南海北部陸架邊緣區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型特征及分布規(guī)律*

朱友生

(中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部 天津 300459)

南海北部陸架邊緣區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型特征及分布規(guī)律*

朱友生

(中海油田服務(wù)股份有限公司物探事業(yè)部 天津 300459)

在對(duì)近10余年來(lái)珠江口盆地區(qū)域內(nèi)惠州、西江、陸豐、番禺、恩平、流花、荔灣、白云等區(qū)塊勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中采集的三維地震資料、工程物探資料和工程地質(zhì)鉆探資料進(jìn)行系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上，研究了該區(qū)域內(nèi)與海洋工程密切相關(guān)的主要海洋地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型，包括沙波、珊瑚礁、硬質(zhì)地層、海底峽谷、海底沖溝、海底陡坎、海底滑坡、斷層、天然氣水合物和淺層氣等10種,闡述了這10種地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型的特征及分布規(guī)律，分析了其形成機(jī)制及對(duì)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)工程的潛在災(zāi)害影響，可為該地區(qū)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施、降低海洋工程風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

珠江口盆地；海洋地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型；分布規(guī)律；海洋工程；災(zāi)害影響

珠江口盆地是我國(guó)油氣勘探開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)區(qū)域之一[1]。然而，在該地區(qū)油氣勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)中，特別是陸架邊緣區(qū)域，常遇到各種類(lèi)型的海洋地質(zhì)災(zāi)害，主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是活動(dòng)性地質(zhì)災(zāi)害，如淺層氣、活動(dòng)斷層、活動(dòng)沙波及滑坡等，這類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害在內(nèi)、外應(yīng)力的誘發(fā)作用下具有活動(dòng)和破壞能力，對(duì)海上工程設(shè)施及自然環(huán)境可造成直接破壞；另一類(lèi)為限制性地質(zhì)條件，如埋藏古河道、古潛山、水下陡坎和淺埋基巖等，其自身并不具有活動(dòng)能力，但它的存在會(huì)對(duì)海洋工程建設(shè)起制約作用，是部分工程建設(shè)應(yīng)當(dāng)避讓的地質(zhì)體或地質(zhì)現(xiàn)象，若忽視它的存在，會(huì)給工程帶來(lái)隱患甚至破壞[2]。上述海洋地質(zhì)災(zāi)害在很大程度上限制了海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)，特別是對(duì)海洋工程存在嚴(yán)重的潛在危害。

本文根據(jù)近十幾年在珠江口盆地南海北部陸架邊緣區(qū)域惠州、西江、陸豐、番禺、恩平、流花、荔灣、白云等區(qū)塊海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中采集的三維地震、工程物探、工程地質(zhì)鉆探等資料，結(jié)合本區(qū)現(xiàn)有研究成果，研究了該區(qū)域內(nèi)與海洋工程密切相關(guān)的主要海洋地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型、特征及分布規(guī)律，分析其形成機(jī)制及對(duì)海洋油氣田勘探開(kāi)發(fā)工程的潛在危害，可為該地區(qū)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施、降低海洋工程風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

珠江口盆地是南海北部陸緣的一個(gè)準(zhǔn)被動(dòng)大陸邊緣沉積盆地，先后經(jīng)過(guò)了晚白堊世—早漸新世的裂陷、晚漸新世—中中新世的裂后(沉降)和晚中新世后的斷塊升降等3個(gè)構(gòu)造演化階段[3]。研究區(qū)構(gòu)造演化史造成區(qū)域內(nèi)海底地形變化較大，總體上為NW向SE傾斜，呈起伏的斜坡，水深由200 m增加到3 000 m，是地質(zhì)災(zāi)害較為發(fā)育的區(qū)域。該地區(qū)水深200～500 m為上陸坡和陸架的過(guò)渡區(qū)域，地形平緩，而水深500 m以下海底地形開(kāi)始變陡。水深1 500 m以淺范圍內(nèi)等值線總體上呈NE—SW向分布，其中500～1 500 m水深范圍內(nèi)等值線表現(xiàn)出有規(guī)律的向陸方向凸出，發(fā)育了典型海底峽谷地貌，溝-脊相間排列；1 500 m水深以下范圍內(nèi)等值線呈規(guī)律性向NW方向凸起，地形上表現(xiàn)為巨大的凹槽，被稱為“珠江峽谷”。第四紀(jì)以來(lái)，南海北部處于海平面開(kāi)始緩慢下降的高水位期，除了西部的斜坡處發(fā)育大陸斜坡相沉積體系(扇三角洲)外，全區(qū)處于淺海—半深海相沉積環(huán)境，發(fā)育淺?！肷詈Ｏ喑练e體系，沉積物以細(xì)粒的泥質(zhì)巖為主。

2 主要地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型特征及分布規(guī)律

根據(jù)對(duì)研究區(qū)內(nèi)資料的系統(tǒng)解釋分析，共識(shí)別出沙波、珊瑚礁、硬質(zhì)地層、海底峽谷、海底沖溝、海底陡坎、海底滑坡、斷層、天然氣水合物、淺層氣等10種主要地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型。

2.1 沙波

在陸豐、惠州、流花、番禺等區(qū)域均發(fā)現(xiàn)不同尺度及規(guī)模的沙波，局部區(qū)域疊置有沙波紋，或伴隨有珊瑚礁發(fā)育。在多波束、側(cè)掃聲吶及淺地層剖面影像圖上，沙波主要呈現(xiàn)以下3種形態(tài)：

1) 沙丘鏈。波峰線形態(tài)不規(guī)則，連續(xù)性不好，總體形態(tài)似一連串新月形沙丘組成的沙丘鏈，走向主要為NE—SW向，波長(zhǎng)40～50 m，波高0.2～1.5 m，在淺地層剖面上使海底呈寬緩低矮的波狀形態(tài)。在荔灣至番禺路由區(qū)發(fā)現(xiàn)魚(yú)鱗狀分布的新月形沙波(圖1a)，波長(zhǎng)15～60 m，波高0.5～2.0 m。在地形剖面上，沙波呈西北坡陡、東南坡緩的不對(duì)稱形態(tài)，指示沙波具有自海向陸移動(dòng)的趨勢(shì)和底流的主流向。

2) 沙波。波峰線平直而連續(xù)，形態(tài)規(guī)則，平行分布，波長(zhǎng)幾米至一百多米不等，波高幾十厘米至十幾米。如圖1b所示，陸豐13區(qū)北部區(qū)域沙波波峰線走向以近E—W向?yàn)橹鳎胁肯驏|南區(qū)域以NE—SW向?yàn)橹?，局部區(qū)域存在沙波疊置，該區(qū)域的地形變化規(guī)律與沙波形態(tài)及海底底流的變化密切相關(guān)。

3) 波痕。波峰線連續(xù)，波長(zhǎng)約5 m，波高0.2～0.3 m。由于分辨率的原因，波痕在地形圖和淺地層剖面上不明顯，但在ROV攝像照片上非常清晰(圖1c)，伴隨有珊瑚礁發(fā)育。

根據(jù)現(xiàn)有資料綜合分析，沙波主要分布在研究區(qū)水深100～350 m的外陸架平原和陸坡上部區(qū)域。沙波波長(zhǎng)在幾米至一百多米之間，波高最高達(dá)十幾米。研究區(qū)域內(nèi)海底地形較為平緩，有利于海底沉積物的搬運(yùn)和遷移;海底底質(zhì)類(lèi)型以中砂、中細(xì)砂和細(xì)砂為主，中值粒徑在0.075～0.250 mm之間，分選較好，砂粒磨圓度較好。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，番禺區(qū)域底流的平均流速約為11～18 cm/s，主流向?yàn)镹W—SE。綜合上述資料分析，研究區(qū)域內(nèi)底流速、水深、底質(zhì)類(lèi)型和海底地形等自然環(huán)境條件為沙波提供了良好的形成和發(fā)育條件。

圖1 研究區(qū)側(cè)掃聲吶影像圖(a)、多波束影像圖(b)和 ROV攝像(c)顯示的沙波特征Fig .1 Morphological features of sand wave on side scan sonar image (a),multi-beam terrain image (b) and photos caught by the ROV (c) in research area

沙波對(duì)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)的不利影響主要體現(xiàn)在兩方面：首先，沙波存在使海底呈波狀起伏，給海洋工程造成限制性影響。在管道鋪設(shè)時(shí)須提前對(duì)海底進(jìn)行處理，以免造成海底管道自由懸跨；自升式鉆井平臺(tái)在沙波區(qū)域插樁就位時(shí)，應(yīng)考慮海底不平整對(duì)樁腳可能產(chǎn)生的暫時(shí)性基礎(chǔ)不穩(wěn)定的影響；導(dǎo)管架平臺(tái)安裝時(shí)，沙波的存在加大了防沉板布放施工難度，導(dǎo)致工程費(fèi)用增加。其次，沙波運(yùn)移對(duì)已建設(shè)施的潛在危害影響。在水動(dòng)力條件下，特別是在極端天氣條件下，海底沙波運(yùn)移造成掩埋的已建海底管道裸露，甚至懸空，導(dǎo)致海底管道局部產(chǎn)生應(yīng)力，長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)力作用會(huì)造成海底管道疲勞損傷，影響海底管道的壽命及安全運(yùn)營(yíng)；自升式鉆井平臺(tái)就位后，海底沙波運(yùn)移將改變樁腳持力地層厚度，影響穩(wěn)定性；海底沙波運(yùn)移直接影響半潛式鉆井平臺(tái)的錨固力，造成溜錨，給鉆井作業(yè)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)；沙波運(yùn)移容易造成導(dǎo)管架平臺(tái)樁基承載地層厚度及承載力變化，影響樁基穩(wěn)定性。

2.2 珊瑚礁

珊瑚礁是一種限制性地質(zhì)災(zāi)害因素。根據(jù)多波束地形數(shù)據(jù)顯示，在研究區(qū)域陸豐、番禺、流花、荔灣、白云等區(qū)塊水深160～420 m的范圍內(nèi)分布著大面積粗糙地形，而在粗糙地形區(qū)的外側(cè)陸坡區(qū)，水深迅速變深，地形坡度大，可見(jiàn)峽谷的頭部端，但總體上海底面較為光滑。在水深小于220 m的陸架，一些水下低矮的丘狀突起呈片狀分布或形成低矮狹長(zhǎng)且主要呈北東走向的水下堤壩。這些低矮的突起較周?chē)暮５赘叱?～5 m，突起表面地形粗糙。在片狀或狹長(zhǎng)帶狀突起區(qū)的外緣(向深海一側(cè))存在一個(gè)向東南凸出的弧形帶，弧形帶平均寬度約5.5 km，長(zhǎng)度超過(guò)100 km。在弧形帶南北向中間位置發(fā)育一小型水下海灣，海灣長(zhǎng)約7 km，向淺水區(qū)方向深入約3 km，推測(cè)為珊瑚礁灣。研究區(qū)陸架邊緣裸露海底的珊瑚礁體見(jiàn)圖2，圖中白色點(diǎn)線圈閉為礁體分布區(qū)域，黑色點(diǎn)線為礁體密集分布的弧形帶，黑色星點(diǎn)為取得原生珊瑚礁站位，白色線顯示了礁體的延伸方向。

圖2 研究區(qū)陸架邊緣裸露海底的珊瑚礁體分布Fig .2 Morphological features of the bared coral reefs within shelf-margin areas in research area

在側(cè)掃聲吶影像圖上，裸露海底的珊瑚礁體易與其他地貌單元相區(qū)別，表現(xiàn)為不規(guī)則的亮斑與陰影的組合，并與周?chē)教沟暮５仔纬擅黠@的對(duì)比(圖3a)。亮斑和陰影的大小不盡相同，表明裸露的礁體規(guī)模大小不一。在圖3b所示的淺地層剖面上(橙色實(shí)線表示珊瑚礁體的裸露海底部分，橙色虛線表示被沉積物埋藏的珊瑚礁體，綠色實(shí)線為砂質(zhì)或泥質(zhì)海底，藍(lán)色細(xì)線為沉積物內(nèi)部聲學(xué)反射界面；R.和B.R.分別表示識(shí)別出的裸露和埋藏的珊瑚礁體)，松散沉積物具有典型的弱振幅-平行反射或前積反射結(jié)構(gòu)。除此之外，還可以見(jiàn)到點(diǎn)狀強(qiáng)反射、平板狀強(qiáng)反射、丘狀反射反射相。點(diǎn)狀強(qiáng)反射位于海底或松散沉積物中，繞射現(xiàn)象明顯，下方反射結(jié)構(gòu)受屏蔽而不清楚，主要分布在水深小于200 m的粗糙地形區(qū)。平板狀強(qiáng)反射位于海底或松散沉積物中，與海底大致平行，邊緣繞射現(xiàn)象不明顯，下方反射結(jié)構(gòu)受屏蔽而不清楚，亦主要分布在水深200 m以淺的區(qū)域。丘狀反射頂部具有起伏不平或圓頂狀強(qiáng)反射面，下方反射結(jié)構(gòu)受屏蔽而不清楚；具有圓頂?shù)那馉罘瓷潴w兩側(cè)繞射現(xiàn)象主要出現(xiàn)在水深220～420 m的區(qū)域，反射體高出周?chē)５讛?shù)米到二十幾米不等，剖面上視寬度約幾十米到300 m不等；位于海底沉積物中的丘狀反射體內(nèi)部的反射極弱，并與松散沉積物的平行或前積反射特征形成明顯的對(duì)比。在圖3c所示的ROV攝像資料中，研究區(qū)海底有大面積的珊瑚礁裸露，局部區(qū)域存在埋藏的珊瑚礁，而且裸露海底和埋藏的珊瑚礁分布很密集，其中裸露的珊瑚礁體凸出于周?chē)５滓话阍?.5～5.1 m(圖3c)，少數(shù)高達(dá)7～9 m，最大高度為21.5 m。根據(jù)珊瑚礁特征判斷，研究區(qū)珊瑚礁的發(fā)育與分布特征可能受南海北部海平面升降變化控制。

圖3 研究區(qū)側(cè)掃聲吶影像(a)、淺地層剖面(b)和ROV 攝像(c)顯示的珊瑚礁特征Fig .3 Morphological features of the coral reefs on side scan sonar image (a),sub-bottom profile (b) and photos (c) caught by ROV in research area

淺掩埋的珊瑚礁對(duì)海底輸油氣管道的破壞作用主要是磨損作用，在區(qū)域環(huán)境流場(chǎng)和管道運(yùn)行的工況下，常導(dǎo)致管道被磨損或懸空，危害海底管道的鋪設(shè)和運(yùn)營(yíng)[4]；裸露的珊瑚礁是海底管道鋪設(shè)施工的障礙物，突起海底之上的珊瑚礁可能導(dǎo)致海底管道懸空，甚至彎曲變形。掩埋的和裸露的珊瑚礁均不利于自升式鉆井船的插樁就位(插不下)和半潛式鉆井船的拋錨(拋不住)，也給導(dǎo)管架平臺(tái)的安裝就位增加了困難和工程費(fèi)用。

2.3 硬質(zhì)地層

在南海北部陸坡邊緣局部區(qū)域偶爾會(huì)發(fā)現(xiàn)有隱伏于海底的硬質(zhì)地層，其埋藏深度位于海底以下幾米至一百多米地層中。在陸豐7井區(qū)域，鉆探取樣發(fā)現(xiàn)在海底以下約7m處存在硬質(zhì)地層，主要成分為膠結(jié)的含砂沉積塊體，原位測(cè)試時(shí)探頭錐尖阻力急劇上升，多孔之間埋藏深度略有差異。在番禺30、番禺34區(qū)域，在海底以下7～128 m不同深度處發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)地層，主要成分為膠結(jié)的含砂沉積塊體及泥晶云巖等，厚度從十幾厘米到幾米不等，局部還存在未腐爛的原木質(zhì)(表1)。

綜合區(qū)域地質(zhì)研究成果和鉆探結(jié)果發(fā)現(xiàn)，此類(lèi)硬質(zhì)地層主要分布于古海岸線附近，其中淺表層硬質(zhì)地層是低水位時(shí)期在古海岸線附近因生物膠結(jié)和化學(xué)膠結(jié)沉積形成，而中深層的硬質(zhì)地層為外源搬運(yùn)沉積在局部堆積形成。

薄的硬質(zhì)地層類(lèi)似“雞蛋殼”地層效應(yīng)，自升式鉆井平臺(tái)插樁時(shí)易發(fā)生穿刺，造成危害[5-7]。硬質(zhì)地層不利于導(dǎo)管架平臺(tái)安裝時(shí)打樁到預(yù)定深度，加大了安裝的難度，還容易造成鉆井作業(yè)過(guò)程中的卡鉆事故，耽誤鉆井工期，進(jìn)而增加作業(yè)費(fèi)用。

表1 番禺區(qū)域硬質(zhì)地層分布

Table 1 Distribution of the hardpan in the PY area

2.4 海底峽谷及海底沖溝

海底峽谷是陸坡上濁流侵蝕形成的，其源頭可達(dá)大陸架甚至直達(dá)海岸，后者可能是被淹沒(méi)的河谷。研究區(qū)海底峽谷主要分布在水深500～1 700 m的斷階型陸坡斜坡帶，共發(fā)現(xiàn)17條巨型深切海底峽谷(圖4)，其中部分大型峽谷向下延伸到濁積型陸坡斜坡帶。此外，在濁積型陸坡斜坡、緩斜的陸坡斜坡和陸坡斷陷洼地中也有較小的或較淺的海底峽谷分布。對(duì)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)工程具有危害的主要是深切型海底峽谷，寬淺型海底峽谷危害性較小。海底峽谷對(duì)鉆井平臺(tái)就位及鉆探作業(yè)威脅最大的是峽谷谷坡上潛在的滑坡和滑塌活動(dòng)[8]。

圖4 研究區(qū)三維地形圖中的海底峽谷及橫切地形剖面Fig .4 Submarine seafloor canyons on the 3D terrain image and its crossing profile in research area

海底沖溝是指由于水流等外力作用在海底形成的侵蝕溝槽，是滑塌沉積物的搬運(yùn)通道，在本文中僅指規(guī)模較小的侵蝕構(gòu)造，而不包括海底峽谷。研究區(qū)存在2種類(lèi)型的海底沖溝，一類(lèi)是位于峽谷的頭部及側(cè)壁，這類(lèi)沖溝具有較小的長(zhǎng)寬比，溝底較為寬緩，通常匯聚于峽谷主干通道；峽谷頭部的這些沖溝可能發(fā)展成為峽谷頭部的分支(圖5a)。峽谷側(cè)壁上的沖溝呈“V”字型，短而寬，是側(cè)壁沉積物向峽谷谷底搬運(yùn)的通道，主要是由于松散沉積物的塊體搬運(yùn)(海底滑坡、滑塌等)侵蝕而成的。另一類(lèi)是在峽谷中下段相對(duì)平緩的谷底上發(fā)育的與谷底線平行的海底沖溝(圖5b)，這類(lèi)沖溝的長(zhǎng)度約為500～1 000 m，寬度幾米至十幾米，具有較大的長(zhǎng)寬比,向峽谷下端逐漸呈扇狀、發(fā)散狀，主要是塊體搬運(yùn)后期形成的碎屑流和濁流以及谷底底流的沖刷形成的。

與淺水區(qū)沉積物特性相比，深水海底沖溝區(qū)海底表層土不排水抗剪強(qiáng)度降低約40%～55%，天然重度降低約15%，天然含水率和液限含水率增高約2倍，塑性指數(shù)也增高2.0～2.5倍[9]，其對(duì)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)工程的危害主要為對(duì)海底結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的侵蝕和沖刷而失穩(wěn)。

圖5 研究區(qū)三維地形圖(a)及側(cè)掃聲吶影像圖(b)中顯示的 海底沖溝特征Fig .5 Features of the submarine seafloor gully on the 3D terrain image (a) and side scan sonar image (b) in research area

2.5 海底陡坎

海底陡坎是指與斜坡地形走向平行或近于平行的、坡度較大的海底陡坡。在深水區(qū)，由于海底沉積物抗剪強(qiáng)度小，坡度在10°以上時(shí)發(fā)生滑坡的幾率便非常大。因此，本文將坡度大于10°的海底陡坡視為陡坎。

陡坎通常表現(xiàn)為地形等高線密集排列，三維地形圖上則能夠清晰地看出其線狀形態(tài)和位置。在淺地層剖面上，陡坎除了具有較大的地形坡度外，陡坎兩側(cè)的地層通常被陡坎所切斷而形成繞射波(圖6)。研究區(qū)主要存在3個(gè)方向延伸的陡坎：1)上陸坡區(qū)的陡坎主要呈近東西向，總體平行等深線，但長(zhǎng)度較??；2)峽谷區(qū)的陡坎主要平行峽谷的走向，陡坎多位于峽谷的側(cè)壁；3)峽谷區(qū)下方的陡坎方向變化不定，但總體上平行珠江口外峽谷的兩側(cè)谷壁。

圖6 研究區(qū)淺地層剖面上的海底陡坎Fig .6 Submarine seafloor escarpment on the sub-bottom profile in research area

研究區(qū)海底陡坎主要位于番禺、流花、荔灣、白云等區(qū)塊的峽谷區(qū)，特別是峽谷的兩側(cè)谷壁，沿珊瑚礁分布的外緣也有一些陡坎存在。海底陡坎的分布主要受海底滑坡的分布影響，通常在海底發(fā)生滑坡后的滑面后緣形成陡坎。

海底陡坎是海底管道鋪設(shè)和維護(hù)的不利地形因素，易造成管道滑動(dòng)和架空[4]。由于陡坎具有較大的坡度，在受外界擾動(dòng)情況下易失穩(wěn)而發(fā)生滑坡/滑塌，給海底管道、電纜、水下井口、水下管匯、錨系等水下設(shè)施帶來(lái)災(zāi)難性后果。

2.6 海底滑坡

海底滑坡是在一定的外界應(yīng)力觸發(fā)下產(chǎn)生大塊的地層滑動(dòng)或大量沉積物群體運(yùn)動(dòng)的地質(zhì)現(xiàn)象，是南海北部陸坡區(qū)域廣泛發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型之一，既是塑造海底地形地貌的主導(dǎo)因素，也是大陸坡上沉積物向深海盆地搬運(yùn)的重要方式。海底滑坡是研究區(qū)內(nèi)番禺、流花、荔灣和白云等區(qū)塊發(fā)育最廣泛、最為典型的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型。

海底滑坡的后緣通常具有較大的坡度，表現(xiàn)為海底陡坎；滑坡后的海底表面較為粗糙，形態(tài)呈舌型或圓形(圖7a)，而有的滑坡則在地形圖上表現(xiàn)不明顯。在側(cè)掃聲吶影像圖上，海底滑坡常具舌狀或圓狀，其滑動(dòng)影響范圍邊界較為清晰，滑坡體表面較為粗糙(圖7b)。在淺地層剖面上，海底滑坡主要表現(xiàn)出2種典型的反射特征：一種是海底面鼓丘狀隆起，近表層反射面發(fā)生撓曲變形，滑坡體內(nèi)部通常具有雜亂反射(圖7c上)；另一種則是具有明顯的滑坡壁或滑動(dòng)面，滑坡體內(nèi)部保持了原始的層理特征(圖7c下)。一些規(guī)模相對(duì)較大的海底滑坡，由于滑坡面深度較大，在中深層地震剖面上才能夠清晰地揭示(圖7d)。

圖7 研究區(qū)海底滑坡的聲學(xué)特征Fig .7 Acoustic features of the submarine seafloor landslide in research area

研究區(qū)海底滑坡主要發(fā)生在峽谷區(qū)(圖4)，特別是峽谷的側(cè)壁和峽谷頭部。此外，在峽谷區(qū)上方的上陸坡處也發(fā)育了一些規(guī)模相對(duì)大的海底滑坡。

海底滑坡一旦發(fā)生，將直接危害鉆井平臺(tái)、海底管纜、水下油氣生產(chǎn)設(shè)施的安全，發(fā)生環(huán)境污染事故，有時(shí)大型海底滑坡會(huì)引起巨浪甚至海嘯，造成嚴(yán)重的破壞與損失。作業(yè)者在海底滑坡潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)提前做好相應(yīng)的調(diào)查、研究和評(píng)估工作。

2.7 斷層

研究區(qū)域內(nèi)斷層屬于燕山運(yùn)動(dòng)以來(lái)長(zhǎng)期發(fā)育、多期活動(dòng)的斷裂，第四紀(jì)以來(lái)這些斷裂在部分地段仍然活動(dòng)[10],而有小部分是由于第四系沉積物不均勻壓實(shí)作用形成的。研究區(qū)域內(nèi)斷層在空間分布上具有一定的成帶性，主要與地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)。淺層斷層主要分布在斷階型陸坡帶，有的斷層直接出露于海底，在側(cè)掃聲吶、多波束圖像及單道地震剖面中形成斷層陡坎(圖8)、斷崖或者滑坡壁，推測(cè)這類(lèi)斷層活動(dòng)一直持續(xù)到現(xiàn)代。有的斷層后期被埋藏，上部沉積層未受斷層影響，這類(lèi)斷層近期未活動(dòng)，但并不保證不會(huì)復(fù)活。

斷層是一種具有破壞性的潛在地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)海底工程設(shè)施有很大的危害性，應(yīng)引起高度重視。當(dāng)海底管道橫跨出露海底或近表層的活動(dòng)斷層時(shí)，隨著斷層活動(dòng)，可能造成海底管道懸空，甚至把管道折斷。鉆井平臺(tái)在鉆井作業(yè)過(guò)程中，由深部延伸到淺部地層的斷層會(huì)起到導(dǎo)管作用，使具有潛在災(zāi)害的石油氣體沿著斷層及斷裂帶從深部?jī)?chǔ)層向上運(yùn)移到淺部地層中聚集，需要注意深部高壓淺層氣可能造成的井噴災(zāi)害；同時(shí)，鉆井穿越斷層時(shí)應(yīng)注意可能造成的泥漿漏失，鉆井期間斷層發(fā)生錯(cuò)動(dòng)可能造成鉆具的折斷和損壞，對(duì)海上鉆井造成困難或?yàn)?zāi)害。因此，海底管道和其他構(gòu)筑物在無(wú)法避讓活動(dòng)斷層時(shí)，不宜跨斷層鋪建；長(zhǎng)距離管道鋪設(shè)宜平行于主要活動(dòng)斷裂[11]。

圖8 研究區(qū)多波束影像(a)、側(cè)掃聲吶影像(b)及地層 剖面(c)上的海底斷層Fig .8 Seabed fault on the multi-beam terrain image (a),side scan sonar image (b) and sparker profile (c) in research area

2.8 天然氣水合物

勘探表明，研究區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件(合適的溫度和壓力條件、充足的氣源、有氣體運(yùn)移通道和合適的沉積物等)適合天然氣水合物的形成與賦存，陸坡500～1 600 m水深范圍內(nèi)可能存在大面積的天然氣水合物分布，呈帶狀NEE延伸。

天然氣水合物是深水區(qū)引起地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一。在深水鉆井過(guò)程中，天然氣水合物的分解可能導(dǎo)致地層抗壓強(qiáng)度變?nèi)?、井眼擴(kuò)大、固井失敗以及井眼清潔方面的問(wèn)題。海底附近或井中溶解的水合物受到冷卻后易在隔水管和壓井阻流管線上重新凝結(jié)，尤其是在節(jié)流管線、鉆井隔水導(dǎo)管、防噴器以及海底的井口里，一旦形成氣體水合物，就會(huì)堵塞氣管、導(dǎo)管、隔水管和海底防噴器等，從而造成嚴(yán)重的鉆井事故。天然氣水合物的分解可能誘發(fā)海底滑坡，從而損壞海床上的海底電纜、海底管道、水下井口、水下管匯、水下采油樹(shù)等油氣田生產(chǎn)設(shè)施。作業(yè)者應(yīng)提前做好水合物識(shí)別、研究和評(píng)估工作。

2.9 淺層氣

淺層氣在地層中通常有層狀淺層氣、團(tuán)塊狀淺層氣、高壓氣囊、氣底辟等4種賦存形態(tài)[12]。研究區(qū)淺層氣在淺水區(qū)和深水區(qū)均有分布，頂部埋深通常位于海底以下幾十米至數(shù)百米，常伴隨斷層發(fā)育，是深部生成的油氣沿巖層孔隙、裂隙或斷層運(yùn)移到淺部聚集而成。由于沒(méi)有足夠多的資料，研究區(qū)域內(nèi)淺層氣的分布呈離散狀，無(wú)明顯的分布規(guī)律。

埋深較淺的淺層氣因氣體泄漏可能造成海底不均勻沉降、坍塌和滑坡，導(dǎo)致海底管道的裸露、懸空甚至斷裂損壞，含氣沉積物也增強(qiáng)了對(duì)海底管道的腐蝕性，管道設(shè)計(jì)中應(yīng)引起重視。含淺層氣的沉積物具有高壓縮性、低強(qiáng)度的特征，會(huì)降低地層的承載力，往往是不良地基基礎(chǔ)，在海底管道設(shè)計(jì)、鉆井平臺(tái)插樁、導(dǎo)管架平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)充分評(píng)估。鉆井作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)鉆至含淺層氣地層時(shí)，在井內(nèi)壓力小于地層中壓力情況下，淺層氣將從地層內(nèi)向井內(nèi)逸出，形成泄壓過(guò)程。當(dāng)壓力差足夠大時(shí)，泄壓將變成井噴，井口周?chē)嗌硶?huì)涌入井內(nèi)，發(fā)生塌孔事故。在鉆井過(guò)程中若發(fā)生淺層氣噴發(fā)，將導(dǎo)致水體密度下降，水體浮力急劇下降，可能導(dǎo)致半潛式鉆井平臺(tái)沉沒(méi)。

3 結(jié)論及建議

1) 南海北部陸架邊緣區(qū)域海底地形變化較大，地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型較多，主要有沙波、珊瑚礁、硬質(zhì)地層、海底峽谷、海底沖溝、海底陡坎、海底滑坡、斷層、天然氣水合物和淺層氣等，部分地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型存在明顯的分布規(guī)律，在海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)中應(yīng)引起高度重視。

2) 南海北部陸架邊緣區(qū)域海洋工程環(huán)境條件異常復(fù)雜，建議作業(yè)者加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域及深水區(qū)域淺層地質(zhì)和各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查與研究，重點(diǎn)研究其對(duì)鉆井平臺(tái)、海底管纜、錨系、導(dǎo)管架平臺(tái)、采油樹(shù)、管匯等工程設(shè)施的潛在危害，研究其對(duì)海洋油氣勘探開(kāi)發(fā)生產(chǎn)活動(dòng)造成的影響，以便采取積極、主動(dòng)的應(yīng)對(duì)措施，降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

致謝：感謝中海油田服務(wù)股份有限公司年永吉高工給予的指導(dǎo)和幫助！

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(編輯：呂歡歡)

Features and distribution pattern of the geological hazards in the northern continental shelf margins of South China Sea

ZHU Yousheng

(COSLGeophysicalDivision,Tianjin300459,China)

Based on the 3D seismic data, geophysical data and geotechnical data collected during the offshore oil and gas exploration and development activities in the past ten years in the blocks within the Pearl River Mouth basin, such as Huizhou, Xijiang, Lufeng, Panyu, Enping, Liuhua, Liwan, and Baiyun, etc., a systematical analysis was conducted concerning ten main types of marine geological hazards closely related to offshore engineering. These hazards include sand waves, coral reefs, hardpan, submarine seafloor canyon, submarine seafloor gully, submarine seafloor escarpment, submarine seafloor landslides, faults, natural gas hydrate and shallow gas. Their features and distribution pattern were expounded; and their forming mechanisms and potential disastrous influences on offshore oil and gas exploration and development projects were evaluated. The work here provides scientific basis for taking corresponding solutions to the geological hazards and reducing the risk in offshore oil and gas exploration and development activities in the region.

Pearl River Mouth basin; marine geological hazards; distribution pattern; offshore engineering; disastrous influence

*“十二五”國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“南海深水油氣開(kāi)發(fā)示范工程”子課題“南海北部陸坡區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)研究(編號(hào)：2011ZX05056-001-02)”部分研究成果。

朱友生，男，工程師，2003年畢業(yè)于中國(guó)海洋大學(xué)勘查技術(shù)與工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事海洋工程勘察方面的技術(shù)與研究工作。地址：天津市塘沽海洋高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)海川路1581號(hào)(郵編：300459)。E-mail:zhuysh2@cosl.com.cn。

1673-1506(2017)03-0107-09

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.03.018

P736.12

A

2016-10-18 改回日期：2017-01-22

朱友生.南海北部陸架邊緣區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型特征及分布規(guī)律[J].中國(guó)海上油氣，2017,29(3)：107-115.ZHU Yousheng.Features and distribution pattern of the geological hazards in the northern continental shelf margins of South China Sea[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(3):107-115.