中国近海海底地形特征及剖面类型分析

曹超 ，蔡锋，郑勇玲，吴承强，卢惠泉，鲍晶晶，许艳

(1. 国家海洋局第三海洋研究所，福建 厦门，361005；2. 厦门大学 环境与生态学院，福建 厦门，361005)

中国边缘海传统上被认为是被动大陆边缘海，但由于其位于西北太平洋，亚洲板块与太平洋板块俯冲带向陆一侧，既有主动大陆边缘的岛弧—海沟体系，又有古特提斯洋残留特征，同时又发育被动大陆边缘的裂谷期断陷沉降盆地[1−3]，并非典型被动大陆边缘。李广雪等[4−5]在长江口外大陆架上发现有古河道遗迹；侯贵廷等[6−7]在胶东半岛近岸发现一系列阶梯状正断层和地堑、地垒等伸展构造并切断邻近的大陆上较老的构造体；耿秀山等[8−9]在渤海湾沿岸河口区、江苏岸外潮流沙脊区均发现：在沉降地壳的基础上不断加积第四系巨厚沉积层(沉积厚度可达数千米)。这些海底构造、沉积、形态特征对应了 Леонть和 Bateman的海面上升型、构造运动型和沉积改造型的被动大陆边缘成因特征[10−11]，与巴伦支海、爪哇海、黑海、北海、波罗的海、挪威海、非洲大陆沿海、美国东海岸、墨西哥湾北部大陆架海底地形相似[12−14]。虽然，中国大陆边缘早期裂开阶段位于亚欧板块内部，随后被动地随着裂开的板块而移动，在中国近海海底形成叠瓦状断陷、坳陷沉降盆地，但由于华南板块受太平洋板块俯冲挤压的影响，导致中国东南部构造收缩，形成造山带，近海海底地形坡降也较北部大，向东南倾斜[15−16]。因此，从海底地形形态上来看，中国海的大陆边缘不仅受到内营力(板块挤压聚敛、垂直升降、拉张断陷等)的影响，而且受到潮流、径流、海流、海平面升降等外营力和不同沉积环境的影响，大多呈现出后期改造的特征，如大规模的潮流沉积体、水下三角洲等上覆地貌体。因此，对中国近海，特别是70 m水深以浅的近岸海域的海底地形的形态、类型、影响因素、成因机制等问题还有待进一步探讨。

1 研究区地质概况

中国近海毗邻中国大陆的东部和南部，包括了渤海、黄海、东海和南海，又称“中国海”，均位于太平洋西北部，以NE—SW向为长轴的平行四边形海域环绕着亚洲大陆的东南部，是在第一列岛弧内侧的陆缘海。中国海由北向南依次为渤海、黄海、东海和南海，总面积约472.7×104km2，大陆岸线总长约18 000 km[18]。

中国海位居欧亚大陆板块与太平洋板块之间，系两大板块相互碰撞作用形成的边缘海，在边缘海中围拦了河流自亚洲大陆携运来的陆源物质，发育了大陆架、岛弧−海沟体系，该体系又是太平洋西部构造活动带，现代火山与地震非常活跃，是新生代环太平洋构造带的组成部分，也是影响中国海岸的海域轮廓与结构最大的边界因素。在构造上，整个边缘海及毗邻区都是由几条相间排列的隆褶带和凹陷带构成的，构造带走向为 NNE—NE，形成时代由西向东逐渐变新[18]。最东侧为NNE向的现代岛弧−海沟系，是新生代的东海陆架边缘隆褶带与外侧张裂的冲绳海槽，台湾褶皱带属东海陆架边缘隆褶带的南延部分，向西为新生代的东海陆架坳陷带、中生代的浙闽隆起带、中新生代的黄海南部坳陷带与前古生代胶辽隆起带[19]。NNE—NE向的构造体系缘于太平洋板块和亚洲板块多次相互作用的结果。南海可划分为3个NE向的主要构造带，即南海海盆中央表现为拉开断裂的古陆块，其间有地幔物质上涌为洋壳，并喷溢成火山；中央盆地的两侧为多次断块沉降的西沙与南沙刚性古陆块。这3个NE向构造带的西北侧与西南侧为新生代的南海陆架与巽他陆架沉降盆地[21]。南海的西半部及渤海、黄海、东海与亚洲大陆构造关系密切，而南海东半部及台湾以东海域受太平洋构造活动影响较大。

2 研究方法

本研究依托于中国国家海洋局自 2004年开展的“中国近海海洋环境综合调查与评价”(简称“908”专项)的海底地形地貌研究专题。研究区范围为中国近海(18°—41°N，108°—125°E )70 m 等深线以浅海域，面积约34.5×104km2(图1)，调查完成水深地形测线约77×104km。

图1 研究区范围及位置示意图Fig. 1 Range and location map of research zone

在研究区使用 ELAC MKⅡ180型等多套浅水多波束系统沿地形走向进行全覆盖测量，测量扫宽为水深的 5～6倍。单波束水深测量主要采用的中海达HD-27T等多套回声数字测深仪。单波束测线垂直于海底地形走向布设，比例尺为1:10万时，按间距2 km布设1条测线，比例尺为1:5 000时，按间距500 m布设1条测线，并布设1～2条检测线垂直于主测线，用于控制和验证测量精度，调查精度按照“908”专项水深调查规范要求。

对水深数据进行船型参数改正、声速剖面改正、吃水改正、潮位改正等方面的校正，对调查接边区数据采用趋势面拟合法进行融合处理，网格化后形成DTM图。中国近海及邻近域地势图采用Smith地形数据库资料，数据点网格精度为5 km×5 km，进行网格化生成DTM图。

利用ArcGIS和Fledermaus软件生成水深地形图和DTM图，坐标系为WGS84，高程基准为1985国家高程基准，水深基面为当地理论最低潮面。地形剖面垂直于海岸线布设，共布设34条，利用ArcGIS和Fledermaus软件生成剖面图。沉积物类型参考谢帕德(1973)分类[12]。

3 研究结果

中国近海海底地形，总体趋势是自西北向东南倾斜，继承了陆地地形的自然延伸状态。从中国近海海底三维地形图可以看出(图 2)：海底地形坡降为0.2‰～1.6‰，平均坡降约0.8‰，其中渤海、南黄海、北部湾地形坡降大多为0.3‰，北黄海、东海、南海北部地形坡降大多为1.0‰；除苏北岸外和长江河口区，等深线基本平行于海岸展布，渤海、苏北岸外、长江口、北部湾海域的等深线较疏，北黄海沿岸、浙闽粤近岸等深线较密。

3.1 渤海地形及剖面特征

图2 中国近海海底三维地势图Fig. 2 3D terrain map of China offshore submarine

图3 渤海、黄海海底地形特征及剖面位置分布图Fig. 3 Topography characteristics and profile location map of the Bohai sea and the Yellow sea offshore submarine

渤海地形平缓，整个海底地形由海湾向中央浅海盆地及渤海海峡倾斜，轴部在渤海湾顶至老铁山水道之间(图3)。渤海平均水深19 m，一般沟槽的水深可超过40 m，最大水深位于北煌城岛北侧的老铁山水道南支冲刷槽为 84 m。平浅的渤海中央海底，水深仅25～30 m，3个海湾(辽东湾、渤海湾、莱州湾)绝大部分在20 m等深线范围以内，其面积占渤海一半以上。剖面 B1—B1’，B3—B3’和 B4—B4’近岸段坡度平缓，20 m以深地形坡降略有增大，整体平滑、无明显起伏，平均坡降约0.2‰，为海湾向浅海盆地伸展型剖面。剖面 B2—B2’和 B5—B5’近岸段呈下凹形，坡降为0.35‰，10 m以深地形坡降减小，为河口向浅海盆地延伸至浅滩的地形剖面。

3.2 黄海地形及剖面特征

黄海为近南北向的浅海盆地(图3)。黄海海底地形由北、东、西三面向中部及东南部平缓倾斜，平均坡度约0.39‰。黄海大部分地区水深在60 m以内，平均水深约44 m。黄海北部受构造影响，岛礁众多，长山列岛居于海域之间，使其平缓的海底变得凹凸不平。黄海中部为浅海平原，平均水深38 m，最大深度80 m。黄海沿岸水下沟槽发育，在辽东半岛南岸和山东半岛南岸都发育树枝状沟槽，分别是老铁山水道向东延伸和“黄海槽”的分支，沟槽最大水深约80 m。黄海南部近岸海域地形坡降小，呈海湾和潮流沙脊地貌特征，水深大多为20 m以浅，潮流沙脊区地形起伏较大，槽脊交错分布。剖面 H0—H0’，H1—H1’，H9—H9’和H10—H10’地形形态呈三段式特征，自海岸线向海20 km以内为近岸水下斜坡，之后进入一个宽30～50 km的水下阶地，最后伸入浅海盆地。剖面 H2—H2’，H3—H3’，H8—H8’和 H4—H4’地形形态呈两段式特征，自岸线向海30 km以内为近岸水下斜坡，平均坡降较北黄海小，之后进入以海州湾为顶部的南黄海海湾平原区。剖面H5—H5’和H6—H6’位于黄海南部苏北近岸平原区，H5—H5’与 B2—B2’形态相似，都为河口区水下三角洲向海底平原过渡地形。H6—H6’近岸段起伏明显，向海50 km以深坡度突然增大，之后呈上凸形向海延展，为潮流沙脊经海底平原向残留台地过渡地形。

3.3 东海地形及剖面特征

东海开阔，略呈扇形向西太平洋展开，呈北东走向，平均水深370 m，地形由西北向东南倾斜。陆架海底地形由陆向海缓缓倾斜，等深线与中国东部海岸线大致平行，基本呈NE—SW向展布(图4)。研究区位于内陆架上，岛屿众多，有三角洲覆盖及古河道、潮流沙脊等地貌发育，水下地形较复杂。东海近岸地形区北部为长江河口水下三角洲平原，等深线呈舌状向海伸展，水深大多小于20 m，122.5°E—125°E海域为长江口外潮流沙脊区，水深在30～60 m之间，海底地形走向由北向南逐渐由东西向转为北西向。31.5°N—23.5°E海域为北东向带状水下岸坡地形，等深线平行于岸线，呈北疏南密排列，平均坡降为1‰。剖面 H7—H7’，D1—D1’，D2—D2’近岸段呈缓坡或平直状的河口水下三角洲和海湾堆积平原地形，之后进入地形起伏较大，沟槽交错分布的潮流沙脊区。剖面 D3—D3’，D4—D4’，D5—D5’，D6—D6’，D7—D7’，D8—D8’，D9—D9’，D10—D10’整体呈陡斜的水下岸坡地形，自北向南坡降逐渐加大，水深大多小于70 m，水深约55 m处地形坡度减小，发生转折，为该区内外陆架的分界线。除河口区(剖面 D9—D9’，D10—D10’)地形因水下侵蚀洼地和台湾海峡区的残留台地影响起伏较大外，其他区域地形平滑，属堆积型水下岸坡。

3.4 南海北部地形及剖面特征

南海北部地形以陆架和岛架平原为主，总体地势平坦，呈NE—NEE向延伸，除海南岛东南部陆架宽度较窄外，自雷州半岛以东陆架非常宽阔，自西向东逐渐变窄，其中，雷州湾至吴川之间陆架宽度最大达300 km，而珠江口外陆架宽度最窄也在200 km左右(图5)。大陆架等深线呈NEE—SWW向平行于海岸，平均坡降为0.9‰～1.2‰，珠江口外及珠江口以西平均坡降小于1.0‰，而珠江口以东坡降则大于1.0‰。雷州半岛以东沿岸20 m等深线以内分布有大量河口、岛礁、海湾等地形。雷州半岛以西的北部湾是半封闭海湾，三面环陆向南开口，海底地形受海岸制约明显，湾内水深多在90 m以浅。北部湾北部(45 m等深线以北)南北长达 150 km，海底地形平坦，平均坡降只有0.3‰左右。雷州半岛和海南岛之间海域为一海峡地形，50 m等深线贯穿整个海峡，最深处达118 m，海峡东西出口水深迅速变浅，为浅滩地形，其上发育指状潮流三角洲地貌。剖面 N1—N1’，N2—N2’，N3—N3’，N4—N4’，N5—N5’和 N7—N7’平直陡斜，呈水下堆积岸坡向陆坡伸展的特征(除 N1—N1’，N3—N3’呈河口区三段式地形外)。N7—N7’剖面坡降最大，达1.5‰，120 m水深以深海域已进入陆坡区。剖面N6—N6’地形坡降较小，为海湾平原向浅海盆地伸展；剖面N8—N8’近岸段陡直、下凹，向海25 km进入琼州海峡西口潮流三角洲区，地形突起，之后进入浅海盆地区，地形平缓。

图4 东海海底地形特征及剖面位置分布图Fig. 4 Topography characteristics and profile location map of the East China Sea offshore submarine

图5 南海北部海底地形特征及剖面位置分布图Fig. 5 Topography characteristics and profile location map of northern South China Sea offshore submarine

4 讨论

海底地形与陆地地形一样，是内营力和外营力共同作用的结果。不过，海底地形通常是内力作用的直接产物，与海底扩张、板块碰撞活动息息相关。外营力对海底地形塑造的重要作用更多的表现在海岸和浅海区[21−22]。中国近海基底地形格架与海域轮廓的地质构造主要受内、外动力因素的共同影响。新生代前的基底构造及新生代以来的构造运动和沉积环境是控制中国近海海底地形的主要因素。大河水系的侵蚀陆地、搬运泥沙入海，构成堆积型大陆架的物质基础，入海河流的径流作用也是塑造平原海岸的动力之一，季风波浪、潮汐—潮流、海流作用进一步塑造了海岸与海底地貌，与大河泥沙的相互作用又影响或控制着海岸与海底地貌发育趋势，加之冰后期的大规模海侵对大陆架原始底形的进一步改造，形成了现今中国近海海底地形地貌形态特征。

4.1 地质构造影响

地质构造运动决定和影响了中国现代海陆格局和近岸海底地形形态与类型(图6)[18,23]。特别是新生代以来的一系列构造运动，使中国近海海底不断被改造，并奠定了现今海底地形的轮廓。在新生代早期的晚白垩世末至渐新世，由于西太平洋边缘海的扩张，菲律宾海盆洋壳开始出现，在陆架边缘区，丽水—海丰深大断裂以西，中、小型张性断陷盆地发育，渤海、华北、黄海—苏北等地，发育大坳陷，沉积了厚大的陆相碎屑岩建造(类磨拉石)[24]；新生代中期的渐新世末至中新世，太平洋板块向陆缘海沟俯冲挤压，构造运动强烈，使地槽褶皱隆起，随着强烈挤压作用之后出现拉张现象，张性地堑断裂作用，使日本海、冲绳海槽、南海、苏禄海等边缘海形成张裂扩张带，伴随张裂带的发生，边缘海的陆坡、陆架相继发生张性断裂，形成断块坳陷和隆起，渤海和黄海坳陷，在NE—NNE向断裂控制下继续发展，在渤海自西至东出现渤海断陷、渤西断隆、辽东湾断陷、渤中断陷、莱州湾断陷等次一级新生代构造沉积区，而黄海则形成北部坳陷、中部隆起、南部坳陷、勿南沙隆起等次一级小型隆坳交错构造区；中中新世末的海岸山脉水平挤压运动，使燕山期形成的华南隆起带和南海地区褶皱变形与上覆地层呈不整合或假整合接继。上新世末期至更新世初期，菲律宾板块向西俯冲活动强烈，蓬莱(台湾)运动发生，台湾中央山脉急剧上升，而海盆地区则以拉张作用为主，产生急剧张裂下降，陆架上的坳陷不断扩大[25]。

图6 中国近海构造纲要图Fig. 6 Structure outline map of China offshore

经过这一系列的拉张、挤压作用，中国近海海底地形大致以杭州湾为界，以北海岸线穿过相间的2个隆起带与2个沉降带，形成华北—渤海和苏北—南黄海断坳盆地带，辽东半岛、山东半岛2个山地丘陵隆起带。杭州湾以南的近海海底基本上处于华南隆起带上，以山地丘陵海岸为主，但在一些河口出现小型断陷盆地，发育平原海岸，如温州平原、潮汕平原、珠江三角洲平原等负地形区。除华南地区总体走向受南岭纬向构造因素外，大部分地区海底地形总体走向受NNE—NE向断裂控制，局部的海湾、岬角轮廓明显受NNE—NE向和NW向X型断裂控制。受其影响，中国近海海底地形呈现2种类型，一种是以华北—渤海和苏北—南黄海断坳盆地为代表，平均坡降小、起伏小、近岸段下凹，远岸段平缓的沉降型地形(图7)，这与典型被动大陆边缘的美国东部大西洋边缘盆地、卡罗莱纳坳槽、巴尔的摩峡谷海槽等向陆一侧的地形形态相似[26−28]。另一种是以华南隆起带为代表，平均坡降大、起伏小、陡斜平直的隆起型地形(图8)，这与Manus盆地向陆一侧的地形形态相似[29]，Maruyama(1997)也用俯冲板块滞留体崩塌模式来解释日本海(以Manus盆地为例)和中国东部岛弧—海沟体系的成因，虽然与传统的上驮板块后退说和向东幔流致俯冲板块后退说的主动大陆边缘成因机制有一定的不同之处，亦说明中国东部和南部近海海底地形并非单纯的受太平洋板块俯冲亚欧板块的挤压作用影响[30−31]。

晚第三纪末期以来，新构造运动仍然颇为强烈，中国近海沿岸地区则以断块的差异升降活动为其显著的特点[6, 32]。任建业等[33]根据断块活动的性质及其活动强度、幅度的区域差异性，将我国东部沿海地区划分为4个新构造断块活动区(图6)。这些差异的升降运动不仅改造了中国近海海底地形的原始特征，形成了介于沉降带和隆起带之间的过渡类型的地形形态(图9)，还改造了带内的典型地形特征，使其产生亚类地形形态。

4.2 海平面和沉积环境的影响

图7 沉降盆地型地形剖面特征图Fig. 7 Topographical profile characteristics map of sedimentary basin type

全球性的气候冷暖变化、冰期及间冰期所引起的海平面变化也直接影响海底地形发育[34]。距今约18 ka前发生了晚更新世以来全球性最大的海平面下降，至晚玉木冰期达到鼎盛，中国陆架海基本出露地表，发育于构造隆起带上的构造台地经受风化剥蚀，形成中间凸起，边缘不规则坍塌的残留台地地形(图8，II2型)。此后开始经受多期海平面阶梯状上升、平缓或停滞期的旋回振荡，浅海陆架上发育多条古滨岸沉积体(如古贝壳堤、古海湾沉积体)和阶梯、陡坎(图9，III1型)。

在构造运动和海面升降控制的中国近海海底地形格局基础上，海洋动力对海底的改造也是形成海底地形特征和控制地形动态变化的重要因素。径流、波浪、海流和潮汐等水动力条件是塑造海岸带、浅海地形地貌的直接动力因素[35−37]，不仅在河口区形成平浅的水下三角洲、海峡和岬角处切割海底形成侵蚀洼地和冲刷深谷等形态，而且对松散沉积物还起着分选、搬运及再堆积的塑造作用，并携带沉积物再分配和再沉积呈现泥区、砂区等不同沉积类型区域[38−39]，致使海底的原始底形被明显改造，大河河口区尤为突出(图10)。

图8 隆起带型地形剖面特征图Fig. 8 Topographical profile characteristics map of squeeze uplift type

中国近海陆架受NNE—NE构造脊的约束，将入海大河从大陆侵蚀携运的入海泥沙拦截堆积在沉降盆地中，泥沙积聚成为大陆架浅海[40]。当盆地内侧被泥沙填满后，盆地外缘的黄海、东海盆地正在沉降中，冲绳海槽尚未受到大量填充，华南沿海盆地亦处在沉降充填中。由构造脊围封、被大河泥沙填充堆平的海底沉积体，是中国近海海底沉积物来源及动力机制的特色[41]。中国近海陆架沉积总体特征是东海和南海北部(北部湾除外)开阔性陆架海区沉积物呈带状分布，内细外粗；渤海、黄海及北部湾半封闭性海区，沉积物呈斑状分布。前者海岸轮廓、海底地形，以及沿岸流与暖流水系格局皆呈带状分布，从而决定了物质供应、散流体系乃至底质沉积的分带性。而后者海岸曲折、海底地形、水动力格局多变、入海河流携带物质粗细差异悬殊，都是造成沉积物斑状分布的主要原因[4]。

图9 过渡型地形剖面特征图Fig. 9 Topographical profile characteristics map of transition type

图10 沉积改造型地形剖面图Fig. 10 Topographical profile characteristics of deposit reformation type

因此，纵观整个中国近海的海底地形，受构造约束作用明显，地形剖面呈现出4种类型，即沉降盆地型、构造隆起型(造山带)、沉降盆地—造山带过渡型以及沉积改造型(图7～10)。渤海、南黄海海底地形坡度较小，平均坡度在0.5%以内，平直、略显内凹，坡面起伏变化不大，基本都属于沉降盆地型，亚类可分为平直型、下凹型、改造型。构造隆起型地形区主要分布于华南隆起带近海，地形坡度较陡，坡降达 1%以上，平直、坡面起伏变化不大，浙闽沿岸受燕山期挤压运动的影响，近岸段更显陡直，亚类可分为陡斜型和起伏型。沉积改造型(如长江口、杭州湾)地形受全新世丰富陆源物质补给，近岸段形成坡度平缓的三角洲沉积体，然后迅速下陷与内陆架衔接，部分区域呈侵蚀状态，剖面呈现多峰状潮流沙脊群形态，属于河口三角洲型地形区，亚类可分为河口型和平原。南黄海北部受胶辽隆起带的控制，近岸段地形呈现陡直，且在高能环境下出现侵蚀凹槽等深洼地形，至中部平原区又呈现平缓形态，两者之间往往存在一大型侵蚀—堆积阶地，该区属于典型的沉降盆地—造山带过渡型地形区，亚类可分为有阶地型和无阶地型。

5 结论

(1) 中国近岸海底地形总体呈西北向东南倾斜的趋势，继承了陆地地形的自然延伸状态，并呈现明显的南北分带特征。海底地形坡降为0.2‰～1.6‰，平均坡降约0.8‰，其中渤海、南黄海、北部湾地形坡降大多为0.3‰，北黄海、东海、南海北部地形坡降大多为1.0‰，除苏北岸外和长江河口区，等深线基本平行于海岸展布，渤海、苏北岸外、长江口、北部湾海域的等深线较疏，北黄海沿岸、浙闽粤近岸等深线较密，显示出大陆边缘的海岸平原和陆架盆地地形特征。

(2) 中国近海海底地形主要受地质构造作用控制，并在不同沉积环境和复杂水动力条件下，形态上划分为沉降盆地型、挤压隆起型、沉积改造型和过渡型等 4种类型。沉降盆地型和挤压隆起(造山带)型地形起伏小，沉积物以细粒为主，水流方向单一，易发育海湾堆积平原和水下堆积岸坡等堆积沉降型地貌，同属构造成因地形；沉积改造型地形起伏较大，沉积物以粗粒为主，多发育在河口和潮流辐聚区的大型潮流沙脊上，全新统沉积层发育巨厚，受潮流、径流、海流的后期改造明显；过渡型地形陡缓不均，沉积物颗粒不均匀混合，近岸发育阶地状陡坎，远岸发育陆架平原等侵蚀—堆积型地貌，为地块断陷不完全发育和多起次海侵的共同结果。

(3) 中国近海海底地形总体呈隆起带地形陡直、沉降盆地地形平缓、过渡带和河口区地形复杂的特性，沿岸流和涡旋等海流为近海沉积物输运和再分配起到重要作用，潮流和径流共同作用塑造了大型潮流沙脊和水下三角洲地貌，也改造了海底原始底形，并在全新世海侵的影响下形成了多条古岸线和阶地状陡坎地形。

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