東營市近海海域?yàn)?zāi)害地質(zhì)類型及特征分析

趙景蒲，賀淼，張建英，宋委，張玉彥

(1.東營市國土資源局，山東 東營 257091；2.東營市國土資源局東營區(qū)分局,山東 東營 257091;3.山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 濰坊 261000;東營市實(shí)驗(yàn)中學(xué),山東 東營 257091)

災(zāi)害地質(zhì)是指自然發(fā)生的或人為造成的、對人類生命或財(cái)產(chǎn)造成危害或潛在危害的地質(zhì)條件或地質(zhì)現(xiàn)象，其研究對象是地質(zhì)類致災(zāi)因子，包括地質(zhì)體、地質(zhì)現(xiàn)象及其發(fā)生發(fā)展機(jī)制、分布規(guī)律[1-2]。東營市位于山東省北部黃河三角洲地區(qū)，東、北臨渤海，西與濱州市毗鄰，南與淄博市、濰坊市接壤，南北最大縱距123km，東西最大橫距74km，海岸線總長350.34km[3]。近年來隨著海底和海岸經(jīng)濟(jì)意義日益變大，海洋災(zāi)害地質(zhì)的研究對海底工程、護(hù)岸工程都有重要意義，因此，海洋災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查工作越來越受到重視[2]。該文通過淺地層剖面測量、單波束水深測量等物探手段，對東營市近海海域進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作①。淺地層剖面測量與水深測量同時(shí)進(jìn)行，導(dǎo)航儀器采用美國Trimble技術(shù)公司生產(chǎn)的SPS351信標(biāo)接收機(jī)，定位準(zhǔn)確；導(dǎo)航軟件采用廣州南方公司的自由行水上工程軟件；淺地層剖面儀器采用英國AAE/SBP，采集軟件采用美國Chesapeake公司的sonarwiz5軟件；水深測量儀器采用ODOM公司生產(chǎn)的Echotrac MKⅢ雙變頻回聲測深儀。在研究區(qū)北部、東部海域共完成淺地層剖面8條，測線垂直于海岸方向，長312km；南部海域淺剖面資料以收集山東半島海岸帶綜合地質(zhì)調(diào)查與監(jiān)測項(xiàng)目資料為主，長1341km，調(diào)查范圍與測線實(shí)際航跡見圖1。

圖1 研究區(qū)范圍、測線位置示意圖

1 災(zāi)害地質(zhì)類型劃分

海洋災(zāi)害地質(zhì)的研究是一門相對較新的海洋地質(zhì)科學(xué)，目前對災(zāi)害地質(zhì)因素類型的劃分尚無統(tǒng)一的方法，不同的學(xué)者提出了不同的分類方案[4-5]。該次參考劉守全等的分類方法，以實(shí)用簡捷為原則，以出現(xiàn)的空間為主線，將東營市近海海域海洋災(zāi)害地質(zhì)分為四大類:構(gòu)造的、海岸的、海底的、淺層的[5](表1)。

2 海岸侵蝕與淤積

海岸線信息可以清晰地反映出海岸線的演變過程[6]，考慮到不同區(qū)段的位置，將研究區(qū)海岸線分為

表1 東營市近海災(zāi)害地質(zhì)分類

刁口段、港口段、河口段及萊州灣西岸段。由于黃河流域攜帶的大量泥沙，從圖2中可以看出，河口段海岸線變化最為明顯。近年來，前人在黃河三角洲地區(qū)開展了大量的侵蝕與淤積研究，該次是在以往工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的遙感數(shù)據(jù)，進(jìn)行了對比研究[7-15]。

圖2 歷年岸線變遷圖

2.1 刁口段海岸

自1976年刁口河流路斷流后，在沒有人為干擾的情況下，沙嘴及其附近海岸線處于蝕退狀態(tài)，1985年以前沙嘴蝕退的速度較快，以后逐漸減緩，已至達(dá)到暫時(shí)平衡狀態(tài)[7]。在有人為干擾的情況下，沙嘴及岸線的暫時(shí)平衡遭到破壞，海岸呈淤積延伸狀態(tài)[8]。但這種淤進(jìn)與行水流路的淤進(jìn)有所不同，行水流路的海岸淤進(jìn)是在沙嘴帶動(dòng)下的淤積延伸，延伸幅度與來水來沙等多種因素有關(guān)；人為干擾的海岸淤進(jìn)是整個(gè)海岸線的平行延伸，沒有主動(dòng)與被動(dòng)之分，而且延伸幅度呈衰減之勢[7]。刁口段海岸沖淤變化的基本規(guī)律是：1980年開始岸線全面蝕退，侵蝕速率較大；1990—1995年，處于暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)；1995年以后，侵蝕速率逐漸趨緩，某些年份略有淤積；2000—2015年岸線開始緩慢淤積。

2.2 港口段海岸

東營港于1985年建成，由于海港防潮堤的突出，港口左側(cè)，海洋動(dòng)力加強(qiáng)，岸線處于蝕退狀態(tài)，港口右側(cè)，海岸線處于淤伸狀態(tài)；1986年在港口左側(cè)修建了一座類似于丁壩性質(zhì)的防潮堤，以阻止港口左側(cè)岸線的蝕退，但建成不久，就被大潮沖垮，復(fù)于1987年在左側(cè)蝕退段修建防潮大堤；1988年樁西油田建成后，海岸線基本被固定下來，與此同時(shí)，港口右側(cè)的岸線由淤積狀態(tài)轉(zhuǎn)為蝕退狀態(tài)，但蝕退幅度不大；1990年港口右側(cè)修建了一條長約2km的一般防護(hù)堤，基本控制了該段海岸線的蝕退；1990年至今，該段岸線基本沒有變化[7]。

2.3 河口段海岸

1980年，清水溝流路尚未形成明顯的沙嘴，還處在擺動(dòng)之中，但沙嘴已呈淤積延伸之勢；1981—1984年，沙嘴明顯地向東淤積擴(kuò)張；1985—1990年，沙嘴變化比較平穩(wěn)；1991—1995年，沙嘴淤積速率明顯加快；1996年以后，人工引黃河從北汊入海，改變了泥沙的淤積條件，使得北汊造陸速率加快，這主要是考慮勝利油田變海上開采為陸上開采的一個(gè)人為措施，同時(shí)南側(cè)又以較快的速率遭受侵蝕[9]。

沙嘴延伸蝕退與來水來沙之間的關(guān)系密切，即吵嘴延伸長度與水沙比(時(shí)段來沙量與來水量之比)正相關(guān)[10]。水沙比較大，沙嘴的延伸長度就較長；水沙比較小時(shí)，吵嘴的延伸就少一些，甚至發(fā)生蝕退[11]。

黃河三角洲的海岸線演變?nèi)Q于黃河流路的位置及海洋動(dòng)力輸沙的共同作用[12]。一般而言，在流路行水年限內(nèi)河口的海岸線總的是逐年向外延伸，而在流路改道后原來流路的河口則發(fā)生蝕退；在同一流路不同時(shí)期的河口海岸線，當(dāng)來沙量大時(shí)淤積，而當(dāng)來沙量大量減少時(shí)在局部時(shí)段內(nèi)發(fā)生蝕退[8]。該次截取了1980年以來黃河河口附近海岸線遙感影像圖，進(jìn)行演化對比分析，分析結(jié)果如圖3所示。

(1)1980—1995年，黃河河口不斷向東南淤積，沙嘴向前延伸約27.8km，造陸面積約345km2。

(2)1996—2005年，人工引黃河從北汊入海，改變了泥沙淤積條件，受黃河斷流及來水來沙量減少，淤進(jìn)與蝕退交替，變化不大[13]。這一時(shí)期，沙嘴蝕退約90km2，向北造陸面積約80km2，蝕退面積大于造陸面積。

(3)2006—2015年，黃河斷流天數(shù)增加，入海水沙銳減，同時(shí)新口門北部的凹海灣潮流場較弱，由于該區(qū)域泥沙顆粒較細(xì)，因此泥沙很容易被波浪掀起，引起口門附近淤積緩慢，老河口附近近于往復(fù)流，流速較大，沙嘴進(jìn)一步侵蝕后退，使該時(shí)段三角洲面積呈微弱減少趨勢[14]。這一時(shí)期沙嘴淤積面積約30km2，蝕退面積約32km2，蝕退面積大于造陸面積。

圖3 黃河三角洲發(fā)育過程(遙感影像圖)

2.4 萊州灣西岸段海岸

1976年以前，黃河由刁口河流路入海，黃河來沙對萊州灣海域影響較?。?976年黃河改道清水溝流路初期，海域呈微淤狀態(tài)；1990—1996年，黃河沙嘴突出后，萊州灣海域呈顯著淤積，特別是1993年黃河口門向東南擺動(dòng)入海時(shí)，淤積最為嚴(yán)重；1996年河口改道北汊入海后，泥沙對萊州灣影響降低，出現(xiàn)微淤狀態(tài)；2000年以后，萊州灣以輕微淤積為主，淤積速率較慢，至2015年，海岸線變化以人工養(yǎng)殖等變化為主[15]。

3 近海海洋災(zāi)害地質(zhì)特征

3.1 活動(dòng)斷層

研究區(qū)位于渤東坳陷的中南部，屬于斷塊盆地類型[16]。影響該區(qū)的活動(dòng)斷裂帶有郯廬斷裂(NNE)、河北平原斷裂(NNE—NE)和燕山渤海斷裂帶(NWW)[17]。該次調(diào)查測線line1-line8線的淺地層剖面上均發(fā)現(xiàn)有斷層分布(圖4、圖5)，從斷層帶上可以看到地層發(fā)生明顯的彎曲。斷層走向大約為NNE向，近EW向延伸約1km。斷層大部分切穿T3界面，但均未切穿1855年黃河三角洲底界和海底。

圖4 研究區(qū)災(zāi)害地質(zhì)分布圖

圖5 東營市淺地層剖面(line8)線上的斷層

3.2 災(zāi)害地貌

海底沖溝、滑塌、陡坎、蝕余地形等災(zāi)害地貌主要分布在擾動(dòng)三角洲前緣及廢棄的黃河三角洲北部葉瓣處。災(zāi)害性地貌的存在將對海底工程設(shè)施造成危害，對海底管線的敷設(shè)和維修都會(huì)造成較大困難(圖6)[18]。

圖6 災(zāi)害地貌

3.3 海底滑坡

2004年，周良勇等[2]將黃河三角洲滑坡劃分為瓶頸狀滑坡、淺層平板狀滑坡和淺層旋轉(zhuǎn)滑坡3種基本類型，3種滑坡還可形成復(fù)合滑坡。該次調(diào)查中，在line6測線上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)淺層旋轉(zhuǎn)滑坡體(圖4，圖7)。從滑坡的延展寬度和陡坎的高度可以判斷，記錄的是滑坡體的源區(qū)和輸送沉積物的沖溝，源區(qū)展寬達(dá)上百米，陡坎高達(dá)數(shù)米，海底平坦，無疊瓦狀或繩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，淺地層剖面上聲學(xué)無序的侵蝕充填地層厚約2～6m。引起滑坡的原因可能是外動(dòng)力作用的結(jié)果[19]，因?yàn)橥饬ψ饔萌绲卣?、波浪等震?dòng)會(huì)引起沙土內(nèi)超孔隙壓力，當(dāng)壓力超過沙土自重時(shí)，造成表層滑坡。而內(nèi)部觸發(fā)主要是三角洲堆積過程中，軟弱層上受不均衡壓力，產(chǎn)生深層滑動(dòng)。

圖7 淺剖測線line6上的滑坡

3.4 淺層氣

淺層氣是指埋藏深度比較淺(一般在1500m以內(nèi))、儲量比較小的各類天然氣資源，主要包括生物氣、油型氣、煤層甲烷氣、水溶氣等[20]。研究區(qū)淺層氣主要分布在孤東海域離岸20km，水深15～20m的海底。以line1線為例(圖4、圖8)，其在垂向上分布很淺，其頂界深度距海底不到10m。從剖面上分析得出該淺層氣未達(dá)到富集高壓程度，不會(huì)出現(xiàn)氣體外溢，但是海底潛在的不穩(wěn)定性因素，會(huì)造成平臺倒塌或鉆井出現(xiàn)井噴失火，建議避免在該區(qū)進(jìn)行海洋油氣勘探開發(fā)活動(dòng)。

圖8 淺剖測線line1上的淺層氣

3.5 埋藏古河道、古湖泊

埋藏古河道或古湖泊是一種埋藏在海底淺層沉積物中的災(zāi)害地質(zhì)因素，是冰期低海面時(shí)，裸露的近岸海底在潮流、河流的作用下而形成的負(fù)地形，繼而被后期沉積物所充填而形成的埋藏于淺部地層中的異常埋藏體，剖面一般呈“V”或“U”字形[21-22]。古河道沉積的一般其上下界面均為不整合面，經(jīng)過歷史上的暴露風(fēng)化或者海水進(jìn)侵淘選，物質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，是天然的物性界面，在外力作用下，容易引起層間滑動(dòng)，穩(wěn)定性差[23]。

在該次調(diào)查的line1～line8線上均發(fā)現(xiàn)有下切古河道分布。淺地層調(diào)查結(jié)果表明這些古河道一般下切T2，T3界面(圖4，圖9)，剖面底部為起伏不平的強(qiáng)反射侵蝕界面，呈“U”字型，內(nèi)部多有充填物，多為顆粒較粗的砂礫質(zhì)充填，也有為泥質(zhì)充填。研究區(qū)內(nèi)末次冰期以來的古河道頂埋藏深度在7.1～15.2m之間，分布在整個(gè)水下三角洲地區(qū)，河道規(guī)模較小，河寬一般不超過200m。研究區(qū)中部埋藏古河道規(guī)模較大，河寬超過200m，深度也較深，最深可達(dá)41.2m。研究區(qū)北部及東北部，古河道沙體厚，東部沙體的厚度小。老黃河口外的古河道沙體較厚，古河道密度較大，這對油田設(shè)施是一個(gè)重要致災(zāi)因素。

圖9 淺剖測線line5上的埋藏古河道

4 結(jié)論

存在于研究區(qū)內(nèi)的主要災(zāi)害地質(zhì)類型為海岸侵蝕與淤積、活動(dòng)斷層、沖溝和陡坎、蝕余地形、海底滑坡、淺層氣、埋藏古河道(古湖泊)等。

(1)海岸的侵蝕與淤積：研究區(qū)整體以海岸淤積為主，僅東營港口段、刁口河段沙嘴一帶存在海岸侵蝕。受近年來黃河斷流的影響，淤積速率逐年變緩，目前整體以輕微淤積為主。

(2)海域?yàn)?zāi)害地質(zhì)分布及影響因素：活動(dòng)斷層在北部海域廣泛存在，走向大約為NNE向，近EW向延伸約1km，斷層大部分切穿T3界面，但均未切穿1855年黃河三角洲底界和海底；災(zāi)害地貌(海底沖溝和陡坎、蝕余地形)主要分布在黃河三角洲前緣及廢棄的黃河三角洲北部葉瓣處；淺層氣主要存在于孤東海域離岸20km，水深15～20m的海底；海底滑坡存在于活動(dòng)的和廢棄的黃河三角洲上；末次冰期以來的埋藏古河道(古湖泊)分布在海底8～20m左右的深度，古河道(古湖泊)頂埋藏深度在7.1～15.2m之間，分布在整個(gè)水下三角洲地區(qū)。

主要影響因素包括應(yīng)力和沉積物強(qiáng)度。其中應(yīng)力因素主要包括地殼構(gòu)造(地震、大斷裂帶活動(dòng))、波浪作用(包括風(fēng)暴潮)、海底流的沖刷和沉積作用；影響沉積物強(qiáng)度的因素主要包括沉積加載和波浪的周期性載荷，這2個(gè)因素通過影響孔隙壓力，來改變沉積物的強(qiáng)度。此外，淺層氣也是造成沉積物強(qiáng)度的一個(gè)原因。

(3)通過淺層地震剖面資料，對照分析東營近海海域的災(zāi)害地質(zhì)類型及特征，可以充分認(rèn)識這些地質(zhì)災(zāi)害，在港口建設(shè)及海洋工程基礎(chǔ)施工等過程中可以有效避免地質(zhì)災(zāi)害帶來的危害，避免因海域地質(zhì)災(zāi)害給國家和人民群眾造成的生命和財(cái)產(chǎn)安全的重大損失。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉守全，劉錫清，王圣潔，等．編制1∶200萬南海災(zāi)害地質(zhì)圖的若干問題[J]．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2002，13(1)：17-20．

[2] 周良勇，劉健，劉錫清，等．現(xiàn)代黃河三角洲濱淺海區(qū)的災(zāi)害地質(zhì)[J]．海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2004，24(3)：19-27．

[3] 張立軍，張麗華，王海倫．淺談東營市防潮體系建設(shè)[J]．山東水利，2006(2)：5-10．

[4] 孫杰，詹文歡，賈建業(yè)，等．珠江口海域?yàn)?zāi)害地質(zhì)因素及其與環(huán)境變化的關(guān)系[J]．熱帶海洋學(xué)報(bào)，2010，29(1)：104-110．

[5] 劉守全，劉錫清，王圣潔，等．南海災(zāi)害地質(zhì)類型及分區(qū)[J]．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2000，11(4):39-44．

[6] 常軍，劉高煥，劉慶生．黃河三角洲海岸線遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測[J]．地球信息科學(xué)，2004，6(1):94-98．

[7] 何慶成，張波，李采，等．基于RS、GIS集成技術(shù)的黃河三角洲海岸線變遷研究[J]．中國地質(zhì)，2006，33(5):1118-1123．

[8] 尹明全，李采，韓淑萍，等．現(xiàn)代黃河口海岸侵蝕動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測探討[J]．水土保持研究，2007，14(1):315-317．

[9] 張建偉，趙全升，王建強(qiáng)，等．基于RS和GIS的黃河口海岸線演化研究[J]．人民黃河，2010，32(4):10-14．

[10] 吉祖穩(wěn)，胡春宏，曾慶華，等．運(yùn)用遙感衛(wèi)星照片分析黃河河口近期演變[J]．泥沙研究，1994(3):12-22．

[11] 張惠，顏世強(qiáng)，劉桂儀．黃河三角洲的形成和演變[J]．山東國土資源，2003，19(6):44-47．

[12] 常軍．基于RS和GIS的黃河三角洲海岸線動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測與模擬預(yù)測研究[D]．濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2001：27．

[13] 袁西龍，孫芳林，董洪．黃河三角洲海岸線動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與預(yù)測研究[J]．海岸工程，2007，26(4):1-10．

[14] 楊偉，陳沈良，陳小英，等．現(xiàn)代黃河三角洲河口段海岸線演變特征[J]．人民黃河，2010(10)：16-17．

[15] 程義吉，高菁．萊州灣海域水文特征及沖淤變化分析[J]．海岸工程，2005，25(3):1-6．

[16] 金仙梅．黃河三角洲濱淺海區(qū)晚第四紀(jì)沉積地層結(jié)構(gòu)與海洋地質(zhì)災(zāi)害研究[D]．長春：吉林大學(xué)，2004：42．

[17] 黃巖巖，姚英強(qiáng)，張永偉．東營港地區(qū)工程地質(zhì)環(huán)境適宜性分析[J]．山東國土資源，2009，25(8):26-30．

[18] 王光棟，高鴻，王文治．日照市近海海域?yàn)?zāi)害地質(zhì)類型及特征分析[J]．山東國土資源，2014，30(11):36-38．

[19] 李海東，楊作升，王厚杰，等．現(xiàn)代黃河水下三角洲地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象的空間分布[J]．海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2006，26(4):37-43．

[20] 黃超．紅崗油氣田淺層氣藏描述評價(jià)[D]．大慶：東北石油大學(xué)，2014:1．

[21] 張進(jìn)，劉懷山，童思友，等．黃河口現(xiàn)代海洋沉積高分辨率地震地層學(xué)研究[J]．海洋地學(xué)動(dòng)態(tài),2004,20(5):1-5．

[22] 李廣雪，劉守全，姜玉池，等．黃河三角洲北部海底刺穿初步研究[J]．中國科學(xué)(D輯),1999,29(4):379-384．

[23] 李平,李培英,杜軍.基于淺地層剖面探測的近代黃河尾閭流路變遷研究初探[J]．地球物理學(xué)進(jìn)展，2013(6):499-504.