大陆边缘深水区海底滑坡及其不稳定性风险评估

小，但这些地区较陆架地区仍然有着较大的坡度 的结果，还是由地震断裂和海底滑坡共同作用的
和强烈地质作用，如地震、水合物分解和超压异 结果。因此，海底滑坡不仅涉及深水油气开发的
常等。大陆架边缘和大陆斜坡地区的高沉积速率、 商业利益，而且还对沿海地区的社会、海洋工程
超压异常对海底滑坡起着重要的作用，这些大陆 环境造成巨大的影响［１２。１ ３ｌ。
滑坡台阶是指海底滑坡后产生的台阶地形。 丘状滑坡体指滑坡的主体，一般遭受强烈的变形。 以Ｓｔｏｒｅｇｇａ海底滑坡为例，滑坡体上部地层主要由 混杂沉积物组成，而中、下部地层则由深海沉积 物或陆源碎屑物质组成¨８｜。
沉积物流舌状体指由沿断裂的块体滑动转变
至沉积物流后产生的沉积物。关于沉积物流的性
质，尚存在重要的争议：一种观点认为是海底滑
塞柱状取样及１２口浅井资料对Ｓｔｏｒｅｇｇａ滑坡的进 滑坡后壁断层崖比较清楚，适应于年轻的海底滑 一步分析，揭示了该滑坡经历３期演化历史阶段； 坡，且需忽略滑移面中物质损失。（２）通过计算斜
因此，海上地质调查对估算海底滑坡的规模和演 坡沉积物堆积的体积以确定海底滑坡沉积的深度。
化具有重要意义。
这种方法取决于高精度地震成像，图像越清楚则
海底滑坡的形成时间是研究滑坡演化和触发 体积估算越准确。（３）假定沉积前的海底地形，计
机理的关键要素。目前对Ｓｔｏｒｅｇｇａ滑坡的形成时间 算该地形上的沉积物体积。在大多数情况下沉积 研究比较详尽，该滑坡代表至少３次重大的滑坡 前的海底地形都不容易确定，所以这种方法会造
事件，最大的２次均发生在晚更新世，最新的海 成较大的误差。（４）通过对比滑坡前和滑坡后海底
切。随着深水油田的开发和深海工程的口益增多，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。
关键词：海底滑坡；触发机制；海底不稳定性；天然气水合物；大陆坡
中图分类号：Ｐ＇／３６．５
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００—８５２７（２００８）０３－０４３０一∞
边缘环境下的海底滑坡对深水油气田的开发具有
１海底滑坡的几何形态与构成
很大的破坏性，因而在深水中寻找和开发油田的
成本巨大。此外，海底滑坡还可以产生海啸，
在大陆坡地区，多采用多波束精密测深、高
２００４年１２月２６日苏门答腊岛沿海巨大的海啸， 品质的地震资料和地质采样来研究海底滑坡的地
ＢＳ．ＢｊＯｒｎＯｙｒｅｎｎａ滑坡：ＦＢＳ．ＦｕｇｌＯｙ Ｂａｎｋ滑坡：ＡＳ．ＡｎｄＯｙａ滑坡；ＴＳ．Ｔｒ≈ｎａｄｊｕｐｅｔ滑坡； ＦＣ．Ｆａｉｒｏｅ洋流；ＡＣ．Ａｎｄｏｙａ峡谷；ＬＢＣ．Ｌｏｆｏｔｅｎ盆地海峡；ＣＣ．沿岸流；ＬＭ．Ｌｏｆｏｔｅｎ边缘： ＮＳ．Ｎｙｋ滑坡：ＮＷＡＣ．通渠道挪威大西洋暖流
大小约为２ ４００～３ ２００ ｋｍ３，碎屑裙和浊积扇体成 缓，且呈弧形分布，谷深几米至几百米不等。
为挪威盆地最主要的沉积类型。根据Ｓｔｏｒｅｇｇａ滑坡
滑移面指海底滑坡体向下运动的滑脱构造面。
区开展的大范围的旁侧声呐和高分辨率地震资 料［１４。１７］，关于Ｓｔｏｒｅｇｇａ北部滑坡区的海底地貌、 流体结构和形成机制有了较深入的认识。
大陆边缘深水区海底滑坡是将沉积物从陆架 坡折带向深海盆地运移的最重要的沉积作用过程 之一【卜３ｌ。单一滑体可以沿着十分平缓的斜坡角 （０．５。一３。）将沉积物运移数百公里。一般来说， 这种事件可以持续ｌ小时到数天不等，严重危害
深水油气勘探开发平台、油气管线和海底电缆等 设施。随着国内外开发深水油田的不断增加‘４。３， 这种沉积作用导致的海底不稳定性越来越受到重 视；因此，海底滑坡的机理及其地质风险研究也 应得到加强。
Ｆｉｇ．１
图ｌ 挪威岸处的水深和海底滑坡分布图（据ｌｔａｆｌｉｄａｓｏｎ修改．２００７） Ｗａｔｅｒ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｍａｐ ｏｆ Ｓｔｏｒｅｇｇａ １１．１屯ａ，Ｎｏｒｗａｙ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｏｍ Ｈａｆｌｉｄａｓｏｎ。２００７）
万方数据
４３２
研究工作。Ｅｍａｉｌ：ｓｗｕ＠ｍ‰ｑｄｉｏ．扯．ｃｎ。
万方数据
第３期
吴时国等：大陆边缘深水区海底滑坡及其不稳定性风险评估４３１
无论是被动大陆边缘还是活动大陆边缘，都 夺取了２０多万人的生命。现在仍未确定诱发这
经常有海底滑坡发生【６一‘｜。尽管陆坡坡度一般很 场海啸的大规模海底运动是单纯的地震断裂位移
１．上部的滑坡陡壁；２．下部的滑坡陡壁；３．邻近的滑坡陡壁；
４．滑塌谷；５．未变形的地层；６．ｍ坡ｇｔ；７．沉积物流；８．滑 坡台阶；９·大陆架边缘
２海底滑坡的野外调查与识别特征
２．１野外调查方法
一…“………’。。。 ……………… “
和多波束成像资料等技术手段，并结合原位测试 和钻探取样资料研究滑坡的形态特征、运动过程、 触发机理和演化。多波束测深和３Ｄ地震成像资料 可以提供详细的海底滑坡地形地貌、滑坡体形态
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｉｓ ｕｓｕａｌｌｙ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ａｎｄ ｄｅｂｒｉｓ ｆｌｏｗ，ａｎｄ ｃａｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｏｖｅｒ ｓｅｖｅｒａｌ ｈｕｎｄｒｅｄ ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｉｔ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｓｌｏｐｅ ｉｎｓｔａ— ｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ ｍａｋｅｓ ｇｒｅａｔ ｔｈｒｅａｔｓ ｔｏ ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｏｉｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｐｉｐｅｌｉｎｅ ａｎｄ ｓｅａｆｌｏｏｒ ｃａｂｌｅ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，
现代地质
２００８矩
形地貌特征、滑体的几何形态和演化。挪威边缘 的Ｓｔｏｒｅｇｇａ滑坡是世界上最大、最典型的海底滑坡 之一（图１）。该滑坡影响范围约为９．５万ｋｍ２，包
坡的两侧，大致垂直于陆坡延伸，长达数千米至 数百千米不等。
滑塌谷指滑坡后壁和滑坡体之间的不对称沟
括滑体及相关的碎屑裙、浊积扇体等。其中滑体 谷，靠滑坡后壁的一侧较陡，靠滑坡体的一侧较
Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ Ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ａｎｄ Ｒｉｓｋ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｎ Ｉｔｓ Ｉｎｓｔａｂｉｆｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ
Ｄｅｅｐｗａｔｅｒ Ｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ Ｍａｒｇｉｎ
ＷＵ Ｓｈｉ—ｇｕ０１．一，ＣＨＥＮ Ｓｈａｎ—ｓｈａｈｌ，ＷＡＮＧ Ｚｈｉ－ｊｕｎ３，ＬＩ Ｑｉｎｇ—ｐｉｎ９３ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＣ，ｅｏ—ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，ｑ啦ｄｎｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６６５５５，Ｃｈｉｎａ；
坡转变为紊流的浊流［１引；另一种观点认为是层流
的碎屑流ⅢＪ。
Ｆｉｇ．３ Ａｎｃｉｅｎｔ ｓｅａｂｅｄ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｐａＲｅｍ ａｎｄ ｒｅｅｏｇｎｉｔｉｏｎ
酏Ｆ多矬…构成（据Ｔｏｔｌａｎｄ㈣３。淼亍篙嚣警霎孟ｌ
（ｍｄｉｆｉ二ｈ。缸ｄ） Ｆ浪２ 。
ａｎｄｓｌｉｄｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ
ｓｌｏｐｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃａｎ ｐｒｏｂａｂｌｙ ｃａｕｓｅ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｓｕｎａｍｉ．Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｖａｒｉｏｕｓ ｆａｃｔｏｒｓ ｃａｎ ｔｒｉｇｇｅｒ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｓｌｉｄｅ， ｂｕｔ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ａｎｄ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｇａｓ ｈｙｄｒａｔｅ ｈａｖｅ ｃｌｏｓｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｗｉｔｈ ｆｏｎｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｍａｒｉＢｅ ｓｌｉｄｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｏｉｌ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｂｙｓｍａｌ ｓｅａ ｐｒｏｊｅｃｔ．ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｅｍｐｈａ－ ｓｅｓ ａｒｅ ｌａｉｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ ｐｅｏｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｃａｄｅｍｉａ ａｎｄ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｉｒｃｌｅｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｓｌｉｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃｒｉｔｅｒｉａ，ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ ｒｎａｌ＂－ ｇｉｎ，ａｎｄ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｍａｒｉｎｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ；ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｓｌｏｐｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｇａｓ ｈｙｄｒａｔｅ；ｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ ｓｌｏｐｅ
万方数据
第３期
吴时国等：大陆边缘深水区海底滑坡及其不稳定性风险评估４３３
特征和规模。地质取样及其年代学的研究可以建 易获得。可以应用以下４种方法近似计算滑坡的
立该海底滑坡的区域地层年代框架及滑坡体的岩 体积：（１）假定滑坡发生前的海底地形，计算滑坡
石物性情况。Ｈａｆｌｉｄａｓｏｎ等ｍ Ｊ２００４年利用大型活 后壁断层崖区域处缺失的沉积物。这种方法要求
滑移面下侧的地层不受影响，但上部滑坡体则发 生严重变形。垂直于测线方向的块体迁移非常小， 所下运移，而且是沿着 滑移面运移。滑坡体的底部与未变形地层之间的 杂乱地震相为沉积物液化和饱含流体活动的地层。 滑移面在滑坡后侧表现为犁式断裂（图３），具有 张性特征；而在滑坡体的前部，往往伴随着逆冲 断层发育，具有挤压推覆构造特征。
第２２卷第３期 ２００８年６月
现代地质
ＧＥＯＳＣＩＥＮＣＥ
ＶｏＬ ２２ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２００８
大陆边缘深水区海底滑坡及其不稳定性风险评估
吴时国１，一，陈珊珊１，王志君３，李清平３
（１．中国石油大学地球资源与信息学院．山东青岛２６６５５５；２．中国科学院海洋研究所中国科学院海洋地质 与环境重点实验室，山东青岛２６６０７１；３．中国海洋石油有限公司北京研究中心，北京１０００２９）
摘要：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
收稿日期：２００７一０９—２０；改回日期：２００８—０４—２０；责任编辑：戚开静。 基金项目：国家“８６３”计划（２００６ＡＡ０９２０９－６，２００６ＡＡｇＺ３４９）；中国科学院知识刨新重要方向项目（ＫＺＣＸ２－ＹＷ－２Ｕ８）。 作者简介：吴时国，男，研究员，博士生导师，１９６３年出生，海洋地质学专业，主要从事海底构造、深水油气和天然气水合物
２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍａｒｉｎｅ Ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｃｅａｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｑ讥耐∞， ￥ｈａｎｄｏｎｇ ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ；３．＆《ｆ；ｆ，皤Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｈｉｎａ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｏ／／Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ．，Ｂｅｑ／，墙１０００２９，Ｃｈ／ｎａ）
以上述典型地区的研究为例，将海底滑坡划 分为６个明显的地貌单元（图２）：滑坡陡壁、滑塌 谷、滑移面、滑坡台阶、丘状滑坡体和沉积物流 舌状体。
滑坡陡壁指滑坡后留下的断层崖，在海底多 波束测深、旁侧声呐、地震剖面图像上得到较好 的反映。这些断层崖是上陆坡常见的地貌特征， 海底滑坡比陆地泥石流的规模大得多。根据其位 置，滑坡陡壁可分为滑坡后壁和侧壁。滑坡后壁 位于滑坡的后侧，大致平行于陆坡。已知Ｓｔｏｒｅｇｇａ 海底滑坡的滑坡后肇长达２９０ ｋｍ．而侧壁位于滑
底滑坡大约发生在８ ２５０ ａ前［１引，而且现今还存在 地形地貌进行计算。由于精确的大范围海底地形