海南樂東陸架海底沙波分布特征及對海底管道的影響

朱鈺，丁翔宇，陳飛，傅人康

（1海南省海洋地質調查研究院 ?？?570206；2海南省海洋與漁業科學院 海口 570125）

海南樂東陸架海底沙波分布特征及對海底管道的影響

朱鈺1，丁翔宇2，陳飛1，傅人康1

（1海南省海洋地質調查研究院 ?？?570206；2海南省海洋與漁業科學院 海口 570125）

海底管道是海上油氣開發系統的重要組成部分，是油氣輸送的主要手段。海底沙波普遍發育于海底，特別是陸架地區。因為沙波的遷移往往會引起海底管道、海底構筑物等方面的災害，隨著海洋油氣勘探開發工作的不斷進行，淺水陸架區的海底沙波越來越受到人們的關注。文章以海南樂東陸架區域為研究區，利用海洋物探手段對本區的海底沙波分布做了初步的監測和研究。

樂東陸架；海底沙波；海底管道；油氣勘探

海底沙波的研究是隨著海底資源開發興起的，在國外已有上百年的歷史［1］。20世紀80—90年代沙波研究成為海底地貌研究的熱點。國外許多研究者［2-4］發表了大量關于海底沙波的研究論文，人們對海底沙波的成因、類型及其遷移有了一定的了解。我國對海底沙波的研究起步較晚，馮文科［5-6］、欒錫武等［7］對南海北部沙波地貌分布特征進行過研究；曹立華等［8］對海南島西部岸外沙波的形態特征進行了高精度探測。按照成因屬性，海底沙波大致可分為兩類：一類是殘留沙波；一類是現代沙波［7］。殘留沙波是指在末次冰期低海面時，在當時裸露的海底上形成的沙波。此類沙波是在當時的風動力條件下形成的，

冰期結束，海面上升后又被淹沒在現在的海面下。殘留沙波和現代動力條件無關，因而可以長期穩定存在。現代沙波形成于現代水動力環境中，并隨著現代水動力環境的改變而改變，是不穩定的?，F代沙波的研究正是目前海洋工程災害防治的重點。

1 調查區地質概況

調查區位于海南島的西南側、南海西北陸緣，地形上屬于大陸架。調查區橫跨兩個構造單元，以鶯歌海盆地1號斷裂帶為界，其東北側屬于海南隆起帶，西南側屬于鶯歌海盆地，此外，調查區北側為北部灣盆地、東南側為瓊東南盆地。鶯歌海盆地位于印支半島與南海北部大陸架交接區，屬于紅河斷裂帶在海域的延伸部位，它是南海北部西區新生代重要的含油氣盆地之一，構造背景十分復雜。樂東濱海帶廣泛分布有第四系砂質地層，主要有全新統煙墩組、更新統八所組和北海組。

2 調查方法及數據處理

本次調查主要應用側掃聲吶手段，在調查區內以5 km×10 km的測網間距進行海底地貌測量。側掃聲吶技術是一種工業標準的水底成像方法，和雷達的原理相似，只是用聲波代替了電磁波，通過連接數字采集系統，能夠實時進行水底物體的搜索和測量。側掃聲吶由內裝有聲吶換能器的聲吶拖魚、數據采集計算機和連接電纜構成。拖魚的兩側按固定時間間隔向水底發射有一定音頻能量的狹窄波束，從水底反射回的聲波根據幅值大小構成海底地形的灰度圖。

本次調查設備使用的是美國EdgeTech公司生產的EdgeTech 4 200 M P側掃聲吶系統，它采用100 k Hz／400 k Hz雙頻同時工作。側掃聲吶數據用Sonarwiz軟件對數據進行處理，以獲得典型區域的聲吶圖像，處理后的圖像反映了微地貌在平面上的形態。

3 調查區海底地貌分布特征

海底發育的線形微地貌有海底沙丘、沙脊、沙波、沙紋等，其中月型沙丘最為典型。在平面上，月型沙丘形似新月，發育一個上凸的迎水坡，一個下凹的背水坡和兩個彎向背水坡的沙丘角。一般的，迎水坡長而緩，指示水流的來向，背水坡短而陡，指示水流的去向。水流攜帶的泥沙沿緩長的迎水坡向上，跨過沙丘的脊峰后塌落在下凹的背水坡上沉積下來。一個理想的月型沙丘其兩個沙丘角相互對稱。對稱的軸線即為水流的方向。通常情況下，由于水流方向、供沙量，以及底床傾角等因素的變化，沙丘角往往不對稱發育。其中，水流方向和供沙量是改造沙丘形態的兩個最為重要的參數?，F場觀察和實驗都表明，當底流速增大時，沙丘迎水坡和背水坡的寬度會逐漸增大，沙丘角會逐漸退縮，月型沙丘最終演化為沙脊：而當水流流速降低，供沙量增大時，沙丘的兩角會逐漸伸直、伸長，迎水坡和背水坡的寬度逐漸變窄，月型沙丘最終演化為沙波［7］。

調查區海底地貌主要劃分為三大類：濱海堆積岸坡、淺海海岸三角洲平原和古河口灣堆積平原［9］其中濱海堆積岸坡區域為本區海底主要微地貌發育區，表層沉積物以松散砂為主，自岸向外變細，是沙波、沙脊及沖刷槽谷發育的主要區域。本次側掃聲吶調查發現的典型海底微地貌包括：潮流沙脊、海底沙波和沖刷槽谷。

3.1 潮流沙脊

潮流沙脊是海底一種活動較強的砂質脊狀堆積體，一般形成于往復流的潮流區，且沙源供應充足的環境中［10］。由于它們是海底活動砂體，故對海底管線工程有較大危害。潮流沙脊發育于調查區內10～45 m水深之間的海底，而40～50 m水深區域僅有零星分布，小于15 m和大于50 m水深區域在側掃聲吶圖像上均未發現。沙脊在區內大部分呈N E向展布，延伸長度從18～40 k m以上，展布寬度一般在3～5 k m，最大可達8 k m；在東部分布的一小塊呈E W向，延伸長度8 k m左右（圖1）。

3.2 海底沙波

感恩角外海域的沙波大多發育在兩條沙脊間及其兩側脊坡上。波脊線或沙壟的延伸方向基本上呈E W向或N E E向，延伸長度13～50 k m以上，展布寬度都在4 k m以上，最大可達20 k m；在鶯歌咀至南山角岸外有一處大面積的沙波分布，面積約660 k m2，沙波脊線的延伸方向為N W，沙波間距較感恩角發育的大（圖2）。

3.3 沖刷槽谷

沖刷槽谷僅在調查區西北部35 m水深以淺區

域有發育，分布于兩個沙脊之間，大致沿N W向和S N向延伸，延伸長度可長達17 k m（圖3）。

圖1 側掃聲吶影像反映的潮流沙脊

圖2 側掃聲吶影像反映的沙波

圖3 側掃聲吶影像反映的沖刷槽谷

4 調查區沙波對海底管道的影響

海底油氣管道，是海洋油氣集輸運與儲運生產系統中的重要組成部分。海底沙波的遷移、演化運動會造成管道懸跨，使懸跨的管道在波、流引起的水動力載荷及自重載荷的多重作用下發生振動，造成懸跨管道的疲勞損壞。海底管道的損壞會導致海上油氣田停產和原油污染海洋環境，造成巨大的經濟損失和環境災難［11］。

本次調查區內分布有3條海底管道，其中L1管道穿過感恩角外海域潮流沙脊和沖刷槽谷發育區。該區沙脊最大高度約7 m，是往復流頻繁潮流區，水動力環境較為復雜，容易造成沙脊長距離的快速運動，存在管道懸跨的隱患。L2管道穿過鶯歌咀至南山角岸線外的沙波發育區。該區沙波間距大，波脊線長，波峰不高，水動力環境相對穩定，因而L2管道發生懸跨的危險性較低。L3管道所布施的位置海底地形平緩，海底地貌環境簡單，無沙波、沙脊等災害微地貌發育，暫無發現明顯的安全隱患。

5 結語

潮流形成的沙波、沙脊是海底表面常見的災害地質類型，是海底微地貌研究的主要內容和方向。側掃聲吶技術作為研究海底地貌地形的主要手段之一，具有操作方便、成本低、效率高、分辨率高等優點，能夠有效地監測到海底表面的各種災害地質情況。本次研究僅以一定間距測網走航的方式對樂東陸架海域進行了側掃聲吶測量工作，以后可以針對有重要工程價值的特定海區進行全覆蓋的測量，屆時還可以結合多波速、淺地層剖面測量等物探手段，以期實現更高精度和海表以下的深度調查。

［1］ GIL BE R T.Transportation of debris by running waters［R］.U. S.Geol.Surv er Prof.Paper.1914.

［2］ AS H LE Y，Classif acation of large-Scale Subaqueous Bedform：new look at an old Problem.［J］.Sed.Peter，1990，60（1）：160-172.

［3］ B E R N E.Large subtidal dunes，gironde estuary［J］.Journal of Sedimentary Protrololgy，1983，63（5）：780-793.

［4］ Stride，Off shore Tidal Sands，Processes and Deposits［M］.New York：Chap man and H all，1982.

［5］ 馮文科，黎維峰，石要紅.南海北部海底沙波地貌動態研究［J］.海洋學報，1994，16（6）：92-99.

［6］ 馮文科，黎維峰.南海北部海底沙波地貌［J］.熱帶海洋，1994，13（3）：39-46.

［7］ 欒錫武，彭學超，王英民，等.南海北部陸架海底沙波基本特征及屬性［J］.地質學報，2010，84（2）：233-245.

［8］ 曹立華，徐繼尚，李廣雪，等.海南島西部岸外沙波的高分辨率形態特征［J］.海洋地質與第四紀地質，2006，26（4）：15-22.

［9］ 李吉均，周成虎，程維明.中國中華人民共和國地貌圖集（1∶100萬）［M］.北京：科學出版社，2009.

［10］ 劉錫清.中國海洋環境地質學［M］.北京：海洋出版社，2006.

［11］ 李澤文.南海北部外陸架災害地質因素及其對海底管道的影響研究［D］.青島：中國科學院海洋研究所，2011.

Distribution Characteristic of Sand W aves in Ledong Continental Shelf，Hainan Province and Its Im pacts on Sub marine Pipelines

Z H U Y u1，DIN G Xiangyu2，C H E N Fei1，F U Renkang1
（1.M arine Geological Survey Institute of H ainan Province，H aikou 570206，China；2.H ainan Academ y of Ocean and Fisheries Sciences，H aikou 570125，China）

Sub marine pipelines are the im portant parts of ocean oil and gas exploitation system and the primary way to transport oil and gas.Sand waves are widely existing in seabed，especially in continental shelf.Transposition of sand waves may cause disaster to sub marine pipelines and other sea base structures.With the progressing of ocean oil and gas exploitation，the sand waves in shallow continental shelf are getting m ore and m ore concerns.This paper took continental shelf of Ledong district，H ainan Province as a research zone，and also m onitored and researched the distribution of sand waves by application of marine geophysical technology.

Ledong continental shelf，Seabed sand waves，Sub marine pipelines，Oil and gas exploration

P736.1

A

1005-9857（2016）11-0060-03

2016-06-30；

2016-10-19

朱鈺，工程師，碩士，研究方向為海洋地質、遙感及物探，電子信箱：8222915＠163.co m