（海洋地质专业论文）乐东221151油气管线路由区工程地质灾害研究.pdf

乐东2 2 1 1 1 5 1 油气管线路山区工程地质灾害研究 乐东2 2 一i i i5 1 油气管线路由区工程地质灾害研究 摘要 2 l 世纪是“海洋开发的时代”，随着社会的发展与进步，人类将工程建设的中心转移到 了海洋。浅海石油的勘探开发，通讯电( 光) 缆、油气管线的铺设等项目都要求对工程场址 或路由进行细致的地质灾害研究，预防可能发生的各种海洋灾害。 乐东2 2 1 1 5 1 预定路由管线位于北部湾南部陆架，该区油气资源丰富，海上平台、海 底管线数量众多，许多学者都对该区的地质灾害进行过大量的研究工作，但将各种灾害性 地质现象同海底管道稳定性结合起来的研究较少。本文在各种工程报告、论文、资料的基 础上，分析预定管线路由区的工程环境和底质特征，研究了可能影响管线稳定性的不良的 工程地质现象，包括活动性沙波，海底滑坡等，同时对海底管线铺设后可能发生的管线冲 刷和悬跨问题进行了预测。本文的研究内容对未来海底管道的规划和施工具有一定的指导 意义。 按照地形地貌、底质和沉积环境特征将研究区由陆向海方向依次划分为近岸平坦区， 中部强冲刷剥蚀区和平台平坦区。在中部强冲刷剥蚀区，距岸1 2 k n r - 1 5 k m 的区域广泛分布 大型沙丘和小型沙波，前期调查报告定义该区为沙波区，由测年资料可知该区大型沙丘为 残留地貌，形成时代大约在距今8 0 0 0 年：距岸4 0 k m - 4 2 k n v 和6 8 k r n - 7 5 k m 两处区域发育走向大 致垂直于管线的硬脊，前期调查报告定义该区为硬质海底区，由测年资料可知其为晚更新 世河湖沉积粘性土在第四纪海侵过程中的侵蚀残余。沙波区和硬质海底区地形变化复杂， 为不良的工程地质区域。硬质海底区由于分布规模较小，管线可考虑在底形平稳处绕过该 区，但沙波区分布规模较大，管线无法避让，因此沙波区是本文研究的重点区域。 由沙波区沙波的形态和浅部地层特征分析可知，该区沙波活动性较强。在常态条件下， 研究区以小型沙波的迁移为主，迁移速率较慢，约为0 2 m a ，对海底管线影响不大。在台 风等极端气候影响下，中小型沙波移动速率骤增，最大可达l m h 5 m h ；大型沙丘表面松 散砂层( 活动层) 的移动性增强，在活动砂体发生迁移的部位则可能出现冲蚀凹坑或沟槽， 通过计算与类比研究表明，沙波区底床冲刷深度约为0 4 m ，在台风等极端气候影响下可达 1 o m 。小型沙波的快速移动与冲蚀凹坑的出现都可能产生管线悬跨，威胁管线安全。海底 冲刷与沙波移动造成的海底管线悬跨长度在1 5 m 4 0 m 之间，在沙波区预定路由的少数区 段大于海管容许悬跨值，海管可能发生位置错动、破裂、折断的危险。特别在极端天气影 响下，这种危险性增大。为了管线安全，设计路由最好选在沙丘背水坡侧沟槽内穿过，且 1 1 l 乐东2 2 i 1 5 1 油气管线路山区t 程地质灾害研究 铺设过程中加大挖沟深度。 研究表明在研究区斜坡带( 距岸l o k m - 1 2 k m ) 海底土体比较稳定，但不排除在地震或 极端气候影响下发生滑坡的可能。 关键词：海南乐东；油气管线；工程地质灾害；活动沙波；冲刷悬跨 i v 乐东2 2 - 1 1 1 5 1 油气管线路由区工程地质灾害研究 r e s e a r c ho nt h eh a z a r d so fe n g i n e e r i n gg e o l o g ya b o u tt h e r o u t eo fl e d o n 9 2 2 1 1 5 1p r o p o s e dp i p e l i n e a b s t r a c t t h e2 1c e n t u r yi st h em o s td e v e l o p m e n tt i m eo f t h e e x p l o i t a t i o no f t h eo c e a n t h e f o c u so f t h ec o n s t r u c th a sb e e nt r a n s f e r r e do nt h eo c e a n , g o i n gw i t ht h ed e v e l o p m e n t a n da d v a n c e m e n to f t h es o c i e t y m o r ea n dm o r ep r o j e c ti nt h eo c e a nt ob ee x p l o r e d n e e dr e s e a r c ho nt h ee n g i n e e r i n gg e o l o g ya n dh a z a r d o u sg e o l o g ye n v i r o n m e n t s , i n o r d e rt op r e v e n ta l lk i n d so f t h eo c e a nh a z a r d s t h ep r o p o s e dp i p e l i n eo f t h el d 2 2 - 1 1 5 1l i e so nt h es h e l f i nt h eb e i b ug u l i nt h e y i n g g e h a i ，o i la n dg a sr e s o u r c ed e v e l o p m e n ta r g aw e r em a d e m a n ys c h o l a r sh a v e c a r r i e dt h r o u g hl o t so f t h es c i e n t i f i cr e s e a r c hi nt h i sa r e a b u tt h er e s e n r e hi sl a c k , w h i c hc o m b i n et h eh a z a r d o u sg e o l o g yw i t ht h es t a b i l i t yo f t h ep i p e l i n e b a s e do nl o t s o f e n g i n e e r i n gr e p o r t sp a p e ra n dd a t a , a c c o r d i n gt od y n a m i cc o n d i t i o na n ds e d i m e n t c h a r a c t e r i s t i c s ，t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r ss u c ha st r a n s f e r r e ds a n dw a v e s ，s u b m a r i n e l a n d s l i d e , b u r i a lc h a n n e la n ds h a l l o wg a s ，a r ed i s c u s s e di nt h ep a p e r a tt h es a n l et i m e , t h ef o r e c a s ti sm a d ea b o u tt h ee r o s i o na n ds u s p e n d e ds p a no f t h e p i p e l i n e t h e r e s e a r c hc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n si nt h ep a p e ra r ei m p o r t a n tt ot h ep r o g r a m m i n ga n d c o n s t r u c t i o no f f u t u r e p i p e l i n e b a s e do nt h es i d es c a ns o n a rr e c o r d s , t h ee x p o r tp i p e l i n er o u t ec o u l db ed i v i d e d i n t ot h r e es e c t i o n s ，f r o ml a n dt os e at h e ya r eo f f s h o r ef i a ts e c t i o n ；e r o d e ds e c t i o no f t h em i d d l er o u t e ；f i a ts e c t i o nn e a rp l a t f o r m i nt h es e c o n ds e c t i o n ，t h ea r e aw h i c hi s 1 2 k m - 1 5 k mo f r s h o r ei sc a l l e ds a n dw a v ez o n e ，w h e r es a n dd u n e sa n ds a n dw a v e sa r o b e s t r e w e d n 柠a r e aw h i c hi s4 0 k m - 4 2 k ma n d6 8 k i n 7 5 k i no f fs h o r ei sc a l l e dh a r d s e a b e dz o n e , w h e r es t i f fr i d g e sa r eb e s t r e w e d a c c o r d i n gt ot h ea g ed a t i n g , t h es t i f f r i d g e sa r er e m n a n to ft h ec l a ys o i lw i t hr i v e rf a c i e sw h i c hd e p o s i ti nt h el a t e p l e i s t o c e n ee p o c h t h el a n d f o r mi sc o m p l e xo nt h es a n dw a v ea n dh a r ds e a b e dz o n e , w h i c hi sb a de n g i n e e r i n g t h ep i p e l i n ew i l lt r a v e r s et h eh a r ds e a b e dz o n eb o e a n s ei ti s as m a l la r e a , a n dt h ep i p e l i n ec a n tt r a v e r s et h es a n dw a v ez o n eb e c a u s et h e v 乐东2 2 1 1 5 i 油气管线路山区工程地质灾害司f 究 d i m e n s i o ni sl a g e r s ot h ee m p h a s e sa r em a d eo nt h es a n dw a v ez o n e b a s i so nt h ec o n f i g u r a t i o na n dt h es h a l l o ws t r a t u ml a y e rc h a r a c t e r , t h ec o n c l u s i o n w h i c ht h ea c t i v i t yo ft h es a n dw a v e si si n t e n s i v ei sm a d e i nt h eu s u a ls t a t e , t h e m o t i o no f t h el i r l es a n dw a v ei sd o m i n a t e d ，a n dt h em i g r a t i o nr a t ei sa b o u t0 2 m a i n t y p h o o ns t a t e , t h em o t i o no ft h el o o s es a n di ss t r e n g t h e n , a n dt h em o v e m e n ts p e e d i n c r e a s e df a s t w h i e l lw i l lb ef r o ml m ht o5 m h t h em o v e m e n to f 也el o o s es a n dw i l l i n d u c et h ef o r mo ft h ee r o s i o nr u ta n dt r o u g h t h er u ta n dt r o u g h ，a n da l s ot h e t r a n s f e r r e ds a n dw a v e sw i l li n d u c et h es u s p e n d e ds p a no ft h ep i p e l i n e b yc a l c u l a t i n g w i t ht h ee q u a t i o na n da n a l o g ya n a l y s i s ，t h ed e p t ho ft h ee r o s i o ni sa b o u t0 4 m ，a n d w i l lb e1 0 mw h e nt h eb a dw e a t h e ri n f l u e n c e st h ea r e a t h el e n g t ho ft h es u s p e n d e d s p a nw i l lb e1 5 m 3 5 m , t h a tl e s st h a nt h el e n g t hw h i c ht h ep i p e l i n ec a r le n d u r e i n o r d e rt or e c e d et h ei n f l u e n c eo ft h eb a dw e a t h e r , t h es u g g e s t e dp i p e l i n er o u t i n gn e e d s t oc h o o s et h es a n dd u n et r e n c h ，o nt h eo t h e rh a n di ti ss u i t a b l et oc h o o s et h es t e e p s l o p es i d ei nt h es a n dd u n e t h ed e e p e rt h et r e n c hi st h eh i g h e rs a f e t yo f t h ep i p e l i n e a sl o n ga st h ed e p t ho f t h et r e n c hi sl e s st h a nt h eh e i g h to f t h es a n dw a v e ，i tw i l ln o t b ea b l et op r o d u c et h ep i p e l i n ef r e es p a ni nt h en e a rf u t u r e i ns t u d ya r e aw h i c hi s1 0 k m - 1 2 k mo f fs h o r e , t h e r ei sd e p o s i t e dl o o s e - s a t u r a t e d m u c i l a g ef i n es a n di nt h es t e e ps l o p eb e l ti ta l s oe x i s tt h ep o s s i b i l i t yo ft h el a n d s l i d e o fu n c o n s o l i d a t e ds e d i m e n t t h ei n v e s t i g a t i o nr e v e a l st h a tt h es o i lb o d yi ss t a b i l i t y , b u tw ec a n te l i m i n a t et h ep o s s i b i l i t yo ft h es u b m a r i n el a n d s l i d e i na d d i t i o n ，t h e b u r i a lc h a n n e l sa n ds h a l l o wg a s e sd i s t r i b u t en e a rt h ep l a t f o r ma r e a , w h i c hm a ya f f e c t t h es t a b i l i t yo fp i p e l i n e s e d i m e n t si n f i l lw i t h i nb u r i a lc h a n n e li sc l a y - s i l t - f i n es a n d w h i l et h a ta r o u n dc h a n n e li ss t i f fc l a y , d i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n tm a yh a p p e nb e c a u s eo f t h ed i f f e r e n te n g i n e e r i n gp r o p e r t i e sb e t w e e nt h es e d i m e n t si na n da r o u n dt h ec h a n n e l s b e c a u s et h ed e p t ho fb u r i a li sd e e p e r , t h e yc a l l ti n f l u e n c et h ep i p e l i n ei nt h en e a r f u t u r e b u tt h es e r i e s d e t e c t i o ns h o u l db em a d ei nt h ea r e aw h e r et h eb u r i a lc h a n n e l s a n ds h a l l o wg a s e sd i s t r i b u t ei nc o i n c i d e n c e k e y w o r d ：h a i n a nl e d o n g ；s u b m a r i n ep i p e l i n e ；h a z a r d o u sg e o l o g y ；s a n dw a v e m i g r a t i o n ；e r o s i o na n ds u s p e n d e ds p a n v l 乐东2 2 1 1 5 1 油气管线路由区工程地质灾害研究 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，也不包含未获得注i 垫没直墓他霞要挂剔直明 的：奎拦豆窒2 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：亭彩叫签字日期：御年月l j 日 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，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本人授权学校可以将学 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。( 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：之琳 i 签字日期：词年月日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： n 导师签字：芝迂臣疋 签字日期：凇哕年月fe l 电话： 邮编 乐东2 2 1 i 5 i 油气管线路由区- t 程地质灾害研究 0 前言 0 1 研究意义 灾害是客观存在的自然现象，其规模、波及范围、能量、种类及其出现频率是不同的。 在联合国灾害管理培训教材中，被定义为：“自然或人为环境中，对人类生命、财产或活动 等社会功能的那种严重的破坏，它引起普遍的人类、物质或环境损失，这些损失超出了受影 响社会只利用它本身的资源加以应付的能力”。在灾害管理手跚中，被定义为：“灾害是 一种突发的或逐渐积累的自然或人为事件，它的侵害是如此之严重，以至于受影响的社 会必须对它采取专门的对策。 2 l 世纪是“海洋开发的时代”，随着社会的发展与进步，人类对海洋开发日趋频繁， 已逐步将工程建设的中心转移到了海洋。浅海石油的勘探开发、通讯电( 光) 缆的铺设、 油气管线的选择等项目都要求对工程场址或路由进行细致的调查和评价。海洋灾害地质学 就是随着海洋油气资源的大规摸开发和各种海洋工程的迅速发展而建立起来的一门新的 边缘学科，其理论与实践已获得广泛的应用，并取得了丰硕的成果，成为海洋开发工程中 减灾、防灾的有效手段。 我国频临西北太平洋，拥有辽阔的领海和1 8 0 0 0 公里长的海岸线，北部湾则在这漫长 海岸线的西南端，它区位得天独厚，拥有众多天然良港，有着丰富的渔业和海洋植物资源。 在其南部的莺歌海盆地，是一个快速沉降的超高压盆地。盆地内天然气和石油资源丰富， 自1 9 9 5 年起东方1 - 1 、昌南、乐东等大气田相继被证实在开发利用这些海底资源时，需 要详细了解该区影响海上平台和海底管线安全的各种海底不稳定因素。该项工作是海洋开 发建设不可缺少的前期工程，对于保证海上生产安全，保证海洋设施的完整，使国家财产 免受损失具有重要的实际意义。 0 2 研究现状 国外自6 0 年代末开始海洋地质灾害的研究和防治，美国地质调查学者c a r p e n t e r ，最 早对大西洋外陆架进行地质灾害研究，按灾害工程的危害性将其划分为两大类，一类为地 质灾害因素( g e o h a z a r d a s ) ，系指给海洋工程造成意想不到的巨大损失的地质因素，如 浅层气，活动断层，海底滑坡等；另一类为限制性地质因素( c o n s t r a i n t s ) ，主要指对 乐东2 2 1 ，1 5 - 1 油气管线路由区t 程地质灾害研究 海上工程产生一定威胁，给海底施工带来一定困难得地质因素，如埋藏古河道，沙波迁移 等。 我国海洋地质灾害研究在7 0 年代初刚刚起步，逐渐引起我国科研工作者的重视是在 8 0 年代初。原地矿部在8 0 年代初派出“海底不稳定性技术考察组”对美国东西海岸及墨 西哥湾等不同环境条件下海底地质灾害的调查仪器、方法、成果等进行了详细调研，引进 有关仪器设备、技术方法后才逐渐开展起区域性海洋灾害地质和工程地质调查工作。他们 首先选择了石油天然气远景很好珠江口盆地中部开展了1 2 0 万比例尺国际分幅的海洋工 程地质调查。薛万俊，刘宗惠等( 1 9 8 8 ) 完成了南海珠江盆地海洋工程地质调查报告，判 断和识别该海区由海底至1 0 0 0 米深的范围内存在的诸如浅断层、滑坡体、埋藏古河道、 浅层高压气、移动性沙波、塌陷、风暴凹槽等等潜在的地质灾害因素，陈俊仁( 1 9 9 6 ) 通 过调查所获各种资料进行综合研究，并讨论了他们的成因机制与分布规律，提出防避灾害 事件的具体措施。 预定管线路由区位于南海北部湾海域，有不少学者和机构对该区的工程地质特征和灾 害地质因素进行了研究： 杨木壮，梁修权，王宏斌，陈俊仁( 1 9 9 6 ) 对南海北部湾的工程地质特征进行了研究， 他们认为北部海湾油气开发区具有近岸、水浅等优越自然条件，但海底地形地貌较为复杂， 存在潮流沙脊与潮沟、海底沙波、埋藏古河道、浅层气、埋藏古陡坡、滑塌断层及可能的 沙土液化层等潜在的灾害地质因素，对海上构筑物存在直接或潜在的危险性。 中国海洋大学科研人员自2 0 0 3 年起多次对距离研究区较近的东方卜1 油气管线路油 区进行了管线后调查工作。他们利用丰富的物探、钻孔资料，详尽的掌握了该区的地形地 貌特征以及影响该区的灾害性地质因素。通过对台风作用该区前后物探资料的对比，初步 了解了极端气候条件对沙波沙脊的影响，并积累了丰富的海管悬跨后检测、悬跨探摸资料。 詹文欢，孙宗勋等( 2 0 0 4 ) 对莺歌海盆地的断裂活动和地质灾害的基本特征和分布规 律进行了分析。区内活动断裂主要走向呈n w 向，该方向的活动断裂主要有红河断裂带、中 央拗陷东部断裂带和中央拗陷西部断裂带；地质灾害类型主要有地震活动、泥底辟构造、 滑坡与崩塌等，并绘制了莺歌海盆地灾害地质因素分布图( 图0 一1 ) 。 杨春霞，王春民，王圣洁( 2 0 0 6 ) 把研究区所在的莺歌海区总结为地形较复杂，5 0 m 以浅近岸海域水动力较强，沙丘、潮流沙脊比较发育，水深5 0 m - l o o m ，古河道及古湖沼沉 积比较发育，浅层气也较发育。此外，尚有少量三角洲，冲刷槽。有中等活动断层存在。 2 乐东2 2 i 门5 - 1 油气管线路由区_ t 程地质灾害研究 最后他们利用一种称为网络化加权稳定度统计的模型将莺歌海区归纳为介于稳定与危险 之间的过渡区 本文参考各家对本区的研究成果，其中主要依据了中海油田服务股份有限公司油田技 术事业部勘察服务中心( 2 0 0 5 ) 和中国海洋大学( 2 0 0 6 ) 对海南乐东2 2 - 1 1 5 - 1 油气田管 线路由的调查资料和研究成果。同时，该文也较多引用了国家海洋局第一海洋研究所 ( 1 9 9 8 ) 和中国海洋大学( 2 0 0 3 ) 对海南东方l - i 气田管线路由的调查资料和研究成果 n 1 9 。 1 8 o 1 6 。 1 0 8 。 1 0 9 4 e 1 1 0 。 陆 磁 一 i 集 ( 中 磅黼 篷沙 一r ： 区城性断层_ j ：厶去、 6 1 1 太( 一一 一、 齄 ( r 否| 底辟煺、k 一二_ 弋卑 寮( 黉三 坡斜 图0 - i 莺歌海盆地灾害地质因素分布图“ 乐东2 2 1 1 5 i 油气管线路由区t 程地质灾害研究 0 3 研究内容 本文对预定油气管线路由区域的物探、钻孔和水文环境资料做了比较详细的统计、分 析和计算，分析了研究区的地形地貌，底质和浅层地质以及沉积环境等特征。在此基础上 识别出研究区存在的灾害性地质因素，包括活动性沙波，由于差异性冲刷而出露于海底的 硬质凸起等，并逐一分析其对海底管线可能造成的影响。本文重点对研究区沙波活动性进 行了研究。在已掌握研究区的底质资料，实测和模拟的潮流以及台风资料的基础上，利用 现有的各种模型对沙波运移速率，管线冲刷深度，和管线悬跨长度进行了预测，并利用东 方卜l 详细后检测和悬跨探摸资料对该预测进行了校正。初步了解了常态以及极端天气条 件对研究区沙波的影响。通过以上工作，较为全面的揭示y ：i i 二部湾南部陆架上可能影响研 究区管线安全的地质灾害现象，并提出了相应的解决办法，希望能对该区海洋工程和海底 管线的安全保障做出一定贡献。 4 乐东2 2 | 1 5 i 油气管线路由区工程地质灾害研究 1 区域概况 乐东油气田位于中国南海北部湾海域莺歌海盆地内( 1 0 8 。2 5 7 e - 1 0 8 。3 6 7 e ；1 7 。3 1 n - 1 7 。3 7 7 n ) ，包括l d 2 2 - 1 、1 5 - 1 平台等。预定管线路由位于海南岛莺歌海岸外，自 莺歌咀正南至离岸约l l o k m 、水深约9 7 5 m 处，大致呈n n e - s s w 走向。管线路由包括l d 2 2 1 至登陆点外输海底管线路由，长度约1 0 5 1 l i i l ；l d 2 2 - 1 至l d l 5 1 平台海底管线路由，长 度约2 0 4 k m ；l d 2 2 - 1 至水下井口s 4 海底管线路由，长度约9 4 k m 。其中预定外输海底管 线路由区为本文的研究区域，该区域长1 0 5 1 m ，宽0 8 k m ，面积约为8 5 k m ( 图1 - 1 ) 。( 规 定k p 表示离岸距离，以登陆点为k p o 点，管线路由每公里处设一点位，l d 2 2 - 1 平台处为 k p l 0 5 点。) 图1 - 1 乐东2 2 - 1 1 5 一l 预定管线路由位置图 5 乐东2 2 1 1 5 i 油气管线路由区t 程地赝灾害研究 1 1 地质构造背景 图卜2 研究区构造分区图“1 莺歌海油气资源开发区大地构造上位于华南陆块、印支陆块和中西沙地块的交接带“1 。 三大古陆块由莺歌海地堑、南海西缘断裂带和西沙海槽裂谷所分隔。其中莺歌海地颦位于 北部湾中部，大致呈n w s e 方向展布( 图卜2 ) 。 盆地的基底组成比较复杂，发育古生代及其以前的印支地块型基底和华南地块型基 底，还有中生代火山一侵入杂岩型基底。在翁地东北部的华南地块一侧，基底内保存了中 生代火山侵入杂岩物质，而在盆地西南部基底则属于长山地区早古生代印支地块基底，可 能是印支地块的挤出运动使盆地两侧统一的中生代火山一侵入杂岩基底发生了分异。盆地 周围的板块构造运动和区域应力场的演化控制了彷地的形成与演化，也决定了盆地的构造 样式和盆内的沉降、沉积方式。 根据地震反射界面等深图，莺歌海盆地始新世最大沉降中心位于盆地西北，走向n 1 l r ； 6 乐东2 2 1 门5 - l 油气管线路由区工程地质灾害研究 3 8 2 1 m a 期间沉降中心为n n w 一近s n 向，新的沉降中心在老沉降中心的南东侧生成，成右阶 雁列式；2 1 m a 之后沉降中心又转为n w 向。在盆地的西北部发育了临高反转隆起，盆地的南 部在剖面上呈垒堑构造，向东与琼东南盆地以隆起相隔。盆内发育近南北向右阶雁列式捧 列的泥流体底辟盆地中央n w 向的低值异常推测是红河断裂向南东的延伸。珠状的n e 向异 常推测是对应于n e 走向的断裂。陆上红河断裂带强震活动频繁，在莺歌海盆地则相对较平 静( 詹文欢，孙宗勋，2 0 0 4 ) 。 1 2 研究区地形地貌特征 1 2 1 莺歌海盆地 研究区大部分区域位于莺歌海盆地。按地貌形态特征，莺歌海区可分为内陆架平原区、 外陆架平原区、大陆坡和深海平原区( 附图1 ) ( 1 ) 内陆架堆积平原：水深3 0 8 0 m ，包括 现代水下沙脊群区和水下阶地的斜坡，海底比较平坦，平均坡度为1 3 。，沉积物主要为 粉砂质和粘土质沉积；( 2 ) 外陆架堆积平原：东部水深7 0 1 l o m ，宽度大于9 0 k m ；西北部 水深7 0 1 2 0 m ，宽度约4 5 k m ，海底平缓地向东南和向南倾斜，主要为粘土质粉细砂沉积， 堆积作用居于主导地位；( 3 ) 大陆斜坡和深海平原：分布于研究区东南部，是南海北部大 陆坡的上缘，陆架向陆坡转折处的水深在1 2 5 m 左右，向东南地形坡度迅速增大，至本区南 端进入南海北部琼东南盆地的深海平原，进一步可细分为：水下岸坡、现代潮流沙脊区、 陆架侵蚀堆积平原、倾斜的陆架堆积平原、陆架侵蚀洼地、大陆坡和深海平原。 另外，第四纪冰期一问冰期海面升降的更替，对本区陆架地貌的发育、地形分异和微地 貌类型的多样化，起着十分重要的作用。而现代海底地貌的发育，是在第四纪冰期低海面 时遗留的各种地貌一沉积单元的基础上，经过现代海洋动力( 潮流和波浪，以潮流为主) 重新 改造而成。如海底沙脊沙波群、陆架侵蚀洼地、陆架侵蚀浅谷、中央洼地中的深槽、浅 滩以及埋藏的和裸露的古珊瑚礁等。( 刘乐军，2 0 0 4 ) l 。2 。2 路由区 预定路由管线路由区自陆向海依次发育的地貌类型为侵蚀一堆积水下岸坡，现代潮流 沙脊群，倾斜的陆架堆积平原，陆架侵蚀堆积平原( 附图1 ) 。整个区域有沙丘沙脊。侵蚀 残余微高地，侵蚀沟槽，海釜等微地貌出现。 乐东2 2 1 1 5 1 油气管线路由区t 程地质灾害研究 根据物探资料，预定外输管线路由区按地形的起伏状态可以分为三个区( 附图2 ) ，从 陆向海依次是近岸平坦区( k p o - k p l 2 ) 、中部强冲刷剥蚀区( k p l 2 - k p 7 5 ) 和平台平坦区 ( k p 7 5 一k p l 0 5 ) 。 近岸平坦区( k p o k p l 2 ) ，海底平坦，局部区域( k p 4 - k p 6 ) 分布有小沙纹，无大起伏， 该区域水深缓缓变深至约1 4 0 i i l ，平均坡度仅为i - 2 。 中部强冲刷剥蚀区( k p l 2 一k p 7 5 ) 两端地形起伏剧烈，中问较平坦，其与近岸平坦区 交界的地带为斜坡带。斜坡带向西南倾斜，最大宽度约5 0 0 m ，最小宽度1 5 0 m ，水深从1 6m 降低到2 4m ，整体坡度在2 4 。在k p l 2 一k p l 5 区域发育沙波沙脊地貌，管线设计过程中 已经尽量绕开了规模、高差较大的沙脊，但在预定路由区仍存在众多沙丘和中、小型沙波， 波脊线走向近n e - s w 。该区水深在1 2 o m 3 0 o m 之间，变化剧烈，最大坡度2 5 ，前期 调查报告定义该区为沙波区( 图i - 3 、1 - 4 ) 。k p l 5 一k p 7 5 区域海底较平坦，水深从2 9 o i n 缓缓加深至约9 3 0 i i i ，平均坡度约为1 3 0 。该区在k p 2 4 - k p 2 5 出现小型沙波，地形略有 起伏。在k p 4 0 一k p 4 2 、k p 6 8 一k p 7 5 区域海底水深起伏变化较大，出现走向大致垂直于管线 的硬脊，钻孔资料揭示该处为硬质粘土直接出露海底面，为侵蚀残余地貌( 附图1 ) ，前期 调查报告定义这两处区域为硬质海底区( 图卜5 一图1 - 8 ) ，残留硬海底凸起最大高度达1 2 m ， 坡度普遍大于5 ，最大坡度1 2 ，单个凸起形态上呈线型，剖面形态接近对称。 从k p 7 5 向l d 2 2 一i 平台水深值又逐渐变深至约9 4 0 i i i ，海底较平坦，局部存在冲刷坑， 但规模较小，无大的起伏，平均坡度小于1 。 乐东2 2 1 1 5 1 油气管线路由区工程地质灾害研究 图l - 4 沙波区( 1 ( p 1 2 一k p l 8 段) 海底地形三维立体图与路由布局 9 乐东2 2 - 1 1 5 - l 油气管线路由区工程地质灾害研究 图1 - 5 硬质海底区( k p 3 9 - k p 4 3 段) 水深地形图 图1 - 6 硬质海底区( k p 3 9 一k p 4 3 段) 海底地形三维立体图 1 0 乐东2 2 1 1 5 1 油气管线路由区工程地质灾害研究 图卜7 硬质海底区( k p 6 6 - k p 7 5 段) 水深地形图 图卜8 硬质海底区( k p 6 8 一k p 7 2 段) 海底地形三维立体图与路由布局 乐东2 2 1 门5 i 油气管线路由区t 程地质灾害研究 1 3 研究区海底地层特征 海底管线埋设于海底地层中，地层类型及性质影响到海底管道的稳定性。由于管道埋 深一般小于l o m ，因此本文仅阐述海底l o m 以浅地层分布情况及物理力学性质。 1 3 1 沉积物分类 根据a s t m 规范土的分类定名”1 ，管道所经过海域海底浅层( o l o m ) 土可分为8 种类 型：砂质粘土，粉质粘土，亳占土，粘质砂，粉质细砂，细砂，粗砂质粉土。按工程地质评 价要求可归并为粘质土( 砂质粘土，粉质粘土，粘土) ，砂质土( 粘质砂，粉质细砂。细 砂) ，以及介于两者之间的过渡类型土粉质土( 粗砂质粉土) 。 1 3 2 地层分布及工程特性 综合钻孔和重力取芯样品土工试验结果和工程物探资料，对外输海底管线路由进行了 单孔和剖面分板。总体来看，海底浅层土纵向分为三层，各土层的工程地质特性分述如下， 第1 层：一般为非常软的褐灰色砂质粘土粉质粘土粘质砂，厚度一般在l m 4 m 之 间，高含水率，高压缩性，标准贯入试验锤击数一般 5 根据物探资料研究得出，研究区沙丘的对称系数在6 1 2 ，垂直形态系数在3 5 7 0 ， 陡坡倾角一般在6 。1 1 。，少数 2 。其剖 面形态极不对称。单个沙丘形态不规则，多为新月型，呈稀疏状态散布在海底，其迎水坡 ( 缓坡) 朝向南东，背水坡( 陡坡) 朝向北西，与研究区从s e 向n w 的底层流方向相吻合。 根据沙丘形态特征可以看出研究区沉积物供应不是很充足“”。 本区分布大量小型沙波，它们大多发育在沙丘问的较平坦底床上，有的发育在沙丘迎 流侧斜坡上( 图2 2 ) ，形成复式砂体，沙丘顶部则基本上无沙波发育。小型沙波脊线多呈 直线型，波高多在0 1 m o 5 m 之间。 图2 - 2 沙波区旁扫声呐记录 乐东2 2 1 1 5 i 油气管线路由区t 程地质灾害研究 图2 - 3 沙波区大型沙丘分布示意图 预定路由管线在该区主要穿过两座大型沙丘( 图2 - 3 ) ，其特征如下： 北侧沙丘( 图2 4 b ) ：长约1 2 0 0 m ，宽约4 0 0 m ，波峰处水深1 6 m ，顶底高差最4 4 m ，最 大达8 m 。沙丘脊线呈直线型，呈n e s w 走向，其东北端有分叉现象，预定路由管线经过其 东南分支，由s w p 2 孑l 钻探资料可知该处沙丘活动砂层厚度为2 6 m 。沙丘两翼不对称，西北 翼较陡，倾角约2 9 。，平均坡度2 0 ：东南翼较缓，倾角约0 7 。 南侧沙丘( 图2 - 4 a ) ：长约4 5 0 m ，宽约2 0 0 m ，波峰处水深2 0 m ，顶底高差最小处仅1 m ， 最大高差达3 m 。该沙丘脊线基本呈直线型，n e - s w 走向，脊线两端略向西偏转。预定路由 管线在沙丘中部穿过，由s w p 4 钻孔可知其表层松散砂层厚度1 5 m 。沙丘两翼不对称，也是 西北翼较陡，倾角约1 。，平均坡度2 0 5 ，局部仅为3 ；东南翼较缓，倾角约0 5 。 鲁趔斟 键龋g，豫糖豁状罱求蠖剥颦乎匝。 燃v团湫鼋聪*幢蔷颦凶峭愈丫n函 联骞伽挂恒冒舌|ih凶丑曷苦嚣地旷亲i-”三n婚长 乐东2 2 1 1 5 1 油气管线路由区t 程地质灾害研究 2 2 大型沙丘浅部地层分析 在浅地层剖面图像上( 图2 - 5 ) ，沙丘内部剖面结构不是非常的清晰，浅部地层难以分 辨，这对了解沙丘的发育造成了很大的困难。但有三个可以识别的特点：( 1 ) 沙丘脊顶常 有一透明层；( 2 ) 沙丘迎流坡表面有厚约1 2 m 的砂层与其下部地层界面清楚；( 3 ) 在沙 丘陡坡背流面上呈反射散乱的剖面特征。 图2 5 沙波区大型沙丘的浅地层剖面记录 由以上三点可以看出；研究区沙丘表层松散砂体的括动性较强。沙丘脊项的透明层和 陡坡背流面反射散乱的剖面特征是砂体活动性强，尚未压实的反映； 而沙丘表面一定厚 度的砂层与其下部地层界面清楚，则是该砂体沿沙丘迎水坡方向不断前行的反映。当北西 向优势流较大时，大型沙丘表蕊一定厚度的砂层变为活动层，沿着迎水坡移动，越过脊顶 后在背水坡无序的堆积，形成交错层理。 2 。3 沙波活动性分析 研究区大型的沙波地貌为残留地貌，所以它的活动性较弱，但从小型沙波的形态特征 和浅部地层分析可知研究区小型沙波以及大型沙丘表层的松散砂体活动性较强，其活动性 主要体现在它的迁移上。众所周知，目前一般用两个模型计算沙波迁移速率：一是利用日 本学者筱厚和椿东一郎公式( s h i n o h a r a e ta 1 ，1 9 5 9 ) ，冯文科、王尚毅等( 1 9 9 4 ) 和 2 4 乐东2 2 - 1 1 1 5 - 1 油气管线路由区工程地质灾害研究 夏东兴等( 2 0 0 1 ) 研究南海北部和北部湾陆架沙波迁移速率时使用此公式。钱宁在他的1 9 8 3 年巨著“泥沙运动力学”中曾详细论证和推荐过公式2 - i ： ：口( 一乓函m y i y 。g df n ( 公式2 - 1 ) 二是利用r u b i n 公式( r u b i n ，e ta 1 ，1 9 8 2 ) 计算，它是根据陆架沙丘迁移速率、沉 积物输运和沙波形态之间的关系提出的，后来高抒( 2 0 0 1 ) 又对其进行了改进。此公式假 设沙丘两翼坡面近似斜面，将沙丘迁移率简化为公式3 - 2 ： q 2 芬 ( 公式2 - 2 ) 在常态下沙丘的运移中潮流起主导作用，所以在计算沙丘移动的公式中沉积物的输运 率分为涨潮输运率g 订和落潮输运率吼2 ，沙丘移动速率公式则变为3 - 3 ： 吁掣 。j 。， 这两个模型是目前计算沙波迁移速率的方法中最常用的，本文着重研究怎样选取合适 的模型计算研究区沙波迁移速率。 2 3 1 计算模型的选取 常态条件下，对沙波移动起主要作用的是底层流和底质，而筱厚和椿东一郎公式