广西防城港近岸海域主要灾害地质因素的分布及特征

2015-04-11马胜中陈太浩

地质学刊 2015年4期

刘鑫，马胜中，陈太浩

(1.国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东广州 510075;2.广州海洋地质调查局，广东广州510075)

0 引言

广西防城港市地处我国大陆海岸线的最西南端，背靠大西南，面向东南亚，区位优势明显，是一座新兴的海滨港口工业城市，拥有580 km的海岸线，5个国家级口岸，港口优势突出，是我国沿海12个主枢纽港之一。防城港市坚持“以港立市，以港兴市”的发展战略，全面推进“十二五”开发建设目标，各种填海、用海的海洋工程建设项目正大规模开展，查明防城港市近岸海底灾害地质因素分布情况显得极其重要。

采用侧扫声呐、浅地层剖面、单道地震、水深测量等综合物探手段对防城港市近岸海域进行地质灾害调查，调查范围与测线实际航迹见图1。

1 海底灾害地质因素分类原则

灾害地质指对人类生命财产能够造成危害的地质因素，即有可能成灾的各种地质条件，包括某些地质体和地质作用(现象)(李培英等，2003;杜军等，2004)。显然，灾害地质并不表示灾害必定发生，而是可能发生，或者可能只是一种潜在的威胁，是灾害的自然属性而不是社会属性。

图1 物探测线实际航迹图Fig.1 Actual flight path of geophysical prospecting

研究地质灾害致灾因子的发育规律时，不必考虑其社会属性，而把能够致灾的同类地质因素统称为灾害地质因素，包括已经发生过灾害的，也包括没有发生过灾害但具潜在危险性的因素(叶银灿，2012)。冯志强等(1996)提出潜在地质灾害类型的划分方案(实际是海洋灾害地质分类)，根据活动性和对工程的危害性将地质灾害类型划分为具有活动能力的破坏性地质灾害和不具活动能力的限制性地质条件。

参考冯志强等(1996)的分类方法，将海洋灾害地质因素分为两大类：(1)活动性灾害地质因素。这类灾害地质因素在内、外营力的诱发与作用下，自身具有活动和破坏能力，对海上工程设施及自然环境可造成直接破坏，如活动断层、活动沙波、地震活动等;(2)限制性灾害地质因素。这种灾害地质因素自身并不具有活动能力，但会对某些海洋工程建设起制约作用，若忽视它的存在，会给海洋工程带来隐患，如埋藏古河道、不规则浅埋基岩、浅滩、洼地、水下陡坎和冲刷槽等。

综合侧扫声呐、浅地层剖面、单道地震、水深测量等各种资料的解释成果，发现研究区内存多种灾害地质因素，主要表现为浅部的活动性断裂、埋藏古河道、不规则浅埋基岩、潮流冲刷槽、凸地和浅滩。这些不稳定的灾害地质因素在地震、风暴潮(台风)等诱发机制作用下，有导致地质灾害发生的可能性。其中，属于活动性灾害地质因素类型的有浅部活动性断裂及地震，属于限制性灾害地质因素类型的有埋藏古河道、不规则浅埋基岩、潮流冲刷槽、凸地和浅滩。

各灾害地质因素的分布见图2。

2 主要灾害地质因素及特征

2.1 活动性灾害地质因素

浅部活动性断裂在区内发育并且横贯全区的有三大活动性断裂(图2)，这些断裂带在中更新世以来(约1 Ma)一直有活动，第四纪以来迄今仍未平静，时有地震发生。具体如下。

2.1.1 NE向的防城—灵山断裂带(F2) 该断裂带经钦州后，穿过防城港，沿着白龙半岛东缘，进入北部湾海域，在研究区西北部穿过(图3)，宽达30 km，长700 km以上，深度为25 km左右，在沿海地区的宽度为5～25 km。基本走向为NE 40°～50°，倾向为南东向，倾角70°～80°。钦州湾一带的海岸、海湾和岛屿形态均显示十分平直并受到挤压破碎作用，显然是受此断裂控制，NE向线性和带状形迹明显。

图2 防城港市近岸海域灾害地质因素分布图Fig.2 Distribution of hazardous geological factors in offshore areas of Fangchenggang City

图3 单道地震剖面(BBW4测线)显示的断层(F2)Fig.3 Fault F2displayed in single-channel seismic profile along survey line BBW4

2.1.2 合浦—博白断裂带(F3) 单道地震资料显示，该断裂带南西端进入北部湾海域，NE向进入调查区东南部(图4)，长度20 km，走向215°，断裂带由 2 条 NE 向断层组成(主要为 F3－1－1、F3－1－3断层)(图2、图4)，属于正断层，朝凹陷的主体部位呈阶梯状断落，并被一NW向张剪性断层所错断和复杂化。合浦断裂带为1组地堑和地垒构造组合，控制该地堑北侧边界的断裂带由多条密集排列的阶梯状正断层组成，该地堑构造形成NE向狭长形断陷型盆地，断层的走向大多与局部凹陷构造展布的方向一致。断裂延入前新四纪基底，并控制基底的起伏变化(马胜中，2010)。

图4 单道地震剖面(BBW15测线)显示的断层(F3－1－1、F17)Fig.4 Faults F3-1-1and F17displayed in single-channel seismic profile along survey line BBW15

2.1.3 NW向靖西—崇左断裂带(F17) 根据单道地震资料解译结果，靖西—崇左断裂带(F17)在钦州—防城之间的企沙炮台附近进入北部湾海域，NW向横贯调查区(图4)，长度21 km，走向300°～330°，是左行平移断层，倾角较陡，局部近乎直立。NW向断裂组为张扭性结构，规模较NE向断裂小。受2组断裂作用，区域发育着规模不等的其他小断层，小构造也比较发育。

2.2 限制性灾害地质因素

2.2.1 不规则浅埋基岩不规则浅埋基岩主要由单道地震反射剖面所揭示，主要表现为起伏基岩面，其地震波组反射特征以中—低频、强振幅、中—低连续性为主，反射形态主要表现为无规律的高低起伏(图5、图6)。由于受到记录剖面水平比例尺压缩的影响，基岩面的凸起多表现为圆锥状或尖峰状，内部反射模糊杂乱，无层次，同时伴随绕射波假象。

对于工程建设，基岩是很好的持力层，但若基岩面起伏不平，高低差异较大，由于其与围岩岩性的不均一，会产生承载力的差异，不利于工程构筑基础的选型，也不利于持力层的选择。尤其对荷载较大的长远工程而言，考虑到持久耐用、安全牢靠的原则，则要选择深部基岩为持力层，这就使得经济上耗费增高，基础工程的难度也相应增加。因此，对于插桩、输油管线铺设等海上工程，都应重视不规则基岩的存在，以避免产生不良后果(孙杰等，2010)。

图5 单道地震剖面(BBW8测线)显示的不规则浅埋基岩Fig.5 Irregular shallow bedrock displayed in single-channel seismic profile along survey line BBW8

图6 浅层剖面(BBWL4)显示的不规则浅埋基岩Fig.6 Irregular shallow bedrock displayed in shallow profile along survey line BBWL4

研究区近岸大部分海域发育不规则浅埋基岩，其埋深为8～90 m，起伏变化大，海底地貌较为复杂，明、暗礁石较多，对船只的安全航行构成一定的威胁。

2.2.2 埋藏古河道晚更新世末次盛冰期低海面时，海平面下降，沿海陆架暴露，河流发生回春作用，陆架被河流侵蚀冲刷。全新世以来气候转暖，海平面上升，原先暴露的部分陆架又被淹没。北部湾北部区域低海面时期发育的河流沉积物在海平面上升后，或被海侵冲刷破坏，或被新沉积物掩埋，成为晚更新世的埋藏古河道(李凡等，1990，1991;刘阿成等，2005)。

层A反射层内发育1条全新世埋藏古河道(图7、图8)，属于过渡型和分叉型河道，深槽和浅槽交替出现。主河道走向近SN向，推测此河道的源头在防城港，此埋藏古河道在调查区内长约35 km，宽3～7 km，深4～7 m，主河道东边发育分叉埋藏古河道，走向NE向，推测此河道再往上游至现今的南流江。来源于南流江呈NE走向的古河道与来源于防城港呈近SN走向的古河道，在研究区东南部汇合成1条河道。

层B河道(图7)发育于晚更新世，由于相互叠置长期发育，随着河流频繁改道，废弃的河道甚多，难以识别或识别出来的埋藏古河道规模较小。

在单道地震剖面上，埋藏古河道的底界呈连续波状起伏的强反射，内部的杂乱相为河道沉积。有的底界面反射外形下凹，内部反射有些杂乱，为砂砾充填物;有些为弱反射甚至无反射，为泥质充填物所产生。浅层剖面上可看到河道底界面下凹、连续强反射特征，内部充填物结构清晰，还可见到侧向加积、顶部加积、充填物的旋回性及斜层理等特征(图7、图8)。

图7 浅层剖面(BBWL7测线)显示的河道沉积Fig.7 Channel deposit displayed in shallow profile along survey line BBWL7

图8 浅层剖面(BBW15测线)显示的河道沉积Fig.8 Channel deposit displayed in shallow profile along survey line BBW15

河道沉积结构较为复杂，古河床基底凹凸不平，形态各异。河道的沉积物、充填物以粗碎屑为主，孔隙度较大，层间水循环快，具有较强的渗透性，在地层中经长期的侵蚀、冲刷，上覆荷载下容易引起局部塌陷，破坏地层的原始结构，造成基底的不稳定。沉积物含有比较丰富的有机质，经过河流的快速搬运堆积后被迅速掩埋，随着埋深的加大，地温梯度、生物作用、成岩作用的开始，可能产生甲烷、沼气等生物成因气，这些气体或分散储存在河道沉积物的孔隙里，或者聚集在河流砂体孔隙中产生气囊，成为含气地层，极易形成地质灾害。

古河道横断面宽度和深度变化较大，河道纵向切割深度不同，横向沉积相变较快，地层横向非均质性较强，甚至在短距离范围内存在完全不同的力学支撑，诸如河床砂体和河漫滩泥质沉积物，显然具有不同的抗剪切强度，软的黏土沉积在不均匀压实或在重力和地震的作用下，极易产生蠕变，引起滑坡，引发地质灾害。

2.2.3 浅滩浅滩是在近岸泥沙供应较为丰富，水动力条件较强的环境下形成的，是一种水下堆积物。在物探调查资料上均有明显的判别特征，主要表现为海底反射界面上凸，成为正地形(图9)。调查区发育的浅滩主要有潮间浅滩、水下浅滩。

图9 浅层剖面(BBWL4测线)显示的浅滩及凹凸地Fig.9 Shoal，convex and concave displayed in shallow profile along survey line BBWL4

研究区潮间浅滩极为发育，沿海岸呈带状分布，一般1～2 km，最宽处在珍珠港湾内，达4～6 km。由于经常受波浪和进退潮水作用，形成一定坡度向海倾斜，平坦开阔。按物质成分可进一步分为4类，即淤泥滩、沙滩、沙泥滩和基岩滩。

淤泥滩主要分布于防城港外湾暗埠口江东西两侧，平缓宽阔，一般宽为1～3 km，最宽为4～5 km。沙滩见于防城港湾东南高岭仔以南和西南岸牛头村—大坪坡一带沿岸海滩，珍珠港的西部和北部沿岸滩地。

沙泥滩多见于防城港内湾的潮间带，以及珍珠湾东北部鬼老埠—万松一带和北部江平河河口两侧沿岸滩地。基岩滩主要分布于珍珠港的东部白龙半岛沿岸海蚀陡崖之下，面积很小。

水下浅滩主要位于防城港湾口与钦州湾西口潮流深槽的东西两侧。防城港湾口潮流深槽西侧水下浅滩，低潮出露水面，走向呈近EW向伸展，沙坝东端受到退潮流的冲刷折而向南。潮流深槽东侧浅滩走向呈NNE向，自北往南延伸，受到波浪的改造，在其南端微向西转弯。沉积物由中细砂和细砂组成。

2.2.4 凹凸地凹凸地在各种物探调查资料上均有明显的判别特征，主要表现为海底反射波的波形发生明显扭曲，反射界面突然上凸，两侧基本对称，与周围地形差异较大(图9、图10)，在声纳图像上显示的灰度较深，反映颗粒较粗。

图10 浅层剖面(BBW8测线)显示的凸地Fig.10 Convex displayed in shallow profile along survey line BBW8

研究区中南部发现有1处凸起，呈丘状起伏(图10)，该凸地呈丘状拱起在周围海底7 m以上，水深15～23 m，丘体的坡度近3°，在海底SN向的范围为500 m，经探测是一个浅滩。由于凸地为残留地貌，与周围存在岩性差异，并有一定高差，工程作业时应注意避让。

2.2.5 潮流冲刷槽潮流冲刷槽是大型的水下槽沟，研究区水动力作用强，在河流和潮流的共同作用下冲刷海底，水下槽沟发育。潮沟普遍发育于潮间浅滩和伸入内陆的潮流汊道地带，一般在高潮期被淹没，低潮期露出水面，为潮流或径流的通道。

潮流冲刷槽在钦州湾、防城港和珍珠港比较发育。贯通内外湾的主槽在湾中部外端呈指状分叉，有的已开发为进出港航道。航道为较大型的深槽，而且是水路交通通道，对当地经济发展起着重要的作用。但槽沟对于某些海上工程则具有明显的制约作用，如海底电缆、海底输油管线的铺设等。因此，对于这些海洋工程来说，在施工前查明槽沟的宽度、走向等是必要的。

3 结论

海底应力的增加或强度减小都是造成海底不稳定性的因素(马胜中等，2006)。地质灾害主要应以预防为主，要使地质灾害防治取得良好效果，应先查明各种灾害地质因素的成因、分布和发育规律，并对一些具有较大潜在危险的灾害地质因素进行必要的监测、预报，以便防避或制定抑制灾害形成和发育的有效措施。对于渐发性的地质灾害则要加强灾害地质生成规律的研究。

研究区存在下列灾害地质因素。

(1)活动性灾害地质因素，如大型活动断层，由于无法控制此类灾害的地质因素，相应的海洋工程必须绕道而行。

(2)对于较小的、不具活动能力的限制性灾害地质因素，可以采取人为干涉，增强其稳定性或予以清除，例如用爆破的方式清除航道底部出露或浅埋的基岩。

(3)对于施工快、工期短的海洋工程，即便在灾害地质因素分布区域，其施工也不会立即引发地质灾害，关键是预先查清灾害地质因素的类型、规模及活动性，以便作出相应的对策，采取加固或缩短工期的方法。

随着社会的发展和海域的开发，这些灾害地质因素具有进一步发展的趋势，存在直接或间接危害。因此，对防城港市近岸海域进行全面的灾害地质因素分析，对该地区未来的发展和防灾减灾具有十分重要的经济意义和战略意义。

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