青島海岸帶近岸海域地貌類型及次級(jí)微地貌聲學(xué)特征

1海洋地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用側(cè)掃描不僅是探測(cè)海洋目標(biāo)的主要方法之一，也是海床材料勘探的廣泛應(yīng)用。以青島地區(qū)為例,隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,近岸及淺海工程建設(shè)項(xiàng)目日益增多,其中包括規(guī)模各異的港口、碼頭、船廠、岸邊油庫(kù)、濱海電廠、化工、鋼鐵企業(yè)、填海工程、跨海橋梁與隧道工程、海堤工程以及其他海岸、灘涂開(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目等。為實(shí)現(xiàn)海洋工程活動(dòng)與海洋地質(zhì)環(huán)境相互協(xié)調(diào),避免地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生和環(huán)境破壞,為工程項(xiàng)目的前期環(huán)境地質(zhì)評(píng)價(jià)提供可靠的基礎(chǔ)資料,近年來(lái),我所使用新型數(shù)字聲學(xué)測(cè)量設(shè)備對(duì)青島近岸海區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)的淺層地球物理勘測(cè),獲得了大量高精度資料。本文所述是對(duì)自膠州灣口至嶗山灣一線近岸海區(qū)所取得的數(shù)字側(cè)掃聲納資料進(jìn)行聲圖分析、解釋后的初步成果。2研究區(qū)域土地形態(tài)發(fā)育的主要影響因素2.1晚新生帶巖母系的構(gòu)造線調(diào)查區(qū)位于膠萊河以東,構(gòu)造上屬新華夏第二隆起帶,自元古帶以來(lái),除少數(shù)斷陷盆地外,長(zhǎng)期隆升遭受剝蝕,沙壩、潟湖及山地港灣海岸廣泛發(fā)育,中生帶有巖漿巖多次侵入,形成了著名的嶗山,晚新生帶在蓬萊等地有玄武巖噴發(fā),構(gòu)成了玄武巖臺(tái)地海岸的基礎(chǔ)。構(gòu)造線的方向?qū)０稁У孛驳陌l(fā)育有明顯的控制作用。華夏(北東向)及新華夏以及北西向兩組構(gòu)造線的影響尤為顯著,這些構(gòu)造線對(duì)大到海岸線走向及海灣的輪廓,小至一灣、一岬都起著顯著的控制作用。膠州灣以南海岸之所以呈北東向延伸,就是受黃海近岸北東向大斷裂的控制。膠州灣海域是多組斷裂交匯的場(chǎng)所,斷裂構(gòu)造十分發(fā)育,并影響到全新世,主要有NE向、EW向和NW向三組,它們控制了膠州灣的巖漿發(fā)育、火山活動(dòng)和地層分布,同時(shí),這些斷裂構(gòu)造特征對(duì)膠州灣周邊的地質(zhì)環(huán)境有著重要影響。2.2我國(guó)陸架的缺失全球性的氣候冷暖變化、冰期及間冰期所引起的海平面變化是直接影響海岸地貌發(fā)育的因素。我國(guó)陸架的絕大部分在第四紀(jì)冰期低海面時(shí)可以裸露出來(lái)。約在15000年前,黃海海底全部裸露成陸,侵蝕基準(zhǔn)面下降。大約在6000年前,海面升至接近目前的岸線位置,侵沒(méi)了山間谷地,除形成一些溺谷海灣外,當(dāng)時(shí)的岸線形態(tài)即成為海岸發(fā)育的基礎(chǔ)。2.3海岸帶地貌波浪、海流和潮汐等海洋水動(dòng)力條件,是塑造海岸帶地貌的直接動(dòng)力因素,不僅塑造出海蝕崖、海蝕穴、海蝕平臺(tái)及海灘等各種海蝕、海積地貌形態(tài),而且對(duì)松散沉積物還起著分選、搬運(yùn)及再堆積的塑造作用。災(zāi)害性天氣條件下形成的風(fēng)暴潮和海嘯對(duì)海岸帶地貌的形成影響很大。狂風(fēng)巨浪引起岸邊增水,使波浪對(duì)海岸帶作用范圍和沖積極大地增強(qiáng),加快了侵蝕、堆積以及泥沙物質(zhì)的運(yùn)移。3測(cè)量點(diǎn)位置與影響調(diào)查采用英國(guó)GeoAcoustics公司SS940型雙頻數(shù)字側(cè)掃聲納,工作頻率可選455kHz(HF)和100kHz(LF)兩種,拖魚(yú)入水深度4~5m,側(cè)掃范圍雙側(cè)最大200m(HF)和800m(LF),系統(tǒng)工作水深最大可達(dá)1000m。測(cè)量時(shí)將定位點(diǎn)校正到側(cè)掃聲納測(cè)量點(diǎn)(拖魚(yú))位置。考慮到測(cè)區(qū)海底地形變化較大,地貌類型豐富,在保證目標(biāo)特征反映明顯、易于分辨的前提下,現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集要同時(shí)考慮發(fā)射頻率(分辨率)和量程(覆蓋寬度),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),在瞬時(shí)水深大于10m海區(qū)選擇低頻100kHz工作頻率,量程215m(單側(cè));瞬時(shí)水深小于10m海區(qū)選擇高頻500kHz工作頻率,量程108m(單側(cè)),這樣既保證了較高的分辨率,又具有較大的覆蓋寬度。調(diào)查過(guò)程船速保持在3~4kn,拖魚(yú)入水深度保持在測(cè)船吃水深度的2倍。聲納圖像的色調(diào)變化所反映的各類圖像特征是判釋聲圖目標(biāo)的關(guān)鍵,而影響色調(diào)變化的因素在于換能器接收聲波的強(qiáng)弱變化,引起聲波強(qiáng)弱變化的主要因素有海底起伏、底質(zhì)結(jié)構(gòu)與粗糙度、水中目標(biāo)的性質(zhì)與狀態(tài)、各類噪聲以及水體物理特性的變化等。在實(shí)際工作之前,根據(jù)測(cè)區(qū)海底的底質(zhì)類型,對(duì)增益進(jìn)行選擇,并在作業(yè)過(guò)程中盡量保持不變。4研究區(qū)域的形態(tài)類型和聲音特征按海域地貌特征和海岸線走向,劃分為三個(gè)區(qū)塊,見(jiàn)圖1。4.1侵蝕洼地、槽、坡、土條件、種類膠州灣前灣海區(qū)動(dòng)力因素是以潮流強(qiáng)、波浪弱為特點(diǎn)。潮流經(jīng)膠州灣灣口流入灣內(nèi),灣口狹窄促使潮流流速增強(qiáng),最大流速可達(dá)3kn多,在這種動(dòng)力條件下形成該區(qū)較大地貌類型有沖刷槽、潮流脊、侵蝕洼地、水下岸坡和潮灘等。次級(jí)微地貌包括波痕、槽溝、塊狀堆積、條帶脊、沖刷遷移、海蝕平臺(tái)(石坡)和礁石等。沖刷槽:強(qiáng)勁潮流沖刷形成沖刷槽,自灣口以東經(jīng)灣口向北延展。由于灣口流速最大,向?yàn)硟?nèi)和灣外流速逐漸減小,故深槽往兩側(cè)變得愈來(lái)愈不明顯。沖刷槽在灣口水深最深,實(shí)時(shí)水深可達(dá)61m。沖刷槽向北方向延展,形成西北、北、東北三個(gè)方向延展的三支沖刷槽,水深漸變淺為11~13m。沖刷槽底質(zhì)分布,灣口為礫石和石,向北及分支槽底底質(zhì)為沙泥和沙。侵蝕洼地:由于調(diào)查船自聲圖下端向上端航行,下端槽坡背向聲波傳播方向,在聲圖上表現(xiàn)為白色調(diào)。上端槽坡迎向聲波傳播方向,在聲圖上表現(xiàn)為黑色調(diào)。槽坡之間黑、白相間的條帶狀圖像是海底波痕的反映。在膠州灣灣口,水深自東向西實(shí)時(shí)水深由32.7m突然變深為61.1m、47.3m、39.6m,再突然變淺為17.2m。侵蝕洼地東西長(zhǎng)約1152m;南北范圍由于測(cè)線未覆蓋,不能量測(cè)其長(zhǎng)度。侵蝕洼地有波痕地貌,波痕的波脊走向呈現(xiàn)東北—西南方向和南北方向兩波痕交錯(cuò)。波脊起伏高度0.3~0.4m,底質(zhì)為沙礫。潮流脊:潮流脊發(fā)育在沖刷槽分支之間。自西向東分布的潮流脊走向由西北—東南轉(zhuǎn)向?yàn)楸蹦戏较?潮流脊寬約為600~800m,水深4~11m。底質(zhì)為沙和沙泥。水下岸坡:沖刷槽、潮流脊向北消失于水下岸坡,探測(cè)區(qū)顯示小部分水下岸坡,一般水深10~13m。海底平坦,底質(zhì)為沙泥和沙。波痕:以圖2為例,聲圖中從上向下海底線與拖魚(yú)軌跡線間距逐漸加大,反映聲圖中的海底地勢(shì)傾向下方。在外營(yíng)力作用下形成的大波痕地貌在聲圖上的海底線表現(xiàn)為鋸齒形態(tài),向左右兩側(cè)延伸呈現(xiàn)黑、白相間條帶狀圖像。聲圖中海底自右向左傾斜,左側(cè)斜坡背向聲波傳播方向,海底混響較弱,聲圖背景明亮;右側(cè)斜坡迎向聲波傳播方向,海底混響較強(qiáng),聲圖背景黑暗,使波痕形態(tài)不甚明顯。在沖刷槽北部及三個(gè)分支槽、潮流脊和水下岸坡都發(fā)育成波痕地貌。波痕的波脊走向?yàn)闁|北—西南,波痕動(dòng)向?yàn)闁|西方向;也存在相反方向的波痕,與前者比較為小。波痕起伏高度一般為0.2m左右,在起伏較大的坡面上波痕起伏高度可達(dá)0.8m。在潮流脊伸向沖刷槽的斜坡面上,波痕較大,波脊起伏高度可達(dá)1m多。在沖刷槽的西、東槽坡上波痕起伏高度可達(dá)1m多。在沖刷槽的西、東槽坡上波浪起伏高度也可達(dá)1m多。槽溝、塊狀堆積:槽溝發(fā)育在沖刷槽的西、東兩側(cè)槽坡上。槽溝深度一般為2.6~6m,面積為百余平方米。伴隨槽溝發(fā)育塊狀堆積地貌,塊狀堆積一般位于槽溝走向兩端散布,高度一般不超過(guò)0.3m,面積不大于幾十平方米。沖刷遷移、條帶脊:以圖3為例,聲圖顯示海底線突變形成沖刷槽,其左右兩側(cè)顯示近于垂直海底線的黑、白條帶延伸圖像,反映了底質(zhì)受外營(yíng)力作用形成的沖刷遷移,白色條帶反映底質(zhì)為細(xì)顆粒物質(zhì),黑色條帶反映粗顆粒底質(zhì)并伴有隆起。在沖刷槽東、西兩側(cè)的槽坡上發(fā)育成沖刷遷移地貌,沖刷遷移自北向南明顯。伴隨沖刷遷移發(fā)育條帶脊地貌,條帶脊起伏高度不大于0.2m,脊長(zhǎng)可達(dá)百米。沖刷遷移在膠州灣灣口西側(cè)至竹岔島最為顯著。海蝕平臺(tái)(石坡):以圖4為例,海蝕平臺(tái)是石質(zhì)岸向水下延伸部分。一般起伏較小,延伸數(shù)百米,起伏高度約2m左右。在黃島、灣口西、東兩側(cè)及竹岔島邊沿的海蝕平臺(tái)較為明顯。聲圖顯示較強(qiáng)灰度的黑點(diǎn)、黑塊和黑短線條形態(tài),反映了石坡延伸。石坡外緣聲圖灰度的強(qiáng)弱變化反映了底質(zhì)的差異。4.2海底平流土壤波痕該區(qū)較大地貌類型有沖刷槽和水下岸坡。次級(jí)微地貌類型包括波痕、塊狀堆積、槽溝、沖刷遷移、條帶脊、沙斑塊和海蝕平臺(tái)等。沖刷槽:Ⅱ區(qū)沖刷槽是Ⅰ區(qū)沖刷槽向東方向的延續(xù)部分。沖刷槽在膠州口實(shí)時(shí)水深為31m,沖刷槽向東方向延展約9.6km,實(shí)時(shí)水深為41m,再向東方向延展約4.2km,實(shí)時(shí)水深為17~18m,在此槽形消失。沖刷槽向西、向東以階梯抬升,尤以向東方向階梯抬升更為明顯。沖刷槽西底質(zhì)為礫石和石,向東底質(zhì)為沙和沙泥。水下岸坡:沖刷槽西東方向展布約13.8km。似在水下岸坡的西東方向切割一條深槽。水下岸坡近岸處實(shí)時(shí)水深約12m,至海區(qū)邊沿實(shí)測(cè)水深約18m左右。海底平緩傾斜,海底底質(zhì)為沙和沙泥。波痕:在沖刷槽中發(fā)育波痕地貌,沖刷槽向東方向的階梯抬升坡面發(fā)育大波痕地貌,波痕的波脊起伏高度為2.6~4.3m,波長(zhǎng)約40~60m。階梯抬升陡坡的下沿波痕大于其上沿,在波痕的脊坡緩坡面發(fā)育紋形波痕。沖刷槽西方向的階梯抬升不如東向階梯抬升明顯,波痕的起伏高度也比較小,在波痕的脊坡緩坡面發(fā)育紋形波痕。在沖刷槽中普遍發(fā)育起伏高度小于1m的波痕,波痕的波脊走向?yàn)槟媳狈较?波痕動(dòng)向?yàn)闁|西方向。在灣口附近波痕的脊走向轉(zhuǎn)為東北—西南方向,波痕動(dòng)向?yàn)闁|南—西北和南北方向。在水下岸坡發(fā)育波痕地貌,波痕的波脊起伏不大于0.3m,波脊走向?yàn)槟媳狈较?波痕動(dòng)向?yàn)闁|西方向,也存在相反方向的波痕形態(tài),最明顯的海區(qū)是Ⅱ海區(qū)折轉(zhuǎn)至Ⅲ海區(qū)的海域。在水下岸坡的海灣灣口外緣坡度較大地方,發(fā)育較大波痕地貌,波痕的波脊起伏高度可達(dá)1m多。槽溝、條帶脊、沖刷遷移和塊狀堆積:槽溝分布在海灣口外的坡度較大處,在Ⅱ區(qū)折轉(zhuǎn)至Ⅲ區(qū)的海域也存在槽溝。槽溝一般深凹4m左右,面積約幾十平方米。在岬角附近海區(qū)發(fā)育較大的槽溝,面積可達(dá)百余平方米,深凹可達(dá)約7m。伴隨槽溝發(fā)育塊狀堆積、沖刷遷移和條帶脊。條帶脊起伏高度約2~6m,脊走向南北,東西寬度14~25m。在前灣西、東兩側(cè)都發(fā)育沖刷遷移,灣口西側(cè)的沖刷遷移最為明顯,其沖刷遷移自西槽坡向東至槽坡底,向西可至竹岔島北端,伴隨沖刷遷移發(fā)育有條帶脊,這種條帶脊一般起伏較小。海蝕平臺(tái)和礁石:海蝕平臺(tái)(石坡)都位于石質(zhì)海岸岬角向海延伸地區(qū),一般起伏高度為3~4m。在太平灣的東、西岬角竹岔島附近,大福島邊緣向海延伸地區(qū)海蝕平臺(tái)延伸可達(dá)數(shù)百米。在岬角向海延伸地方,有暗礁分布。沙斑塊:以圖5為例,沙斑散布在沙子口以東至嶗山頭附近海區(qū),沙斑塊一般面積為幾十平方米。在離開(kāi)海岸較近的水下岸坡區(qū)沙斑塊散布較多。聲圖顯示為平坦海底上的灰度強(qiáng)弱塊狀變化,反映沙質(zhì)底質(zhì)顆粒度不均勻散布狀態(tài)。4.3島嶼及海底的波痕、沖刷和沖刷該海區(qū)較大地貌類型主要是水下岸坡和島礁。次級(jí)微地貌類型包括條帶脊、沖刷遷移、沙斑塊、波痕和海蝕平臺(tái)(石坡)等。水下岸坡:自西向東約有3~4m的坡降、自北向南約有19m坡降,海底平坦,平緩自西向東、自北向南傾斜。海底底質(zhì)為沙和沙泥。島礁:海區(qū)北端為島嶼、礁石、海蝕平臺(tái)(石坡);南端嶗山頭附近有散布的基巖露頭,以及斷續(xù)向東延展的海蝕平臺(tái)。這些基巖露頭及海蝕平臺(tái)在聲圖上的陰影圖像不明顯,由此估計(jì)其高度不超過(guò)0.3m。條帶脊、沖刷遷移:條帶脊和沖刷遷移僅在該區(qū)北端島礁區(qū)呈現(xiàn),一般規(guī)模不大、起伏較小。波痕:波痕發(fā)育在水下岸坡上,波痕的波脊走向?yàn)槟媳狈较?波痕動(dòng)向?yàn)闁|西方向;一般波脊的起伏高度為0.3m左右。在嶗山頭海岸線折轉(zhuǎn)海區(qū),波痕的波脊走向轉(zhuǎn)為西北—東南,波脊動(dòng)向?yàn)闁|北—西南方向。在嶗山頭附近坡度較大的坡面上發(fā)育較大波痕,波脊起伏大于1m,波痕動(dòng)向朝向逆坡方向。沙斑塊:沙斑塊發(fā)育在Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)的海岸線折射的海區(qū),與Ⅱ區(qū)的沙斑塊區(qū)域連續(xù),沙斑塊的面積大小與Ⅱ區(qū)的沙斑塊面積大小相同,都在幾十平方米。5海底力學(xué)地貌的調(diào)查和分析通過(guò)本項(xiàng)工作,較為全面、系統(tǒng)、清晰地揭示了青島近岸