论文专区▏长江潮区界上界河槽浅层沉积结构探测研究
一、引言
随着科技发展，高分辨率声学探测仪器越来越多地应用于科学研究或工程测量[1-3]。其中，浅地层剖面仪是利用声波在不同介质中传播速度不同，判断浅地层分层与结构的声测仪器[4]，广泛应用于河口海岸地层调查[4]，海洋沙脊地层结构与管线监测[5-6]，河流水道活断层的勘测[7]，并取得了较好的效果。
在长江流域和河口的河槽浅层沉积结构研究中，程和琴等[8]在1997年枯季和1998年流域特大洪水后期利用浅地层剖面仪、旁侧声纳及流速仪等先进现场测量仪器对长江口主航槽进行探测，分析了河口动力沉积和动力地貌过程。杨忠勇等[4]对长江口不同河段河槽浅地层进行探测，揭示了主航道的河槽浅地层形态特征。吴帅虎等[9]利用多波束测深仪结合浅地层剖面仪对长江北港河槽的冲淤变化及微地貌特征进行了探究。王哲等[10]对长江武汉至河口段进行探测，研究了沙波分布特征及其动力机制。长江潮区界上界河段地处贵池水道，在流域来沙量大幅减少的背景下[11]，河道整治尤为关键[12]。但迄今为止，尚未见针对长江潮区界上界河段的浅层沉积结构研究的报道。基于此，本文利用浅地层剖面仪对崇文洲至大通河段河槽浅地层结构进行了“覆盖式”探测，获得了该河段河床以下0～100m深度的高分辨率浅层沉积结构的声学数据。本研究可为长江潮区界河势演变与航道维护提供重要的参考资料。
二、研究区概况与方法
本文测区位于长江下游崇文洲洲尾至大通，见图1。大通实测资料显示，径流量最大为92600m3/s（1954年8月），最小为4620m3/s（1979年1月）[13]。
图1 贵池水道及测区示意图
于2015年7～8月利用Edgetech-3100p浅地层剖面仪对研究区进行了“覆盖式”扫描，即沿河槽纵向约6.0km，横向约0.8km，测区共布设8条平行测线，测线间距介于90～120m，见图（2a）。(a)研究区位置示意图及测线布设示意图；(b)崇文洲洲尾河槽表层大型沙波回波信号成像；(c)贵池水道左侧河槽表层中、小型沙波回波信号。工作时，换能器发射的低频率、高能量的声波脉冲穿透浅部地层，并由水听器线列阵接收回波信号，由此产生底床表面及浅部地层的地层界面回波图像。该仪器工作频率为2～16kHz，脉冲2～12kHz，垂直分辨率6～10cm，可穿透6m粗糙沙质或石灰岩、80m粘土。该次测量以缆绳将换能器置于水下约1.0m处，船速控制在1～3.5m/s，反射声波信号时间和强度直接记录于计算机上，后期，应用Discover 3100软件进行数据处理，为了清晰显示浅地层分层结构，利用CoralDraw反显技术对浅层回波图像的原始数据进行处理。同时，在贵池水道采集了河床表层沉积物1个，并在实验室里加入10mL10％的H2O2和HCL去除有机质和次生碳酸盐类，静置24h后，移除上层清液，再加入适量的(Na2PO3)6分散后，利用激光粒度仪进行测量。
图2 研究区测线布设示意图及河床浅层结构
三、研究结果与分析
⒈ 河槽表层地形形态及统计参数
测区水深介于8～20 m，且河床表层主要发育了沙波及平床地形。根据Ashely[14]对沙波的划分，研究区大型沙波（波长10～100m）中波长超过50m的沙波主要发育于崇文洲尾右侧，其波高介于0.5～3.0m，发育水深8～14m，见图2b，而波长10～50m的沙波主要发育于崇文洲尾12～17m水深及下游河段左侧河岸水深13～17m河段，且最大波高＜1.3m，最大波长也＜20m，见图2c；而中型（波长5～10m）及小型（波长0.6～5m）的沙波主要发育于崇文洲尾下游河段右侧水深15～20m河段。综上所述，崇文洲尾河槽表面发育了大量沙波，沙波波长介于4.5～50m，波高约0.5～3.0m，陡坡明显朝向下游；相比而言，崇文洲尾部两侧水道中沙波发育较少，尺度也较小。
⒉ 浅部地层结构与形态
测区0.8×6.0km范围内观测到河槽床面以下发育了多层分层，见图3，且主要发育的位置为：⑴A-A'剖面，该分层水域深约18m，在河槽床面以下22～32m处存在一处明显的分层，分层形态呈倾斜；⑵B-B'剖面，该分层水域约20m，在河槽床面以下15～35m处存在多处明显分层，多层分层之间形态相互平行、波动；⑶C-C'剖面，该分层水域约18m，在河槽床面以下12～70m处存在多处明显分层，多层分层之间形态相对平行、波动或倾斜，多数回波强度较浅的分层在水下42m消失，仅有一层始于约17m深的分层直接延伸至约90m河槽床面以下；⑷D-D'剖面，该分层水域约15m，在河槽床面以下45～75m处存在多处明显分层，多层分层之间形态相对平行。
(a)浅层分层结构位置示意图，(b)A-A'断面浅层结构反显图，(c)B-B'断面浅层结构反显图，(d)C-C'断面浅层结构反显图，(e)D-D'断面浅层结构反显图
图3 浅层分层结构位置及不同断面反显图
⒊ 研究区沙波及浅地层结构解译
研究表明，由于三峡大坝的拦沙效应，已导致长江中下游来沙量持续减少，床沙粗化，河床沿程冲刷严重等现象[11]。沙波与沉积物来源、水动力条件等关系密切，且粗质（＞63 μm）沉积物及适宜的水动力条件有利于沙波发育[15]。野外观测表明，研究河段河床表层沉积物较粗，以细砂质（63～250μm）为主，平均粒径为89.7μm，中值粒径约95.3μm；同时，崇文洲尾也观测到大量沙波。这说明三峡大坝的拦沙效应导致河床沿程冲刷的背景下，推移质运动十分活跃，研究河段的底质及水动力条件有利于沙波的发育，且大通河段南部水道沙波尺度明显大于北部，需提醒过往航船注意枯季航行安全。
图4贵池水道河床表层沉积物粒度自然分布曲线图
浅层沉积中，在床面以下15～75m的地层中多处发育了沉积层序，表明该河段地层层序较复杂，但分层的具体成因及沉积特征尚有待进一步研究。
四、结束语
在研究测区长江崇文洲洲尾至大通段，使用浅地层剖面仪对河槽浅层沉积结构进行探测，通过测量结果分析得出：
⑴长江潮区界上界（崇文洲洲尾）河槽表面发育了大量沙波，其波长介于4.5～50m，波高约0.5～3.0m，表明三峡大坝的拦沙效应导致河床沿程冲刷的背景下，推移质运动十分活跃，研究河段的底质及水动力条件有利于沙波的发育。
⑵浅层沉积结构显示，贵池水道部分河槽床面以下深22～32m、15～35m、12～70m及45～75m分别存在明显的多层回波分层，分层界面形态呈相对水平、波动或约30°倾斜，表明该河段地层层序较复杂，相关研究有待进一步开展。
参考文献
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■第一作者张家豪，1991出生，男，河南南阳人，硕士研究生，主要从事河口海岸工程地貌研究；本项目为国家自然科学基金项目“长江河口河槽沉积物捕集对河口大型工程的响应机制”（41476075）和中国地质调查局地质调查子项目“沿长江重大工程区地质环境综合调查（下游）”（DD20160246），来自《海洋测绘》（2017年第4期），若其他公众平台转载，请备注论文作者，并说明文章来源，版权归《海洋测绘》所有。
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