海洋课堂▏李安龙：地形地貌对海洋工程建设的影响
大陆架与大陆坡是油气开采的主要场所，也是海底管道和光缆通过的重要区域，在大陆架和大陆坡区广泛分布着由各种内力、外力形成的单一地貌形态，如海底活动沙波、潮流沙脊、侵蚀沟槽、海底塌陷、浅埋基岩及其露头、海底凸凹地等地貌特征制约着海底工程的建设。
⒈潮流沙脊与潮沟地貌
潮流沙脊与潮沟地貌一般发育于古河口三角洲和无潮点附近的陆架区，在我国近海陆架上均有分布。潮流沙脊呈指状延伸，潮沟与潮流沙脊相间出现，潮沟海底侵蚀强烈，表现为大小不等的侵蚀沟槽。潮流沙脊与潮沟所形成的强烈对照性地形、沙脊的移动及其伴随而来的海底侵蚀和淤积，对于油气管道和海底构筑物的稳定性都有相当大的威胁。沙脊的高低起伏已经给海洋工程带来了很多障碍，而沙脊处泥沙的群体运动和沙脊的迁移将会给海底线状工程带来更大的威胁。
⒉侵蚀沟槽地貌
侵蚀沟槽可分为线状冲刷槽和片状侵蚀沟壑。冲刷槽在沿岸及大陆架区分布较广泛，其深度一般为10～30m，特别是岛屿之间的潮汐通道槽规模更大，如东海舟山群岛之间的冲刷槽，其深度可超过50m(图1)。冲刷槽是不稳定的水槽，周期性的潮流强弱变化，使冲刷槽的形态和深度发生变化，并在横向上也有迁移。冲刷槽的坡度较大，如舟山群岛之间的金山冲刷槽坡度可达7°。因潮流把槽底物质带走，坡面沉积物产生滑塌，可能使建筑物的底脚被掏空，从而导致管道、电缆折断或变形。
图1 东海舟山群岛之间的冲刷槽
⒊海底沙波地貌
海底沙波是由于海底的沙堆积体在波浪的作用下形成的有韵律的地貌形态，常见的水下沙质底形有潮流沙脊和波流沙波两大类型，前者是顺主水流方向前进的沉积沙体，后者是垂直主水流方向前进的砂质形态，在海南省东方市岸外海底上，这两种沙质沉积底形均十分发育。东方市西岸外水下潮流沙脊是整个琼西南沙脊群的一部分，在感恩角岸外发育最好，至东方市西岸外已趋缓和，但仍有10余米的高差，沙脊均南北向分布。我们2003年的调查发现，海南省的第一条输气管道DF1-1海底管道通过了三条明显活动的沙脊(图2)，引起各方高度重视。
图2 DF1-1输气管线通过海底沙波沙脊区台风前后的对比
海底沙波的存在使海底坎坷不平，同时，沙波和大波痕都是迁移型海底微地貌，它们的存在指示海底泥沙运动较强，海底稳定性差，沙波活动伴随着海底强烈的冲刷、淤积及泥沙群体运动，如果这里敷设海底电缆或输油管道(图2)，则可能发生移位或折断。如果这里建设钻井平台，则桩脚可能发生移动，导致井口移位而引起钻井工程中断，乃至钻孔报废。如果这里有海底工程构筑，可能会被沙体埋没，产生挤压破裂，甚至毁坏。可见，海底沙波给海底石油工程特别是油气管线的建设造成困扰。在国外，每隔几年就要测定沙波移动的方向和速率。此外，沙波或其他海床形态可能揭示海底沉积物的现代搬运作用和海底构造周围的高能冲刷作用。
⒋埋基岩及其露头地貌
这种地貌常发育在基岩海岸。不规则浅埋基岩主要表现为基岩面的起伏，它的反射特征以中至低频强振幅，同相轴中至低连续性为主，反射形态主要表现为随机的高低起伏。图像上基岩面的凸起表现为圆锥状，内部的反射模糊杂乱，无层次，绕射波发育。由于基岩面起伏过大，其与周围的岩性不均一，不利于持力层的选择，也不利于构筑物基础的选型。因此，对于插桩、输油管线敷设等海上工程，都应重视不规则基岩的存在，以避免产生不良的后果。
图3 浅层剖面显示的出露基岩和不规则浅埋基岩
不规则基岩面起伏变化大，埋深十几米至上百米，局部发育礁石(图3)。尽管浅埋的基岩对于某些海岸工程来说有坚固的基础，但对于近岸管线的敷设与防护、石油平台的拖航与坐底、锚地与航道等皆存在重大的灾害性隐患，须避开或清除。
⒌崩塌和塌陷地貌
崩塌地貌分布在大陆坡的陡坎或陡坡处，在东海和南海大陆坡均有分布。崩塌地貌是在土体的自身重力作用下或经波浪等外力诱发，土体不断崩塌或剥落、滑动或滚动到坡度较缓的地带堆积下来，上部往往形成高差10～20m的陡坎或陡崖(图4)，下部为坡积体，坡度较平缓。这种土体松散，结构较为复杂，抗压抗剪强度低，不宜在此构筑海洋工程设施。
图4 浅层剖面显示的南海陡坡海底陡坎与滑塌堆积地貌
塌陷地貌分布在河流输沙量大而颗粒细的河口三角洲前缘。由于三角洲结构复杂，大量细颗粒泥沙堆积，致使三角洲前缘区不同部位土体的物理和土工特性的不均一性，造成局部地段压实下沉而形成圆形或次圆形、直径500～1000m的洼地(图5)。在我国以黄河三角洲最为典型，其土体承载力低，这种地貌也是一种典型的潜在地质灾害。
图5 黄河水下三角洲前缘斜坡上的塌陷凹坑与洼地
⒍海底沟坎地貌
海底沟坎地貌发育于大陆架和近岸海区。沟坎是海底表层沉积物遭受侵蚀冲刷或人工挖掘而成，主要分布在岛屿之间狭窄区域，潮流或水流较急的区域，是海底电缆、插桩及水下管线敷设等海洋工程应当避让或必需处理的制约性地质条件。这种地貌表现为海底反射波的波形发生明显扭曲，反射界面突然断开或下陷，两侧对称，与周围地形差异较大(图6)，在声呐图像上则为内部反射杂乱，灰度较淡。
图6 北部湾浅地层典型剖面上的沟坎地貌
沟坎的发育受控于地形，槽沟高度和坡度变化较大，陡峭的槽沟常伴生陡坎，可能产生滑坡，岛屿附近也易发育水下槽沟，水下槽沟且多与不规则基岩相伴生，沿岸岛屿多，水动力作用强，易发育水下槽沟。若要在岛屿边构筑海上工程，应对槽沟进行详细调查。
海底沟及坎坷不平的海底，可能给海底油气管线的敷设带来一定的障碍，但是对于管线和石油平台的安全不会产生很大威胁。
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【作者简介】李安龙，男，1972年6月出生，海洋地质博士，现任中国海洋大学海洋地球科学学院院副教授、硕士生导师，农业农村部海洋牧场建设专家；1998年起至今任中国海洋大学海洋地球科学学院教师，从事海洋工程地质学、土力学、ARCGIS应用与开发的教学与各类海洋工程调查与评价研究工作；主持和参加了海岛海岸带生态修复、海洋牧场的选址与规划、海底管道路由调查与评价、海洋平台的选址调查、海洋能资源调查与规划、三维海底虚拟仿真软件设计与开发等项目多项，国家自然科学基金项目5项、省部级重点项目3项。已在国内外重要学术刊物上发表研究论文20余篇，出版专著1部，国家发明专利1项。本文来自《海洋工程地质学（科学出版社出版）》（2.4节），李安龙、林霖、赵淑娟编著，海底科学与技术丛书，书号ISBN978-7-03-062320-1，本文编发已得到作者授权。
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