以海洋石油勘探與開發(fā)為代表的海洋經(jīng)濟(jì)在近些年來(lái)迅速增長(zhǎng)
日期：2022-07-19
以海洋石油勘探與開發(fā)為代表的海洋經(jīng)濟(jì)在近些年來(lái)迅速增長(zhǎng), 但是海洋地質(zhì)災(zāi)害的存在在很大程度上限制了海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 特別是對(duì)海上和海底工程(如海上石油平臺(tái)、海底電纜和管線等)的影響。因此, 海洋地質(zhì)災(zāi)害作為一種制約經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的自然災(zāi)害正日益受到人們的關(guān)注。
海洋地質(zhì)災(zāi)害研究是一門新興的邊緣學(xué)科, 但在其興起之前, 人們就已經(jīng)開始關(guān)注各種災(zāi)害事件, 主要集中在海岸和近岸水域, 包括：海岸侵蝕、地震與斷裂活動(dòng)、海水入侵與倒灌、水土流失、港口與海灣淤積等。海洋地質(zhì)災(zāi)害研究工作雖然起步較晚, 但在陸地資源逐漸匱乏的情況下海洋蘊(yùn)藏的豐富能源和廣闊空間顯得尤為珍貴, 海洋將成為人類發(fā)展的未來(lái)。在這一前提下, 包括海洋地質(zhì)災(zāi)害研究在內(nèi)的海洋科學(xué)成為研究的熱點(diǎn)。
借助先進(jìn)的探測(cè)和取樣設(shè)備, 人們對(duì)海洋地質(zhì)災(zāi)害及其機(jī)制已經(jīng)有了新的認(rèn)識(shí), 圖1 示意了幾種主要海洋地質(zhì)災(zāi)害及相互關(guān)系。海洋地質(zhì)災(zāi)害在尺度上往往較大, 破壞力也更大, 如海底地震引發(fā)的海嘯、海底斜坡塊體運(yùn)動(dòng)、海底不均一持力層等。2004年12月26日印度尼西亞鄰近海域發(fā)生里氏8.7級(jí)地震, 并引發(fā)海嘯, 超過15萬(wàn)人遇難；1929年加拿大海域的Grand Banks滑坡發(fā)生滑移, 滑移的最高速度達(dá)到70km/h , 最終堆積區(qū)距離源區(qū)約為850km，奪走了27人生命,并嚴(yán)重破壞了海底通訊電纜；1969年卡米爾颶風(fēng)(Hurricane Camille)誘發(fā)水下斜坡快體滑動(dòng), 造成3座鋼平臺(tái)被破壞, 其中1座平臺(tái)翻倒并沿斜坡向下滑出30m , 造成1億多美元的損失；海底不均一持力層也多次造成我國(guó)渤海和珠江口盆地鉆井平臺(tái)發(fā)生傾斜和位移, 給經(jīng)濟(jì)造成重大損失。因此, 海洋地質(zhì)災(zāi)害研究, 特別是地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估和預(yù)警可有效的減小或防止人員的傷害和財(cái)產(chǎn)的損失。目前海洋地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查研究多采用海底地形地貌資料結(jié)合多波束水深和地震數(shù)據(jù)分析等手段, 主要涉及單波束測(cè)深系統(tǒng)、多波束測(cè)深系統(tǒng)、旁側(cè)聲納系統(tǒng)、淺地層剖面系統(tǒng)、水下攝像系統(tǒng)及地震等傳統(tǒng)儀器設(shè)備。近年來(lái), 隨著海洋高新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用, 海洋地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查手段有了很大提升, 并特別強(qiáng)調(diào)海底原位、實(shí)時(shí)、監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用, 發(fā)達(dá)國(guó)家和相關(guān)組織投入大量資源研發(fā)海底原位觀測(cè)系統(tǒng), 并實(shí)施了很多針對(duì)(或包含)地質(zhì)災(zāi)害的海底觀測(cè)計(jì)劃, 如美國(guó)OOI(the Ocean Observato ries Initiat ive，海洋觀測(cè)計(jì)劃)、日本DONET (Development of Dense Ocean-floor Netw ork System for Earthquake and Tsunami，地震和海嘯海底密集觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng))、ESONET(the European Sea Observatory Network，歐洲海洋觀測(cè)站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng))等。這些觀測(cè)計(jì)劃的實(shí)施可為地質(zhì)建模提供大量的數(shù)據(jù), 從而可以快捷、準(zhǔn)確的對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行量化, 為災(zāi)害評(píng)估和預(yù)警提供依據(jù)。
二、海洋地質(zhì)災(zāi)害研究進(jìn)展
國(guó)外海洋地質(zhì)研究工作起步較早，歐洲、美國(guó)及加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家的小比例尺、近海海底調(diào)查已基本結(jié)束, 特別是威脅海上石油平臺(tái)的近海海底斜坡調(diào)查研究, 從當(dāng)前這些國(guó)家開展的海洋地質(zhì)災(zāi)害研究項(xiàng)目可以看出, 其工作重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向針對(duì)特定地區(qū)(多為海上油氣田、海底滑坡與地震多發(fā)帶等)和深海、半深海的高分辨率成圖、建模與定量解釋、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與災(zāi)害預(yù)警等。歐洲國(guó)家在較早之前就聯(lián)合完成了針對(duì)陸架滑坡穩(wěn)定性的研究, 即COSTA (Continental Slope Stability)計(jì)劃。該計(jì)劃由挪威的特羅姆瑟(Tromsoe)大學(xué)、貝爾根大學(xué)和奧斯陸大學(xué)巖土研究所、法國(guó)的IFREMERBrest研究所、英國(guó)南安普敦海洋中心、英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(BGS)、意大利海洋地質(zhì)研究所、西班牙巴塞羅那大學(xué)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合完成。他們選取了歐洲10個(gè)典型區(qū)域進(jìn)行研究, 建立了已經(jīng)發(fā)生或可能再次發(fā)生滑坡的地區(qū)海底沉積物物理力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù), 并對(duì)大陸邊緣、河口三角洲和海灣在自然和人類活動(dòng)作用下的海底斜坡穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。加拿大也參加了歐洲COSTA計(jì)劃, 以期對(duì)加拿大陸坡穩(wěn)定性進(jìn)行分區(qū)；查明天然氣水合物及淺層氣分布范圍, 為海底電纜、輸油管線和海上鉆井作業(yè)等淺海工程提供保障；了解陸架邊緣海底斷裂作用機(jī)制；建立陸架滑坡評(píng)估工具和方法。目前歐洲和加拿大的COSTA計(jì)劃均已結(jié)束。位于挪威的地質(zhì)災(zāi)害國(guó)際研究中心(ICG), 則在過去幾年里整合各方面有利資源(包括歐洲和美國(guó)的科研院所與石油工程公司), 開展了海洋地質(zhì)災(zāi)害研究項(xiàng)目, 主要以挪威海域?yàn)橹鳌Ｒ驗(yàn)樵摵Ｓ虬ɑ隆\層氣、地震以及引發(fā)的海嘯等地質(zhì)災(zāi)害較為顯著, 如巨大的Storegga復(fù)合滑坡體(9萬(wàn)km2)的滑坡搬運(yùn)量達(dá)到了3000萬(wàn)m3 , 加之Ormen Lange氣田正位于此海域, 因此,對(duì)該區(qū)的海洋地質(zhì)災(zāi)害研究就顯得頗為重要。研究的主要內(nèi)容包括海底斜坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、大陸邊緣海底斜坡潛在觸發(fā)機(jī)制、淺層氣與天然氣水合物作用機(jī)制、地球物理探測(cè)方法及數(shù)據(jù)處理與成像等。為此實(shí)施了若干相應(yīng)的研究項(xiàng)目, 如Oremen Lange、SPACOMA、GANS、SIP-8、ASSEM以及天然氣滲漏機(jī)制與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目等, 并取得了很好的研究進(jìn)展和大量研究成果。Oremen Lange研究項(xiàng)目發(fā)現(xiàn), 影響Storegga滑坡的因素包括泥沙運(yùn)移、地震以及氣體水合物中氣體逸出等。SPACOMA(歐洲大陸邊緣—?dú)W洲被動(dòng)大陸邊緣的斜坡穩(wěn)定性)項(xiàng)目是在歐洲科學(xué)基金會(huì)(ESF)的組織與支持下開展的。該項(xiàng)目主要目標(biāo)是探討歐洲陸緣不同的地質(zhì)背景下斜坡穩(wěn)定性, 范圍從大西洋南歐陸緣河流作用沉積體系和地中海, 一直到北冰洋斯瓦爾巴群島以北的高緯度冰川作用陸緣。主要內(nèi)容包括海底地形和地貌圖繪制、地質(zhì)和巖土參數(shù)的相關(guān)性以及天然氣水合物對(duì)地質(zhì)特性的次要影響等內(nèi)容。為進(jìn)行深入的綜合研究, ICG匯集了一個(gè)專門從事地質(zhì)、地貌、滑坡和海嘯模擬等領(lǐng)域的專家小組, 發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)特征截然不同的地質(zhì)災(zāi)害區(qū)。首先是位于斯瓦爾巴德群島北部邊緣的Hinlopen滑坡。這個(gè)滑坡的特點(diǎn)是最高滑移落差超過1400m，滑移部分比其他地區(qū)的滑坡要大幾個(gè)數(shù)量級(jí), 因而對(duì)其流動(dòng)性和滑坡機(jī)制問題研究是該項(xiàng)目的關(guān)鍵。第二個(gè)災(zāi)害區(qū)位于挪威海峽北海FAN區(qū), 毗鄰Storegga滑坡。這個(gè)區(qū)域末次盛冰期沉積物快速堆積導(dǎo)致了孔隙壓力過大, 這會(huì)降低地層的剪切摩擦力從而易導(dǎo)致滑坡, 考慮到這一地區(qū)在挪威海上活動(dòng)的重要性, 對(duì)其監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。GANS(水合物分解對(duì)海底穩(wěn)定性的影響)研究項(xiàng)目發(fā)現(xiàn), 天然氣水合物中有機(jī)碳富集在全球碳循環(huán)中起著重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前地球上已勘察到的天然氣水合物區(qū)中氣水合物所含有機(jī)碳是地球上所有煤、天然氣及石油儲(chǔ)量總和所含有機(jī)碳的2倍。同時(shí)天然氣水合物也是斜坡失穩(wěn)的影響因素之一。因此, 對(duì)其開展研究意義重大。水合物穩(wěn)定賦存需要一定的低溫、高壓條件, 但是在大陸邊緣地帶水合物處于亞穩(wěn)定狀態(tài), 易受氣候及水溫的影響。而當(dāng)其分解時(shí)就會(huì)對(duì)斜坡穩(wěn)定產(chǎn)生破壞。GANS的主要研究目標(biāo)便是調(diào)查及量化天然氣水合物及其分解對(duì)斜坡穩(wěn)定機(jī)制的影響。SIP-8項(xiàng)目則側(cè)重于對(duì)深水取芯設(shè)備和技術(shù)的研究, 這對(duì)準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)和評(píng)估海洋地質(zhì)災(zāi)害有重要意義, 特別是對(duì)碎屑流、液化、海底物質(zhì)特征以及海底不穩(wěn)定機(jī)制等的直觀認(rèn)識(shí)。ASSEM(海底地質(zhì)災(zāi)害長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)傳感器陣列), 其主要目的是發(fā)展海底和海底表層觀測(cè)設(shè)備以及對(duì)海底屬性(如孔隙壓力,氣體含量等)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè), 挪威地質(zhì)技術(shù)研究所(NGI)在該項(xiàng)目中負(fù)責(zé)傳感器技術(shù)和海底觀測(cè)系統(tǒng)以及野外試驗(yàn), 為該項(xiàng)目的順利實(shí)施做出了重要貢獻(xiàn)。
