南海典型海底滑坡的触发机制及其潜在海啸灾害评估

综合调查数据揭示南海域内发育大量海底滑坡,尤其是大陆坡区域。由海底滑坡触发的碎屑流、浊流和海啸等链生灾害,严重威胁深海基础设施及沿海地区人民生命财产安全,亟待进行研究。选取南海域内4处典型海底滑坡,研究其潜在的海啸灾害。在总结各滑坡构造背景和触发因素差异的基础上,提取各滑坡体的特征参数;使用NHWAVE与FUNWAVE-TVD模型组合模拟了滑坡体动态过程及海啸波的产生和传播过程。模拟结果显示,初始水深和坡度差异导致体积相近的白云滑坡和曾母暗沙滑坡触发海啸能力差异巨大。白云滑坡在源区可产生最高约12 m的海啸波,潜在灾害主要危及南海北部区域,尤其是华南沿海;位于较浅初始水深的曾母暗沙滑坡可产生高达约38 m的海啸波,危及整个南海中南部;中建南滑坡可产生近10 m的海啸波,影响范围主要局限于南海西部越南沿岸;西沙海槽北部陆坡滑坡产生的海啸波波高相对较小,约0.9 m。通过分析比较最大波高分布和海啸波传播特点等,发现海底滑坡触发海啸能力受到滑坡几何参数与运动学特性控制,复杂海底地形和海岸线改变了海啸波的能量分布,增加了沿岸海啸灾害评估难度。在南海开展典型滑坡—海啸模拟,建立滑坡—海啸数据库具...     

海底滑坡在太平洋的发育程度和经济意义

覆盖着三分之一地球表面,从赤道一直延伸到高纬度的太平洋,包含着许多易于产生海底滑坡的环境要素。这些要素的破坏导致了滑坡,成为一种将大量沉积物从海滨送到深水区的地质作用,并且对滨海和海岸的发展构成危险。海底滑坡也会造成人身伤亡。通过以下现象的观察可以确定和鉴别太平洋的海底滑坡:(1)海滨线和海岸建筑物破坏;(2)通讯电缆等滨海建筑物遭到破坏;(3)海底地貌在短时间内发生变化;(4)在高分辨率的声学剖面上具有特定的海底地貌特征。通过对由以上这些观察所发现的几个滑坡的研究可以使我们清楚地弄清楚这些滑坡的分布、规模和地貌特征。对海滨线和海岸建筑物造成直接影响的几个滑坡实例中,发生在不列颠哥伦比亚(加拿大)的Howe Sound的粗粒扇形三角洲中的滑坡属其中之一;另一起发生在不     

南海北部海底滑坡的特征、灾害评估和研究展望

海底滑坡及其触发的海啸是海洋地质灾害的重要组成部分。随着海洋工程设施及沿海地区人口及经济的快速增长,海洋地质灾害研究和评估变得越来越重要和紧迫。根据高精度地球物理资料(地震和多波束),在南海北部主要含油气盆地(珠江口盆地和琼东南盆地)中发现大量的海底滑坡。这些海底滑坡形成于上新世至第四纪,它们多以杂乱或空白的地震反射为特征,部分海底滑坡含有大量滑塌块体;这些海底滑坡的规模从数平方千米至上万平方千米不等。本文梳理了南海北部海底滑坡的特征;并对包括西沙隆起在内的海底滑坡所造成的直接灾害和次生灾害(海啸)进行初步评估;最后,指出了南海北部未来海底滑坡研究中需要解决并有望取得突破的主要科学(海底滑坡的成因机制)和实践(潜在海底滑坡及其触发海啸可能性)问题。     

南海北部海底滑坡与天然气水合物形成与分解的时序性

海底滑坡广泛发育于海底陆坡,是一种常见的沉积作用过程。滑坡的存在与天然气水合物的形成和赋存具有紧密的联系。国内外对海底滑坡及其与天然气水合物关系的研究尚处于起步阶段,且主要集中在滑坡体的构成、识别和触发机制及与天然气水合物的空间关系上,但对于时序性的研究尚处于空白。根据现有研究的深度和有限的资料,本文对此进行了定性探讨。研究表明,天然气水合物与海底滑坡在时序性上可分为三种类型:后水合物滑坡(post-gas hydrate landslide)、前水合物滑坡(pre-gas hydrate landslide)和同水合物滑坡(syn-gas hydrate landslide)。不同的类型对于天然气水合物的赋存与开采会产生不同的影响。三种类型中以前水合物滑坡对于天然气水合物的赋存和开采最为有利,同水合物滑坡次之。     

海底冲沟——深水沉积输运系统的"毛细血管"

海底冲沟作为比海底峡谷、水道地貌尺度小1个数量级的微地貌,与海底峡谷、水道共同构成了完整的深水沉积输运系统。由于调查数据分辨率的限制,在前人研究中,海底冲沟的重要作用一直被忽视。海底冲沟是深水沉积输运系统的“毛细血管”,数量巨大,主要分布在大陆坡、岛礁边缘、河口冲积扇前缘、海底峡谷和水道内部,与深水工程安全、岛礁安全、深水沉积体系和深水油气储层预测息息相关。从识别特征、沉积环境、影响因素和形成机理等方面,系统介绍了海底冲沟的研究进展;从分布区域、坡度、形态和沉积特征等方面,探讨了海底冲沟与海底峡谷和水道之间的区别与联系,并给出了区分三者的方法。通过归纳不同沉积环境的海底冲沟特征,将其定义为：在坡度大于2°的地形中,重力流成因、直线型的微地貌尺度沟槽,具有宽度小、深度浅、长度短和形态笔直（弯曲度接近于1）的特点,其中,片状浊流成因的海底冲沟还具有相互平行和等间距分布的集群特征。     

海底滑坡链式灾害研究进展

我国海洋能源开发已步入深远海域,面临的深海地质灾害问题也日益凸显,尤以海底滑坡最为典型,一旦发生将会形成链式灾害,严重危害水下基础设施的安全。本文聚焦“滑坡形成→运动演化→冲击设施”这一链式灾害过程,首先梳理了不同触发因素作用下海底滑坡的形成机制,进而论述了海底滑坡的运动过程及不同演化阶段的判识标准,分析了滑坡运动演化过程中环境水与土体的耦合作用机理,提出了适用于中小尺度运动演化过程的流固耦合分析方法,并探讨了当前海底滑坡运动演化过程试验模拟技术和原位监测手段的适用范畴与技术瓶颈;进一步地,针对滑坡冲击海底管缆等水下基础设施问题,评析了海底滑坡冲击效应的量化评估方法和研究手段。最后,指出当前海底滑坡链式灾害研究存在的不足和未来的发展方向,以期为海底滑坡地质灾害链的模拟、预测和预警等提供重要参考。     

香港外海海底光缆路由工程地质特征

根据地球物理、声学探测、海底取样及现场测试等实测资料详细分析，发现香港外海具有独特的自然条件以及复杂的海洋工程地质特征。海底地形地貌较为复杂，存在地震、滑坡与崩塌、埋藏古河道、断层、海底沙波、浅层气及可能的砂土液化等潜在的地质灾害因素，尤其在大陆架边缘及陆坡部位，海底坡度较大，分布着多种潜在的地质灾害，是海底光缆的危险区，应引起重视。     

南海北部深水盆地油气渗漏系统及天然气水合物成藏机制研究

深水盆地往往为天然气水合物和深水油气的共存区域。天然气水合物既是一种重要的油气资源,又是深水油气开发中引起地质灾害的重要因素。如果能实现深水油气和天然气水合物联合开发,将具有重要的经济价值;然而,目前尚不知两者的共存规律。根据南海北部白云凹陷高分辨率地震资料的综合解释成果,识别出大量的深部油气渗漏现象,包括有利于流体运移的气烟囱构造、深水水道砂体、海底滑坡、多边形断层等渗漏构造,提出了该区天然气水合物可能的成藏模式,指出了天然气水合物富集模式及其与游离气和深水油气渗漏的共存规律。     

南海北部陆坡深水沉积体系研究

陆源碎屑物质是深水地质研究的重要内容,在全球“从源到汇”研究计划中占有重要地位。海底峡谷-水道搬运沉积体系和块体搬运沉积体系（海底滑坡）是大陆坡最重要的两种搬运沉积过程。根据高分辨率2D、3D多道反射地震资料、多波束测深法、旁扫声纳、重力与活塞取样等资料研究发现,在南海北部陆坡地层中,广泛发育大型深水块体搬运体系和相应深水水道沉积体系。针对白云凹陷和琼东南盆地深水陆坡区的实例研究,揭示了典型深水块体搬运的平面形态、内部结构和变形过程,进而深入认识这一地质体的形成演化过程。采用2D/3D地震资料和多种数值模拟新方法发现了第四系深水高弯曲水道及其沉积相特征、上新世琼东南盆地中央水道及中新世古珠江深水水道体系。深水沉积体系对研究我国深水油气资源的成因机理和分布规律,以及深水工程的地质灾害预测和防护具有十分重要的意义。     

海底滑坡冲击下悬跨管道动态响应及安全性评估

作为一种常见的海洋地质灾害,海底滑坡会对油气管道的安全造成巨大威胁。由于海洋底流的冲刷作用,海底管道往往会悬跨于海床之上,稳定性较差。当悬跨管道遭受到海底滑坡的冲击作用后,其动态响应预测及安全性评估尤为重要。本文建立了海底滑坡-管道相互作用的有限元模型,将油气管道分为悬跨段和埋地段,考虑了悬跨长度和高度变化条件下,油气管道遭受海底滑坡冲击作用时的动态响应。数值计算结果表明,管道悬跨长度和高度对其塑性变形影响显著,海底滑坡引起的管道应变会随着悬跨长度和高度的增加而增大。最后,提出了综合考虑悬跨长度和高度影响下海底管道安全性评估方法,该成果可直接用于海底滑坡作用下油气管道安全性的动态评估。     

南海北部神狐陆坡限制型滑塌体特征及成因机理

滑塌体是深水沉积的重要组成部分,研究滑塌体沉积有助于揭示深水沉积过程。利用高精度多道地震资料,首次在南海北部神狐陆坡段发现了规模逾千平方千米的限制型滑塌体,它在顺坡滑塌时,未能超越下坡地层的围限,突然终止于下坡未变形地层中,因此陡冲斜坡两侧的地震相特征发生截然的变化。滑塌体整体呈楔形,内部呈杂乱反射,前端存在逆冲断层以及挤压褶皱。由于顺坡滑塌距离较短,因此与非限制型滑塌体相比,限制型滑塌体内部地层连续性较好。结合神狐滑塌体地震反射特征并通过与世界典型滑塌体的对比,可知滑塌体的厚度、地形坡度二者共同控制了神狐滑塌体的发育类型,前端地形突起对其发育没有影响。     

海底滑坡海啸的颗粒流耦合模型

海底滑坡的运动可能引发海啸,破坏离岸设施,威胁海岸带安全。国内外关于海底滑坡引发海啸的研究方兴未艾。采用Mih颗粒流模型控制具弱黏聚力的砂土滑坡运动,利用两相流模型计算岩土体-水体相互作用及RNG湍流模型控制水体运动,构建了基于颗粒流模型的海底滑坡海啸全耦合数值分析方法。通过简单水槽水下滑坡案例进行了海底滑坡海啸全过程研究。数值分析再现了变形滑体的不均一运动、密度分异流动、水滑机制和以波谷为典型特征的涌浪波等典型海底滑坡及海啸现象,这表明数值模型具有有效性。许多海域（包括中国南海北部）都存在弱黏聚力和无黏聚力的水下滑坡,该数值方法值得推广和进一步研究完善。     

重庆小南海滑坡形成机制离散元模拟分析

重庆小南海滑坡是烈度相对较低地区发生的地震高位滑坡,其成因一直令人费解。基于重庆黔江小南海相关研究资料,通过对复原的小南海坡体进行失稳分析,计算得出使岩体产生崩滑破坏的地震力临界条件,即只有当地震波地形放大后滑坡才能启动。为了进一步验证计算所得的结论,运用UDEC软件建立小南海典型二维场地模型,施加相应的地震力对坡体失稳崩滑的全过程进行模拟,以研究地震作用下地形放大效应触发具平行坡面陡倾控制性结构面的高位岩质斜坡地震机理。研究结果表明,在地震波传播过程中,具平行坡面陡倾控制性结构面的高陡突出地形对地震波有明显的放大作用。该坡体运动模式为：峰值加速度放大-增加的振幅迫使岩体顺平行坡面陡倾控制性结构面迅速拉裂-沿缓倾层面滑移-高速脱离滑源区-巨大的势能和动能驱动坡体做长距离运动,其间伴随解体、颗粒间相互碰撞、铲刮作用,具有二相甚至三相流体性质。分析揭示地震力作用下斜坡体中质点加速度具有地形放大效应。对比结构面监测点和基岩监测点加速度放大系数,表明,滑坡启动时具有较大的加速度,当遇到平行坡面的不连续结构面时,斜坡动力响应强烈,最终导致坡体失稳。     

考虑径流影响的滑坡降雨入渗二维有限元模拟及应用

降雨是滑坡失稳的常见诱发因素之一,现有数值模拟方法由于不能考虑来自基岩边坡的径流对滑体渗流的补给而低估了真实的降雨入渗水量,导致在评价降雨对滑坡稳定性特别是深层滑动影响时存在一定不足。以Richards方程和有限元法为基础,忽略降雨对渗透性极低的滑床和滑带的影响,将滑坡渗流计算域缩小为滑体,以避免因滑体与滑床（滑带）渗透性差异巨大引起的数值计算困难;依据基岩边坡水平长度和滑体降雨入渗边界饱和情况,修正降雨入渗边界,实现了考虑径流补给的滑坡降雨入渗简化数值模拟。算例表明,该方法所得渗流场更加符合实际情况。以三峡库区某滑坡为例,模拟了2006年10月～2009年12月间滑坡在库水升降和降雨条件下的渗流场和安全系数的演化过程;计算结果表明,考虑径流补给时滑坡后部的渗流场饱和区域明显较大,稳定系数降低较多,与位移监测资料显示的佐证较为吻合;若不考虑径流补给,则降雨对滑坡稳定性影响不大。     

路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析

永宁高速公路K117滑坡路段原为在泥质粉砂岩单斜地层内开挖2级形成的路堑边坡,开挖后产生典型平面滑动,在中部滑床形成长约25m的滑动槽,产生最远达35m的远程滑距,其成因机制复杂。本文在对滑坡基本特征及孕育过程开展详细调查研究的基础上,采用节理有限单元法对该滑坡经路堑开挖导致高位坍滑、刷方变更后触发高速远程滑塌、滑塌后壁残留滑体牵引松动,以及对其实施卸载、支挡回填及锚固的治理过程开展数值模拟,再现了该滑坡孕育发展全过程及其稳定性演化规律;分析了该边坡破坏的平面滑动机构及滑动面的物理力学特征,论述了该类滑坡启动高速远程滑动的开挖松弛致滑机理和裂隙充水致滑机理,最后提出了预测及治理该类滑坡的6点建议。研究表明,在单斜地层开挖路堑,使顺倾向软弱结构面临空暴露时,可能诱发边坡整体卸荷松弛,产生较大的不平衡滑坡推力,而卸荷松动产生的张裂隙导致滑坡对降雨入渗十分敏感,不平衡力和裂隙水压力的共同作用可迅速剪断滑面,伴随势能向动能的转化,产生高速远程滑动。     

南海北部陆坡深水曲流水道的识别及成因

深水水道是深水沉积体系中重要的组成单元,其作为潜在的油气储集体也被油气行业所关注。深水水道多处于深水环境下的沉积地层中,因此对于其直接的观测和研究都比较困难。基于近年新采集的多道2 D和3 D地震资料,利用相干时间切片、RMS均方根振幅、3D振幅可视化等地球物理手段对南海北部陆坡深水水道进行了识别和研究。该水道为更新世深水曲流水道,与来自中南半岛的浊流侵蚀有关,水道呈SW—NE向展布,侧向侵蚀特征明显。3D振幅可视化图显示该水道轴部为强振幅反射,推测为富砂充填,其余部分为弱振幅反射,推测为富泥充填,这点与世界已钻水道特征一致。深水曲流水道的形成过程和内部结构复杂,其内部砂体与泥岩常互层出现,泥岩的封堵作用会阻碍流体的流动或形成超压,同时也可起到良好的盖层作用,因此对于深水曲流水道的勘探和开发要重视这个问题。      

地下水对碎石土类边坡稳定性影响分析

在碎石土类边坡中常常发育地下水管网渗流系统,他们控制地下水水位上升,对保持边坡稳定十分重要。当坡脚开挖或坡体堆载时,会破坏管道状地下水排泄系统,从而导致地下水水位升高,使潜在滑面上的孔隙水压升高,最终导致滑坡的发生。本文综合分析了滑坡与水相互作用机理,并以官家滑坡为例,通过对滑坡稳定性计算中与地下水有关的各因素敏感性分析．发现地下水位变化对孔隙压力比、水头高度和水力坡度的影响极大的影响了碎石土边坡的稳定性;通过官家滑坡极限状态的塑性变形发现,碎石土边坡的变形破坏往往是在部分脆弱部位,通过长期蠕变积累首先展开,并逐渐扩展至整个滑面,由此得到在滑坡稳定性计算中,强度参数按照饱水面积比影响下经衰减的数值进行计算,所得到的稳定性系数更符合工程实际现状,对滑坡剩余推力的计算和治理设计具有积极的指导意义。     

Sedimentology,structure and age estimate of five continental slope submarine landslides,eastern Australia

Sedimentological and accelerator mass spectrometry (AMS) ¹⁴C data provide estimates of the structure and age of five submarine landslides (～0.4–3 km³) present on eastern Australia's continental slope between Noosa Heads and Yamba. Dating of the post-slide conformably deposited sediment indicates sediment accumulation rates between 0.017 m ka^–1 and 0.2 m ka^–1, which is consistent with previous estimates reported for this area. Boundary surfaces were identified in five continental slope cores at depths of 0.8 to 2.2 m below the present-day seafloor. Boundary surfaces present as a sharp colour-change across the surface, discernible but small increases in sediment stiffness, a slight increase in sediment bulk density of 0.1 g cm^–3, and distinct gaps in AMS ¹⁴C ages of at least 25 ka. Boundary surfaces are interpreted to represent a slide plane detachment surface but are not necessarily the only ones or even the major ones. Sub-bottom profiler records indicate that: (1) the youngest identifiable sediment reflectors upslope from three submarine landslides terminate on and are truncated by slide rupture surfaces; (2) there is no obvious evidence for a post-slide sediment layer draped over, or burying, slide ruptures or exposed slide detachment surfaces; and (3) the boundary surfaces identified within the cores are unlikely to be near-surface slide surfaces within an overall larger en masse dislocation. These findings suggest that these submarine landslides are geologically recent (<25 ka), and that the boundary surfaces are either: (a) an erosional features that developed after the landslide, in which case the boundary surface age provides a minimum age for the landslide; or (b) detachment surfaces from which slabs of near-surface sediment were removed during landsliding, in which case the age of the sediment above the boundary surface indicates the approximate age of landsliding. While an earthquake-triggering mechanism is favoured for the initiation of submarine landslides on the eastern Australian margin, further evidence is required to confirm this interpretation.     

穆尼盆地第四纪深水弯曲水道:沉积构型、成因及沉积过程

深水水道是陆坡沉积的重要组成单元,深水水道储层受到广泛关注。基于高分辨率三维地震资料,利用地震属性、分频技术等研究穆尼盆地第四纪深水弯曲水道的沉积构型、成因及沉积过程,主要取得以下3个方面的成果:(1)建立了深水弯曲水道沉积构型模式。弯曲深水水道由水道和堤岸组成。堤岸脊将堤岸分成内堤岸和外堤岸两部分。水道由底部粗粒滞留沉积、深海泥质披覆沉积以及滑块组成。(2)深水水道早期为低弯曲水道,后期逐渐演化为高弯曲水道。(3)建立了深水弯曲水道沉积的岩相模式,深水弯曲水道由垂向加积水道和侧向迁移水道组成。顺重力流方向,侧向迁移带,内弯带以沉积作用为主,外弯带以侵蚀作用为主。垂向加积带,水道底部粗粒滞留沉积往往表现为垂向加积特征。深水弯曲水道岩相模式的建立对深水浊积水道储层准确预测具有重要的理论指导意义。     

基于三维非连续变形分析的巨石崩塌运动研究

巨石作为一种大体积、大质量的滚石,其崩塌失稳及高速、高能远程运动往往导致沿途建筑物和交通线路的毁灭性灾难。以西藏自治区G318国道K4580典型滑坡为工程背景,基于三维非连续变形分析（three-dimensional discontinuous deformation analysis,简称3D-DDA）方法研究巨石崩塌失稳及运动全过程的特征与现象。分别建立该边坡未滑坡、浅层滑坡后和深层滑坡后3种坡形的巨石崩塌3D-DDA数值模型。采用滚石运动横向偏移经验模型,验证3D-DDA巨石运动模拟的准确性。在此基础上,分析巨石崩塌失稳机制及破坏后沿3种不同坡形边坡的运动轨迹和动能演进等运动特征。结果表明,3D-DDA能够有效模拟巨石崩塌失稳、运动发展、剧烈冲击碰撞直至最终静止等整个动力学过程。巨石崩塌表现为滑动→倾倒?滑动→倾倒→翻转?下落的失稳模式转换;巨石运动表现为碰撞、弹跳、飞跃、滚动、滑动等多种运动形式以及横向偏移、侧向偏转等三维空间运动特征,经过道路并与高架桥发生碰撞,引发巨石灾害。不同坡面几何特征下的巨石运动偏移量、弹跳高度、运动至坡底碰撞时间、最终稳定时间等均随着未滑坡、浅层滑坡后、深层滑坡后3种坡形变化而减小。通过3D-DDA巨石崩塌运动分析,预测巨石运动全过程、影响范围、冲击能量、停积位置等,可为巨石防灾减灾对策或措施制定提供依据。