（海洋地质专业论文）东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究.pdf

t ， _ l l i i i i i l l l y 1 8 2 8 6 1 1 1 8 m i i 4 i i + i i i 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得或其他教育机 构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：蝴乞访签字i i i i ：如，d 年6 月，) 日 一 ，一 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下 事项： 1 、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。 2 、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学u 中 国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社”用于出版和编入c n k i 中国知识资源总库， 授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：而码衫盏 导师签字： 友1 捣父 签字日期：2 。d 年月侈日 签字日期：别辉占月，多日 ， p 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 摘要 海底滑坡广泛发育于海底陆坡上，是改变海底地形地貌的主导因素，也是大 陆坡上沉积物往深海盆地搬运的重要方式。突发大规模的海底滑坡事件可能造成 海啸，给沿海地区居民的生命和财产带来巨大损失。因此近几十年来许多学者开 始研究海底滑坡分布、物质来源、形成机制以及演化模式，为人类的防灾减灾提 供科学依据。 东海海域是被动型大陆边缘，具有较陡的大陆坡，海底构造复杂，东海大陆 边缘发育大量的海底滑坡。然而，由于过去缺乏高精度、高分辨率的多波束水深 数据资料，因此，在东海陆坡海域尚未系统的对海底滑坡作基本形态特征分析与 机理探讨。 已有的研究表明，海底滑坡在地形上出现下列特征：在坡度剧烈变化处，有 弧形主陡坎，沿着主要陡坎的两侧向下延伸则会出现近平行的侧壁；或者在海底 峡谷侧壁和在较顺直的海底斜坡上突然出现圈椅状的陡坎或陡壁。本研究基于海 底滑坡的地形特征，使用目前较高精度的多波束水深地形资料，利用专业的商用 软件c a r i sh i p s 把离散的多波束水深数据进行网格化，构建高分辨率的海底数 字地形模型，绘制海底地形三维立体图和坡度图，以海底滑坡所呈现出的地形特 征来识别其发生的位置。识别出海底滑坡后，量测和计算滑坡坡度、主要陡坎高 度、滑坡发生的水深、滑坡面积与体积等。 识别结果显示，在东海中部陆坡共有1 0 2 处海底滑坡，面积大小由0 0 6 k i n 2 至1 5 5 1 k i n 2 不等；体积大小介于0 0 0 1 k i n 3 和1 9 4 2 k m 3 之间。估计还有许多地貌 形态特征不显著和规模较小滑坡未被计算在内体积最大的滑坡位于已发现海底 泥火山附近，海底滑坡的规模可能和泥火山发育有相关性。 根据统计可知，大部分海底滑坡发生在局部坡度小于2 0 。、水深在2 0 0 m 一 1 2 0 0 m 的海底；海底局部坡度与海底滑坡的规模具有较好的正相关性；海底滑坡 搬运的土层厚度平均为2 6 m 。 根据前人研究经验，作为海底滑坡分类参数的h l 值表明研究区海底滑坡发 i 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 育崩塌型、旋转型和平移型滑坡，而缺少流动型滑坡。崩塌型和旋转型滑坡主要 分布在海底峡谷谷壁及其附近海底；而平移型滑坡主要分布在开阔的非海底峡谷 陆坡区。 通过3 个非饱和土模型的土工离心模拟试验表明，研究区海底滑坡区附近发 育的泥火山，是海底斜坡失稳过程中孔隙气和孔隙水在压力差作用下，自海底下 向上逸出而形成的。土体含气通过影响土体的密度来影响土体的抗剪强度，而对 孔压随重力加速变化的斜率影响不明显。 通过s l o p e w 软件进行斜坡稳定性分析表明，研究区海底斜坡上末次冰期以 后形成的沉积层在地震烈度7 度下可能会发生斜坡失稳现象，在地震烈度6 度下 局部坡度超过3 1 0 海底斜坡沉积物可能会发生失稳滑坡，在静压力下，斜坡不会 发生失稳现象。 本论文主要创新点：1 、利用高精度多波束资料对东海中部陆坡的海底滑坡 进行系统识别和特征研究，并进行初步分类；2 、针对研究区土体含气的情况， 采用厌氧发酵法制备含气非饱和土，利用土工离心模拟试验进行斜坡失稳模拟研 究。 关键词：海底滑坡；东海；陆坡；地震；泥火山 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 i d e n t i f i c a t i o no fs u b m a r i n el a n d s f i d e sa l o n gt h e c o n t i n e n t a ls l o p eo f t h ee a s tc h i n as e aa n da n a l y s i so f f a c t o r sc a u s i n gs u b m a r i n e l a n d s l i d e s a b s t r a c t s u b m a r i n el a n d s l i d et h a tw i d e l yo c c u r so nt h ec o n t i n e n t a ls l o p ei so n eo ft h em a j o r f o r c e sw h i c ha f f e c tt h em o r p h o l o g yo fc o n t i n e n t a lm a r g i n , a n do n eo ft h em a j o r m e c h a n i s m so fs e d i m e n tt r a n s p o r tf r o mt h es h a l l o ww a t e rt ot h ed e e pb a s i n s u d d e n l a r g e - s c a l es u b m a r i n el a n d s l i d em a yt r i g g e rt s u n a m i ，c a u s i n gh u g el o s s e si np r o p e r t y a n dh u m a nl i f eo fc o a s t a lr e s i d e n t s t h e r e f o r e ，i ti si m p o r t a n tt oi n v e s t i g a t et h e d i s t r i b u t i o n , s o u r c e m e c h a n i s m sa n de v o l u t i o nm o d e lo fs u b m a r i n el a n d s l i d e s e a s tc h i n as e ai sap a s s i v ec o n t i n e n t a lm a r g h l , c h a r a c t e r i z e db yr i f t e d r o t a t e df a u l t b l o c k sa n ds t e e p e rc o n t i n e n t a ls l o p e t h u s ，t h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o ni ss u i t a b l ef o rt h e d e v e l o p m e n to fs u b m a r i n el a n d s l i d e h o w e v e r , i nt h ep a s ty e a r s ，d u et ol a c ko fh i g h r e s o l u t i o nm u l t i - b e a mb a t h y m e t r i cd a t a , s u b m a r i n el a n d s l i d e sa l o n et h ec o n t i n e n t a l s l o p eo ft h ee a s tc h i n as e ah a v e n o ty e tb e e ns y n t h e t i c a l l ys t u d i e do ni t s c h a r a c t 甜s t i c sa n dm e c h a n i s m t y p i c a lg e o m o r p h o l o g i cf e a t u r e s o fs u b m a r i n el a n d s l i d ec o n s i s to fa na r c u a t e h e a d s c a r p ，t w os u b - p a r a l l e ls i d e w a l l sa n ds o m e t i m e s 研ms l u m p e d m a t e r i a la p p e a ra t t h eb a s eo ft h el a n d s l i d es c a r t h i ss t u d yi sb a s e do ns e a f l o o rm o r p h o l o g yd e r i v e d f r o mt h em u l t i - b e a mb a t h y m e t r i cd a t a t h ed i s c r e e tm u l t i - b e a md a t aa r ei n c o r p o r a t e d i nt h ec a r i sh y d r o g r a p h i ci n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ( h i p s ) s o f t w a r ep a c k a g e sa n d 豇d d e d t h e nh i 曲r e s o l u t i o na i g i t a lt e r r a i nm o d e l sa r ec o n s t r u c t e d , s l o p em a p sa n d a r t i f i c i a lh i l l s h a d ei m a g e sc r e a t e da r eu s e dt oi d e n t i 匆t h el o c a t i o no fs u b m a r i n e l a n d s l i d e s a f t e rt h ei d e n t i f i c a t i o no fs u b m a r i n el a n d s l i d e ，v a r i o u sa s p e c t so ft h e 1 t l 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 f a i l u r e s f r a c t u r e s ，i n c l u d i n gl a n d s l i d ea r e a , r u n - o u td i s t a n c e ，t h eh e a d s c a r ph e i g h ta n d s l o p e ，a n da d j a c e n tl o c a lu n - f a i l e ds l o p eg r a d i e n t , a r em e a s u r e da n dt h er e l a t i o n s h i p s s t a t i s t i c a l l ya n a l y z e d m o r p h o m e t r i cs t a t i s t i c sg i v eu su s e f u li n s i g h ti n t os u b m a r i n e l a n d s l i d e s b a s e do no u ri n v e s t i g a t i o n , t h et o t a ln u m b e ro fs u b m a r i n el a n d s l i d e si d e n t i f i e di s10 2 ， a n dt h ea r e ao ft h ei d e n t i f i e dl a n d s l i d e sr a n g e sf r o mo 0 6 k m 2t o15 51 k i n 2 ，a n dt h e v o l u m eo ft h el a n d s l i d ei sb e t w e e no 0 0 1 k m 3a n d1 9 4 2 k m 3 ，a n da v e r a g e so 1 6 5 k i n 3 t h el a r g e s tl a n d s l i d ei sa p p r o x i m a t e l yc o n n e c t e dw i t ht h er e p o r t e dm u dv o l c a n o e s m o s tl a n d s l i d e so c c u ro nt h el o c a ls l o p e sl e s st h a n2 0 0 ，w i t ht h ed e p t ho f2 0 0 m 12 0 0 m t h e r ei sah i 曲c o r r e l a t i o nb e t w e e ns l o p eg r a d i e n ta n da r e a a n dt h e t h i c k n e s so fs l i d i n gl a y e ri sa p p r o x i m a t e l y2 6 mf o re a c hl a n d s l i d e a c c o r d i n gt o p r e v i o u sr e s e a r c he x p e r i e n c e ，s u b m a r i n el a n d s l i d e sc o u l db ec a t e g o r i z e db y t h eh l v a l u e t h es t a t i s t i cd a t as h o wt h a tm o s tf r e q u e n t l yo b s e r v e ds u b m a r i n el a n d s l i d e b e l o n gt os l u m p ，r o t a t i o n a ls l i d ea n dt r a n s l a t i o n a ls l i d ea n dt h a tt h e r ei s al a c ko f f l o ws l i d ei nt h es t u d ya r e a m o s ts l u m p sa n dr o t a t i o n a ls l i d e sa r ep r e s e n to nt h e s u b m a r i n ec a n y o ns y s t e m , a n dm o s tt r a n s l a t i o n a ls l i d e sa l eo b s e r v e do nt h eo p e n c o n t i n e n t a ls l o p e t h r e ec e n t r i f u g em o d e l l i n ge x p e r i m e n t so fu n s a t u r a t e ds o i l ss h o wt h a tt h ef o r m a t i o n o fm u dv o l c a n on e a rt h es u b m a r i n el a n d s l i d e si sf a c i l i m t e db yt h ep r o c e s st h a tt h e p o r eg a sa n dw a t e re s c a p eu n d e rt h ep r e s s u r ed i f f e r e n c ew h i l es u b m a r i n es l o p ei s u n d e ri n s t a b i l i t y t h eg a si nt h es o i lc o u l dh a v ee f f e c to nt h es o i ls t r e n g t hb ya f f e c t i n g i t sd e n s i t y , a n dh a v en os i g n i f i c a n te f f e c to nt h er a t eo ft h ew a t e rp o r ep r e s s u r ec h a n g e 谢也t h ei n c r e a s eo ft h eg r a v i t ya c c e l e r a t i o n b yu s i n gs l o p el w s o f t w a r e , t h er e s u l to fs l o p es t a b i l i t ya n a l y s i ss h o w st h a tt h e s e d i m e n t sd e p o s i t e di nt h es t u d ya r e aa f t e rt h el a s tg l a c i a lp e r i o da r eu n d e ri n s t a b i l i t y i nt h es e i s m i ci n t e n s i t yo f7d e g r e e s ，o ri nt h es e i s m i ci n t e n s i t y6d e g r e e sw i t hs l o p e 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 m o r et h a n3 1 。b u tt h es l o p ei ss t a b l eu n d e rt h es e l fg r a v i t y t h em a l i li n n o v a t i o i l s i nt h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e ：( 1 ) s u b m a r i n e1 a n d s l i d e si nt h e c o n t i n e n t a ls l o p ea r e ab e t w e e n2 7 。na n d3 0 。na r ei d e n t i f i e d ，s t a t i s t i c a l l ya n a l y z e d a n d p r e l i m i n a r i l yc a t e g o r i z e d ，b a s e d o i ls e a f l o o r m o r p h o l o g yd 萌v e df r o m m u l t i - b e a mb a t h y m e t r i cd a t a ( 2 ) c o n s i d e r i n gt h eg a sc o n t e n ti nt h es o i l ，t h es l o p e s t a b i l i t yi sa n a l y z e da n ds i m u l a t e di nt h ec e n t r i f u g em o d e lt e s to fs u b m a r i n e u n s a t u r a t e ds o i ls l o p e 谢t hs o i ls a m p l e sp r e p a r a t i o nu n d e rt h ea n a e r o b i cc o n d i t i o n k e yw o r d s ：s u b m a r i n el a n d s l i d e ；e a s tc h i n as e a ；c o n t i n e n t a ls l o p e ； e a r t h q u a k e ；m u dv o l c a n o v 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 目录 l 绪论1 1 1 研究意义。1 1 2 海底滑坡的研究现状2 1 2 1 海底滑坡实例2 1 2 2 海底滑坡调查方法3 1 2 3 海底滑坡类型4 1 2 4 海底滑坡影响因素研究7 1 2 5 海底滑坡空间研究j ：9 1 2 6 海底斜坡稳定性评价1 1 1 2 7 考虑地震因素的海底斜坡稳定性分析1 2 1 - 2 8 海底滑坡演化分析1 4 1 2 9 基于土工离心机的深海滑坡模型实验1 5 1 2 1 0 我国研究现状1 5 1 3 论文开展的研究工作1 6 2 区域背景概况1 8 2 1 研究区位置1 8 2 2 研究区水文特征1 9 2 2 1 黑潮1 9 2 2 2 台湾暖流1 9 2 2 3 对马暖流2 0 2 2 4 黄海暖流2 0 2 2 5 沿岸流2 0 2 2 5 1 黄海沿岸流2 1 2 2 5 2 浙闽沿岸流2 1 2 3 研究区及邻近海域表层沉积物特征2 1 2 4 研究区地形地貌特征2 4 2 4 1 堆积型陆坡斜坡2 4 2 4 2 侵蚀堆积型陆坡斜坡2 4 2 4 3 断阶型陆坡斜坡2 5 2 4 4 陆坡断块台地2 5 2 4 5 海底峡谷2 6 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 2 5 研究区构造特征2 7 2 6 东海现代应力场和地震活动2 9 2 6 1 现代应力场2 9 2 6 2 地震活动2 9 3 研究区海底滑坡的分布特征3 1 3 1 概述3 1 3 2 资料来源及处理3 3 3 2 1 资料来源3 3 3 2 2 数据预处理3 3 3 2 2 1 浅水多波束数据预处理3 3 3 2 2 2 深水多波束数据预处理3 4 3 3 海底滑坡的识别及方法3 5 3 4 海底滑坡特征参数测量与计算3 8 3 4 1 测量与计算3 8 3 4 2 海底滑坡面积确定3 8 3 4 3 海底滑坡体积确定3 9 3 5 海底滑坡数量、规模3 9 3 6 海底滑坡位置和深度4 1 3 7 滑坡区海底坡度、陡坎高度和滑移距离4 3 3 8 海底滑坡体积与搬运沉积物厚度4 4 3 9 海底滑坡分类4 5 3 1 0 泥底辟4 9 3 1 1 小结5 1 4 海底斜坡失稳破坏离心模拟试验研究5 2 4 1 概述5 2 4 2 土工离心模拟试验国内外发展状况5 3 4 3 土工离心模拟试验原理5 4 4 4 土工离心模拟试验设备装置5 6 4 4 1 离心机5 6 4 4 2 监测方法5 7 4 4 3 模型箱5 9 4 4 4 模型斜坡准备6 0 4 4 4 1 含气土样制备概述6 0 4 4 4 2 厌氧发酵6 2 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 4 4 4 3 含气土体制各方法及过程6 3 4 4 4 4 削坡6 4 4 5 离心模拟试验结果6 5 4 5 1 模型1 6 5 4 5 2 模型2 7 1 4 5 3 模型3 7 8 4 6 离心模拟试验结果分析8 6 4 6 1 饱和度和土体抗剪强度、基质吸力关系8 6 4 6 2 土压力和孔隙水压力关系8 9 4 6 3 气体对斜坡失稳破坏模式的影响9 3 4 7 小结9 8 4 7 1 含气土样的制备9 8 4 7 2 土工离心模拟试验9 9 4 7 3 气体封闭式非饱和土性质9 9 4 7 4 海底斜坡破坏模式1 0 0 5 东海陆坡稳定性的极限平衡分析1 0 1 5 1 基本理论和方法1 0 1 5 1 1 海洋土的抗剪强度1 0 1 5 1 2 极限平衡法评判斜坡稳定性1 0 2 5 1 3s l o p e w 分析软件1 0 4 5 2 东海陆坡稳定性评价参数1 0 4 5 2 1 沉积物结构特征1 0 5 5 2 2 浅表层沉积物物理力学性质1 0 7 5 2 3 地震动峰值加速度1 0 7 5 3 稳定性分析结果1 0 7 5 4 小结1 1 3 6 结论和研究展望1 1 5 6 1 结论1 1 5 6 2 本文主要创新点1 1 6 6 3 研究展望1 1 6 附录a 东海中部陆坡海底滑坡统计表1 3 0 致谢1 3 5 在学期间发表的学术论文1 3 6 i i i 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 1 绪论 1 1 研究意义 海底滑坡是指海底岩土体受海洋环境动力( 如：浪、潮和流) 和内动力地质 作用( 如：地震、断裂、火山活动) 等多种因素综合影响下发生失稳破坏，并在 自身重力作用下向下坡方向运动( 滚动、滑动和流动) 的地质现象( 李本川等 1 9 9 2 ；杨子庚，2 0 0 0 ；胡光海等，2 0 0 4 ；h a m p t o ne ta l ，1 9 9 6 ；l o c a te ta l ，2 0 0 2 ； p r i o re ta l ，1 9 7 9 ) 。 大陆斜坡海底滑坡研究是目前海洋地质研究领域的热点之一( p r i o re ta l ， 1 9 7 9 ；s a x o v ，1 9 9 0 ；李本川等1 9 9 2 ；杨启伦，1 9 9 4 ；m u l d e re ta l ，1 9 9 6 ；h a m p t o n e ta l ，1 9 9 6 ；杨子庚，2 0 0 0 ；g a r d n e re ta l ，2 0 0 0 ；l y k o u s i se ta l ，2 0 0 0 ； l o c a te ta l ，2 0 0 2 ；胡光海等，2 0 0 4 ；t h i e me ta l ，2 0 0 6 ) 。这归因于以下几 个原因：海洋油气资源的开发利用已开始向深水陆坡区推进，陆坡工程设施日 益增多和小滑坡引起的破坏事件频繁发生，人们意识到加强陆坡海底滑坡及其稳 定性研究的重要性( m u l d e re ta l ，1 9 9 6 ；杨启伦，1 9 9 4 ) ；随着全球气候逐 渐变暖，人们已经关注到深海环境对自然气候变化很敏感例如，在过去的十 年里，地中海东部深水水体温度上升超过o 5 。c ( d e l l ae ta l ，2 0 0 3 ) ，海水温 度升高促使天然气水合物分解和释放，引发规模较大的海底滑坡，诱发海啸，对 近海地区的生命财产造成威胁( t h i e me ta l ，2 0 0 6 ) ；自从二十世纪九十年代 初以来，多波束测深技术、高精度d g p s 定位技术以及高分辨率的地震探测技术得 到迅速发展，为海底测量提供了全新的高精度、高分辨率的数据源，为详细研究 陆坡海底滑坡成为可能( o r a n g ee ta l ，1 9 9 9 ；李家彪等，1 9 9 9 ；m c a d o oe ta l ， 2 0 0 2 ；周兴华等，2 0 0 2 ) , 海底滑坡是大陆坡最重要的一种地质过程，将陆架 上大量的沉积物运移到深海盆地，由于在深海古砂层中发现了碳氢化合物，人们 意识到海底滑坡的分布对评估深海区碳氢化合物储量的重要性( m i e n e r te ta l ， 2 0 0 2 ) 。 东海陆坡的高沉积速率、活动构造发育( 特别是张性断裂发育) 以及沉积物 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 中含气构造丰富的特征( 孟宪伟等，2 0 0 0 ；y i ne ta l ，2 0 0 3 ) ，与挪威海和墨西 哥湾等海底滑坡普遍发育的地区有极大的相似性。但长期以来，东海的海底滑坡 研究一直没有引起足够的关注，这在很大程度上归因于大面积详细的水深地形等 资料严重缺乏。“九五”以来，我国加强了对陆架及其邻近海区的调查力度，尤 其是在引进多波束海底地形测量技术以来，高精度、全覆盖的地形资料的获得成 为可能，这为东海陆坡海底滑坡的研究提供了契机。希望通过本文的研究，能够 加深对东海陆坡海底滑坡的认识，为未来在东海深水油气合理开发提供参考。 1 2 海底滑坡的研究现状 1 2 1 海底滑坡实例 早在1 9 世纪后期，人们就已经注意到了海底滑坡的存在。1 8 9 7 年m i l n e 列 举了1 6 1 6 - - 1 8 8 6 年，由于地震、火山爆发等引起的3 3 3 次海底滑坡事件，其中 电缆多次遭破坏( s a x o v ，1 9 9 0 ) 。海底滑坡造成人类生命财产损失的实例不计其 数，下面列举几个学术文献经常讨论的实例。 1 9 2 9 年1 1 月，在加拿大纽芬兰以南约2 5 0 k m 处发生了震级为7 2 的地震， 触发了一次巨大海底滑坡，大约2 0 0 k i n 3 的海底土体发生了滑移，并引发了海啸。 滑坡导致刚刚新建的跨大西洋海底电缆1 2 处断裂( h a m p t o ne ta l ，1 9 9 6 ) 。 1 9 6 4 年3 月2 8 日，美国阿拉斯加南部的威廉王子海峡发生了一次巨大地震， 震级为里氏9 2 级。地震造成海岸线变动和大面积海底运动，还引发了海啸。海 啸每隔1 1 5 小时袭击一次海岸。最大海啸产生在半夜，又正值当地海潮之时， 在瓦尔迪兹的入海口处，海啸波高达3 0 多米；到达湾顶时其波峰倒卷，巨浪高 达5 0 多米；到达科迪亚克岛时为2 0 多米。此次滑坡阿拉斯加受灾最重，1 3 0 余 人丧生，财产损失约5 4 亿美元。海啸波及到美洲的太平洋沿岸、夏威夷和日本， 直至南极，均有不同程度的损失( h a e u s s l e re ta l ，2 0 0 8 ) 。 1 9 6 9 年卡米尔飓风( h u r r i c a n ec a m i l l e ) 所诱发的水下土体滑动造成美国密 西西比三角洲南7 0 通道3 座钢平台破坏，其中b 平台翻倒并沿斜坡向下滑出3 0 m ， 造成l 亿多美元的损失( p r i o re ta l ，1 9 8 2 ) 。 2 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 1 9 7 3 年至1 9 7 9 年我国“渤海湾二号 钻井平台因海底滑坡发生一次倾斜下 沉，9 次滑倒，造成了严重经济损失( 杨启伦，1 9 9 4 ) 。 1 9 7 9 年1 0 月，一场大雨导致了法国尼斯国际机场附近的利古里亚滑坡，一 堆沉积物向下滑行数百公里至v a r 海底峡谷，最终进入利古里亚深水盆地。直接 后果是建筑物被摧毁、海底电缆被扯断，滑坡还引发了一场小型海啸袭击了安提 比斯湾( d a ne ta l ，2 0 0 7 ) 。 1 9 9 8 年7 月，巴布亚新几内亚附近的一次海底地震引发了一次海底滑坡， 此次滑坡又带来了一次海啸，海啸掀起高达1 5 米的浪涛蹂躏了这个岛国2 0 公里 的海岸线，致使2 2 0 0 人失去生命( t a p p i ne ta l ，1 9 9 8 ) 。 2 0 0 2 年1 2 月3 0 日，意大利斯特龙博利岛上的火山山体滑坡，一大块山体 滑落进伊奥利亚海，造成1 0 米高的海啸，席卷了1 0 0 公里以外m i l a z z o 港口里 停泊的油轮( t i n t ie ta l ，2 0 0 1 ) 。 2 0 0 6 年1 2 月2 6 日，吕宋海峡海底滑坡造成海底光缆断裂( h s ue ta l ，2 0 0 9 ) ， 中断了中国大陆、香港、台湾之间的互联网络，严重影响泰国、马来西亚、越南、 南朝鲜和新加坡的通讯长达1 2 小时，造成的经济损失比较大。 目前研究比较详细的滑坡是挪威海的s t o r e g g a 滑坡( s o l h e i m ，2 0 0 5 ) 。该 滑坡大约发生在8 2 0 0 年前，是世界上比较大的滑坡之一，影响面积约为 1 1 2 5 0 0 k m 2 ，被搬运掉的体积约为5 6 0 0 k m 3 。在格陵兰岛和挪威沿岸找到当时发生 海啸证据。 1 2 2 海底滑坡调查方法 由于人们难以直接观察到海底滑坡过程( 尤其是在恶劣的海况下) ，因此， 对海底滑坡的研究绝大多数是事后，借助于声学和地质学调查设备，依靠海底形 态学和沉积物变形来鉴别。近几十年以来，随着科学技术的进步，尤其是声学探 测设备如高精度高分辨率的多波束测深系统、高分辨率的地层剖面仪系统和旁扫 声纳系统的利用，使获得准确详细的海底地形地貌和剖面资料成为可能。利用这 些声学资料并结合海底取样所获得的信息就可以分析海底滑坡的性质和分布状 况。 3 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 代表当今海洋测量技术发展水平和趋势的多波束测深系统为人们提供了直 观的海底地貌形态一如海底冲沟、海底基岩露头和各种尺度的陡坎地形等；同时 还可以定量分析海底微地貌形态特征一如海底滑坡体体积和坡度的精确计算。利 用同步采集的反向散射强度数据可研究测量区域的海底沉积物分类及其分布规 律。因此，利用多波束数据可以精确地研究海底滑坡地形微地貌特征和沉积物空 间分布特征，可以充分揭示海底斜坡失稳过程的许多信息( m c a d o oe ta l ，2 0 0 0 ) ， 如，海底滑坡机理和沉积物搬运机理。 旁扫声纳技术在海底滑坡地形的辨别上证明是很有价值的( h a f l i d a s o ne t a l ，2 0 0 4 ；h u a n e r b a c he ta l ，2 0 0 4 ；c a n a l se ta l ，2 0 0 4 ) 。例如，在欧洲陆 架斜坡稳定性研究项目的实施过程中，甄选了8 处不同纬度地理环境下的海底滑 坡进行研究，其中7 处使用了不同型号的深拖旁扫声纳系统进行了调查。旁扫声 纳记录海底反射回来的连续信号强度，反映了海底物质的相对粗糙度，是连续的 声图谱。 地层剖面仪系统能探测海底以下沉积物性质和结构的变化。高分辨率的地层 剖面仪能穿透几十米至几百米，其纵向和横向的分辨率都比较高( m c a d o oe ta l ， 2 0 0 0 ；l e ee ta l ，2 0 0 2 ；c a n a l se ta l ，2 0 0 4 ) 。为了避免声波能量在水体传播 过程中发生衰减和干扰，一般采用深拖或者把探测系统安装上r o v 贴近海底进行 探测。有些剖面仪( 如e d g e 3 2 0 0 和t o p a s ) 采用参数相干原理，精度可以达到 1 0c m ，在深海沉积和浊流沉积环境可以穿透2 5 0m 。自1 9 7 5 年壳牌公司首次在 北海开展1 6k 2 面积的三维地震勘探以来，三维地震技术以其获取海底面以下 地层资料信息量大、真实、准确等优点而被普遍应用于石油勘探开发，近几年也 开始应用于海底斜坡不稳定性及滑坡研究( m a r s s e t ，2 0 0 4 ) 。 其他调查设备，如水下摄像技术，也曾应用于海底滑坡调查。由于海底滑坡 地形上部往往悬浮一层细颗粒物质影响光波有效传播，致使调查效果不理想而不 能被广泛应用( b o e a ，2 0 0 0 ) 。 1 2 3 海底滑坡类型 在学术文章中“海底滑坡 这个术语是一个比较广泛的概念，包含重力作用 4 东海陆坡海底滑坡识别及致滑因素影响研究 造成的一切海底物质运动，从岩崩到各种跌落和滑动，直至高密度泥流。 d o t t ( 1 9 6 3 ) 最早对海底滑坡进行了分类：塌陷、滑动、块状流和浊流( 胡 光海，2 0 0 4 ) 。后来m o o r e ( 1 9 7 7 ) 修改v a i n e s l 9 5 8 年提出的陆地滑坡分类方案， 根据物质状态细分为塌陷、滑动和流动。2 0 0 2 年，l o c a t 修改了i s s m g e 技术委 员会陆地滑坡分类方案，根据运动机理把海底斜坡不稳定性分为5 种基本类型： 滑动( s l i d e s ) 、倾倒( t o p p l e s ) 、扩张( s p r e a d s ) 、坠落( f a l l s ) 和流动( f l o w s ) 。 滑动进一步细分为旋转滑动和平移滑动，坠落和流动可以细分为崩流、碎屑流和 泥流，进一步演变为浊流。 2 0 0 4 年，c a n a l 等人总结了以前分类方案的不足之处，根据海底斜坡破坏变 形方式分为5 种不同类型：蠕变( c r e e p i n g ) 、岩崩碎屑崩落( r o c kf a l l s d e b r i s a v a l a n c h e s ) 、平移滑坡滑动( t r a n s l a t i o n a ls l i d e s 9 1 i d e s ) 、碎屑流( d e b r i s f l o w s ) 和泥流( m u df l o w s ) 。 蠕变是指海底斜坡在一定外力的作用下发生缓慢地、持续地、长期不可逆转 的变形，常发生于粘性土海底。蠕变可能演变为滑动或塑性流，是海底斜坡倾于 发生破坏的前奏( 胡光海等，2 0 0 4 ) 。地中海埃布罗河三角洲前缘斜坡和亚得里 亚海内陆架中区变形带有比较典型的蠕变迹象，该区上部地层剖面记录普遍呈现 为波纹状( c a n a l se ta l ，2 0 0 4 ；m a r s s e te ta l ，2 0 0 4 ) 。在其他海底斜坡区也 有类似的现象( l e ee ta l ，2 0 0 2 ；b o e ae ta l ，2 0 0 0 ) 。 在局部近于直立的海底斜坡区，如海底滑坡上部边缘的陡坎处，失稳的岩石、 泥或砂砾会自由地向下迅速滑动和崩落。c a n a l s ( 2 0 0 4 ) 等人把这种现象定义为 岩崩或碎屑崩落。除此之外，岩崩碎屑崩落还发生在海沟壁和海山翼部。 海底滑坡最普遍的类型是失稳岩土体的块体滑动。典型的海底滑坡系统一般 由3 个部分组成( 图1 - 1 ) ：上部的滑坡源区，发育裂隙带，构成许多阶梯状张 裂隙断层和断壁陡坎。中部滑坡沉积物的输送区。下部滑坡体的堆积区，受 到挤压作用形成褶皱，表面呈现出挤压迹象；滑坡体的边缘形成上凸的陡缘；滑 坡体的外侧常有从滑坡体上分离出来的块体、次级剪切面和变形的碎屑流动构造 ( h a n p t o n ，1 9 9 6 )