中國近海海底地形特征及剖面類型分析

曹超 ，蔡鋒，鄭勇玲，吳承強，盧惠泉，鮑晶晶，許艷

(1. 國家海洋局第三海洋研究所，福建 廈門，361005；2. 廈門大學 環境與生態學院，福建 廈門，361005)

中國邊緣海傳統上被認為是被動大陸邊緣海，但由于其位于西北太平洋，亞洲板塊與太平洋板塊俯沖帶向陸一側，既有主動大陸邊緣的島弧—海溝體系，又有古特提斯洋殘留特征，同時又發育被動大陸邊緣的裂谷期斷陷沉降盆地[1?3]，并非典型被動大陸邊緣。李廣雪等[4?5]在長江口外大陸架上發現有古河道遺跡；侯貴廷等[6?7]在膠東半島近岸發現一系列階梯狀正斷層和地塹、地壘等伸展構造并切斷鄰近的大陸上較老的構造體；耿秀山等[8?9]在渤海灣沿岸河口區、江蘇岸外潮流沙脊區均發現：在沉降地殼的基礎上不斷加積第四系巨厚沉積層(沉積厚度可達數千米)。這些海底構造、沉積、形態特征對應了 Леонть和 Bateman的海面上升型、構造運動型和沉積改造型的被動大陸邊緣成因特征[10?11]，與巴倫支海、爪哇海、黑海、北海、波羅的海、挪威海、非洲大陸沿海、美國東海岸、墨西哥灣北部大陸架海底地形相似[12?14]。雖然，中國大陸邊緣早期裂開階段位于亞歐板塊內部，隨后被動地隨著裂開的板塊而移動，在中國近海海底形成疊瓦狀斷陷、坳陷沉降盆地，但由于華南板塊受太平洋板塊俯沖擠壓的影響，導致中國東南部構造收縮，形成造山帶，近海海底地形坡降也較北部大，向東南傾斜[15?16]。因此，從海底地形形態上來看，中國海的大陸邊緣不僅受到內營力(板塊擠壓聚斂、垂直升降、拉張斷陷等)的影響，而且受到潮流、徑流、海流、海平面升降等外營力和不同沉積環境的影響，大多呈現出后期改造的特征，如大規模的潮流沉積體、水下三角洲等上覆地貌體。因此，對中國近海，特別是70 m水深以淺的近岸海域的海底地形的形態、類型、影響因素、成因機制等問題還有待進一步探討。

1 研究區地質概況

中國近海毗鄰中國大陸的東部和南部，包括了渤海、黃海、東海和南海，又稱“中國海”，均位于太平洋西北部，以NE—SW向為長軸的平行四邊形海域環繞著亞洲大陸的東南部，是在第一列島弧內側的陸緣海。中國海由北向南依次為渤海、黃海、東海和南海，總面積約472.7×104km2，大陸岸線總長約18 000 km[18]。

中國海位居歐亞大陸板塊與太平洋板塊之間，系兩大板塊相互碰撞作用形成的邊緣海，在邊緣海中圍攔了河流自亞洲大陸攜運來的陸源物質，發育了大陸架、島弧?海溝體系，該體系又是太平洋西部構造活動帶，現代火山與地震非常活躍，是新生代環太平洋構造帶的組成部分，也是影響中國海岸的海域輪廓與結構最大的邊界因素。在構造上，整個邊緣海及毗鄰區都是由幾條相間排列的隆褶帶和凹陷帶構成的，構造帶走向為 NNE—NE，形成時代由西向東逐漸變新[18]。最東側為NNE向的現代島弧?海溝系，是新生代的東海陸架邊緣隆褶帶與外側張裂的沖繩海槽，臺灣褶皺帶屬東海陸架邊緣隆褶帶的南延部分，向西為新生代的東海陸架坳陷帶、中生代的浙閩隆起帶、中新生代的黃海南部坳陷帶與前古生代膠遼隆起帶[19]。NNE—NE向的構造體系緣于太平洋板塊和亞洲板塊多次相互作用的結果。南海可劃分為3個NE向的主要構造帶，即南海海盆中央表現為拉開斷裂的古陸塊，其間有地幔物質上涌為洋殼，并噴溢成火山；中央盆地的兩側為多次斷塊沉降的西沙與南沙剛性古陸塊。這3個NE向構造帶的西北側與西南側為新生代的南海陸架與巽他陸架沉降盆地[21]。南海的西半部及渤海、黃海、東海與亞洲大陸構造關系密切，而南海東半部及臺灣以東海域受太平洋構造活動影響較大。

2 研究方法

本研究依托于中國國家海洋局自 2004年開展的“中國近海海洋環境綜合調查與評價”(簡稱“908”專項)的海底地形地貌研究專題。研究區范圍為中國近海(18°—41°N，108°—125°E )70 m 等深線以淺海域，面積約34.5×104km2(圖1)，調查完成水深地形測線約77×104km。

圖1 研究區范圍及位置示意圖Fig. 1 Range and location map of research zone

在研究區使用 ELAC MKⅡ180型等多套淺水多波束系統沿地形走向進行全覆蓋測量，測量掃寬為水深的 5～6倍。單波束水深測量主要采用的中海達HD-27T等多套回聲數字測深儀。單波束測線垂直于海底地形走向布設，比例尺為1:10萬時，按間距2 km布設1條測線，比例尺為1:5 000時，按間距500 m布設1條測線，并布設1～2條檢測線垂直于主測線，用于控制和驗證測量精度，調查精度按照“908”專項水深調查規范要求。

對水深數據進行船型參數改正、聲速剖面改正、吃水改正、潮位改正等方面的校正，對調查接邊區數據采用趨勢面擬合法進行融合處理，網格化后形成DTM圖。中國近海及鄰近域地勢圖采用Smith地形數據庫資料，數據點網格精度為5 km×5 km，進行網格化生成DTM圖。

利用ArcGIS和Fledermaus軟件生成水深地形圖和DTM圖，坐標系為WGS84，高程基準為1985國家高程基準，水深基面為當地理論最低潮面。地形剖面垂直于海岸線布設，共布設34條，利用ArcGIS和Fledermaus軟件生成剖面圖。沉積物類型參考謝帕德(1973)分類[12]。

3 研究結果

中國近海海底地形，總體趨勢是自西北向東南傾斜，繼承了陸地地形的自然延伸狀態。從中國近海海底三維地形圖可以看出(圖 2)：海底地形坡降為0.2‰～1.6‰，平均坡降約0.8‰，其中渤海、南黃海、北部灣地形坡降大多為0.3‰，北黃海、東海、南海北部地形坡降大多為1.0‰；除蘇北岸外和長江河口區，等深線基本平行于海岸展布，渤海、蘇北岸外、長江口、北部灣海域的等深線較疏，北黃海沿岸、浙閩粵近岸等深線較密。

3.1 渤海地形及剖面特征

圖2 中國近海海底三維地勢圖Fig. 2 3D terrain map of China offshore submarine

圖3 渤海、黃海海底地形特征及剖面位置分布圖Fig. 3 Topography characteristics and profile location map of the Bohai sea and the Yellow sea offshore submarine

渤海地形平緩，整個海底地形由海灣向中央淺海盆地及渤海海峽傾斜，軸部在渤海灣頂至老鐵山水道之間(圖3)。渤海平均水深19 m，一般溝槽的水深可超過40 m，最大水深位于北煌城島北側的老鐵山水道南支沖刷槽為 84 m。平淺的渤海中央海底，水深僅25～30 m，3個海灣(遼東灣、渤海灣、萊州灣)絕大部分在20 m等深線范圍以內，其面積占渤海一半以上。剖面 B1—B1’，B3—B3’和 B4—B4’近岸段坡度平緩，20 m以深地形坡降略有增大，整體平滑、無明顯起伏，平均坡降約0.2‰，為海灣向淺海盆地伸展型剖面。剖面 B2—B2’和 B5—B5’近岸段呈下凹形，坡降為0.35‰，10 m以深地形坡降減小，為河口向淺海盆地延伸至淺灘的地形剖面。

3.2 黃海地形及剖面特征

黃海為近南北向的淺海盆地(圖3)。黃海海底地形由北、東、西三面向中部及東南部平緩傾斜，平均坡度約0.39‰。黃海大部分地區水深在60 m以內，平均水深約44 m。黃海北部受構造影響，島礁眾多，長山列島居于海域之間，使其平緩的海底變得凹凸不平。黃海中部為淺海平原，平均水深38 m，最大深度80 m。黃海沿岸水下溝槽發育，在遼東半島南岸和山東半島南岸都發育樹枝狀溝槽，分別是老鐵山水道向東延伸和“黃海槽”的分支，溝槽最大水深約80 m。黃海南部近岸海域地形坡降小，呈海灣和潮流沙脊地貌特征，水深大多為20 m以淺，潮流沙脊區地形起伏較大，槽脊交錯分布。剖面 H0—H0’，H1—H1’，H9—H9’和H10—H10’地形形態呈三段式特征，自海岸線向海20 km以內為近岸水下斜坡，之后進入一個寬30～50 km的水下階地，最后伸入淺海盆地。剖面 H2—H2’，H3—H3’，H8—H8’和 H4—H4’地形形態呈兩段式特征，自岸線向海30 km以內為近岸水下斜坡，平均坡降較北黃海小，之后進入以海州灣為頂部的南黃海海灣平原區。剖面H5—H5’和H6—H6’位于黃海南部蘇北近岸平原區，H5—H5’與 B2—B2’形態相似，都為河口區水下三角洲向海底平原過渡地形。H6—H6’近岸段起伏明顯，向海50 km以深坡度突然增大，之后呈上凸形向海延展，為潮流沙脊經海底平原向殘留臺地過渡地形。

3.3 東海地形及剖面特征

東海開闊，略呈扇形向西太平洋展開，呈北東走向，平均水深370 m，地形由西北向東南傾斜。陸架海底地形由陸向海緩緩傾斜，等深線與中國東部海岸線大致平行，基本呈NE—SW向展布(圖4)。研究區位于內陸架上，島嶼眾多，有三角洲覆蓋及古河道、潮流沙脊等地貌發育，水下地形較復雜。東海近岸地形區北部為長江河口水下三角洲平原，等深線呈舌狀向海伸展，水深大多小于20 m，122.5°E—125°E海域為長江口外潮流沙脊區，水深在30～60 m之間，海底地形走向由北向南逐漸由東西向轉為北西向。31.5°N—23.5°E海域為北東向帶狀水下岸坡地形，等深線平行于岸線，呈北疏南密排列，平均坡降為1‰。剖面 H7—H7’，D1—D1’，D2—D2’近岸段呈緩坡或平直狀的河口水下三角洲和海灣堆積平原地形，之后進入地形起伏較大，溝槽交錯分布的潮流沙脊區。剖面 D3—D3’，D4—D4’，D5—D5’，D6—D6’，D7—D7’，D8—D8’，D9—D9’，D10—D10’整體呈陡斜的水下岸坡地形，自北向南坡降逐漸加大，水深大多小于70 m，水深約55 m處地形坡度減小，發生轉折，為該區內外陸架的分界線。除河口區(剖面 D9—D9’，D10—D10’)地形因水下侵蝕洼地和臺灣海峽區的殘留臺地影響起伏較大外，其他區域地形平滑，屬堆積型水下岸坡。

3.4 南海北部地形及剖面特征

南海北部地形以陸架和島架平原為主，總體地勢平坦，呈NE—NEE向延伸，除海南島東南部陸架寬度較窄外，自雷州半島以東陸架非常寬闊，自西向東逐漸變窄，其中，雷州灣至吳川之間陸架寬度最大達300 km，而珠江口外陸架寬度最窄也在200 km左右(圖5)。大陸架等深線呈NEE—SWW向平行于海岸，平均坡降為0.9‰～1.2‰，珠江口外及珠江口以西平均坡降小于1.0‰，而珠江口以東坡降則大于1.0‰。雷州半島以東沿岸20 m等深線以內分布有大量河口、島礁、海灣等地形。雷州半島以西的北部灣是半封閉海灣，三面環陸向南開口，海底地形受海岸制約明顯，灣內水深多在90 m以淺。北部灣北部(45 m等深線以北)南北長達 150 km，海底地形平坦，平均坡降只有0.3‰左右。雷州半島和海南島之間海域為一海峽地形，50 m等深線貫穿整個海峽，最深處達118 m，海峽東西出口水深迅速變淺，為淺灘地形，其上發育指狀潮流三角洲地貌。剖面 N1—N1’，N2—N2’，N3—N3’，N4—N4’，N5—N5’和 N7—N7’平直陡斜，呈水下堆積岸坡向陸坡伸展的特征(除 N1—N1’，N3—N3’呈河口區三段式地形外)。N7—N7’剖面坡降最大，達1.5‰，120 m水深以深海域已進入陸坡區。剖面N6—N6’地形坡降較小，為海灣平原向淺海盆地伸展；剖面N8—N8’近岸段陡直、下凹，向海25 km進入瓊州海峽西口潮流三角洲區，地形突起，之后進入淺海盆地區，地形平緩。

圖4 東海海底地形特征及剖面位置分布圖Fig. 4 Topography characteristics and profile location map of the East China Sea offshore submarine

圖5 南海北部海底地形特征及剖面位置分布圖Fig. 5 Topography characteristics and profile location map of northern South China Sea offshore submarine

4 討論

海底地形與陸地地形一樣，是內營力和外營力共同作用的結果。不過，海底地形通常是內力作用的直接產物，與海底擴張、板塊碰撞活動息息相關。外營力對海底地形塑造的重要作用更多的表現在海岸和淺海區[21?22]。中國近海基底地形格架與海域輪廓的地質構造主要受內、外動力因素的共同影響。新生代前的基底構造及新生代以來的構造運動和沉積環境是控制中國近海海底地形的主要因素。大河水系的侵蝕陸地、搬運泥沙入海，構成堆積型大陸架的物質基礎，入海河流的徑流作用也是塑造平原海岸的動力之一，季風波浪、潮汐—潮流、海流作用進一步塑造了海岸與海底地貌，與大河泥沙的相互作用又影響或控制著海岸與海底地貌發育趨勢，加之冰后期的大規模海侵對大陸架原始底形的進一步改造，形成了現今中國近海海底地形地貌形態特征。

4.1 地質構造影響

地質構造運動決定和影響了中國現代海陸格局和近岸海底地形形態與類型(圖6)[18,23]。特別是新生代以來的一系列構造運動，使中國近海海底不斷被改造，并奠定了現今海底地形的輪廓。在新生代早期的晚白堊世末至漸新世，由于西太平洋邊緣海的擴張，菲律賓海盆洋殼開始出現，在陸架邊緣區，麗水—海豐深大斷裂以西，中、小型張性斷陷盆地發育，渤海、華北、黃海—蘇北等地，發育大坳陷，沉積了厚大的陸相碎屑巖建造(類磨拉石)[24]；新生代中期的漸新世末至中新世，太平洋板塊向陸緣海溝俯沖擠壓，構造運動強烈，使地槽褶皺隆起，隨著強烈擠壓作用之后出現拉張現象，張性地塹斷裂作用，使日本海、沖繩海槽、南海、蘇祿海等邊緣海形成張裂擴張帶，伴隨張裂帶的發生，邊緣海的陸坡、陸架相繼發生張性斷裂，形成斷塊坳陷和隆起，渤海和黃海坳陷，在NE—NNE向斷裂控制下繼續發展，在渤海自西至東出現渤海斷陷、渤西斷隆、遼東灣斷陷、渤中斷陷、萊州灣斷陷等次一級新生代構造沉積區，而黃海則形成北部坳陷、中部隆起、南部坳陷、勿南沙隆起等次一級小型隆坳交錯構造區；中中新世末的海岸山脈水平擠壓運動，使燕山期形成的華南隆起帶和南海地區褶皺變形與上覆地層呈不整合或假整合接繼。上新世末期至更新世初期，菲律賓板塊向西俯沖活動強烈，蓬萊(臺灣)運動發生，臺灣中央山脈急劇上升，而海盆地區則以拉張作用為主，產生急劇張裂下降，陸架上的坳陷不斷擴大[25]。

圖6 中國近海構造綱要圖Fig. 6 Structure outline map of China offshore

經過這一系列的拉張、擠壓作用，中國近海海底地形大致以杭州灣為界，以北海岸線穿過相間的2個隆起帶與2個沉降帶，形成華北—渤海和蘇北—南黃海斷坳盆地帶，遼東半島、山東半島2個山地丘陵隆起帶。杭州灣以南的近海海底基本上處于華南隆起帶上，以山地丘陵海岸為主，但在一些河口出現小型斷陷盆地，發育平原海岸，如溫州平原、潮汕平原、珠江三角洲平原等負地形區。除華南地區總體走向受南嶺緯向構造因素外，大部分地區海底地形總體走向受NNE—NE向斷裂控制，局部的海灣、岬角輪廓明顯受NNE—NE向和NW向X型斷裂控制。受其影響，中國近海海底地形呈現2種類型，一種是以華北—渤海和蘇北—南黃海斷坳盆地為代表，平均坡降小、起伏小、近岸段下凹，遠岸段平緩的沉降型地形(圖7)，這與典型被動大陸邊緣的美國東部大西洋邊緣盆地、卡羅萊納坳槽、巴爾的摩峽谷海槽等向陸一側的地形形態相似[26?28]。另一種是以華南隆起帶為代表，平均坡降大、起伏小、陡斜平直的隆起型地形(圖8)，這與Manus盆地向陸一側的地形形態相似[29]，Maruyama(1997)也用俯沖板塊滯留體崩塌模式來解釋日本海(以Manus盆地為例)和中國東部島弧—海溝體系的成因，雖然與傳統的上馱板塊后退說和向東幔流致俯沖板塊后退說的主動大陸邊緣成因機制有一定的不同之處，亦說明中國東部和南部近海海底地形并非單純的受太平洋板塊俯沖亞歐板塊的擠壓作用影響[30?31]。

晚第三紀末期以來，新構造運動仍然頗為強烈，中國近海沿岸地區則以斷塊的差異升降活動為其顯著的特點[6, 32]。任建業等[33]根據斷塊活動的性質及其活動強度、幅度的區域差異性，將我國東部沿海地區劃分為4個新構造斷塊活動區(圖6)。這些差異的升降運動不僅改造了中國近海海底地形的原始特征，形成了介于沉降帶和隆起帶之間的過渡類型的地形形態(圖9)，還改造了帶內的典型地形特征，使其產生亞類地形形態。

4.2 海平面和沉積環境的影響

圖7 沉降盆地型地形剖面特征圖Fig. 7 Topographical profile characteristics map of sedimentary basin type

全球性的氣候冷暖變化、冰期及間冰期所引起的海平面變化也直接影響海底地形發育[34]。距今約18 ka前發生了晚更新世以來全球性最大的海平面下降，至晚玉木冰期達到鼎盛，中國陸架海基本出露地表，發育于構造隆起帶上的構造臺地經受風化剝蝕，形成中間凸起，邊緣不規則坍塌的殘留臺地地形(圖8，II2型)。此后開始經受多期海平面階梯狀上升、平緩或停滯期的旋回振蕩，淺海陸架上發育多條古濱岸沉積體(如古貝殼堤、古海灣沉積體)和階梯、陡坎(圖9，III1型)。

在構造運動和海面升降控制的中國近海海底地形格局基礎上，海洋動力對海底的改造也是形成海底地形特征和控制地形動態變化的重要因素。徑流、波浪、海流和潮汐等水動力條件是塑造海岸帶、淺海地形地貌的直接動力因素[35?37]，不僅在河口區形成平淺的水下三角洲、海峽和岬角處切割海底形成侵蝕洼地和沖刷深谷等形態，而且對松散沉積物還起著分選、搬運及再堆積的塑造作用，并攜帶沉積物再分配和再沉積呈現泥區、砂區等不同沉積類型區域[38?39]，致使海底的原始底形被明顯改造，大河河口區尤為突出(圖10)。

圖8 隆起帶型地形剖面特征圖Fig. 8 Topographical profile characteristics map of squeeze uplift type

中國近海陸架受NNE—NE構造脊的約束，將入海大河從大陸侵蝕攜運的入海泥沙攔截堆積在沉降盆地中，泥沙積聚成為大陸架淺海[40]。當盆地內側被泥沙填滿后，盆地外緣的黃海、東海盆地正在沉降中，沖繩海槽尚未受到大量填充，華南沿海盆地亦處在沉降充填中。由構造脊圍封、被大河泥沙填充堆平的海底沉積體，是中國近海海底沉積物來源及動力機制的特色[41]。中國近海陸架沉積總體特征是東海和南海北部(北部灣除外)開闊性陸架海區沉積物呈帶狀分布，內細外粗；渤海、黃海及北部灣半封閉性海區，沉積物呈斑狀分布。前者海岸輪廓、海底地形，以及沿岸流與暖流水系格局皆呈帶狀分布，從而決定了物質供應、散流體系乃至底質沉積的分帶性。而后者海岸曲折、海底地形、水動力格局多變、入海河流攜帶物質粗細差異懸殊，都是造成沉積物斑狀分布的主要原因[4]。

圖9 過渡型地形剖面特征圖Fig. 9 Topographical profile characteristics map of transition type

圖10 沉積改造型地形剖面圖Fig. 10 Topographical profile characteristics of deposit reformation type

因此，縱觀整個中國近海的海底地形，受構造約束作用明顯，地形剖面呈現出4種類型，即沉降盆地型、構造隆起型(造山帶)、沉降盆地—造山帶過渡型以及沉積改造型(圖7～10)。渤海、南黃海海底地形坡度較小，平均坡度在0.5%以內，平直、略顯內凹，坡面起伏變化不大，基本都屬于沉降盆地型，亞類可分為平直型、下凹型、改造型。構造隆起型地形區主要分布于華南隆起帶近海，地形坡度較陡，坡降達 1%以上，平直、坡面起伏變化不大，浙閩沿岸受燕山期擠壓運動的影響，近岸段更顯陡直，亞類可分為陡斜型和起伏型。沉積改造型(如長江口、杭州灣)地形受全新世豐富陸源物質補給，近岸段形成坡度平緩的三角洲沉積體，然后迅速下陷與內陸架銜接，部分區域呈侵蝕狀態，剖面呈現多峰狀潮流沙脊群形態，屬于河口三角洲型地形區，亞類可分為河口型和平原。南黃海北部受膠遼隆起帶的控制，近岸段地形呈現陡直，且在高能環境下出現侵蝕凹槽等深洼地形，至中部平原區又呈現平緩形態，兩者之間往往存在一大型侵蝕—堆積階地，該區屬于典型的沉降盆地—造山帶過渡型地形區，亞類可分為有階地型和無階地型。

5 結論

(1) 中國近岸海底地形總體呈西北向東南傾斜的趨勢，繼承了陸地地形的自然延伸狀態，并呈現明顯的南北分帶特征。海底地形坡降為0.2‰～1.6‰，平均坡降約0.8‰，其中渤海、南黃海、北部灣地形坡降大多為0.3‰，北黃海、東海、南海北部地形坡降大多為1.0‰，除蘇北岸外和長江河口區，等深線基本平行于海岸展布，渤海、蘇北岸外、長江口、北部灣海域的等深線較疏，北黃海沿岸、浙閩粵近岸等深線較密，顯示出大陸邊緣的海岸平原和陸架盆地地形特征。

(2) 中國近海海底地形主要受地質構造作用控制，并在不同沉積環境和復雜水動力條件下，形態上劃分為沉降盆地型、擠壓隆起型、沉積改造型和過渡型等 4種類型。沉降盆地型和擠壓隆起(造山帶)型地形起伏小，沉積物以細粒為主，水流方向單一，易發育海灣堆積平原和水下堆積岸坡等堆積沉降型地貌，同屬構造成因地形；沉積改造型地形起伏較大，沉積物以粗粒為主，多發育在河口和潮流輻聚區的大型潮流沙脊上，全新統沉積層發育巨厚，受潮流、徑流、海流的后期改造明顯；過渡型地形陡緩不均，沉積物顆粒不均勻混合，近岸發育階地狀陡坎，遠岸發育陸架平原等侵蝕—堆積型地貌，為地塊斷陷不完全發育和多起次海侵的共同結果。

(3) 中國近海海底地形總體呈隆起帶地形陡直、沉降盆地地形平緩、過渡帶和河口區地形復雜的特性，沿岸流和渦旋等海流為近海沉積物輸運和再分配起到重要作用，潮流和徑流共同作用塑造了大型潮流沙脊和水下三角洲地貌，也改造了海底原始底形，并在全新世海侵的影響下形成了多條古岸線和階地狀陡坎地形。

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