海底地质剖面 -海底地质剖面图怎么画的

王方 · 发表于海洋地质专业 2023-10-26 06:48:44

海洋地质灾害是指在自然或者人为因素的作用下形成的，对人类生命财产、环境造成破坏和损失的地质作用（现象）。如崩塌、海底滑坡、泥石流、地面沉降、地面塌陷、砂土液化、水土流失、土地沙化、土壤盐碱化，以及地震、火山、海底断层活动等。

人类不能阻止海洋地质灾害的发生，但可以防范和减少海洋地质灾害带来影响。要做到这一点，首先要对工作区灾害地质因素与类型有一定的认识与了解，并且要开展工程地质与灾害地质的调查。我国海洋工程地质与灾害地质调查工作起步较晚，大约在1983年11月，自从“勘察二号”平台在温州东部海域石门潭1井插桩事故以后，除了开展井位工程地质调查外，还进行了跨海大桥、海底电缆、海底油气管道及江底隧道的选线、新港建设、航道的清障以及海底渔船的寻找等活动。

海洋灾害地质因素的分类原则主要有：（1）根据成因分类，如侵蚀堆积成因、构造成因、火山成因、生物成因、冰川成因、人为成因；（2）根据致灾动力条件分类，如内动力地质条件、外动力地质条件、人为地质条件；（3）根据空间分布可分为：一是存在于海底表层的，诸如各种活动的水下沙坡、潮流沙脊群、强烈的海底侵袭与堆积、大面积的滑动与崩塌、各种沟谷地貌等；二是存在于海底以下浅层的，诸如古河道、古湖泊、浅断层及活动性断层、浅气层、泥丘、力学性质极不均衡的地质体等。

图 1-1 灾害地质因素赋存特征示意图

海洋灾害地质因素调查运用的方法以浅、表层的地球物理方法为主，工程地质钻探为辅，采用的手段有测深、侧扫声呐、浅地层剖面、高精度磁力测量及浅钻等，主要解决海底浅表层的工程地质问题及相关的地质灾害问题。今天为大家详细介绍一下浅地层剖面仪在海洋灾害地质因素调查中的几个应用。

浅部断层

在海洋工程上，一般将晚更新世以来仍有活动的断层定义为活动性断层。我国大部分海域第四纪地层中的断裂基本上都是活动断裂，与地震活动关系密切，并可触发海底滑坡、砂土液化、海底泥石流等灾害。断层引起的地面错动及其伴生的地面变形，往往会损害跨断层修建或建于附近的建筑物，同时断层还会导致海底产生过大的差异沉降。在第四纪地层中的断裂构造，尤其是断层的活动一直持续到全新世的浅部活动断层和第四纪晚更新世以来发生的沉积断层，对海洋工程的安全非常不利。

图 1-2 在近海陆架区域发现的晚更新世断层

图 1-3 跨千里岩断裂浅地层探测时间剖面

目前在海洋地质调查中有多种仪器和手段，如回声测深仪、浅地层剖面仪、海底地震仪以及海洋重力、海洋磁力测量和电磁测深等技术方法。其中，浅地层剖面仪与单道地震仪类似，但比单道地震仪拥有更高的分辨率。浅地层剖面仪广泛应用于探测海域浅部断层，为海洋地质和工程地质提供了大量资料。在浅地层剖面上，断层识别的标志有：连续性好的反射波组发生系统的错断、反射同相轴数目突然增减或消失、波组间隔突然变化、反射波同相轴突变、标准反射波同相轴发生交叉、合并、扭曲、强相位转换等。此外，断面反射波的存在也是识别断层的重要标志。

浅气层

海底浅气层是一种常见的地质现象，也是一种最危险的海洋灾害地质因素。按照成因一般分两类，一是以生物成因气（沼气）为主，其主要成分为甲烷、二氧化碳、硫化氢、氮气、氨气等；二是经深部断层、裂隙、不整合面等通道运移至浅层的石油天然气。但不管是哪种气体，他们一般以层间气和沉积物中气的形式存在，沉积物中的气体改变了沉积层土的力学性质，使其强度降低，结构变松，破坏了土层的原始稳定性，减小了基底承载力。在外荷载作用下，含气沉积物会发生蠕变，导致下陷、侧向或旋转滑动，最终失去平衡，发生倾斜倒塌。层状储集的浅气层，其含气量大，有一定的压力，一旦平台桩腿插于其上，轻则造成设备受损，重则造成“井喷”事故，危害巨大。

图 1-4 浅地层剖面揭示的浅层气高压气囊

我们通常应用浅地层剖面仪来识别浅气层。在浅地层剖面记录上，浅层气具有非常明显的特征，气聚带的存在，可使水平连续的层状反射波组突然中断，形成气带边界的“假断层”现象，有的呈丘状、团块状气囊，致使海底形成气底劈，产生自然喷发口，造成海底沉积松散，地形崎岖不平，在相应的水柱中出现雾状气罩、柱气道；含气沉积物层间反射杂乱，同相轴时隐时现，或完全消失，或反射模糊，伴有空白带，这些都是由于含气层使地震波传播速度降低，反射波能量快速衰减造成的。

海底滑坡

海底滑坡或海底塌陷，是指斜坡上的土体或岩体，在重力作用下，沿着一定的软弱面或软弱带，整体的或分散的顺坡向下滑动的自然现象。主要发生在大陆坡及大陆架边缘或近岸河流入海口快速堆积处。这种自然现象会在滑坡体的自身重力、潮流和天然地震等诱发因素下发生，造成海底基体失稳，对海上建筑物或海底管线造成危害，可能会造成建筑物坍塌或管线折断等严重后果。

在声学剖面上，海底滑坡表现为海底的强相位突然变得不规则或断开，滑体多具不对称丘状外形，滑坡后壁处沉积物突然中止，地震反射不连续，内部弱振幅，杂乱或无反射结构，后壁常表现为陡坎。

图 1-5 浅地层剖面揭示的海底滑坡或崩塌

潮流沙脊

潮流沙脊是指潮流作用下由大量的来沙或原地沉积物在潮流的周期性作用下形成的大致平行于潮流方向的沙堆积体，根据潮流动力条件的不同，在横向上由弱到强可依次形成沙斑、沙纹、沙波，在横向（平行于潮流方向）上形成冲蚀坑、纵向沟、沙垄。潮流沙脊在地形上的起伏本身即对输油管线和光缆不利，潮流沙脊的移动更是会对工程设施造成破坏。

在浅地层剖面图上，潮流沙脊的形态为长轴丘形，内部斜层纹理清晰，具有高频弱振幅特性，为斜交前积反射结构。斜层理的倾斜方向与沙脊的迁移方向一致，沙脊的长轴方向则指向潮流主流向。平面上的潮流沙脊呈线状分布，沙脊之间为潮流通道。

图 1-6 单道地震剖面揭示的潮流沙脊

底劈

底劈是在大陆架和大陆坡区（尤其是三角洲地区）发现的刺穿海底或者潜伏在海底浅层中，具有明显的上涌活动的一种重要的灾害地质现象。底劈构造会破坏浅层沉积结构，诱发浅层断裂，在大陆边缘构造演化中，引起局部剧烈的垂直差异沉降和海底破损，是特殊的活动地质因素之一。

图 1-7 单道地震剖面揭示的泥底劈

底劈构造在浅地层剖面或单道地震剖面图谱上表现为弱振幅，内部为不规则的杂乱反射，两边波组向上翘起，上拱部分切断两侧连续沉积层。具有丘状外形，多为孤立体。

埋藏古河道和古洼地

由于第四纪期间海平面的巨大变动，陆架区多次裸露成为陆地，其上发育不少河流，河流下切侵蚀。到了全新世初期，随着大规模的海侵运动，海面抬升，陆架上的河道和湖泊渐渐被海水所淹没，并且被埋藏在不同深度的海相沉积层下，成为晚更新世的埋藏古河道和古洼地。

古河道和古洼地的沉积物、充填物以粗碎屑砂砾石为主，孔隙度大，层间水循环快，具有较强的渗透性。长期的侵蚀，冲刷后，在上覆荷载下容易引起局部塌陷，破坏地层的原始结构，造成基底不稳。古河道纵向切割深度不同，横向沉积相变化迅速，在近距离范围内存在完全不同的力学支撑，诸如河床砂体和河漫滩泥质沉积物，具有不同的抗剪强度。软的黏土沉积在不均匀压实或受重力和地震力的作用下，极易产生蠕变，引起滑坡，导致地质灾害。大陆架上的古河道发育时期较晚，沉积物埋藏浅，固结压实效应差，在上覆重荷压力下，随着作用期的延长，会产生不均匀沉降。许多海洋工程设施是庞然大物，诸如采油平台、钻井平台，一根桩腿有下陷，就会失去平衡，影响作业，甚至倒塌。古河道的沉积物、填充物，以陆源碎屑为主，含有比较丰富的有机质，河流的搬运堆积，将其快速掩埋，随着河流体系地理条件的改变，有机质类型齐全，在一定热变质或生物作用下，可能演化成甲烷、沼气。这些气体呈分散状渗透在河道沉积物的层间，或者聚集在河流砂体中成为气囊。在浅层气的影响下，沉积物结构疏松，孔隙压力增大，有效应力减小，钻孔如直接钻入浅层高压气囊，有造成井喷失火的可能性。

图 1-8 浅地层剖面揭示的埋藏古河道

利用浅地层剖面系统可识别出古河道和古洼地的存在。古河道和古洼地的层间反射结构以强振幅、不同频率的杂乱反射为主，同相轴短，常有严重扭曲，不连续，有丘状凸起或槽形凹陷的结构形态。此外，同相轴分叉或者归并现象，通常形成小型的眼球状结构，在河道顶部，普遍有同相轴突然中断，这是明显的上超削顶。上覆为中振幅、中频率、连续-较连续的水平反射层，区域上与古河道沉积呈不整合或假整合接触。某些较大的埋藏古河道有迭瓦状反射结构，表现为小型、相互平行或不规则的倾斜同相轴，向河流缓岸一侧依次迭置，这种细层在相邻测线上的平面组合，有利于分析河流的空间流向。还有一种上超充填型结构，在河流中的反射同相轴呈水平形态，在河床中心，同相轴向下略有弯曲。

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