廣東珠江口高欄島登陸海底管道路由區工程環境特征及評價

于洋 YU Yang

（中海油田服務股份有限公司，天津 300459）

0 引言

隨著東方13-2氣田開發的確定，中海油對南海西部海域天然氣進行整體規劃，為連接南海西部多個氣田的管網大動脈，實現海上天然氣統籌調配，通過鋪設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連接，陸路和水路交通便利[1]。為查明海底管道路由區的海底工程地質條件、海洋氣象水文環境和腐蝕性環境參數，進行了海底水深測量、海底地形地貌調查、工程地質調查、海洋水文調查和海洋腐蝕調查，從而為海底管道工程的選址、設計、施工以及維護提供基礎資料和科學技術依據。

1 區域自然環境概況

1.1 區域地質背景[2]

登陸管道工程路由海域屬珠江口盆地，其地質背景是在晚白堊紀—早漸新世為裂陷階段，晚漸新世發生的南海運動，是盆地最強烈的一次構造運動，引起了盆地區域性的抬升、剝蝕、造成了區域的不整合，盆地由斷陷、斷坳向坳陷轉化。早中新世以后，盆地進入整體沉降階段。中中新世末—晚中新世末發生的東沙在珠江口盆地發生了斷塊升降，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 區域地震環境

南海北部是地震最強烈的地帶，據不完全記載，在1067年～1986年間發生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。區內地震活動分為2個地震區域，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域，大約有1/3的地震發生在該帶。另一個地震區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，都曾多次發生強地震[3]。

根據地震地質條件、地震活動特點和地球物理場特征等諸多因素的綜合分析，珠江口區域的地震基本烈度為Ⅶ度。據澳門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生5.5級地震的可能[4]。

1.3 海洋水文環境

珠江口海域內的波浪主要是風浪。統計分析登陸點附近海域主浪向為SSE，次浪向為S。東北季風期強浪向與常浪向一致，為ESE，在西南季風期間，主浪向由SSE向轉變為S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。潮流屬于不正規淺水半日潮流，潮流以往復流為主要運動形式，按照港口與航道水文規范（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 海洋腐蝕環境

通過對路由區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。路由區海水水質環境劃分為堿性、氧化環境，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；有機質含量為0.09~0.21%。調查區域的沉積物環境為弱還原環境；沉積物酸堿度為堿性，海底沉積物腐蝕性隨深度增加減弱。上述參數均屬于正常的環境值，采取常規防腐設計即可滿足管道安全運用需求。

2 路由區工程地質條件

2.1 海底水深地形

登陸管道工程路由區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查區域內，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，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，路由區水深見圖1。

圖1 預定管道路由區域位置及水深分布

2.2 海底地貌

路由區屬于海岸帶地貌，地貌類型相對簡單，近岸區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。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，發現水下岸坡、拋石區、基巖出露海床區、拖痕區、凹坑、疑似航標痕跡和漁業活動痕跡等。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，海底底質無明顯的變化。

水下岸坡位于近岸段，預定路由穿越水下岸坡段116m。地貌資料表現為強反射，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，推測海底底質為顆粒相對較小的泥流沉積，可能存在少量碎石。

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

基巖出露海床區位于預定路由近岸段北側，與路由中心線最近距離約117m。

在近岸段附近發現海底拖痕區，呈片狀分布，長約1.7km，路由中心線通過該拖痕區，區域內海底擾動大。

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

路由拐點附近發現2處疑似航標痕跡和4處漁業活動痕跡（分別命名為H1、H2、H3和H4），如圖2所示。航標痕跡1位于拐點東南側海域，距離路由中心線最近約103m；航標痕跡2位于拐點西側海域，距離路由中心線最近約209m。根據現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分布

調查區域內共發現異常區域5處，分別命名為異常區域1~5，根據現場資料推測為底質異常區，可能為海底底質差異或者海底底質被擾動。路由中心線均通過底質異常區1、2、3和5，異常區域4距離路由中心線最近約118m。

2.3 路由區沉積物特征

2.3.1 沉積物類型與工程性質

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ASTM規范[6]中的“土的統一分類體系”進行了現場描述和目測鑒別分類，然后土的分類定名根據液塑限和粒度分析試驗結果來確定。

路由區海底表層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 海底穩定性評價

根據魏巍等人的研究[7]，珠江口海區表層土有流泥、淤泥、粉砂、粉土淤泥質土、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定狀態，不會發生局部滑移或層間蠕滑現象，但在地形陡且坡降大處，可能存在滑移或層間蠕滑的趨勢。

根據本次調查資料，預定路由海底表層土一般為非常軟的粘土和粉質粘土，且該段路由坡度較小，路由周圍海床穩定，一般不會發生明顯的沖刷。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。路由區表層沉積物主要為非常軟的粘土和粉質粘土，一般不會發生海床滑移現象。預定管道路由區總體為穩定沉積區，適宜管道鋪設。

2.4 淺部底層狀況

根據淺地層剖面資料，調查區域淺部地層劃分1層，即A層，相應的反射底界面為R1。R1為一連續的反射界面，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層內為水平反射結構，反射能量強，地層層理連續性較好，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域內，A層厚度在大部分區域內都大于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域內，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。結合地質取樣成果，A層沉積物的物質成分主要為非常軟到軟的褐灰色粘土和粉質粘土。

路由區解釋深度（海底至海底以下約30m）范圍內發現異常反射（淺層氣）和埋藏基巖，未發現埋藏古河道和斷層（見圖3）。調查區域內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，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，沿路由中心線由東往西分別命名為異常反射區A1、A2、A3和A4，頂部埋深最淺為6m，大于管道設計埋深（1.5m）。

圖3 路由區異常反射（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，最淺處位于調查區域西北部，即基巖出露海床區附近。離水下岸坡和基巖出露海床區較近處，調查船無法到達，未獲得電火花資料。受探測深度限制，大部分區域未發現埋藏基巖，推測該區域基巖埋深相對較深。因此，除水下岸坡和拋石區附近外，基巖頂部埋深大于10m，大于管道設計埋深。

3 工程地質評價及建議

查明路由區海底工程地質條件，有針對性地選擇地質條件相對穩定的區域進行工程建設，繞避高風險不良地質地區，或在不良地質地區采取相應工程措施加以防治，對海底管道路由的選擇、設計、鋪設施工以及鋪設后的運行維護工作都具有重要影響[8]。根據工程物探、工程地質和海洋環境調查資料，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特征進行分析評價，認為路由區構造穩定性較好，水動力特征、海底地形地貌、淺部地層類型、沉積物工程地質特征及腐蝕特性等條件均適合海底管道鋪設。路由區主要的工程地質問題有水下岸坡和拋石區。管道路由穿越水下岸坡，可能存在碎石，應盡量減少穿越長度，根據現場施工情況及海洋環境保護要求，采取適宜的鋪設方式。管道路由設計施工盡量避開拋石、基巖出露海床區和疑似航標，同時還應注意漁業活動的影響。