工程地质与地震基础资料研究与汇编.docx
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工程地质与地震基础资料研究与汇编
渤中区
工程地质与地震根底资料研究与汇编
委托单位:
中国海洋石油渤海公司
承当单位:
中国科学院海洋研究所
二00一年五月
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当了“工程地质与地震根底资料研究与汇编〞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根底资料研究与汇编〞工作。
渤中区工程地质与地震根底资料与汇编工作,是在渤XX部石油开发区区域性工程地质调查与评价报告根底上,在广泛参阅了有关其他资料的情况下进展的。
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,进展了重点描述与分析。
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,成因等进展了全面分析。
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以上沉积地层的构造、微体古生物、年代和地层划分等,以与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,皆提供了可靠的根底资料。
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
底浅层土进展了分类。
按土的状态、物理性质与剪切强度的特性,对浅层土进展了分区,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展了分析和评价。
同时,对浅层土砂土液化可能性也进展了初步估计。
4、通过波浪作用下海底泥沙运移X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X围和强度等进展了探讨,并相应的按其对工程的影响进展评价。
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、对声学地层进展了划分,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展了划分,详述了它们各自的时空分布。
按稳定、较稳定、不稳定等三类,对整个渤海湾区进展了灾害地质分区,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与其特征,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展了论述,并做出了震害区划。
7、在综合分析了渤中区的沉积环境,浅地层与浅地层中灾害地质因素的根底上,
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与其条件做出了科学的评价,并分别指出了那些不利的或危与海上构筑物平安的因素以与灾害地质因素,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。
该课题在进展和完成过程中,始终得到中国海洋石油渤海公司科技部贠彩芬主任、
杨光高级工程师以与工程负责人〔总编〕宋珊高级工程师的大力支持与热情关心,在此一并表示衷心地感谢。
课题负责人:
黄庆福
2001年5月
前言
第一章总论…………………………………………………………1
1.1渤中区的地理位置…………………………………………………………………1
1.2调查目的意义………………………………………………………………………1
1.3调查内容……………………………………………………………………………1
1.4调查X围与要求……………………………………………………………………1
1.5海上作业……………………………………………………………………………2
1.6资料处理与室内分析………………………………………………………………5
1.7报告…………………………………………………………………………………6
第二章海底地形与地貌……………………………………………8
2.1海底地形……………………………………………………………………………8
2.2海底地貌…………………………………………………………………………12
第三章沉积作用和沉积环境……………………………………16
3.1现代沉积作用……………………………………………………………………16
3.2沉积物的地球化学与环境背景值………………………………………………33
3.3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与其工程性质………………54
4.1测定的工程………………………………………………………………………54
4.2土的物理力学性质………………………………………………………………54
4.3海底浅层土的工程性质…………………………………………………………57
第五章海底泥沙运移分析………………………………………60
5.1波浪作用下海底泥沙运移X围…………………………………………………60
5.2应用中子活化分析判定海底的泥沙运移………………………………………64
5.3海底泥沙运移的分析与其评价…………………………………………………71
第六章声学地层与其灾害地质因素……………………………74
6.1声学地层……………………………………………………………………………74
6.2浅地层中的灾害地质因素分析……………………………………………………79
第七章海底土层震害………………………………………………84
7.1海底砂土液化与软土震陷…………………………………………………………84
7.2上层土震害…………………………………………………………………………87
第八章区域性工程地质综合评价…………………………………88
8.1根底地质和工程地质条件…………………………………………………………88
8.2工程地质分区与评价………………………………………………………………91
参考文献………………………………………………………………99
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XX角〔38°43.6′N,121°08′E〕和XX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XX省的XX、XX、XX、XX、绥中,XX省的山海关、XX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XX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XX省XX市、XX塘沽、XX省黄骅县、XX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XX角〔38°43.6’N,121°08’E〕和XX金山咀〔39°48.8’N,119°31.7’E〕连线为界以南,XX金山咀与老黄河口〔38°08.5’N,118°52’E〕连线为界以东,以与蓬莱头〔37°50’N,120°44.5’E〕和老铁XX角连线为界以西海域,被XX省XX市、XX塘沽、XX省黄骅县、XX省沾化县、东营市、龙口市、蓬莱市与XX省XX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,以与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平安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,以与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平安等,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,以与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平安等,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X围与要求
1.4.1调查X围
是以老铁XX角和XX金山咀连线以南,XX金山咀与老黄河口连线以东,以与蓬莱头和老铁XX角连线以西,于水深大于10mX围内,调查控制面积约23,000km2。
调查X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XX金山咀与老黄河口连线以西,于水深大于10m深X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〕布置的原那么。
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XX区块和绥中区块与金县区块局部地区,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。
前者完成根底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〕:
104
68.38
型宽〔m〕:
13.7
10.02
型深〔m〕:
6.85
5.4
吃水〔m〕:
4.9
3.5
吨位:
排水量〔T〕:
3324.35
1100
总吨:
2579.07
643.68
净重:
773.72
193.10
主机:
2台
2台
最高转数:
227T/分
600T/分
最低转数:
70T/分
350T/分
马力:
5280×2
1100×2
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,承受机为单频,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型图像记录器进展记录。
扫描声纳的讯号首先输入158型图象处理机进展图像讯号处理,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构造资料。
5210A型承受机具有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正确主频和带宽。
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,滤波器的上下通分别从10-200HZ和一个倍数开关×1,×10,×100组成,滤波X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展的。
为了减少各种仪器之间与其他干扰,在仪器布设与与其有关方面上,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,测量过程进展二次水深声靶校正。
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,反之那么放在左边。
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,当顶流和顺流时要与时调整船速,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,可采集海底外表以下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展选择。
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,用来进展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〕对样品进展现场观测和编录。
〔c〕用小十字板和袖珍贯入仪进展现场测试。
〔d〕对不同的土样分别进展处理、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,沉积物取样是由“科学一号〞船完成的,时间:
1992年8月1日至8月10日。
工程物探是由“金星二号〞船分两个航次完成的,第一次航次为1993年8月8日至8月28日,第二次航次为1993年11月29日至12月15日。
由于工程物探是走航式,沉积物取样是定点式。
所以,海上作业,按先工程物探后沉积物取样的原那么,分两个阶段进展的。
第一阶段工程物探:
1988年6月13至6月26日;第二阶段沉积物取样:
1988年7月1日至7月7日。
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,沉积物取样是由“科学一号〞船完成的,时间:
1992年8月1日至8月10日。
工程物探是由“金星二号〞船分两个航次完成的,第一次航次为1993年8月8日至8月28日,第二次航次为1993年11月29日至12月15日。
1.6资料处理与室内分析
1.6.1工程物探资料处理
1.6.1.1水深资料的量读和制图
在水深模拟剖面上,对所有的测点,进展水深量读,相邻两个测点的距离,在图上≤20mm。
把经过潮位改正并换算成平均海平面的水深数据标在相应的定位点上,按比例尺1:
500,000,以2m为等深线间距制图。
1.6.1.2旁扫声纳资料处理与制图
在模拟记录纸上,区分存在于海底外表的灾害地质类型、人工地貌体和其他障碍物,圈定出它们的X围,解译它们高底和方向,判别其性质。
解释海底地貌特征、形态,并进展工程评价。
根据判读与解释资料,结合地形和沉积物资料,按比例尺1:
1,000,000绘出海底地貌图。
1.6.1.3浅、中层剖面资料处理与制图
在模拟剖面记录纸上,经判读后划出声学反射界面和声学地层,区分存在于浅、中地层中的灾害地质类型。
对声学反射界面的深度与声学地层的厚度,用标尺进展量读,两个相邻测点的距离在图上≤20mm。
对灾害地质类型的分布X围进展圈定,并量读出它们的深度和方向。
根据量读的数据,按比例尺1:
1,000,000,绘出声学反射界面埋深图、声学地层等厚度图以与按比例尺1:
500,000,绘出灾害地质因素分布图和浅地层灾害地质分区图。
1.6.2沉积物分析工程
1.6.2.1沉积物粒度分析
1.6.2.2矿物分析
1.6.2.3现代沉积速率测定
1.6.2.4沉积物地球化学分析
1.6.2.5微体古生物分析
1.6.2.6孢子花粉分析
1.6.2.7放射性14C测定
1.6.2.8古地磁测定
1.6.3土工试验
1.7报告
前言
第一章总论
第二章海底地形与地貌
第三章沉积作用和沉积环境
第四章海底浅层土的土力学指标与工程性质
第五章海底泥沙运移分析
第六章声学地层与其灾害地质因素
第七章海底土层震害
第八章区域性工程地质综合评价
后记
第二章海底地形与地貌
2.1海底地形
2.1.1资料处理
2.1.1.1潮位改正
本区选用表1.1中四个海洋水文气象要素观测站的实测水位记录,经调和分析,作
出各观测站的潮汐预报值〔XX站除外〕。
按所在海洋水文气象观测站的位置,划分成四个潮汐改正区。
水深测量中各测点的水深数据,按区进展潮汐改正。
如果在两个潮位改正区之间,潮汐改正值采用两个对应时刻的潮汐观测值的平均改正值进展改正。
表1.1海洋水文气象要素观测站
观测站位置
经度
纬度
XX
CFD23-1
LD16
BZ35
119°37′E
118°47′E
120°32′E
116°47′E
39°35′N
38°24′N
39°32′N
38°06′N
2.1.1.2深度基准面确实定
根据不同的测图的要求,可绘制出不同基准面的水深图。
根据工程要求,调查区水深图绘制基准面采用平均海平面基准绘制。
三个海洋水文气象要素观测站的各种深度基准面的深度值与平均海平面深度值换算见表1.2。
表1.2深度基准面换算表
弗拉基米尔〔理论深度基准面〕法
达尔文〔印度洋大潮低潮面〕法
BPF〔最近低潮面〕法
最低天文潮位法
CFD23-1
BZ35
LD16
1.16
0.55
0.71
0.96
0.65
0.60
1.48
0.96
1
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