郝義，王光棟，張啟慧，秦福鋒

(1.山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，山東 滕州 277500；2.日照市自然資源和規(guī)劃局，山東 日照 276826)

0 引言

我國近岸海域海底保留著較多的埋藏古河道，許多學(xué)者都對(duì)其進(jìn)行過研究，將古河系劃分為古黃河河系、古長江河系、古臺(tái)閩河系[1]和古珠江河系[2-3]。

南黃海海底北部的古河道為古黃河水系，南部為古長江水系，二者有可能匯合于南黃海中部[4-5]。埋藏古河道的形成時(shí)代、空間分布、水系屬性以及其中的充填物特征、沉積相序、斷面類型等包含了大量演化過程和沉積環(huán)境特征的信息[2-7]。埋藏古河道是一種埋藏在海底淺層沉積物中的災(zāi)害地質(zhì)因素[8]，它的存在一方面會(huì)對(duì)海上工程施工、海上平臺(tái)安裝以及海底管線鋪設(shè)等造成影響[9-10]；另一方面古河道中埋藏的砂體也可作為海灘養(yǎng)護(hù)過程中人工拋沙的砂源。

日照市海岸線北起白馬河口，南至繡針河口，全長(不含島嶼岸線)168.5km，岸線上綿延分布有64km的優(yōu)質(zhì)海灘。近年來，日照市海岸帶海灘資源受到不同程度的侵蝕[11-16]，應(yīng)盡快采取保護(hù)措施。人工拋沙是海灘養(yǎng)護(hù)和修復(fù)的有效措施之一。因此，在日照近海海域?qū)ふ夜藕拥乐新癫氐纳绑w作為人工拋沙的砂源具有重要意義。日照近岸海域關(guān)于古河道的分析研究工作前人文獻(xiàn)報(bào)道較少，該文通過收集以往日照近海區(qū)域所做的淺地層剖面資料(1)山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省日照市海岸帶綜合地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，2013年6月。，對(duì)淺地層剖面中出露的古河道形態(tài)特征進(jìn)行分析，推測古河道分布、流向、水系屬性及埋藏砂源情況，追溯古河道形成的古環(huán)境，為岸灘整治修復(fù)和古環(huán)境研究提供參考資料。

1 研究區(qū)概況

日照海岸帶大地構(gòu)造位置為蘇魯造山帶膠南-威海隆起區(qū)中的嵐山凸起區(qū)，地理位置位于黃海中部，北起白馬河口，南到繡針河口，岬灣相連，發(fā)育平直的基巖沙礫質(zhì)海岸。日照海域潮汐特征為正規(guī)半日潮，潮流按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，漲潮流主方向?yàn)镾W向，落潮流主方向?yàn)镹E向，以SW向漲潮流占優(yōu)勢(shì)，漲落潮流均與海岸方向平行[17]。研究區(qū)常浪向?yàn)镾SE，大波波高(H1/10)為3.00m，潮差(R)為0.60m，波周期的年平均值(T)為3.80s[18](圖1)。大潮期間的表層最大漲潮流速為81cm/s，最小流速為7cm/s，落潮最大流速為70cm/s，最小流速為6cm/s，漲落潮最大流速一般發(fā)生在高潮前2～3h和高潮后4～5h[19]。日照近岸海域表層沉積物類型主要包括含結(jié)核礫砂、礫砂、砂、粉砂質(zhì)砂、砂質(zhì)粉砂、砂—粉砂—黏土、黏土質(zhì)粉砂等7種沉積物類型[20]，南北兩側(cè)的港口附近，粒徑細(xì)，分選較差，其他區(qū)域粒徑粗，分選差[21]。受黃海沿岸流影響，海底近岸沉積物由北向南運(yùn)移[22-23](圖1)，沉積物主要來源為沿岸河流入海物質(zhì)和沿岸沖刷物。

1—日照近海泥沙流主方向及次方向；2—常浪向；3—淺地層剖面測線及編號(hào)；4—等深線及深度值圖1 研究區(qū)淺地層剖面測線分布圖(據(jù)文獻(xiàn)[19，22，24]修改)

海底地貌特征主要有水下淺灘、現(xiàn)代水下三角洲、海底沖蝕平原三種類型[19]。在水深15m以內(nèi)的近岸淺水區(qū)一般分布水下淺灘，水下地形自岸邊向海緩慢傾斜(圖1)，坡降1/500～1/1000。該地貌特征中表層沉積物以砂—粉砂—黏土和黏土質(zhì)粉砂為主，在近岸5m水深內(nèi)有中、細(xì)砂分布?，F(xiàn)代水下三角洲主要分布在傅疃河口，在5m等深線處，水下地形逐漸平緩，三角洲呈扇狀分布。三角洲中部為粗砂，兩側(cè)為細(xì)砂，向外過渡為黏土質(zhì)粉砂。海底平原帶主要分布在水深15m以外坡度平緩區(qū)域，在表層砂質(zhì)沉積物中，含有大量鈣質(zhì)和鐵質(zhì)結(jié)核，屬于更新世殘留沉積層，被海水淹沒于全新世海侵時(shí)，成為海底沖蝕平原。

2 研究資料和方法

2.1 資料來源

對(duì)古河道形態(tài)的分析主要以2013年山東省日照市海岸帶綜合地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目獲得的淺地層剖面解譯結(jié)果為基礎(chǔ)，該項(xiàng)目海上調(diào)查工作由青島海洋地質(zhì)研究所完成，所用的調(diào)查船為“浙嘉漁科002號(hào)”。淺地層剖面測量采用的儀器為SBP/AAE高分辨率數(shù)字淺地層剖面儀[19]，調(diào)查參數(shù)為：激發(fā)間隔800ms，激發(fā)能量300～500J，帶通濾波250～3000Hz。震源和接收系統(tǒng)拖于船后，震源釋放長度40～45m。淺地層剖面的穿透深度大于30m，垂直分辨率小于0.5m。海底以下各地震單元采用的聲波平均速率為1550m/s。淺地層剖面測量主測線和聯(lián)絡(luò)測線間距約為5km，測線主要位于水深16～24m的區(qū)域(圖1)。

2.2 分析方法

在淺地層剖面圖上，地震反射單元內(nèi)的地震屬性參數(shù)與相鄰的單元不同，通過觀察地層的地震反射終止形態(tài)和反射結(jié)構(gòu)(即地震相)，辨識(shí)地震相單元及其邊界[25]，揭示產(chǎn)生其反射的沉積物的巖性組合、層理和沉積特征。

在收集的淺地層剖面圖中識(shí)別可能存在的古河道，把截切下伏地層的傾斜面識(shí)別為古河道的側(cè)緣，強(qiáng)振幅的雜亂反射代表古河道底部的殘留沉積，相互交錯(cuò)的反射層組代表古河道中部的沉積，近似平行的反射層代表海侵時(shí)期的沉積物將古河道的上部充填覆蓋，所繪出的古河道斷面圖揭示了河道的幾何形態(tài)特征[25]。通過把多條淺地層剖面中出露的古河道斷面推測性地進(jìn)行連接，來重建以往的古河道體系。

3 古河道形態(tài)特征分析

3.1 古河道追蹤

為了恢復(fù)古河道的原始形態(tài)，在研究區(qū)內(nèi)各條淺地層剖面測線上識(shí)別追蹤可能存在的古河道斷面。首先，在淺地層剖面圖上識(shí)別出古河道斷面的2個(gè)側(cè)緣，記錄相應(yīng)的位置、深度和長度。其次，根據(jù)剖面圖上的位置，在測線平面航跡圖上用線條進(jìn)行標(biāo)記，線條長度代表古河道斷面的寬度。最后，將代表古河道的線條結(jié)合深度情況(同一河流深度差異變化不大)推測性地用虛線進(jìn)行連接，勾繪出古河道的大體形態(tài)。

3.2 斷面形態(tài)特征分析

由古河道斷面圖可以看出(圖2、圖3)，古河道主要分布在U2地層單元中，頂部被U1地層不整合覆蓋。由于河道沖刷對(duì)下伏U3和U4地層造成了截切，U3地層全部被侵蝕掉，U4地層未被切穿，底部還有部分地層殘留。

1—地層界面代號(hào)；2—地層單元代號(hào)圖2 RZ02淺地層剖面中推測主干及分支古河道斷面圖

1—地層界面代號(hào)；2—地層單元代號(hào)圖3 RZ05淺地層剖面中推測主干古河道斷面圖

1—地層界面代號(hào)；2—地層單元代號(hào)圖4 RZL05淺地層剖面中推測分支古河道斷面圖

1—地層界面代號(hào)；2—地層單元代號(hào)圖5 RZL06淺地層剖面中推測分支古河道斷面圖

主河道的底界面清晰可見，底部常出現(xiàn)強(qiáng)振幅雜亂反射，底部向上為一套復(fù)雜的反射結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為多期次層狀反射，河道頂界面為近似平行和水平的沉積蓋層(圖2、圖3)。

主干河道側(cè)緣較為寬緩，以低角度斜切下伏的U3地層，分支河道側(cè)緣較為陡直。主干河道多數(shù)為不對(duì)稱側(cè)緣，一側(cè)較緩而長，另一側(cè)較陡而短。部分主干古河道中存在河流階地，并出現(xiàn)高低起伏的河床底界面(圖3)，說明其可能為辮狀河[26]。

研究區(qū)的古河道斷面形態(tài)主要有U形、V形、W形、箱形和倒梯形。古河道兩側(cè)下切深度較小，中間地帶下切深度較大。主干河道多呈箱形、W形截面(圖2、圖3)，分支河道多呈U形、V形、倒梯形截面(圖4、圖5)。主河道較寬，一般為3～4km，分支河道較窄，一般為0.3～1.5km。主河道中河床底界下切最大深度約16m，分支河道中下切深度一般為4～7m。

箱形斷面的主河道形成過程可能為初期下切侵蝕，隨后轉(zhuǎn)為側(cè)向侵蝕，河床變寬，中后期被沉積充填，最后被海相層覆蓋。U形、V形斷面的分支河道可能為發(fā)育時(shí)間較短的較小支流，河道受兩岸束縛，未發(fā)生來回?cái)[動(dòng)，兩側(cè)下切較淺，中部下切較深。

3.3 古水力學(xué)參數(shù)分析

根據(jù)淺地層剖面圖上解譯或觀察到的古河道形態(tài)特征，在垂直于河道的方向上測量橫截面參數(shù)，可以得出其古水力學(xué)參數(shù)，主要包括河谷寬度、深度、河曲直線長度、河曲波長和橫截面積等[26]。根據(jù)該方法，對(duì)日照市海岸帶所測的淺地層剖面中推測的古河道進(jìn)行了古水力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計(jì)(表1)，相關(guān)計(jì)算公式如下：

表1 日照市海岸帶古河道水力學(xué)參數(shù)

(1)

式中:di為古河道實(shí)測深度，i=1～n。

A=ω×d平均

(2)

式中:A為古河道橫截面積;ω為河寬。

河道曲折度=河曲波長(λ)/河曲直線長度(L)[27]

(3)

3.4 平面形態(tài)特征分析

通過分析，研究區(qū)內(nèi)存在以NW向?yàn)橹鞯亩鄺l分支古河道和一條NE向的主干古河道(圖6)，總體呈梳狀格架。主干河道北西側(cè)，分支河道較密，主干河道南東側(cè)，分支河道較稀疏。主干河道與分支河道的交角接近90°，分支河道之間的交匯角一般小于60°。主河道長約40km，橫截面由南西向北東逐漸變寬，最寬處達(dá)4km。在55km距離內(nèi)河底高差約為10m，以0.01°的坡度向海傾斜，落差較小，總體較為平緩。分支河流多數(shù)以NW向?yàn)橹?，少?shù)為NE向，長度介于8～20km之間，寬度約為1～3km。主干河道西北側(cè)的分支河道的西北端與日照海岸帶現(xiàn)代河流中的兩城河、傅疃河、竹子河、龍王河、繡針河等河流相對(duì)應(yīng)。

1—推測古河道；2—河道斷面位置；3—淺地層剖面測線及編號(hào)圖6 推測研究區(qū)古河道平面分布圖

在距今1.16萬～1.13萬a的全新世期間，海平面突然上升約15m[28]，研究區(qū)內(nèi)的古河道被淹沒、填埋。在后期的海進(jìn)過程中，原有的河道還受到潮汐改造的作用，研究區(qū)先后經(jīng)歷了河流到河口再到淺海的環(huán)境演變。

4 討論

據(jù)孔祥淮等[26]在南黃海西部濱淺海區(qū)所做的埋藏古河道研究，推測日照近海區(qū)域的古河道形成于距今約4.4萬a，大致對(duì)應(yīng)與末次冰期的氧同位素三期(MIS3)，當(dāng)時(shí)古海平面位于現(xiàn)代海面以下約60～70m，研究區(qū)出露地表。

在末次冰期，研究區(qū)內(nèi)氣候濕潤，降水豐富，河流流速較大，搬運(yùn)泥沙的能力較強(qiáng)。由于河流長期侵蝕作用形成下切古河道，在古河道中容易淤積較多河流攜帶的砂體。古河道的形成是河流的侵蝕、搬運(yùn)、沉積及后期的海平面上升、潮汐改造等多種因素共同作用的結(jié)果[26]。

海灘養(yǎng)護(hù)和海岸沙丘的恢復(fù)都需要大量粒度適宜的海砂，選擇性地開發(fā)日照近海閉合深度以外古河道中的海砂作為海灘養(yǎng)護(hù)的砂源對(duì)日照海岸帶生態(tài)環(huán)境造成的影響較小。該次研究發(fā)現(xiàn)的古河道主要位于16～24m水深的閉合深度以外區(qū)域[29]，對(duì)其中的砂體進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧６群Y選可作為將來進(jìn)行人工拋沙的砂源。

5 結(jié)論

(1)日照近海區(qū)域存在一個(gè)末次冰期形成的主干河道呈SW—NE走向的梳狀河道網(wǎng)。古河道斷面形態(tài)主要呈U形、V形、W形、箱形和倒梯形。主干河道北西側(cè)，分支河道較密集，南東側(cè)分支河道較稀疏。

(2)主干河道西北側(cè)的分支河道西北端與日照海岸帶現(xiàn)代河流中的兩城河、傅疃河、竹子河、龍王河、繡針河等河流相對(duì)應(yīng)，研究區(qū)先后經(jīng)歷了河流到河口再到淺海的環(huán)境演變。

(3)古河道主要位于16～24m水深的閉合深度以外區(qū)域，選擇性的開發(fā)古河道中的海砂作為海灘養(yǎng)護(hù)的砂源對(duì)日照市海岸帶生態(tài)環(huán)境造成的影響較小，對(duì)古河道中的砂體進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧６群Y選可作為將來進(jìn)行人工拋沙的砂源。