于洋 YU Yang

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300459）

0 引言

隨著東方13-2氣田開發(fā)的確定，中海油對南海西部海域天然氣進行整體規(guī)劃，為連接南海西部多個氣田的管網(wǎng)大動脈，實現(xiàn)海上天然氣統(tǒng)籌調(diào)配，通過鋪設(shè)崖城管道至珠海高欄島的登陸管道，開拓天然氣下游市場。高欄島島地處廣東省中部沿海、珠江口西岸，東臨南海，東北與深圳、香港隔海相望，西面與臺山市隔黃茅海相望，北面通過連海大堤與珠海市斗門區(qū)連接，陸路和水路交通便利[1]。為查明海底管道路由區(qū)的海底工程地質(zhì)條件、海洋氣象水文環(huán)境和腐蝕性環(huán)境參數(shù)，進行了海底水深測量、海底地形地貌調(diào)查、工程地質(zhì)調(diào)查、海洋水文調(diào)查和海洋腐蝕調(diào)查，從而為海底管道工程的選址、設(shè)計、施工以及維護提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)技術(shù)依據(jù)。

1 區(qū)域自然環(huán)境概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景[2]

登陸管道工程路由海域?qū)僦榻谂璧?，其地質(zhì)背景是在晚白堊紀—早漸新世為裂陷階段，晚漸新世發(fā)生的南海運動，是盆地最強烈的一次構(gòu)造運動，引起了盆地區(qū)域性的抬升、剝蝕、造成了區(qū)域的不整合，盆地由斷陷、斷坳向坳陷轉(zhuǎn)化。早中新世以后，盆地進入整體沉降階段。中中新世末—晚中新世末發(fā)生的東沙在珠江口盆地發(fā)生了斷塊升降，局部擠壓褶皺隆起、剝蝕和頻繁的斷裂、巖漿活動。

路由區(qū)地處廣東大陸架，海底地勢西北高東南低，海底自西北向東南方向緩傾斜，水深等值線大致呈北東—南西方向平行海岸分布。

1.2 區(qū)域地震環(huán)境

南海北部是地震最強烈的地帶，據(jù)不完全記載，在1067年～1986年間發(fā)生M＞4級的地震共273次，其中8級地震1次，7級～8級11次，6級～7級28次，5級～6級135次。區(qū)內(nèi)地震活動分為2個地震區(qū)域，即南海北部陸緣地震帶，主要分布于電白外海、海陵島、澳門外海、紅海灣等地，它是南海北部最重要的一個地震區(qū)域，大約有1/3的地震發(fā)生在該帶。另一個地震區(qū)是南海陸坡北緣地震帶，位于神狐、暗沙、東沙群島、臺灣淺灘一帶，都曾多次發(fā)生強地震[3]。

根據(jù)地震地質(zhì)條件、地震活動特點和地球物理場特征等諸多因素的綜合分析，珠江口區(qū)域的地震基本烈度為Ⅶ度。據(jù)澳門LNG項目黃茅島接收站場址地震安全性評估報告，終端場附近不存在發(fā)生5.5級地震的可能[4]。

1.3 海洋水文環(huán)境

珠江口海域內(nèi)的波浪主要是風(fēng)浪。統(tǒng)計分析登陸點附近海域主浪向為SSE，次浪向為S。東北季風(fēng)期強浪向與常浪向一致，為ESE，在西南季風(fēng)期間，主浪向由SSE向轉(zhuǎn)變?yōu)镾向，S向頻率在6月最大。波高月變化明顯，全年平均有效波高為0.59m。全年有效波高Hs在1.50m以下占98.37%，0.5m以下出現(xiàn)的頻率最高，占47.53%，其次為0.5m～1.0m之間，為43.66%。

該海潮汐屬于不正規(guī)半日潮，以平均海平面為基準，最高天文潮位為1.56m，最低天文潮位為-1.70m。潮流屬于不正規(guī)淺水半日潮流，潮流以往復(fù)流為主要運動形式，按照港口與航道水文規(guī)范（JTS145—2015）[5]計算登陸點附近潮流可能最大流速為56cm/s，接入點附近底層潮流可能最大流速為33cm/s。

1.4 海洋腐蝕環(huán)境

通過對路由區(qū)海水和表層沉積物的取樣和測試，海水鹽度23.97~33.80，海水鹽度受陸源徑流影響較大；電阻率18.19Ω.cm~24.81Ω.cm；pH值7.63~7.78；溶解氧5.19mg/L~5.77mg/L；氧化還原電位396mV~408mV；氯離子13.25g/L~18.69g/L；硫 化 物12.33μg/L~21.23μg/L；碳酸氫根197.5mg/L~265.4mg/L。路由區(qū)海水水質(zhì)環(huán)境劃分為堿性、氧化環(huán)境，為較強腐蝕級別。

沉積物電阻率96.25Ω.cm~141.04Ω.cm；pH值7.59~7.76；氧化還原電位83~121mV；Fe3+/Fe2+值為0.14~0.66；硫化物1.83×10-6~17.00×10-6；有機質(zhì)含量為0.09~0.21%。調(diào)查區(qū)域的沉積物環(huán)境為弱還原環(huán)境；沉積物酸堿度為堿性，海底沉積物腐蝕性隨深度增加減弱。上述參數(shù)均屬于正常的環(huán)境值，采取常規(guī)防腐設(shè)計即可滿足管道安全運用需求。

2 路由區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 海底水深地形

登陸管道工程路由區(qū)位于南海北部陸架上。從登陸點沿路由向海方向快速下降到8m等深線，坡度約為40%。此后沿路由到崖城13-1至香港輸氣管道接入點之間海底地形較平緩，自西北向東南緩緩傾斜下降。在接入點至高欄島登陸點管道路由調(diào)查區(qū)域內(nèi)，水深由近岸向遠岸方向逐漸變深，水深范圍為7.1-27.6m。水深最淺處位于登陸點附近的拋石區(qū)，水深最深處位于接入點附近。沿管道路由中心線方向，海底平均坡度為0.78‰。接入點位置水深為27.6m，路由區(qū)水深見圖1。

圖1 預(yù)定管道路由區(qū)域位置及水深分布

2.2 海底地貌

路由區(qū)屬于海岸帶地貌，地貌類型相對簡單，近岸區(qū)域為巖石性海岸帶地貌，后受局部人工改造成為水下岸坡，局部有裸露海床的基巖，普遍存在拋石區(qū)。拐點至高欄島登陸點，海底地貌資料色度顯示不均，反映海底不平整，發(fā)現(xiàn)水下岸坡、拋石區(qū)、基巖出露海床區(qū)、拖痕區(qū)、凹坑、疑似航標痕跡和漁業(yè)活動痕跡等。接入點至拐點段地形變化平緩，地貌資料色度均勻，反映海底基本平整，海底底質(zhì)無明顯的變化。

水下岸坡位于近岸段，預(yù)定路由穿越水下岸坡段116m。地貌資料表現(xiàn)為強反射，可能為相對較大的碎石，向海方向存在過渡段，反射弱于水下岸坡段，但強于正常海底，推測海底底質(zhì)為顆粒相對較小的泥流沉積，可能存在少量碎石。

拋石區(qū)位于預(yù)定路由近岸段南側(cè)，共有2處。拋石區(qū)1與路由中心線最近距離約5m，高約0.5m。拋石區(qū)2距離路由中心線約204m。

基巖出露海床區(qū)位于預(yù)定路由近岸段北側(cè)，與路由中心線最近距離約117m。

在近岸段附近發(fā)現(xiàn)海底拖痕區(qū)，呈片狀分布，長約1.7km，路由中心線通過該拖痕區(qū)，區(qū)域內(nèi)海底擾動大。

在近岸段存在2處凹坑，均位于路由中心線南側(cè)，呈北東南西走向。凹坑距離路由中心線最近約225m。

路由拐點附近發(fā)現(xiàn)2處疑似航標痕跡和4處漁業(yè)活動痕跡（分別命名為H1、H2、H3和H4），如圖2所示。航標痕跡1位于拐點東南側(cè)海域，距離路由中心線最近約103m；航標痕跡2位于拐點西側(cè)海域，距離路由中心線最近約209m。根據(jù)現(xiàn)場觀察和已有資料推斷該疑似航標痕跡為保護管道的航標錨固于海底而形成的。漁業(yè)活動痕跡主要由多個近似圓形（直徑約8m）痕跡組成。H1、H2和H3均穿過路由中心線，H4距離路由中心線最近約48m。

圖2 高欄島登陸點附近水下岸坡及拋石區(qū)分布

調(diào)查區(qū)域內(nèi)共發(fā)現(xiàn)異常區(qū)域5處，分別命名為異常區(qū)域1~5，根據(jù)現(xiàn)場資料推測為底質(zhì)異常區(qū)，可能為海底底質(zhì)差異或者海底底質(zhì)被擾動。路由中心線均通過底質(zhì)異常區(qū)1、2、3和5，異常區(qū)域4距離路由中心線最近約118m。

2.3 路由區(qū)沉積物特征

2.3.1 沉積物類型與工程性質(zhì)

在路由中心線上進行了10個重力取樣和9個10m鉆孔取樣。根據(jù)ASTM規(guī)范[6]中的“土的統(tǒng)一分類體系”進行了現(xiàn)場描述和目測鑒別分類，然后土的分類定名根據(jù)液塑限和粒度分析試驗結(jié)果來確定。

路由區(qū)海底表層0m~2m沉積物主要為非常軟到軟的褐灰色粘土和粉質(zhì)粘土，含粉土包、砂包和少量碎貝殼，不排水抗剪強度一般為3kPa~22kPa，平均粒徑（D50）為0.0055mm~0.04mm。

2.3.2 海底穩(wěn)定性評價

根據(jù)魏巍等人的研究[7]，珠江口海區(qū)表層土有流泥、淤泥、粉砂、粉土淤泥質(zhì)土、砂混淤泥和淤泥混砂等。海底表層土普遍含水量高、孔隙比大、壓縮性大、抗剪強度低，隨埋藏深度增加，含水量、孔隙比與壓縮系數(shù)降低，抗剪強度增大；海底土的黏粒含量較高，均大于13%，在地震基本烈度不超過Ⅷ度時，基本液化可能性很低；在50年一遇的特大波浪條件作用下大部分表層黏性土處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會發(fā)生局部滑移或?qū)娱g蠕滑現(xiàn)象，但在地形陡且坡降大處，可能存在滑移或?qū)娱g蠕滑的趨勢。

根據(jù)本次調(diào)查資料，預(yù)定路由海底表層土一般為非常軟的粘土和粉質(zhì)粘土，且該段路由坡度較小，路由周圍海床穩(wěn)定，一般不會發(fā)生明顯的沖刷。接入點至高欄島登陸點管道路由所處海域海底地形較平坦，坡度較小。路由區(qū)表層沉積物主要為非常軟的粘土和粉質(zhì)粘土，一般不會發(fā)生海床滑移現(xiàn)象。預(yù)定管道路由區(qū)總體為穩(wěn)定沉積區(qū)，適宜管道鋪設(shè)。

2.4 淺部底層狀況

根據(jù)淺地層剖面資料，調(diào)查區(qū)域淺部地層劃分1層，即A層，相應(yīng)的反射底界面為R1。R1為一連續(xù)的反射界面，R1的埋藏深度在海底以下5.1m-12.9m，即A層厚度約為5.1m-12.9m。A層內(nèi)為水平反射結(jié)構(gòu)，反射能量強，地層層理連續(xù)性較好，為含水量高的海相沉積。在高欄島登陸點至拐點處海底管道路由區(qū)域內(nèi)，A層厚度在大部分區(qū)域內(nèi)都大于10m，在基巖埋藏深度較淺處變薄；在拐點至接入點段海底管道路由區(qū)域內(nèi)，A層厚度由近岸向遠岸變薄，即A層厚度由拐點向接入點逐漸變薄。結(jié)合地質(zhì)取樣成果，A層沉積物的物質(zhì)成分主要為非常軟到軟的褐灰色粘土和粉質(zhì)粘土。

路由區(qū)解釋深度（海底至海底以下約30m）范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)異常反射（淺層氣）和埋藏基巖，未發(fā)現(xiàn)埋藏古河道和斷層（見圖3）。調(diào)查區(qū)域內(nèi)R1界面即A層之下廣泛分布有反映淺層氣存在的異常反射區(qū)，其頂部埋深變化和淺層氣強度差異明顯，共識別出4處相對較強的淺層氣區(qū)，沿路由中心線由東往西分別命名為異常反射區(qū)A1、A2、A3和A4，頂部埋深最淺為6m，大于管道設(shè)計埋深（1.5m）。

圖3 路由區(qū)異常反射（淺層氣）和埋藏基巖分布

基巖埋藏于海底以下，埋藏深度由近岸逐漸向遠岸段變深，最淺處位于調(diào)查區(qū)域西北部，即基巖出露海床區(qū)附近。離水下岸坡和基巖出露海床區(qū)較近處，調(diào)查船無法到達，未獲得電火花資料。受探測深度限制，大部分區(qū)域未發(fā)現(xiàn)埋藏基巖，推測該區(qū)域基巖埋深相對較深。因此，除水下岸坡和拋石區(qū)附近外，基巖頂部埋深大于10m，大于管道設(shè)計埋深。

3 工程地質(zhì)評價及建議

查明路由區(qū)海底工程地質(zhì)條件，有針對性地選擇地質(zhì)條件相對穩(wěn)定的區(qū)域進行工程建設(shè)，繞避高風(fēng)險不良地質(zhì)地區(qū)，或在不良地質(zhì)地區(qū)采取相應(yīng)工程措施加以防治，對海底管道路由的選擇、設(shè)計、鋪設(shè)施工以及鋪設(shè)后的運行維護工作都具有重要影響[8]。根據(jù)工程物探、工程地質(zhì)和海洋環(huán)境調(diào)查資料，對珠江高欄島海底管道路由的海洋水文、腐蝕條件和工程地質(zhì)特征進行分析評價，認為路由區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性較好，水動力特征、海底地形地貌、淺部地層類型、沉積物工程地質(zhì)特征及腐蝕特性等條件均適合海底管道鋪設(shè)。路由區(qū)主要的工程地質(zhì)問題有水下岸坡和拋石區(qū)。管道路由穿越水下岸坡，可能存在碎石，應(yīng)盡量減少穿越長度，根據(jù)現(xiàn)場施工情況及海洋環(huán)境保護要求，采取適宜的鋪設(shè)方式。管道路由設(shè)計施工盡量避開拋石、基巖出露海床區(qū)和疑似航標，同時還應(yīng)注意漁業(yè)活動的影響。