青島近海災害地質研究

張永明，石曉偉，呂志偉，畢建強

（1.國家海洋局北海海洋工程勘察研究院，山東青島266061；2.青島環海海洋工程勘察研究院，山東青島266061）

青島近海災害地質研究

張永明1，2，石曉偉1，2，呂志偉1，2，畢建強1，2

（1.國家海洋局北海海洋工程勘察研究院，山東青島266061；2.青島環海海洋工程勘察研究院，山東青島266061）

利用全覆蓋的多波束測深、側掃聲納和淺地層剖面等聲波探測數據，分析研究了青島近海災害地質類型及其聲學反射特征，編制了青島近海災害地質圖。青島近海災害地質主要有：活動斷層、潮流沙脊、活動沙波、海底滑坡、出露基巖、礁石、埋藏斷層、侵蝕溝槽、潮流三角洲和埋藏古河道等。根據其危害程度和成因對該海域的災害地質類型進行了分類，并對其形態特征、空間分布、成因機制及對海洋工程建設的影響進行了分析討論。結合前人研究成果，探討了構造運動、海平面變化和現代水動力等地質環境因素對青島近海災害地質形成和分布的影響。通過對青島近海災害地質研究，可為該地區海洋工程建設和防災減災提供理論基礎。

青島近海；災害地質；地質環境演變

災害地質，系指對人類生命財產能夠造成危害的地質因素，即有可能致災的各種地質條件，包括某些地質體和地質作用（李培英等，2007）。青島市地處我國東中部沿海，具有豐富的海洋資源。近年來隨著青島市沿海經濟區的發展，海洋開發和海洋工程建設日益增多，海底隧道、跨海大橋、港口碼頭以及海底光纜的建設等都在日益蓬勃發展，對海洋災害地質研究的重要性也日益凸顯出來。青島近海海域地質環境較復雜，孕育著多種災害地質因素。通過對該區域海洋災害地質研究，可為研究海洋環境演變、海洋開發和海洋工程建設提供基礎資料。因此對該區域的海洋災害地質的研究具有重要的理論與現實意義。

近年來我國實施了大規模的近海海洋綜合調查與評價專項，對青島近海海域進行了詳細的調查。本文利用全覆蓋的多波束測深、側掃聲納和淺地層剖面資料對青島近海海域主要的災害地質因素進行識別，對其聲學反射特征、外部形態、成因機制、分布特征等進行分析討論，并探討晚更新世以來青島近海地質環境演變與災害地質的關系。

1 研究區域概況

研究區域位于青島近海5 m以深海域，地理坐標為35°45′-36°10′N、120°00′-121°00′E（圖1）。以膠州灣和青島前海為中心，向東西兩側伸展，西南到靈山島西，東北到嶗山頭以東海域。

圖1 研究區位置及測線布設圖

青島近海岸線呈北東-南西向，岬角與海灣相間，岸線曲折。除砂質海岸外，基巖海岸發育。海岸動力以波浪為主，岸灘多系粗粒物質。岬角浪蝕作用強烈，海浪刻蝕出大片海蝕平臺與海蝕階地。

青島近海潮汐類型屬于正規半日潮。潮流以往復流為主，整體上外海漲潮流向為SW向，落潮流流向為NE向，漲潮流速大，落潮流速小，流速表、底層略有差異，但相差不大，漲潮時間短，落潮時間長（國家海洋局第一海洋研究所，1984）。

2 資料獲取與研究方法

2.1 資料獲取

調查設備：（1）定位設備使用DSM 212L型 DGPS接收機，定位精度為亞米級；（2）多波束測深儀為Simrad EM3002D多波束測深系統，船底固定安裝；（3）淺地層剖面儀為Topas PS40參量陣淺地層剖面儀，船底固定安裝，配有MRU-5運動傳感器，可實時校正測量船姿態。發射脈沖為chirp波，頻率2.0~5.0 kHz，采樣頻率100 kHz；（4）側掃聲納為Klein3000，發射頻率：低頻為100 kHz，高頻為500 kHz，高低頻同時記錄，調查方式為拖曳式。調查時間為2005年至2007年，調查時多波束為全覆蓋測量，淺地層剖面和側掃聲納同步進行。調查比例尺為1∶50 000，主測線垂直等深線方向，主測線間距1 km，檢查線垂直主測線，檢查線間距5 km。

2.2 研究方法

對多波束原始數據進行水位改正、聲速改正等后處理，利用改正后的離散數據經網格化，編繪調查區域的三維地形圖。對側掃聲納原始數據調節增益、時變增益和斜距改正，以獲取清晰的聲納影像，在聲納影像上劃分海底微地貌、識別海底災害地質。對淺地層剖面數據進行帶通濾波、調節增益和時變增益，獲取清晰的地層圖譜，根據地層反射特征，劃分反射界面，分析反射波組特征，識別災害地質。將多波束測深、側掃聲納和淺地層剖面等資料上識別出來的災害地質因素展繪到AutoCAD軟件，編繪研究區災害地質圖（圖2）。

圖2 青島近海災害地質圖（斷裂修改自支鵬遙，2008）

3 研究結果

3.1 海底災害地質分類

根據災害地質危害程度和成因條件，采用三級分類體系對海洋災害地質類型進行分類（葉銀燦，2012）。一級類型依據危害程度分為直接災害地質和潛在災害地質兩個大類；二級類型依據海洋災害地質類型的成因機制和主要驅動力條件進行劃分，具體分為構造、重力、侵蝕-堆積和巖土-地層共4個海洋災害地質亞類；三級類型即具體的災害地質地貌體、地質作用以及地質現象，分屬前述各亞類。根據以上分類原則，結合調查區海域發現的災害地質類型，將調查區海域災害地質類型進行了如下分類（表1）。

表1 青島近海海洋災害地質分類表

3.2 直接災害地質類型及特征

3.2.1 活動斷層

活動斷層是晚更新世以來（距今約12萬年至現今）曾發生過活動、正在活動或未來可能活動的斷裂構造（徐錫偉，2006）。海域活動斷層能引發多種地質災害，比較突出的有地震、海嘯、砂土液化、錯斷、滑坡和陷落等（李西雙，2008）。海洋工程設計和建設時應查明斷層的性質和活動性。

區域地質資料和最新調查結果表明，青島地區斷裂構造主要有NE、NW和EW向三組。NE向斷裂主要有即墨斷裂、滄口斷裂、青島山斷裂和劈石口斷裂；近EW向斷裂主要有郝官莊斷裂；NW向斷裂主要有大沽河-朝連島南斷裂（欒光忠等，1998；欒光忠等，2002；王志才等，2002；郭玉貴等，2007）。上述斷裂構造具有多期性活動的特點，對青島地區的地形地貌起著重要的控制作用。已有研究結果表明，滄口斷裂為晚更新世（早、中期）活動斷層（郭玉貴等，2007），其余斷裂最新活動年代為中更新世中晚期，晚更新世以來不活動（王志才等，2002）。

3.2.2 潮流沙脊

潮流沙脊是在潮流作用下，在海底形成的活動性強的砂質脊狀堆積體。青島近海潮流沙脊主要分布在膠州灣內漲潮水道落潮水道之間和灣口落潮水道兩側。

膠州灣漲潮水道分布有三條潮流沙脊，分別為：滄口沙脊、中央沙脊和大沽沙脊（圖3）。近南北向展開分布在潮道周圍，形成溝脊相間的地形。滄口沙脊是灣內最大的沙脊，南北長約16 km，東西寬約1.5~2.0 km。主要組成物質為粗砂，從南向北粒徑逐漸變細。兩側地形高差達20 m。中央沙脊長約5 km，寬200~1 800 m，南部前緣處高差達15 m。大沽沙脊近東西走向，長度約3 km，寬約0.8 km，高差1~4 m。

圖3 膠州灣潮流沙脊分布圖

膠州灣灣口外主潮道的兩側發育了兩個潮流沙脊，分別為“北沙”和“南沙”。北沙呈NWESE-E向分布，南緩北陡，東西長約5 km，南北寬0.2～0.5 km。沙脊表面上發育了一系列雁列式排列的高大沙波（圖4），沙波高度由西北向東南逐漸減小，高差2～8 m。南沙呈WNW-ESE向分布，長約7.5 km，最寬處約1.5 km，北側緊靠灣口深水溝槽，坡度較陡，南側平緩。沙脊頂面不平整，有許多大小、深淺不一的洼坑，深度在1~3 m之間，為人工采砂留下的痕跡。

在水動力的作用及外力的影響下，潮流沙脊的形態和位置都可能發生改變。這種不穩定性因素會對工程建筑產生一定的危害。潮流沙脊的高低起伏對海洋工程建設帶來很大的困難。沙體的頻繁移動性將會對工程帶來更大的威脅（張永明等，2015）。

圖4 北沙三維地形圖

3.2.3 活動沙波

海底沙波是海底表面松散砂質堆積的有規則的波狀起伏地形，往往疊加在現代潮流沙脊和潮流沙席上。青島近海海底沙波主要分布在膠州灣灣口水道的邊緣和潮流沙脊上。根據其形態大小可分為波痕、線性沙波和沙丘。圖5為竹岔島西北側近岸發現的波痕聲納影像，波長約為2.2 m，波高0.2 m左右，移動方向為ENE-WSW，與當地潮流方向一致，成分主要為細沙。圖6為膠州灣口線性沙波和新月形沙丘三維地形圖。線性沙波脊線長約500 m，寬約20~50 m，陡坡朝向外海，緩坡朝向灣內，為落潮流沙波。新月形沙丘長約200 m，寬約100 m，緩坡朝東或南，指向漲潮流方向。

根據實測海流與沙波的關系表明，海底沙波處于極不穩定的狀態下，其形成和消失隨水流作用變化頻繁（邊淑華等，2006）。線性沙波發育于漲落潮流速和歷時相當的區域，沙波在潮流的作用下以一個平衡位置左右擺動，在兩端不對稱的潮流長期作用下，發生逆時針旋轉；新月形沙波在西向優勢流的作用下約以50 m/a的速度向西遷移（趙月霞等，2006）。沙波的移動導致海底沉積物沖淤變化，對海底管道、光纜的鋪設帶來很大的不便和隱患，在設計和施工過程中要引起足夠重視。

3.2.4 海底滑坡

在嶗山頭附近侵蝕溝邊坡上發現一處海底滑坡（圖7）。由于嶗山灣沿岸流在此匯集，水路窄、沖刷強，形成侵蝕溝的東坡陡峭，造成海底大面積滑塌，滑動體暫時堆積在溝底形成平緩地形形態。

圖5 波痕聲納影像

圖6 膠州灣灣口沙波三維地形圖

圖7 海底滑坡三維地形圖

從獲取的聲納影像（圖8）分析，滑坡前緣邊界明顯，擠壓波紋清晰可辨，說明滑坡剛發生不久，還未被沖蝕。侵蝕溝嶗山頭一側為基巖，周圍沉積物厚度較大。在風暴潮和地震等外力作用下易引發滑坡（張永明等，2012）。

3.2.5 出露基巖和礁石

出露基巖和礁石主要分布在沿岸沖刷侵蝕強烈的沖蝕溝內、基巖海岸附近和島嶼周圍。礁石形態、大小各異，聲學影像上能清晰的反映其形態。圖9為礁石的聲納影像，礁石參差不齊，高出海底約10 m。圖10為在膠州灣外西南側邊緣水道內發現的脈巖的聲納影像，脈巖寬約20 m，起伏約30 cm，延伸方向為ENE。礁石對航行安全、海底管道、海底光纜等海洋工程的建設具有直接危害。

3.3 潛在災害地質類型及特征

3.3.1 侵蝕溝槽

侵蝕溝槽主要分布在膠州灣灣口內外、近岸和嶗山頭海域。

膠州灣灣口侵蝕溝槽系強勁的潮流長期沖刷原始谷地而成，最深處達67.1 m。灣口侵蝕深槽經團島-黃島后，呈指狀輻射為4條水道指向灣頂，即自東向西的滄口水道、中央水道、大沽河水道和島耳河水道，共同構成漲落潮水進出膠州灣的主要流道。大沽河水道、島耳河水道在水下的溝槽形態已不甚明顯。膠州灣口外分布有薛家島邊緣水道、中央水道和青島前海外側的東北側邊緣水道。

圖8 海底滑坡聲納影像

圖9 礁石聲納影像

圖10 出露脈巖聲納影像

嶗山頭附近侵蝕溝槽長約8 km，寬約3 km，最深處56 m（圖7）。其形成是由于嶗山頭地形影響，潮流在此匯聚侵蝕而形成。麥島侵蝕溝槽東西長約6 km，寬約2 km，大致平行于海岸。在老公島、大福島、靈山島及連三島的東南側海域也分布有明顯的寬淺的水下侵蝕洼地，規模較嶗山頭和麥島等地小，形態上更為狹長。

侵蝕溝槽所在處地形較為復雜，水動力強烈，侵蝕溝槽邊坡較陡，易發生邊坡坍塌現象，對工程建設有一定的危害性。起伏不平的海底，可能給海底工程的建設帶來一定的障礙。

3.3.2 潮流三角洲

漲潮流三角洲發育在膠州灣內，由于漲潮水體進入灣內流速減弱，挾沙能力降低，泥沙發生沉降形成。漲潮三角洲自口門附近起開始發育，至水深5 m范圍之內。膠州灣內漲潮三角洲以分支潮道和潮道間的沙脊構成了三角洲的主體。

落潮流通道的末端發育落潮流三角洲。落潮流三角洲包括灣外兩處潮流沙脊，即“北沙”和“南沙”，以及落潮流末端沙壩。

3.3.3 埋藏古河道

調查區內發現兩條埋藏古河道。較大的一條位于水深30 m平緩的陸架侵蝕-堆積平原上，調查區內的古河道長約60 km，寬約1~4.5 km，最大下蝕深度達10 m（圖11）。整條古河道并未被全新世沉積物完全充填、夷平，至今在海底顯現為洼地，水深30 m等深線可以圈出其基本外形。

圖11 埋藏古河道淺地層剖面圖譜

另一條位于嶗山頭東南方向，走向近EW，長度約7 km，河谷寬100 m左右，下切深度10 m左右，埋藏在海底以下4 m左右。

埋藏古河道內沉積物多具復雜性和多變性，其物理和力學性質在水平方向上存在較大的差異，持力不均，在上覆荷載下容易引起局部塌陷或不均勻沉降造成地基不穩（彭俊等，2014；劉杜娟等，2010）。工程設計時需對古河道進行避讓或采取地基加固等措施。

4 影響災害地質的因素

青島近海災害地質與區域地質環境演變，尤其是晚更新世以來的地質環境演變密切相關。影響海底災害地質形成和分布的主要因素為構造運動、海平面變化和海洋水動力。

4.1 構造運動

青島地區在大地構造上屬華北地臺膠遼斷隆，基底為元古代的變質巖。古生代開始為地臺發育時期，長期處于構造隆起狀態，缺失古生代至三疊紀地層，結晶基底大面積出露。中生代中、晚期以來，地臺進入新的構造發展階段。濱太平洋構造系控制了本區地塊的差異升降和沉積盆地的發育。西部出現膠萊坳陷，接受淺海相和陸相沉積；東部廣泛出露燕山晚期花崗巖。青島近海海底基巖和礁石的巖性基本與沿岸陸地和島嶼的巖性一致，為陸地巖層向海域的延伸。基巖類型主要為中生界青山群火山巖、中生界王氏群碎屑巖和燕山期花崗巖類（李官保等，2009）。

青島地區NW向和近EW向斷裂發育。斷裂走向對大到海岸線走向及海灣的輪廓，小至一灣、一岬都起著顯著的控制作用。新構造運動主要表現為NE向斷裂帶的繼承性活動。東南部嶗山等地緩慢抬升，遭受剝蝕；西北部膠州灣等地緩慢沉降，接受海侵。青島近海海域斷裂主要是陸地斷裂向海域的延伸，以基巖斷裂為主。陸地斷裂測年表明青島地區斷裂最新活動年代大多為中更新世中晚期，晚更新世不活動（王志才等，2002）。海域地震勘探表明滄口斷裂在晚更新世中期仍處于活動狀態（郭玉貴，2007）。

4.2 海平面變化

晚更新世以來，中國東部沿海發生了3次大規模海侵：晚更新世早期海侵、晚更新世晚期海侵、全新世海侵；3次海侵之間為兩次海退陸相沉積過程：晚更新世早玉木冰期沉積、晚更新世晚玉木冰期沉積（劉敏厚等，1987）。因此，晚更新世以來青島近海海域經歷了“海侵-海退-海侵-海退-海侵”的沉積過程，晚更新世以來尤其是晚更新世晚玉木冰期（末次冰盛期）以來的沉積環境演變決定了青島近海海洋災害地質的形成與發展。

23-19ka B.P.，晚更新世晚玉木冰期時，全球海平面大幅度下降，黃海陸架發生大規模海退，當時海面處于現海平面以下約120～135 m，黃海演變為陸架平原（秦蘊珊等，1987）。經過長期的風化、剝蝕，陸架平原上發育河流、湖泊，并形成寬闊的河道。膠州灣內發育的大沽河、白沙河及墨水河順勢向灣中心及黃海陸架匯集，形成各種規模的河道。

15 ka B.P.，進入晚更新世晚期冰后期，隨著氣候變暖，海平面開始上升，此時膠州灣為內陸盆地，接受膠州灣周邊大沽河等河流的注入，形成小的湖泊。12 ka B.P.，黃海海岸線位于現今朝連島南部水深50~60 m的海域（徐家聲，1981）。11-10 ka B.P.，隨著海平面的快速上升，海水沿古河道上溯至膠州灣口門附近。10-5.5 ka B.P.，隨著海面逐漸上升，海水到達膠州灣，膠州灣形成（韓有松等，1986）。在此過程中形成了初期的海灘或沙堤之類的堆積體，成砂透鏡體。大約在5.5 ka B.P.達到了最大海侵范圍，最大海侵古岸線約在藍村膠濟鐵路一線。一些古河道在海水快速上升過程中受到海水的侵蝕改造演變成潮流通道，被海相沉積物充填，形成了潮溝沉積。5.5-3.0 ka B.P.，隨著亞北方期的到來，海平面降低，膠州灣在原來的水道上出現侵蝕現象。3.0 ka B.P.，大西洋期到來，海平面重新上升，膠州灣開始新的海灣沉積，逐步形成現代的地形地貌（李廣雪等，2014）。

4.3 海洋水動力

在構造運動和海平面變化控制的基礎上，海洋水動力對海底災害的形成和分布起到重要的影響。海流、潮汐、波浪和河流等海洋水動力因素，是塑造海岸帶、淺海地貌的直接動力因素，不僅塑造出海蝕平臺、侵蝕溝槽等各種海蝕、海積地貌形態，而且對松散沉積物還起著分選、搬運及再堆積的塑造作用，從而形成沙波、潮流沙脊、潮流三角洲等海底底形。

膠州灣是一個半封閉的港灣，由于潮差大，灣內波浪作用較弱，往復流成為控制灣內沉積作用的主要動力。灣口受基巖岬角地形的限制，口門狹窄，漲落潮流在通過口門時，由于狹管效應，潮流加強了對底部的沖刷，使得灣口被侵蝕成溝槽。底部侵蝕的物質，在漲、落潮的帶動下，漲潮在灣內沉積，落潮在灣外堆積，形成漲落潮流三角洲。

海底侵蝕溝槽是由地形和潮流相互作用形成的，常出現在水動力強烈、地形多變的地區。黃海沿岸流為海底侵蝕溝槽的形成提供了水動力條件。

5 結論

（1）青島近海分布有活動斷層、潮流沙脊、活動沙波、海底滑坡、出露基巖、礁石、埋藏斷層、侵蝕溝槽、潮流三角洲和埋藏古河道等海洋災害地質。根據其危害程度和成因對其進行分類。

（2）晚更新世以來的地質環境演變對青島近海災害地質的形成和發展起到控制作用。構造運動、海平面變化和現代水動力等因素共同決定了災害地質的類型、分布及演化。

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（本文編輯：袁澤軼）

Study on hazardous geology in Qingdao offshore

ZHANG Yong-ming1,2,SHI Xiao-wei1,2,LYU Zhi-wei1,2,BI Jian-qiang1,2
(1.North China Sea Marine EngineeringProspecting Institute of SOA,Qingdao 266061,China; 2.Qingdao Huanhai Marine Engineering ProspectingInstitute,Qingdao 266061,China)

Based on the acoustic data,including multi-beam echo sounding,side scan sonar and sub-bottom profile,the types and acoustic reflection features of hazardous geology in Qingdao offshore are analyzed and studied.The hazardous geology map of Qingdao offshore is compiled.The types of hazardous geology in Qingdao offshore include active faults,tidal sand ridges,active sand waves,submarine landslide,exposure bedrocks and reefs,buried faults,eroded gutters,tidal deltas, buried paleochannels and so on.According to their danger level and formation,the hazardous geology types are classified. Hazardous geology's shape characteristics,distribution,formation mechanism and effects on marine engineering building are analyzed and discussed.Based on previous research products,this paper discusses geologic environment factors,including tectonic movement,sea-level change and modern hydrodynamics,which affect hazardous geology's formation and distribution in Qingdao offshore.Study on hazardous geology in Qingdao offshore will provide a basis for marine engineering construction,disaster prevention and mitigation in this area.

Qingdao offshore;hazardous geology;geologic environmental evolution

Q67

A

1001-6932（2017）04-0385-09

10.11840/j.issn.1001-6392.2017.04.004

2016-02-02；

2016-04-18

海洋公益性行業科研專項（201205012）；我國近海海洋綜合調查與評價專項（908-01-QC12；908-01-DX12）。

張永明（1980-），碩士，高級工程師，主要從事海洋地球物理調查與研究。電子郵箱：24228339@qq.com。