工程地质与地震基础资料研究与汇编

60渤中区工程地质与地震基础资料研究与汇编委托单位：中国海洋石油渤海公司承担单位：中国科学院海洋研究所二00一年五月61前言受中国海洋石油渤海公司的委托，中国科学院海洋研究所承担了“工程地质与地震基础资料研究及汇编”课题任务。按合同书的要求，于2001年3月－5月完成了“渤中区工程地质与地震基础资料研究及汇编”工作。渤中区工程地质与地震基础资料及汇编工作，是在渤海南部石油开发区区域性工程地质调查与评价报告基础上，在广泛参阅了有关其他资料的情况下进行的。文字共分八章，约10万字。图件153幅。其主要技术指标如下：1、阐述了渤中区的海底地形和地貌特征，分别对区内的不同海域的地形变化和典型地形剖面，进行了重点描述与分析。根据旁扫声纳测量结合地形、沉积特征等资料，将全区的海底地貌划分为四大类型，并分别对其形态特征，成因等进行了全面分析。为海上构筑物的设计施工，提供了地形与地貌资料。2、查明了海底沉积物类型、组成、物质来源和现代沉积速率的分布规律，沉积地球化学特征与环境背景值，海底5m以上沉积地层的结构、微体古生物、年代和地层划分等，以及提出了晚更新世以来古环境演化模式。这不仅为海洋工程可行性研究、概念设计，而且为灾害地质、土的物理力学性质的解释，皆提供了可靠的基础资料。3、采用国际通用的美国材料试验学会（ASTM）制定的土的分类法，对渤中区海底浅层土进行了分类。按土的状态、物理性质及剪切强度的特性，对浅层土进行了分区，并详述了浅层土的物理力学性质。根据土质条件、土的塑性图、土性指标的数理统计、浅层土的强度指标等，对浅层土的工程性质进行了分析和评价。同时，对浅层土砂土液化可能性也进行了初步估计。4、通过波浪作用下海底泥沙运移范围和应用中子活化分析判定海底的泥沙运移等分析，按海底松散泥沙和海底密实泥沙二种情况，分别对海底泥沙的起动、运移、作用范围和强度等进行了探讨，并相应的按其对工程的影响进行评价。这不仅对调查了解大面积海底泥沙的稳定状况，而且对工程设计都有实际意义。5、对声学地层进行了划分，查明了各反射界面与地层的埋深和厚度，详述了它们的特征、分布与变化规律。对浅地层中的灾害地质类型进行了划分，详述了它们各自的时空62分布。按稳定、较稳定、不稳定等三类，对整个渤海湾区进行了灾害地质分区，并就它们对工程可能产生的危害作出了相应的工程地质评价。6、经过对可液化土层分布及其特征，液化势分析和海底土震陷等研究指出，区内有两类对地震作用敏感的土类存在：第一类为上层非常软的粘土或粉质粘土，在地震荷载作用下，由于附加变形而产生震陷；第二类为分布在软土下的厚度和层位不同的细砂、粉砂、砂质粉土和粉土，均为地震作用下的可液化土层。另外，对上层土震害还专门进行了论述，并做出了震害区划。7、在综合分析了渤中区的沉积环境，浅地层及浅地层中灾害地质因素的基础上，将浅层土划分为5个区，浅地层也划分为5个区。分别对各区的工程地质及其条件做出了科学的评价，并分别指出了那些不利的或危及海上构筑物安全的因素以及灾害地质因素，为今后海上石油工程设施的选址、设计、施工等，提出了科学可靠的依据。该课题在进行和完成过程中，始终得到中国海洋石油渤海公司科技部贠彩芬主任、杨光高级工程师以及项目负责人（总编）宋珊高级工程师的大力支持与热情关怀，在此一并表示衷心地感谢。课题负责人：黄庆福2001年5月63目录前言第一章总论…………………………………………………………11.1渤中区的地理位置…………………………………………………………………11.2调查目的意义………………………………………………………………………11.3调查内容……………………………………………………………………………11.4调查范围及要求……………………………………………………………………11.5海上作业……………………………………………………………………………21.6资料处理与室内分析………………………………………………………………51.7报告…………………………………………………………………………………6第二章海底地形与地貌……………………………………………82.1海底地形……………………………………………………………………………82.2海底地貌…………………………………………………………………………12第三章沉积作用和沉积环境……………………………………163.1现代沉积作用……………………………………………………………………163.2沉积物的地球化学与环境背景值………………………………………………333.3沉积地层划分与古环境分析……………………………………………………38第四章海底浅层土的土力学指标及其工程性质………………544.1测定的项目………………………………………………………………………544.2土的物理力学性质………………………………………………………………544.3海底浅层土的工程性质…………………………………………………………57第五章海底泥沙运移分析………………………………………605.1波浪作用下海底泥沙运移范围…………………………………………………605.2应用中子活化分析判定海底的泥沙运移………………………………………645.3海底泥沙运移的分析及其评价…………………………………………………71第六章声学地层及其灾害地质因素……………………………74646.1声学地层……………………………………………………………………………746.2浅地层中的灾害地质因素分析……………………………………………………79第七章海底土层震害………………………………………………847.1海底砂土液化及软土震陷…………………………………………………………847.2上层土震害…………………………………………………………………………87第八章区域性工程地质综合评价…………………………………888.1基础地质和工程地质条件…………………………………………………………888.2工程地质分区与评价………………………………………………………………91参考文献………………………………………………………………9965第一章总论1.1调查区域的地理位置辽东湾位于渤海的最北部，是以老铁山西角（38°43.6′N,121°08′E）和秦皇岛金山咀（39°48.8′N，119°31.7′E）连线为界向北东延伸的海域1），被辽宁省的大连、营口、盘锦、锦州、绥中，河北省的山海关、秦皇岛等沿岸所怀抱，其面积为3万余平方公里（图1.1）。渤海湾区位于秦皇岛金山咀（39°48.8’N，119°31.7’E）和老黄河口（38°08.5’N，118°52’E）连线为界以西海域，被河北省秦皇岛市、天津塘沽、河北省黄骅县、山东省沾化县等沿岸所环绕，其面积约为1万5千余平方公里（图1－1）。渤中区位于老铁山西角（38°43.6’N，121°08’E）和秦皇岛金山咀（39°48.8’N，119°31.7’E）连线为界以南，秦皇岛金山咀与老黄河口（38°08.5’N，118°52’E）连线为界以东，以及蓬莱头（37°50’N，120°44.5’E）和老铁山西角连线为界以西海域，被河北省秦皇岛市、天津塘沽、河北省黄骅县、山东省沾化县、东营市、龙口市、蓬莱市及辽宁省大连市所怀抱，其面积约为3万余平方公里（图1－1）。1.2调查目的意义调查目的意义是：为辽东湾油气田开发的工程规划和合理布局，初选构筑物的座落位置，选择单点系泊的锚固系统，以及为制定构筑物座落地点的场址详查方案，宏观指导场址工程地质调查与评价等，提供可靠的区域性工程地质调查与评价资料。这对工程规划和合理布局、工程合理设计与作业安全等皆具有十分重要的意义。渤中区区域性工程地质调查与评价的目的意义是：为渤中区油气田勘探与开发的工程规划和合理布局，初选构筑物的座落位置，选择单点系泊的锚固系统，以及为制定构筑物座落地点的场址详查方案，宏观指导场址工程地质调查与评价等，提供可靠的区域性工程地质调查与评价资料。这对工程规划和合理布局、工程合理设计与作业安全等，皆具有十分重要的意义。渤海湾区区域性工程地质调查与评价的目的意义是：为渤海湾区油气田勘探与开发的工程规划和合理布局，初选构筑物的座落位置，选择单点系泊的锚固系统，以及为制定构筑物座落地点的场址详查方案，宏观指导场址工程地质调查与评价等，提供可靠的区域性工程地质调查与评价资料。这对工程规划和合理布局、工程合理设计与作业安全等，皆具1）此划分为“辽东湾石油开发区区域性工程地质调查与评价”界定的66有十分重要的意义。1.3调查内容1.3.1工程物探1.3.1.1水深地形测量；1.3.1.2海底地貌旁扫声纳测量；1.3.1.3浅层剖面测量（0－30m）；1.3.1.4中层剖面测量（0－150m）。1.3.2沉积物取样1.3.2.1表层沉积物取样；1.3.2.2箱式原状沉积物取样；1.3.2.3重力活塞柱状沉积物取样；1.3.2.4悬浮体取样。1.4调查范围及要求1.4.1调查范围是以老铁山西角和秦皇岛金山咀连线以南，秦皇岛金山咀与老黄河口连线以东，以及蓬莱头和老铁山西角连线以西，于水深大于10m范围内，调查控制面积约23,000km2。调查范围：南起39°10′N、北至40°40′N,东起121°40′E、西至120°00′E于水深大于10m的海域，其面积约为1.85万平方公里。是以秦皇岛金山咀与老黄河口连线以西，于水深大于10m深范围内，调查控制面积约7,200km2左右。1.4.2工程物探测线布置主测线（M系列主测线），按垂直区域构造走向北西－南东向布设，主测线15条；联络测线（N系列辅助测线），按平行构造走向垂直主测线布设，其方向为北东－南西向，联络测线8条，工程物探测线总长为3,804.0km。黄河口和莱州湾测线网格为10×20km，其他海域为20×40km（图1－2）。工程物探测线布置测线应遵守一般按垂直构造线（或地形走向）布置的原则。为此，布置平行海湾方向的北东—南西向测线5条，间距20km，编号为A1—A5；垂直海湾方向的北西—南东向测67线10条，间距20km，编号为C1—C10。测区的北部为最有希望的油气田开发区，所以，把处于锦州区块和绥中区块及金县区块部分地区，将测线加密到5×10km。加密的北东—南西向测线7条，编号为A6—A12，加密的北西—南东向测线5条，编号为C11—C15。完成测线总长2,806km，实测测线站位图见图1.2。主测线（M系列主测线），按垂直区域构造走向北西－南东向布设，主测线12条，长854.0km；联络测线（N系列辅助测线），按平行构造走向垂直主测线布设，其方向为北东－南西向，联络测线9条，长489.0km。工程物探测线总长为1,343.0km。渤海湾内岐口区块是重点区，测线网格为5×10km，其他海域，例如曹妃甸至滦河口一带外海，其测线网格为20×40km（图1－2）。1.4.3沉积物取样站位布置沉积物取样站位均布置在工程物探测线上，其间距为20×20km。共完成表层沉积物取样56个站位，箱式原状沉积物取样21个站位，柱状沉积物取样36个站位（图1－3）。从N5剖面共9个站位统计来看，最长柱状沉积物岩芯6.85m，最短2.5m，平均4.35m。沉积物取样站位布置沉积物取样站位均布置在工程物探测线上，站位间距为20×20km网格，重点区加密到10×10km，编号为B1—B93。共完成表层沉积物取样93个，箱式原状沉积物取样33个，柱状沉积物取样45个。最长柱状沉积物岩芯7m，最短0.7m，平均3.02m。实际沉积物取样站位图见图1.3。沉积物取样站位均布置在工程物探测线上，其间距为20×20km。共完成表层沉积物取样21个站位，箱式原状沉积物取样8个站位，柱状沉积物取样13个站位（图1－3）。从M9－1至M9－6共6个站位统计来看，最长柱状沉积物岩芯6.4m，最短3.1m，平均4.7m。1.5海上作业1.5.1调查船调查任务由中国科学院海洋研究所的两艘千吨级科学考察船－“科学一号”和“金星二号”执行。前者