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随着经济社会的快速发展,新形势下国际合作需求不断推进,中国结合古代陆海丝绸之路的走向,提出了“一带一路”的合作发展规划。伴随“丝绸之路经济带”和“一带一路”倡议的提出,南海的地位越发凸显,围绕这一区域开展的各项工程建设将成为制约海上丝绸之路建设的难点问题。南沙的岛礁工程建设事关21世纪海洋丝绸之路和国防建设,随着“一带一路”建设的推进,岛礁上的机场、码头和人工岛等工程建设项目不断涌现。为了更加全面科学地评价珊瑚岛礁的稳定性,论文在总结前人研究成果的基础上,对南沙岛礁区的地质灾害类型、珊瑚礁的工程地质特征进行了初步分析,选取南薇地块和渚碧礁作为典型研究对象,结合高分辨率地震资料解释结果和钻井数据,利用Geostudio软件进行数值模拟,重点讨论珊瑚礁礁体在地震作用下的稳定性。 地震和活动断裂是南沙岛礁区的两大主要地质灾害。区域地震活动相对较弱,自1900年以来,南沙海域共发生8次6级以上的地震,岛礁区内的地震十分罕见。研究区的整体稳定性较好,区内活动断裂主要为SN、NW和NE向三组,且大部分断裂属于弱活动断裂,现今的活动性为中等偏弱。根据地震剖面显示,浅部地层存在大型褶皱,推断第四纪以来有新构造活动活跃的时期。剖面中的埋藏古河道和浅层气等反映了该区存在多种灾害性地质因素,推测历史上出现过地壳抬升。南沙岛礁区的火山活动相对较弱,区内共分布了5座全新世的火山,且多为死火山。晚始新世时期,该区地块发生大规模沉降,且沉降速率很大;晚渐新世以来,由浅海变深海,区内未发生明显的地壳抬升;晚中新世至第四纪,地块趋于稳定,断裂活动明显减弱或停止,岩浆活动局部活跃。可以认为,晚中新世以来,南沙地块处于相对稳定的状态,适合进行工程建设。 将南薇地块细分为南部裂陷期下沉带和北部埋藏火山隆起带两个结构单元。地震反射剖面的解释结果表明,自南至北,裂陷期下沉带跨越58km,埋藏火山隆起带跨越约63km。地震剖面清晰地揭示了该区在SE向成带分布且向海盆侧隆起的特征。南薇地块的埋藏火山隆起带在新生代经历了若干期挤压抬升,表现出明显的地块抬升和地壳减薄特征。第四纪以来,整个块体上地震和火山活动比较微弱。自上新世以来,整个南薇隆起区进入构造活动相对稳定阶段,地壳稳定性较好。 结合已有研究成果,南沙珊瑚礁的浅部地层可分为生物砾石砂层、含砾细砂层、含珊瑚碎屑砂层、含砾礁灰岩层和弱胶结礁灰岩层等五层。工程中通常使用珊瑚钙质砂用作建筑材料回填堤防或机场跑道,使用礁灰岩作为天然地基。结合这些特性,根据珊瑚礁岩土结构、岩性特征和钻井数据等资料,利用Geostudio软件构建了渚碧礁的简化地质模型,进行有限元数值模拟和分析,模拟了珊瑚礁体在重力作用和六种不同强度的地震作用下的受力分布和变形情况,认为礁体在重力作用下具有良好的稳定性,珊瑚礁与地震活动之间存在以下联系:(1)受强地震影响后,计算得到礁体边坡的最小安全系数低于1,导致礁体上斜坡发生失稳,推测可能产生滑塌;(2)最小安全系数随着地震强度的增加而降低,并趋于某一特定值;(3)作为珊瑚礁的新生地层部分,较小的斜坡易受地震影响发生崩塌。另外,作者认为在较强地震作用下,引起礁体不稳定性的主要因素是来自沿地震作用方向的礁体各质点的速度和加速度变化。地震可能引起礁体浅层结构形态的明显变化,产生浅部断裂。研究结果表明,利用岩土工程中的地震评价方法来进行珊瑚礁的稳定性的方法是可行的。