基于探地雷達的廣東惠來海岸沙丘內部結構研究

白旸++尹輝++程延++魏俠兒

摘要：廣東惠來海岸沙丘發育于龍江入?？诘纳尘咨?，是華南沿海典型的風沙作用海岸地貌，是粵東地區海岸風沙面積較大，發育較為典型的岸段。采用瑞典MALA RAMAC探地雷達，利用500MHz的天線對惠來海岸典型海岸沙丘進行數據采集，獲取了較為詳細的惠來海岸典型海岸沙丘的內部結構數據。通過對探地雷達圖像的解譯及綜合分析，發現惠來海岸沙丘的形成主要是依靠東北向岸風，迎風坡與背風坡以及沙丘頂部之間的內部結構具有相關關系。利用探地雷達對海岸沙丘進行內部結構的研究表明探地雷達對于海岸沙丘的研究是一條切實可行的研究方法。

關鍵詞：探地雷達；海岸沙丘；內部結構；廣東惠來

1. 引言

風是塑造海岸的最活躍的因素之一，風對海岸作用的重要過程之一是把低潮時暴露在前濱的砂粒向岸搬運，堆積成海岸沙丘。在沙供給充足且有強大的向岸盛行風的地區，海岸沙丘發育。對于沙丘形成機制的研究，國外于20世紀90年代開始應用探地雷達進行探測研究。Bristow等[1]通過使用探地雷達探測海岸沙丘發現雷達波的反射是由與干濕的界面引起的，這也與界面中的粒徑有關。其后諸多學者應用探地雷達對世界各地的沙丘進行了關于沙丘內部結構的研究，得到了一系列的成果。在國內，俞祁浩等[2]證實庫克塔沙漠三壟沙與羽毛狀沙丘的成因主要是風成作用，而與下伏地形無關。李孝澤等[3]利用探地雷達探究巴丹吉林橫向沙山的沉積構造。白旸等[4， 5]利用探地雷達研究巴丹吉林高大沙山形成機理。但探地雷達在我國海岸沙丘沉積結構研究中應用很少。廣東惠來海岸沙丘發育于龍江入?？诘纳尘咨?，海岸沙丘分布廣泛，形態典型，是我國華南沿海海岸風沙地貌的典型代表區域。本文采用探地雷達方法開展有關沙丘內部結構、成因機理、演化過程等方面的研究，可以對沙丘內部結構有較為清晰的了解，亦對我國海岸沙丘形成演化過程中的環境變化過程有一定的闡釋意義。

2. 研究區概況與研究方法

廣東惠來位于粵東沿海，地處北回歸線以南，屬南亞熱帶季風海洋性氣候，最熱月份為7月，最冷月份為1月。冬春季盛行東北風，夏秋季盛行偏東風和西南風，全年的主導風向為N到NE，且風速較大?；輥碓虾｀l（現隸屬隆江鎮與溪西鎮）風沙分布面積較大，沙丘發育較為典型，有新月形沙丘與沙丘鏈、拋物線形沙丘與沙壟等沙丘分布。沙丘的高度一般為5-15m。但是，近些年來由于人為開發嚴重，許多沙丘已被破壞。本次探地雷達探測沙丘為橫向沙丘，坐標為22°56′16.59″N，116°11′38.59″E，沙丘脊線呈NNE—SSW走向，沙丘的傾角為25° ，迎風坡表面坡長約為 8.2 m，沙丘相對高度為5.2 m。

本次考察選用瑞典MALA RAMAC探地雷達，選用的天線頻率為500MHz。實測共中心點探地雷達結果顯示沙丘不同深度的雷達波速在0.12-0.14m/ns之間，所以采用的雷達波速為0.13m/ns。探地雷達所收集的數據主要使用Reflex-W軟件進行處理。處理過程如下：DEWOW修正--去除初始的直流信號與直流偏置，去除數據中的低頻失真；去零漂--確保每一道數據都有相同的初始零點（為地形改正所用）；自動增益控制--運行自動增益程序，時窗為10 ns，增益函數為500；頻率域帶通濾波--由高通、低通濾波器組成，只可以通過特殊頻段的信號，稱之為“通行區”。帶通濾波在地球物理學中的利用非常普遍的；地形改正--根據與測量同步的GPS在每一道所記錄的經緯度、海拔對探地雷達圖像進行與地面起伏相符合的地形改正；柯西莫夫偏移--波動方程偏移法，以物理光學原理為基礎。偏移處理用于消除數據采集過程中引起的剖面圖像畸變。偏移處理的作用是將雙曲線兩葉上的能量回歸到頂點，使視傾角回歸成真傾角。

3. 研究結果

圖1為探地雷達的經過濾波及校正后的實測剖面圖，通過探地雷達圖像可以了解到惠來（測點）海岸沙丘為橫向沙丘，形成作用主要是單風向作用，風向為東北向岸風。在迎風坡的坡腳出現的層理雷達波顯示該迎風坡與東北向岸風相切，解譯雷達圖像為迎風坡的前積層理。從探地雷達圖像中，我們可以看到從最高點也就是測點海岸沙丘的頂點內部出現了近乎平行的雷達波反射，解譯其為在往復的風向下，海岸沙丘頂部被塑造，并且垂直向下加積，并沿主導風向移動。從背風坡沉積相的圖像中我們可以看出，背風坡有著層層堆疊的沉積層理。

推斷沙丘的發育大致經歷了三個階段：第一個階段為沙丘發育的初始階段，在這個階段中，沙丘是在不斷生長的，沙丘的內部層理相對陡峭，沙丘的規模也以一種較快的速度在發育。第二個階段表現為沙丘發育的鼎盛期，在這個階段中沙丘的面積仍然在增大，沙丘的層理角度在不斷的變小，但仍與沙丘保持著大體相同的發展趨勢，隨著規模在不斷地增大，速度在不斷地放低，直到圖像中的沙丘頂部。第三個階段為沙丘發育的后期也就是沙丘發育的減緩期，在這個階段中，沙丘仍在不斷的發育，但其速度在不斷地衰減，沙丘的覆蓋面積依然在不斷的加大。

通過探地雷達圖像數據可以看出，迎風坡的移動模式是以老的沙丘為基底的，上部波浪狀不斷向上發育，到背風坡逐層滑塌疊加并且在原本坡腳處形成新的小的沙丘，繼而被覆蓋，循環往復不斷沿風向前行。

圖1 惠來海岸沙丘探地雷達圖像結果

4. 討論與結論

（1）風成沙較高的電阻率以及不同層理之間的介電常數的差異這為利用探地雷達研究沙丘內部結構提供了較好的條件。

（2）以廣東惠來海岸上的典型海岸沙丘為研究對象，獲取了典型惠來海岸剖面的雷達數據。在本研究中的探地雷達圖像具有較好的高差程度，連續性以及完整性。通過對雷達圖像的濾波及校正獲取了較為詳細的惠來海岸沙丘的內部結構及其演進速率，較好的說明了惠來海岸沙丘的形成主要是依靠東北向岸風，迎風坡與背風坡以及沙丘頂部之間的內部結構的相關關系。

（3）惠來海岸沙丘的探地雷達圖像顯示了豐富的沙丘前積層理與頂部加積層理，迎風坡的移動模式是以老的沙丘為基底的，不斷向上發育，到背風坡逐層滑塌疊加并且在原本坡腳處形成新的小的沙丘，繼而被覆蓋，如此循環往復不斷沿風向前行。

（4）海岸沙丘能夠形成且不斷發育增大、移動，反映了廣東惠來海岸沙丘反映了當地干季與風季同步的氣候特點。

參考文獻

[1]Bristow C S， Chroston P N， Bailey S D. The structure and development of foredunes on a locally prograding coast： insights from ground-penetrating radar surveys， Norfolk， UK[J]. Sedimentology， 2000， 47（5）： 923-944.

[2]俞祁浩， 屈建軍， 鄭本興， 等. 探地雷達在沙漠研究中的應用[J]. 中國沙漠， 2004， 24（3）： 371-375.

[3]李孝澤， 王振亭， 陳發虎， 等. 巴丹吉林沙漠橫向沙山沉積 GPR 雷達探測研究[J]. 第四紀研究， 2009， 29（4）： 797-805.

[4]Bai Y， Wang N， Liao K， et al. Geomorphological evolution revealed by aeolian sedimentary structure in Badain Jaran Desert on Alxa Plateau， Northwest China[J]. Chinese geographical science， 2011， 21（3）： 267-278.

[5]白旸， 王乃昂， 何瑞霞， 等. 巴丹吉林沙漠湖相沉積的探地雷達圖像及光釋光年代學證據[J]. 中國沙漠， 2011， 31（4）： 842-847.endprint