劉樂軍，修宗祥，周慶杰，高珊

（自然資源部第一海洋研究所,山東青島,266061）

能源是人類文明進步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和動力，攸關(guān)國計民生和國家安全。隨著世界經(jīng)濟發(fā)展和全球氣候變化，能源短缺問題和“節(jié)能減排”需求日益突出。加快構(gòu)建現(xiàn)代能源體系，既是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的內(nèi)在要求，也是推動實現(xiàn)經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展、保障國家能源安全的重要支撐。

海洋蘊藏著豐富的油氣資源、天然氣水合物和海洋能（風能、光能、波浪能、潮汐（流）能、溫差能和鹽差能等），是人類未來重要的能源基地[1]。

實施“堅持陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強國”“構(gòu)建海洋命運共同體”和“2030碳達峰、2 060碳中和”等計劃，大力發(fā)展海上風電、海上光伏、海洋能等“無碳”清潔能源，以及深水油氣和天然氣水合物等新型能源，是新時代優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、提升能源供應(yīng)安全能力、實現(xiàn)“雙碳”目標的重要策略。

中國是世界上海洋地質(zhì)災(zāi)害十分嚴重的少數(shù)幾個國家之一[2]，海洋地質(zhì)災(zāi)害具有災(zāi)種類型多、發(fā)生頻率高、分布地域廣、災(zāi)害損失大的特點[3]。這一方面是我國沿海地處地球上2個最大的自然災(zāi)害帶——環(huán)太平洋帶和地中海—喜馬拉雅帶的交匯處；另一方面是每年平均約有7個臺風在我國沿海地區(qū)登陸，每年因臺風、風暴潮等海洋災(zāi)害造成的損失達百億人民幣[4-5]。因而全面掌握我國海洋能源開發(fā)區(qū)的災(zāi)害地質(zhì)類型和特征，包括分布位置、范圍、形態(tài)結(jié)構(gòu)和危害對象等，評價其可能造成的風險，對保障海洋能源開發(fā)的安全可靠運行具有重要意義。

1 海洋新能源開發(fā)面臨的地質(zhì)災(zāi)害

已有研究表明[6-8]，我國海洋油氣資源區(qū)海底地形地貌復(fù)雜，地震、活動斷裂、海底峽谷、滑坡、濁流、潮流沙脊、沙波（沙丘）、珊瑚礁、麻坑、埋藏古河道（古湖泊）、淺層氣和泥火山（底辟）等災(zāi)害地質(zhì)體發(fā)育；海上風電開發(fā)海域廣泛存在海底滑坡、海底淺層氣、活動沙丘沙波等各類海洋地質(zhì)災(zāi)害[9]。它們不僅影響海洋新能源開發(fā)設(shè)施的建造，而且危害新能源工程項目的穩(wěn)定運行，甚至對這些工程設(shè)施——水下井口、油氣管道、風電基礎(chǔ)和海底輸油管道、輸電纜線等造成破壞甚至毀滅性傷害，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失，引發(fā)難以評估的生態(tài)環(huán)境破壞。

1.1 深水能源開發(fā)

幾乎已有深水油氣開發(fā)工程都不同程度地受到地質(zhì)災(zāi)害的影響[10-11]。2010年墨西哥灣英國BP石油公司“深水地平線”鉆井平臺爆炸事件導(dǎo)致11人死亡，數(shù)百萬桶原油流入墨西哥灣海域，引發(fā)被認為是美國歷史上最嚴重的海洋災(zāi)難。

南海深水蘊藏著豐富的油氣資源。300 m以深海域，探明的石油地質(zhì)儲量約8.304×109t，天然氣地質(zhì)資源量約7.493×1012m3[12-13]。開發(fā)南海深水油氣資源對減輕中國石油進口壓力，提高經(jīng)濟安全系數(shù)有極為重要的意義。然而，南海深水環(huán)境惡劣：百年一遇的風浪浪高達12.9 m，與墨西哥灣相當，是西非海域的3倍；南海表面流速和風速接近墨西哥灣的2倍；南海是世界上臺風最頻繁的地區(qū)之一；內(nèi)波是中國南海所特有的、嚴重的、頻繁的海洋自然災(zāi)害[14-15]。同時，南海陸坡海底地質(zhì)條件復(fù)雜多變，淺層氣、泥火山、陡坎、沙波沙脊、海底滑坡、濁流和碎屑流等災(zāi)害發(fā)育，海底沙波沙脊的移動速率可達300 cm/a。南海深水油氣開發(fā)面臨遠比近岸淺水海域更為嚴重的潛在危害[16-18]。荔灣3-1氣田和陵水17-3氣田成功開采是克服海底峽谷崎嶇地形和海底滑坡風險后的結(jié)果（圖1和圖2）。

圖1 南海荔灣3-1氣田開發(fā)區(qū)水下采集樹和輸運管道路由區(qū)的海底峽谷和沙波等微地貌Fig.1 Micro-geomorphology (such as submarinecanyonsand sand waves)on the subsea wellhead and tree equipment &pipeline routing area of the Liwan 3-1 gasfield development zone,South China Sea

圖2 南海陵水17-3氣田所在的瓊東南陸坡地貌類型分布與典型地層結(jié)構(gòu)[18]Fig.2 Geomorphic typedistribution and typical stratigraphic structureof qiongdongnan continent slopein Lingshui 17-3 Gas Field,South China Sea

1.2 天然氣水合物開發(fā)

天然氣水合物（俗稱“可燃冰”）被譽為21世紀具有商業(yè)開發(fā)前景的戰(zhàn)略資源[19]。2次成功試采都佐證了我國南海北部蘊藏豐富的天然氣水合物資源。然而，可燃冰分解將引起沉積物孔壓升高，有效應(yīng)力減小，抗剪強度下降，進而引發(fā)海底滑坡[20]。國內(nèi)外學者研究總結(jié)了世界范圍內(nèi)可燃冰分解引起的海底滑坡，以及可燃冰分解引起海底滑坡的機理、實例以及滑坡特征[21-23]。此外，可燃冰分解還可能導(dǎo)致一系列環(huán)境問題，如進入海水中的甲烷會影響海洋生態(tài)、加劇全球溫室效應(yīng)[24-26]。已有專項研究發(fā)現(xiàn)：南海北部陸水合物調(diào)查區(qū)存在滑坡/滑塌、斷層、底辟構(gòu)造、海底淺層氣、活動沙坡沙丘和陸坡峽谷與沖蝕溝槽等海底地質(zhì)災(zāi)害[27-28]。其中神狐水合物區(qū)的海底滑坡/滑塌與天然氣水合物存在密切的關(guān)系（圖3），而海底淺層氣則與水合物的形成有密切的關(guān)系，斷層在深部氣體向淺層運移方面起到了良好的通道作用。

圖3 神狐水合物區(qū)地震剖面揭示的滑坡體與似界面反射伴生關(guān)系Fig.3 Associated relationship between the landslide and the bottom simulating reflector revealed by theseismic profile in Shenhu gas hydrate area in South China Sea

1.3 海上風電與海上光伏開發(fā)

我國海域面積廣闊，海上風能、光能資源豐富。5～25 m水深、50 m高度海上風電開發(fā)潛力具備2億kW的開發(fā)潛力，5～50 m水深、70 m高度具備5億kW的開發(fā)潛力；另外近岸潮間帶、深遠海也具備較為豐富的風能資源。其中，領(lǐng)海線至專屬經(jīng)濟區(qū)的可開發(fā)海域面積約60多萬km2，資源可開發(fā)潛力約20億kW，約占我國海上風電開發(fā)潛力的75%[29-31]。

我國海上風電場區(qū)地質(zhì)背景復(fù)雜沉積環(huán)境多樣、水動力條件多變，隨著海上風電場建設(shè)數(shù)量的增加，遭遇的工程地質(zhì)問題隨之增多。主要有海域地震與活動斷層、深厚高靈敏度黏土、特殊巖土體（含氣土、鈣質(zhì)砂、全風化花崗巖）以及海洋地質(zhì)災(zāi)害（海洋淺層氣、海底滑坡、活動沙丘沙波）四大類。我國黃河三角洲、杭州灣、舟山、廣西和海南等近海風電開發(fā)區(qū)海底滑坡發(fā)育，滑坡滑動和堆積作用嚴重威脅海上風電基礎(chǔ)、海底電纜等重要設(shè)施，對海上風電工程的建設(shè)和運行造成巨大威脅[9]。此外，海底淺層氣地層在內(nèi)應(yīng)力和外部應(yīng)力作用下，能產(chǎn)生不均勻沉降、觸發(fā)滑坡、誘發(fā)土體液化，從而導(dǎo)致海上風電基礎(chǔ)沉陷、平臺傾覆、電纜斷裂等災(zāi)害事故[32]；海底淺層氣在海上鉆探、原位測試和基礎(chǔ)設(shè)施施工作業(yè)時易產(chǎn)生噴溢和火災(zāi)，嚴重威脅人員和設(shè)施的安全。在廣西壯族自治區(qū)規(guī)劃的海上風電場址區(qū)中有賦存著沙坡沙丘、潮流沙脊、淺層氣、埋藏古河道、古三角洲、潮流三角洲等不利于海上風電建設(shè)和施工運維的地質(zhì)災(zāi)害（圖4）。海上風電場長期處于風、波浪、潮流等海洋環(huán)境動力的共同作用，基礎(chǔ)周圍容易發(fā)生局部沖刷，形成沖刷坑。風機基礎(chǔ)沖刷坑的形成不僅降低了海上風機的穩(wěn)定性，嚴重的還會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效、倒塌，造成巨大的經(jīng)濟損失，而且還可能引發(fā)一系列的衍生災(zāi)害，導(dǎo)致不良的社會影響（圖5）。

圖5 某海上風電基礎(chǔ)掃測發(fā)現(xiàn)的沖刷現(xiàn)象Fig.5 An offshore wind power foundation with scouring depth up to 6.7m and a radiusabout 30.2 m Radius

圖4廣西海上風電規(guī)劃區(qū)賦存的海底地質(zhì)分布Fig.4 Marinegeohazard distribution map of offshore wind power planning area in Guangxi

2 海洋地質(zhì)災(zāi)害研究發(fā)展與現(xiàn)狀

海洋地質(zhì)災(zāi)害的研究與沿海國家對海洋的開發(fā)建設(shè)，特別是海洋油氣資源的勘探與開采密切相關(guān)。

2.1 國外海洋地質(zhì)災(zāi)害研究發(fā)展與現(xiàn)狀

自20世紀40年代開始，美國、歐洲等圍繞海上平臺場址的鉆井災(zāi)害進行調(diào)查研究；70～80年代，海洋油氣勘探開發(fā)作業(yè)水深超過500 m，海洋地質(zhì)災(zāi)害研究也擴展到陸坡，針對海底滑坡、砂土液化等評價方面取得顯著進步；90年代海洋油氣勘探開發(fā)取得巨大進步，作業(yè)水深不斷刷新，在2002年更是達到3000 m，作業(yè)范圍也從北海、墨西哥灣等傳統(tǒng)地區(qū)擴展到西非、巴西，土體失穩(wěn)和天然氣水合物等地質(zhì)災(zāi)害因素成了研究重點[33]。

其中，針對挪威的第二大氣田Ormen Lange開展的海洋地質(zhì)災(zāi)害研究應(yīng)該是最具代表性的（圖6），該氣田位于世界第一大滑坡Storegga的影響區(qū)[34-35]。

圖6 位于Storegga 滑坡區(qū)的挪威Ormen Lange 氣田Fig.6 Norway 's Ormen Lange gas field lies in the Storegga landslide area greater than 9°caused by thelandslide

為評估Ormen Lange氣田開發(fā)風險，挪威石油天然氣公司聯(lián)合國際多家高校和研究院所，由挪威巖土研究所（Norwegian Geotechnical Institute，NGI）牽頭組成地質(zhì)災(zāi)害風險評價項目組，花費10年時間，分區(qū)域勘查、機制分析、原位監(jiān)測、模型構(gòu)建和數(shù)值模擬等階段，確定了Storegga 滑坡的發(fā)生時間，恢復(fù)了滑坡發(fā)生前的地層結(jié)果，準確測定了地層物理力學性質(zhì)，數(shù)值模擬了滑坡過程，預(yù)測了滑坡再次發(fā)生概率，制定了氣田開發(fā)方案和輸送管道的路由（圖7）。這是國際深水油氣資源開發(fā)與海洋地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查研究的集大成者和典范[36~41]。

圖7 挪威Ormen Lange氣田開發(fā)項目地質(zhì)災(zāi)害風險評價技術(shù)流程Fig.7 Technical flow chart of geological disaster risk assessment for the Ormen Lange gasfield development project in Norway

2.2 國內(nèi)海洋地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查研究發(fā)展與現(xiàn)狀

國內(nèi)海洋地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查研究也是隨著20世紀80年代海洋油氣的大規(guī)?？碧介_采發(fā)展的，實施了油氣遠景區(qū)的區(qū)域工程地質(zhì)調(diào)查以及平臺、管道等工程場址調(diào)查。自20世紀80年代以來，中科院海洋所、上海海洋地質(zhì)調(diào)查局、原地礦部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局、原國家海洋局第一海洋研究所、中國海洋大學等單位先后開展了“南海西部石油開發(fā)區(qū)區(qū)域性工程地質(zhì)調(diào)查”“南海北部地質(zhì)災(zāi)害及海底工程地質(zhì)條件評價”“1∶20萬東海陸架油氣勘探區(qū)區(qū)域工程地質(zhì)調(diào)查”“南黃海123°E以西的淺海及蘇北淺灘外緣區(qū)域工程地質(zhì)調(diào)查與評價”“遼東灣石油開發(fā)區(qū)區(qū)域工程地質(zhì)調(diào)查”“南海珠江口盆地油氣開發(fā)區(qū)1∶20萬海洋工程地質(zhì)調(diào)查”和“鶯西、潿洲海域工程地質(zhì)區(qū)域性綜合調(diào)查”等區(qū)域性工程地質(zhì)與地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查研究，取得了一系列研究成果[42-47]。

其中，1986—1990年，在聯(lián)合國開發(fā)計劃署的資助下，地礦部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局完成了9幅1∶20萬珠江口盆地的海洋工程地質(zhì)調(diào)查[48]，首次采用了CPT（靜力觸探）方法開展原位測試。1997—2002年，國家海洋局組織在實施“我國專屬經(jīng)濟區(qū)和大陸架勘測”重大專項調(diào)查中，設(shè)置“災(zāi)害地質(zhì)環(huán)境調(diào)查和評價”專題，完成了除南海北部陸架珠江口盆地之外的其他油氣資源（開發(fā)）區(qū)——南黃海油氣資源遠景區(qū)、東海盆地、北部灣、鶯歌海和瓊東南的油氣資源（開發(fā)）區(qū)等5個區(qū)塊的調(diào)查與評價。首次采用全覆蓋多波束測量和單道地震探測，編制了涵蓋整個黃海、東海和南海的1∶200萬的黃東海和南海的災(zāi)害地質(zhì)圖、1∶100萬的各油氣資源開發(fā)區(qū)的海底災(zāi)害地質(zhì)圖[6-7,48-50]；基于上述調(diào)查與研究，Li等[43]、葉銀燦[8]、杜軍[51]等建立了我國海洋地質(zhì)災(zāi)害分類體系，提出了災(zāi)害地質(zhì)分區(qū)及海底穩(wěn)定性綜合評價方法。

2009年2月我國在南海珠江口盆地白云凹陷“荔灣3-1-2”評價井發(fā)現(xiàn)了荔灣3-1天然氣田，開啟了我國深水油氣勘探開發(fā)的新篇章，揭開了我國深海海洋災(zāi)害地質(zhì)研究的序幕。在國家重大科技專項的資助下，連續(xù)開展了荔灣3-1氣田管道路由區(qū)和南海北部陸坡深水區(qū)（200～1 800 m）的地質(zhì)災(zāi)害風險評估，綜合利用了船載和AUV（Autonomous Underwater Vehicle）平臺搭載多波速、淺地層和側(cè)掃聲吶系統(tǒng)，進行地質(zhì)災(zāi)害識別和圈定，對處于水深600～1 500 m陸坡的土體穩(wěn)定性進行了重點研究，揭示海底峽谷與峽谷內(nèi)塊體運動—滑坡的相關(guān)機制，評估滑坡再發(fā)生風險[16,51-55]。

3 海洋新能源對海洋地質(zhì)災(zāi)害研究的新需求和挑戰(zhàn)

基于近30年的調(diào)查研究，我國已經(jīng)頒布實施了《海洋調(diào)查規(guī)范第11分冊海洋工程地質(zhì)》[56]《海底電纜管道路由勘察規(guī)范》[57]和《海上平臺場址工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[58]等標準，主要適用于近海石油平臺、海底管道和通信光纜等點狀或線狀的工程場址的勘察和地質(zhì)災(zāi)害評價。然而，這些正在執(zhí)行或?qū)嵤┑囊?guī)范和標準已無法滿足深水油氣、天然氣水合物、海上風電和海上光伏等新能源開發(fā)的需要，急需新技術(shù)、新方法和新標準，以降低新能源開發(fā)的海洋地質(zhì)災(zāi)害風險。

3.1 深水油氣開發(fā)的需求和挑戰(zhàn)

美國海洋能源管理局(The Bureau of Ocean Energy Management,BOEM)和美國安全與環(huán)境執(zhí)法局(the Bureau of Safety and Environmental Enforcement,BSEE)定義的“深水”，是指水深超過300 m（1 000英尺）的海域。深水區(qū)域特殊的自然環(huán)境和復(fù)雜的油氣儲藏條件決定了深水油氣勘探開發(fā)具有高投入、高回報、高技術(shù)和高風險的特點。

首先，深海是迄今為止人類知之最少的“科學盲區(qū)”。深水地形地貌、地質(zhì)環(huán)境、動力特征和工程地質(zhì)條件復(fù)雜多變，海底滑坡、濁流、淺層氣和底辟等地質(zhì)災(zāi)害類型多、規(guī)模大；深水區(qū)等深流、潮成內(nèi)波、內(nèi)孤立波、中尺度渦旋等非線性動力與劇烈變化的海底地形共同作用，不僅塑造了海底峽谷、沖蝕溝槽等地貌體，也擾亂了正常的沉積作用過程，使地層連續(xù)性差，沉積物物理力學性質(zhì)差異性高。這在上述挪威深水氣田和我國南海荔灣3-1氣田和陵水17-3氣田等開發(fā)過程中已有明顯體現(xiàn)。隨著全球變暖、海面上升，臺風、熱帶風暴、內(nèi)孤立波和復(fù)雜洋流等災(zāi)害性事件發(fā)生頻率的逐漸增加和規(guī)模的逐漸增大，各種地質(zhì)災(zāi)害嚴重影響著深水工程建設(shè)和運維。2010年4月20日，“深水地平線”鉆井平臺在墨西哥灣的爆炸事件，使人們更加意識到開發(fā)深水油氣資源的風險，以及對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生機制認識和理解的重要性。

其次，深水地質(zhì)災(zāi)害機制更加復(fù)雜，涉及區(qū)域更大。海底地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因子相互關(guān)聯(lián)，且可能是多種致災(zāi)因子疊加引起，甚至一種海底地質(zhì)災(zāi)害又常常伴隨一系列次生災(zāi)害的發(fā)生，形成一個連鎖性很強的災(zāi)害鏈。深水地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模和影響范圍遠遠超出陸地和近海，一次大型濁流的沉積物搬運量甚至超過了全球所有河流一年入海沉積物的總和（表1）[59]。再次，深水區(qū)開發(fā)工程采用張力腿平臺、水下生產(chǎn)系統(tǒng)、浮體錨固等新型深水基礎(chǔ)（圖8）。深水新型工程構(gòu)筑物基礎(chǔ)的改變，對工程勘察的勘察范圍、內(nèi)容和形式提出新的需求。

表1 世界主要海底滑坡分布統(tǒng)計Table 1 Statistics of major submarine landslidesdistribution of the world

圖8 深水油氣開發(fā)工程設(shè)施Fig.8 Deepwater oil and gas development engineering facilities

最后，隨著水深加深，淺水勘察方法失去了工程設(shè)計和地質(zhì)災(zāi)害探測所需的（水平的和垂向的）分辨率。船載地球物理勘察設(shè)備，如船載多波束、表面拖曳式側(cè)掃聲吶、船載淺地層剖面等設(shè)備，隨著發(fā)射和接收聲波的距離增加能量衰減迅速，導(dǎo)致地形地貌的分辨率、精度和地層探測深度都大為降低，以至于無法滿足深水油氣構(gòu)筑物工程設(shè)計和施工的需要。因此，以AUV/ROV或深拖等作業(yè)平臺，搭載多波束、側(cè)掃聲吶和淺地層等設(shè)備在距離海床40～80 m的位置進行海底地形地貌和淺地層的高分辨勘察（精度優(yōu)于1 m）成為深水工程勘察獨特的技術(shù)手段。

3.2 海上風電與海上光伏開發(fā)的新挑戰(zhàn)

海上風電與海上光伏等新能源開發(fā)采用的是集約連片式的區(qū)域性用海，與傳統(tǒng)的油氣平臺的點狀或海底管道纜線的線狀用海方式完全不同。對這種新型用海方式，海洋工程勘察相關(guān)的現(xiàn)行國家或行業(yè)標準和規(guī)范尚無法覆蓋。

因海上風電與海上光伏等工程場址區(qū)面積約為10 km2，甚至更大；遠遠大于近海油氣平臺開發(fā)場址的1 km2，所以需要勘察的范圍和遭遇不同地質(zhì)災(zāi)害類型的風險也隨之增加。首先，場址區(qū)內(nèi)的地層承載力、底質(zhì)抗沖刷力和穩(wěn)定性的各向異性會隨著場址面積的增加而顯著增大；其次，場址區(qū)不同位置的動力特征（風、浪、流的方向和速率）也呈現(xiàn)出明顯的空間差異；再次，隨之場址面積的增大，遭遇不同類型不同因素地質(zhì)災(zāi)害——表層的沖淤災(zāi)害、海底地層中的淺層氣、古河道與古湖泊等地層不均一性等的風險也隨之加劇。此外，海洋風電與海上光伏等采用的基礎(chǔ)方式有些類似海洋石油平臺的群樁效應(yīng)，是否引發(fā)區(qū)域性沖淤，還需要運維期的長期監(jiān)測來確定。目前還沒有成熟的方法，來準確預(yù)測場址區(qū)的沖淤狀態(tài)，以及隨后的次生災(zāi)害或衍生災(zāi)害。

因此，需要新的區(qū)域性調(diào)查、勘察或監(jiān)測的新方法，在時間和經(jīng)濟成本許可范圍內(nèi)，盡最大可能地、高效快速地獲取連片工程場址區(qū)的工程地質(zhì)參數(shù)、掌握地質(zhì)災(zāi)害類型分布位置與范圍、活動特征和演化趨勢，建立足夠空間分辨率的綜合地質(zhì)模型（Ground Model），為工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計、地基穩(wěn)定性評價、基礎(chǔ)沖淤評估提供足夠的參數(shù)和圖件支撐。

此外，海上風電與海上光伏等采用的基礎(chǔ)方式有些類似群樁效應(yīng)，是否會發(fā)生區(qū)域性沖淤，需要隨著運維期的監(jiān)測來確定，目前還沒有成熟的方法來準確預(yù)測場址區(qū)的沖淤狀態(tài)，以及隨后的次生或衍生災(zāi)害。

4 海洋地質(zhì)災(zāi)害研究的最新進展

4.1 國際海洋地質(zhì)災(zāi)害計劃

世界各國新近制定的海洋戰(zhàn)略研究都將災(zāi)害研究列入“優(yōu)先領(lǐng)域”。美國2007年1月26日發(fā)布的“繪制美國未來十年海洋科學發(fā)展路線——海洋科學研究優(yōu)先領(lǐng)域和實施戰(zhàn)略”報告中將“提高對自然災(zāi)害的恢復(fù)能力”列為研究主題和優(yōu)先研究領(lǐng)域，其內(nèi)容包括“了解自然災(zāi)害事件的發(fā)生、發(fā)展機理，提高預(yù)測危害災(zāi)害事件的能力；發(fā)展多種災(zāi)害評估，支持發(fā)展減輕災(zāi)害的模型、政策和戰(zhàn)略，等”。英國“2025海洋研究計劃（Oceans 2025）”中確定的10個主題的建設(shè)內(nèi)容中即包括“大陸邊緣和深?！薄跋乱淮Ｑ箢A(yù)測”，包含了海洋災(zāi)害預(yù)測。我國《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》（2006—2020年）中重要領(lǐng)域及其優(yōu)先主題的公共安全內(nèi)容包含了“重大自然災(zāi)害監(jiān)測與防御”[60-61]。

4.2 地質(zhì)災(zāi)害勘察研究新技術(shù)

海洋新能源開發(fā)及地質(zhì)災(zāi)害研究的發(fā)展帶動了幾乎全新的現(xiàn)場勘測工具或手段，如三維勘探地震反演、自動潛水器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）/遙控潛水器（Remotely Operated Vehicle,ROV）/深拖、原位探測、深水鉆探取樣等技術(shù)、方法和儀器設(shè)備的研發(fā)和創(chuàng)新。同時，提出了基于“面向過程”和“概率風險”等新方法和新理論。隨著新技術(shù)、新理論的發(fā)展，提供了認識地質(zhì)災(zāi)害特征、揭示其破壞模式、預(yù)測其破壞結(jié)果和它們發(fā)生的可能性（風險）的工具和手段，證明人類有能力克服復(fù)雜的深水地質(zhì)環(huán)境，準確評估地質(zhì)災(zāi)害風險，保證了深水油氣資源開發(fā)投資的實現(xiàn)。

1）數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展。隨著AUV和ROV等近海底作業(yè)平臺的發(fā)展，將側(cè)掃聲吶、多波束、淺地層等聲學探測設(shè)備和光學探測系統(tǒng)部署在近3 000 m的海底，從而獲得空間分辨率優(yōu)于2 m的海底數(shù)據(jù)集；新型高分辨率多波束聲吶和短距離偏移三維地震技術(shù)可高效得到幾乎全覆蓋整個海床和淺表層的形態(tài)數(shù)據(jù)，水平分辨率優(yōu)于5 m，垂直分辨率以米為單位或更??；三維勘探地震數(shù)據(jù)、多波束后向散射強度數(shù)據(jù)等的再處理，不僅高效而經(jīng)濟地獲得了區(qū)域高分辨率和甚高分辨率水深地形信息，還解決了深水地質(zhì)災(zāi)害影響時空尺度范圍大的難題。

2）數(shù)據(jù)處理可視化技術(shù)。上述新技術(shù)產(chǎn)生的以TB計的數(shù)據(jù)集對數(shù)據(jù)建模和可視化提出需求，F(xiàn)ledermaus等交互式三維可視化工具，可利用這些高分辨率的海量數(shù)據(jù)集，以人類視覺系統(tǒng)的方式量化區(qū)域形態(tài)和微細地貌特征，為識別各類地質(zhì)災(zāi)害，定量評估地質(zhì)災(zāi)害風險，從而降低深水地質(zhì)災(zāi)害危險，為成功開發(fā)深水油氣資源樹立信息。這種新型數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將各種海量的、多源多期多類型數(shù)據(jù)——不同比例尺、制造年期、類型（網(wǎng)格化矢量或者柵格圖像文件）、不同品質(zhì)和多分量空間數(shù)據(jù)集，在保持每個數(shù)據(jù)集各自固有分辨率等級的情況下進行數(shù)據(jù)融合或整合；再通過彩色繪制、覆蓋、紋理映射和太陽照明，以自然外觀和易于解釋量化的三維圖像展示。帶有cm-mm標度分辨率的視頻圖像，可以嵌合和紋理映射到米級分辨率或更低低的水深地形數(shù)據(jù)上，以便以極高分辨率查看在區(qū)域形態(tài)環(huán)境內(nèi)的局部場地特征；多波束的背向散射數(shù)據(jù)（Back Scan）或勘探地震首波振幅強度數(shù)據(jù)也可以覆蓋在水深地形數(shù)據(jù)上，使得海底表層沉積物屬性與其形態(tài)特征可以直接進行整合應(yīng)用，從而可使用背向散射角關(guān)系來確定淺表層沉積物中的氣體含量；地層數(shù)據(jù)也可包含在三維場景中，從而使地質(zhì)專家以簡單直覺(但定量)的方式認識場址區(qū)地層結(jié)構(gòu)和屬性同海床形態(tài)特征之間的關(guān)系?；谶@些新型數(shù)據(jù)可視化軟件提供的功能——數(shù)據(jù)查詢、地物面積與體積量算、地形坡度或梯度參數(shù)輸出，可準確圈定各類地質(zhì)災(zāi)害因素分布位置、范圍，全面掌握其內(nèi)部形狀和接觸關(guān)系，既把地質(zhì)災(zāi)害機制研究和風險評價向前推進一大步，又為成功實施深水工程安裝就位提供支撐。

3）現(xiàn)場原位測試和監(jiān)測技術(shù)。以細粒欠固結(jié)的軟黏土沉積為主，且具有低強度、高含水量、高觸變、高靈敏度和應(yīng)變軟化等特性。CPTU（Cone Penetration Testing Piezocones）、PROD和Mebo200等原位測試和取樣設(shè)備，配合適用于深水軟黏土T-bar、Ball-bar等原位測試探頭，避免了對樣品的擾動，可準確測試深水淺表層土的物理力學性質(zhì)，為地質(zhì)災(zāi)害力學計算和數(shù)值模擬計算提供所需的土質(zhì)參數(shù)；安裝在1 000 m水深100 m地層中的孔隙水壓力原位監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)1 a的連續(xù)監(jiān)測，為評估地震、淺層氣或天然氣水合物釋放造成地層中孔隙水壓力變化提供了實用工具。此外，鉆孔地球物理錄井是對海面拖帶地震技術(shù)的一個必要補充，它能獲得直接的地質(zhì)災(zāi)害證據(jù)，例如對于天然氣水合物的中子/伽馬密度測井、對于大塊巖石區(qū)的聲波測試和對于鑒別淺層流體的電導(dǎo)率測試等。鉆孔的地球物理錄井（特別是密度和聲波錄井）為地震剖面資料和鉆孔資料的準確結(jié)合提供了方法。

4）數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)?；谌S地震的海底峰值振幅與MSCL（Multi-Sensor Core Logginger）測量的巖芯阻抗之間的關(guān)系加上鉆探取樣/原位測試數(shù)據(jù)共同搭起了地層物理力學測試點的橋梁，可以推測出區(qū)域不同土層土體強度參數(shù)，進而將多波束海底坡度、三維地震資料和土體強度數(shù)據(jù)輸入無限邊坡穩(wěn)定分析中，又可以確定陡坡松軟沉積物的潛在不穩(wěn)定區(qū)域。

5）三維地質(zhì)模型構(gòu)建技術(shù)發(fā)展。隨著與上述技術(shù)發(fā)展同時發(fā)生的計算機處理能力的進步，推動了三維可視化地質(zhì)模型構(gòu)建工具的持續(xù)發(fā)展。將多源各類參數(shù)、多比例數(shù)據(jù)集以大地坐標系為參照系，進行數(shù)據(jù)整合，構(gòu)建三維可視化地質(zhì)模型；使得海底地形地貌、地層結(jié)構(gòu)等形態(tài)和屬性數(shù)據(jù)以自然、直觀的方式展示出來。還可利用其提供的一系列分析工具，進行深水地質(zhì)地質(zhì)過程分析和定量評估地質(zhì)災(zāi)害危險性和風險。

5 我國海洋地質(zhì)災(zāi)害研究展望

隨著2013年南海北部陸坡荔灣LW3-1氣田（水深1 580 m）的成功開發(fā)和天然氣水合物的2次試采成功，我國深水工程勘察也取得了令人矚目的進步[62-64]，不僅極大地推動了我國深水探測技術(shù)的發(fā)展，在深海保真采樣系統(tǒng)、深海可視采樣系統(tǒng)、原位探測技術(shù)等方面均得到了長足的發(fā)展。然而，還是應(yīng)該清醒地認識到，我國深水地質(zhì)勘察技術(shù)和研究與國際先進水平相比還有不小的差距。

我國深水鉆探取樣和現(xiàn)場原位測試等技術(shù)與國際先進水平的差距較大。尤其在坐底式靜力觸探設(shè)備和測試探頭等方面；在＞400 m的深水原位測試作業(yè)，幾乎都委托國外執(zhí)行；與我國大面積的深水區(qū)相比，當前積累的深水沉積物物理力學參數(shù)數(shù)據(jù)是非常有限的。這極大地限制了我國深水工程地質(zhì)探測能力，進而阻礙了深水地質(zhì)災(zāi)害成因機制的研究水平，如深水地震振幅強度—沉積物波阻抗—沉積物物理力學指標的相關(guān)性、靜力觸探結(jié)果與室內(nèi)測試結(jié)果的相互對比等。

深水工程勘探是伴隨著油氣、天然氣水合物、鐵錳結(jié)核與熱液硫化物等礦產(chǎn)資源、生物和空間等深水資源的勘探開發(fā)而發(fā)展起來的。隨著開發(fā)深水資源成為國家海洋強國建設(shè)的重要戰(zhàn)略，開展深水工程勘察與地質(zhì)災(zāi)害風險評價等也必須同步發(fā)展，為深水資源勘探和開發(fā)保駕護航。

遵照“夯實基礎(chǔ)、構(gòu)建能力、重點突破”的原則，按照“問題引導(dǎo)、需求導(dǎo)向“，基于”“面向過程”理論，開展深水地質(zhì)災(zāi)害研究，從而逐步提升我國深水工程勘察技術(shù)和理論水平。

1）首先是打好研究地質(zhì)和環(huán)境等的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。我國已實施過多次海域綜合調(diào)查，累積了大量不同時代、不同分辨率、不同類型——地形、地貌、沉積物、重力、工程地質(zhì)和構(gòu)造等的數(shù)據(jù)集；整合和同化這些數(shù)據(jù)，構(gòu)建國家海洋多源多期數(shù)據(jù)集；在區(qū)域性多波束數(shù)據(jù)和三維地震首波時程等數(shù)據(jù)支持下，編制區(qū)域新能源開發(fā)區(qū)及其鄰近海域的高分辨海底形態(tài)圖，以此為基礎(chǔ)識別地質(zhì)災(zāi)害，甄選海底滑坡、濁流多發(fā)區(qū)域，摸清深水地質(zhì)災(zāi)害的類型和分布，編制地質(zhì)災(zāi)害圖，顯示新能源開發(fā)區(qū)內(nèi)的各類海底地質(zhì)災(zāi)害分布位置與范圍，以及與危險性事件重現(xiàn)有關(guān)的時間間隔和危害性等級；建立海底滑坡編錄，為開展深入研究奠定基礎(chǔ)。

2）構(gòu)建能力，即構(gòu)建新能源開發(fā)所需要的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查研究能力。雖然我國在海洋勘察技術(shù)和工具已經(jīng)取得不錯的進步。但需加快步伐去改善，以減少地質(zhì)災(zāi)害評估的不確定性。這些能力包括以下幾個部分。

觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)動力與外動力的監(jiān)測：基于海底地震儀（Ocean Bottom Seismometer，OBS）、海底水動力觀測潛標、地層中壓力/應(yīng)變監(jiān)測傳感器、新型海水電池、水下接駁器和光纖傳輸?shù)燃夹g(shù)，研制適用于深水可長期布放于海底的觀測系統(tǒng)和觀測網(wǎng)絡(luò)，攻克高精度網(wǎng)絡(luò)化綜合觀測系統(tǒng)設(shè)計布設(shè)的技術(shù)堡壘，搭建起海底地震（海嘯）監(jiān)測網(wǎng)、深水環(huán)境動力監(jiān)測網(wǎng)，獲取海洋基本要素變化的觀測數(shù)據(jù)，分析時空動態(tài)變化規(guī)律及影響因素，挖掘出地震動和底層水動力等內(nèi)外動力，與沉積物運移、地層沉降和地層內(nèi)孔隙水壓力變化等過程或指標之間的作用機制，為構(gòu)建區(qū)域地質(zhì)模型和地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)模擬提供數(shù)據(jù)支撐。

深水地球物理勘察能力：AUV已在國際深水油氣開發(fā)工程，以及馬航MH370航班搜救事件中得到廣泛應(yīng)用，成為深水地質(zhì)災(zāi)害和工程勘察的必備和首選工具。我國在“863”和“國家重點研發(fā)專項”等項目資助下，開展了AUV技術(shù)攻關(guān)和研制，在系統(tǒng)集成、控制和水下聲學定位等方面取得了成功，仍需加快技術(shù)攻關(guān)的步伐，自主建造深水作業(yè)級AUV，使之在我國管轄深水海域和國際深水工程區(qū)大顯身手。使多波束相干聲吶、合成孔徑聲吶以及相控參量陣聲吶等海底聲學探測系統(tǒng)設(shè)備和技術(shù)在精度、穩(wěn)定性等方面具備國際先進水平。

地質(zhì)取樣和巖土工程原位測試能力：深水鉆探/原位探測（in-situ tesing）作業(yè)船、鉆機與鉆具和原位探測系統(tǒng)與探頭、地球物理測井等能力是深水巖土性質(zhì)勘察和獲取測試用長巖芯樣品的關(guān)鍵。我國自主建造的海洋石油708船已完成1710 m水深的100 m巖芯鉆探取樣，開創(chuàng)了我國深水地質(zhì)鉆探取樣的先河。引進的“坐底式”靜力觸探設(shè)備能夠完成3 000 m以淺水域40 m深度的原位測試，但是測試用探頭的標定和檢驗等技術(shù)亟待攻克。原位測試結(jié)果、地球物理測井結(jié)果和試驗測試結(jié)果的相關(guān)性和一致性等研究急需開展。

海量數(shù)據(jù)三維可視化能力：開發(fā)高效處理和顯示三維數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，以新的海底形態(tài)學透視方法展示區(qū)域地形、地層和地質(zhì)災(zāi)害的分布與微觀結(jié)構(gòu)，以及地層物質(zhì)組成和物理力學指標等。以此為基礎(chǔ)編制質(zhì)地質(zhì)災(zāi)害圖，顯示新能源開發(fā)區(qū)域中地質(zhì)災(zāi)害分布特征，并且描繪地質(zhì)災(zāi)害重現(xiàn)期及危害量級。

3）重點突破，即針對我國新能源開發(fā)重點區(qū)塊，重點開展危害性嚴重的滑坡、重力流和底流沖蝕等災(zāi)害的研究。我國深水油氣重點開采區(qū)塊——荔灣、流花和陵水等皆位于南海北部陸坡區(qū)，而該區(qū)域海底峽谷、沙波沙波紋和侵蝕溝槽等地貌發(fā)育，且峽谷區(qū)地形坡降大，南海北部頻繁的地震活動是激發(fā)滑坡，引發(fā)濁流的主要因素。同時，系統(tǒng)研究南?；隆⒅亓α骱偷琢鳑_蝕等的形成地質(zhì)過程和沉積結(jié)果，也有助于深水沉積環(huán)境、沉積物“源—匯”以及海面變化等氣候環(huán)境研究。