渤海湾区工程地质与地震基础资料研究与汇编

渤海湾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四月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2月－4月完成了“渤海湾区工程地质与地震基础资料研究及汇编”工作。渤海湾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8万字。图件108幅。其主要技术指标如下：1、阐述了渤海湾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，对渤海湾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、在综合分析了渤海湾区的沉积环境，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3个区，浅地层也划分为3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4月第一章总论1.1渤海湾区的地理位置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）。1.2调查目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。前者完成基础工程地质调查的采样任务，后者完成工程物探调查任务。船舶主要性能与参数如下：科学一号金星二号船型：垂线长（m）：10468.38型宽（m）：13.710.02型深（m）：6.855.4吃水（m）：4.93.5吨位：排水量（T）：3324.351100总吨：2579.07643.68净重：773.72193.10主机：2台2台最高转数：227T／分600T／分最低转数：70T／分350T／分马力：5280×21100×2续航力：30天（4500海里）30天（3000海里）最大航速：20.6海里／小时14海里／小时乘员：船员：58人39人队员：43人35人甲板主要设备：3000m水文绞车：2台2台6000m水文绞车：1台1台6000m地质绞车：2台1台龙门吊：1台（8吨）1台（5吨）48道等浮电缆绞车：1台CTD专用绞车：1台汽枪吊车：6台2.5吨电动吊杆：1台1台1.5.2定位工作时，是使用美国DelNorte公司生产的1008／586型GpS全球定位系统，接受机为单频，8通道，工作在单机模式下，所有定位资料存入软盘。定位精度150m左右。1.5.3工程物探1.5.3.1水深测量使用美国Raytheon海洋仪器公司生产的PDSS－200型精度测深仪，工作频率200KHZ，量程为0－125m，分四档。测量精度为量程的0.5％±3cm。仪器设有声速补偿装置。1.5.3.2旁扫声纳测量使用美国产的160B旁扫声纳系统，发射频率为100KHZ，分辨力较高，发射波束发射角为55°的宽波束和发射角为28°的窄波束，可以任意选择。每侧测程为40m－400m可调。工作时，选择测程为拖鱼高度的5－10倍。此次调查用的扫描宽度为100m，波束的发射角为55°。仪器具备TVG（增益随时间垂直变化）功能和TVGdelay（TVG延迟）功能。采用美国EPC公司生产的3200型图像记录器进行记录。扫描声纳的讯号首先输入158型图象处理机进行图像讯号处理，消除扫描声纳记录图上的空白记录区和校正海底图形的倾斜畸变。1.5.3.3浅层剖面测量使用美国产的晶体发射140型剖面系统，发射频率从1KHZ至12KHZ连续可调，发射功率从数百瓦（RMS）至10千瓦（RMS）连续可调。具备TVG功能和TVG延迟功能。发射脉冲宽度从0.2ms到10ms，分5步（0.2、0.5、1.0、4.0、10.0ms）可调。可获得海底下数十米的地层剖面记录。用美国EPC公司生产的1600型或3200型图象记录器记录，记录器也具有TVG和扫描方向可变等功能。1.5.3.4中层剖面测量使用美国产的地质脉冲（Geopulse）5000型高分辨率单道剖面系统，系统由5110型水听器阵，5210型接收机，5420型储能电源（声发射机），5813型声纳发射板和EPC1600型图象记录器等组成。可获得海底下百米的地层结构资料。5210A型接受机具有TVG、ACG、TVG延迟和海底跟踪功能，同时具有多种用途的组合滤波器。滤波器由高通滤波器和低通滤波器组成，前者从20HZ至15KHZ分18档，后者从15KHZ至20HZ，也分18当。高、低滤波器可任意组合，以便选择适合当地地质条件的最佳主频和带宽。5420A型发射机的发射能量按所储电能计算，其能量可从105焦耳至455焦耳选择。1.5.3.5深层剖面测量使用美国EG&G公司生产的电火花系统，主要为声源系统，它由232－A型电源，231型触发器和233A型储能器等三个单元组成，总能量可从100焦耳增至4500焦耳。1.5.3.6滤波器该仪器为美国EG&G公司生产，由高通和低通滤波器组成，滤波器的高低通分别从10－200HZ和一个倍数开关×1，×10，×100组成，滤波范围为10Hz－20KHz。1.5.3.7仪器布设与措施由于工程物探是走航式的，并各种测量又是同步进行的。为了减少各种仪器之间及其他干扰，在仪器布设及与其有关方面上，我们采取了如下措施：a、回声测深仪探头安装在船的左舷中部位置，测量过程进行二次水深声靶校正。b、旁扫声纳和晶体发射剖面仪组合在一个拖鱼上，共用一个触发脉冲，以减少触发脉冲之间的干扰，为保证旁扫声纳的记录质量，控制拖鱼离海底的高度，使其为旁扫声纳扫描宽度的1／5－1／10。测程为100m时，波束发射角55°，单侧扫描与记录。剖面仪脉冲宽度0.2ms，发射频率3.5KHz，发射功率5KW（RMS）。c、地质脉冲剖面仪（Geopulse）的水听器阵和声源由船尾放入海中，离船约30m。工作时如用左车推进，声源和水听器阵放在右边，反之则放在左边。测量选用高通300Hz，低通5KHz的滤波带。发射机能量为280焦耳和350焦耳两种，可获得80－100m的记录。d、一般船速控制在5节左右，当顶流和顺流时要及时调整船速，使各仪器工作时噪音最小。e、整个测量过程中，每15分钟定位一次，两条测线交会点增加一个定位点。f、所有调查资料均记录在干敏记录纸上。除回声测深外，旁扫声纳、晶体发射和地质脉冲等剖面测量的资料还记录在磁带上。1.5.4沉积物取样1.5.4.1表层沉积物取样使用大洋50型取样器，开口为0.25m2，可采集海底以下20－30cm以内的沉积物样品。1.5.4.2箱式原状沉积物取样使用XD－1型箱式取样器，箱体为20×30×70cm，可采集海底表面以下0－60cm厚的原状沉积物样品。1.5.4.3重力活塞柱状沉积物取样使用CH－1型重力活塞取样器，管长2－8m，即根据需要和底质情况进行选择。管内径68mm，由于活塞的抽吸，取芯率达90％以上。一般可取海底以下2－6m长的柱状岩芯，用来进行上力学测试和浅地层划分。1.5.4.4沉积物取样方法和实施过程沉积物取样的方法是定点作业，即在设计站位停船，使用取样仪器采取沉积物样品。在仪器到达海底的同时测定船位，以保证调查站位的精度。（a）为保证满足土工测试用样，在调查中使用CH－3型带衬管的重力活塞取样器，以减少样品的二次扰动。另外原状密封，有利于土工样品保存。为了满足土工用样，本次调查在多数柱状样站位上重复采取二个柱状岩芯样，一个供土工测试用，另一个作沉积环境分析。（b）对样品进行现场观测和编录。（c）用小十字板和袖珍贯入仪进行现场测试。（d）对不同的土样分别进行处理、包装、封存，以备室内测试和分析。1.5.5海上作业程序由于沉积物取样是定点式，工程物探是走航式，再加上此次调查工作量大。所以，