日照市海岸带古河道分布特征研究

郝义，王光栋，张启慧，秦福锋

(1.山东省煤田地质局第一勘探队，山东 滕州 277500；2.日照市自然资源和规划局，山东 日照 276826)

0 引言

我国近岸海域海底保留着较多的埋藏古河道，许多学者都对其进行过研究，将古河系划分为古黄河河系、古长江河系、古台闽河系[1]和古珠江河系[2-3]。

南黄海海底北部的古河道为古黄河水系，南部为古长江水系，二者有可能汇合于南黄海中部[4-5]。埋藏古河道的形成时代、空间分布、水系属性以及其中的充填物特征、沉积相序、断面类型等包含了大量演化过程和沉积环境特征的信息[2-7]。埋藏古河道是一种埋藏在海底浅层沉积物中的灾害地质因素[8]，它的存在一方面会对海上工程施工、海上平台安装以及海底管线铺设等造成影响[9-10]；另一方面古河道中埋藏的砂体也可作为海滩养护过程中人工抛沙的砂源。

日照市海岸线北起白马河口，南至绣针河口，全长(不含岛屿岸线)168.5km，岸线上绵延分布有64km的优质海滩。近年来，日照市海岸带海滩资源受到不同程度的侵蚀[11-16]，应尽快采取保护措施。人工抛沙是海滩养护和修复的有效措施之一。因此，在日照近海海域寻找古河道中埋藏的砂体作为人工抛沙的砂源具有重要意义。日照近岸海域关于古河道的分析研究工作前人文献报道较少，该文通过收集以往日照近海区域所做的浅地层剖面资料(1)山东省第四地质矿产勘查院，山东省日照市海岸带综合地质调查报告，2013年6月。，对浅地层剖面中出露的古河道形态特征进行分析，推测古河道分布、流向、水系属性及埋藏砂源情况，追溯古河道形成的古环境，为岸滩整治修复和古环境研究提供参考资料。

1 研究区概况

日照海岸带大地构造位置为苏鲁造山带胶南-威海隆起区中的岚山凸起区，地理位置位于黄海中部，北起白马河口，南到绣针河口，岬湾相连，发育平直的基岩沙砾质海岸。日照海域潮汐特征为正规半日潮，潮流按顺时针方向旋转，涨潮流主方向为SW向，落潮流主方向为NE向，以SW向涨潮流占优势，涨落潮流均与海岸方向平行[17]。研究区常浪向为SSE，大波波高(H1/10)为3.00m，潮差(R)为0.60m，波周期的年平均值(T)为3.80s[18](图1)。大潮期间的表层最大涨潮流速为81cm/s，最小流速为7cm/s，落潮最大流速为70cm/s，最小流速为6cm/s，涨落潮最大流速一般发生在高潮前2～3h和高潮后4～5h[19]。日照近岸海域表层沉积物类型主要包括含结核砾砂、砾砂、砂、粉砂质砂、砂质粉砂、砂—粉砂—黏土、黏土质粉砂等7种沉积物类型[20]，南北两侧的港口附近，粒径细，分选较差，其他区域粒径粗，分选差[21]。受黄海沿岸流影响，海底近岸沉积物由北向南运移[22-23](图1)，沉积物主要来源为沿岸河流入海物质和沿岸冲刷物。

1—日照近海泥沙流主方向及次方向；2—常浪向；3—浅地层剖面测线及编号；4—等深线及深度值图1 研究区浅地层剖面测线分布图(据文献[19，22，24]修改)

海底地貌特征主要有水下浅滩、现代水下三角洲、海底冲蚀平原三种类型[19]。在水深15m以内的近岸浅水区一般分布水下浅滩，水下地形自岸边向海缓慢倾斜(图1)，坡降1/500～1/1000。该地貌特征中表层沉积物以砂—粉砂—黏土和黏土质粉砂为主，在近岸5m水深内有中、细砂分布。现代水下三角洲主要分布在傅疃河口，在5m等深线处，水下地形逐渐平缓，三角洲呈扇状分布。三角洲中部为粗砂，两侧为细砂，向外过渡为黏土质粉砂。海底平原带主要分布在水深15m以外坡度平缓区域，在表层砂质沉积物中，含有大量钙质和铁质结核，属于更新世残留沉积层，被海水淹没于全新世海侵时，成为海底冲蚀平原。

2 研究资料和方法

2.1 资料来源

对古河道形态的分析主要以2013年山东省日照市海岸带综合地质调查项目获得的浅地层剖面解译结果为基础，该项目海上调查工作由青岛海洋地质研究所完成，所用的调查船为“浙嘉渔科002号”。浅地层剖面测量采用的仪器为SBP/AAE高分辨率数字浅地层剖面仪[19]，调查参数为：激发间隔800ms，激发能量300～500J，带通滤波250～3000Hz。震源和接收系统拖于船后，震源释放长度40～45m。浅地层剖面的穿透深度大于30m，垂直分辨率小于0.5m。海底以下各地震单元采用的声波平均速率为1550m/s。浅地层剖面测量主测线和联络测线间距约为5km，测线主要位于水深16～24m的区域(图1)。

2.2 分析方法

在浅地层剖面图上，地震反射单元内的地震属性参数与相邻的单元不同，通过观察地层的地震反射终止形态和反射结构(即地震相)，辨识地震相单元及其边界[25]，揭示产生其反射的沉积物的岩性组合、层理和沉积特征。

在收集的浅地层剖面图中识别可能存在的古河道，把截切下伏地层的倾斜面识别为古河道的侧缘，强振幅的杂乱反射代表古河道底部的残留沉积，相互交错的反射层组代表古河道中部的沉积，近似平行的反射层代表海侵时期的沉积物将古河道的上部充填覆盖，所绘出的古河道断面图揭示了河道的几何形态特征[25]。通过把多条浅地层剖面中出露的古河道断面推测性地进行连接，来重建以往的古河道体系。

3 古河道形态特征分析

3.1 古河道追踪

为了恢复古河道的原始形态，在研究区内各条浅地层剖面测线上识别追踪可能存在的古河道断面。首先，在浅地层剖面图上识别出古河道断面的2个侧缘，记录相应的位置、深度和长度。其次，根据剖面图上的位置，在测线平面航迹图上用线条进行标记，线条长度代表古河道断面的宽度。最后，将代表古河道的线条结合深度情况(同一河流深度差异变化不大)推测性地用虚线进行连接，勾绘出古河道的大体形态。

3.2 断面形态特征分析

由古河道断面图可以看出(图2、图3)，古河道主要分布在U2地层单元中，顶部被U1地层不整合覆盖。由于河道冲刷对下伏U3和U4地层造成了截切，U3地层全部被侵蚀掉，U4地层未被切穿，底部还有部分地层残留。

1—地层界面代号；2—地层单元代号图2 RZ02浅地层剖面中推测主干及分支古河道断面图

1—地层界面代号；2—地层单元代号图3 RZ05浅地层剖面中推测主干古河道断面图

1—地层界面代号；2—地层单元代号图4 RZL05浅地层剖面中推测分支古河道断面图

1—地层界面代号；2—地层单元代号图5 RZL06浅地层剖面中推测分支古河道断面图

主河道的底界面清晰可见，底部常出现强振幅杂乱反射，底部向上为一套复杂的反射结构，表现为多期次层状反射，河道顶界面为近似平行和水平的沉积盖层(图2、图3)。

主干河道侧缘较为宽缓，以低角度斜切下伏的U3地层，分支河道侧缘较为陡直。主干河道多数为不对称侧缘，一侧较缓而长，另一侧较陡而短。部分主干古河道中存在河流阶地，并出现高低起伏的河床底界面(图3)，说明其可能为辫状河[26]。

研究区的古河道断面形态主要有U形、V形、W形、箱形和倒梯形。古河道两侧下切深度较小，中间地带下切深度较大。主干河道多呈箱形、W形截面(图2、图3)，分支河道多呈U形、V形、倒梯形截面(图4、图5)。主河道较宽，一般为3～4km，分支河道较窄，一般为0.3～1.5km。主河道中河床底界下切最大深度约16m，分支河道中下切深度一般为4～7m。

箱形断面的主河道形成过程可能为初期下切侵蚀，随后转为侧向侵蚀，河床变宽，中后期被沉积充填，最后被海相层覆盖。U形、V形断面的分支河道可能为发育时间较短的较小支流，河道受两岸束缚，未发生来回摆动，两侧下切较浅，中部下切较深。

3.3 古水力学参数分析

根据浅地层剖面图上解译或观察到的古河道形态特征，在垂直于河道的方向上测量横截面参数，可以得出其古水力学参数，主要包括河谷宽度、深度、河曲直线长度、河曲波长和横截面积等[26]。根据该方法，对日照市海岸带所测的浅地层剖面中推测的古河道进行了古水力学参数统计(表1)，相关计算公式如下：

表1 日照市海岸带古河道水力学参数

(1)

式中:di为古河道实测深度，i=1～n。

A=ω×d平均

(2)

式中:A为古河道横截面积;ω为河宽。

河道曲折度=河曲波长(λ)/河曲直线长度(L)[27]

(3)

3.4 平面形态特征分析

通过分析，研究区内存在以NW向为主的多条分支古河道和一条NE向的主干古河道(图6)，总体呈梳状格架。主干河道北西侧，分支河道较密，主干河道南东侧，分支河道较稀疏。主干河道与分支河道的交角接近90°，分支河道之间的交汇角一般小于60°。主河道长约40km，横截面由南西向北东逐渐变宽，最宽处达4km。在55km距离内河底高差约为10m，以0.01°的坡度向海倾斜，落差较小，总体较为平缓。分支河流多数以NW向为主，少数为NE向，长度介于8～20km之间，宽度约为1～3km。主干河道西北侧的分支河道的西北端与日照海岸带现代河流中的两城河、傅疃河、竹子河、龙王河、绣针河等河流相对应。

1—推测古河道；2—河道断面位置；3—浅地层剖面测线及编号图6 推测研究区古河道平面分布图

在距今1.16万～1.13万a的全新世期间，海平面突然上升约15m[28]，研究区内的古河道被淹没、填埋。在后期的海进过程中，原有的河道还受到潮汐改造的作用，研究区先后经历了河流到河口再到浅海的环境演变。

4 讨论

据孔祥淮等[26]在南黄海西部滨浅海区所做的埋藏古河道研究，推测日照近海区域的古河道形成于距今约4.4万a，大致对应与末次冰期的氧同位素三期(MIS3)，当时古海平面位于现代海面以下约60～70m，研究区出露地表。

在末次冰期，研究区内气候湿润，降水丰富，河流流速较大，搬运泥沙的能力较强。由于河流长期侵蚀作用形成下切古河道，在古河道中容易淤积较多河流携带的砂体。古河道的形成是河流的侵蚀、搬运、沉积及后期的海平面上升、潮汐改造等多种因素共同作用的结果[26]。

海滩养护和海岸沙丘的恢复都需要大量粒度适宜的海砂，选择性地开发日照近海闭合深度以外古河道中的海砂作为海滩养护的砂源对日照海岸带生态环境造成的影响较小。该次研究发现的古河道主要位于16～24m水深的闭合深度以外区域[29]，对其中的砂体进行适当的粒度筛选可作为将来进行人工抛沙的砂源。

5 结论

(1)日照近海区域存在一个末次冰期形成的主干河道呈SW—NE走向的梳状河道网。古河道断面形态主要呈U形、V形、W形、箱形和倒梯形。主干河道北西侧，分支河道较密集，南东侧分支河道较稀疏。

(2)主干河道西北侧的分支河道西北端与日照海岸带现代河流中的两城河、傅疃河、竹子河、龙王河、绣针河等河流相对应，研究区先后经历了河流到河口再到浅海的环境演变。

(3)古河道主要位于16～24m水深的闭合深度以外区域，选择性的开发古河道中的海砂作为海滩养护的砂源对日照市海岸带生态环境造成的影响较小，对古河道中的砂体进行适当的粒度筛选可作为将来进行人工抛沙的砂源。