冲绳海槽西陆坡海底失稳机理研究

Numerous submarine landslides and slumps have been discovered along the western continental slope of the okinawa trough. Comprehensive understanding of regional sub-bottom stability is of practical and instructive significance to make safe future exploration, exploitation and marine construction. Considering that the research level of slope instability in study area is staying at qualitative descripton stage, to enhance quantitive research, this study combine fine interpretation of high-resolution 2D muti-channel seismic data and sub-bottom profile, spatial analysis of muti-beam bathymetry data and geomechanical test on sediment cores to establish 3D/2D geological and mathematic model, and then strength reduction method and limit equilibrium method are used to complete simulation in 3D and 2D condition, respectively. In order to control accuracy, both 3D and 2D numerical modeling method are applied, and 2D numerical modeling is carried out to test the results of 3D numerical modeling. 3D geological and mathematic model incorporating much more geological information may reflect regional setting more actually. Compared to previous qualitative interpretation, numerial modeling of this study uncover both sub-bottom stability charateristics and instability mechanism more precisely.

冲绳海槽西陆坡发育着大量的滑坡和滑塌等海底失稳现象，对该区海底稳定性的全面深入了解对于保障我国未来在该地区的资源勘探、开发和海洋工程建设的安全，减少生命财产损失具有重要的现实性指导意义。鉴于目前冲绳海槽陆坡区的海底失稳定量研究基础较为薄弱，本项目拟通过高分辨率二维地震浅剖资料的精细解释、多波束资料的空间分析以及沉积物柱状样的岩石物性参数获取，建立冲绳海槽西陆坡失稳区三维、二维地质和数学模型，然后分别利用三维Flac3D强度折减法和二维Slide极限平衡法对研究区海底稳定性进行数值模拟研究。为了使三维数值模拟的结果可控，本项目使用计算相对简单的二维数值模拟对其模拟过程进行控制并对模拟结果进行验证。三维地质模型和三维数值模拟能够包含更多的地质信息，更真实的反映地层情况，保证了数值模拟的准确性。与之前简单的定性描述相比，本项目的结果能够更好地反映研究区海底稳定性特征，揭示研究区海底失稳机理。

本项目系统了梳理国际海底稳定性研究的最新进展及未来的发展趋势，同时指出国内海底稳定性研究存在的不足并提出了相关建议。在充分认识了现有不足的基础上，定性和定量分析相结合，利用最新获取的多道地震和沉积物柱状样资料，有针对性地开展了冲绳海槽西陆坡海底稳定性研究。研究内容包括：（1）冲绳海槽西陆坡浅表地层中与海底失稳相关的地质现象的特征识别，如滑动、滑塌和浊流沉积等；（2）冲绳海槽西陆坡海底失稳的成因机制分析；（3）冲绳海槽西陆坡浅表层沉积物稳定性的数值模拟分析。.研究结果表明，在冲绳海槽西陆坡的晚第四纪的地层中，广泛发育由海底失稳导致的滑动、滑塌和浊流等事件沉积，且海底失稳发生的位置多为陆架边缘三角洲的前缘沉积体；陆坡区海底失稳受周期性海平面升降控制，并最终由地震活动触发。海底稳定性数值模拟分析结果进一步表明：在无地震发生的情况下，冲绳海槽西陆坡浅表层沉积物稳定性良好，不易发生海底失稳；在晚第四纪时期，受多发性地震的影响，冲绳海槽西陆坡发生海底失稳的频率较高，浅表层沉积物的稳定性较差;在同样地震强度影响下，北段陆坡的沉积物相较于南段更易发生海底失稳；在众多敏感因子中，地层的压实系数和地震动载荷系数对地层安全因子影响最大。