浅谈杭州湾海底地质灾害

课程：灾害地理学
学院: 地理与环境科学
专业: 地理科学091
姓名：周舒云
学号: 09280128
授课教师:
成绩:
提交时间:2011 年12月 27 日
浅谈杭州湾海底地质灾害
周舒云地理091班
摘要: 根据资料，将杭州湾海底地质灾害分为限制性地质条件灾害和破坏性地质灾害。

分析、总结杭州湾常见海底地质灾害的形成原因、特点、分布区域与对人类社会发展的影响，特别是潮流冲刷槽、软土、海底滑坡、砂土液化、浅层气等地质灾害类型及其分布特征、形成机制及危害性等。

为今后对杭州湾地区人民的生产、生活和开发与发展，作为资料依据。

关键词：杭州湾;海底地质灾害;影响
中国作为一个海洋大国，拥有绵长的海岸线和辽阔的海洋国土。

海岸带地区人口稠密，经济发达，这里以占全国15%的土地养育着全国40%的人口，全国70%以上的大城市和55%的国民收入来自这里，在近海海底蕴藏的油气资源就占全国油气总资源量的1/3[1]。

2011年7月7日，舟山群岛新区成为中国第四个国家级新区，同时也是国务院批准的首个以海洋经济为主题的国家战略层面的新区。

海洋已经成为人类可持续发展的新的最重要的基地，由于巨大需求的推动，对海洋的调查和研究,，包括海洋地质灾害的调查和研究越来越受到人们的重视。

1海洋地质灾害与海底地质灾害
1.1 海洋地质灾害
地质灾害是由于地质作用使自然地质环境恶化，并造成人类生命财产损毁以及人类赖以生存的资源环境严重破坏的事件。

换句话说，只有作为致灾因子的地质灾害加上承灾体的损毁性才是地质灾害。

海洋地质灾害包括海岸带地质灾害、中国管辖海域的地质灾害以及部分深海和大洋[1]。

海洋地质灾害的发生、发展与分布有其自身的特点与规律，其中有几个相同的特点：（1）灾害成因上的复杂性。

就地质内动力引发的海洋地质灾害，比如海底地震，地震所引起的海啸等等；因外动力地质条件引发的滑塌、塌陷等；现今越来越多因为人为地质作用而发生的灾害以及由多种因素共同作用的。

（2）灾害发生的周期性。

自然界中的每种现象都可能存在一定周期。

灾害的周期性发生在一定程度上证明了这种想法。

活火山的喷发存在一定的周期；洪水的爆发、厄尔尼诺现象、拉尼娜现象的发生似乎都存在着一定的周期；还有地震，它也存在则一定的活动周期性。

（3）灾害的多发性与重复性。

地震算是一个最好的例子。

环太平地震带上的日本，其地震发生的频率十分高。

（4）部分灾害的群发性与同步性。

地震引发的滑坡、泥石流等。

（5）地质灾害的必然性和减灾的可能性。

灾害的发生是必然的，但是人们可以通过努力来减轻灾害给我们带来的伤害。

中国曾在1975年精确预报辽宁海城地震，该次地震震级7.3级，震源深度16、21公里，震中烈度为9度强。

正是由于人们的努力，重大的损失才得以避免。

1.2 海底地质灾害
根据各种营力作用导致已发生的或潜在的灾害则海洋地质灾害可分为以下几种类型[1]。

（见表1）
表1 海洋地质灾害的分类
地理环境致灾因素灾害名称
海岸带海平面变化及地面沉降
海岸动力过程
重力过程海平面上升、海水倒灌、地面沉降海岸侵蚀、海岸淤积
滑塌、塌陷、高密度流
海底海洋动力地质过程
浅层沉积构造活动沙丘、沙脊、陡坎、滑坡、浊流、刺穿、冲刷槽
浅层气、不均与持力层、底辟、古
河道、盐丘
海域或海岸带地震
活断层
火山
地震、地震诱发海啸、砂层液化
1980年，G.B.Carpenter对海底地质灾害进行的划分为灾害地质因素与限制性地质因素。

1992年，冯志强等将海底地质灾害按照具有活动能力的破坏性地质灾害和不具活动能力的限制性地质条件[2]。

其中限制性地质灾害主要有：潮流冲刷槽、古河道、软土等；活动性地质灾害主要有：滑坡、砂土液化、浅层气等。

本文按冯志强等的划分方案讨论。

2 杭州湾概况
杭州湾位于浙江省北部、上海市南部，东临舟山群岛，西接钱塘江，是钱塘江的入口海湾，位于长江三角洲南翼。

钱塘江与杭州湾的河海分界线为澉浦—西三闸连线。

连线以上段
为钱塘江为钱塘江水域，以下段为杭州湾海域，钱塘江河口形势[3]。

（见图1）
图1 钱塘江河口形式
杭州湾湾口至乍浦段，海底地形比较平坦，平均水深在8~10m，又由于长江的入海泥沙部分随洋流运移，在口门内形成隆起，由乍浦至闻家堰长达130km的纵向沙坎，使水深由外向内不断减小，乍浦向西，地形逐渐抬升。

钱塘江沙坎纵剖面。

（见图2）
图2 钱塘江沙坎纵剖面图
杭州湾北岸多发于潮流冲刷槽，一般水深在30~40m，南岸为滩涂区，水深较浅。

澉浦至金山河段河床变形显著减小，其北岸近水域被称为北岸深槽，它是长江口南边滩不断向东南延伸与杭州湾南岸向北淤涨，北部岸线逐渐冲刷后退的过程。

总体上，杭州湾北岸冲刷、南岸淤积，20世纪50年代,杭州湾南北两岸岸线大部分处于自然演变状态,但从20世纪60年代开
始,由于围海造田,全岸线结束自然演变状态,完全由人工海堤充当岸线[4]。

岸线向海迁移基本由工业填海和围海造田所致，相应的岸线由园滑曲线型，转变为呈折线状。

近50年来，北岸虽是侵蚀岸，但没有负增长地段，岸线多为零增长，局部地段出现正增长。

南岸岸线外移。

而且由于第四纪以来遭受多次海侵与海浸，在杭州湾海域形成了一套复杂的第四纪地层。

3 杭州湾海底地质灾害
3.1 限制性地质灾害
3.1.1 潮流冲刷槽
潮流冲刷槽是河口湾中的重要地貌类型。

杭州湾是钱塘江河口的口外海滨，是一个典型的喇叭形河口湾，湾内北部水深较大，近岸出现冲刷槽；南部水深较小，在庵东浅滩呈弧形向海突出[5]。

目前，杭州湾内潮流冲刷槽主要分布于杭州湾漏斗形状的束窄部，靠近杭州湾北岸海域和中部王盘山附近海域。

（见图3）
图3 冲刷槽和钱塘江古河道的分布
图上可以看出，钱塘江古河道与现代的钱塘江河道基本符合现在所研究的杭州湾南北两岸岸线变化的结果。

古河道南岸在不断堆积的同时，北岸不断被侵蚀，涨潮流在科里奥利力的作用下，紧贴北岸向湾内推进，在山体和岛屿附近限制水流侧向侵蚀，不断增深下切，形成深槽。

杭州湾北部深槽的发育受到潮流、径流和波浪的共同作用，但冲刷潮流的基本动力
是涨潮流。

湾内涨潮流的辐合作用为冲刷槽的发育提供了动力条件，主要表现在以下几个方面：（1）杭州湾地区主要流动的能量有东、东南外海传入，但是湾口的南部有舟山群岛分布，阻碍了能量的传入，而北部有通道存在，海面比较宽广，水深较大，因而传入较多的能量。

（2）由于杭州湾是一个喇叭形河口，涨潮流在金山和乍浦之间的水域聚集，向西通过乍浦，然后折向西南。

杭州湾内冲刷槽主要有金山冲刷槽、乍浦冲刷槽、全公亭冲刷槽和王盘山冲刷槽，各冲刷槽主要特征[6]。

（见表2）
表2 杭州湾各冲刷槽特征
名称冲刷槽特征
金山冲刷槽始于大小金山全长11.3km宽约2km,，水
深一般30~ 40m,最大水深达51m,坡度最
大达45°，呈北陡南缓，表层沉积物零碎乍浦冲刷槽位于秦山—乍浦近岸水域, 长25km呈东宽
西窄, 东段宽3.6km西段宽1.1km, 最大水
深东段为60.8m, 西段为17.7m, 呈北陡南
缓, 表层沉积物为淤泥质土
全公亭冲刷槽位于全塘南侧贴岸, 分布于金山深槽以西, 为金
山冲刷槽的延伸部分, 最大水深17.7m, 呈北陡
南缓, 表层沉积物为亚砂土、淤泥质亚黏土
王盘山冲刷槽位于王盘山岛屿附近, 最大水深43m, 呈北
陡南缓, 表层沉积物为淤泥质土
从表2不难看出，这四个冲刷槽有一些共同的特点。

首先，金山、乍浦、王盘山这三个冲刷槽的水深都大于30m，其中秦山—乍浦近岸水域东段的最大水深有60.8m，说明在这些地区内都受到了很大的能量，特别是涨潮流对于冲刷槽的进一步加深起着很大的作用。

全公亭冲刷槽的最大深度不到20m，该槽可以看做金山冲刷槽的延伸部分。

其次，各个冲刷槽都呈现北陡南缓的特点。

主要是在潮流作用下,冲刷槽内北岸冲刷较南岸强烈, 在长期作用下, 北岸逐渐变陡, 形成北陡南缓的不对称性的特征。

最后，冲刷槽表层沉积物较松软。

杭州湾北岸除少数山体由基岩组成外, 均为疏松的第四纪沉积物, 厚度约一，与冲刷槽发育直接有关的主要是上部60m左右的地层，属于上更新统和全新统沉积。

存在潮流冲刷槽的海域，地形起伏大，槽两侧的坡度也很大。

这对海岸工程、铺设海底光缆电缆及隧道管线，水下储集装置、海上钻井平台及人工岛屿等工程性活动的影响很大，
容易引起突发性和渐发性灾害。

海底滑坡主要见于水下三角洲前缘和冲刷槽槽坡，黄河水下三角洲、杭州湾近岸冲刷槽滑坡皆有实例。

特别是对建立海上建筑物以及铺设海底管道非常不利。

3.1.2 软土
软土是淤泥和淤泥质土的总称，主要指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。

软土承载能力低，承载后变形大，变形持续时间长。

正是由于软土的这些特性，它在工程建设方面受到很大的重视，在海底的管道受到潮流的冲刷作用，周围如果有软土存在，就易被潮流冲走而使管道悬空，然后受力过大而断裂。

杭州湾内软土主要形成于全新世的海滨、浅海相的淤泥质亚黏土、黏土。

在西三—尖山断面以东表层物质以细砂、粉砂、砂质粉砂和粉砂质砂等粒径较小的沉积物分布组成，且从西向东沉积物含粘土的成分增加。

存在显著的海洋沉积特征。

其软土层厚度一般在10~30m 左右，局部厚度较大，总体上呈现南厚北薄，向湾口厚度趋于稳定。

3.2 活动性地质灾害
3.2.1 海底滑坡
根据中国海岸带灾害地质因素类型，可分为8个系列，包括构造的、坡地重力的、水动力的、地下水的、岩土与地层结构的、海平面上升、地球化学的以及风力的[7]。

其中海底滑坡属于坡地重力的类型。

海底滑坡是大陆斜坡处常见的地质现象。

当沉积物承受的沿滑坡向下的压力超过自身剪切强度时，就会发生滑坡，滑坡面由最初的下凹到基本为平面。

海底滑坡发生的地区通常与软土分布地区，水下三角洲的前缘和冲刷槽槽坡地区。

通常滑坡的发生于坡面角度、物质组成、地震以及海洋动力诱发有关。

总结下来，可以把影响滑坡产生的因素分为以下三个条件：（1）地震、风暴潮、底流等外力触发，即为有某种诱因（2）由于天然气水合物分解、砂粘土液化、超孔隙水压、浅层断裂活动等形成了软弱层，形成一个脱滑面（3）有滑坡角度及所处的水深，主要是要有一定的坡度。

虽然海底滑坡这种地质现象不经常发生, 但一旦发生往往比较剧烈, 危害性也较大, 可以对海下工程及钻井平台、海底电缆造成损害有时, 海底滑坡引起了钻井平台的倾复、海底铺设的输油管道和电缆扭曲甚至被切断。

依据稳定状态理论，海底滑坡可划分为整体性破坏和破碎性破坏两种类型。

破碎性滑坡是指滑坡体在破坏的同时或随后的运动过程中部分或者整体破碎（甚至成流动状态）的滑坡，液化破坏是其中的一种[8]。

陆上的塑性滑坡就属于这类。

整体性滑坡是指滑坡体在破坏的同时或随后运动过程中基本上保持不变形的滑坡。

杭州湾南岸潮间带中的破碎性滑坡，此类滑坡则多发生于潮间带潮沟边坡的中下部，规模较小，体积一般不超过几十立方米，整个破坏面呈圈椅状，剖面为弧形，个别滑坡具有溯源侵蚀的性质。

滑坡体破碎，呈流动状态，有的破坏体被潮水带走，只留下光滑的圈椅状滑动面，滑动面的埋深一般小于1m。

（见图4）
图4 杭州湾南岸潮间带中的破碎性滑坡
历史地震资料表明, 杭州湾内地震震级较小, 无大的地震发生, 因此, 地震对海底边坡的影响较小。

波浪主要在海面作用, 对海底边坡的影响亦较小。

但是因为杭州湾内潮流较急, 海底边坡在强潮流的长期冲刷作用下易导致边坡发生滑动形成滑坡。

此外, 杭州湾内海洋开发利用较频繁, 人为因素影响较大, 在边坡较大的海底建造工程设施, 有可能诱发滑坡。

总的来说, 杭州湾内产生滑坡的影响因素, 以重力作用为主, 潮流冲刷作用和人为因素次之。

但对于一些极限状态下的斜坡, 影响滑坡发生的因素视具体情况而定。

为了减少海岸带或海底滑坡造成的危害，主要从以下几个方面入手：（1）对重要海岸带或海底进行调查, 查清可能滑坡地带，并在一些高危地区建立观测站，观测它的动态变化以及能够预警。

（2）建立重要设施要避开可能滑坡地区,如果一定要建在可能滑坡区, 则应有抗滑坡的相应措施或提高设施的抗滑坡能力。

（3）滑坡一般发生在风暴潮、台风、地震等期间，在这些时期内, 要着重进行监视,并采取一些预防措施，以减轻或防止海底滑坡造成的损失。

3.2.2 砂土液化
常见的粉、砂土液化一般是由地震造成的，机械振动引起的液化仅见于局部区域。

从某种角度上讲，一个地区砂土液化的程度取决于该区域内是否有造成其液化的原因。

从自然条件来看，在强烈的地震作用下会引起砂土液化现象，在VII度地震烈度时，局部粉、砂土层
就会形成中等—严重程度的液化。

一般的机械振动，比如建筑施工时对地面的振动最好保持在一定的限度之内，同时也要考虑到比如说波浪产生的切应力可能会对海岸带浅表砂土层产生影响。

砂土液化常常是地震诱发的地质灾害。

海城、唐山地震、广东省历史地震都发生大量的砂土液化,喷水冒砂点多处。

下辽河平原、渤海湾、莱州湾、台湾海峡、南海北部是潜在的地震诱发砂土液化危险区。

3.2.3 浅层气
长江三角洲软土层中的沼气囊,易燃易爆,对隧道等地下工程有危险,但可做为农村能源利用,杭州湾沿岸等地有大量开采。

海底浅层气对工程勘探是一种危险性较大的灾害地质体。

长江水下三角洲、杭州湾、浙江水下岸坡发现有浅层气。

海底浅层气主要有两种类型：一种是生物甲烷气，一种是热成甲烷气[9]。

生物甲烷浅层气是由于大量的陆源碎屑物质带来的丰富的生物碎屑和和有机质，沉积在海底时经甲烷菌的分解逐步转化成气体而形成的浅气藏；热成甲烷是海底2000m以下的有机质在高温、高压作用下由于酪根裂解而形成的碳氢化合物。

在浅层气形成后，经过地质时期的运移与聚集，一般稳定埋藏于海底之下。

通常，浅层气以4种形态赋存与海底。

（1）层状浅层气，局部海域浅层气成片分布，但埋藏的地层深度不一。

（见图5）
图5 层状浅层气
（2）团块状浅层气，由于海区不同沉积物中富集有机物质的多寡不同，沉积物孔隙率大小不同，浅层气不是均匀分布，而是成团的相对富集。

（见图6）
图6 团块状浅层气
（3）高压气囊，深部天然气体沿岩层的孔隙、裂隙、断层面上升到海底浅部，为不透气粘土层覆盖，随着地质时期增长压力越来越大，形成高气压囊。

（见图7）
图7 高压气囊
（4）气底辟，高压气囊聚集时间过长，在强大的压力下，向覆盖层薄弱处冲挤，形成气底辟，最终冲破全部地层向海底直接喷逸。

（见图8）
图8 气底辟
杭州湾处于东海近海沿岸，该分布区广泛分布着浅层气，浅层气顶面埋藏最浅数米至十余米，最深达到200~300m，大多在100m以内。

浅层气主要为生物成因，赋存与湖沼、浅海、河口湾和三角洲沉积环境中。

（见图9）
图9东海浅层气分布
东海陆架地层中的浅层气，主要分布在内陆架平原区，而东海外陆架残留砂平原地层中，很少见浅层气分布[10]。

特别是在100m以内，浅层气区的分布尤为密集，陆地沿岸的浅
层气分布沿岸线分布，特别是在北纬29°~31°，东经124°~126°的地区集中分部这浅层气区。

相对于陆地沿岸的浅层气分布，在50m~100m以内的浅层气埋藏较深，而且该区域主要分布于东海油气资源区西部的内陆架区，这个地区的浅层气很可能来源于地层深部含油气层。

而位于近海岸的浅层气主要储存于古三角洲和河流相地层，属于生物成因气。

杭州湾两岸的杭嘉湖平原和萧绍平原面积约12600km2，主要是由钱塘江等河流携带的泥砂堆积而成。

在第四纪的几次海进、海退中，交替沉积了数套富含有机质的淤泥层和砂层。

淤泥层中的有机质经厌氧菌的生物化学作用产生生物气（主要成分是甲烷）。

经过运移、富集，储集在附近的砂层透镜体或砂层顶部，形成了许多超浅层气藏[11]。

杭州湾区的浅层气属于典型的未受重大次生作用影响的原生甲烷型生物成因气，还具有以下特点：
(1) 杭州湾海底以下20m以内, 仅局部存在浅层气, 且气量较小, 气压低, 对海洋工程的影响很小。

(2) 较高强度浅层气主要赋存于海底以下40~ 56 m之间的地层, 从喷发的情况看, 浅层气不连续分布, 而是聚集于砂层顶部隆起处、起伏点或尖灭体封闭端, 气层厚度一般不超过5m。

该层浅层气气压高、气量较大, 气压可达0.4 ~ 0. 5MPa。

(3)区内海底浅层气气量有限, 钻孔喷发浅层气一般在数小时至数天内基本释放完毕。

(4)砂层喷发的浅层气较黏土层喷发的浅层气量大。

土质为黏土、亚黏土的浅层气层, 一般喷发仅数分钟至数小时; 而砂土层内的浅层气喷发长者可达几天至几十天不等。

杭州湾地区的浅层气有良好的勘探前景，但在2002年初杭州湾大桥前期地质勘探过程中，钻井时多次发生浅层气强烈井喷的现象，也向大家表明工程建设中海底浅层气的危害。

通常含浅层气的沉积物有高压缩、低强度的特征，含有浅层气也往往会引起海底土层膨胀，使原来土层的骨架受到破坏，土层在自重作用下的固结作用过程减慢，从而增大了土层的压缩性。

使含浅层气的地区往往是不良地基。

在这些地区建造往往会引起地层的不均匀沉降。

此外，海底浅层气影响基础施工，甚至酿成事故。

4 海底地质灾害对社会经济发展的影响
进入21世纪，我国海洋经济发展，海洋经济规模逐渐扩大。

沿海城市的经济正在快速崛起，一些自然地理条件好的城市，将以海洋经济作为今后发展的目标。

大量的基础建设，重大工程项目正在建造。

于此同时，海洋蕴藏的丰富矿产资源，也不断吸引着人类对其进行探索开发。

在人口趋海移动加速，涉海人数显著增长，海滨成为经济聚集的最热地带的同时，我们对海洋的开发在显著的扩大，海底地质灾害无疑成为人们改造自然，发展经济的一个阻
力。

对海底地质灾害的了解就显得至关重要。

提高工程构筑物的质量，强化包括海底环境在内的海洋系统活动的监测、监视、预警能力等方面，着手提高防灾抗灾能力和灾后恢复能力，减少海底地质灾害的发生概率，增强人类对海底地质灾害的抵抗能力，减少在灾害发生时所造成的绝对损失额和损失密度。

5 结论
杭州湾海底地质灾害类型多样, 可分为限制性地质灾害和活动性地质灾害, 限制性地质灾害主要有潮流冲刷槽、软土等；活动性地质灾害主要有海底滑坡、砂土液化、浅层气等。

海底潮流冲刷槽在杭州湾地区形成的几个典型冲刷槽，他们存在的共同特点主要是槽深、槽坡南缓北陡，冲刷槽表面覆盖这松散的沉积物。

软土，层厚度一般在10~30m左右，局部厚度较大，总体上呈现南厚北薄，向湾口厚度趋于稳定。

海底滑坡产生的因素：有某种诱因、形成一个脱滑面、有一定的坡度。

海底滑坡可划分为整体性破坏和破碎性破坏两种类型，杭州湾南岸潮间带中的破碎性滑坡。

常见的粉、砂土液化一般是由地震造成的，机械振动引起的液化仅见于局部区域，砂土液化常常是地震诱发的地质灾害。

杭州湾区的浅层气属于典型的未受重大次生作用影响的原生甲烷型生物成因气。

特点：砂层喷发的浅层气较黏土层喷发的浅层气量大、喷发不连续分布，气层厚度一般不超过5m。

区内海底浅层气气量有限，仅局部存在浅层气, 且气量较小, 气压低。

在本区实施海洋开发和海洋工程建设时, 应采取一定的措施降低或避免地质灾害的影响。

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