海南樂東陸架海底沙波分布特征及對海底管道的影響

朱鈺，丁翔宇，陳飛，傅人康

（1海南省海洋地質(zhì)調(diào)查研究院 ?？?570206；2海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院 海口 570125）

海南樂東陸架海底沙波分布特征及對海底管道的影響

朱鈺1，丁翔宇2，陳飛1，傅人康1

（1海南省海洋地質(zhì)調(diào)查研究院 海口 570206；2海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院 ?？?570125）

海底管道是海上油氣開發(fā)系統(tǒng)的重要組成部分，是油氣輸送的主要手段。海底沙波普遍發(fā)育于海底，特別是陸架地區(qū)。因?yàn)樯巢ǖ倪w移往往會引起海底管道、海底構(gòu)筑物等方面的災(zāi)害，隨著海洋油氣勘探開發(fā)工作的不斷進(jìn)行，淺水陸架區(qū)的海底沙波越來越受到人們的關(guān)注。文章以海南樂東陸架區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)，利用海洋物探手段對本區(qū)的海底沙波分布做了初步的監(jiān)測和研究。

樂東陸架；海底沙波；海底管道；油氣勘探

海底沙波的研究是隨著海底資源開發(fā)興起的，在國外已有上百年的歷史［1］。20世紀(jì)80—90年代沙波研究成為海底地貌研究的熱點(diǎn)。國外許多研究者［2-4］發(fā)表了大量關(guān)于海底沙波的研究論文，人們對海底沙波的成因、類型及其遷移有了一定的了解。我國對海底沙波的研究起步較晚，馮文科［5-6］、欒錫武等［7］對南海北部沙波地貌分布特征進(jìn)行過研究；曹立華等［8］對海南島西部岸外沙波的形態(tài)特征進(jìn)行了高精度探測。按照成因?qū)傩裕５咨巢ù笾驴煞譃閮深悾阂活愂菤埩羯巢?；一類是現(xiàn)代沙波［7］。殘留沙波是指在末次冰期低海面時(shí)，在當(dāng)時(shí)裸露的海底上形成的沙波。此類沙波是在當(dāng)時(shí)的風(fēng)動力條件下形成的，

冰期結(jié)束，海面上升后又被淹沒在現(xiàn)在的海面下。殘留沙波和現(xiàn)代動力條件無關(guān)，因而可以長期穩(wěn)定存在?，F(xiàn)代沙波形成于現(xiàn)代水動力環(huán)境中，并隨著現(xiàn)代水動力環(huán)境的改變而改變，是不穩(wěn)定的。現(xiàn)代沙波的研究正是目前海洋工程災(zāi)害防治的重點(diǎn)。

1 調(diào)查區(qū)地質(zhì)概況

調(diào)查區(qū)位于海南島的西南側(cè)、南海西北陸緣，地形上屬于大陸架。調(diào)查區(qū)橫跨兩個(gè)構(gòu)造單元，以鶯歌海盆地1號斷裂帶為界，其東北側(cè)屬于海南隆起帶，西南側(cè)屬于鶯歌海盆地，此外，調(diào)查區(qū)北側(cè)為北部灣盆地、東南側(cè)為瓊東南盆地。鶯歌海盆地位于印支半島與南海北部大陸架交接區(qū)，屬于紅河斷裂帶在海域的延伸部位，它是南海北部西區(qū)新生代重要的含油氣盆地之一，構(gòu)造背景十分復(fù)雜。樂東濱海帶廣泛分布有第四系砂質(zhì)地層，主要有全新統(tǒng)煙墩組、更新統(tǒng)八所組和北海組。

2 調(diào)查方法及數(shù)據(jù)處理

本次調(diào)查主要應(yīng)用側(cè)掃聲吶手段，在調(diào)查區(qū)內(nèi)以5 km×10 km的測網(wǎng)間距進(jìn)行海底地貌測量。側(cè)掃聲吶技術(shù)是一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的水底成像方法，和雷達(dá)的原理相似，只是用聲波代替了電磁波，通過連接數(shù)字采集系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行水底物體的搜索和測量。側(cè)掃聲吶由內(nèi)裝有聲吶換能器的聲吶拖魚、數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)和連接電纜構(gòu)成。拖魚的兩側(cè)按固定時(shí)間間隔向水底發(fā)射有一定音頻能量的狹窄波束，從水底反射回的聲波根據(jù)幅值大小構(gòu)成海底地形的灰度圖。

本次調(diào)查設(shè)備使用的是美國EdgeTech公司生產(chǎn)的EdgeTech 4 200 M P側(cè)掃聲吶系統(tǒng)，它采用100 k Hz／400 k Hz雙頻同時(shí)工作。側(cè)掃聲吶數(shù)據(jù)用Sonarwiz軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲得典型區(qū)域的聲吶圖像，處理后的圖像反映了微地貌在平面上的形態(tài)。

3 調(diào)查區(qū)海底地貌分布特征

海底發(fā)育的線形微地貌有海底沙丘、沙脊、沙波、沙紋等，其中月型沙丘最為典型。在平面上，月型沙丘形似新月，發(fā)育一個(gè)上凸的迎水坡，一個(gè)下凹的背水坡和兩個(gè)彎向背水坡的沙丘角。一般的，迎水坡長而緩，指示水流的來向，背水坡短而陡，指示水流的去向。水流攜帶的泥沙沿緩長的迎水坡向上，跨過沙丘的脊峰后塌落在下凹的背水坡上沉積下來。一個(gè)理想的月型沙丘其兩個(gè)沙丘角相互對稱。對稱的軸線即為水流的方向。通常情況下，由于水流方向、供沙量，以及底床傾角等因素的變化，沙丘角往往不對稱發(fā)育。其中，水流方向和供沙量是改造沙丘形態(tài)的兩個(gè)最為重要的參數(shù)。現(xiàn)場觀察和實(shí)驗(yàn)都表明，當(dāng)?shù)琢魉僭龃髸r(shí)，沙丘迎水坡和背水坡的寬度會逐漸增大，沙丘角會逐漸退縮，月型沙丘最終演化為沙脊：而當(dāng)水流流速降低，供沙量增大時(shí)，沙丘的兩角會逐漸伸直、伸長，迎水坡和背水坡的寬度逐漸變窄，月型沙丘最終演化為沙波［7］。

調(diào)查區(qū)海底地貌主要劃分為三大類：濱海堆積岸坡、淺海海岸三角洲平原和古河口灣堆積平原［9］其中濱海堆積岸坡區(qū)域?yàn)楸緟^(qū)海底主要微地貌發(fā)育區(qū)，表層沉積物以松散砂為主，自岸向外變細(xì)，是沙波、沙脊及沖刷槽谷發(fā)育的主要區(qū)域。本次側(cè)掃聲吶調(diào)查發(fā)現(xiàn)的典型海底微地貌包括：潮流沙脊、海底沙波和沖刷槽谷。

3.1 潮流沙脊

潮流沙脊是海底一種活動較強(qiáng)的砂質(zhì)脊?fàn)疃逊e體，一般形成于往復(fù)流的潮流區(qū)，且沙源供應(yīng)充足的環(huán)境中［10］。由于它們是海底活動砂體，故對海底管線工程有較大危害。潮流沙脊發(fā)育于調(diào)查區(qū)內(nèi)10～45 m水深之間的海底，而40～50 m水深區(qū)域僅有零星分布，小于15 m和大于50 m水深區(qū)域在側(cè)掃聲吶圖像上均未發(fā)現(xiàn)。沙脊在區(qū)內(nèi)大部分呈N E向展布，延伸長度從18～40 k m以上，展布寬度一般在3～5 k m，最大可達(dá)8 k m；在東部分布的一小塊呈E W向，延伸長度8 k m左右（圖1）。

3.2 海底沙波

感恩角外海域的沙波大多發(fā)育在兩條沙脊間及其兩側(cè)脊坡上。波脊線或沙壟的延伸方向基本上呈E W向或N E E向，延伸長度13～50 k m以上，展布寬度都在4 k m以上，最大可達(dá)20 k m；在鶯歌咀至南山角岸外有一處大面積的沙波分布，面積約660 k m2，沙波脊線的延伸方向?yàn)镹 W，沙波間距較感恩角發(fā)育的大（圖2）。

3.3 沖刷槽谷

沖刷槽谷僅在調(diào)查區(qū)西北部35 m水深以淺區(qū)

域有發(fā)育，分布于兩個(gè)沙脊之間，大致沿N W向和S N向延伸，延伸長度可長達(dá)17 k m（圖3）。

圖1 側(cè)掃聲吶影像反映的潮流沙脊

圖2 側(cè)掃聲吶影像反映的沙波

圖3 側(cè)掃聲吶影像反映的沖刷槽谷

4 調(diào)查區(qū)沙波對海底管道的影響

海底油氣管道，是海洋油氣集輸運(yùn)與儲運(yùn)生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要組成部分。海底沙波的遷移、演化運(yùn)動會造成管道懸跨，使懸跨的管道在波、流引起的水動力載荷及自重載荷的多重作用下發(fā)生振動，造成懸跨管道的疲勞損壞。海底管道的損壞會導(dǎo)致海上油氣田停產(chǎn)和原油污染海洋環(huán)境，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境災(zāi)難［11］。

本次調(diào)查區(qū)內(nèi)分布有3條海底管道，其中L1管道穿過感恩角外海域潮流沙脊和沖刷槽谷發(fā)育區(qū)。該區(qū)沙脊最大高度約7 m，是往復(fù)流頻繁潮流區(qū)，水動力環(huán)境較為復(fù)雜，容易造成沙脊長距離的快速運(yùn)動，存在管道懸跨的隱患。L2管道穿過鶯歌咀至南山角岸線外的沙波發(fā)育區(qū)。該區(qū)沙波間距大，波脊線長，波峰不高，水動力環(huán)境相對穩(wěn)定，因而L2管道發(fā)生懸跨的危險(xiǎn)性較低。L3管道所布施的位置海底地形平緩，海底地貌環(huán)境簡單，無沙波、沙脊等災(zāi)害微地貌發(fā)育，暫無發(fā)現(xiàn)明顯的安全隱患。

5 結(jié)語

潮流形成的沙波、沙脊是海底表面常見的災(zāi)害地質(zhì)類型，是海底微地貌研究的主要內(nèi)容和方向。側(cè)掃聲吶技術(shù)作為研究海底地貌地形的主要手段之一，具有操作方便、成本低、效率高、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地監(jiān)測到海底表面的各種災(zāi)害地質(zhì)情況。本次研究僅以一定間距測網(wǎng)走航的方式對樂東陸架海域進(jìn)行了側(cè)掃聲吶測量工作，以后可以針對有重要工程價(jià)值的特定海區(qū)進(jìn)行全覆蓋的測量，屆時(shí)還可以結(jié)合多波速、淺地層剖面測量等物探手段，以期實(shí)現(xiàn)更高精度和海表以下的深度調(diào)查。

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［3］ B E R N E.Large subtidal dunes，gironde estuary［J］.Journal of Sedimentary Protrololgy，1983，63（5）：780-793.

［4］ Stride，Off shore Tidal Sands，Processes and Deposits［M］.New York：Chap man and H all，1982.

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［6］ 馮文科，黎維峰.南海北部海底沙波地貌［J］.熱帶海洋，1994，13（3）：39-46.

［7］ 欒錫武，彭學(xué)超，王英民，等.南海北部陸架海底沙波基本特征及屬性［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，84（2）：233-245.

［8］ 曹立華，徐繼尚，李廣雪，等.海南島西部岸外沙波的高分辨率形態(tài)特征［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2006，26（4）：15-22.

［9］ 李吉均，周成虎，程維明.中國中華人民共和國地貌圖集（1∶100萬）［M］.北京：科學(xué)出版社，2009.

［10］ 劉錫清.中國海洋環(huán)境地質(zhì)學(xué)［M］.北京：海洋出版社，2006.

［11］ 李澤文.南海北部外陸架災(zāi)害地質(zhì)因素及其對海底管道的影響研究［D］.青島：中國科學(xué)院海洋研究所，2011.

Distribution Characteristic of Sand W aves in Ledong Continental Shelf，Hainan Province and Its Im pacts on Sub marine Pipelines

Z H U Y u1，DIN G Xiangyu2，C H E N Fei1，F(xiàn) U Renkang1
（1.M arine Geological Survey Institute of H ainan Province，H aikou 570206，China；2.H ainan Academ y of Ocean and Fisheries Sciences，H aikou 570125，China）

Sub marine pipelines are the im portant parts of ocean oil and gas exploitation system and the primary way to transport oil and gas.Sand waves are widely existing in seabed，especially in continental shelf.Transposition of sand waves may cause disaster to sub marine pipelines and other sea base structures.With the progressing of ocean oil and gas exploitation，the sand waves in shallow continental shelf are getting m ore and m ore concerns.This paper took continental shelf of Ledong district，H ainan Province as a research zone，and also m onitored and researched the distribution of sand waves by application of marine geophysical technology.

Ledong continental shelf，Seabed sand waves，Sub marine pipelines，Oil and gas exploration

P736.1

A

1005-9857（2016）11-0060-03

2016-06-30；

2016-10-19

朱鈺，工程師，碩士，研究方向?yàn)楹Ｑ蟮刭|(zhì)、遙感及物探，電子信箱：8222915＠163.co m