海洋采砂区监测监管中浅地层剖面仪的应用

李金铎,郭清荣,林振华

(国家海洋局宁波海洋环境监测中心站 宁波 315010)

海洋采砂区监测监管中浅地层剖面仪的应用

李金铎,郭清荣,林振华

(国家海洋局宁波海洋环境监测中心站 宁波 315010)

以温州瓯江口外B采砂区为例,应用浅地层剖面仪探测采砂区邻近海域浅部底质空间分布状况,可以了解和评价海砂资源分布、资源量、开采现状和影响、未来开采方向和适宜性,为海洋采砂区科学选划、动态监测、环境影响评价和监视监管提供科学依据。

浅地层剖面仪;采砂区;监测;温州瓯江口外

1 引言

海砂作为一种重要的矿产资源和建筑材料,又是一种重要的海洋生态环境要素。改革开放以来,特别是近年来,随着沿海地区社会经济的迅速发展,海砂需求日益旺盛,带动海砂开采快速发展,同时也暴露出盗采、乱采、滥采等诸多问题[1]。为了保护海洋资源,减小海砂开采对海洋环境的影响,国家海洋行政主管部门近年来加强了海砂开采的监督管理,严把项目准入关,规定海砂开采必须在勘察的基础上进行规划选址,实行海域论证和环境影响评价,要求海砂开采单位必须在选划的采砂区内科学、合理、有序的开采;同时进一步加强海砂开采动态监测工作,并在海砂资源和开采现状以及对周边海域环境和海洋功能的影响评价结果基础上,审批是否续期用海[2-3]。

温州瓯江口外采砂区位于大门岛南侧 (图1),2004年开始正式开采,每年的开采量约为40万t。受海砂开采业主委托,定期对温州瓯江口外海砂沉积区及附近海域进行包括水文、地形、地质、环境等方面的动态监测和评价。其中,作为一种有效和必要的手段,应用浅地层剖面仪探测采砂区邻近海域浅部地层状况,结合地形测量、底质采样等手段,可以了解和评价该区底质类型及空间分布状况、海砂资源分布和资源量、开采现状和影响、未来开采方向和适宜性,为海洋采砂区科学选划、动态监测、环境影响评价和监视监管提供科学依据,具有重要的现实意义[4]。

图1 研究区域和测线布置

2 浅地层剖面仪的原理和探测技术

2.1 浅地层剖面测量的工作原理

浅地层剖面测量兴起于20世纪80年代,是一种利用声波在海水和海底沉积物中的传播和反射特性及规律的连续走航式探测水下浅部地层结构和构造的地球物理方法。它采用声波反射的方式进行走航测量形成一连续断面 (图2),从而获得直观的海底浅部地层结构剖面。经过几十年的发展,浅地层剖面测量技术日趋成熟,可以获得水下浅部地层高效、高分辨率、高精度的结构构造特征,广泛应用于海洋工程勘察、地质调查、沉积物分类、港口水运工程、海矿开采、疏浚测量、环境调查、海底管线路由调查和检测等多个领域[5-7]。

2.2 3200-XS浅地层剖面仪技术指标

2012年温州瓯江口外采砂区动态监测采用美国产3200-XS型浅地层剖面仪,SB-216S拖鱼。系统由甲板单元 (工控机)、拖鱼及拖缆组成,配备Discover数据采集控制软件。主要技术性能指标为:

采用宽带线性调频技术(Chirp)技术,穿透深度大、分辨率高。泥质海底最大穿透80 m,垂直分辨率6～10 cm,最大工作水深300 m。脉冲类型为全频谱 (幅值、相位加权调频),发射频率2～15 k Hz,波束宽度16°～32°,最大增益33 d B,16位A/D-D/A转换,双通道功率放大器,输入电源电压为220 V;输出功率为2 000 W峰值。

2.3 探测技术

在海砂开采区及邻近海域布置测线 (图1),采用Trimble SPS351 DGPS和导航电脑导航定位,拖鱼固定在测量船前侧舷边,以减少外界干扰,GPS天线固定在拖鱼处,浅地层剖面仪与GPS设置成一致的采样频率,保证探测数据与空间坐标相对应。测量船速度控制在5节以下,资料面貌良好。

根据导航定位记录绘制航迹图和测线段的探测剖面,根据浅地层剖面仪记录进行地质解译,并编绘于探测剖面图上,绘制成果图件。

图2 浅地层剖面测量的工作原理

3 探测结果与应用实例

3.1 地层和底质分布特征

根据浅地层剖面记录特征,调查海域浅地层大体上可以分成两个地层:I层和II层。I层覆盖在II层之上(图3),或直接出露海底面。

(1)I层:反射波连续性好,层理发育,下部地层密度增大,反射波穿透的地层厚度较小,约5～10 m(图3)。根据记录特点判断,I层为全新世晚期海相沉积物,岩性以粘土质粉砂等细颗粒沉积物为主,流塑至软塑状,富含水分,孔隙度高。

(2)II层:反射波穿透性差,地层结构构造一般不详,偶见地层内部层理或沉积界面。根据经验并结合表层沉积物调查结果,判断总体上以砂质为主,可能以冲积、洪积物为主,顶部受现代潮流改造作用。

根据浅地层剖面测量和解译结果,可以判别出调查海域泥质沉积和砂质沉积的空间分布特征。结合往年资料,可以判别出海砂输运沉积方向和强度。为采砂区的选划、海砂储量估算、采砂区海域使用审批提供科学、直观的依据。

图3 浅地层剖面记录揭示的两个地层

3.2 海底面特征

从其海底面的反射波记录特征可以分成两个典型类型。第一类记录的海底面比较平缓(图4左半部分),底质为泥质,层理发育,可能反映了海底面的自然状况。第二类记录的海底面起伏频繁,幅度达数米,绕射波发育 (图4右半部分),底质为砂质,判断为海砂开采造成。也发现有上述两者之间的过渡类型,表现为较大的沟谷地形相间,未见绕射波现象,可能与大强度海砂开采后较长时间停止作业有关。

图4 浅地层剖面记录显示海底面状况

从浅地层剖面记录反映出的海底面特征,可以清晰的判别海砂开采的范围、强度以及对海底环境造成的影响。

4 结语

(1)应用浅地层剖面仪获得采砂区邻近海域浅部地层状况,用以了解清楚该区底质类型及空间分布状况,评价海砂开采的适宜性。

(2)从浅地层剖面记录反映出的海底面特征,可以清晰地判别海砂开采的范围、强度以及对海底环境造成的影响,为进一步监测和监管提供依据。

[1] 苏东甫,王桂全.我国海砂资源开发现状与管理对策探讨[J].海洋开发与管理,2010,27(3):64-67.

[2] 国家海洋局.海砂开采使用海域论证管理暂行办法[EB/OL].[2013-09-10].http://wenku.baidu. com/view/3677fe234b35eefdc8d3a9.html.

[3] 国家海洋局.海砂开采动态监测简明规范(试行) [EB/OL].[2013-09-10].http://wenku.baidu. com/view/012a7069561252d380eb6ec.html.

[4] 宁波市海洋环境监测中心.洞头县大门岛南侧采砂区海砂开海域使用动态监测报告(2012年度) [R].宁波:宁波市海洋环境监测中心,2012.

[5] 刘保华,丁继胜,裴彦良,等.海洋地球物理探测技术及其在近海工程中的应用[J].海洋科学进展, 2005,23(3):374-384.

[6] 谢向文,郭玉松,张晓予,等.水声勘探中的浅地层剖面技术应用[J].港工技术,2009,46(5):53-55.

[7] 王艳.海缆路由探测中浅地层剖面仪的现状及应用[J].物探装备,2011,21(3):145-149.