（地质工程专业论文）埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响.pdf

i i i i i lli lr l li ii l l i l liif 18 3 0 016 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 学位论文完成日 指导教师签 答辩委员会成员签字 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 ( 逵；如遗直墓丝噩噩挂型直塑数：奎拦互窒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： 签字日期：_ fd 年妒月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。同时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，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 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： 科剥 i 导 签字日期i 伊睁妒士 签字日期训1 ) 年月妇 i i i ，一 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 捅矍 埕岛海域位于黄河三角洲东北滨外的渤海西南沿岸，黄河改道后，泥沙来源 断绝，埕岛地区的废弃黄河亚三角洲发生了严重的侵蚀后退，形成了复杂多样的 水下地貌。加以本区地处黄河三角洲东北角，是波浪、潮流等海洋水动力最强的 海域，触发了大量岸坡沉积物块体运动，使埕岛海域成为海底地质灾害最严重的 海域之一。前人所做的大量研究发现：本区存在水下滑塌冲沟、残留海底岗丘等 众多的地质灾害形成的地质体，在浅地层中尚有埋藏的古河道、古湖泊、古沼泽 等不均匀地层，对周围的海洋工程设施造成重大的安全威胁。但由于以往的研究 侧重于对海底地形地貌、地质灾害等的研究，而缺乏对埕岛海区所存在的不稳定 性活动差异性的解释。因此，研究不稳定性活动的差异，及其对各种工程设施如 油田钻井平台、海底管线、电缆等工程设施物得影响，这对于工程设施的保护具 有重要的实际意义。 埕岛海区海底地貌划分为3 大地貌单元。第一段：水深0 5 m ，该区海底地 形相对平坦，以水动力侵蚀的粗糙海底地貌为主。第二段：水深5 1 4 5 m 区域， 坡降为2 左右，处于三角洲前缘斜坡上部，坡降较大，海底滑塌、滑坡、碎屑 流等不稳定现象极为发育，海底微地貌类型较多：平滑海底地貌、海底不稳定滑 动地貌、侵蚀洼地地貌、蚀余突起地貌。对海上工程设施影响较大。第三段：水 深1 4 5 1 9 m 左右区域，坡降为o 4 左右，是属于黄河水下三角洲前缘斜坡的 下部地貌单元，坡度较缓。其浅地层结构由下向上沉积物粒径变大，三角洲堆积 体呈楔状向海伸展，各套地层向海变薄尖灭。黄河三角洲由于其入海区水深较浅， 形成了“一个长嘴，两片烂泥 的结构，导致本应以较致密粉沙构成的水下三角 洲平原却有大片的软土存在。又由于黄河频繁改道，不同地貌单元相互叠加，导 致了滑坡、塌陷等不稳定现象的出现。 本文通过高分辨率的多波束、侧扫声纳、浅地层剖面等声学仪器对该海区进 行勘查，并结合井场资料、现场和室内实验分析，对埕岛海区海底不稳定性进行 分析、解释；研究海底存在的各种不稳定地质灾害。结合路由调查、井场调查等 资料，分别对冲蚀地貌区、斜坡不稳定地貌区、不稳定地貌广泛分布区、充填相 地层区所存在的的地质灾害进行研究。在冲蚀地貌区由于大量工程设施的出现导 i v 致近岸流场改变，塌陷凹坑、冲沟发育；斜坡不稳定地貌区坡降较大，上部沉积 物横向移动，下部沉积物垂向移动，存在不稳定的塌陷和滑动；不稳定地貌广泛 分布区地质灾害类型多样，沉积物失水压实作用，是局部海底出现较为宽缓的塌 陷凹地，侵蚀凹坑、冲沟和蚀余残丘等发育。充填相地层区有埋藏古河道、古湖 泊等现象。 在研究海底不稳定类型、分布的基础上，进一步研究不稳定性活动存在的差 异，通过对不稳定差异性的分析，进一步讨论不同地质灾害对工程设施所造成的 影响。 关键词：埕岛海域，海底不稳定差异，地质灾害，工程设施 v t h ed i f f e r e n c eo fs e a b e di n s t a b i l i t ya n di t si m p a c to n - o t h ee n g i n e e r i n gi a c i l i t j e si nc h e n g a a os e aa r e a a b s t r a c t c h e n g d a os e aa r e a , i nw h i c hal o to fs e d i m e n t sw e r ed e p o s i t e dh e r es i n c e h u a n g h ec h 趾g e di t sc h a n n e l ，i sl o c a t e di nt h en o r t h - e a s to ft h eh u a l l 曲ed e l t a , s o u t h w e s to fb o h a is e a t h ea b a n d o n e ds u b d e l t ac a m et h r o u g has e r i 0 1 l se r o s i o n , f o r m i n g ac o m p l e xu n d e r w a t e rl a n d s c a p e ，m e a n w h i l e ，s t r o n gh y d r o d y n a m i ci s d e v e l o p e dh e r e ，w h i c hl e a d st ot h ei n s t a b i l i t yo fal a r g en u m b e ro fs e d i m e n t s t h u s g e o l o g i c a ld i s a s t e r sa r ev e r ys e r i o u si nt h i sa r e a p r e v i o u sr e s e a r c h e r sh a v ec o n d u c t e d al o to fs t u d yi nt h i sa r m ：u n d e r w a t e rs l u m pg u l l i e s ，r e s i d u a lh a r b o u rh i l lg a n g ， a n c i e n tf i v e r , a n c i e n tl a k e s ，s w a m p sa n dm a n yo t h e rg e o l o g i c a ld i s a s t e r se x i s th e r e , w h i c hi sag r e a tt h r e a t e nt ot h es e c u r i t yo ft h eo c e a ne n g i n e e r i n gf a c i l i t i e si nt h i sa r e a t h er e s e a r c ho b j e c to fp r e v i o u ss t u d i e sw a so r e nl i m i t e dt oar e g i o no rap l a t f o r m ， l e a d i n gt ot h el a c ko fac o m p r e h e n s i v eu n d e r s t a n d i n go ft h ei n s t a b i l i t yo ft h ew h o l e s e aa r e a t h e r e f o r e ，i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c ef o rt h ec o n s t r u c t i o na n dm a i n t e n a n c e w o r k so fd r i l l i n gp l a t f o r m s ，s u b s e ap i p e l i n e s ，c a b l e sa n do t h e rf a c i l i t i e st os t u d yt h e i n s t a b i l i t yo f t h ee n t i r es e aa r e a t h es e a b e d t o p o g r a p h yi nc h c n g d a oa r e a i sd i v i d e di n t ot h r e em a j o r g e o m o r p h o l o g i c a lu n i t s t h ef i r s tu n i t ，谢mw a t e rd e p t hr a n g i n gf r o m0t o5m e t e r s ，i s r e l a t i v e l yf l a t , t o p o g r a p h yi sd o m i n a t e dr o u g hs e a b e dw h i c hi sc a u s e db ye r o s i o n t h e s e c o n du n i t , 、) l ，i t l lw a t e rd e p t hr a n g i n gf r o m5t o1 4 5m e t e r s ，h a sag r a d i e n to fa b o u t2 t h i ss e c t i o ni si nt h eu p p e ro fd e l t af r o n t ，l o t so fs l o p e sa n ds u b m a r i n es l u m p s ， l a n d s l i d e s ，d e b r i sf l o w sa n dm a n yo t h e ri n s t a b i l i t i e sa r cw e l ld e v e l o p e d av a r i e t yo f m i c r o l a n d f o r m sa l s oe x i s ti nt h i su n i t ，s u c ha ss m o o t hs e a b e dt o p o g r a p h y , s u b m a r i n e s l i d i n gi n s t a b i l i t yl a n d f o r m s ，e r o s i o nd e p r e s s i o nl a n d f o r m s ，e r o s i o np r o c e s s e so v e r l a n d s c a p e sa n ds oo n t h et h i r du n i t , 埘mw a t e rd e p t hr a n g i n gf r o m14 5t o19m e t e r s h a sag r a d i e n to fa b o u t0 4 t h i ss e c t i o nb e l o n g st ot h eb o t t o m o ft h es l o p eo ft h e f r o n td e l t a t h eg r a i ns i z eo ft h es e d i m e n tb e c o m ec o a r s ef r o mt h eb o t t o mt ot h e s u r f a c ea n dt h ew e d g e - s h a p e dd e l t ad e b r i sw h i c hb e c o m et h i n n i n ga n dp i n c ho u tt o v 1 t h es et t h es t r u c t u r eo fo n em o u t h ，a n dt w op i e c e so fm u dw a sf o r m e di nh u a n g h e d e l t ad u et ot h es h a l l o ww a t e ri nt h i sa r e a , w h i c hc a u s e dt h ee x i s t a n c eo fp l e n t yo f s o f ts o i li nt h es u b a q u c o u sd e l t ap l a i n m e a n w h i l e ，t h eh u a n g h ec h a n n e lc h a n g e d f r e q u e n t l y , w h i c hc a u s e dt h es u p e r p o s i t i o no fd i f f e r e n tg e o m o r p h o l o g i c a lu n i t s ，l e a d s t ot h eo c c u r l c n c eo fi n s t a b i l i t y , s u c ha sl a n d s l i d e ，s u b s i d e n c ea n ds oo n i nt h i sp a p e r , h i g hr e s o l u t i o na c o u s t i ci n s t r u m e n t si n c l u d i n gm u l t i - b e a m ，s i d e s c a ns o n a r , b o t t o mp r o f i l e rw e r eu s e dt os u r v e yi nt h i sa r e a c o m b i n e d 谢t l lt h ew e l l d r i l l i n gd a t a , f i e l da n dl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t , t h ea n a l y s i sa n di n t e r p r e t a t i o no ft h e s e a - b e di n s t a b i l i t yw e r ec o n d u c t e da i m i n gt os t u d yt h ed i f f e r e n c e so fi n s t a b i l i t yi n c h e n g d a os e aa r e a b a s eo nt h er o u t es u r v e y sa n dd r i n i n gd a t a , t h eg e o l o g i c a lh a z a r d s c a u s e di nd i f f e r e n ta r e a sw e r es t u d i e di nt h i sp a p e r t h en e a r - s h o r ec u r r e n t sc h a n g ea l o td u et ot h ee x i s t a n c eo fl o t so ff a c i l i t i e si ne r o s i o na r e a m e a n w h i l ep l e n t yo f c o l l a p s ep i t s ，g u l l ye x i s ti nt h i sa r e a t h es l o p eu n s t a l s l ez o n eh a sal a r g eg r a d i e n t t h e u p p e rs e d i m e n tm o v e sl a t e r a l l y w h i l et h el o w e rp a r tm o v e sv e r t i c a l l y al o to f u n s t a b l ec o l l a p s ea n ds l i d i n ge x i s ti nt h i sa r e a d i v e r s et y p e so fg e o l o g i c a lh a z a r d s o c c u ri nt h i sz o n ew h i c hh a sau n s t a b l et o p o g r a p h yw i d e l yd i s t r i b u t e d t h ee r o s i o n p i t s ，g u l l i e se x i s ti nt h i sa r e a s t r a t i g r a p h i cz o n ew a sf i l l e dw i t ha n c i e n tb u r i e df i v e r , a n t i e n tl a k e sa n ds oo n b a s e do nt h ea n a l y s i so fu n s t a b l eg e o l o g i c a ld i s a s t e r , af u l t h e rd i s c u s s i o nw a s m a d et os t u d yt h ei n s t a b i l i t ya n di t si m p a c to na r t i f i c i a ls t r u c t u r e sc a u s e db yd i f f e r e n t g e o l o g i c a ld i s a s t e r s k e y w o r d s ：c h e n g d a oa r e a ；d i f f e r e n c eo fi n s t a b i l i t y ；e n g i n e e r i n gf a c i l i t i e s ； g e o l o g i c a ld i s a s t e r v 目录 o 前言j 1 0 1 研究意义1 0 2 研究背景、现状：2 0 3 研究内容与资料来源3 1 研究区域概况5 1 1 水文气象5 1 2 地质构造概况1 0 1 3 地层地史1 0 2 调查方法1 2 2 1 野外调查方法1 2 2 1 1 导航定位1 2 2 1 2 多波束水深测量1 2 2 1 3 侧扫声纳调查1 4 2 1 4 浅地层剖面调查1 5 2 2 资料处理1 6 3 研究区地形地貌和浅地层概况1 7 3 1 海底地形地貌特征1 7 3 2 浅地层结构特征2 0 3 3 沉积物的分布概况2 4 4 埕岛海区海底不稳定性类型、分布及其对工程设施的影响2 7 4 1 埕岛海区海底地貌演化2 7 v n i 4 2 海底不稳定灾害类型及其对工程设施的影响2 8 4 2 1 海底滑坡：2 8 4 2 2 碎屑流3 0 4 2 3 沉积物塌陷3 0 4 2 4 差异性冲蚀3 2 4 2 5 海底构筑物冲蚀3 3 4 3 海底不稳定性分布状况3 4 4 3 1 冲蚀地貌区3 4 4 3 2 斜坡不稳定地貌区3 6 4 3 3 沉积物失水压实地貌区3 7 4 3 4 充填相地层区：4 0 5 不稳定活动差异对海底管缆的影响4 1 5 1 研究区浅地层结构4 1 5 2 不稳定性活动的差异4 1 5 3 碎屑流运动机理4 2 5 4 波浪对不稳定活动的触发作用4 3 5 5 不稳定性活动区域差异性分析4 4 5 6 不稳定活动对海底管缆的影响4 6 6 结论4 8 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 o 刖吾 0 1 研究意义 埕岛海域位于黄河三角洲东北滨外的渤海西南沿岸，是胜利油田采油的主力 区块。1 9 6 4 - - 1 9 7 6 年期间黄河曾由刁口流路在埕岛地区注入渤海，河口曾三次变 动，形成了快速向海延伸的3 个亚三角洲叶瓣。1 9 7 6 年黄河改道由清水沟流路入 莱州湾，本区黄河泥沙来源断绝，埕岛地区的废弃黄河亚三角洲发生了严重的侵 蚀后退，形成了复杂多样的水下地貌。并在浅水区发育了大量不同类型的海底不 稳定现象，这对该地区的底床演化起着非常重要的作用。该区沉积物具有固结程 度低、高含水量、高孔隙比、低强度、高压缩性、易滑动、易触变和易液化等特 有的特征，海区的浅地层工程地质条件、动力地貌特征，特别是黄河尾闾摆动后 引起的岸线变化和泥沙运移规律十分复杂，使得本海区海底呈现形态各异的微地 貌形态。加以本区地处黄河三角洲东北角，是波浪、潮流等海洋水动力最强的海 域，触发了大量岸坡沉积物块体运动，使埕岛海域成为海底地质灾害最严重的海 域之一。本区存在水下滑塌冲沟、残留海底岗丘等众多的地质灾害形成的地质体， 在浅地层中尚有埋藏的古河道、古湖泊、古沼泽等不均匀地层，对海洋油气工程 设施构成严重的威胁。 埕岛油田自1 9 8 8 年在该海域发现储量丰富的埕岛油田以来，大量海上工程 设施如人工岛、海上油气勘探平台、海底油气管道等不断建成。随着海上石油的 开发，海上工程设施逐年增多，在浅水区建造了众多工程设施。自1 9 9 3 正式投 入开发以来，已在该海区内建成各类平台7 0 余座，通过海底电缆、管道相互连 接，形成了海底输油、输气、注水、输电、油气混合输上岸的开发系统。构筑物 的出现，使其周边流场发生了变化，水动力的侵蚀造成构筑物周边水深剧烈增大， 形成了以构筑物为中心的“盆 状海底凹坑地形形态，并由此产生了一系列影 响油田安全生产的工程地质问题。 据研究，埕岛海域存在着侵蚀残留岗丘、塌陷凹坑、滑坡块体、表层扰动体、 古河道、古沼泽、古湖泊等不稳定地貌，同时，本区存在着各种不稳定性活动差 异，进一步加剧了海底地质灾害的发生。这些不稳定现象不仅会引起钻井平台销 毁，还会造成输油管及电缆位移折断、码头及海底设施被毁等。海底不稳定性对 工程设施带来的影响越来越大，因此，对本海区不稳定差异进行系统分析对海洋 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 工程设施具有重要的实用价值。 0 2 研究背景、现状 本海域作为海洋工程环境极不稳定的典型区域，引起了国内外许多专家学者 的关注，从2 0 世纪8 0 年代以来进行了多次中外联合考察和油田单位的海上调查， 对海底的不稳定性进行了分区，对海底不稳定的成因机制进行了探讨。 1 9 8 5 - - 1 9 8 6 年，中美黄河口合作调查记录到大量海底不稳定现象；1 9 8 8 1 9 9 0 年对埕岛油田多次调查，发现多种灾害地质现象，对其类型、特征、分布规 律进行了研究。 杨作升等对黄河三角洲进行了较为全面的调查，在水下三角洲的组成，海底 地貌特征以及沉积物的几何形态等方面形成了比较系统的认识，证实在黄河口快 速堆积作用下，水下岸坡较陡，且黄河泥沙具有极易液化的特性，使活动的和废 弃的水下三角洲斜坡存在大量的滑坡体，并对老黄河口水下底坡不稳定性进行了 分区研究。张琦，杨作升等对黄河口水下底坡不稳定性的水动力机制进行探讨， 从波致海底切应力的角度探讨波浪作用与水下底坡不稳定现象之问的关系，揭示 了黄河口水下底坡不稳定性的发生规律。认为黄河口水下底坡不稳定性的分布具 有明显的分带性，主要分布在与岸线走向基本一致的水深处于4 t 2 m 2 _ 间的带状 的水下底坡区域内在水深8 1 2 m 的水域底坡上，通常对应着大面积的强烈的底 坡不稳定现象，这和波致海底切应力的分布特征相对应。李广雪、庄克琳等通过 分析多年来黄河三角洲的调查资料认为：黄河三角洲的不稳定性比较突出，对海 洋工程设施危害极大，主要表现在工程软弱层、水下斜坡、海底冲刷和年内的动 力调整以及三角洲下沉等。常瑞芳、陈卫民等对老黄河口水下三角洲前缘底坡不 稳定地形的演变规律进行了了讨论，并对其控制因素做了进一步研究。贾永刚， 单红仙通过分析黄河口海底不稳定性有关的水下底坡的形态特征、沉积物类型、 空间分布等，得出水下底坡试问破坏的主要形式为塌陷洼地和粉砂流冲沟。在暴 风浪作用下，水下底坡原破坏区发生复活，复活时间与风暴潮的开始与结束相 对应。这种重新开始和重复的移动明显地限制在滑坡体的内部，既没有扩大，也 没有向斜坡上后退。常瑞芳，崔青等根据老黄河口外水下三角洲海底冲蚀沟的地 貌特征，用动力学方法分析了其形成发育机制。得出波浪近底流是冲蚀沟形成发 育的主导因素。冲蚀沟内的湍流及其次生的横向环流构成了复杂的流场，由此产 2 埋岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 生的边界切应力对冲蚀沟的侵蚀及沉积物的悬浮、扩散起重要作用冲蚀沟的断 面形态与流场结构密切相关。李安龙、杨荣民、曹立华等以i v e r s i o n 的海底稳 定渗流理论为基础，运用静力极限平衡方法和库仑破坏准则，提出了以海底水 下斜坡坡度、沉积物有效内摩擦角和内聚力为自变量，波浪在海底产生的孔压梯 度为参变量的海底稳定性分析方法。并给出了黄河水下三角洲不同土质所需的临 界孔压梯度判断曲线，预测了黄河水下三角洲的海底稳定性。冯秀丽等根据近几 年的实际勘探资料，对现代黄河水下三角洲埕北海域的复构三角洲从平面和垂向 上做了综合性的工程地质评价，确定了底质类型以娄土为主局部分布粉质粘土的 平面格局和全新世以来沉积四层标准化地层的空间架构，分析了埕岛近岸海域悬 浮泥沙输运趋势，对该区工程地质从平面和垂向上做了综合性的评价；并对其所 存在的地质灾害进行了讨论，研究了不同地质灾害的对海上构筑物的影响。李陆 平、孔祥德等基于研究了风暴潮对该海域海底和岸滩侵蚀的影响，分析了海底冲 刷机理，提出采用数值模式预测冲刷的方法。陈卫民等根据形态特征和规模的差 异，将黄河口水下底坡微地貌划分为5 种类型并对其成因进行了探讨。阎通、李 萍等根据埕北海域水下三角洲的工程地质特征和水动力条件，分析海底管道在两 种铺设方式下的冲刷稳定性。沈渭锉等通过对钻孔分析，确定了有关土层的性质 及承载力分布。陈晖等研究了埕岛海域浅水区人工构筑物周边海底地形演化与海 洋灾害地质现象的关系。鹿洪友、李广雪等通过分析埕岛海域的水深资料以及近 年来实测的水深数据，对埕岛地区近年海底冲淤规律及水深进行了预测。冯秀丽 等根据实际勘探资料及室内土工试验结果，按极限平衡理论和线性波理论等计 算5 0 a 一遇波浪作用下土层中的孔隙水压力及有效应力随深度的变化，并给出了 孔压及有效应力随深度的关系曲线和不同水深下的液化影响深度，分析了现代黄 河水下三角洲砂土在地震与波浪下液化的可能性。 0 3 研究内容与资料来源 本文通过多波束、旁侧声纳及浅地层剖面等高精度、高分辨率的声学探测仪 器对埕岛海区所进行详细勘察，对外业资料处理、解释，结合工程地质调查资料， 探讨埕岛海域地形地貌、浅地层结构特征，对海区所存在的海底不稳定因素进行 分析、研究，讨论其差异性对工程设施所带来的影响，为海上工程设施，如平台、 管线等提供合理性建议。 3 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 本文主要依托胜利油田c b 3 0 a 、c b 3 0 b 、c b 3 2 a 、c b 3 5 1 、c b 2 4 6 a 、c b g l 、 c b 8 0 5 、s h 8 等井场调查资料、c b 2 6 路由调查资料等。在调查过程中，本人主 要参与、负责前期资料汇总，后期的野外调查、资料处理等工作。 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 1 研究区域概况 研究区所在位置如( 图1 1 ) 所示，它位于现代黄河三角洲的水下三角洲平 原上，起于现行黄河向北向西延展，至于1 9 7 6 年废弃老黄河口西侧，是胜利油 田海上采油的主要区域。研究区水深在o 1 6 米之间，它是黄河1 8 5 5 年改道入渤 ：。 “ 。1 1 ，一 ，1 1 8 。t 0 。i 皇：0 。一。 怒乳 ：j 。| - 托怠蠢 图1 1 埕岛海区地理位置图 海以来形成的水下三角洲，从河口三角洲顶部平原，三角洲前缘斜坡和三角洲前 缘隆起裙到前三角洲一带。1 9 7 6 年黄河行水流路自刁口流路改道清水沟以来， 本区黄河泥沙来源断绝，加上埕岛地区处于黄河三角洲东北角，是波浪、潮流等 海洋水动力最强的海域，易于发生大量的岸坡沉积物块体运动，使该海区地质灾 害十分的频繁。 1 1 水文气象 1 1 1 气温 埕岛海区冬季1 月份气温最低，月平均气温为- 3 5 c ，春季受大风影响回升 较快，自3 月份到5 月份气温由3 2 c 增至1 8 9 c ，夏季各月气温变化幅度较小。 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 全年最高气温出现在8 月份，为2 8 8 c ，7 月份次之，为2 8 7 。秋季气温下降迅 速，从9 - 1 1 月份，平均气温从2 0 8 下降至5 3 。c 。全年平均气温为1 1 7 ( 表 1 - 1 ) 。 从统计表1 - 1 可以看出，本海区极端气温为- 1 8 ：夏季极端最高气温3 9 6 ，在1 月、2 月、1 2 月份，海域的平均气温降到零度以下，最低达n - 6 3 c 。 表1 - 1 埕岛海区气温情况表 1 1 2 风况 埕岛海区地处我国华北沿海，其大气环流受西北带和贝加尔湖低压系统影 响，又受海洋的调节，本海区平均以s 风出现频率最高，为1 0 8 1 ，是本海区 的常风向，n e 偏n 风次之，频率为7 3 2 ，是次常风向。n 风出现频率最低，为 3 9 4 。 本海区年平均风速为5 3 m s 。月平均风速以1 1 月份最大为6 1 m s ，其中n n e 风平均风速最大为9 2 4 m s ，删风次之，为8 8 9 m s ，7 月平均风速最小，为 4 4 m s ，本月常风向s 风的平均风速为4 9 m s ，次之为e 风，平均风速为4 7 8 m s 。 从全年来看该海区年平均风速最大风向为n e 和e n e 向风，其风速值为6 4 5 m s 和6 3 9 m s ，s w 向风速最小，为3 6 4 m s 。 表1 2 各月及全年风向频率分布表( ) 6 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 l l 5 1 95 0 25 1 85 5 02 5 92 0 32 4 53 7 68 1 66 9 5 1 26 1 15 8 84 3 16 4 32 0 70 6 81 3 14 6 28 6 86 0 5 全3 9 45 7 66 0 37 3 26 4 86 1 56 1 l7 2 21 0 8 16 3 5 生 根据 1 9 9 6 - - 2 0 0 7 年统计资料，平均每年6 级以上大风在1 7 0 d 左右，其中， 1 1 、1 2 、1 、2 、3 月份5 个月平均的每月大风天数1 6 - 2 0 d ，5 个月合计9 5 d 左 右，占全年大风的5 5 9 ；4 ，1 0 月为转风月，大风天气平均1 4 1 7 d ，两个月 合计3 1 d 左右，占全年大风数1 8 2 ；夏季在5 - 9 月份为好天气较多月份，大风 天数每月6 - 1 2 d ，5 个月合计大风4 4 d 左右，占全年大风天的2 5 9 。全年6 级 以上的大风主要为n 和n e 风，年均频率分别为9 1 ，1 3 9 ，发生的季节主要 在冬季，即1 1 - 3 月份，以1 2 月份频率最高，8 级以上大风发生频率较低，以n 风频率最高，n e 风次之，n w 风频率为1 1 ，偏s 向风或s 风很少有超过8 级大 风，8 级以上大风多数发生在春季和冬季。 1 1 3 波浪 本海区波浪具有明显的季节特点：冬半年盛行偏n 向海浪，尤其在1 1 月份， 涌浪超过o 5 m 的天数每月1 5 2 0 d ，最大浪高超过5 0 m ，夏半年盛行偏南向海 浪，日平均浪高0 4 0 3 m ，超过o 5 m 的天数平均每月5 - - - 8 d ，以7 月份最低， 平均浪高仅0 2 9 m ，s - s e - s w 向风基本上掀不起大涌大浪。春季是季风交替的季 节，因而偏北向浪和偏南向浪都出现，但偏北向浪频率( 5 6 2 ) 仍高于偏南向 浪( 3 1 7 ) 。秋季则是由s 向浪向n 向转变的季节，偏n 向浪频率( 5 1 9 ) 较偏s 向浪的频率( 3 8 8 ) 明显增大，由于冷空气出现的次数及强度的增加， 偏n 向浪逐渐增多，其中e n e 向浪出现频率最高，达1 0 1 ，n e 向次之，出现 频率为7 8 。 受n 向、n e 向风区长，s w 向风区窄的影响，即使在相同风力下，e - n e 风引起 的风浪和涌浪要比其它风向大得多。一般情况下，n e 风起时，涌浪也相继生成， 风力增大到6 级时，船舶便不能坚持生产，涌浪消失时间是大风持续时间的0 5 1 o 倍，风向转变，涌浪则消失较快，在转风向期间，风浪较小。 1 1 4 潮流及潮汐 海流由潮流和余流两部分组成，在渤海这样的浅海中，海流的主要成分是潮 流。潮流是天体引潮力引起的海水周期性的流动。 本海区潮流性质属正规半日潮流，潮流的运动形式为往复流，受地形影响， 7 o o 1 3 比 加 9蹦 糯 溜 吼 饴 配 8 6 5 街 也 5 6 4 弘 0 仉 i j l l 6 9 “ 肿 8 l 5 虬 虬 5 5 5 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 流向基本与海岸线平行，涨落潮流的方向分别为e s e ( 1 0 0 。 - 1 1 5 。) 和w n w ( 2 8 0 。 - 2 9 5 。) ，实测最大流速的主要分布特征是近岸的流速小，向外海逐渐增大， 在1 0 1 5 m 等深线为强流区。根据1 9 9 8 年9 月8 日和1 9 9 9 年3 月1 9 日的实测结果计算 出该海区表、中、底层涨落潮时流速的平均值见表( 1 3 ) ，可以看出，各站位 1 9 9 8 年9 月8 日和1 9 9 9 年3 月1 9 目的平均流速均为表层流速大于中层流速，中层流 速大于底层流速。对于1 9 9 9 年3 月1 9 日的流速结果，大体上各站位各层平均流速 在涨潮时流速小于落潮时流速。对于1 9 9 8 年9 月8 日的结果，平均流速则大体上是 涨潮流速大于落潮流速。无论是涨潮还是落潮最大平均流速均发生在表层，最小 流速发生在底层。 表i 3 平均流速( 据冯秀丽等，2 0 0 3 ) 埕岛海域潮汐是不规则半日潮。受无潮点的影响，本海区的潮汐变化较为复 杂，埕岛海域的潮汐性质一年中呈规律性变化，6 、7 、1 2 、1 月份中，二月有2 5 天左右的时间一天出现一次高潮和一次低潮，在其它月份一月中只有1 8 天左右 的时间一天出现一次高潮和一次低潮，其余时间为一天出现二次高潮和二次低 潮。一天中两次高潮的高度和两次低潮的高度显著不等，即本海域的潮汐日不等 现象显著。 一年中6 月和1 2 月份的平均潮差值较大，符合不正规日潮。在夏至、冬至 前后出现最大潮差。最大潮差的原因不但受天文因子的制约，而且受气象因子影 表1 _ 4 平均潮差和最大潮差 8 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 耋麓1 6 0 1 5 21 4 0 1 4 21 9 8 2 3 21 5 61 7 91 5 41 5 72 1 21 4 32 3 2 壹l m ) 响。平均高潮或低潮间隙为5 h 4 5 m i n ，高潮平潮期和低潮平潮期均为1 h 左右。 以黄海海平面为基准面，一般高潮潮高5 3 - l o o c m ，一般低潮潮高5 6 8 0 c m ，平 均潮差1 0 0 一- - 1 8 0 c m 。 若 o 、 毯 餐 图l - 2 埕岛海区潮位、潮流日变化曲线图 7 嘤 量 o 、 磺 糖 1 1 5 海冰 本海区水深较浅，受气温影响，每年冬季均有不同程度的结冰。冰期通常从 1 2 月到次年3 月，9 0 天左右。一般年份，在气温一4 一1 0 时，岸边开始结冰，岸 边的大块碎冰范围距岸2 - - - 3 k m ，向海里为流冰，厚度5 c m 左右，流冰外缘l o k m 左 右。 冰情严重年份，气温下降n - l o 以下，近岸固定冰的宽度一般在5 k m 左右， 厚度一般为1 5 一- - 4 5 c m ，最大6 0 c m ，流冰外缘距岸1 0 - 1 5 k m ，最大2 0 k m ，流冰的厚 度5 1 5 c m ，最大3 0 c m 。 本海区流冰方向基本与潮流方向一致，呈s e - n w 流向。流冰速度不考虑风的 情况下，一般为l o c m s ，若顺风移动则较快，最大1 0 3 c m s ，由于黄河口南移， 埕岛油区受黄河冰凌影响减轻。在轻冰年的盛冰期，当海区连续出现n e 向大风降 温天气时，风停后的低温期，在岸边易形成固定冰或大冰块，之后随风浪飘进海 里，对平台等构筑物产生一定的影响。 1 1 6 海雾 9 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 雾是悬浮于近地面大气层中的大量水滴或冰晶使水平能见距离小于i k m 的天 气现象。海雾是指在海洋影响下出现在海上的雾，是海上危险的天气之一。根据 统计资料分析，黄河海港海区在渤海各海区中属于多雾区，全年平均雾日3 6 5 d ， 几乎所有月份都有雾出现，以1 2 月份最多，平均8 5 d 。海雾与风向有一定关系， 冬季以偏北风雾日最多，占总雾日7 1 ，静风占1 4 ，其他占1 5 ，夏季则以偏东 风成雾日最多，占5 8 ，静 1 2 地质构造概况 埕岛地区位于渤海 湾南部的浅海区，区域构 造属埕宁隆起埕北低凸 起的东南端( 见图1 3 ) ，在 华北平原拗陷区济阳拗 陷的东北部，处于济阳坳 陷和渤中坳陷的交汇部 位，郯庐断裂在本区以东 穿过。 济阳拗陷的基底为 稳定的前震旦系一下白 垩统。燕山运动使地台断 图1 3 埕岛海区地质构造 裂活化，发生块断解体、陷落，形成强烈的剥蚀与快速充填，导致同生沉积构造 十分发育。因此，凸起与凹陷是黄河三角洲主要的构造单元。济阳拗陷是新构造 运动相对稳定的区域，历史上济阳拗陷内仅记载有2 次4 7 5 级和一次5 级地震。而 邻近调查区的三大活动断裂带对工程的影响较大。这三大活动断裂带就是北北东 向的郯庐断裂带，北北东北东向的河北平原断裂带以及北西西向的燕山渤海断 裂带。受断裂带构造控制，断裂和断陷隆起的差异构造运动，对本区新构造活动 起主要的作用，如郯庐断裂带和燕山渤海断裂带与路由区相距较近，其交汇部位 距研究区不远。新构造运动时期以来，断裂活动十分强烈，穿过渤海中部的北西 西向断裂将郯庐断裂带左旋错开，显示出强烈的构造活动性。 1 3 地层地史 1 0 埕岛海区海底不稳定性差异对工程设施的影响 第四纪沉积在埕岛地区为3 5 0 m 左右。在早更新世至中更新世，本区为滨海 陆地，湖泊河道星罗棋布，主要地层为粘土和粉砂互层，其中有4 _ 5 期海侵，时 间都比较短暂。 该区6 0 m 以浅地层土系由晚更新统和全新统的海陆相沉积物组成。据本次 钻探资料，对比周边已有资料分析，6 0 m 以浅大致沉积有以下类型地层： 第一海相层，为全新世海侵时期发育形成，黄骅海侵为其下界，距今约8 0 0 0 年。为浅海，潮坪和水下三角洲沉积。特别是第一海相层顶部，沉积物复杂多变， 沉积物主要由褐黄色粉土和粉质粘土组成，是为黄河两期走河流路入海沉积而 成。每期走河时河口还不断形成若干个突出海中的沙嘴及其两侧的烂泥区，