
对于人类来说,幽暗深邃的海底世界是那么神秘。在那里,由于外力和内质的作用,一场场大型海底坍塌—海底滑坡正悄然上演。海底滑坡如同深海中的“隐秘杀手”,尽管没有办法被人们直观观察到,却蕴含了巨大的破坏力,可于瞬息之间改变海底地貌,并引发巨大的海浪及海啸,对海洋基础设施和近岸人员生命安全构成严重威胁。
接下来,让我们一同深入了解这一神秘的海洋地质灾害。
提起滑坡,不少人脑海中首先闪现的画面就是山体滑坡,伴随着暴雨、地下水活动、河流冲刷或者地震,一些坡度较大或者地质结构不稳定的山体发生坍塌,形成山体滑坡。山体滑坡一般发生在坡度为10°~45°乃至更大的斜坡上(图1),而我们准备介绍的海底滑坡大多发生在斜坡坡度小于2°甚至小于0.1°的海底,尤其是一些大型海底滑坡,是在几乎接近平面的海床上发生坍塌。

海底滑坡主要发生在大陆架坡折带、深海大陆坡、近海三角洲地带或者峡湾地区,是水下松散地质层在重力作用下沿斜坡向下发生快速滑动的过程,包括坍塌、滑动或者碎屑流的变化。
根据地貌特征的变化,研究人员将海底滑坡分为蠕变、坍塌、滑动、碎屑流和浊流等变化类型。在不同动力和海底沉积物条件下,海底滑坡会有不同的类型,甚至在滑坡的不同阶段伴随多种类型的复合地质灾害,且在滑坡运动和泥沙搬运过程中,引发地貌结构与力学性质的变化。海底滑坡是海底沉积物破坏—运动—再沉积的地质地貌突变过程,整体变化极为复杂。
海底滑坡破坏能量巨大,其破坏量级是山体滑坡破坏量级的数倍甚至上百倍。例如,发生于8000多年前北大西洋挪威海中南部的斯图尔加海底滑坡(Storeggaslide),其滑坡量约为3000立方千米,相当于80余个三峡大坝的库容量,沉积物移动约800千米,相当于上海到武汉的距离,受影响的陆坡面积达10万平方千米,相当于整个江苏省的土地面积。这次巨大的海底滑坡还引发了北大西洋大范围的海啸过程,波及整个北欧沿海地区,当地的海浪高达3~20米。再比如,位于我国南海北部的白云滑坡(图2)也是全球有名的大型海底滑坡案例之一,其滑坡发育的水深约为1100~3100米,海底滑坡陆坡和洋盆发育面积约1.1万平方千米,破坏体积约1035立方千米,滑坡区平均坡度约为0.65°,形成的头部陡坎约180米,高程落差达1100米。
由此可知,海底滑坡与山体滑坡量级差距巨大,目前有记载的最大山体滑坡为美国圣海伦斯火山的山体滑坡,滑坡体积约为2.8立方千米;与之相比,发生在挪威海中南部的斯图尔加海底滑坡的滑坡体积是其体积的1071倍,中国南海白云滑坡的滑坡体积是其体积的370倍。

海底滑坡携带着巨大的破坏能量,发生海底滑坡时,可直接引发海啸等次生灾害,甚至诱发其他链式灾害。它所蕴含的巨大冲击力和快速移动的沉积物就像巨型坦克,能轻易破坏海底管缆系统、油气管aR0WJEYJ+tE5NjRz2Iqegw==道、油气开采井,甚至直接掀翻海上作业平台,近海滑坡则可直接破坏岸线并造成人员伤亡。
1929年,纽芬兰岛的大班克斯(GreatBanks)地震触发海底滑坡,导致27人死亡,并形成了200立方千米的碎屑重力流,切断了跨大西洋的海底电报电缆;1964年,美国阿拉斯加中南部威廉王子湾因地震诱发海底滑坡,伤亡130余人,造成4.5亿美元的经济损失;1979年,由于海底蠕变诱发了法国尼斯港口周围海域出现海底滑坡,造成11人伤亡;1998年,巴布亚新几内亚近海地震诱发海底滑坡,伤亡3000余人;2006年,吕宋海峡海底滑坡造成海底光缆断裂,导致我国与东南亚国家之间的通信中断达12小时;2018年,印度尼西亚喀拉喀托火山喷发触发海底滑坡,形成的海啸造成400多人遇难。
受海洋环境的复杂性和滑坡的短期瞬发性影响,开展海底滑坡现场监测和触发机制的研究极为困难,目前已经确认的滑坡触发原因基本都是研究人员根据掌握的海底滑坡情况进行的理论推演,但全球各区域海底滑坡的触发因素各有不同,尚未形成较为统一的共识。
基于大量观测,研究人员认为引起海底滑坡的因素较多(图3),其中不少是由外部环境变化和内部地质失稳等不利因素共同触发的,前者包括地震、快速沉积作用、波浪、潮汐、人类活动等,后者包括天然气水合物分解、底辟作用(指高塑性岩体在构造力或密度差浮力等作用下向上推动,挤压或刺穿上覆岩层而形成隆起构造的地质作用)、孔隙气变化等因素。举例来看,全球约有33%~42%的海底滑坡由地震造成;风暴潮等强大的海浪在冲击海底时,会对海底沉积物施加巨大的作用力,长此以往,巨大的冲击力可能使海底斜坡上的沉积物松动,最终引发滑坡;在一些富含天然气水合物的海域,当水合物因温度、压力变化而分解,并产生大量气体时,就可能导致上层沉积物失稳,引发滑坡。


作为一种极具破坏力的海洋地质灾害,海底滑坡对海洋生态环境、人类生命财产安全以及海洋资源开发均构成了严重威胁。为更及时准确了解这一地质灾害,人们不断使用新的技术手段和工具进行探索。
随着新型野外观测仪器以及原位监测等技术手段的深入应用,人类对海底滑坡触发机制的研究也不断完善和深化。目前,针对海底滑坡的野外调查技术主要包括多波束测深、旁侧声呐、浅地层剖面探测、地震测量、地质钻孔等地貌和地质探测手段。不过,由于海底滑坡的瞬发性和不可预测性,人类至今尚未获取海底滑坡现场的完整变化过程和触发环境信息。为更好地对海底滑坡进行监测,近年来,研究人员在潜在滑坡区开展了孔隙水压力、海床地形等原位观测,但极少有成功案例。
综上可知,人类目前对海底滑坡破坏过程的监测极为困难,针对海底滑坡破坏机制的研究尚处于探索阶段,因而,尚未有较为成熟、科学的预防措施。
随着海洋地质监测技术的不断发展,未来,对海底滑坡的触发机制将逐步完善和明确。鉴于很多海底滑坡是因其他海洋灾害或者地质灾害触发而形成,所以需要加强对海洋地质“灾害链”的深入研究,及时“阻源”和“断链”;同时,需要构建灾害监测—数据分析—预警预测的集成化管理平台,进行全链条监测和预警管理;最后,随着人工智能技术的不断发展,可以让构建的人工智能模型通过自主学习吸收海洋地质大数据和各类地质力学计算方法,尽快获得海底滑坡的触发机制和预警方法,攻克海底滑坡这一灾害的防治难题。
(作者单位:上海市自然资源调查利用研究院)
【责任编辑】赵菲