海南海底地形地貌特征范文

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《海洋地質前沿》2016年第12期

摘要：

利用Sonic2024多波束測深系統對海南東方岸外進行高精度的水深測量，根據所測數據繪制海底水深地形地貌圖等。研究區水深范圍在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。U型谷內水深較大，地形較為平坦，無大的起伏。沙波活動區的沙波規模較大，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，沙波的形態參數上也存在一定差異。

關鍵詞：

風電場；地形地貌；U型谷；沙波

21世紀是海洋開發的世紀，隨著海洋資源開發力度的增大，各種海上工程設施日益增加。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，海上風力發電作為一種清潔能源，備受各國青睞。21世紀前10年，丹麥、荷蘭、英國、日本紛紛開展了海上風電項目［1］。海底地形地貌的探測和分析工作是海上風電場的選址和建設的基礎工作之一，由于海底地形的復雜多變，前期的場址調查顯得十分重要，可能關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對研究區進行水深測量，并配合淺地層剖面儀和側掃聲吶對海底地形地貌進行分析。

1研究區概況

研究區位于海南島西部，感城鎮附近海域，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。研究區在構造上位于新生代鶯歌海盆地內，區域主要構造線方向為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上發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—陵水斷裂帶和王五—文教斷裂帶之間，屬于華南褶皺系五指山褶皺帶。五指山褶皺帶演化歷程經歷了3個發展階段及相應的構造運動：長城紀—志留紀為地槽發展階段；泥盆紀—早三疊世為準地臺發展階段；中三疊世—第四紀為大陸邊緣活動帶發展階段。八所海岸地區位于二疊系上統南龍組與二疊系下統鵝頂組之間，呈不整合接觸。該區域沉積物來源主要為沿岸地區的剝蝕產物［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，也會為該地區提供大量的沉積物［4］。因此，研究區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。根據鉆孔和海底沉積物取樣資料，研究區表層沉積物以松散的砂為主，部分地區有黏土質粉砂、礫砂［5］，下部為質密的砂、粉砂質黏土、黏土質礫砂［6］。該區廣泛發育沙波沙脊，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的作用下，在整個灣內產生一個大的逆時針環流。夏季西南季風較弱，密度流對整個環流貢獻較大，灣內海流表現為逆時針環流［8］。因此，研究區附近表層海流特點為一個大的逆時針環流，流向不隨季風改變。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

中國科學院海洋研究所于2014年對研究區進行了專門的地球物理探測和研究工作。主要進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，該系統具有連續的在線調頻能力，工作頻率范圍比較廣，從200～400kHz，共有20多個頻率，另外該系統支持根據外業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的活動沙波分布區的海床形態進行自然或人工地貌（障礙物、錨纜溝等）形態分析；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研究區的地形特征

多波束水深數據經過Caris軟件預處理形成最終的成圖水深數據。根據最終的成圖水深數據，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。在研究區的西部存在一個海溝，開始海溝近乎SN向，到研究區北部，海溝逐步過渡為NE—SW向，呈現出一個開口向東的“U”字。中部水深較淺，等值線呈現多個不規則的條帶狀。研究區的東南部有NE—SW向的密集等值線區，表明此處地形起伏變化大，地形高差約20m。總體來說，研究區的地形相對較為復雜，沖蝕溝槽和高地相間分布。

3．2典型剖面特征

從研究區選取4條典型地形剖面來研究區域的主要地形特征，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，寬度遠遠大于深度，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位于研究區的中部，橫穿整個研究區，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，推測為一些細小的沙波。（3）剖面C剖面C位于研究區的最南端，總長度3．7km，走向WE。從圖3中可以看出，地勢東高西低，與研究區總體的地形相一致。（4）剖面D剖面D是一條縱貫研究區南北的剖面，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，有兩片區域有連續的鋸齒狀地形起伏，推測應該是沙波活動區的位置。

3．3研究區地貌特征

在地貌上，研究區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。從調查區三維地形圖上可以看出，地形構造以EW向為臺階狀構造為主，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，研究區存在兩種相對較大的典型海底地貌，西部的U型溝谷區和兩片沙波分布區。

3．3．1U型谷

研究區存在一個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，達到32m。溝谷內部海底可見細小波紋狀起伏。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。溝谷兩側坡度不等，左側坡度0．5％，右側坡度1％，左側較平緩，右側較陡，右側谷坡有發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。從剖面圖上可以看出，右側谷坡較陡，右側有一高達7m的水下岸坡，坡度達到8．7％。U型谷南部水深較大，研究區的最大水深即位于此處，左側較為平緩，右側谷坡較陡，坡度1．6％。

3．3．2沙波活動區

研究區存在2個較為明顯的沙波活動區如圖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、緩傾角等形態參數，并計算沙波的沙波指數、對稱系數等，可以得到表1的統計結果。A區以18°50．93906′N，108°30．585023′E為中心，呈南北長3．91km，東西寬2．8km的近似方形區域，平均水深15m。A區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，垂直形態系數（波長／波高）范圍為15．7～196．2、均值為57．7，沙波對稱指數（緩坡投影長／陡坡投影長）范圍為0．77～9．63、均值為3．98。根據Ashley的沙波分類方法［10］，A區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區沙波以巨型沙波為主，且沙波的陡緩傾角都現對較小。A區沙波規模較大，平面形態上基本以新月型為主，沙波區內地形呈階梯狀起伏。B區以18°47．15045′N，108°30．35341′E為中心，呈南北長3．1km，東西寬1．25km的長方形區域，B區水體較深，平均水深為20m左右。沙波規模相對A區較小，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，垂直形態系數（波長／波高）范圍為14．5～89．2、均值為30．2，沙波對稱指數（緩坡投影長／陡坡投影長）范圍為0．67～5．69、均值為2．62。根據Ashley的沙波分類方法［10］，B區的沙波以大型沙波為主，也有少量巨型沙波分布在B區東南部。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B延伸方向有由EW向向NW向變化的趨勢。通過對比A區和B區的沙波可以發現，研究區的沙波發育存在一定的空間差異性，A區到B區水深逐漸增大，沙波規模卻有所減小，主要表現在沙波的平均波長和波高都減小，沙波的垂直形態系數也有所減小。沙波的對稱系數變小，說明沙波的對稱性變好。另外一方面的差異體現在沙波脊線的走向上，A區和B區的絕大部分沙波的脊線走向是近乎WE向，但是B區的南部沙波的走向有從WE走向，變為NW—SE向的趨勢。一般認為，海底沙波的形成是沉積物和水動力相互作用的響應，是由于定向的海流搬運砂質沉積物，堆積在海底形成的，也是沉積物、地形和水動力環境的復雜耦合作用的結果。推測B區的海底水動力條件和A區存在較大差異。

4結論與展望

（1）東方風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。遠離岸線外海一側，南北方向上發育一條U型溝谷，最大水深位于溝谷南部地區，水深約32m，整體上風電場西南部水深大于東北部。

（2）研究區地形整體起伏不大，海底無基巖或礁石出露，地形構造以東西向臺階狀構造為主，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，調查區域主要處于陸架淺海平原地帶，水體較淺，該地區主要以陸架沙脊沙波地貌為特征，區內共劃分為兩處大型沙脊沙波區，發育少量水下岸坡和水下巖灘地貌。

參考文獻：

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作者:張洪運 欒振東 李近元 單位:中國科學院海洋研究所中科院海洋地質與環境重點實驗室 中國科學院大學 國電新能源技術研究院 中能電力科技開發有限公司