海南海底地形地貌特征范文

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《海洋地質(zhì)前沿》2016年第12期

摘要：

利用Sonic2024多波束測深系統(tǒng)對海南東方岸外進(jìn)行高精度的水深測量，根據(jù)所測數(shù)據(jù)繪制海底水深地形地貌圖等。研究區(qū)水深范圍在8～32m之間，西部深，東部淺，水深向岸線方向變淺，地勢東北高，西南低。研究區(qū)存在2種典型的海底地形地貌，西部的U型沖刷谷和兩片沙波活動區(qū)。U型谷內(nèi)水深較大，地形較為平坦，無大的起伏。沙波活動區(qū)的沙波規(guī)模較大，以大型和巨型沙波為主，沙波脊線基本沿WE向，但兩片沙波并不完全相同，存在空間差異，沙波的形態(tài)參數(shù)上也存在一定差異。

關(guān)鍵詞：

風(fēng)電場；地形地貌；U型谷；沙波

21世紀(jì)是海洋開發(fā)的世紀(jì)，隨著海洋資源開發(fā)力度的增大，各種海上工程設(shè)施日益增加。伴隨著我國大氣污染的日益加重，對清潔能源的需求日益增加，海上風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔能源，備受各國青睞。21世紀(jì)前10年，丹麥、荷蘭、英國、日本紛紛開展了海上風(fēng)電項目［1］。海底地形地貌的探測和分析工作是海上風(fēng)電場的選址和建設(shè)的基礎(chǔ)工作之一，由于海底地形的復(fù)雜多變，前期的場址調(diào)查顯得十分重要，可能關(guān)乎到整個項目的成敗。海底地形地貌的研究主要采用高精度的多波束測深系統(tǒng)對研究區(qū)進(jìn)行水深測量，并配合淺地層剖面儀和側(cè)掃聲吶對海底地形地貌進(jìn)行分析。

1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于海南島西部，感城鎮(zhèn)附近海域，隸屬于海南東方市，東方市位于海南島西部稍偏南，南與樂東縣接壤，北與昌江縣交界，西瀕北部灣（圖1）。研究區(qū)在其西南約30km，處在18°45′52．66″—18°53′22．55″N，108°28′25．29″E—108°31′48．90″，面積約76．2km2。研究海域位于北部灣東南部海域，北部灣為三面受陸地包圍的淺水海灣，大部分水深在20～60m，等深線走向基本上與岸線走向一致。研究區(qū)在構(gòu)造上位于新生代鶯歌海盆地內(nèi)，區(qū)域主要構(gòu)造線方向為NW—SE向，部分為NE—SW向。其中鶯歌海盆地是在紅河裂谷系的基礎(chǔ)上發(fā)育起來的一個新生代大型裂谷式凹陷盆地，在古近（晚白堊世）開始形成。位于九所—陵水?dāng)嗔褞Ш屯跷濉慕虜嗔褞еg，屬于華南褶皺系五指山褶皺帶。五指山褶皺帶演化歷程經(jīng)歷了3個發(fā)展階段及相應(yīng)的構(gòu)造運動：長城紀(jì)—志留紀(jì)為地槽發(fā)展階段；泥盆紀(jì)—早三疊世為準(zhǔn)地臺發(fā)展階段；中三疊世—第四紀(jì)為大陸邊緣活動帶發(fā)展階段。八所海岸地區(qū)位于二疊系上統(tǒng)南龍組與二疊系下統(tǒng)鵝頂組之間，呈不整合接觸。該區(qū)域沉積物來源主要為沿岸地區(qū)的剝蝕產(chǎn)物［2］，同時可能也接收來自北部灣NW向搬運來的沉積物及由南向北的海流所帶來的外海沉積物［3］，從附近昌化江等小型河流入海，也會為該地區(qū)提供大量的沉積物［4］。因此，研究區(qū)的表層沉積物是近岸剝蝕、海流運輸和河流輸入的混合沉積物。根據(jù)鉆孔和海底沉積物取樣資料，研究區(qū)表層沉積物以松散的砂為主，部分地區(qū)有黏土質(zhì)粉砂、礫砂［5］，下部為質(zhì)密的砂、粉砂質(zhì)黏土、黏土質(zhì)礫砂［6］。該區(qū)廣泛發(fā)育沙波沙脊，沙脊走向為NS，沙波大致呈NE—SW走向［7］。北部灣冬季在東北季風(fēng)的作用下，在整個灣內(nèi)產(chǎn)生一個大的逆時針環(huán)流。夏季西南季風(fēng)較弱，密度流對整個環(huán)流貢獻(xiàn)較大，灣內(nèi)海流表現(xiàn)為逆時針環(huán)流［8］。因此，研究區(qū)附近表層海流特點為一個大的逆時針環(huán)流，流向不隨季風(fēng)改變。北部灣潮波是由太平洋潮波傳入南海，再傳入北部灣形成的，東方市近岸海域潮汐為規(guī)則日潮，平均潮差為1．49m［6］。海南島西岸外近岸潮流主要為近SN向往復(fù)流，流向與海岸基本平行，漲落潮流方向分別為N向和S向［9］。

2資料來源與研究方法

中國科學(xué)院海洋研究所于2014年對研究區(qū)進(jìn)行了專門的地球物理探測和研究工作。主要進(jìn)行了精密的多波束水深測量，旁掃聲吶地貌測量和淺地層剖面測量。水深測量使用的是Sonic2024多波束測深系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有連續(xù)的在線調(diào)頻能力，工作頻率范圍比較廣，從200～400kHz，共有20多個頻率，另外該系統(tǒng)支持根據(jù)外業(yè)情況合理的選擇覆蓋角度，具有全覆蓋，高精度，高效率的特點。用旁掃聲吶主要對研究區(qū)的活動沙波分布區(qū)的海床形態(tài)進(jìn)行自然或人工地貌（障礙物、錨纜溝等）形態(tài)分析；淺地層剖面測量主要是為了查明海底狀況、海底基巖埋深和分布情況等。

3分析與討論

3．1研究區(qū)的地形特征

多波束水深數(shù)據(jù)經(jīng)過Caris軟件預(yù)處理形成最終的成圖水深數(shù)據(jù)。根據(jù)最終的成圖水深數(shù)據(jù)，采用克里金插值法，做出高精度的海底地形圖（圖2）。從水深等值線圖上可以看出，研究區(qū)無明顯礁石或基巖出露，總體上西部深，東部淺，水深向岸外方向變深，地勢東北高，西南低，向西南方向傾斜，斜度一般在3°～5°之間。水深范圍在8～32m之間，平均水深21m。研究區(qū)西部水深較大，水深范圍為20～32m，最大水深32m。中間水深較淺，水深范圍為9～20m，最小水深9m。在研究區(qū)的西部存在一個海溝，開始海溝近乎SN向，到研究區(qū)北部，海溝逐步過渡為NE—SW向，呈現(xiàn)出一個開口向東的“U”字。中部水深較淺，等值線呈現(xiàn)多個不規(guī)則的條帶狀。研究區(qū)的東南部有NE—SW向的密集等值線區(qū)，表明此處地形起伏變化大，地形高差約20m。總體來說，研究區(qū)的地形相對較為復(fù)雜，沖蝕溝槽和高地相間分布。

3．2典型剖面特征

從研究區(qū)選取4條典型地形剖面來研究區(qū)域的主要地形特征，各典型剖面和其位置見圖3。（1）剖面A剖面A是一條橫穿研究區(qū)域北部的典型剖面，走向WE，總長度約6．3km。從剖面圖上可以看出研究區(qū)北部地形兩邊高，中間低，中間低的位置是一個沖涮溝槽，溝槽寬度約1．5km，沖溝的深度大約為6m，寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于深度，坡度0．8％。剖面圖的A端的谷坡和谷頂有微小錐狀起伏，高度大約為1m。（2）剖面B剖面B位于研究區(qū)的中部，橫穿整個研究區(qū)，總長度約6．3km，走向WE。從圖3中可以看出，西邊地勢低，東邊高，在中間2．8km處有一坡度較陡的水下岸坡，坡度6．5％。在剖面圖的左邊可以看到一些波狀起伏，推測為一些細(xì)小的沙波。（3）剖面C剖面C位于研究區(qū)的最南端，總長度3．7km，走向WE。從圖3中可以看出，地勢東高西低，與研究區(qū)總體的地形相一致。（4）剖面D剖面D是一條縱貫研究區(qū)南北的剖面，總長度約14km，走向SN。從圖3可以看出，地勢南北高，中間低，中間部分，有兩片區(qū)域有連續(xù)的鋸齒狀地形起伏，推測應(yīng)該是沙波活動區(qū)的位置。

3．3研究區(qū)地貌特征

在地貌上，研究區(qū)主要處于陸架淺海平原地帶，水體較淺，通過海底三維地形圖（圖4），該地區(qū)主要為陸架沙脊沙波地貌，以及少量幾處水下岸坡和巖灘地貌為特征。從調(diào)查區(qū)三維地形圖上可以看出，地形構(gòu)造以EW向為臺階狀構(gòu)造為主，南北為條帶狀海底溝谷為主。北部地形較為平緩，地形落差比較小，中部偏北地形崎嶇，落差最大。地形最大落差位于地形剖面線B所處位置，約為12m落差。南部地形落差最大位于地形剖面線C位置，落差為8m，海底相對平坦。從圖4中可以看出，研究區(qū)存在兩種相對較大的典型海底地貌，西部的U型溝谷區(qū)和兩片沙波分布區(qū)。

3．3．1U型谷

研究區(qū)存在一個U型沖刷谷（圖5），U型谷的寬度在800～1600m不等，水深較大，平均水深25m，U型谷北部地形較為平坦，無起伏，再往南，到中部開始水深增大，到南部水深增至最大，達(dá)到32m。溝谷內(nèi)部海底可見細(xì)小波紋狀起伏。從溝谷的北、中、南各取一條剖面（圖6）：剖面1位于溝谷的北段，可以看出，溝谷北段寬度約為1．5km，最大水深26m。溝谷兩側(cè)坡度不等，左側(cè)坡度0．5％，右側(cè)坡度1％，左側(cè)較平緩，右側(cè)較陡，右側(cè)谷坡有發(fā)育成二級階地的跡象，但是不明顯。U型谷中段寬度約為1．2km，左側(cè)溝谷底部比較平坦，平均水深26m，地形略有起伏，但起伏不大，多在±1m以內(nèi)。從剖面圖上可以看出，右側(cè)谷坡較陡，右側(cè)有一高達(dá)7m的水下岸坡，坡度達(dá)到8．7％。U型谷南部水深較大，研究區(qū)的最大水深即位于此處，左側(cè)較為平緩，右側(cè)谷坡較陡，坡度1．6％。

3．3．2沙波活動區(qū)

研究區(qū)存在2個較為明顯的沙波活動區(qū)如圖7所示。通過垂直于沙波脊線的地形剖面，提取沙波的波長、波高、陡傾角、緩傾角等形態(tài)參數(shù)，并計算沙波的沙波指數(shù)、對稱系數(shù)等，可以得到表1的統(tǒng)計結(jié)果。A區(qū)以18°50．93906′N，108°30．585023′E為中心，呈南北長3．91km，東西寬2．8km的近似方形區(qū)域，平均水深15m。A區(qū)分布著各種類型的沙波，沙波之間的差異性較大，沙波脊線的延伸方向基本上呈WE向。波高范圍為0．84～9．9m、平均波高4．8m，波長范圍為49．4～719．7m、平均波長253．1m，垂直形態(tài)系數(shù)（波長／波高）范圍為15．7～196．2、均值為57．7，沙波對稱指數(shù)（緩坡投影長／陡坡投影長）范圍為0．77～9．63、均值為3．98。根據(jù)Ashley的沙波分類方法［10］，A區(qū)的沙波類型涵蓋了從小型、中型、大型直到巨型沙波等全部類型，其中大部分沙波的波長＞100m，故A區(qū)沙波以巨型沙波為主，且沙波的陡緩傾角都現(xiàn)對較小。A區(qū)沙波規(guī)模較大，平面形態(tài)上基本以新月型為主，沙波區(qū)內(nèi)地形呈階梯狀起伏。B區(qū)以18°47．15045′N，108°30．35341′E為中心，呈南北長3．1km，東西寬1．25km的長方形區(qū)域，B區(qū)水體較深，平均水深為20m左右。沙波規(guī)模相對A區(qū)較小，波高范圍為1．44～5．95m、平均波高3．5m，波長范圍為41．5～172m、平均波長95．04m，垂直形態(tài)系數(shù)（波長／波高）范圍為14．5～89．2、均值為30．2，沙波對稱指數(shù)（緩坡投影長／陡坡投影長）范圍為0．67～5．69、均值為2．62。根據(jù)Ashley的沙波分類方法［10］，B區(qū)的沙波以大型沙波為主，也有少量巨型沙波分布在B區(qū)東南部。這些沙脊延伸方向為近東西向，沙波沙脊走向與底流方向近乎垂直，但沙脊區(qū)B延伸方向有由EW向向NW向變化的趨勢。通過對比A區(qū)和B區(qū)的沙波可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)的沙波發(fā)育存在一定的空間差異性，A區(qū)到B區(qū)水深逐漸增大，沙波規(guī)模卻有所減小，主要表現(xiàn)在沙波的平均波長和波高都減小，沙波的垂直形態(tài)系數(shù)也有所減小。沙波的對稱系數(shù)變小，說明沙波的對稱性變好。另外一方面的差異體現(xiàn)在沙波脊線的走向上，A區(qū)和B區(qū)的絕大部分沙波的脊線走向是近乎WE向，但是B區(qū)的南部沙波的走向有從WE走向，變?yōu)镹W—SE向的趨勢。一般認(rèn)為，海底沙波的形成是沉積物和水動力相互作用的響應(yīng)，是由于定向的海流搬運砂質(zhì)沉積物，堆積在海底形成的，也是沉積物、地形和水動力環(huán)境的復(fù)雜耦合作用的結(jié)果。推測B區(qū)的海底水動力條件和A區(qū)存在較大差異。

4結(jié)論與展望

（1）東方風(fēng)電場海域水深一般為8～32m，平均21m左右，往岸線方向逐漸變淺。遠(yuǎn)離岸線外海一側(cè)，南北方向上發(fā)育一條U型溝谷，最大水深位于溝谷南部地區(qū)，水深約32m，整體上風(fēng)電場西南部水深大于東北部。

（2）研究區(qū)地形整體起伏不大，海底無基巖或礁石出露，地形構(gòu)造以東西向臺階狀構(gòu)造為主，南北為條帶狀U型海底溝谷為主，地形落差由北向南逐漸減小，地形起伏趨于平緩。

（3）地貌上，調(diào)查區(qū)域主要處于陸架淺海平原地帶，水體較淺，該地區(qū)主要以陸架沙脊沙波地貌為特征，區(qū)內(nèi)共劃分為兩處大型沙脊沙波區(qū)，發(fā)育少量水下岸坡和水下巖灘地貌。

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作者:張洪運 欒振東 李近元 單位:中國科學(xué)院海洋研究所中科院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室 中國科學(xué)院大學(xué) 國電新能源技術(shù)研究院 中能電力科技開發(fā)有限公司