大陆边缘深水区海底滑坡及其不稳定性风险评估

海底滑坡是大陆坡一种常见的沉积作用过程。这种沉积作用包括滑塌和碎屑流等重力流作用过程,它能将沉积物运移数百公里,严重危害深水油气开发平台、油气管线、海底电缆等设施;同时,还可能导致巨大破坏性的海啸。虽然导致海底滑坡的因素很多,但近年来发现海底滑坡的触发机制可能与地震作用和海底天然气水合物的分解关系密切。随着深水油田的开发和深海工程的日益增多,这种地质作用越来越引起学术界和工业界的重视。在介绍大陆边缘深水区海底滑坡的构成、识别和触发机制的基础上,提出海底滑坡的地质风险评估方法。     

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。     

浊流沉积研究的新进展:鲍马序列、海底扇的重新审视

本文在总结前人对浊流沉积研究的基础上,分析前人对浊流与浊积岩、浊流沉积与浊流相模式的对应关系之间的认识,并对鲍马序列进行重新审视。在海底扇研究过程中,鲍马序列已经不能充分反映浊流沉积的全过程。鲍马序列所反应的沉积模式其实是由碎屑流、浊流、底流等多种形式流体组合和改造后的结果,海底扇沉积模式不能笼统归结为浊流沉积作用的结果。在完善重力流、底流等沉积作用的同时,建立一个与沉积作用相互联系的深海沉积系统,以对深海研究提供更好地指导和预测。     

海底碎屑流运动特性研究的若干进展

海底碎屑流运动特性的认知直接关系到对海底沉积物重力搬运过程的正确理解,同时对于深海油气资源的勘探开采及海洋工程设施的安全建设意义重大。海底碎屑流发生时间、地点的不确定性及直接观测手段的不足制约了其运动特性研究的发展,在总结国内外研究进展的基础上,讨论了海底碎屑流运动的影响因素、流动头部产生的滑水现象及碎屑流向浊流的转化机制,重点综述了现场观测、模型试验及数值模拟等研究手段。最后,指出目前海底碎屑流运动特性研究中存在的问题,建议围绕现场观测技术体系的完善、海底碎屑流长距离搬运机制的进一步明确及碎屑流引发地质灾害的风险性评估等方面开展深入研究。     

隧道模型试验中几何比尺相似程度的差异性及影响比较

模型试验研究是探讨土体-结构系统的力学响应机制的重要手段之一。针对西安地铁二号线地铁隧道模型模拟中存在的问题,首先讨论了隧道结构模型试验相似比尺关系,分析了模型试验中相似材料的选用原则和关键问题,然后基于两种不同的几何相似程度,比较讨论了模型几何相似程度对隧道模型和隧道原型结构之间应力与弯矩结果的影响程度,在同等条件下两种不同的几何相似比尺设计的缩尺模型导致隧道原型结构的应力值的差异超过12%,隧道原型结构的弯矩值的差异超过140%。研究结果表明,几何相似程度决定了模型相似比尺设计的合理性,从而成为模型试验能否合理、高精度地反映和模拟原型结构力学响应的关键性制约因素之一。     

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。     

沉积物重力流研究进展

沉积物重力流的研究随着深海、深湖环境油气资源的勘探成为现阶段沉积学领域研究的重点课题之一。沉积重力流的分类与命名已不断的完善与细化,浊流与碎屑流成为沉积物重力流的研究重点,沉积学者依据其流态特征、流变学特征、流体浓度与支撑机理对两者进行区分。重力流的的研究手段从野外观察到室内水槽实验,再到区域地震识别。沉积模式从单一浊流形成的"浊积扇"到多种流体相作用的"深海扇"或"海底扇"转变。由于沉积物重力流的控制因素较多,因此在重力流的概念、分类与成因上依然存在许多争议。水槽实验的不断发展,成为沉积物重力流的研究的主要途径,但实验模拟依旧存在很多问题,需不断完善水槽实验的限定因素与控制参量。     

海底扇沉积相模式、沉积过程及其沉积记录的指示意义

海底扇是由沉积物重力流形成的海底沉积体。其分类学和相模式研究表明,海底扇主要由海底水道、溢岸及朵叶体等沉积单元构成。然而古代和现代海底扇沉积均无法由单一的通用相模式进行解释。以粒度差异所建立的相模式类型涵盖了多方面信息,相对简单实用。海底扇的触发机制主要包括海底沉积物失稳、洪水型异重流、海洋动力过程及复合成因机制等类型。海底扇的主导流体类型（碎屑流与浊流）、海底地貌形态（限制性与非限制性）及海洋动力条件（底流作用）深刻影响了海底扇的沉积作用、平面形态及空间组合特征,整体上分为三类。其中,浊流沉积主导的海底扇在非限制性海底环境中主要表现为扇状或指状形态,在限制性海底环境中则直接受控于盆地的地貌形态;碎屑流沉积主导的海底扇以块体搬运为特征,平面上表现为舌状和叶状展布形态;底流与重力流共同作用形成的混合型海底扇朵叶体沿底流流向侧向偏转,部分受底流改造沉积形成孤立漂积丘状形态。海底扇沉积物记录了环境信号从“源”到“汇”传输效率和保存程度,对构造变形和古气候变化具有重要的指示作用。人类世以来的现代海底扇沉积物同时也是深海微塑料、陆源有机碳的重要储库,定量评估其丰度特征对于环境评价、污染治理与管控及全球碳循环均具有深远的现实意义。     

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。     

泄洪雾化降雨模型相似性探讨

泄洪雾化影响的研究和预测目前仍然以大比尺模型试验研究为主,但模型缩尺效应是制约这一方法准确预报泄洪雾化影响范围及程度的关键因素。根据乌江渡水电站泄洪雾化原型观测资料,通过系列模型试验研究,分析了水流Re和We数对泄洪雾化降雨强度的影响,对泄洪雾化雨强的模型试验值与原型观测结果之间的相似关系进行了探索,研究了雾化降雨影响区域的不同比尺模型试验测试结果之间的几何相似性。     

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。     

选沙相似律对模型沙波相似性影响的试验研究

为了弄清选沙相似律对动床模型沙波相似性的影响,开展基于起动相似等3种不同相似律选择模型沙的沙波水槽试验。基于试验观测的沙波波高、波长以及沙波不同部位的水深、流速,对比分析了沙波尺度及其随水流强度变化过程的相似性。结果表明:当模型沙重率、形状与原型沙相同时,满足起动相似的模型沙沙波尺度与原型相似性最高,满足悬浮相似模型沙的沙波整体偏高、偏长,兼顾起动与悬浮相似的模型沙介于两者之间;不同选沙相似律不影响沙波波高、波长随相对水流强度的变化规律,满足不同相似律的模型沙沙波波高均在相同的相对水流强度达到最大值,波长随相对水流强度增大而增大。说明偏离起动相似越少,沙波相似程度越高。     

深海底边界层动力特征及其沉积效应研究进展

深海底边界层动力特征直接调控深海沉积过程，属于深海科学最关键的能量和物质交换层。虽然根据有限的观测发现深海海底边界层动力特征受控于海洋多尺度运动，与深海底边界层理论结果存在较大差异，但深海底边界层多时空变化特征对深海沉积过程的影响仍缺少系统的定量研究。结合已有的理论、现场观测、水槽实验与数值模拟结果，针对以下要点进行回顾和总结：(1)深海底边界层流场的基本特征及湍流特性；(2)潮汐、内波、中尺度涡以及大尺度环流的深海底边界层动力特征及其沉积效应。可为进一步开展以深海底边界层动力观测为基础的深海沉积动力学研究提供参考。     

我国海底地貌研究进展及其在东海近海的新发现、新认识

在分析海底地貌学国内外研究现状基础之上,综述我国海底地貌的最新研究进展和发展历程,探讨今后我国近海地貌的研究发展方向:我国现代海底地貌学研究虽然起步较晚,但总的趋势是随着测量技术的不断更新,由宏观向微观、从大的地貌类型向特定的地貌体、从形态特征到地貌过程的研究,并着重研究人类活动与地貌过程的响应关系。针对"908专项"在我国近海海域的调查成果,着重介绍其在我国东海近海海域地形地貌研究中的新发现、新认识:长江口外古潮流沙脊群可分为堆积型、侵蚀—堆积型和侵蚀型潮流沙脊群3种类型;在福建闽江口近岸的马祖列岛和白犬列岛之间发现多条呈SW—NE走向、条带状分布的潮流沙脊,面积约200 km2,水深在15～30 m;在东海陆架沙脊区与金门岛外发现2处新的海底礁石。这些全新的发现和认识对于我国近海海底地貌的研究将起到丰富和推动作用。     

多频海底声学原位测试信号消除干扰研究

多频海底声学原位测试系统是由国家海洋局第二海洋研究所自行研制的国内首套海底声学原位测试系统。对多频海底声学原位测试系统的测试信号处理方法进行了初探。海底声学原位测试信号难免会包含干扰信号,其将影响到海底沉积物特性提取的准确性。通过对多频海底声学原位测试系统的测试信号进行基于小波分解的自相似性分析,发现信号在不同尺度上都相似于其本身,说明干扰信号与有效信号在频谱分布上并没有太多差异,通过频率域滤波难以消除干扰信号。将小波分析方法引入海底声学原位测试信号消除干扰信号处理中,利用小波对信号进行分解并经过小波系数选择与信号重构后,消除了干扰信号,并保留了有效信号。     

用于海底振动取样钻进的振动器设计理论与实践

与地表振动钻进相比,在海底振动钻进过程中,存在海水的阻尼及海水参与振动等问题。采用简化的力学模型并用修正系数考虑了海底振动钻进的特殊工况,对影响振动钻进效果的振动器振动参数进行了全面分析,并设计了一种适合于在水深500m以浅的海底土层进行振动取样钻进的振动器。     

异地碳酸盐岩块体与碳酸盐岩重力流沉积研究及展望

异地碳酸盐岩块体是指已固结或半固结的、经过一定距离搬运再沉积而产于正常沉积地层中规模 较大的碳酸盐岩块,它和碳酸盐岩重力流沉积均属于再沉积碳酸盐岩。文章分析了岩崩、岩屑崩坍、海底滑坡、 滑塌和碎屑流沉积的过程,讨论了异地碳酸盐岩块体的沉积机制;归纳了异地碳酸盐岩块体形成的主要地质背 景,认为异地碳酸盐岩块体可见于活动大陆边缘、被动大陆边缘、海山和前陆盆地等地质环境中;着重介绍了 异地碳酸盐岩块体和碳酸盐岩重力流沉积的研究进展,即线源式的碳酸盐岩裙沉积和点源式的碳酸盐岩海底扇 沉积;最后,阐释了滑来岩块、滑塌堆积和碎屑流沉积的区别与联系,总结了孤立碳酸盐岩块体的搬运沉积机 制,对比区分了碳酸盐岩裙沉积和碳酸盐岩海底扇的沉积特征,认为它们在斜坡环境、沉积物类型和沉积特征 等方面存在诸多不同。     

海底热水活动——一种重要的成矿作用

海底热水活动不仅形成海底热水矿床,而且由于其独特的地质作用,为海洋中其它成矿作用提供了能量与物质来源,为其它海底矿床的形成创造了条件。通过对海底热水活动与海底热水矿床、铁锰结核、气体水合物等关系的了解,提出加强海底热水活动的研究,促进海洋资源的综合开发利用。     

中建海底峡谷地貌及沉积特征的分段性

中建海底峡谷具有分段性,但分段的关键地貌特征、各段沉积充填及其控制因素缺乏精细描述和系统论证.综合利用高分辨率二维和三维地震资料,结合水深地貌数据,对中建海底峡谷地貌及沉积特征进行了详细分析,总结了其南北段沉积过程的主控因素.中建海底峡谷呈NW向顺直展布于广乐隆起与西沙隆起之间,以华光礁附近的地貌高点为拐点被分为南北两段.中建海底峡谷北段沉积体系包括重力流沉积（水道、席状沉积、滑塌体）和底流沉积（漂积体、环槽、谷槽）,南段以重力流水道和海底扇为主.北段沉积体系受底流和重力流交互作用控制,底流自中中新世开始出现,改造重力流水道,使其出现侧向迁移或翼部不对称现象,上新世以后重力流作用减弱,底流作用增强,沉积物波和漂积体广泛发育;峡谷南段水道表现出侵蚀-沉积-废弃的沉积旋回,未见底流沉积现象.相对海平面变化导致碳酸盐生产率变化影响物源供应,从而控制水道沉积演化,碳酸盐台地的“高位溢流”作用决定水道在高水位时发育.      

海底多金属硫化物矿床的主要特征

海底多金属硫化物由于含有贵金属而具有潜在的经济价值并,受到国际地质学家们的广泛关注。已经发现的矿点和矿床有一百多处,然而规模比较大的不足20处。相对于锰结核,多金属硫化物在海底产出的部位较浅,矿石中含有Cu、Zn、Ag和Au等,具有很高的经济价值。据粗略估计,已发现的大型矿床共含有一百万到五百万吨的块状硫化物。世界海底多金属硫化物矿床主要分布在东太平洋海隆、西太平洋构造活动带、西南太平洋以及大西洋中部的大洋中脊。海底多金属硫化物属于海底热液烟囱物,它是热液活动的产物,其成因机制涉及构造和岩浆活动与热液活动的关系,海水及水深以及沉积物与热液成矿的关系,岩水反应,热液地球化学,生物活动等。