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前人对挪威大陆边缘Storegga滑坡和美国大陆边缘海底滑坡的研究指出水合物分解不仅可以引起海底滑坡（Best et al.，2003; Bünz and Mienert，2004; Davie et al.，2004），而且是引起世界上多处大陆边缘海底滑塌的原因之一（Winters et al.，2004; Sultan，2007; Leynaud et al.，2009）。自然界的天然气水合物赋存于低温高压环境条件下，水合物稳定带底界与地温梯度、底水温度、压力、孔隙水盐度和气体组分等有关（Sloan et al.，1998）。构造作用、海平面升降和海底工程等因素都可能使低温和高压等条件得以改变，从而破坏天然气水合物的稳定性导致其分解。天然气水合物分解将带来海底地层孔隙压力的升高，并伴随着天然气水合物的稳定带（GHSZ）底界变得不稳定且发生变化，最终水合物分解可能形成一个向下的滑动面并造成大规模的海底滑坡。海域形成的水合物与BSR密切相关，BSR是目前使用最多、最直观、且相对可靠的识别水合物赋存的地球物理标志（Miller et al.，1991; Hyndman et al.，1992; Paull and Dillon，2001; Bünz et al.，2003; Hornbach et al.，2003; Majumdar et al.，2016）。BSR通常被认为是水合物稳定域的底界，代表了水合物赋存的下限深度（Ganguly et al.，2000; Klitzke et al.，2016）。但2015年神狐水合物钻探发现BSR下部存在水合物异常现象（张伟等，2018a），并在该站位识别了双BSR（Qian Jin et al.，2018；张伟等，2020），指示了神狐海域水合物作为一个动态成藏的系统，存在水合物与游离气多层分布特征。由于神狐海域水深较深，推测存在双BSR的原因为白云凹陷深部热成因气对水合物成藏的贡献（Qian Jin et al.，2018; Wei Jiangong et al.，2018），而非海底温压改变导致的水合物稳定成藏状态的改变。双BSR现象在神狐海域试采西侧的峡谷脊部较为发育（Wang Xiujuan et al.，2024），双BSR的出现并不一定代表着下伏地层中有水合物的存在，本文还是以识别的BSR作为水合物稳定域的底界展开讨论。
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2017年11月~2018年1月执行的IODP372航次，以“蠕变中的天然气水合物滑动和希库兰吉随钻测井”为主旨，该航次的主要目的之一是调查天然气水合物和海底滑坡的关系（Pecher et al.，2019；陈杰等，2020）。调查结果表明在希库兰吉大陆边缘的Tuaheni滑坡复合体显示了蠕动变形的特征，且蠕变的近陆边缘与水合物稳定带底部的尖灭相一致（Gross et al.，2018; Pecher et al.，2018; Crutchley et al.，2018）。前人对地层中水合物分解引起的各类地质灾害行为的研究尚不够深入，对水合物富集区潜在灾害风险等级划分亦不明确，亟需查明不同区域水合物赋存特征和海底滑坡的成因联系，进而为今后水合物勘查试采中钻探站位优选提供决策依据。
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近年来，我国油气专项调查、天然气水合物“118专项”和“127工程”、国家专项基础地质调查等在南海北部陆坡区开展了系统的地质、地球物理调查工作，广州海洋地质调查局在神狐海域先后进行了5次天然气水合物钻探和2次成功的水合物试采，多年的水合物勘察试采工作摸清了神狐海域基本构造及沉积演化特征（苏明等，2015），建立了本区特有的水合物成藏模式（匡增桂等，2011；杨胜雄等，2017）和钻探区的运聚体系（吴能友等，2009；张伟等，2018a）。目前，神狐海域1∶25万海洋区域地质调查项目，正在包括神狐峡谷在内的周边海域开展一系列补充调查，且获取了一批高精度的地质、地球物理资料，为深入分析研究天然气水合物分解可能引发的地质灾害风险等提供了重要的依据和数据支撑。
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地球物理资料是目前识别海底滑坡等地质灾害的最为重要的手段（孙启良，2021），本文在多道地震剖面的精细解译和沉积体系分析的基础上，基于水合物分解发生地层滑移的触发机理，重点对水合物有利沉积相带中的BSR进行精细刻画并分类，在此基础上，深入分析探讨研究哪一类BSR代表的水合物稳定带底界在水合物分解时更易产生滑坡、滑塌等地质风险。本研究可为水合物勘查试采区环境稳定性评价预测提供思路。
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1 区域地质背景
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神狐海域位于南海北部陆缘陆坡区的中段（图1），其中神狐峡谷群发育于北部陆坡500~1700 m水深处，为多个陆坡峡谷的集合（图1；Zhu Mangzheng et al.，2010; He Ye et al.，2014; Zhou Wei et al.，2015），白云凹陷陆坡区浊流、底流、大洋涡流、各种内波、上升流和下降流等共同作用形成了大型神狐峡谷沉积体系（丁巍伟等，2010；高红芳等，2021；杜文波等，2022a），峡谷群由19条近NNW—SSE 向的峡谷组成，峡谷长度6~37 km，宽度2~6 km，峡谷间隔3~10 km，坡度范围2°~4°（Huang Ke et al.，2024），根据地震剖面显示（图2），在现代水道的下方，发育多期次、垂向上相互叠置的埋藏水道，自下向上不断向NE向迁移，经历不断重复的剥蚀-充填-剥蚀的沉积过程。神狐海底峡谷群不仅是南海北部陆缘物质向深海运输的重要通道，同时也是我国南海北部天然气水合物勘探的主要目标区和南海北部滑坡等地质灾害易发区域。
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图1 神狐峡谷区地理位置（a）及测线位置图（b）
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Fig.1 Geographical location (a) and seismic line map (b) of Shenhu canyon area
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图2 珠江口盆地中新世以来地震层序划分（剖面位置见图1）
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Fig.2 Seismic sequence division of the Pearl River Mouth basin since Miocene (the location of profile shown in Fig.1)
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（a）—横切神狐峡谷上段的地震剖面；（b）—横切神狐峡谷上段的地震解译剖面
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(a) —seismic section across the up section of the Shenhu canyon; (b) —seismic section interpretation across the up section of Shenhu canyon
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在构造上，白云凹陷新生代构造演化具有明显的早期断陷、后期拗陷的特点。古新世—早渐新世形成箕状或地堑状断陷，沉积了古新统神狐组、始新统文昌组及下渐新统恩平组陆相地层；晚渐新世转入拗陷阶段，沉积了上渐新统珠海组浅海相地层、中新统及上新统浅海相及深海相地层，古近系下渐新统与上渐新统之间存在明显的破裂不整合面（杜文波等，2022b）。神狐海域水合物钻探区自下而上依次发育陆相、海陆过渡相和海相沉积，总体呈海进趋势（钟志洪等，2014；张伟等，2017）。白云凹陷气源丰富，古近系始新统文昌组和下渐新统恩平组发育成熟—高成熟烃源岩，生成丰富的热解成因天然气；新近系珠江组、韩江组等沉积物有机质成熟度相对较低，可作为生物气烃源岩。深部的热成因气和浅部的生物成因气为研究区水合物的形成提供了充足的气源（何家雄等，2013，2020；张伟等，2017）。白云凹陷晚期经历了流体超压释放作用，为水合物成藏提供了构造活动及压力等有利条件（杨承志等，2020）。
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对于南海北部陆坡峡谷的形成演化机制与控制因素，众多学者进行了大量的研究（Zhu Mangzheng et al.，2010; Li Hua et al.，2013; 聂鑫等，2017; 杜文波等，2022a），发现了峡谷发育区水合物呈不均匀分布，该分布与峡谷区沉积物岩性、流体运移等有关，并发现了水合物稳定带附近发育块体搬运沉积及薄砂层水合物（Wang Xiujuan et al.，2014）。郑晓东等（2007）认为南海北部陆坡峡谷形成于13.8 Ma的强烈海退时期，浊流搬运峡谷内沉积物，并在坡折带形成前积砂体。柳保军等（2006）认为海平面变化对峡谷形成影响较弱，南海陆坡峡谷是在区域构造因素下形成。丁巍伟等（2010）结合南海北部陆坡的地震剖面、区域地形地貌等相关资料，对南海北部陆坡主要峡谷的成因机制作了研讨，提出除构造影响外，沉积物的侵蚀输运是该区域峡谷形成的主要机制。Zhu Mangzheng et al.（2010）通过南海北部陆坡的水道迁移特征，提出浊流侵蚀、底流改造的峡谷形成模式。但刘杰等（2016）通过研究南海北部陆坡的水道下切模式，认为晚中新世后形成的迁移水道与南海北部陆坡峡谷群的形成机制存在差异，提出沉积物失稳导致了南海北部陆坡峡谷群的发育。
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本文所采用的地球物理数据主要为2006~2011年采集的多波束测深和多道地震数据。其中，多波束测深数据由“海洋地质四号”船采集，采用SeaBeam2112多波束测深系统，由Hippy-120C涌浪补偿器、SVplus声速剖面测量仪、Gyro罗经信号数字转换器等组成，采用SPECTRA综合导航系统，使用CARIS HIPS和SIPS6.1多波束测深后处理系统软件对数据进行处理。多道地震由“奋斗四号”船和“探宝号”船共同采集，接收道数采用240道和480道两种，道间距12.5 m，采样率为1~2 ms，震源采用G/G.I.枪组合震源和BOLT枪阵两种，震源容量分别为1600 Cu.in.和3680 Cu.in.，工作气压13.79 MPa，采用单边放炮单边接收非零炮检距观测系统，“等距离”方式触发放炮，炮间距37.5 m和25 m，使用CGG、OMG和Geocluster地震处理系统进行数据处理。
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在地震剖面上对神狐峡谷群区内水合物所赋存的浅部地层的不整合界面进行了分析、对比和追踪，共解释了T1、T2和T3三个反射界面（图2），据此将调查区内晚中新世以来的地层从上到下划分出层序A（海底—T1）、层序B（T1—T2）和层序C（T2—T3）三套地震层序（图2和图3）。根据该区域及其周边的天然气水合物钻井和ODP184 航次1145、1146等钻井（汪品先，2009），可以较准确地厘定晚中新世以来的地层层位，进行钻井古生物资料分析比对，层序A（海底—T1）为第四纪地层，层序B（T1—T2）为上新统万山组地层，层序C（T2—T3）为上中新统粤海组地层。天然气水合物富集层主要发育于层序A和层序B中。
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2 神狐峡谷沉积体系及BSR发育
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南海北部陆坡神狐峡谷海域作为我国天然气水合物首次试采区，是典型的深水峡谷地貌（图4），属于深水峡谷沉积体系，该沉积体系影响着天然气水合物成藏条件。研究表明，BSR的分布在满足温压、气源的基础上更明显地受沉积体系展布和所处构造部位的控制，气源和温压条件只是影响BSR分布的必要条件而非充分条件（于兴河和张志杰，2005）。除了与深部的沟通条件，BSR与构造坡折、深水重力流及等深流沉积密切相关，大多数BSR分布区均位于地形变化陡峭、地形起伏较大、长期继承性隆升与沉降交汇的黏土质粉砂和粉砂等沉积物中（张伟等，2018b）。
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经过数十年研究，人们对于深水峡谷体系的认识也已经取得了很大进展，深水峡谷一方面可以作为深水重力流输送沉积物的通道，也可以作为重力流沉积的场所。深水峡谷最早是由Shepard（1936）提出并备受关注，但由于研究手段的局限性以及深水沉积的复杂性，对于深水水道沉积单元的认识存在一定的分歧，国内外关于深水水道沉积单元的划分没有统一的方案。Babonneau et al.（2002）将深水水道沉积体系划分为峡谷、侵蚀水道、水道-堤岸沉积、席状砂以及叶状体砂等沉积单元。Posamentier and Kolla（2003）提出了深水水道沉积体系由低弯度水道充填、天然堤沉积、分流水道复合体、朵体、席状砂、决口扇等沉积单元组成。我国学者在深水水道沉积研究方面起步相对较晚，李华等（2011）在总结国内外研究成果的基础上，提出了深水高弯度水道沉积体系主要包括水道、堤岸、朵体、废弃水道、决口扇等多个沉积单元。刘军等（2011）在研究我国南海白云深水区深水沉积过程中划分出块体搬运沉积、水道、天然堤-溢岸沉积、席状砂个等多个沉积单元。水合物储层的发育受沉积相的控制较为明显，深水峡谷体系的划分和研究可为天然气水合物富集的有利沉积相带提供认知基础。
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图3 珠江口盆地新近系以来综合柱状图
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Fig.3 Comprehensive strata column of the Pearl River Mouth basin since Neogene
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图4 神狐峡谷区地形剖面图A—A′（a）、B—B′（b）（位置见图1）
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Fig.4 Topographic profiles A—A′ (a) and B—B′ (b) of Shenhu canyon area (the location of profile shown in Fig.1)
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基于二维多道地震资料精细分析，本文对神狐峡谷海域晚中新世以来的地层进行沉积体系系统剖析（图5），将层序A和层序B中海底峡谷沉积体系划分为峡谷充填和峡谷边缘两个亚相，前者包括浊积水道、滞留沉积、侧向倾斜沉积和块体流沉积4个微相（Zhu Mangzheng et al.，2010），后者包括天然堤、浊积扇和块体流沉积3个微相类型（表1）。
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2.1 浊积水道
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浊积水道侵蚀基底反映了水道以深“V”型和宽“U”型下切，为一强振幅反射面，切割两侧地层，基底之上可见沉积上超（图5、图6）。浊积水道初期的形成是上陆坡沉积物失稳向下陆坡方向搬运而形成的侵蚀沟槽。陆坡水道东侧主要以侵蚀作用为主，而西侧沉积作用明显。在等深流和浊流的共同作用下浊积水道不断地向北东方向迁移。
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2.2 水道滞留沉积
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峡谷底滞留沉积振幅强，频率低，连续性好，主要包括平行充填相、双向下超充填相及斜交前积充填相（图5、图6）。沉积物主要为块体流沉积后期伴随的浊流沉积，是单期次浊流事件带来的粒度较粗的沉积物。该沉积作用受到沉积物供给影响较为明显。粒度较粗的水道滞留沉积可作为较好的水合物储集层。
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2.3 天然堤
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天然堤沉积相主要发育于峡谷两侧，由于峡谷内部流体漫溢至峡谷外沉积而成。在地震剖面上，一般表现出连续性一般，中-弱振幅前积地震相的特征（图6）。在横断剖面上，天然堤表现出向远离水道方向收敛的特征，整体地层厚度逐渐变小。
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图5 神狐峡谷区典型地震相单元（位置见图1）
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Fig.5 Typical seismic facies units in the Shenhu canyon area (the location of profile shown in Fig.1)
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（a）—地震剖面；（b）—地震剖面解译
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(a) —seismic profile; (b) —seismic profile interpretation
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图6 峡谷填充地震亚相四个微相划分及BSR显示（位置见图1）
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Fig.6 Four microfacies division and BSR display of canyon filling seismic subfacies (the location of profile shown in Fig.1)
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（a）—地震剖面；（b）—地震剖面解译
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(a) —seismic profile; (b) —seismic profile interpretation
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水合物钻探资料表明，神狐海区水合物分布于峡谷之间的沉积脊上，总体属于天然堤相带，总体由细粒的粉砂及黏土沉积物组成，沉积脊容易受到阵发性的峡谷浊流溢流的影响。由于位于北半球，受科氏力的影响，由北往南沿峡谷顺坡而下流动的浊流更容易从峡谷西岸溢出，致使峡谷西岸容易发育天然堤，并使峡谷不断向东岸迁移。
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粒度分析显示，沉积物类型主要为泥质粉砂，其次为粉砂。沉积物全岩X衍射矿物成分分析结果显示，沉积物总体以陆源碎屑和黏土矿物组分占主导，部分站位所在的沉积脊上，有孔虫等微体化石含量较高（张伟等，2017）。
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2.4 侧向倾斜沉积
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侧向倾斜地层沉积（LIP），主要地震相为丘状或透镜状地震相，内部结构有平行状、发散状或双向下超等，振幅较强。主要分布在峡谷沉积侧翼，向谷内倾斜，认为主要受底流控制形成，沿等深线向西北流动的等深流为水道提供稳定的西部物源，因此在峡谷的西侧，发育明显的峡谷侧积体，表现为峡谷由西向东被逐渐充填。
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2.5 块体流沉积（MTD）
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峡谷内部块体流沉积，即峡谷内部滑塌堆积，主要是杂乱充填地震相，内部反射特征为弱振幅或透明反射，或为杂乱反射，主要是峡谷壁滑塌形成（图6）。反映了因堤岸失稳而形成的块体流，沉积于滞留沉积之上。
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峡谷边缘的块体流沉积（图7），属于高位体系域，在峡谷出口附近。块体流中包含有浊积砂沉积物，为上陆坡或峡谷侧壁滑塌携带的含有浊积砂的沉积物向深海输送时沉积，同时，该块体流沉积主导了浊积扇的发育。
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块体流沉积体中沉积物常见欠压实，存在局部的异常高压，有利于气体聚集形成水合物矿藏，且部分块体流沉积物以粉砂为主，结构松散，具有很高的孔隙度，能够作为天然气水合物的储层（王秀娟等，2006; 龚跃华等，2009）；部分细粒的块体流沉积物由于沉积和压实作用具有较低的渗透率，是天然气水合物形成的良好盖层（李学杰，2004; 王秀娟等，2011，2013）。钻探显示，神狐天然气水合物主要赋集于上中新统及上新统未固结的包含块体流沉积的沉积地层中，其岩性主要为富含黏土和粉砂的沉积物，且天然气水合物均匀分布在整个细粒沉积物中，占孔隙体积的20%~40%（朱其等，2017）。
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图7 峡谷边缘地震亚相两个微相划分及BSR显示（位置见图1）
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Fig.7 Two microfacies division and BSR display of canyon edge seismic subfacies (the location of profile shown in Fig.1)
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（a）—地震剖面；（b）—地震剖面解译
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(a) —seismic profile; (b) —seismic profile interpretation
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2.6 浊积扇
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发育于峡谷末端的浊积扇，在地震剖面上呈楔形和透镜状、连续、平行/亚平行反射，内部发育典型上超或杂乱反射，垂向叠置，其构成主要有富泥质的块体流浊积扇和砂质含量相对较高的浊流沉积浊积扇（王秀娟，2016）。图7为顺陆坡方向典型地震剖面，反映了浊积扇的形态。
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从地震相-沉积相分析来看，BSR发育的地震表现为反射模糊带或杂乱带上部出现的振幅增强体（图6、图7）。剖面显示：BSR主要在天然堤和块体流沉积单元中出现，故认为上新世以来的峡谷沉积体系中，天然堤沉积相和块体流沉积相是水合物富集的有利沉积相带。钻探资料显示，神狐钻获的水合物样品多在峡谷之间的沉积脊上地震剖面有BSR显示的部位发现，且水合物饱和度较高，指示沉积脊内强BSR可能代表着高饱和度水合物的存在。说明了在峡谷区天然堤沉积相是更优于块体流沉积相的有利沉积相带。
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3 峡谷群区BSR分类及地质灾害意义
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基于测网密度1 km×4 km覆盖峡谷区的二维多道地震资料精细解译，剖面上识别BSR大多处于海底以下150~250 m之间，最深达321 m，最浅仅54 m，水深范围介于345~1650 m之间。所解释出来的BSR中，单段BSR延伸长度最短只有0.6 km、最长可达7.8 km，一般延伸长度在1.5~3.5 km之间。从BSR分布的层位看，神狐峡谷群区识别出的BSR仅仅发育在层序A和层序B层内，即发育于上新世以来的沉积层中。空间上，BSR发育范围主要沿陆坡边坡一带处展布，位于陆坡转折带。通过实际钻探证明，神狐峡谷区水合物赋存地层大部分在BSR之上10~25 m范围内。
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3.1 BSR特征
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从地震剖面上纵观全区BSR发育，振幅方面，以强或中强振幅为主，反映了波阻抗差较大，即BSR上下地层的物性（速度和密度）有较大的差异；连续性方面，部分BSR为中—高连续，反映了所处部位沉积物中水合物（或游离气）丰度较高，横向分布较稳定的特点；从波形组合和极性特征看，神狐峡谷群区大多数极性反转的BSR波形都表现成对出现的波谷-波峰组合的双峰（图6、图7），少数几条线的BSR连续性较差，波形极性反转不明显。大部分BSR都与地层反射波存在斜交现象。BSR下部均有增强反射体，推测主要由于BSR下部含有较丰富的游离气所致，增强反射体之下，为空白反射或者杂乱反射，推测为游离气充注造成的，部分明显的通道显示为气烟囱或流体活动反射。
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3.2 BSR分类
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对于BSR的分类，前人基于不同考虑有着不同的分类方案，王真真等（2014）根据反射波振幅强弱和连续性，可将BSR分为3类：S-BSR（强BSR）、W-BSR（弱BSR）和I-BSR（推测BSR）（Kvenvolden，1993）。Jin Jiapeng（2020）基于三维地震资料在珠江口盆地的识别BSR将其分为：连续BSR（CBSR）、不连续BSR（DBSR）和古BSR（Paleo-BSR）。本文现基于BSR界面在地震剖面上的形态，根据BSR在峡谷上的发育位置、反射特征及视倾角差异，探讨其地质稳定性，提出了不同于前人的分类方案，将神狐峡谷区BSR划分为3种类型：A型为脊部穹隆型、B型为脊部边缘平直型、C型为峡谷边缘坡变型。这三种BSR类型的地震反射特征、分布区域、与地层的关系以及代表性剖面如表2所示，所选代表剖面均同为SE方向，为顺峡谷向下方向，便于视倾角比较。
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A类BSR主要分布在峡谷脊部区域，属于神狐峡谷区水合物的主要赋存部位，代表剖面如表2A所示，峡谷之间的沉积脊总体属于天然堤相带，由细粒的粉砂及黏土沉积物组成。A型BSR特点为强振幅、连续性好、延伸长度不大、多轴、上覆地层厚度约为200 m左右，BSR在剖面上的形态呈穹隆状，坡度不大。地震剖面上可以识别出明显的气烟囱构造，并且与BSR的分布具有良好的对应关系，A类BSR为神狐峡谷区最常见的BSR类型。
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B类BSR主要分布在峡谷脊部边缘区域，属于天然堤或者块体流相带，代表剖面如表2B所示。B型BSR特点为强振幅、反射杂乱，不连续但存在一定的延伸长度。上覆地层厚度大于200 m，BSR在顺峡谷向下方向的剖面上视倾角3°左右，向下斜率稳定或变小。
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C类BSR主要分布在峡谷边缘区域，属于块体流或者浊积扇相带，代表剖面如表2C所示，C型BSR特点为强振幅、连续性差、向坡底延伸，BSR之下存在多个亮点气体反射。上覆地层厚度小于200 m，BSR在顺峡谷向下方向的剖面上表现为视倾角向下斜率变大。从典型剖面上可以看出，平均视倾角2.7°左右，实际视倾角从1.6°增加到4.8°。
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以上的分类关于BSR在剖面上视倾角的估算，并不能代表真实水合物底界面的真实倾向，因为测线方向和峡谷倾向存在一个角度，所以真倾角实际略大于视倾角。
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3.3 地质灾害风险分析与探讨
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研究表明含水合物沉积层存在潜在的自然灾害主要体现在两个方面：① 含水合物沉积层孔隙度降低、速度增加、地层渗透率低，低的地层渗透率不利于深部游离气向上运移，在孔隙分布不均匀时，容易引起地层超压，驱动低密度沉积物穿过含水合物沉积层，甚至喷出地表（吴时国等，2019）。② 天然气水合物分解导致地层沉降塌陷，严重破坏原有地层的稳定性，形成向下的滑动面，最终导致发生大规模的海底滑坡现象。
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根据可能出现的第二种水合物分解产生的地质风险，通过对南海北部神狐峡谷区的综合分析研究表明，水合物稳定带受各类因素的影响，变得不稳定并开始分解时，最容易发生滑塌、滑坡地质风险的可能是C型BSR水合物富集区（图8），其主要原因有三： ① C型BSR位置最浅，天然气水合物埋深相对浅，在空间分布上离海底最近。研究表明，水温、地温梯度和压力与水合物的埋深和厚度密切相关：海底温度越低，水合物稳定带厚度越大，反之越薄；地温梯度越大，水合物的埋深越浅，厚度较薄，反之越厚（Shipley et al.，1979）。推断该处所处的海底温度相对高或者地温梯度相对偏大。根据Max and Dillon（1998）提出的天然气水合物温压曲线可以看出，温度和水合物相平衡曲线为指数关系，即温度高时，微小的温度波动将比温度低时同样的温度波动引起更多的BSR调整。故当海平面或者海水温度的小幅度调整或变化，将最有可能率先影响到该区水合物赋存的稳定性。离海底最近的水合物底界将会最先开始分解。② C型BSR视倾角有着向下变大的趋势。刘峰（2010）在不同的坡角条件下，使用无限斜坡稳定性分析法，对水合物的分解量和海底斜坡稳定性的关系进行模拟认为，较大的坡角是地层不稳定性产生的一个重要诱因，在南海神狐海域地质条件下，当水深为1200 m，沉积物层厚度为200 m，当设置温度、压力变化使得15%的水合物分解后，坡角为5°的斜坡将发生失稳，而坡角为1°和3°的斜坡仍处于稳定状态。说明了水合物在逐步分解的过程中，相同条件下较大坡角的海底斜坡将率先发生失稳。C型BSR虽然平均视倾角与B型BSR角度相近，但局部可达到4.8°，意味着一旦受地震或者沉积载荷增大等因素触发，水合物有了一定的分解量后，更易引起海底滑移。③ C型BSR分布区上覆地层最薄，指示着滑塌发生时需要破坏、分离的原地层撕裂面积小，需要对抗的抗剪强度小，最易产生滑移。综合以上分析，本文认为C型BSR为表征的区域，相比于其他水合物富集区，为天然气水合物分解引起滑坡等地质灾害的较高风险区。
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图8 神狐峡谷区C型BSR水合物赋存与潜在地质灾害风险预测（位置见图1）
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Fig.8 C-type BSR hydrate occurrence and potential geological hazard risk prediction in Shenhu canyon area (the location of profile shown in Fig.1)
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（a）—地震剖面；（b）—水合物赋存模式
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(a) —seismic profile; (b) —nature gas hydrate occurrence model
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2017年水合物试采区（图1）在试采过程中，进行了水合物分解的地质灾害效应及模拟评价，该模拟基于试采获得的土层分层情况及其力学参数等现场监测数据，建立若干个过试采井剖面的试采区域尺度的海底斜坡数值计算模型，采用有限元强度折减法，给出在试采后试采区海底斜坡稳定性安全系数，对试采后的海底斜坡稳定性进行分析与评估。结果表明：① 试采井对斜坡土体的主要影响区域均集中在井周局部区域，对于海床的稳定性不构成影响。② 土层自重与海水压力的不同考虑方式只影响位移和应变，对安全系数没有影响。③ 超孔压的大小对斜坡稳定性同样是局部性的，对于海床稳定性几乎没有影响。④ 安全系数随试采工程的进行，安全系数整体上呈现降低的趋势，但随着越来越多的影响因素被考虑到数值计算中，这一趋势越来越不明显，但斜坡稳定性高这一结论不受影响。认为水合物试采井位在海底斜坡稳定性上是稳定的，在水合物开采过程中未导致的海底滑塌、滑坡的发生。从平面距离上看，C型BSR所在的位置离试采井位5 km以上，推测其潜在的不稳定性不会对试采区产生影响。建议后续水合物试采井的井位部署应远离C型BSR所在的位置。
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4 结论与建议
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（1）通过对神狐峡谷沉积体系的研究，精细刻画了研究区沉积微相特征，将神狐海底峡谷沉积体系分为峡谷充填和峡谷边缘两个亚相，前者包括浊积水道、滞留沉积、侧向倾斜沉积和块体流沉积四个微相，后者包括天然堤、浊积扇和块体流沉积三个微相类型。通过对峡谷的沉积单元分析，提出了上新世以来的峡谷沉积体系中，天然堤沉积微相和块体流沉积微相是水合物富集的有利沉积相带。
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（2）深水沉积体系类型及其空间展布决定了天然气水合物储层特征及其空间展布。根据峡谷区BSR的发育位置及特征差异，将该区BSR划分为3种类型即，A型：脊部穹隆型；B型：脊部边缘平直型和C型：峡谷边缘坡变型。结合天然气水合物可能分解引起海底滑塌的致灾机理，分析预测C型BSR所在的区域可能存在滑坡等地质灾害风险。
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目前的研究工作仅从定性的角度上，提出了快速通过BSR形态的识别、上覆地层厚度的比较，给出了天然气水合物可能分解引起海底不稳定的初步判别方法，对于定量的判定水合物分解致灾的临界坡角、温压条件，以及在平面上划分各类BSR分布范围等，该研究方法还无法给出明确的结果及精细的分布范围。下一步工作将基于地质模拟等手段，根据峡谷形成演化规律及其沉积相展布特征与天然气水合物分布富集特点，深入分析研究水合物分解可能引起的各种地质灾害风险，尤其是要分析阐明陆坡峡谷区多种因素共同影响下可能的地质灾害响应。这对于评价未来天然气水合物勘察开发的安全性和可持续性等均具有重要意义与实用价值。
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摘要
神狐海底峡谷群是我国南海北部天然气水合物勘探的主要目标区，本文根据多道地震资料结合勘查试采成果，精细刻画了神狐峡谷区沉积相特征，并将海底峡谷沉积体系分为峡谷充填和峡谷边缘两个亚相，前者包括浊积水道、滞留沉积、侧向倾斜沉积和块体流沉积4个微相，后者含天然堤、浊积扇和块体流沉积3个微相。通过对神狐峡谷群的沉积单元和BSR整体分布特征的系统分析，明确提出了上新世以来的峡谷沉积体系中，天然堤沉积微相和块体流沉积微相是水合物富集的有利沉积相带。同时，根据沉积相带中BSR发育位置及特征差异，将该区BSR划分为3种类型：A型为脊部穹隆型、B型为脊部边缘平直型、C型为峡谷边缘坡变型。在此基础上，结合天然气水合物分解可能引起海底滑塌的致灾机理，强调指出C型BSR具有视倾角变大、上覆地层薄的特点，是水合物极易分解而发生滑塌的高风险区。本研究成果可为神狐峡谷海域新一轮天然气水合物试采，尤其是环境稳定性评价预测等提供重要依据和技术支撑。
Abstract
The Shenhu submarine canyon group is the main target area for gas hydrate exploration in the northern South China Sea. This paper utilizes multi-channel seismic data from the region, along with results from gas hydrate exploration and trial production, to detail the sedimentary facies characteristics of the Shenhu canyon area. The submarine canyon sedimentary system is divided into two subfacies: canyon filling and canyon edge. The canyon filling subfacies comprises four microfacies: turbidity channel, lag deposit, laterally inclined deposit, and mass-flow transport deposit (MTD). The canyon edge subfacies includes three microfacies: natural levee deposit, turbidite fan, and MTD. Analysis of sedimentary units and BSR distribution in the Shenhu canyon group reveals that natural levee deposit and MTD microfacies are favorable for hydrate enrichment in the canyon sedimentary system since the Pliocene. Based on the position and characteristics of BSR in these facies belts, three BSR types are identified: A-type (ridge dome pattern), B-type (ridge edge straight pattern), and C-type (canyon edge gradient change pattern). Considering the geological hazard mechanism of potential submarine landslides caused by gas hydrate decomposition, C-type BSR is identified as a high-risk area for hydrate-induced collapse. This is due to its increasing apparent dip angle and thinning overlying strata. The research results provide important data and technological support for the next phase of gas hydrate pilot production, especially in evaluating and predicting environmental stability in the Shenhu area.
Keywords
northern South China Sea ； Shenhu canyon ； gas hydrate ； sedimentary system ； BSR ； landslide
