 Fitting diagram of SOM content and natural water

表2 有機(jī)質(zhì)含量與土體物理指標(biāo)相關(guān)性統(tǒng)計(jì)表Table 2 Correlation statistics of SOM content and soil physical indicators

有機(jī)質(zhì)含量與孔隙比相關(guān)性分析見表3、圖6。有機(jī)質(zhì)含量與天然孔隙比在0.01 水平上顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.596；有機(jī)質(zhì)含量與固結(jié)壓力25，50，75，100，200，400 kPa 下的孔隙比在0.01 水平上顯著正相關(guān)，與固結(jié)壓力50 kPa 下的孔隙比相關(guān)性最高，相關(guān)性為0.609；有機(jī)質(zhì)與固結(jié)壓力800 kPa 下的孔隙比在0.05水平上顯著正相關(guān)；與固結(jié)壓力1 600，3 200，12.5 kPa下的孔隙比相關(guān)性差。有機(jī)質(zhì)含量與壓縮指數(shù)在0.05 水平上顯著正相關(guān)（樣本總數(shù)為32 個(gè)），相關(guān)系數(shù)為0.440；有機(jī)質(zhì)含量與回彈指數(shù)相關(guān)性不明顯（圖7）。

表3 有機(jī)質(zhì)含量與土體不同固結(jié)壓力下孔隙比的相關(guān)性Table 3 Correlation between SOM content and soil void ratio under various pressures

圖6 有機(jī)質(zhì)含量與土體不同固結(jié)壓力下的孔隙比擬合圖Fig.6 Fitting diagram of SOM content and porosity ratio under different consolidation pressure

圖7 有機(jī)質(zhì)含量與壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)擬合圖Fig.7 Fitting diagram of SOM content with Cs and Cc

海相軟土黏土礦物含量高、含鹽量高及含水率高，有機(jī)質(zhì)與黏土礦物在堿性環(huán)境下多通過(guò)陽(yáng)離子鍵橋的方式來(lái)結(jié)合，形成有機(jī)復(fù)合體，復(fù)合體有助于提高土體的力學(xué)性能。當(dāng)固結(jié)壓力小于等于400 kPa，有機(jī)質(zhì)與各級(jí)壓力下的孔隙比具有一定的相關(guān)性；當(dāng)固結(jié)壓力大于400 kPa，有機(jī)質(zhì)與各級(jí)壓力下的孔隙比相關(guān)性差，說(shuō)明軟土中有機(jī)質(zhì)含量變化對(duì)土體壓縮性有一定的影響，固結(jié)壓力的界限為400 kPa。

3.2 有機(jī)質(zhì)物質(zhì)組成循環(huán)演化

有機(jī)質(zhì)是很復(fù)雜的物質(zhì)，很難給出確切定義。有機(jī)質(zhì)泛指存在于土體中的各類含碳有機(jī)化合物，包括動(dòng)植物殘?bào)w、微生物、水溶性有機(jī)質(zhì)（富里酸和胡敏酸）、非水溶性有機(jī)質(zhì)（胡敏素）和穩(wěn)定的有機(jī)物質(zhì)等[4]。由于研究軟土沉積時(shí)為淺海環(huán)境，所以主要為嫌氧條件分解動(dòng)植物殘?bào)w、有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生有機(jī)酸、乙醇等中間產(chǎn)物；在極厭氧條件下產(chǎn)生甲烷、氫氣等，但由于研究軟土沉積環(huán)境中富含SO24-，該礦化作用發(fā)生的概率很小。動(dòng)植物殘?bào)w經(jīng)過(guò)一系列生物分解、化學(xué)分解或者復(fù)合生物化學(xué)分解作用，形成腐殖酸[27]（圖8）。腐殖酸又是腐殖質(zhì)的主要成分，約占腐殖質(zhì)含量的60%，對(duì)軟土物理化學(xué)性能起決定性影響[28]。腐殖質(zhì)包含富里酸、胡敏酸和胡敏素，其中胡敏素是腐殖酸中的胡敏酸與黏土礦物質(zhì)結(jié)合的惰性部分。

圖8 有機(jī)質(zhì)循環(huán)演化圖Fig.8 Circulation and evolution diagram of SOM

黏土礦物對(duì)有機(jī)質(zhì)的固定作用不僅與礦物類型有關(guān)，還與其保護(hù)機(jī)制及土體所處沉積環(huán)境有關(guān)[29]。研究區(qū)軟土的黏土礦物含量高，伊蒙混合體約占56%，伊利石約占30%[30]。研究區(qū)海相軟土浸出液pH 值為7.45～9.68，平均值8.25，主要分布在8.0～8.5 區(qū)間。研究土體含水率平均值為56.68%，含水率最高達(dá)到72.4%，軟土浸出液離子濃度最高為32 348 mg/L，陽(yáng)離子濃度最高為20 415 mg/L。在高鹽水環(huán)境條件下，雙電層厚度由于靜電收縮作用變薄，便于溶解性有機(jī)質(zhì)組分接近黏土礦物表面進(jìn)行結(jié)合反應(yīng)[31]，腐殖質(zhì)更容易吸附在黏土顆粒上以及包封在黏粒集中體中，所以有機(jī)物的黏結(jié)作用促進(jìn)了懸浮物的絮凝，促使懸浮物從海水中沉淀下來(lái)。在pH>6 時(shí), 黏土礦物蒙脫石的吸附機(jī)制主要是陽(yáng)離子鍵橋作用，高嶺石的吸附機(jī)制主要是疏水性作用[32]。研究土體孔隙液離子濃度高，且為堿性土體，導(dǎo)致富里酸在礦物上的吸附量隨離子濃度的升高而逐漸增大，溶解性有機(jī)質(zhì)分子中的-COOH、-COH 等活性官能團(tuán)解離，溶解性有機(jī)質(zhì)組分親水性增強(qiáng)，陽(yáng)離子鍵橋作用成為黏土礦物重要的吸附機(jī)制[33]，從而形成有機(jī)復(fù)合體（圖8）。

研究土體有機(jī)質(zhì)和易溶鹽中的Ca2+在0.05 水平上顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明Ca2+參與了這一作用，促使陽(yáng)離子鍵橋和水橋作用增強(qiáng)。陽(yáng)離子鍵橋的作用方式屬化學(xué)吸附，可能參與千年及萬(wàn)年尺度的碳循環(huán)[34]。有機(jī)復(fù)合體可以抵抗微生物降解，因此能長(zhǎng)期保存在沉積物中[6]。腐殖質(zhì)可以在土體中保存250～3 000 a 而不分解[4]。古土壤有機(jī)碳達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間為330 ～410 ka[33]。以上眾多的研究成果表明，前人低估了有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性。在深埋狀態(tài)、升溫和增壓作用使有機(jī)質(zhì)一部分轉(zhuǎn)化為不溶于酸堿的大分子干酪根，總體演化方向是朝著低自由能的穩(wěn)定態(tài)方向[3]。研究土層最大埋深達(dá)30 m，符合有機(jī)質(zhì)深埋的特點(diǎn)。根據(jù)AMS14C測(cè)年數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，研究區(qū)軟土沉積年代最晚為（7 744±87）cal.a B.P.，即研究有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)了約8 ka 演化。古土壤中胡敏素、胡敏酸、富里酸含量隨著沉積時(shí)間的增加，有機(jī)質(zhì)組分呈遞減趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)萬(wàn)年的演化，古土壤中腐殖質(zhì)各組分含量大小的大致順序是胡敏素> 胡敏酸>富里酸，有機(jī)質(zhì)可溶性組分胡敏酸和富里酸演化達(dá)到平衡所需要的時(shí)間為20 多萬(wàn)年，不可溶組分胡敏素需要時(shí)間一般大于700 ka[5]。而研究土體沉積時(shí)間距今最高才約8 ka，且軟土沉積環(huán)境為淺海環(huán)境，由于為缺氧環(huán)境，微生物分解作用不僅慢而且不徹底，礦化作用受阻；另一方面，研究土體黏土礦物含量高，腐殖化系數(shù)高，不利于腐殖化作用，加長(zhǎng)了循環(huán)過(guò)程；且有機(jī)質(zhì)含量與其埋深呈正相關(guān)，因此推測(cè)研究土體有機(jī)質(zhì)還未達(dá)到平衡狀態(tài)，還在進(jìn)一步循環(huán)演化過(guò)程當(dāng)中。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)全新世軟土有機(jī)質(zhì)含量平均值為0.98%，區(qū)間為0.36%～1.56%，在空間上分布不均，平行海岸線較垂直海岸線有機(jī)質(zhì)含量變化小，自上向下變化復(fù)雜，但隨著深度的增加有機(jī)質(zhì)含量整體具有增加的趨勢(shì)。有機(jī)質(zhì)含量和土體埋深在0.01 水平上顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.488。

（2）有機(jī)質(zhì)含量與天然含水率的相關(guān)性最高；與土的天然孔隙比、塑限、液限、天然密度、干密度、比重在0.01 水平上顯著相關(guān)；與土的粉粒含量、砂粒含量、塑性指數(shù)、液性指數(shù)在0.05 水平上顯著相關(guān)。固結(jié)壓力50 kPa 下的孔隙比與有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)為0.609。固結(jié)壓力大于400 kPa 下的孔隙比與有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)性差，這與有機(jī)質(zhì)形成的復(fù)合體被破壞有關(guān) 。

（3）研究區(qū)海相軟土浸出液呈堿性，含鹽量高，含水率高，土體黏土礦物以伊利石和伊蒙混合體為主；有機(jī)質(zhì)與黏土礦物多通過(guò)陽(yáng)離子鍵橋的方式結(jié)合，形成有機(jī)復(fù)合體，可能參與千年及萬(wàn)年尺度的碳循環(huán)；土層最大埋深達(dá)30 m，符合有機(jī)質(zhì)深埋的演化規(guī)律，推測(cè)研究土體有機(jī)質(zhì)還在進(jìn)一步循環(huán)演化過(guò)程當(dāng)中。