理论教育 山东海岸带地质环境评价成果

山东海岸带地质环境评价成果

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:粉砂是黄河三角洲的主要成分,分布范围基本上与黄河河道的摆动范围相适应,潮间带上基本为粉砂,黏土沉积物主要分布在河间洼地中。根据这一分类,可以初步判断黄河三角洲潮滩属于Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ三种类型,以非黏性类型为主。黄河三角洲的各叶瓣是由于黄河尾闾不断摆动和淤积形成的。水上三角洲:以垦利县宁海为轴点,北起套尔河河口,南至小清河河口,向东撒开的扇状地形,海拔高程低于15m,面积达5 450km2,是中国最年轻的陆地。

山东海岸带地质环境评价成果

1.底质特征

该岸段为粉砂淤泥质海岸,底质主要是粉砂,是由黄河携带大量泥沙入海造成的。部分区域发育黏土或黏土质粉砂。粉砂是黄河三角洲的主要成分,分布范围基本上与黄河河道的摆动范围相适应,潮间带上基本为粉砂,黏土沉积物主要分布在河间洼地中。黄河河道在三角洲上仍然堆积抬高,三角洲叶瓣之间常存在大片的低洼湿地,黄河在泛滥过程中,细粒沉积物能够在洼地中沉积。由于泥质沉积物隔水性能较好,目前这些洼地常被用来建设平原水库(如孤北水库)(图7-2)。

从高潮线至低潮线,黄河三角洲潮滩粒度由细变粗(薛春汀等,1993)。潮滩沉积物分为砂、粉砂和黏土,在各剖面上不同的位置,这些成分的含量一般不同,黄河三角洲潮滩沉积属于泥(黏性)和砂(非黏性)的混合体。许多实验已经证明,当少量的泥质加入砂质基底或少量砂质加入到泥质基底时,基底侵蚀特性会发生剧烈变化,因此,Van Ledden等(2004)提出一个分类体系,在砂-粉砂-黏土三角图上把沉积物分为6种类形,分别为:Ⅰ非黏性-砂支撑类型,Ⅱ黏性-砂支撑类型,Ⅲ非黏性-混合支撑类型,Ⅳ黏性-黏土支撑类型,Ⅴ非黏性-粉砂支撑类型,Ⅵ黏性-粉砂支撑类型。用黏土含量(7.5%)区分黏性和非黏性。根据这一分类,可以初步判断黄河三角洲潮滩属于Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ三种类型,以非黏性类型为主。

图7-2 现代黄河三角洲沉积物类型及地貌特征

2.地形地貌特征

现代黄河三角洲是一个非常年轻的三角洲,1855年以来,是黄河冲积作用形成的冲积扇,至今约160年的历史。沉积层序主要由黄河的粉砂和黏土质粉砂组成,是由于依次生长的叶瓣交错叠置组合而成。黄河三角洲的各叶瓣是由于黄河尾闾不断摆动和淤积形成的。尾闾每摆动一次,就淤积形成一个叶瓣。新叶瓣以地势低洼、坡度较大的地区作为新的生长之地,因此,时间上相邻的叶瓣,在空间上不一定相邻。多次的尾闾摆动,可形成多个叶瓣。顶点近于相同的多个叶瓣可构成一个亚三角洲(成国栋,1991)。现代黄河三角洲由几个亚三角洲组成。1855—1934年,形成了以宁海为顶点的第一个亚三角洲扇形堆积体;1934—1996年,三角洲冲积扇顶点进一步下移,形成了以渔洼为顶点的第二个亚三角洲扇形堆积体。1996年6月,河道沿清水沟流路在大纹流海堡东北约7km处改道向东流入海。

1855年以来黄河经多次改道后形成了8个相互叠置的分流叶瓣,黄河三角洲包括水上三角洲和水下三角洲两部分,其中水上三角洲包括分流河道、决口扇、天然堤、泛滥平原及洼地等,总体上地形平坦,呈扇形鱼骨状缓缓向海倾斜;水下三角洲包括三角洲前缘、三角洲侧缘和前三角洲等地貌类型。

水上三角洲:以垦利县宁海为轴点,北起套尔河河口,南至小清河河口,向东撒开的扇状地形,海拔高程低于15m,面积达5 450km2,是中国最年轻的陆地。

水下三角洲:自1979年以来,河道基本上稳定在现在的位置。1987年6月开始,有部分河水通过北东向的引渠在现今河道北,孤东油田防潮大坝东南4km处入海,形成一个北分流汊道。其过水比例逐渐增加,至1988年5—6月,绝大部分河水经由该汊道入海。1988年汛期前(6月底或7月初),该汊道被人工堵死。然而,1987年径流量只有108.2×108m3,是1950—1988年平均径流量的27.14%,输沙量只有0.96×108t,是1950—1988年平均输沙量的9.63%,况且在1987年汛期也只有部分河水经由北分流汊道入海,加之相当一部分较粗的沉积物堆积在下三角洲平原上,所以通过北分流汊道入海的泥沙数量不多,在河口外也没形成明显的粉砂堆积体。1988年5—6月对水下三角洲沉积物进行的调查正是在这样的背景下进行的。

前三角洲:为褐色黏土质粉砂夹黄色粉砂纹层、薄层和透镜体。表层沉积物的黏土含量为20%~45%,砂的含量小于1%,平均粒径6.5~7.4Φ,中值粒径5.9~7.3Φ。从陆上的钻孔岩芯来看,前三角洲厚2~3m。由于分流河道频繁摆动,前三角洲沉积物常常是多个叶瓣活动期沉积的,即是由多期叶瓣组成的,其间可夹有改造期沉积物。其特点是黏土质粉砂夹有粉砂透镜体和发育的生物扰动构造,有孔虫壳体数丰富(超过1 500个),其组合面貌类似渤海陆架沉积物中的组合面貌。

三角洲前缘:以黄色粗粉砂为主,从表层沉积物来看,黏土含量小于20%。远端沙坝表层沉积物为黄色粗粉砂,黏土含量多在16%左右,平均粒径5.7~5.9Φ,中值粒径4.9~5.4Φ。从海底获得的短岩芯和陆上获得的钻孔岩芯来看,为黄色粉砂与褐色黏土质粉砂互层或粉砂夹黏土质粉砂。河口沙坝表层沉积物主要为黄色粗粉砂,个别为黄色粉砂质极细砂,黏土含量小于8%,平均粒径多为4.1~5.1Φ,中值粒径多为4.0~4.8Φ。从陆上钻孔岩芯来看,河口沙坝沉积物以黄色粗粉砂为主,有少量的黄色极细砂,很少有褐色黏土质粉砂夹层。在黄河海港大坑(神仙沟分流河口北)的露头上,高程-2m以下所见的河口沙坝沉积物为粗粉砂和粉砂质极细砂,见槽状交错层理、爬升层理(迁移波痕层理)(薛春汀等,1993)。总的来说,河口沙坝以粗粉砂为主,粉砂质极细砂少见。地貌上划分的三角洲前缘(低潮线至2m水深)表层沉积物要比2m水深以下的那部分河口沙坝沉积物粗,前者砂的含量通常大于30%。

三角洲侧缘:三角洲侧缘无论是地貌上还是在沉积物上都与河口外中部的三角洲前缘相差甚大,作为一个独立的沉积环境比较合适。其深度从几米水深至潮上带,沉积物主要是河流泛滥和风暴潮带来的。而三角洲侧缘(烂泥湾)位于开阔的水域,从低潮线至12~13m水深,沉积物来自河流入海泥沙的侧向搬运。三角洲侧缘沉积物为褐色黏土质粉砂夹黄色粉砂纹层、薄层和透镜体。在靠近河口沙坝及靠近低潮线处,表层沉积物黏土含量小于20%,砂的含量增高。沉积物中含有较厚的粉砂夹层,如海港大坑剖面(神仙沟分流河口北)所揭示的那样。然而三角洲侧缘的大部分表层沉积物粒度较细,平均粒径和中值粒径大多大于7Φ,黏土含量20%~45%。

当黄河呈数条分流入海时,如1934—1938年和1947—1953年黄河呈3条分流入海,除最外侧形成三角洲侧缘沉积物外,分流河口之间也形成三角洲侧缘沉积物,它和单独分流入海所形成的三角洲侧缘沉积物是一样的。三角洲侧缘与前三角洲沉积物相似,除了在接近低潮线处和接近河口沙坝处外,三角洲侧缘沉积物黏土含量低,含有的粉砂夹层更厚一些,大部分三角洲侧缘沉积物与前三角洲沉积物区别不明显。在某些钻孔岩芯中可以见到陆架沉积物之上有数米厚,甚至近10m厚的连续的黏土质粉砂,这是三角洲侧缘沉积物直接覆盖在前三角洲之上的原因。在这种情况下,两者的界线是难以确定的,故可以理解为,前三角洲大约2~3m厚,其上便是三角洲侧缘沉积物。

3.海洋动力特征

海洋动力不算强,特点是潮差较小,但潮流相对较强。黄河三角洲近岸潮汐复杂。黄河海港至五号桩附近很小范围为半日无潮点,其潮汐性质为正规日潮,外围很小范围为不正规日潮(孤东海堤为不正规日潮),其余海区均为不正规半日潮(新刁口、清水沟开始为不正规半日潮)。调查区潮差较小,从无潮点几十厘米向外逐步增大至2m。出现高潮的顺序是先西后东,再由北向南。(www.daowen.com)

黄海潮波进入渤海后,在黄河三角洲地区受到地形的影响,入射波和反射波在渤海湾和莱州湾交界海区,即五号桩西北38°28′41″N,119°03′57″E附近区域形成潮波结点,出现M2分潮无潮点。因此该区域附近海区的潮汐和潮流受到无潮点的影响,使得黄河三角洲北部海区的潮时由西向东逆时针递增,沿岸高潮发生时间约在月中天后4~5 h。受M2无潮点影响,沿岸的潮型和水位变化也很复杂,无潮点附近为全日潮。向西潮型按日潮型—不规则日潮型—不规则半日潮型—半日潮型的顺序变化(钱意颖等,1993)。

该海区有两个强流区,一个在黄河口外,合成最大可能潮流流速为170cm/s;另一个在神仙沟和刁口河一带10~5m水深海区内(M2分潮无潮区),合成最大可能潮流流速为170cm/s。自黄河口往南,流速明显减弱,至莱州湾顶部为一弱流区,合成最大可能潮流流速为30cm/s。

4.工程地质特征

该海岸段土层物理力学性质较差,在垂直和水平上均有较大变化,存在饱和粉(砂)土液化和软土地基沉降等不良工程地质现象。浅层地基土承载力特征值一般在80~150k Pa左右。现代黄河入海口附近及淤泥质软土承载力特征值一般也小于80k Pa。受地形地貌和沉积环境影响,东营市20m深度范围内为第四系全新统,以冲积沉积类型的多层结构砂性土、粉土为主,其水位埋深普遍小于2m,具有液化的宏观条件,历史地震发生时,曾有喷水冒砂、地面裂缝等现象发生。区内液化等级轻微至严重,液化指数1.48~33.93。

全区属较不稳定区。除利津北部至河口西部一带设计地震基本加速度值0.05g,地震设防烈度都为6度外,其余地区设计地震基本加速度值0.10g,地震设防烈度都为7度。区内北东向及北西向断裂发育,同时受燕山渤海地震带的影响,新构造活动相对活跃。由于其所在位置不同,影响稳定性的因素也不同,鲁北平原、潍北平原多为冲海积平原区,松散层中夹有软土及液化层,地震活动和由此引起的大面积地震液化是对该区城市建筑、大型工业厂房,尤其是对长达数十千米的输油输气管道安全的巨大威胁,同时受渤海断裂构造带的影响,在黄河三角洲沿渤海一带,历史上发生过多次震级大于5.0的强震,但地基土的工程地质特性是影响这个区域地壳稳定性的主要因素。

5.主要地质灾害

黄河口区为暖温带季风区气候,其主要特点是四季分明,光照充足,气温适中(多年平均气温12℃)。雨量稀少(多年平均降水量530~630mm),蒸发量大(年蒸发量1 900~2 400mm)。由于降水少,且70%集中在夏季,因此常出现春旱夏涝、晚秋又旱的气候灾害。沿海多偏北大风,风能源丰富,但东北大风常造成风暴潮灾害,成为山东风暴潮的多发区。

潮汐作用和风暴潮也影响海岸的侵蚀与淤积。卫星遥感的重复覆盖和提供区域概况的能力使其能用于海岸线变迁的监测,从而分析海岸带的侵蚀淤积灾害。近年来由于陆地卫星遥感空间分辨率进一步提高,其在海岸线变化监测中的作用受到重视。特别是在海岸变迁剧烈的三角洲地区,利用陆地卫星遥感影像可分析海岸的侵蚀及淤积概况。

近年来,为了保护沿海设施,调查区内从老黄河口至新黄河口的海岸已修建了大量的防波堤,这些防波堤一方面保护了海岸;另一方面加剧了堤外滩涂侵蚀,风暴浪受到防波堤反射后,会冲刷沉积物,加速了堤外滩涂的侵蚀。

根据海岸线的变化速率,调查区海岸可分为快速侵蚀海岸、中等程度侵蚀海岸、稳定海岸及淤积海岸。现在的淤积海岸在现行的黄河入海口岸段,快速侵蚀海岸段是现行的黄河入海口改道之前的入海口处的岸段,稳定海岸则是在小清河附近长期不受黄河入海干扰的岸段。

黄河三角洲北部岸线(套尔河一带)的演变研究表明,岸线变化很快,自1976年以来可分为蚀退期、转换过渡期和周期性波动期(李安龙等,2004)。现在可以说处于一个准稳定时期。侵蚀剖面的稳定主要是由于泥沙的筛选粗化和老淤泥出露。粗化是由于不同泥沙成分的沉降速度不同造成的。老淤泥的出露随蚀退而发生,更抗冲刷。

由于黄河三角洲海滩平缓,也常有海水倒灌等自然灾害发生。

6.评价

黄河三角洲海岸段属于粉砂-淤泥质海岸,是由黄河携带大量泥沙入海造成的。黄河含沙量很大,使得在渤海海岸形成了巨大的黄河三角洲,三角洲地区潮滩平缓而宽阔,一般宽约数千米至10km。现代黄河三角洲是1855年以来,黄河冲积作用形成的冲积扇。该岸段的现行的黄海入海口一段,是较快的向海淤积区,而黄河摆走后,则经常快速侵蚀。海洋动力不算强,特点是潮差较小,潮流相对较强。黄河三角洲近岸潮汐复杂。主要地质灾害是风暴潮和海岸带淤积侵蚀。由于黄河三角洲海岸段的潮间带平缓而宽阔,沿岸海域水深浅,是较利于填海造地的岸段。实际上,该岸段大自然(黄河的输沙)正在帮助我们填海造地。当然,近几年来,由于黄河有时断流或入海流量减少,泥沙入海量也大幅减少,大自然给我们填海造地的速率也明显趋缓。该海岸段利于填海造地,但不利于港口建设。

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