魏 巍, 李培英， 賈永剛， 馬 媛, 劉 強(qiáng), 呂修亞, 殷征欣, 李正元

(1. 國(guó)家海洋局南海調(diào)查技術(shù)中心，廣東 廣州 510300； 2. 山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266100)

技術(shù)報(bào)告

瓊州海峽路由區(qū)工程地質(zhì)特征及其與環(huán)境變化的關(guān)系?

魏 巍1,2, 李培英2， 賈永剛2， 馬 媛1??, 劉 強(qiáng)1, 呂修亞1, 殷征欣1, 李正元1

(1. 國(guó)家海洋局南海調(diào)查技術(shù)中心，廣東 廣州 510300； 2. 山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266100)

瓊州海峽是粵西海域與北部灣的物質(zhì)交換的通道，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜。根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，結(jié)合前人研究成果，系統(tǒng)研究了瓊州海峽海纜路由區(qū)的海底工程地質(zhì)特征及其與環(huán)境演變的關(guān)系。研究表明，瓊州海峽路由區(qū)水文條件、地形地貌、物質(zhì)組成、物理力學(xué)性質(zhì)等工程地質(zhì)環(huán)境要素復(fù)雜多樣，它們?cè)诜植己统梢蛏霞扔袇^(qū)別又有聯(lián)系。晚更新世以來(lái)的瓊州海峽海平面的變化，決定了該區(qū)域海底工程地質(zhì)條件的發(fā)生與發(fā)展。未來(lái)全球氣候變暖造成的海平面的持續(xù)上升，改變瓊州海峽區(qū)域環(huán)境條件，將會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和海底工程建設(shè)安全構(gòu)成潛在威脅，應(yīng)該引起高度重視。

瓊州海峽；工程地質(zhì)特征；地質(zhì)環(huán)境；演變

瓊州海峽東西長(zhǎng)80.3 km、南北寬約30 km、中部最窄處19.4 km，是中國(guó)的第三大海峽。瓊州海峽被譽(yù)為“黃金水道”，溝通了北部灣和南海中、東部，也分割了大陸與“一帶一路”的海上要地海南島。在本世紀(jì)最初十年的海底輸電電纜、海底通信光纜、跨海大橋與海底隧道等多個(gè)大型工程論證與實(shí)踐中，形成了中部、西部?jī)蓚€(gè)跨海路由區(qū)，中部路由區(qū)位于廣東省徐聞縣海安灣西側(cè)至海南省?？谑泻？跒澄鱾?cè)間，西部路由區(qū)位于角尾灣西側(cè)至澄邁灣西側(cè)間。其中海底輸電電纜位于西部路由區(qū)、海底通信光纜基本中部路由區(qū)、海底隧道也推薦該兩個(gè)區(qū)[1-2](見(jiàn)圖1)?？缭胶{路由區(qū)的建立，對(duì)于促進(jìn)兩岸信息、能源交流、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提升區(qū)域經(jīng)濟(jì)和國(guó)家戰(zhàn)略的重要保障具有重要意義。

瓊州海峽兩岸曲折、岬角與海灣交錯(cuò)，東西兩端為兩個(gè)潮流三角洲，峽谷水深劇烈變化、工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜。20世紀(jì)中葉以來(lái)，陸續(xù)提出了海岸侵蝕成因、構(gòu)造斷裂成因、海侵低地成因等[3-8]。20世紀(jì)90年代，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局曾在海峽內(nèi)開(kāi)展相關(guān)調(diào)查，對(duì)海峽地層特征、地質(zhì)災(zāi)害因素進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)[9-10]。21世紀(jì)以來(lái)，對(duì)瓊州海峽的研究主要集中在瓊州海峽的沉積環(huán)境、流場(chǎng)特征、潮流輸沙等基礎(chǔ)研究方面[11-14]。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of working area

近年來(lái)，隨著一系列大型跨海海底工程的建設(shè)實(shí)施，人類(lèi)開(kāi)發(fā)活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境交互作用不斷增強(qiáng)，在內(nèi)外營(yíng)力多變，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的海峽區(qū)域，有必要對(duì)橫切海峽關(guān)鍵區(qū)域的海底工程地質(zhì)特征進(jìn)行調(diào)查和研究。本文選取海峽典型西部跨海路由區(qū)，利用該區(qū)域內(nèi)最新地質(zhì)與地球物理調(diào)查資料，結(jié)合前人調(diào)查資料與研究成果，進(jìn)一步研究該區(qū)域海底工程地質(zhì)條件與海底穩(wěn)定性，并探討了晚更新世以來(lái)該區(qū)域工程地質(zhì)條件與環(huán)境演變的關(guān)系。

1 調(diào)查方法及設(shè)備

2014年5月及2015年10月，國(guó)家海洋局南海調(diào)查技術(shù)中心分別在西部路由區(qū)與中部區(qū)完成了海底地形地貌調(diào)查、海洋工程地質(zhì)勘察、水文氣象環(huán)境條件調(diào)查及相關(guān)室內(nèi)測(cè)試分析工作。2個(gè)路由區(qū)的調(diào)查設(shè)備與方法基本一致，從而較全面掌握了路由區(qū)的地形地貌、工程地質(zhì)、水文環(huán)境等基本要素特征，為海底路由工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

定位系統(tǒng)使用C NAV 3050星站差分定位系統(tǒng)，水平定位誤差水平<10 cm。

多波束水深測(cè)量與淺地層剖面探測(cè)、側(cè)掃聲納測(cè)量同步進(jìn)行，測(cè)線(xiàn)垂直等深線(xiàn)布設(shè)，20 m以淺測(cè)線(xiàn)間距50 m，20 m以深測(cè)線(xiàn)間距100 m。水深測(cè)量采用美國(guó)R2SONIC公司生產(chǎn)的Sonic2024型寬帶超高分辨率多波束測(cè)深系統(tǒng)，發(fā)射頻率400 kHz，波束角0.5°×1°，波束個(gè)數(shù)256個(gè)，脈沖長(zhǎng)度30 μs，量程分辨率1.25 cm。淺地層剖面探測(cè)與側(cè)掃聲納測(cè)量使用EdgeTech 2000C淺層側(cè)掃二合一系統(tǒng)，淺剖采用帶振幅和相位加權(quán)的Chirp全譜調(diào)頻脈沖，頻率為2～16 kHz；側(cè)掃聲納頻率采用410 kHz/120 kHz同時(shí)工作。

在西部路由區(qū)按照500～1 000 m間距原則，沿路由中心線(xiàn)布設(shè)56個(gè)鉆探站位，孔深5 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入和取樣相結(jié)合。對(duì)取樣樣品開(kāi)展粒度、天然密度、天然含水率、界限含水率、固結(jié)試驗(yàn)、三軸不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)等。在中部路由區(qū)按照500～5 000 m間距原則，沿路由中心線(xiàn)布設(shè)22個(gè)柱狀取樣站位，取樣深度3 m，測(cè)試內(nèi)容與西部路由區(qū)一致。

2個(gè)路由區(qū)皆在南、北兩端各設(shè)立1個(gè)臨時(shí)潮位站，計(jì)采用RBR DR-2050水位計(jì)進(jìn)行潮位周月觀(guān)測(cè)。西部路由區(qū)沿路由中線(xiàn)均勻布設(shè)4個(gè)定點(diǎn)水文同步連續(xù)觀(guān)測(cè)站，中部路由區(qū)在海峽兩側(cè)20 m水深處各布設(shè)1個(gè)定點(diǎn)水文連續(xù)同步觀(guān)測(cè)站，采用挪威安德拉公司生產(chǎn)的Seaguard RCM海流計(jì)進(jìn)行全潮的海流、溫度、鹽度等水文要素的觀(guān)測(cè)。

2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

瓊州海峽位于新生代北部灣盆地東部的2個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元上，東部處于瓊州海峽隆起，西部處于海北坳陷的一小部分[15]，具有東隆西拗、東薄西厚的構(gòu)造格局，整體構(gòu)造走向以SN為主，與海峽走向垂直[11]，雖有深部斷裂發(fā)育，但長(zhǎng)度均<6.0 km，且不存在東西向深大斷裂[3]。雷瓊斷陷區(qū)網(wǎng)狀構(gòu)造格架由東西向、北西向和北東向3組正斷層相互疊加而成；其中，北西、北東向兩組斷裂控制了海峽兩岸地貌的發(fā)育，造就了南北兩岸岸線(xiàn)曲折、岬角與海灣相望的特點(diǎn)，這些斷裂多形成于古生代的加里東運(yùn)動(dòng)和中生代的燕山運(yùn)動(dòng)，晚第三紀(jì)以來(lái)仍有不同程度的運(yùn)動(dòng)，但晚更新世來(lái)活動(dòng)基本停止[16]。

圖2 地質(zhì)取樣站位示意圖Fig.2 Location of Geological sampling station

雷瓊斷陷區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，瓊州海峽的新生代沉積基底由下古生代的加里東變質(zhì)巖系、上古生代臺(tái)地相輕變質(zhì)巖系和中生代河湖相碎屑巖組成[6]，新生代的基性—超基性巖漿活動(dòng)頻繁，具有間歇性多中心的活動(dòng)特點(diǎn)，形成了由海陸交互相沉積及玄武巖夾層，新生界廣泛發(fā)育海陸交互相沉積，地殼不均勻緩慢上升，海峽及其兩側(cè)的新生界蓋層厚度為1 013～3 507 m[11]。新生代晚期來(lái)，玄武巖噴發(fā)活動(dòng)范圍不斷減小、強(qiáng)度漸趨微弱，暫未發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)火山活動(dòng)的文字記錄。

研究區(qū)地震動(dòng)峰值加速度以海口為中心，依次以0.30、0.20、0.15 g呈環(huán)狀遞減，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。研究區(qū)1970年以來(lái)記錄M≥2級(jí)的地震1 324次，其中5.0～5.9級(jí)8次，6.4級(jí)地震2次。研究區(qū)未來(lái)50年區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生的地震不會(huì)超過(guò)7級(jí)，未來(lái)100年內(nèi)區(qū)域內(nèi)仍可能發(fā)生6級(jí)左右中強(qiáng)地震[17]。

3 路由區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1 海洋水文條件

瓊州海峽南北兩岸無(wú)大型河流，注入海峽的南渡江等河流的年供沙量不大，主要堆積在河口或河口所在的小海灣內(nèi)，對(duì)海峽整體地形地貌的發(fā)展影響不大[18]。根據(jù)廣東海安海洋站、海南秀英海洋站2010—2013年四周年的實(shí)測(cè)潮位分析結(jié)果：研究區(qū)為正規(guī)全日潮、兼具半日潮特征，海峽南北兩岸同步潮位過(guò)程相似，平均潮差約為1.20 m，最大潮差約為3.05 m，屬于弱潮海區(qū)。

瓊州海峽海流主要以潮為主、余流次之，其水動(dòng)力條件主要受東口的南海和西口的北部灣兩個(gè)潮波系統(tǒng)的控制。由于東、西口不同位相和潮時(shí)的分潮從相反方向傳入，這些分潮相互疊加，再加上地形的影響，海峽潮流表現(xiàn)出一定的復(fù)雜性，潮汐和潮流的一致性較差。整體上看，潮流以往復(fù)流為主，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，形式有漲潮東流、漲潮西流、落潮東流和落潮西流4 種流動(dòng)形式，潮汐漲落與流速流向關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，但流態(tài)則較為單一，主要流向?yàn)镾W和NE向。

瓊州海峽周邊流系主要有粵西沿岸流、黑潮南海分支及北部灣環(huán)流(見(jiàn)圖3)，瓊州海峽內(nèi)海流終年流向?yàn)樽詵|向西[19]。影響海峽西口的主要為西北向的北部灣環(huán)流，對(duì)來(lái)自海峽內(nèi)的沉積物向北部灣輸運(yùn)起到促進(jìn)作用，海峽東口的由北向南的沿岸流與逆時(shí)針環(huán)流，共同將海峽內(nèi)潮流沖蝕物質(zhì)沉積在海峽東北部的匯聚中心(見(jiàn)圖2)[20]。研究區(qū)海流流速普遍較大，且具有中間大于兩端，中層大于表、底層，大潮期大于小潮期的變化特點(diǎn)。西部路由區(qū)實(shí)測(cè)表層海流最大流速為128 cm/s、流向272°，底層海流最大流速為103 cm/s、流向272°；中部路由區(qū)實(shí)測(cè)表層海流最大流速為125 cm/s、流向72°，底層海流最大流速為125 cm/s、流向76°。

研究區(qū)為輕浪區(qū)，海峽東部口外波浪平均波高(H1/10)0.9～1.0 m，西口外為0.6 m，南北岸的波浪強(qiáng)度較東西口外區(qū)域小[13]。北岸全年小于2級(jí)波(<0.5 m)的波高出現(xiàn)頻率為44.9%，3 級(jí)波(0.5～1.4 m)出現(xiàn)頻率53.0%，4級(jí)波年出現(xiàn)頻率僅為2.1%。南岸全年各級(jí)波高的出現(xiàn)頻率與北岸相近，小于2級(jí)波為43.2%，3級(jí)波為56.6%，4級(jí)波僅為0.2%，北岸4級(jí)波出現(xiàn)的頻率大于南岸。北岸夏季和秋季3級(jí)波出現(xiàn)頻率較其它季節(jié)大；南岸夏季3級(jí)波出現(xiàn)的頻率較其它季節(jié)小。

圖3 南海北部夏季海流分布[20]Fig.3 The distribution of summer ocean current in the north of South China Sea[20]

3.2 海底地形地貌

瓊州海峽為典型的峽谷地形，起伏變化劇烈，整體上呈西淺東深、中部發(fā)育深槽，西部峽口發(fā)育潮流三角洲、東部峽口發(fā)育侵蝕槽谷。研究區(qū)海底地形地貌復(fù)雜，但仍有一定規(guī)律可循：路由區(qū)南北兩岸淺緩、向中央深槽快速變深，整體呈“U”型，最大水深都超過(guò)100 m，其中西部路由區(qū)最大水深108.7 m，中部路由區(qū)最大水深110.4 m；主要發(fā)育有水下岸坡、峽谷谷壁、峽谷谷底三個(gè)地貌單元，在谷底及谷上發(fā)育有沙波、丘狀凸起、沖刷槽、陡坎等地貌體。

水下岸坡 自水邊線(xiàn)至谷壁上緣，海底平緩；該段長(zhǎng)度及水深在兩個(gè)區(qū)內(nèi)變化較大，其中，西部路由區(qū)南端長(zhǎng)度最短(0.9 km)、北段最長(zhǎng)(10.5 km)，西部路由區(qū)南端最大水深最淺(8.7 m)、北段最大水深最深(32.7 m)。

峽谷側(cè)壁 海底為向谷底快速坡降的負(fù)地形，谷壁上中小型沙波發(fā)育，兩個(gè)路由區(qū)谷壁形態(tài)有差異；西部路由區(qū)谷壁較陡，平均坡度為1.9°(北坡)和3.4°(南坡)，深度上北深南淺，北坡最大水深82.3 m、南坡最大水深46.8 m，北坡局部有陡坎發(fā)育；中部路由區(qū)谷壁相對(duì)平緩，平均坡度0.5°(北坡)和1.4°(南坡)，深度上南深北淺，北坡最大水深85.2 m、南坡最大水深110.4 m，南坡局部有陡坎發(fā)育。

峽谷底部 區(qū)內(nèi)水深最大、地形起伏變化最大、地貌最復(fù)雜的區(qū)域，大型沙波、沖刷槽、陡坎、丘狀突起、洼地等地貌體發(fā)育；西部路由區(qū)谷底呈北低南高的二級(jí)臺(tái)階狀、總長(zhǎng)度16.6 km、最大水深為108.6 m，谷底北部發(fā)育2個(gè)沖刷槽、同時(shí)并存大面積的魚(yú)鱗狀洼地和沙波、谷底南部較北部平均抬升約30 m，地形橫截剖面呈鋸齒狀、發(fā)育1個(gè)相對(duì)高差超過(guò)15 m、跨度1.4 km的玄武巖丘狀凸起、存在多處大型海底沙波，此外，谷底內(nèi)陡坎遍布、局部坡度可達(dá)11.8°；中部路由區(qū)谷底呈北高南低的二級(jí)臺(tái)階狀、總長(zhǎng)度5.9 km、最大水深110.4 m、谷底北部較南部平均同樣抬升約30 m，谷底南北部?jī)?nèi)各發(fā)育2個(gè)沖刷槽，谷底內(nèi)大型沙波、陡坎、丘狀凸起(直徑32 m、高13 m)等地貌體廣發(fā)發(fā)育。其中，深切沖刷槽、丘狀突起等地貌體在馬六甲海峽和津輕海峽也均有發(fā)育,同樣為潮流作用挖掘形成[21]。

3.3 海底土工程特性

根據(jù)海洋調(diào)查規(guī)范[22]，土的工程分類(lèi)按顆粒級(jí)配或塑性指標(biāo)可劃分為碎石土、砂土、粉土和黏性土，黏性土結(jié)合天然含水率和孔隙比進(jìn)一步劃分為粉質(zhì)黏土、黏土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥。通過(guò)對(duì)工程地質(zhì)取樣與試驗(yàn)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)海底砂土、粉土、黏性土都有分布，其物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表2。

(左為西部路由區(qū)，右為中部路由區(qū)。Left: western route, Right:central route.)圖4 路由區(qū)中心線(xiàn)地形剖面圖Fig.4 Water depth section of route of submarine cable system in Qiongzhou Strait表1 研究區(qū)海底沙波特征表Table 1 Table of the Sandwaves characteristics in the study area

沙波類(lèi)型Typesofsedwaves運(yùn)動(dòng)方向Directionofmotion最大波高/波長(zhǎng)Maximumwaveheight/Wavelength沉積物類(lèi)型Typesofsediment魚(yú)鱗狀中型沙波MidsizesquamosesandwavesE1.6m/15.6m中砂、粗砂、礫砂、魚(yú)鱗狀大型沙波LargesquamosesandwavesNEE3.0m/50.0m粗砂魚(yú)鱗狀復(fù)式沙波區(qū)SquamoseduplexsandwavesE7.9m/76m礫砂、圓礫枝狀大型復(fù)式沙波LargearborizationduplexsandwavesE/NE9.3m/65.0m粗砂、粉質(zhì)黏直脊形大型復(fù)式沙波LargetraperedribduplexsandwavesNE9.4m/95m中砂直線(xiàn)形大型復(fù)式沙波LargelinearduplexsandwavesE2.8m/60m中砂、礫砂

圖5 研究區(qū)內(nèi)沙波等地貌體形態(tài)示意圖Fig.5 Sketch map of the landforms in the study area

研究區(qū)北部水下岸坡區(qū)海底表層沉積物主要為流塑至軟塑的淤泥、松散至稍密的粉砂或細(xì)砂，下伏軟塑至可塑狀黏土或黏質(zhì)粉土；南部水下岸坡區(qū)以松散至稍密的細(xì)砂或中砂為主，厚度一般在2 m以?xún)?nèi)；其中，淤泥為灰、灰黑色，飽和，流塑～可塑，個(gè)別孔含粉砂和貝殼碎屑、偶見(jiàn)礫石和中粗砂；粉砂多呈灰色，濕～飽和，松散～密實(shí)，混黏性土；細(xì)砂、中砂多呈灰、灰黃色，濕～飽和，松散～密實(shí)，多含貝殼或珊瑚碎屑、偶見(jiàn)礫石和卵石，黏質(zhì)粉土呈灰色，飽和，稍密狀，混粉砂和貝殼碎屑。

谷壁兩側(cè)及谷底南部隆起區(qū)域海底表層沉積物為細(xì)砂、中砂，下伏硬塑狀黏土及粉質(zhì)黏土，其頂界面剝蝕痕跡明顯，具水平沉積層理，厚度可達(dá)25 m；在峽谷谷底沖刷槽海底表面多見(jiàn)中砂與細(xì)砂、部分區(qū)域下伏的硬塑-堅(jiān)硬狀黏土直接接出露，黏土頂界面剝蝕痕跡明顯；黏土及粉質(zhì)黏土多呈塊狀、以灰色為主，褐黃色次之，濕，硬塑～堅(jiān)硬狀，土質(zhì)不均勻，個(gè)別孔偶見(jiàn)礫石、砂、貝殼碎屑。

西部路由區(qū)谷底南部出露的玄武巖丘狀凸起，其巖體呈細(xì)粒結(jié)構(gòu)，氣孔狀構(gòu)造；其中，強(qiáng)風(fēng)化玄武巖褐色為主，灰色次之，中間夾硬塑狀風(fēng)化土層。中風(fēng)化玄武巖巖質(zhì)較堅(jiān)硬，巖芯較完整。

從海底土分布及特征來(lái)看，整體縱向自上而下強(qiáng)度增加，橫向上變異較大，具有淺水區(qū)地層發(fā)育相對(duì)齊全，深水區(qū)地層缺失增多的特征。其中，全新世及晚更新世松軟沉積物厚度不均，僅在水下岸坡處發(fā)育；峽谷谷壁及谷底處上新世的淺海相黏性土與砂質(zhì)沉積物直接出露于海底，這些沉積物含水率較低、結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度較大，能夠抵抗海峽中部潮流的強(qiáng)烈沖刷，但對(duì)于海底電纜埋設(shè)施工，其開(kāi)挖困難。

表2 研究區(qū)海底土物理力學(xué)性質(zhì)一覽表

4 工程地質(zhì)條件與環(huán)境演變

查明海底路由區(qū)的海底工程地質(zhì)條件可為海底電纜和管道工程的選址、設(shè)計(jì)、施工以及維護(hù)提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)技術(shù)依據(jù)。瓊州海峽西部及中部路由區(qū)的工程水文環(huán)境條件、海底土工程特性基本一致，海底工程地質(zhì)條件整體上具備水下岸坡區(qū)域條件良好、峽谷谷壁及谷底條件較差的總體特征；同時(shí)，也都存在陡坎、沖刷槽、洼地等不良海底地形因素、大規(guī)模發(fā)育的活動(dòng)海底沙波、強(qiáng)烈沖刷海底的底流、堅(jiān)硬的黏土沉積層等不良工程地質(zhì)因素；此外，西部路由區(qū)由于海底地形更加陡峭復(fù)雜、且有大規(guī)模玄武巖臺(tái)地出露，因此，工程地質(zhì)條件略差。

瓊州海峽是連接粵西海域與北部灣的物質(zhì)與能量通道，瓊州海峽非斷裂谷、更非構(gòu)造斷裂成因，而是全新世中期全球性海侵淹沒(méi)原常態(tài)低地而成的[6]。研究區(qū)海底淺表層工程地質(zhì)條件與特征和該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境，尤其是和第四紀(jì)以來(lái)的地質(zhì)環(huán)境變化密切相關(guān)的。

圖6 西部路由區(qū)谷底南部玄武巖丘狀凸起典型淺地層結(jié)構(gòu)Fig.6 Subbottom profile record of basalt platform in western Route area

第四紀(jì)是地球環(huán)境演化過(guò)程中人類(lèi)出現(xiàn)和現(xiàn)代環(huán)境格局逐步形成的重要時(shí)期，第四紀(jì)地球環(huán)境的一個(gè)重要特點(diǎn)是地球氣候的大規(guī)模冷暖波動(dòng)。早更新世以來(lái)，瓊州海峽應(yīng)至少經(jīng)歷過(guò)望樓港海侵、湛江海侵、石歧海侵、禮樂(lè)海侵、桂州海侵等5次海侵[6,23]，頻繁的海侵海退，在研究區(qū)形成了濱海相-陸相交替沉積。至晚更新世末次冰期時(shí)雷州半島與海南島連成一片山地丘陵，西側(cè)為北部灣沿海水系匯聚的平原，東側(cè)為粵西湛江灣沿海水系匯聚的平原[6]。

雖然海峽形成的主要時(shí)段為全新世前段的前北方前期與北方期[24]，或中段的大西洋期[12]尚有不同看法，但海平面上升→淹沒(méi)常態(tài)低地→海流侵蝕與物質(zhì)外輸→浪流沖塌貫通的海峽形成過(guò)程已經(jīng)得到共識(shí)，同時(shí)，也有研究人員推算自瓊州海峽形成以來(lái)，中央深槽下切平均速度為0.7 cm/a，最大下切73 m左右[6]。

海峽區(qū)整體上受海流強(qiáng)大沖刷和挾沙能力的影響，上上新統(tǒng)-更新統(tǒng)的松散沉積物被侵蝕，造成了最大超過(guò)70 m的地層缺失，使上下地層結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成呈現(xiàn)明顯區(qū)別；同時(shí)，海流沖刷也塑了造現(xiàn)今深切復(fù)雜的海底地形、沙波與洼槽廣布的海底地貌；此外，沖刷形成的峽管地形，也會(huì)加大海流流速、增強(qiáng)海流侵蝕輸運(yùn)能力；至今，在海峽深水區(qū)的谷壁與谷底，仍處于侵蝕狀態(tài)，海底為硬底質(zhì)，并可見(jiàn)砂粒和白色貝殼隨水流沿海底滾動(dòng),部分顆粒躍移[6]。海峽區(qū)局部受構(gòu)造作用影響，發(fā)育“無(wú)根”漫溢玄武巖，其與圍巖抗侵蝕能力的差異，更加劇了海底地形地貌的復(fù)雜程度。

現(xiàn)今，海峽東西兩側(cè)的流場(chǎng)特征，仍有助于海底內(nèi)侵蝕物質(zhì)的向外輸運(yùn)。若未來(lái)氣候繼續(xù)變暖、海平面持續(xù)上升，則可能進(jìn)一步加強(qiáng)底流侵蝕作用，更粗顆粒的物質(zhì)被輸運(yùn)出海峽，海峽內(nèi)部繼續(xù)下切，海底沉積物活動(dòng)性加強(qiáng)，會(huì)造成海峽的改變，對(duì)現(xiàn)有的海底電纜等構(gòu)筑物安全產(chǎn)生不良影響；同時(shí)，海峽東西兩側(cè)的潮流三角洲會(huì)進(jìn)一步斷拓展，改變所在區(qū)域的工程地質(zhì)環(huán)境條件。

5 結(jié)論

(1) 資料分析表明，瓊州海峽中部及西部路由區(qū)內(nèi)的海底工程地質(zhì)條件基本滿(mǎn)足海纜的鋪設(shè)需求，但在底流侵蝕強(qiáng)烈、地形復(fù)雜、海底沙波發(fā)育、底質(zhì)偏硬的峽谷底部等區(qū)域，應(yīng)加強(qiáng)海纜的自身外保護(hù)，切割海底形成溝槽后掩埋海纜，再覆蓋上水泥蓋板等硬質(zhì)物體進(jìn)行保護(hù)。

(2) 第四紀(jì)尤其是晚更新世以來(lái)瓊州海峽地質(zhì)環(huán)境的演變決定了該區(qū)域海底工程地質(zhì)特征的演化，尤其全新世海侵以來(lái)，海流成為瓊州海峽的重要?jiǎng)恿χ?，?duì)海峽的沉積和地貌產(chǎn)生了深刻影響，決定了該區(qū)域的工程地質(zhì)條件。

(3) 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，瓊州海峽跨海工程的不斷涌現(xiàn)，對(duì)海峽海域進(jìn)行全面的海底工程地質(zhì)條件的分析與研究，對(duì)該地區(qū)未來(lái)的發(fā)展和防災(zāi)減災(zāi)具有十分重要的經(jīng)濟(jì)意義和戰(zhàn)略意義。

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Abstract: The Qiongzhou Strait，a water-sediment exchange channel between the western coastal waters of Guangdong province and the Beibu Gulf，is rather complicated in geological environment. Geological & geophysical survey Data and previous research products are used in this paper to systematically study the engineering geological properties of the Qiongzhou Strait submarine cable route area and its relationship with environmental evolution. The engineering geological environmental factors i. e., hydrology conditions, topographic and morphologic features, composition and structure, physical and mechanical properties on the subsurface are complicated and diverse in Qiongzhou Strait submarine cable route area. There are both differences and connections in the distribution and origin of those factors The river-sea interaction since late Pleistocene are the main factors，which may influence the genesis and development of Engineering geological condition in the Strait. The continued rise in sea levels caused by future global warming will Change regional geotechnical conditions in Qiongzhou Strait. More attentions should be given to the regional geotechnical conditions that can greatly threaten regional economic development and engineering construction

Key words: Qiongzhou strait； geotechnical properties； geologi environment； evolution

責(zé)任編輯 徐 環(huán)

Geotechnical Properties of Route of Submarine Cable System and Its Relationship with Environmental Evolution in the Qiongzhou Strait

WEI Wei1, 2, LI Pei-Ying2, JIA Yong-Gang2, MA Yuan1, LIU Qiang1, LV Xiu-Ya1, YIN Zheng-Xin1, LI Zheng-Yuan1

(1. South China Sea Marine Survey and Technology Center, SOA, Guangzhou 510300, China; 2. Shandong Provincial Key Laboratory of Marine Environment and Geological Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China)

P642

A

1672-5174(2017)10-083-08

10.16441/j.cnki.hdxb.20160470

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國(guó)家海洋局南海維權(quán)技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2016年開(kāi)放基金項(xiàng)目( SCS1605)資助 Supported by 2016th Open-access Fund in Key Laboratory of Technology and Application Safeguarding Sovereignty of SCS of SOA(SCS1605)

2017-05-10；

2017-07-12

魏 巍(1982-)，男，博士生，主要從事海洋工程地質(zhì)災(zāi)害地質(zhì)與地球物理研究。E-mail:weiwei@smst.gz.cn

?? 通訊作者：E-mail:Junlan0824@163.com