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隨著我國海洋科技戰(zhàn)略的實(shí)施，海洋地質(zhì)人將更多的目光投向了未知的深海。在這片未知的區(qū)域——深海底過去、現(xiàn)在以及未來發(fā)生了或者將會(huì)發(fā)生哪些不為人知的地質(zhì)災(zāi)害呢？

在過去的十年中，我國深水技術(shù)發(fā)展較為迅速。最近幾年來，國內(nèi)學(xué)者也開始關(guān)注深水地質(zhì)災(zāi)害作用，探討深海地質(zhì)災(zāi)害對(duì)深水鉆井、光纜等深海工程安全的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

1、天然氣水合物分解

天然氣水合物（gas hydrate），也稱“可燃冰”，是當(dāng)前海洋地質(zhì)科學(xué)和能源研究的熱點(diǎn)科學(xué)問題。一方面，天然氣水合物以其巨大的儲(chǔ)量，有望成為未來重要的替代能源；另一方面，它在海底災(zāi)害預(yù)測和全球氣候變化研究中具有不可忽視的作用。天然氣水合物分解引起地層承載力的不均勻分布，這將威脅到海洋工程的安全，如造成鉆井平臺(tái)樁腿的不均勻沉降，甚至導(dǎo)致平臺(tái)傾覆。另外，氣體的突然釋放會(huì)對(duì)輸送管道產(chǎn)生破壞作用，特別是高壓淺層氣釋放時(shí)輕則侵蝕套管，重則造成井噴，甚至可能引起平臺(tái)燃燒，造成生命及財(cái)產(chǎn)的損失。例如2010年4月20日，在美國墨西哥灣深水作業(yè)的BP公司“深水地平線”鉆井平臺(tái)發(fā)生爆炸造成了11人傷亡以及重大財(cái)產(chǎn)損失，漏油事故的發(fā)生，使得海底連續(xù)87天不斷噴涌而出至少5.18億升原油，造成了墨西哥灣海域前所未有的環(huán)境災(zāi)難， BP在財(cái)報(bào)中列出了372億美元賠付支出（包括賠償基金200億美元）。

圖1  天然氣水合物分解可能引發(fā)的鉆井風(fēng)險(xiǎn)示意圖

2、淺水流

淺水流（shallow water flow）是分布于海底數(shù)百米以內(nèi)淺地層中的超壓砂體，在超壓驅(qū)動(dòng)下形成砂水流，在鉆井時(shí)高速噴出，對(duì)深水鉆井產(chǎn)生嚴(yán)重的災(zāi)害。淺水流的形成需要滿足三個(gè)條件：砂質(zhì)沉積物、有效封堵層及異常超壓。在盆地淺部，當(dāng)砂體被低滲透率地層封閉時(shí)，很容易導(dǎo)致淺水流的形成。1985年在墨西哥灣首次發(fā)現(xiàn)淺水流事件，其后在里海南部、挪威海和北海等深水油氣開發(fā)區(qū)也都曾遇到過。據(jù)統(tǒng)計(jì)，墨西哥灣用于預(yù)防淺水流和修復(fù)被損鉆井的費(fèi)用已超過2億美元。據(jù)Fugro地質(zhì)服務(wù)公司報(bào)道，全球大約有70% 深水井遇到過淺水流問題。

圖2  淺水流形成機(jī)制示意圖

3、海底滑坡

海底滑坡（submarine slide）是發(fā)生在大陸架邊緣和大陸坡上的一種塊體搬運(yùn)沉積體系（mass transport deposits，簡稱MTDs），導(dǎo)致淺地層結(jié)構(gòu)受到破壞，給深水油氣和天然氣水合物鉆井及深海工程帶來巨大影響。海底滑坡的發(fā)育規(guī)模不等，最大可以達(dá)到幾千平方公里，對(duì)原生沉積具有極大地破壞和改造作用，它能將沉積物運(yùn)移至數(shù)百甚至數(shù)千公里之外。由于深水鉆探位于大陸坡區(qū)，大陸坡上海底滑坡形成的海底不穩(wěn)定性也是歷史上重要海洋地質(zhì)災(zāi)害事件。無論是被動(dòng)大陸邊緣還是活動(dòng)大陸邊緣，都經(jīng)常有海底滑坡發(fā)生（圖3）。海底滑坡對(duì)深海工程具有很大的破壞性。1929年11月18日，Grand Banks地震觸發(fā)了20 km²的海底滑坡，有27人在該事件中死亡，200 km³碎屑被帶入深水中形成了重力流，切斷了跨大西洋的海底電報(bào)電纜。海底滑坡還可以形成海嘯，2004年12月26日蘇門答臘海嘯以及2011年3月11日的東日本大海嘯的爆發(fā)，除了地震之外，海底滑坡也是主要觸發(fā)機(jī)制之一。

圖3  南海北部陸坡白云海底滑坡地形地貌圖

4、淺層氣

海底淺層氣（shallow gas）是一種海洋災(zāi)害地質(zhì)類型，一般指海底以下1000 m淺地層內(nèi)聚集的有機(jī)氣體。我國海域淺層氣分布廣泛，如東海和南海陸架油氣資源區(qū)。淺層氣因埋藏淺，又常具有高壓性質(zhì)，其對(duì)海底沉積物的膠結(jié)、硬度和強(qiáng)度等均產(chǎn)生較大影響，是一種十分危險(xiǎn)的海底地質(zhì)災(zāi)害。淺層氣具有壓力高、井噴強(qiáng)烈且速度快、允許波動(dòng)壓力低以及處理難度大的特點(diǎn)，是海洋鉆井作業(yè)中經(jīng)常遇到的災(zāi)害事故之一。例如，1975年3月20日，墨西哥灣內(nèi)的一個(gè)自升式平臺(tái)鉆到高壓淺層氣發(fā)生井噴，接著平臺(tái)開始傾斜、起火燃燒，最后傾覆、沉沒。隨著我國海洋開發(fā)步伐的日益加快，我國海域內(nèi)廣泛存在的淺層氣無疑會(huì)是各種海底設(shè)施和建設(shè)施工的一大難題和災(zāi)害隱患。

綜上所述，深海地質(zhì)災(zāi)害研究對(duì)我國發(fā)展海洋戰(zhàn)略十分重要。世界各國海洋工程經(jīng)驗(yàn)表明，海洋地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查對(duì)于海洋開發(fā)規(guī)則的制定具有不可或缺的重要作用。海洋工程的通用工作流程要求，在實(shí)施之前，必須對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行調(diào)查和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，建立風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案。隨著我國海洋開發(fā)步伐的日益加快，應(yīng)盡快加強(qiáng)深水地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別與分析、原位監(jiān)測和數(shù)值模擬等技術(shù)，尤其是深水海底原位監(jiān)測技術(shù)。

王大偉供稿！