（海洋地质专业论文）埕岛海域海底滑动稳定性分区.pdf

埕岛海域海底滑动稳定性分区 摘要 本文以黄河三角洲埕岛海区海底滑坡为研究对象，以黄河三角洲地区采集 的高分辨率测深、浅地层、旁扫声纳记录为依据，定性的分析本海域的地质灾 害现象，并根据该海区现有的钻孔资料及井场调查报告对本区浅地层地质灾害 类型分布按水深进行了详细阐述；同时根据研究区沉积物的物理力学性质、工 程地质性质等，针对影响海底滑坡的重要因素凝聚力和内摩擦角等采用 q i m s t a r 软件和g e o s l o p e 软件对海底滑坡进行定量分析，从而对本研究区进行 滑动稳定性分区。 对研究区沉积物物理力学性质及工程地质性质的分析发现，该区地层分布 在空间上不连续，高压缩性低强度的软弱土层普遍存在，它在不均衡的压力作 用下具有在倾斜的海底层面上发生流动、变形的特点，是本区浅地层地质灾害 的直接诱发因素，同时也是海底滑坡的基础。根据钻孔资料分析，可知研究区 域表层沉积物以粉土和粉质粘土为主，有相对少量砂土和淤泥质粉质粘土的分 布，研究区1 0 米以浅地层为第四纪全新世三角洲沉积和浅海相沉积地层，地层 分布不均匀。该区标准化地层第一层粉土经后期海洋水动力的改造，比较均匀， 场区内均有分布。厚度1 4 5 4 0 米，强度一般，粘性弱；第二、三、四层的粉 质粘土、淤泥质粘土和粉质粘土分布不均匀，局部地区有缺失，其工程性质较 差，其前期固结压力p c 小于上覆有效自重压力p 0 ，为黄河水下三角洲快速沉 积的欠固结土，属于不良地基土。 从对本区的浅剖资料可以看出，本区主要的特殊浅地层构造包括侵蚀残留 体、侵蚀负地形( 洼地、沟槽、侵蚀坑、塌陷凹坑等) 、滑塌体、扰动层、淤积 层、埋藏古河道( 古洼地) 等。冲刷侵蚀为本区的主要地质灾害特征，调查区内 主要的灾害地质类型包括陡坎、滑塌体、侵蚀残留体、侵蚀负地形、埋藏古河 道以及表层扰动等。另外，调查区1 5 m 以浅的地层内未发现浅层气、底辟等灾 害地质现象。 本文用不同方法从软弱层参数、波浪潮流荷载方面对海底斜坡稳定性进行 定量计算。研究发现该海域在不施加水动力荷载的情况下不会发生滑坡，而在 施加了5 0 年一遇的波浪潮流作用后，安全系数大大降低，局部出现滑坡。本文 对埕岛海域海底滑坡进行了定量分析，分析了影响海底滑坡的相关因素，丰富 了底坡稳定性的研究内容，并根据滑动安全系数进行稳定性分区，对海上钻井 及采油平台、人工岛、输油管线等海上工程具有重要的参考价值。 苤鳇逦! 握岛渔蕉；童底遣坡；弦弱星；定量佥杰丘；稳定性 i l s ii d es t a b ii i t yr e g i o no fs e a l i o o rs o il a tc h e n g d a oa r e a a b s t r a c t t h es t u d yi sb a s e d0 1 3t h es l o p eo f c h e n g d a om a r i n ea r e ao f y e l l o wr i v e rd e l t a i ta n a l y s e st h e g e o l o g i cd i s a s t e rp h e n o m e n ao ft h es t u d ya r e ad e p e n d i n go nt h eh i g hd i s t i n g u i s hq u o t i e t y e x p l o r a t i o n , s h a l l o ws t r a t u ma n ds o n a r ，a n dp a r t i c u l a r l ye x p a t i a t e st h ed i s t r i b i l 【i n go fg e o l o g i c d i s a s t e rt y p ea c c o r d i n gt oe x i s t i n gb o r ed a t aa n d i n v e s t i g a t er e c o r d ；s i m u l t a n e i t yq u a n t i t a t i v e a n a l y s i st h es e a b e ds l o p eu s i n gq i m s t a ga n dg e o - s l o p es o f t w a r ea c c o r d i n gt ot h ep h y s i c s m e c h a n i c sc h a r a c t e ra n dp 蚵e c tg e o l o g i cp r o j e c t sa n ds oo n a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so f t h es e d i m e m sp h y s i c sm e c h a n i c sc h a r a c t e ra n dp r o j e o tg e o l o g i c p r o j e c t s ，w ec a nf i n dt h a t , t h ed i s t r i b u t i n go ft h ea r e ai si n c o n t i n u o u s ，t h eh i g hc o n s t r i n g e n ta n d l o v , i n t e n s i t yw e a ks o i ie x i s ta tl a r g e i tw i l lf l o wa n dd i s t o r ta tt h ed e c l i n i n gs e a b e dl a yw h e ni ti s a c t e do i lt h eu n b a l a n c e dp r e s s ，i ti st h ed i r e c te n t i c ef a o t o r , a n da tt h es a m et i m e ，i ti st h e f o u n d a t i o no ft h es e a b e ds l o p e a c c o r d i n gt 0t h eb o r ed a t a , t h es e d i m e n t so fs u r f a c el a v e ri n t h e ns t u d ya r e aa r em o s t l ys l i ta n dc l a y ，a n dt h e r ei sas m a l lq u a n t i t yo fs a n da n ds i l tc l a y d i s t r i b u t i n gi nt h ea r e a i ti st h eq u a m m a r yp e r i o dd e l t as e d i m e n t sa n ds h a l l o ws e as t r a t u mw i t h i n t e nm e t e r so ft h es t u d ya r e a t h es l i to ft h ef i r s tl a y e ri sm o r ee v e oa f t e rb e i n gr e b u i l ta n di ti s d i s t r i b u t i n ge v e r y w h e r ei nt h i sl o c a t i o n i ti so n ep o i n tf o u rm e t e r st of i v ep o i n tf o u rm e t e r st h i c k c o m m o ni n t e n s i t ya n dw e a kv i s c o u s ；t h es e c o n dt of o u r t hl a y e r sc l a ya n ds i l tc l a yi sd i s t r i b u t i n g u n e v e n l y i t sp r o j e c tc h a r a c t e ri sw e a k i t sp ci sl e s st h a np 0 a c c o r d i n gt 0t h es h a l l o wl a v e r s e c t i o n 。w ec a ns e et h a t , t h em a j o rs p e c i a ls h a l l o wl a y e rc o r k c 9 1 o ti n c l u d i n ge r o d el e f t o v e r e r o d e n e g a t i v et e r r a i n ( w a s h ，g r o o v ee r o d eh o l e ，h e m ph o l ea n o n ) , c o l l a p s es u b s t a n c e ，h a r a s sl a y e r , a l l u v i u m , i m b e da n c i e n tr i v e r w a y( a n c i e n tw a s h )a n ds oo n s c o u re r o d ei st h e nm a j o r g e o l o g i cd i s a s t e rc h a r a c t e r t h em a j o rg e o l o g i cd i s a s t e rt y p e sa r es t e e p ，c o l l a p s es u b s t a n c e ，e r o d e l e f t o v e r , e r o d en e g a t i v et e r r a i n , i m b e da n c i e mr i v e r w a y ，s u r f a c el a v e rh a r a s sa n d5 00 1 1 o t h e r w i s e ，s h a l l o wl a y e rg a sa n db o t t o mb r e a ka r en o tf o u n d t h et e x ta n a l y s e st h es t a b i l i t yo ft h es e a b e ds l o p eq u a n t i t a t i v ef r o mt h ew e a kl a y e r p a r a m e t e r ，w a v el o a da n dt i d eu s i n gd i f f e r e n tm e t h o d s a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i s i tc a nb ef o u n d t h a t t h es e aa r e aw i l ln o ts l i d ew h e nh y d r o d y n a m i cl o a di sn o tt a k e ni n t oa c c o u n lb u tw h e nw a v e 3 a n dt i d ei st a k e ni n t oa c c o u n t , t h es a f e t yf a c t o rw i l ld e c r e a s eg r e a t l y , l o c a ls e aa r ew i l ls l i d e t h e t e x ta n a l y s e st h es e a b e ds l o p eo fc h e n d a os e aa r e aq u a n t i t a t i v e i ta n a l y s e st h ec o r r e l a t i o nf a c t o r w h i c ha f f e c t st h es e a b e ds l o p e ，e n r i c ht h es t u d yc o n t e n t so f s e a b e ds l o p e a n dp a r t i t i o nt h es e ta r e a a c c o r d i n gt ot h es l o p es a f e t y f a c t o r , t h i sw i l lo f f e ri m p o r t a n tr e f e r r i n gv a l u et ot h eb o r ea ts e a o i l e x t r a c t i o nf l a tr o o f m a n p o w e ri s l a n d p i p el a y i n ga n ds oo n k e y w o r d s ：c h e n g d a oa r e a ； w a v e ；t i d e ；s a f e t yf a c t o r ；s t a b f l i t y 4 1 前言 1 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。自1 9 8 8 年在该海域发 现储量丰富的埕岛油田以来，大量海上工程设旋如人工岛、海上油气勘探平台、 海底油气管道等不断建成。为了保证海上工程设施的安全，国内外专家在该区 开展了大量浅地层地质灾害的调查研究，获得了丰富的资料。 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。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。前人所做的大量海上调查表明： 本区存在水下滑塌冲沟、残留海底岗丘、塌陷凹坑、滑坡块体等众多的地质灾 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。因此，对本海区浅地层地质灾害因 素进行系统分析对保证海洋油气工程具有重要的实用价值。 作为本区最重要的浅地层地质灾害一海底滑坡，是一神常见的海底地质现 象，亦是最具危险性的灾害地质因素，但是由于海水的覆盖，海底滑坡并不像 陆地滑坡那样可以直接观察和检测预防。由此导致了世界海洋开发史上许多重 大的损失；它对海洋工程的危害，最常见的是海底地基发生滑坡，引起海上钻 井平台的下沉、滑移和倾倒事故，造成严重经济损失。例如，1 9 8 2 年9 月在墨 西哥海湾，飓风触发海底滑坡，使两座当时世界上工作水深最大的采油平台翻 倒，仅在设备费上造成的经济损失就达1 亿多美元。又如我国。渤海湾二号” 钻井平台，自1 9 7 3 年至1 9 7 9 年问曾因海底滑坡发生一次倾斜下沉，9 次滑体， 造成了严重经济损失。滑坡灾害不仅造成巨大的经济损失，而且有很大的社会 和政治影响嘲。 为此，本文在国家自然科学基金项目”黄河水下三角洲底坡不稳定现象的动 力机制研究( 1 9 9 5 1 2 - 1 9 9 7 1 2 ) 4 的支持下选取了胜利油田埕岛海域作为研究 区，以调查资料为基础，在收集前人研究成果和相关历史资料的基础上，对埕 岛海域海底滑坡进行了定量分析，分析了影响海底滑坡的相关因素，丰富了底 坡稳定性的研究内容，并根据滑动安全系数进行稳定性分区，为海上钻井及采 油平台、人工岛、输油管线等海上工程提供重要的参考价值。 1 2 研究现状 海底斜坡稳定性研究是当今国际海洋地质灾害研究领域的热点之一。这归 因于以下两个方面：一方面，海洋油气资源的深入开发和利用、海底工程设施( 如 海底平台、海底管道、海底电缆等) 曰益增多及其破坏事件频繁发生使人们意 识到加强海底斜坡稳定性研究的重要性：另一方面，自从2 0 世纪9 0 年代初以 来，由于科学技术的进步，海洋调查设备( 如多波束测深技术、d g p s 定位技术以 及三维地震探测技术) 得到迅速发展，为海底测量提供了一种新的高精度高分 辨率的数据源，也使详细研究海底斜坡稳定性成为可能。 埕岛海区的浅地层工程地质条件、水动力环境、地貌特征极其复杂，特别 是黄河尾阊摆动后海岸快速蚀退引起沉积物类型和性质在空间上分布很不均 匀，使得本海区海底呈现形态各异的微地貌形态。高分辨率声学系统在该海区 记录到侵蚀残留岗丘、塌陷凹坑、滑坡块体、表层扰动体、古河道、古沼泽、 古湖泊等浅地层地质灾害类型，这些不仅会引起钻井平台塌陷，还会造成输油 管及电缆位移折断、码头及海底设施被毁等。针对黄河三角洲斜坡的不稳定性 杨作升、陈卫民、p r i o r d b 、常瑞芳、李广雪、冯秀丽等做了很多工作。杨作 升、陈卫民、p r i o r d b “。等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，对滑坡进行分类命名和特征分析，并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五种类型并对其成因进行了探讨；阎通等根据埕 北海域水下三角洲的工程地质条件和水动力条件，分析了海底管线的冲刷稳定 性”一；陈晖、曹立华、李安龙、杨荣民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，李广雪、鹿洪友、刘勇、孙效功、 2 等对埕岛地区近年海底冲淤规律做了大量工作5 1 6 3 7 m 3 ；冯秀丽、庄振业、林霖、 等对埕岛近岸海域悬浮泥沙输运趋势进行了分析”。，并对该区工程地质从平面 和垂向上做了综合性的评价旧；常瑞芳、杨少丽张奇、冯秀丽、刘涛等针对 该区海洋水动力机制做了详细研究嘲“m 习n 3 3 。 国际上对陆地滑坡的研究日臻完善。殷坤龙根据2 0 0 0 年在美国召开的第八 届国际滑坡学术讨论会的主题报告、会议文集、分组报告等研究成果，分析了 国际滑坡研究的新进展”。基于极限平衡理论的斜坡的稳定性分析方法有很多， 瑞典圆弧法( f e l l e n i u s 法) ，毕肖普法，j a n b u 法，m o r g e n s t e r p r i c e 法等： 搜索最小安全系数的方法有蒙特卡洛法、随机搜索法等；对危险滑动面的搜索 有传统的牛顿法、二分法；近年来由朱大勇发展起来的临界滑动场法1 5 珀6 m 7 3 1 8 1 卯 2 0 2 】 目前，对于海底滑坡的调查研究，仅限于对某些重点区域有针对性地进行了 海底照相、潜水观察，采用声波反射测量，对高精度声波记录解释来达到目的。 针对埕岛海区的滑坡现象，杨作升等根据声纳图像和浅地层剖面记录，进行分 类命名和特征分析0 3 ，指出滑坡体系中存在瓶颈状滑坡、平移板状滑坡和旋转 滑坡3 种类型；许多单个滑坡在下坡方向汇集成复合滑坡系统，有时数十条滑 坡汇集成蜿蜒数公里的大规模复杂体系。顾小芸对海底边坡稳定分析方法进行 了详细论述”。由于滑坡发生的地质条件相当复杂，作用因素多且具有不确定 性，目前还不能完全掌握滑坡的发生机理，也不能从定量上完全把握坡体变形 的演化过程，因此深入研究滑坡的稳定性分析具有重要的理论价值和实用价值。 1 3 研究内容 根据井场调查报告详细阐述埕岛海区的浅地层地质灾害分布情况：根据研 究区物理力学性质、工程地质性质及水动力情况建立模型，采用o i m - s t a rs l o p e v 1 0 软件和g e o s l o p e 软件针对软弱层参数和波浪潮流荷载对本区斜坡稳定性 进行定量分析，找到研究区滑坡发生的条件，并根据滑动安全系数对该海域进 3 行滑动分区。再与实测钻孔资料和浅剖资料对比，结合两种分区综合分析，构 建一个比较合理的分区结果，为海上安全施工提供重要参考。图卜l 为研究路 线流程图： 然鬻燃 图卜l 研究路线流程图 2 研究区概况 2 1 研究区地理位置 埕岛海域位于现代黄河水下三角洲北部，黄河故道和五号桩之间，水深2 1 5 米的范围内( 图2 1 ) ，是胜利油田海上采油的主力区块。由于黄河的点状物 源、高浓度输沙及其善淤、善决和善徙的特点，历史上摆动多次，而且由于涨落 潮、海流及波浪折射作用的影响使其每次行水期都存在着“砂嘴区”和“烂泥区”， 它们相互叠置，使得研究区地层分布在空间上变得比较复杂，工程地质性质也出 现多变情况。自黄河1 9 7 6 年改道在东部入海后，这里的地貌条件发生了变化， 波浪和潮流的侵蚀改造使得海底地貌形态发生了相应的变化，塑造出一系列独具 特色的动态蚀退地貌类型，尤其是海底表层，在浪、流的长期作用下，原来标准 的三角洲沉积地貌单元逐渐变为较单一的以粉土为主的沉积物类型。 、口 。 厶f 蔓j 2 0 6 6 0 图2 - 1 研究区位置图 2 0 7 0 0 ( k i n ) 2 。2 研究区自然环境概况 1 、自然地理条件 气象 埕岛海域属暖温带季风气候。冬季主要受来自西伯利亚的冷空气影响，多偏 北大风；夏季受太平洋高压边缘影响，多偏南风。 气温 埕岛海区气温，最低温度出现在1 月份，平均最低一6 3 。春季受大陆影 响气温回升较快。自3 月份到5 月份气温由3 2 c 增至1 8 9 c 。夏季气温变幅脚 下，最高气温出现在7 月份，为2 8 8 c ，8 月份次之。秋季气温下降迅速，从9 月份到1 1 月份。平均气温从2 0 8 降到5 3 c 。全年平均气温为1 1 7 。本海 区夏季极端最高气温为3 9 6 ；冬季极端最低气温为- 1 8 o c 。 雾 埕岛海域是渤海的多雾区，全年平均雾日为3 5 6 天，其中1 2 月份雾日最多， 平均约8 5 天，4 月和9 月最少，平均各为1 天。海雾多出现在上午8 1 1 时， 最长连续雾日达6 天( 1 9 7 9 年1 2 月) 。 降水 埕岛海区年平均降水量5 4 9 m m ，降水主要集中在6 8 月份达3 6 8 r n 口n ，占全年 降水量的6 7 ，最少降水月为1 2 2 月仅为1 8 8 m m ，占全年的3 4 。全年平均 降水日数为7 1 天，7 月份最多为1 3 2 天，2 月份最少为2 3 天。暴雨日( 日降 水量大于5 0 r a m ) 全年平均1 8 天，集中在个别月份( 1 9 7 1 年7 月暴雨连续四天) 。 最长连续降水日为1 0 天，最长连续无降水日为7 1 天。年平均降雪日为9 6 天， 最少为4 天。 风 埕岛海区大气环流受西北风带和贝加尔湖低压系统控制，受海洋的调节。全 年平均以南风出现频率最大，为1 0 8 1 ；次常风向为东北偏东风，频率7 3 ； 最少风向为正北风，频率为3 9 4 ，全年平均风速为5 2 8 m s 。本海区个月都出 现大于6 级大风，4 月、i l 月份大风日数最多，分别为8 1 4 2 天和1 4 j 天；7 月和9 月大于6 级的大风日数较少，分别为8 6 天和9 3 天；其它各月均在1 0 天以上，全年平均为1 3 7 5 天。全年8 级以上大风日数平均为1 5 。7 天，出现频 6 率为0 3 6 。强风向1 1 月、1 月和2 月大于8 级以上大风日数分别为2 3 、2 0 、 2 1 和1 8 天。春季的4 月份大风日数也比较多，平均1 6 天。夏季6 、7 月份 大风日数最少，平均为0 7 天。 该海为北西、北北西、北北东及东北东五个方向，大风以秋、冬季多见，其 中1 0 月百年一遇十分钟平均风速为2 9 o l i i s ；而分钟平均最大风速为3 1 o m s ， 一分钟平均最大风速为3 1 6 m s ：三秒钟平均阵风风速最大可达3 4 8 m s 。5 0 年 一遇瞬时最大风速为3 3 6 m s 。 2 、海洋水文 ( 1 ) 水温 埕岛海域海面最低平均水温出现在一月份，为1 1 。最高平均水温出现在 八月份，2 7 1 。最低水温为一0 7 ，最高水温为2 8 5 ，分别出现在1 月份 和8 月份。 ( 2 ) 潮汐 渤海潮汐现象主要是由太平洋潮波传入引起的谐振动，分潮波传入渤海后形 成了两个左旋潮波系统，其中一个无潮点在老黄河口外海区。在本区由于靠近无 潮点，受其影响，潮汐性质复杂，属于不正规半日潮性质，但在1 月份中也有相 当多的日期( 约1 2 天) 为日潮性质，但在1 个月中也有相当多的日期( 约1 2 天) 为日潮性质。本区平均海平面在黄海平均海平面上3 9 7 c m ，年极值增水一般为 1 3 1 8 天，增水的主风向为东北风向。风暴潮与天文大潮相叠加时常使海面 迅速升高，导致海水外溢而泛滥成灾。本区是受风暴潮影响的重灾区，一年四季 都可收到风暴潮增( 减) 水的威胁和危害。近几十年影响到埕岛是由开发区较大 的风暴潮共有七次。在同一个大风过程影响下，埕岛地区的增水总是小于西面的 埕口和东南方的羊角沟。当风暴潮侵袭黄河三角洲海域时，埕岛地区遭受的风暴 潮灾，通常较附近海域轻些，这与埕岛地区的岬角地形有关。 ( 3 ) 波浪 因本区位于半封闭的渤海内部，受口门诸岛的屏蔽作用，外海大浪不易侵入， 所以该海区灾害性大浪均为渤海内的风生浪，具有生成块消失快，拨周期l o 秒 以上的大浪很少出现等特点。强浪向为北北东至东北东，其次为北西向。常浪向 为偏南向，但波浪较小。大浪多出现在1 0 月至翌年4 月份。据资料，5 0 年一遇 1 0 米水深处的波高位6 2 m ，有效波高为4 6 m ，周期为8 6 秒。 ( 4 ) 海流 该海区的海流性质属正规半日潮，潮流的运动形式为往复流。该区实测最大 表层流速为1 1 4 c m s 。最大可能表层流速为1 8 2 c m s ，最大实测底层流速为 8 1 c m s ，最大可能底层流速为1 2 9 c m s 。涨潮流方向为东南东，落潮流方向为西 北西。主流方向基本与岸平行。强流区发生在1 0 1 j 米等深线的区域。 ( 5 ) 海冰 埕岛地区潮间带宽，底平坡小，水深较浅，在冬季受气象条件和大陆的影响 极为明显，每年冬季皆有不同程度的结冰现象。本海域初冰期为1 2 月上旬，终 冰期为翌年3 月上旬。冰期最长为9 0 天，1 月下旬至2 月下旬为盛冰期，期间 固定冰分布距岸2 5 k m ，厚度2 0 4 0 c m ，堆积高度为2 4 c m 。流冰分布距岸1 0 1 5 k m ，方向与岸平行，基本在2 1 5 m 等深线之间。流冰速度一般为1 节( 5 2 c m s ) ， 最大2 节( 1 0 2c m s ) 。大片流冰对海上构筑物具有较大威胁。 2 3 研究区背景 2 3 1 研究区区域地震地质 埕岛油田位于华北平原地震区，其大地构造位置处于华北平原拗陷区中的济 阳拗陷东北部。华北平原是我国主要的地震活动区之一，区内地质构造复杂，构 造运动也十分强烈，主要的活动断裂带包括北北东向剡庐断裂带，北北东一北东 向河北平原断裂带以及北西西向燕山渤海断裂带。受断裂构造控制，区内发育一 系列断陷和隆起，由西向东为冀中、临清拗陷、沧县隆起、黄骅拗陷、埕宁拗陷 和渤海拗陷以及东南侧的鲁西隆起。这些断裂带和断陷隆起的差异构造运动是造 成本区地震活动的重要因素，它们控制了区内的地震活动，表现出在构造运动强 烈的断裂带内及断陷与隆起的边缘地区，地震频繁发生而且也相应显示成带性。 垤岛油田所处的济阳拗陷是一个新构造运动相对稳定的区域，其内部构造的活动 性一般较弱，对地震的控制作用也在减小，因此，本区目前的地震危险，主要来 自邻近强烈活动的地震构造带内强震活动的影响。 据国家地震局资科，研究区 周围共发生过6 级以上地震4 0 次，7 级以上地震1 3 次，其中1 9 6 9 年渤海的7 4 8 级地震，震中距离研究区仅4 0 公里。 2 3 2 研究区地质概况 本地区泥沙主要来自黄土高原，物源单一，经河流的长距离搬运和分选， 本区沉积物主要以细颗粒的粗粉砂、粘质粉土和粉质粘土为主。按水动力由强 到弱，依次生成了由粗到细的物质组成，即：粗粉砂一粘质粉土粉质粘土。 由于堆积迅速，沉积物中的水不易排出，从而降低了其抗剪强度，在外动力的 扰动下极易产生不稳定现象，因而构成底坡不稳定性研究的典型海域“”。 黄河流域的水土流失，特别是黄土高原富含粉砂颗粒的物质构成了本区丰 富的物源1 。丰富的物源物质在入海口及附近滨海区，在海洋水动力和河j l i 径 流的作用下迅速堆积形成突出海中的砂咀，受砂咀的屏蔽作用，两侧的水动力 条件减弱，细颗粒物质沉积下来形成两片烂泥。烂泥湾的发育受到河口潮汐变 化的影响，涨潮时，黄河入海径流与南向的涨潮流相互作用，在河口南侧形成 一个顺时针旋转为主、紊乱的涡流区，直径可达3 - - 5 公里；落潮时，入海径流 与北向落潮流相遇，在河口北侧形成一个逆时针旋转的涡流区，直径可达几百 米，很明显在河道北侧的漩涡直径比南侧的要小。 由于两个涡流区的交替存在，加上波浪折射效应，为三角洲湾( 烂泥湾) 的形成提供了动力条件，并控制着河口烂泥湾的发育，制约着烂泥分布区的大 小。本区是黄河6 4 7 6 年间经刁口流路入海形成的水下三角洲“。黄河流路 的摆动使得每期走河都形成一个砂咀和两片烂泥，从而使本区土体性质不一， 空间范围内变化很大。而且由于这些软土分布区在空间上相互叠置，就使本区 的软土分布及工程地质性质更具复杂性。 在黄河下游，河道就直接坐落在这些快速堆积的松散沉积物上，当下游河 床淤高时水流极易开辟新的河道入海。这造成了黄河改道频繁的特点，1 8 5 5 年 至今的一个半世纪里黄河先后发生1 1 次尾摆，尾闽行水年限最长的大清河流路 也只有3 4 年，见图2 - 2 。 9 图2 - 2 黄河1 8 5 5 年以来的摆动图( 据成国栋) 2 3 3 海洋水动力特征 1 潮汐 埕岛海域的潮汐性质一年中呈规律性变化，6 月、7 月、1 2 月及翌年1 月， 呈现不正规日潮的潮汐性质，其它月份则为不正规半日潮的潮汐性质。6 、7 、 1 2 月及翌年1 月中，月有2 j 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，不仅是高潮不等，而且低潮也不 等。一年中就大潮而言，本海域春季高潮发生在4 6 时左右，低潮发生在1 6 1 8 时左右，秋季与此相反：夏季高潮在0 时左右，低潮在1 2 对附近发生，冬 季则相反。这种现象主要是日分潮k 1 的变化所致，因k 1 分潮其周期比年太阳 日短，若于3 月1 1 日4 6 日发生高潮，半年提前1 2 小时，即9 月l l 曰4 6 1 0 日发生低潮。若6 月1 1 日o o 时发生高潮，1 2 月1 1 日o o 时发生低潮。 2 潮差 潮差是一个海区潮汐强弱的重要标志之一。由于资料的长短不同，平均潮 差的差异较大，如月平均潮差、年平均潮差、多年平均潮差等都有较大的差别。 表2 - 1 给出了观测期间的潮差值。一年中6 月和1 2 月份的平均潮差值较大， 符合不正规日潮海区夏至、冬至前后出现最大潮差的变化规律。最大潮差的出 现不但受天文因子的制约，而且受气象因子影响。 表2 - 1 平均潮差和最大潮差 淤 678 91 0 1 11 2l2345 焦 平均 o 9 30 9 4 o 8 0 o 8 50 8 60 9 4o 9 6o 9 3o 9 20 8 40 8 90 8 6 0 8 9 潮差( m ) 最大 1 6 0 1 5 21 41 4 21 9 82 _ 3 21 5 61 7 91 5 41 5 72 1 2 1 4 32 | 3 2 潮差f m ) 3 水位 1 ) 平均水位 本区域平均水位变化呈峰状，峰值出现在8 月份，谷值在2 月和1 2 月份， 季节变化明显，年较差为0 8 0 m 。这样显著的季节变化，除天文因素的作用外， 气象因子也起了重要作用。如季风引起的增减水效应，海水密度变化等都是造 成平均水位季节变化的重要原因。 表2 - 2 逐月平均水位( m ) 月份 67891 01 11 212345 生 i 平均水位 8 5 28 6 58 6 78 6 68 ，5 18 3 98 2 38 2 47 8 78 1 38 4 4 8 6 28 2 3 2 ) 最高、最低水位 根据实测资料，我们统计了各月最高( 低) 水位，并列成表2 - 3 。由该表可 知，埕岛海域最高水位高出平均水位约1 。7 m ，最低水位低于平均水位约1 7 m 左右。因而了解掌握该海区的极值水位，对于海上作业、海上建筑、航运事业 都具有重要意义。极值水位并非单一天文潮所造成，产生的原因较复杂，它与 异常天气、海区形状、地理位置、自然环境和假潮等有密切关系，是一个随机 量，强侵蚀岸段海域的极值高，低水位主要是风和天文因素共同作用所决定。 表2 3 最高、最低水位( 1 9 9 9 6 2 0 0 0 5 ) 月份67891 01 11 2123 4 5 生 最高水 位( m 1 9 2 79 4 09 7 89 8 59 4 79 9 09 3 s9 3 68 懿9 3 09 3 69 4 09 9 0 最低水 f 位( m ) 7 ，4 97 4 9 7 4 98 2 98 1 16 9 l7 2 3 7 0 7 6 4 96 9 67 2 88 1 76 4 9 4 海流 监测区附近海域内存在着m 2 分潮无潮点，致使该海区的潮汐为正规日潮性 质，历年来，有些单位在强侵蚀岸段海域进行过多次，多站位的海流观测。根 据历史海流观测资料分析，强侵蚀岸段海域为正规半日潮流区，每天出现两次 涨潮流和两次落潮流。涨潮流方向为s e 向，落潮流方向为n w 向，主流向与岸 平行。潮流的运动形式为往复流。m 2 分潮流的旋转方向为顺时针方向，表层与 底层的旋转方向一致。 强侵蚀岸段海域1 0 1 5 米等深线区为强流区，平均大潮流速为 o o c m s ， 实测最大流速为1 3 4 c m s 。该海区落潮平均流速大于涨潮平均流速，涨、落流 历时较为复杂。 本海区余流较强，表层余流流速大于底层余流流速，表层流速在l o c m s 左 右，流向为n e 向，即离岸流动，底层平均流速为4 5 c s s 流向较紊乱，但在 码头主轴线上底层余流有向岸运动趋势，1 0 1 5 m 水深处表层的余流最强，流 速可达3 1 c m s ，5 m 水深处底层余流最强，流速可达l o c m s 。 5 波浪 该海域的海浪主要是渤海当地风生成的波浪，且生成快，消失也快，波浪 周期1 0 s 以上的浪很少出现的特点。另外，受渤海海上风场规律所制约，波浪 具有明显的季节变化和年际变化。春季是季风交替的季节，因而偏北向浪和偏 南同浪都出现，但偏北向浪频率( j 6 2 ) 仍高于偏南向浪( 3 1 7 ) 。夏季本海域 盛行s e 向风，相应波向也是s e 向占优势，其出现频率为1 3 ，其次是e s e 向， 出现频率为l o 6 。秋季则由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生强度的增加，偏 1 2 n 向浪逐渐增多，其中e n e 向浪了同现频率最高，达1 0 1 ，n e 向次之，出现 频率为7 8 。 埕岛海域三个季节代表月中波浪总和以n e 向浪出现频率最高( 1 0 3 ) ，为 常浪向，其次是s e 向，出现频率为8 1 。春、夏、秋各季及三季不同波向各 波级的出现频率统计结果( 表2 4 ) ，表明：埕岛海域春、夏、秋三季中h 1 i o 0 5 m 的波出现频率为5 1 1 ，可认为是常见浪。0 5 h 1 1 0 1 5 m 的出现频 率为3 6 6 ，1 5 h 1 1 0 3 0 i 的波浪方向仅出现在n 、n e 、e n e 和e s e 方向上，而 出现在n e 向的频率最高( 0 2 ) ，所以本海域的强浪向是n e 向。 据统计结果，本海域波浪平均周期最大为8 2 s ，相应的波向是n e 向，全 年以2 4 s 的周期出现频率最高，当波高( h i 1 0 ) 为2 0 2 5 m 时，平均周期一 般在5 6 s 。 表2 4 春、夏、秋三季各波级频率( ) 及波高周期最大值 方向 nn n en ee n eee s es es s ess s ws ww s www n wn wn n w 各级 项目 总额 0 h 如52 31 82 71 52 43 53 53 5 3 7 6 44 33 33 93 15 2 1 81 5 1 o 5 h 1 52 11 94 02 54 12 - 33 8 2 1 1 41 7 0 o 91 0 1 4 2 52 73 6 3 】5 h 3 0 0 4 1 43 43 01 20 70 80 2 0 20 10 10 1o 21 1 8 3 0 h 5 00 10 ，20 10 1 o 5 总频奉 5 o5 11 0 37 27 76 68 i5 ，9 5 36 45 34 ，34 94 57 75 61 0 0 塌大】l o 波高3 02 53 】3 32 53 0 2 82 6 0 8 2 01 52 41 ，11 01 4 2 】 最犬彤g 醐 7 4 7 58 27 4 6 0 5 86 76 35 26 46 o5 16 ，55 75 86 4 最大波高 4 63 85 24 13 64 74 53 42 12 72 03 42 72 23 o 3 5 在1 9 8 6 观测到的两次较大的大浪过程( 1 9 8 6 年5 月7 8 日最大波高为4 6 m 的大浪过程和1 9 8 6 年1 0 月2 1 2 2 日最大波高为5 2 m 的大浪过程) 来看，最大 波高( h 舱x ) 为4 6 m 的大浪过程出现在春季，也是一个强冷空气过境形成的，其 波要素变化是最大波高( 1 - l m a x ) 为4 6 m ，相应的h 1 1 0 = 3 0 m ，平均周期为j 8 s ， 波向是n ；最大波高( h m a x ) 为5 2 l l 】的大浪发生在秋季，它是由强冷空气过程过 境所致，其波要素的变化是最大波高( 4 , 1 1 l a x ) 为5 2 m ，相应的h 1 1 0 = 3 1 m ，平均 周期是8 o s ，波向是n e 。 1 9 6 4 年4 月5 日0 8 时至7 日0 8 时有一次强冷空气过境( 风向稳定在 n n e e n e ) ，产生的大浪可看成重现期为j o 年一遇。对该过程进行系统的数值模 拟计算，其中该海域中断面远、中、近三点处大浪各要素的变化，以这点的浪 最大，最大波高( 1 - j i l l a x ) 达6 5 m ，最大有效波高( h s ) 达4 o i i l ，最大有效周期( t s ) 达7 5 s ，大浪向是n n e n e e j n e 向。 从大浪过程波要素的发展规律分析，每个大浪过程都分成长与消衰两个发 展阶段。在成长阶段，波浪都随风速增大，风时加长而迅速增大；而衰减阶段， 波高都随风速减小而减小，且波高衰减较成长缓慢，波浪周期变化不明显，主 要原因是在上风区广大海域形成的大浪其传播消衰需经过一段较长的时间。 因本区位于半封闭的渤海内部，受口门诸岛的屏蔽作用，外海大浪不易侵 入，所以该海域灾害性大浪均为渤海内的风生浪，具有生成快消失快，波周期 1 0 秒以上的大浪很少出现等特点。常浪向为偏南向，但波浪较小，强浪向为北 北东一东北东，其次为北西向；受风场变化所制约，波浪具有明显的季节和年际 变化，大浪多出现在1 0 月至翌年4 月份。根据实测结果推算出该强浪向的5 年、 1 0 年、2 5 年、5 0 年一遇的波浪要素如表2 - 8 所示： 表2 - 5 不同重现期的有效波高 承深 34567891 01 4 重现期 重现期5 年1 82 33 o3 64 13 73 83 94 2 重现期1 0 年 1 82 33 03 64 13 94 04 14 3 重现期2 5 年 1 82 33 0 3 64 14 14 2 4 3 4 7 重现期5 0 年1 82 33 03 64 14 34 54 64 9 据资料，5 0 年一遏1 0 米水深处 的波高h 1 1 0 0 为6 2 m ，有效波高 h 1 3 为4 6 m ，周期为8 6 秒。 波浪掀沙，海流输沙。海流是沉 积物搬运作用的主要动力。它对表层 上1 4 、粒作用极为明显，一方面使颗粒 悬浮，另一方面对海底土层产生剪应 力。本区位于无潮点附近，潮差小， 1 4 图2 - 3 实测最大流速值( 侍茂崇) 河口区附近仅有0 8 3 1 0 8 米，丽潮流速度大。在黄河三角渊水域存在着两个 强流区( 见图2 - 4 ) ，一个位于神仙沟至湾沟口外5 1 5 米等深线处，即本区所 在位置，最大实测流速l o o c m s 。涨潮流方向为东东南，落潮流方向为西西北。 主流方向基本与岸平行。由于海流作用而使本区表层沉积物受到较强的冲蚀破 坏作用。 2 3 4 现代黄河三角洲演化历史及演化规律