李金鐸,郭清榮,林振華

(國家海洋局寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站 寧波 315010)

海洋采砂區(qū)監(jiān)測監(jiān)管中淺地層剖面儀的應(yīng)用

李金鐸,郭清榮,林振華

(國家海洋局寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站 寧波 315010)

以溫州甌江口外B采砂區(qū)為例,應(yīng)用淺地層剖面儀探測采砂區(qū)鄰近海域淺部底質(zhì)空間分布狀況,可以了解和評價海砂資源分布、資源量、開采現(xiàn)狀和影響、未來開采方向和適宜性,為海洋采砂區(qū)科學(xué)選劃、動態(tài)監(jiān)測、環(huán)境影響評價和監(jiān)視監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)。

淺地層剖面儀;采砂區(qū);監(jiān)測;溫州甌江口外

1 引言

海砂作為一種重要的礦產(chǎn)資源和建筑材料,又是一種重要的海洋生態(tài)環(huán)境要素。改革開放以來,特別是近年來,隨著沿海地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,海砂需求日益旺盛,帶動海砂開采快速發(fā)展,同時也暴露出盜采、亂采、濫采等諸多問題[1]。為了保護(hù)海洋資源,減小海砂開采對海洋環(huán)境的影響,國家海洋行政主管部門近年來加強(qiáng)了海砂開采的監(jiān)督管理,嚴(yán)把項(xiàng)目準(zhǔn)入關(guān),規(guī)定海砂開采必須在勘察的基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃選址,實(shí)行海域論證和環(huán)境影響評價,要求海砂開采單位必須在選劃的采砂區(qū)內(nèi)科學(xué)、合理、有序的開采;同時進(jìn)一步加強(qiáng)海砂開采動態(tài)監(jiān)測工作,并在海砂資源和開采現(xiàn)狀以及對周邊海域環(huán)境和海洋功能的影響評價結(jié)果基礎(chǔ)上,審批是否續(xù)期用海[2-3]。

溫州甌江口外采砂區(qū)位于大門島南側(cè) (圖1),2004年開始正式開采,每年的開采量約為40萬t。受海砂開采業(yè)主委托,定期對溫州甌江口外海砂沉積區(qū)及附近海域進(jìn)行包括水文、地形、地質(zhì)、環(huán)境等方面的動態(tài)監(jiān)測和評價。其中,作為一種有效和必要的手段,應(yīng)用淺地層剖面儀探測采砂區(qū)鄰近海域淺部地層狀況,結(jié)合地形測量、底質(zhì)采樣等手段,可以了解和評價該區(qū)底質(zhì)類型及空間分布狀況、海砂資源分布和資源量、開采現(xiàn)狀和影響、未來開采方向和適宜性,為海洋采砂區(qū)科學(xué)選劃、動態(tài)監(jiān)測、環(huán)境影響評價和監(jiān)視監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[4]。

圖1 研究區(qū)域和測線布置

2 淺地層剖面儀的原理和探測技術(shù)

2.1 淺地層剖面測量的工作原理

淺地層剖面測量興起于20世紀(jì)80年代,是一種利用聲波在海水和海底沉積物中的傳播和反射特性及規(guī)律的連續(xù)走航式探測水下淺部地層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的地球物理方法。它采用聲波反射的方式進(jìn)行走航測量形成一連續(xù)斷面 (圖2),從而獲得直觀的海底淺部地層結(jié)構(gòu)剖面。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,淺地層剖面測量技術(shù)日趨成熟,可以獲得水下淺部地層高效、高分辨率、高精度的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征,廣泛應(yīng)用于海洋工程勘察、地質(zhì)調(diào)查、沉積物分類、港口水運(yùn)工程、海礦開采、疏浚測量、環(huán)境調(diào)查、海底管線路由調(diào)查和檢測等多個領(lǐng)域[5-7]。

2.2 3200-XS淺地層剖面儀技術(shù)指標(biāo)

2012年溫州甌江口外采砂區(qū)動態(tài)監(jiān)測采用美國產(chǎn)3200-XS型淺地層剖面儀,SB-216S拖魚。系統(tǒng)由甲板單元 (工控機(jī))、拖魚及拖纜組成,配備Discover數(shù)據(jù)采集控制軟件。主要技術(shù)性能指標(biāo)為:

采用寬帶線性調(diào)頻技術(shù)(Chirp)技術(shù),穿透深度大、分辨率高。泥質(zhì)海底最大穿透80 m,垂直分辨率6～10 cm,最大工作水深300 m。脈沖類型為全頻譜 (幅值、相位加權(quán)調(diào)頻),發(fā)射頻率2～15 k Hz,波束寬度16°～32°,最大增益33 d B,16位A/D-D/A轉(zhuǎn)換,雙通道功率放大器,輸入電源電壓為220 V;輸出功率為2 000 W峰值。

2.3 探測技術(shù)

在海砂開采區(qū)及鄰近海域布置測線 (圖1),采用Trimble SPS351 DGPS和導(dǎo)航電腦導(dǎo)航定位,拖魚固定在測量船前側(cè)舷邊,以減少外界干擾,GPS天線固定在拖魚處,淺地層剖面儀與GPS設(shè)置成一致的采樣頻率,保證探測數(shù)據(jù)與空間坐標(biāo)相對應(yīng)。測量船速度控制在5節(jié)以下,資料面貌良好。

根據(jù)導(dǎo)航定位記錄繪制航跡圖和測線段的探測剖面,根據(jù)淺地層剖面儀記錄進(jìn)行地質(zhì)解譯,并編繪于探測剖面圖上,繪制成果圖件。

圖2 淺地層剖面測量的工作原理

3 探測結(jié)果與應(yīng)用實(shí)例

3.1 地層和底質(zhì)分布特征

根據(jù)淺地層剖面記錄特征,調(diào)查海域淺地層大體上可以分成兩個地層:I層和II層。I層覆蓋在II層之上(圖3),或直接出露海底面。

(1)I層:反射波連續(xù)性好,層理發(fā)育,下部地層密度增大,反射波穿透的地層厚度較小,約5～10 m(圖3)。根據(jù)記錄特點(diǎn)判斷,I層為全新世晚期海相沉積物,巖性以粘土質(zhì)粉砂等細(xì)顆粒沉積物為主,流塑至軟塑狀,富含水分,孔隙度高。

(2)II層:反射波穿透性差,地層結(jié)構(gòu)構(gòu)造一般不詳,偶見地層內(nèi)部層理或沉積界面。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合表層沉積物調(diào)查結(jié)果,判斷總體上以砂質(zhì)為主,可能以沖積、洪積物為主,頂部受現(xiàn)代潮流改造作用。

根據(jù)淺地層剖面測量和解譯結(jié)果,可以判別出調(diào)查海域泥質(zhì)沉積和砂質(zhì)沉積的空間分布特征。結(jié)合往年資料,可以判別出海砂輸運(yùn)沉積方向和強(qiáng)度。為采砂區(qū)的選劃、海砂儲量估算、采砂區(qū)海域使用審批提供科學(xué)、直觀的依據(jù)。

圖3 淺地層剖面記錄揭示的兩個地層

3.2 海底面特征

從其海底面的反射波記錄特征可以分成兩個典型類型。第一類記錄的海底面比較平緩(圖4左半部分),底質(zhì)為泥質(zhì),層理發(fā)育,可能反映了海底面的自然狀況。第二類記錄的海底面起伏頻繁,幅度達(dá)數(shù)米,繞射波發(fā)育 (圖4右半部分),底質(zhì)為砂質(zhì),判斷為海砂開采造成。也發(fā)現(xiàn)有上述兩者之間的過渡類型,表現(xiàn)為較大的溝谷地形相間,未見繞射波現(xiàn)象,可能與大強(qiáng)度海砂開采后較長時間停止作業(yè)有關(guān)。

圖4 淺地層剖面記錄顯示海底面狀況

從淺地層剖面記錄反映出的海底面特征,可以清晰的判別海砂開采的范圍、強(qiáng)度以及對海底環(huán)境造成的影響。

4 結(jié)語

(1)應(yīng)用淺地層剖面儀獲得采砂區(qū)鄰近海域淺部地層狀況,用以了解清楚該區(qū)底質(zhì)類型及空間分布狀況,評價海砂開采的適宜性。

(2)從淺地層剖面記錄反映出的海底面特征,可以清晰地判別海砂開采的范圍、強(qiáng)度以及對海底環(huán)境造成的影響,為進(jìn)一步監(jiān)測和監(jiān)管提供依據(jù)。

[1] 蘇東甫,王桂全.我國海砂資源開發(fā)現(xiàn)狀與管理對策探討[J].海洋開發(fā)與管理,2010,27(3):64-67.

[2] 國家海洋局.海砂開采使用海域論證管理暫行辦法[EB/OL].[2013-09-10].http://wenku.baidu. com/view/3677fe234b35eefdc8d3a9.html.

[3] 國家海洋局.海砂開采動態(tài)監(jiān)測簡明規(guī)范(試行) [EB/OL].[2013-09-10].http://wenku.baidu. com/view/012a7069561252d380eb6ec.html.

[4] 寧波市海洋環(huán)境監(jiān)測中心.洞頭縣大門島南側(cè)采砂區(qū)海砂開海域使用動態(tài)監(jiān)測報(bào)告(2012年度) [R].寧波:寧波市海洋環(huán)境監(jiān)測中心,2012.

[5] 劉保華,丁繼勝,裴彥良,等.海洋地球物理探測技術(shù)及其在近海工程中的應(yīng)用[J].海洋科學(xué)進(jìn)展, 2005,23(3):374-384.

[6] 謝向文,郭玉松,張曉予,等.水聲勘探中的淺地層剖面技術(shù)應(yīng)用[J].港工技術(shù),2009,46(5):53-55.

[7] 王艷.海纜路由探測中淺地層剖面儀的現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].物探裝備,2011,21(3):145-149.