海底峡谷浊流汇流后含沙量与速度变化研究

高速的浊流具有强大的破坏力,威胁着海底结构物的安全。海底峡谷是浊流向深海运动的重要通道,其中许多海底峡谷具有多条分支峡谷,而分支峡谷与主干峡谷浊流发生汇流后,含沙量、速度可能会增加,进而破坏力增强。本文通过室内水槽试验和数值模拟,研究了分支峡谷中的浊流汇流到主干峡谷中含沙量和速度的变化,并与仅有主干峡谷浊流的情景进行了对比。研究发现,发生汇流时,浊流的高度、含沙量和速度在头部均有增加,在汇流发生过后会有所减小,但含沙量和速度仍大于不发生汇流时的情况。本文试验结果可为有分支峡谷发生浊流汇流的现场监测位置及项目、速度推算提供指引。

南海陆坡海底峡谷地形复杂度分析方法

地形复杂度指数是描述地形变化程度的综合指标,本文基于南海陆坡北港隆起区的水深网格数据,采用均值变点分析法确定地形起伏度的最佳统计单元,建立计算海底地形复杂度的模型,融合研究区坡度、地形起伏度、地表切割深度和高程变异系数4种地形因子,分析研究区的地形特征和地形复杂度。结果表明,研究区地形起伏度最佳分析窗口大小为19×19网格,最佳统计窗口面积为1.7689 km^(2);研究区北部及南部区域地形平坦,地形复杂程度较低,复杂度指数<2.35;中部区域存在规模不同的峡谷,地形复杂程度较高,复杂度指数平均>3.37,其中,中部偏东区域因海底峡谷最为发育,地形复杂度指数可达7.77。研究区地形复杂度的定量分析结果与海蚀作用的强弱程度呈现出较好的正相关性,这对系统开展南海海底峡谷形态特征及演化过程研究、维护海洋工程设施安全等具有重要借鉴意义。

全球海底峡谷成因及演化研究

海底峡谷广泛发育于全球大陆边缘,在地形上表现为深切于大陆边缘的凹槽,是海陆边界处最为显著的地貌之一。海底峡谷是陆缘碎屑物质由陆至深海运移的重要通道,是研究区域源-汇体系、海平面升降、构造演化的重要场所,也是海底油气资源形成与储集的重要区域,是国内外在海洋领域研究的热点之一。针对海底峡谷的成因及演化过程,进行了系统性的研究与划分,首先介绍了国内外海底峡谷研究的关键成果,其次概述了两大世界典型峡谷区南海北部海底峡谷区和蒙特利海底峡谷区的区域构造及成因,最后依据海底峡谷形成演化的主控因素,将其成因分为3种类型:强侵蚀性、河流侵蚀型、构造作用及溯源侵蚀型。通过对峡谷成因演化的研究,有助于为海底峡谷的分类提供新的思路,为海底峡谷区域的资源勘探、古气候与构造演化模式方面提供新的突破点。

珠江口盆地白云凹陷陆坡限制型海底峡谷群成因机制探讨

珠江口盆地白云凹陷北部陆坡发育着17条近似NNW—SSE走向的海底峡谷,构成了区域内的陆坡限制型海底峡谷群。基于研究区内高密度覆盖的2D地震资料,通过外部形态、内部结构等反射特征的描述和刻画,建立了第四纪以来的高精度层序地层格架,将沉积充填序列划分为三个体系域,即低位体系域(LST)、海侵体系域(TST)和高位体系域(HST)。根据陆坡进积特征、垂向地层叠加样式、侵蚀特征变化、连续性强振幅同相轴的识别和空间追踪,将高位体系域进一步划分为两个沉积旋回单元,HST-I和HST-II。研究表明,白云凹陷陆坡限制型海底峡谷群发育在高位体系域晚期沉积旋回(HST-II)中。在此基础上,分别讨论了沉积物供给、沉积物失稳作用、限制型地形和流体渗漏作用对峡谷群形成和演化的影响。第四纪以来珠江水系携带的大量沉积物经由陆架进入到陆坡区域,为海底峡谷群的发育和演化提供了充足的沉积物来源。在第四纪高位体系域早期水道形成的限制型"负地形"基础上,大量的沉积物在沿着陆坡坡降方向自北向南的输送过程中发生向下的侵蚀、沉积物失稳,导致了陆坡限制型海底峡谷群的发育。研究区内广泛分布的气烟囱构造,暗示了含气流体的垂向运移和渗漏,可能促进了海底峡谷群的进一步演化。

南海珠江口外海底峡谷形成的控制因素及过程

珠江口外海底峡谷是南海北部陆坡海底峡谷群的典型代表。该海底峡谷始于南海北部陆架,向下走向经历多次转折,峡谷末端进入南海深海盆后,发育为小型海底扇形体。该峡谷特征独特,地貌多变,不仅是陆架-陆坡-海盆物质交换的通道,也是陆缘沉积物堆积的场所。利用在该区获得的多波束数据,结合多道地震数据,研究该海底峡谷的地貌和沉积充填特征,分析珠江口外海底峡谷形成发育的主控因素和发育过程。研究发现,珠江口外海底峡谷的形成受到新生代构造作用的控制。中新世以来,白云凹陷开始发生强烈的沉降作用,变为陆坡盆地,研究区陆架陆坡深水盆地的沉积格局开始形成,陆架坡折带北迁至白云凹陷北侧。21Ma以来海平面多次下降至陆架坡折带附近,陆架出露,古珠江可以直接穿越陆架到达坡折带,并向下陆坡和深水盆地倾泻物质,从而开始了珠江口外峡谷和冲沟群的发育。研究区发育的北北西—北西向(NNW—NW)断裂控制了部分水道的展布。北侧陆坡区大量发育的小型峡谷群是陆源物质向下陆坡和深水盆地输送的主要通道。海底峡谷中下段主要依托于白云凹陷古地形发育,长期处于堆积状态,接受了经由峡谷输送的绝大部分物质。

东海陆坡海底峡谷—扇体系沉积特征及物质搬运

利用多波束和高分辨率地震资料,分析了东海陆坡广泛发育的海底峡谷—扇体系的沉积地层结构,讨论了海底峡谷—扇体系内部主要的沉积物搬运方式、沉积特征和典型沉积环境。结果表明,海底峡谷是上陆坡沉积物质向下搬运的主要通道。海底峡谷段上部以侵蚀作用为主,局部堆积具丘状或透镜状外形的滑塌体或滑坡体;海底扇沉积开始于海底峡谷的出口,地震剖面上具杂乱、前积或上超结构,且不同位置的扇结构亦存在差异,并被正断层错动;海底扇上发育两侧具天然堤的扇谷,细颗粒浊流物质通过溢流形成具楔状外形的越岸沉积。浊流沉积在海底峡谷的出口处十分发育,具有丘状或透镜状外形,内部呈规则或杂乱反射,是海底扇的重要组成部分。块体搬运(滑塌和滑坡)和浊流是东海陆坡海底峡谷—扇体系内主要的沉积物搬运方式,它们对陆坡地形地貌起着重要的塑造作用。海底峡谷—扇体系沉积特征及物质搬运从南向北的差异性反应了不同陆坡段物源供应、水动力条件和构造活动的不同。

海底峡谷侵蚀-沉积作用与天然气水合物成藏

近年来海底峡谷和海域天然气水合物的调查和研究表明,二者在空间分布上具有一定的相似性,同时海底峡谷强烈的侵蚀作用和良好的内部建造,与海域天然气水合物的聚集、分布和成藏具有直接或间接的关联。通过对目前海底峡谷和海域天然气水合物的资料调研和系统分析,指出海底峡谷和海域天然气水合物的相关性主要表现在3个方面:侵蚀-沉积作用与有利沉积体的分布、侵蚀-沉积作用与含烃流体渗漏的相互作用、侵蚀-沉积作用与海域天然气水合物的动态成藏。将海底峡谷和水合物的关联性应用到珠江口盆地海底峡谷群,初步分析了二者的关联。研究认为该区域的海底峡谷将会对有利沉积体进行破坏和改造,使其表现为"斑状/补丁状"的平面分布特征,影响了水合物的分布和实际产出;此外,峡谷侵蚀-沉积作用导致了先前形成的水合物的分解,一部分的甲烷等气体将会进入到海水之中,而受有利沉积体上部细粒均质层的遮挡,大部分的含气流体将被"继续"限制在有利沉积体之中而形成新的水合物,这可能是该区域内细粒沉积物中水合物饱和度较高的原因。

东海陆坡不同类型海底峡谷的分布构造响应

利用1997—2001年在东海海域获得的多波束全覆盖测深数据和收集的部分高分辨率单道地震剖面,对东海陆坡海底峡谷的地形要素,如长度、弯曲度、平均坡度、剖面特征、头部和末端的水深等进行了详细的分析和统计。根据平面形态将海底峡谷划分为3种类型:直线型、蛇曲型和树枝型。海底峡谷主要分布于中段和南段的东海陆坡之上,平面形态特征总体上自北向南趋于复杂(直线型→蛇曲型→树枝型),规模逐渐增大,不同平面类型代表了峡谷不同的演化阶段。峡谷的分布格局和变化趋势主要受控于冲绳海槽扩张背景下的构造活动。

三沙海底峡谷识别与地貌特征分析

三沙海底峡谷是连接西沙碳酸盐台地与南海西北次海盆的深水海底峡谷,起源于永兴岛和东岛之间的浅水区域,输送了大量碳酸盐碎屑到西北次海盆。三沙海底峡谷是迄今为止发现的南海最大碳酸盐型海底峡谷。海底峡谷的横断面呈现V、U字形,可以分为峡谷外侧、斜坡和谷底3个部分。峡谷外侧平缓、两侧斜坡陡峭、谷底平缓。沿着峡谷走向,可以分为上游、中游和下游3部分。上游部分坡度较陡、坡度变化较大,环礁周边的水道和海底滑坡体系是源区的碎屑物质搬运通道;中-下游部分坡度平缓、坡度变化小,主要以碎屑物质的搬运为主,汇入两侧斜坡上的侵蚀、坍塌形成的碎屑,在西北次海盆形成了喇叭状的入海盆口。通过三沙海底峡谷的研究,有助于揭示岛礁与海盆之间的沉积物输送、海底不稳定性等基础科学问题,为碳酸盐岩油气储层预测、岛礁生态旅游开发提供理论基础。

荔湾3-1气田管线路由海底峡谷段斜坡稳定性分析

针对南海荔湾3-1气田管线穿过的海底峡谷区6个典型斜坡剖面,分别采用有限元强度折减法和极限平衡法开展斜坡稳定性分析,模型考虑了土层强度随深度的变化。计算结果对比表明,有限元强度折减法与极限平衡法分析结果一致,其中与Spencer法结果最接近,稳定系数相对误差小于3.5%。重力作用下各斜坡基本处于相对稳定状态,峡谷中下部土强度较低且坡度较高的局部区域接近临界状态,峡谷头部因坡度相对较小且土体强度相对较大,其斜坡稳定系数相对较高。地震水平加速度能够明显降低该区斜坡的稳定系数,且随着加速度值的增大滑动深度逐渐变大。当水平加速度达到0.2g时峡谷中下部区域大部分会发生滑动。海底地形坡度和土层强度是影响峡谷区斜坡稳定性的主要因素,且稳定系数与滑动面对局部坡度和强度分布较为敏感,合理的稳定性评价依赖于精确的地形数据与土层力学参数。

南海北部陆坡海底峡谷形成机制探讨

通过对南海北部地震剖面的解释,并结合地貌以及区域地质特征等,对发育于南海北部陆坡区的珠江口外、台湾浅滩南以及澎湖海底峡谷的地貌和构造特征进行分析和对比,并对其形成机制进行探讨。研究结果显示,各海底峡谷具有相似的走向,并均具有转向的特征,但是其形成机制却各不相同,由此形成的地貌特征也各不同:珠江口外海底峡谷的形成与珠江带来的大量陆上沉积物的搬运相关,形成了喇叭型的水道;台湾浅滩南海底峡谷的形成受到NW向断裂构造的控制,这些断裂构造形成了薄弱带,经过沉积流的侵蚀而形成狭长的水道,当进入下陆坡后由于海山的阻隔作用而转为近EW向;澎湖海底峡谷带的上段主要是由陆坡沉积流的下向侵蚀、崩塌和滑移形成的,而其下段则主要具有沿马尼拉海沟北向延伸段发育的特征。

我国海底峡谷研究进展

海底峡谷是陆源物质向深海运移的重要通道和深海油气资源储集的重要场所,海底峡谷在我国近海也广泛发育。通过对国外海底峡谷研究成果和方法的介绍和学习,我国海洋学家开始对冲绳海槽西坡、台湾周边海域、南海北部海域及世界上其它海域的海底峡谷进行深入的调查和研究,并取得了丰硕的成果。但与国际相比,我国海底峡谷研究还处在发现和描述的阶段,还需要进行系统的观测和深入的研究,来探讨海底峡谷的形成发育机制和控制因子,及其与我国近海演化和油气成藏的关系。

珠江口盆地白云凹陷海底峡谷沉积模式

利用高分辨率三维地震资料,在珠江口白云凹陷三维工区中发现形态以及发育特征相似的7个海底峡谷。通过对其现今地貌特征研究,将其分为上、中、下段。综合地震反射振幅、连续性及外部结构形态等信息,识别出了峡谷侵蚀基底、谷底沉积、谷壁滑塌等峡谷地震相单元。结合峡谷不同位置处的各类地震相的发育情况,可知峡谷的这3个地貌单元具有不同的沉积特点,分别为上部侵蚀下切段、中部侵蚀—沉积段以及下部沉积充填段。最终提出了白云凹陷海底峡谷的沉积模式。

南海北部白云凹陷陆坡海底峡谷地形地貌与沉积地层特征

利用2011年在南海白云凹陷北部陆坡海域获得的多波束测深数据和浅层多道地震剖面，对研究区海底峡谷的地形地貌要素和沉积地层进行了详细的分析。在水深500～1700m范围内识别出14务NNW--SSE向或近N—S向展布的近直线型海底峡谷，长度为12～39．2km，宽度为1．1～3．4km，下切深度最大达234m，谷壁西缓东陡，谷底最深处均靠近东侧谷壁。峡谷上段谷底无沉积物堆积或有少量蚀余堆积，地层反射面略向东倾斜，谷壁上有滑塌现象。下段谷底位于浊流堆积扇上，沉积厚度较大，地层呈平行或亚平行的反射模式，侧向连续性好，有些地方发育密集的断层和滑塌构造。谷脊布满了丘状凸起，地层结构揭示出其沿坡爬升的趋势，有的凸起下方有沿断层向谷底方向的错动。

海底峡谷对深部地层时深转换的影响及其消除方法

深水区域存在海底峡谷时,由常规的钻井资料时深转换方法得到的"深部地层"(这里指地震反射不受海底峡谷影响的地层)深度图上会出现"构造脊"的假象。当海底峡谷的宽度远小于地震采集电缆长度时,深部地层反射不受海底峡谷影响,这时在地震解释时应"忽略海底峡谷的存在",将峡谷作"填平"处理,这样就可以得到真实的地层深度。

海底峡谷的分类与识别研究进展

为更好地研究海底峡谷的形成、演化并充分开发利用海底峡谷,通过对国内外海底峡谷分类与识别有关研究成果的总结和归纳,综合考虑海底峡谷的多项因素,建立了一套新的分类体系,同时对海底峡谷的识别方法进行了概述分析。新建立的分类体系能够更好地满足海底峡谷的分类要求,海底峡谷识别方法优缺点的总结可为大规模海底峡谷识别提供支持。对海底峡谷分类与识别的研究综述将会为以后的研究以及相关海洋产业的发展提供支撑和帮助。

南海北部陆坡区海底峡谷地貌、沉积特征及控制因素

南海北部陆坡发育众多海底峡谷,其形成、发育、演化过程都存在较大差异。本文选取南海北部陆坡典型的珠江口外海底峡谷群、东沙海底峡谷、台湾浅滩南海底峡谷和澎湖海底峡谷进行研究,通过高分辨率多道地震数据和多波束测深数据,结合前人研究成果,对4条典型海底峡谷的形态特征、沉积充填特征及结构、形成发育过程及控制因素进行研究。结果表明,南海北部陆缘各个海底峡谷的形成受多个控制因素的影响,其影响程度及方式都有差别。构造活动、海平面变化及沉积物重力流与海底峡谷的演化密切相关,而陆地河流和局部构造因素也以不同方式影响着海底峡谷的发育。对于发育在主动大陆边缘的台湾岛东南侧的澎湖海底峡谷,其板块运动和岩浆活动活跃,其上发育的海底峡谷的控制因素以内营力地质作用为主。而具有被动大陆边缘属性的其他3条峡谷,由于构造运动较少或停止,其上发育的海底峡谷的控制因素以外营力地质作用为主。

海底峡谷水动力系统研究

海底峡谷作为海洋中油气勘探的重要指示器和富集场所,研究其复杂的水动力系统变得十分重要。海底峡谷中水动力系统包括了重力流、浊流、潮汐/内潮汐、内波、底层流、上升流和高密度陆架瀑布流(Dense Shelf Water Cascading)等要素,与峡谷外有明显的不同。首次从海底峡谷水动力系统的综合概况出发,研究了水动力作用对峡谷的侵蚀、沉积物的搬运与沉积以及特殊生态系统的塑造,总结分析了峡谷中水动力系统的主要研究手段。结果表明,海底峡谷中的水动力作用由于成因不同,各自的表现特征也不一样;重力流、内潮汐、上升流等水动力作用对峡谷的形态地貌、物质搬运以及生态系统的影响较为显著;对于常用的4种水动力系统的研究方法而言,其研究背景各不相同,且存在一定的局限性。本文为我国海底峡谷水动力系统的研究起到了一定的指导作用。

构造活动对海底峡谷地貌形态的影响

海底峡谷是大陆边缘最重要的地貌形态之一,是沉积物和陆源有机质向深海搬运的主要通道,在深海重力流沉积、全球碳循环、生物多样性、油气-水合物资源勘探及海底工程设施安全运营等方面的研究中具有重要意义。大量研究发现,海底峡谷常发育于构造活动较强烈的地区,其形成和演化与构造变形之间存在密切的关联。在文献调研基础上,着重就构造活动对海底峡谷地貌的控制作用进行综述。总结了5种与构造变形有关的海底峡谷平面分布端元模式,分别为限制型、转向型、偏转型、阻挡型及横向切穿型海底峡谷。分析了局部坡度变化对峡谷内部地貌特征的影响:构造变形引起的局部地形坡度增大会导致海底峡谷内部侵蚀作用的加剧与裂点的形成;局部地形坡度减小容易引起天然堤和决口扇的形成;坡度的变化还会引起峡谷弯曲度的动态响应。

亚洲大陆边缘海底峡谷的形态、分布及演化进程

基于SRTM15_Plus水深数据,利用地形表面流水分析与等高线几何分析相结合的方法对亚洲大陆边缘海底峡谷进行识别,分析峡谷的形态、分布及演化进程。共识别出海底峡谷531条,按照平面形态分为直线型、蛇曲型和树枝型三种,数量分别为239条、75条和217条。直线型峡谷主要分布在白令海盆地、千岛盆地、南海等海域;蛇曲型峡谷主要分布在孟加拉湾东部俯冲带海域;树枝型峡谷主要分布在日本海沟、伊豆小笠原海沟和南海海槽交界处,南海以及苏门答腊俯冲带海域。根据峡谷的形态与分布,结合研究区内构造背景,讨论了峡谷“直线型-蛇曲型”的形态演化进程,并依据树枝型峡谷主干谷的形态信息,推测存在“蛇曲型-树枝型”、“直线性-树枝型”的形态演化进程。