石島灣海域海洋淺層地質條件及災害地質特征

中圖分類號：P67 文獻標識碼：A doi：10.12128/j.issn.1672-6979.2025.06.008

0引言

近年來，隨著海洋經濟的快速發展，海洋工程建設項目日益增多，也對海洋地質環境造成了一定影響，海洋地質災害時有發生，對人們的生命財產及生產環境構成了較大威脅，海洋地質調查工作越來越受到人們的重視[1-2]。前人在南海海域、威海海域、半島海域均開展了海洋地質的研究工作，對海洋災害地質特征亦有初步研究，對海洋工程建設、海洋資源開發利用等具有一定的積極作用。石島灣海域具有我國北方最大的漁港、國家一類開發口岸，是環渤海經濟圈與東北亞貿易的重要節點，區位優勢明顯。本文利用《省威海市榮成海岸帶綜合地質調查》項目在石島灣海域開展的淺地層剖面測量、多波束水深測量及地質鉆探工作成果，研究了石島灣海域海洋地質條件和災害地質特征，能夠為該區海洋經濟開發與利用提供基礎地質資料，具有重要的理論與實際意義[3]

研究區概況

石島灣海域位于半島最東端的榮成市，屬于南黃海海區[4]，東部與鏌琊島相鄰，西依赤山山脈，水深 7～21m ，潮流屬不正規半日潮，最大潮差1.65m 左右。因受地形地貌等因素的影響，海流比較復雜，近岸海域多屬環岸流，流速較小，一般為0.15～0.5m/s;10m 等深線以外海域流速較大，一般為 0.8～0.9m/s ，流向自西南至東北向。境內近海風浪、涌浪并存，風浪為主要浪型，年際波動幅度不大，風浪與涌浪的主波向均為向岸方向。

研究區所在陸塊處于中朝陸塊的東南緣和中央造山區的東端，屬于膠北隆起的乳山-威海復背斜[5]。地層主要出露新生代第四紀地層[6]，巖漿巖非常發育，以中酸性巖為主，形成時代有新元古代及中生代，新元古代巖槳巖巖性以花崗質片麻巖為主，中生代巖槳巖巖性以正長花崗巖、石英正長巖、含黑云輝石正長巖為主（圖1）。區內變質巖經受了多期不同時代的變形作用改造，韌性剪切帶極為發育。中生代以來，在太平洋板塊朝著歐亞板塊下方俯沖的作用下，工作區內構造活動強烈，形成一系列構造巖漿巖帶和大型斷裂，其構造形跡以淺層次脆性形變為主。

1—第四紀臨沂組；2—第四紀濰北組；3—第四紀旭口組；4—中生代印支期侵入巖；5—新元古代南華紀侵入巖；6—地質界線；7—斷裂；8—海水等深線；9—研究區位置。

研究區域屬于東亞季風區，季風特點明顯，夏季多為偏南風，冬季多為偏北風，同時具有典型的海洋性氣候特點，冬無嚴寒，夏無酷暑，且降水充足[]。

2 研究方法

為了解研究海域內地形地貌和淺地層結構特征，省地質礦產勘查開發局第六地質大隊（省第六地質礦產勘查院）于2023年9—10月開展了多波束水深測量、淺地層剖面測量和地質鉆探工作（圖2）。

多波束水深測量野外數據采集軟件采用Qinsy軟件，數據解譯與編輯軟件采用Qimera軟件，水下地形圖編輯軟件采用南方CASS11.0軟件。測量采用全覆蓋方式進行，測量過程中，船只保持沿測線行進，航速控制在 4～6kn 。根據研究區海區特點、水深情況及設備要求，測線間距 50m ，測線覆蓋區有20% 的重疊，測量分辨率為水深的 0.5% ，精度為水深的 2% ；采集精確水深地形數據后，通過數據處理軟件獲取研究海域地形成圖及DTM數字地面模型。

野外淺地層剖面測量工作使用荷蘭Geo公司的淺地層剖面系統儀器，定位采用美國Trimble公司的SPS461信標機，導航軟件采用Haida6.1導航系統。經試驗后，確定了淺地層剖面測量的工作參數為[8]：激發間隔 1000ms ，能量800J，帶通濾波200～2000Hz ，記錄量程 200ms ，地層平均聲速1600m/s ，船速 4.5～5kn 。主測線平行于海水等深線布設，聯絡測線垂直于主測線，測網按 1km× 1km 的網距布設，共布設測線13條，使用GeoSuiteAllWorks軟件進行了多次波壓制、帶通濾波、增益處理、剖面解譯和平面解譯，劃分了工作區內地層層序。

海域地質鉆探采用XY－200型號鉆機、 Φ130 巖心管、 Φ180 套管，施工時進行全孔取心，回次進尺小于 3m ，鉆進操作時，實時記錄進尺數據，包括回次，鉆具長度、水深、機上余尺、孔深、回次進尺、巖心采取率等，及時進行鉆孔巖心編錄等工作。

通過多波束水深測量獲取水下地形圖、DTM數字地面模型以及水下目標的大小、形狀和高低變化，淺地層剖面測量獲取高分辨率地震數據后進行噪音剔除、多次波壓制、增益、濾波等處理工作，獲得較清晰的地層界面信息，結合地質鉆探資料的進一步驗證，揭示了研究區地質條件及災害地質特征。

3地形地貌特征

石島灣海域地形呈現北部及西北部高，東部及南部低的趨勢。研究區水深大致在 7～21m 之間，其中大部分區域水深集中在 12～20m 之間，平均水深約 16m 。除北部小部分區域外，整體海底地形平緩，坡度起伏變化不大，為東亞大陸架的一部分。

研究區地貌主要為海底平原，偶有小突起，可能為礁石，未發現沉船等明顯的海底障礙物。測區北部較淺，海底凹凸不平，可能為海底隆起，中部較為光滑，海床表面較為平坦，隨著遠離陸地深度開始急劇增加，呈現出一定的坡度（圖3）。

1 淺地層結構特征

通過對淺地層剖面測量所得地震剖面的反射結構、波組特征，以及上超、下超、頂超、削截等地層反射終止方式展開詳細剖析與研究9]，結合鉆孔巖性的描述，進而對淺地層剖面的地層層序反射界面予以劃分。結果顯示，石島灣海域從淺到深依次為DO、D1、D2共3個反射界面，其中D0界面為海底反射面，代表地層和海水的分界面，以高連續性和強振幅為特征（圖4）。應用層序地層學的方法研究沉積層結構，根據識別地層反射界面，建立地層層序，劃分了2個地層單元，從上到下依次是Su1、 Su2 （見表1）。

4.1 地層單元Su1和D1界面

Dl界面比較明顯地顯示在淺地層剖面上（圖5、圖6、圖7），是冰后期隨著海平面不斷上升，臨濱帶持續向陸后退而形成的區域性海侵面，也是冰后期的初始海泛面，顯示為強振幅，連續性較好[10-11]，較為平緩，在研究區廣泛分布。D1的埋藏深度為1.4～12.2m ，深度變化較大，東北部靠近大陸岸線處埋深最淺，只有 1.4m ，向西南方向深度逐漸增加至12.2m ，平均埋藏深度 8.5m 。

Sul為從海底向下和D1界面之間的地層（圖5、圖6、圖7），工作區南北向和東西向地震剖面上出現明顯的楔狀沉積體Su1，Su1單元內的地震相特征表現為強振幅、高頻率、連續性好的平行結構。該單元在工作區分布廣泛，是全新世海平面上升時期形成的沉積環境較穩定的海相層[8.12-13]，根據鉆孔顯示巖性主要為粉砂質黏土。該單元層序發育較穩定，厚度變化較大，厚度范圍在 1.4～12.2m ，該單元層序的發育特點是研究區西南部較厚，其中最厚處約 11.0～12.2m ，靠近海岸附近或灣內海域較薄，厚度一般小于 5m 或不發育。

4.2 地層單元Su2和D2界面

D2界面是基巖的頂界面（圖5、圖6、圖7），埋藏深度 0～23.0m ，基巖出露位置主要在石島鎮、鏌琊島鎮的近岸海域，埋深最深的位置位于石島灣口門處。從測線P12淺地層剖面中可以看出，D1與D2界面之間存在一層疑似粉質黏土層，因地層分布不連續，鉆孔內并未揭露。電火花采集系統無法穿透基巖，D2以下地層結構無法識別。

Su2地層單元的底界面為侵蝕間斷面D2（圖5、圖6、圖7），顯示為波狀起伏的狀態。 Su2 地層單元在調查區的中部呈現出主要分布的態勢，顯示出高振幅且近似水平的連續反射層，沉積厚度 0～14.8 m ，在離岸太近的區域厚度減小至零，其后缺失。推斷Su2地層為末次冰期盛冰期形成的陸相沉積[8，12-13]，巖性推測為粉砂、粉質黏土，層底侵蝕作用較強烈，地層厚度變化較大。

4.3 覆蓋層埋藏厚度

根據工作區覆蓋層厚度分布情況，可分析不同海域的沉積環境差異，同時在預防海底地質災害，以及保障海上工程的施工建設具有重要的意義[10]

根據調查結果可知，工作區覆蓋層的厚度范圍為 0～23.0m 。近岸區域覆蓋層厚度較薄，一般不超過 10m 。覆蓋層最厚的區域位于研究區西南部及中部靠近灣口的地區，局部地區的厚度超過了15～20m 。

5 主要災害地質特征

災害地質是指那些對人類生命財產有危害可能性的地質因素，也就是能夠引發直接危害，或者產生潛在影響的地質條件與地質現象[14-16]。研究區內發育的楔狀泥質沉積體、古河道及淺埋（或裸露）基巖等地質體主要與后期的構造活動、巖漿活動有關，這些地質體讓原本的地層形態與內部結構發生了改變。一旦出現典型地質體，往往意味著有宏觀構造活動，或者處于特殊沉積環境，而且，這些地質體還可能引發地質災害。

5.1 楔狀泥質沉積體

楔狀泥質沉積體是發育在大陸架邊緣的一種形態特殊的泥質沉積體。其在沉積過程中速度過快，導致內部排水不暢，孔隙水壓力升高，削弱了沉積抗剪強度；且泥質沉積物本身膠結程度較低，易在應力變化下發生剪切破壞；楔狀體前緣一般坡度較陡，在重力作用加劇下有失穩的風險。此外，楔狀泥質沉積在波浪或潮汐作用的周期性荷載，以及海底開挖、油氣開采等人類工程活動擾動等，都可降低沉積體的穩定性，誘發滑動形成災害。

石島灣海域Su1為向南、向西進積的水下楔形沉積體，是一套海相軟泥層。根據鉆孔巖性分別為粉砂質黏土、淤泥質黏土。該地層結構具有較顯著的流變特性，承載力小，強度低，重度小，含水量和孔隙比大，且滲透性很小，壓縮性高。一旦受到擾動，土體強度將明顯下降，甚至產生流動狀態，為工程建設帶來巨大不利影響。

5.2 埋藏古河道

晚第四紀時期中國東部陸架海區氣候經歷了冰期-間冰期交替的變化過程，造成陸-海的升降變化，早期的河道紛紛進入海底，并且埋藏于不同厚度的沉積物之下，形成埋藏古河道[17-18]。由于埋藏古河道由高滲透性的砂礫層組成，結構松散，力學性質不均，在外力擾動下可能觸發災害，特別是部分地段存在軟弱夾層，建筑物樁基穿透時，可能引發邊坡失穩造成災害。

工作區地形較為平坦，更新世以來海平面多次升降，曾經大部分裸露為陸地，谷狀（V字形）負地形即是低海平面時期河流在陸架作用的結果。工作區識別出典型的古河道沉積主要位于P8側向附近（圖8），寬十余米，下切深度達 10m ，頂部是海侵河道充填沉積，其填充的沉積物沉積構造復雜，結構性質多變，土體力學性質也復雜多變，為不良工程地質因素，會對海底管線鋪設、海上工程建設以及平臺安裝等造成影響[19-20]，處理不當有可能造成巨大損失。

5.3 淺埋起伏基巖

淺埋起伏基巖指淺地層剖面揭示的基巖，沉積物不發育或者上覆少量沉積物。基巖面起伏導致上覆土層厚度差異，土體壓縮性不同，且基巖面陡變處易形成軟弱結構面，在工程建設、地震、降雨等特定情況下可引發地質災害。

本次工作在測線P12發現裸露基巖，在測線P5（圖9）發現淺埋基巖。在淺地層剖面上，基巖頂界面主要呈現為中-高頻、強振幅且較為連續的反射特征，而其內部的反射模糊雜亂，沒有明顯的層理結構，同時，該界面還對兩側地層產生了明顯的擾動[12]

淺埋起伏基巖地區的海底地形復雜，可能會對船舶航行造成障礙，增加航行風險，甚至可能導致船只擱淺或損壞；在工程建設領域，基巖通常是優質的承力層。不過，一旦基巖表面起伏不平，就可能致使海底構筑物的基礎持力不均勻，進而引發構筑物歪斜，嚴重時甚至會傾倒。此外，淺埋且表面起伏劇烈的基巖，還有可能與滑坡、斷層等地質現象相伴出現，在特定外力作用下，容易引發地質災害。所以，海底發育的淺埋起伏基巖，會給海上建設工程帶來諸多不利影響[21]，在工程建設中應當謹慎對待。

6 結論與討論

本文根據多波束水深測量、淺地層剖面測量以及地質鉆探資料，總結了石島灣海域地質條件及災害地質特征，揭示了末次冰期以來海平面升降對區域沉積環境的控制作用，分析了研究區存在的災害地質隱患以及不利影響，不僅對區域海洋工程建設具有直接指導價值，更為陸架區復雜地質環境下的災害防控提供了理論方法創新。

（1）石島灣海域地形呈現北部及西北部高，東部及南部低的趨勢。研究區水深大致在 7～21m 之間，整體海底地形平緩，坡度起伏變化不大，地貌主要為海底平原，偶有小突起，可能為礁石，未發現沉船等明顯的海底障礙物。

（2）石島灣海域自上而下識別出DO、D1、D2共3個反射界面，劃分了2個地層單元Sul、Su2。Sul為全新世楔狀沉積體，巖性主要為粉砂質黏土，是全新世形成的沉積環境比較穩定的海相層，厚度范圍在 1.4～12.2m;Su2 地層為末次冰期盛冰期形成的陸相沉積，巖性推測為粉砂、粉質黏土，厚度 0～ 14.8m 。

（3）石島灣海域災害地質因素主要為楔狀泥質沉積體、埋藏古河道和淺埋起伏基巖。楔狀泥質沉積體在研究區廣泛分布；埋藏古河道主要分布在P8測線附近，寬十余米，下切深度達 10m ；淺埋基巖主要分布在測線P5附近，測線P12發現裸露基巖。災害地質因素對工程建設可能會產生巨大的不良影響，因此，在進行工程建設項目時，應盡量避開此類區域。無法避開時，應當采取必要的防護措施，以免給國家和人民的生命財產造成重大損失。

參考文獻：

[1]林曼曼.青島近海海域災害地質特征研究[D].石家莊：石家莊經濟學院，2025.

[2] 吳振，李巖，王松濤，等.威海市近海海域淺地層結構及災害地質特征[J].國土資源，2018，34（9）：42-48.

[3] 王光棟，高鴻，王文治.日照市近海海域災害地質類型及特征分析[J.國土資源，2014，30（11）：36-38.

[4] 李繼業，冷宇，潘玉龍，等.石島海域污損生物生態學研究[J].海洋湖沼通報，2019（6）：139－146.

[5] 王楠，李廣雪，張斌，等.榮成靖海衛海灘侵蝕研究與防護建議[J].中國海洋大學學報：自然科學版，2012，42（12）：83-90.

[6] 李杰，李倩，宋明春，等.膠東大鄧格金多金屬礦床地質地球化學特征及意義[J].中國地質，2016，43（1）：221-237.

[7] 郭萍.石島灣典型岸段侵蝕致因及防護措施研究[D」.青島：中國海洋大學，2013.

[8] 顧效源，王偉.芝罘灣附近海域淺地層結構特征[J].海岸工程，2021，40（2）：131-139.

[9] 胡新強.海州灣及鄰近海域淺部地震地層層序及海底滑塌研究[D].青島：科技大學，2016.

[10] 于劍峰，顧效源，韓明智，等.丁字灣近岸海底沉積物地層單元劃分及沉積特征[J].國土資源，2020，36（3）：26-33.

[11] 仇建東，張勇，吳鳳萍，等.南黃海中西部全新世地層沉積特征[J」.海洋地質與第四紀地質，2023，43（2）：77－91.

[12]顧效源，于劍峰，韓明智，等.單道地震技術在海洋地質調查中的應用：以威海褚島北部海域為例[J」國土資源，2020，36（1）：72-78.

[13] 王敬，韓忠，袁星芳.桑溝灣周邊海域晚更新世以來的層序地層[J].海洋地質前沿，2023，39（9）：68－76.

[14] 趙景蒲，賀淼，張建英，等.東營市近海海域災害地質類型及特征分析[J.國土資源，2018，34（7）：55-60.

[15] 張燕揮，張一，勇曉宇，等.省長山列島北部海域淺表層海洋災害地質特征及成因機制分析[J].國土資源，2024，40（4）：25-32.

[16] 賈永剛，陳天，李培英，等.海洋地質災害原位監測技術研究進展[J].中國地質災害與防治學報，2022，33（3）：1-14.

[17] 孫杰，詹文歡，賈建業，等.珠江口海域災害地質因素及其與環境變化的關系[J].熱帶海洋學報，2010，29（1）：104－110.

[18] 吳俊峰.渤海沿岸晚更新世以來海平面變化的地層記錄[D].大連：遼寧師范大學，2024.

[19] 郝義，王光棟，張啟慧，等.日照市海岸帶古河道分布特征研究[J].國土資源，2020，36（5）：20－26.

[20] 王明田，莊振業，葛淑蘭，等.遼東灣中北部淺層埋藏古河道沉積特征及對海上工程的影響[J].海洋科學進展，2000，18（2）：18-24.

[21] 仇建東，劉健，孔祥淮，等.半島南部濱淺海區的海洋災害地質[J].海洋地質與第四紀地質，2012，32（1）：27－33.

Geological Conditions and Geological Characteristics of Disasters in Shidao Bay Sea Area

CHEN Lijiel，WANG Yulian’，WANG Zhenxing2， ZHONG Xiangyu'，WANG Qiang1，LU Yanbo' （1.No.6 Geological Brigade of Shandong Provincal Bureau of Geology and Mineral Resources（No.6 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources），Shandong Weihai 2642O9， China； 2.Shandong Geo engineering Construction Limited Corporation，Shandong Jining 2721Oo，China）

Abstract：Shidao Bay sea area is an important bay in the northwest of the Yellow Sea and a key node for trade between the Bohai Rim Economic Circle and Northeast Asia with significant geographical advantages. Through shalow profile measurement， multi beam water depth measurement and geological driling， combining with historical geological data， seabed topography，shallow geological structure and disaster geological characteristics of the study area have been analyzed and studied. It is indicated that the overall seabed terrain in the study area is relatively flat，with litle variation in slope fluctuations. The main landform type is submarine plain. The shallow geological structure is divided into two stratigraphic units. Sul is a wedge-shaped sedimentary body of the Holocene，which is formed during the period of sea level rise in Holocene and has a relatively stable sedimentary environment. Su2 is a terrestrial sedimentary layer formed during the Last Glacial Maximum. The main geological factors of disasters are wedge - shaped mudstone sedimentary bodies， buried ancient river channels，and shallow buried undulating bedrock.

Key words：Shidao Bay; topography; shallow geological structures; disaster geology