日照市海岸帶古河道分布特征研究

郝義，王光棟，張啟慧，秦福鋒

(1.山東省煤田地質局第一勘探隊，山東 滕州 277500；2.日照市自然資源和規劃局，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，許多學者都對其進行過研究，將古河系劃分為古黃河河系、古長江河系、古臺閩河系[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害地質因素[8]，它的存在一方面會對海上工程施工、海上平臺安裝以及海底管線鋪設等造成影響[9-10]；另一方面古河道中埋藏的砂體也可作為海灘養護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的優質海灘。近年來，日照市海岸帶海灘資源受到不同程度的侵蝕[11-16]，應盡快采取保護措施。人工拋沙是海灘養護和修復的有效措施之一。因此，在日照近海海域尋找古河道中埋藏的砂體作為人工拋沙的砂源具有重要意義。日照近岸海域關于古河道的分析研究工作前人文獻報道較少，該文通過收集以往日照近海區域所做的淺地層剖面資料(1)山東省第四地質礦產勘查院，山東省日照市海岸帶綜合地質調查報告，2013年6月。，對淺地層剖面中出露的古河道形態特征進行分析，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境，為岸灘整治修復和古環境研究提供參考資料。

1 研究區概況

日照海岸帶大地構造位置為蘇魯造山帶膠南-威海隆起區中的嵐山凸起區，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，發育平直的基巖沙礫質海岸。日照海域潮汐特征為正規半日潮，潮流按順時針方向旋轉，漲潮流主方向為SW向，落潮流主方向為NE向，以SW向漲潮流占優勢，漲落潮流均與海岸方向平行[17]。研究區常浪向為SSE，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核礫砂、礫砂、砂、粉砂質砂、砂質粉砂、砂—粉砂—黏土、黏土質粉砂等7種沉積物類型[20]，南北兩側的港口附近，粒徑細，分選較差，其他區域粒徑粗，分選差[21]。受黃海沿岸流影響，海底近岸沉積物由北向南運移[22-23](圖1)，沉積物主要來源為沿岸河流入海物質和沿岸沖刷物。

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；4—等深線及深度值圖1 研究區淺地層剖面測線分布圖(據文獻[19，22，24]修改)

海底地貌特征主要有水下淺灘、現代水下三角洲、海底沖蝕平原三種類型[19]。在水深15m以內的近岸淺水區一般分布水下淺灘，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—黏土和黏土質粉砂為主，在近岸5m水深內有中、細砂分布。現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，兩側為細砂，向外過渡為黏土質粉砂。海底平原帶主要分布在水深15m以外坡度平緩區域，在表層砂質沉積物中，含有大量鈣質和鐵質結核，屬于更新世殘留沉積層，被海水淹沒于全新世海侵時，成為海底沖蝕平原。

2 研究資料和方法

2.1 資料來源

對古河道形態的分析主要以2013年山東省日照市海岸帶綜合地質調查項目獲得的淺地層剖面解譯結果為基礎，該項目海上調查工作由青島海洋地質研究所完成，所用的調查船為“浙嘉漁科002號”。淺地層剖面測量采用的儀器為SBP/AAE高分辨率數字淺地層剖面儀[19]，調查參數為：激發間隔800ms，激發能量300～500J，帶通濾波250～3000Hz。震源和接收系統拖于船后，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絡測線間距約為5km，測線主要位于水深16～24m的區域(圖1)。

2.2 分析方法

在淺地層剖面圖上，地震反射單元內的地震屬性參數與相鄰的單元不同，通過觀察地層的地震反射終止形態和反射結構(即地震相)，辨識地震相單元及其邊界[25]，揭示產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別可能存在的古河道，把截切下伏地層的傾斜面識別為古河道的側緣，強振幅的雜亂反射代表古河道底部的殘留沉積，相互交錯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行連接，來重建以往的古河道體系。

3 古河道形態特征分析

3.1 古河道追蹤

為了恢復古河道的原始形態，在研究區內各條淺地層剖面測線上識別追蹤可能存在的古河道斷面。首先，在淺地層剖面圖上識別出古河道斷面的2個側緣，記錄相應的位置、深度和長度。其次，根據剖面圖上的位置，在測線平面航跡圖上用線條進行標記，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)推測性地用虛線進行連接，勾繪出古河道的大體形態。

3.2 斷面形態特征分析

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；2—地層單元代號圖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；2—地層單元代號圖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；2—地層單元代號圖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；2—地層單元代號圖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，底部常出現強振幅雜亂反射，底部向上為一套復雜的反射結構，表現為多期次層狀反射，河道頂界面為近似平行和水平的沉積蓋層(圖2、圖3)。

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

研究區的古河道斷面形態主要有U形、V形、W形、箱形和倒梯形。古河道兩側下切深度較小，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，隨后轉為側向侵蝕，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育時間較短的較小支流，河道受兩岸束縛，未發生來回擺動，兩側下切較淺，中部下切較深。

3.3 古水力學參數分析

根據淺地層剖面圖上解譯或觀察到的古河道形態特征，在垂直于河道的方向上測量橫截面參數，可以得出其古水力學參數，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]。根據該方法，對日照市海岸帶所測的淺地層剖面中推測的古河道進行了古水力學參數統計(表1)，相關計算公式如下：

表1 日照市海岸帶古河道水力學參數

(1)

式中:di為古河道實測深度，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 平面形態特征分析

通過分析，研究區內存在以NW向為主的多條分支古河道和一條NE向的主干古河道(圖6)，總體呈梳狀格架。主干河道北西側，分支河道較密，主干河道南東側，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4km。在55km距離內河底高差約為10m，以0.01°的坡度向海傾斜，落差較小，總體較為平緩。分支河流多數以NW向為主，少數為NE向，長度介于8～20km之間，寬度約為1～3km。主干河道西北側的分支河道的西北端與日照海岸帶現代河流中的兩城河、傅疃河、竹子河、龍王河、繡針河等河流相對應。

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

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]，研究區內的古河道被淹沒、填埋。在后期的海進過程中，原有的河道還受到潮汐改造的作用，研究區先后經歷了河流到河口再到淺海的環境演變。

4 討論

據孔祥淮等[26]在南黃海西部濱淺海區所做的埋藏古河道研究，推測日照近海區域的古河道形成于距今約4.4萬a，大致對應與末次冰期的氧同位素三期(MIS3)，當時古海平面位于現代海面以下約60～70m，研究區出露地表。

在末次冰期，研究區內氣候濕潤，降水豐富，河流流速較大，搬運泥沙的能力較強。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、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果[26]。

海灘養護和海岸沙丘的恢復都需要大量粒度適宜的海砂，選擇性地開發日照近海閉合深度以外古河道中的海砂作為海灘養護的砂源對日照海岸帶生態環境造成的影響較小。該次研究發現的古河道主要位于16～24m水深的閉合深度以外區域[29]，對其中的砂體進行適當的粒度篩選可作為將來進行人工拋沙的砂源。

5 結論

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

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

(3)古河道主要位于16～24m水深的閉合深度以外區域，選擇性的開發古河道中的海砂作為海灘養護的砂源對日照市海岸帶生態環境造成的影響較小，對古河道中的砂體進行適當的粒度篩選可作為將來進行人工拋沙的砂源。