基于探地雷达的广东惠来海岸沙丘内部结构研究

白旸++尹辉++程延++魏侠儿

摘要：广东惠来海岸沙丘发育于龙江入海口的沙咀上，是华南沿海典型的风沙作用海岸地貌，是粤东地区海岸风沙面积较大，发育较为典型的岸段。采用瑞典MALA RAMAC探地雷达，利用500MHz的天线对惠来海岸典型海岸沙丘进行数据采集，获取了较为详细的惠来海岸典型海岸沙丘的内部结构数据。通过对探地雷达图像的解译及综合分析，发现惠来海岸沙丘的形成主要是依靠东北向岸风，迎风坡与背风坡以及沙丘顶部之间的内部结构具有相关关系。利用探地雷达对海岸沙丘进行内部结构的研究表明探地雷达对于海岸沙丘的研究是一条切实可行的研究方法。

关键词：探地雷达；海岸沙丘；内部结构；广东惠来

1. 引言

风是塑造海岸的最活跃的因素之一，风对海岸作用的重要过程之一是把低潮时暴露在前滨的砂粒向岸搬运，堆积成海岸沙丘。在沙供给充足且有强大的向岸盛行风的地区，海岸沙丘发育。对于沙丘形成机制的研究，国外于20世纪90年代开始应用探地雷达进行探测研究。Bristow等[1]通过使用探地雷达探测海岸沙丘发现雷达波的反射是由与干湿的界面引起的，这也与界面中的粒径有关。其后诸多学者应用探地雷达对世界各地的沙丘进行了关于沙丘内部结构的研究，得到了一系列的成果。在国内，俞祁浩等[2]证实库克塔沙漠三垄沙与羽毛状沙丘的成因主要是风成作用，而与下伏地形无关。李孝泽等[3]利用探地雷达探究巴丹吉林横向沙山的沉积构造。白旸等[4， 5]利用探地雷达研究巴丹吉林高大沙山形成机理。但探地雷达在我国海岸沙丘沉积结构研究中应用很少。广东惠来海岸沙丘发育于龙江入海口的沙咀上，海岸沙丘分布广泛，形态典型，是我国华南沿海海岸风沙地貌的典型代表区域。本文采用探地雷达方法开展有关沙丘内部结构、成因机理、演化过程等方面的研究，可以对沙丘内部结构有较为清晰的了解，亦对我国海岸沙丘形成演化过程中的环境变化过程有一定的阐释意义。

2. 研究区概况与研究方法

广东惠来位于粤东沿海，地处北回归线以南，属南亚热带季风海洋性气候，最热月份为7月，最冷月份为1月。冬春季盛行东北风，夏秋季盛行偏东风和西南风，全年的主导风向为N到NE，且风速较大。惠来原南海乡（现隶属隆江镇与溪西镇）风沙分布面积较大，沙丘发育较为典型，有新月形沙丘与沙丘链、抛物线形沙丘与沙垄等沙丘分布。沙丘的高度一般为5-15m。但是，近些年来由于人为开发严重，许多沙丘已被破坏。本次探地雷达探测沙丘为横向沙丘，坐标为22°56′16.59″N，116°11′38.59″E，沙丘脊线呈NNE—SSW走向，沙丘的倾角为25° ，迎风坡表面坡长约为 8.2 m，沙丘相对高度为5.2 m。

本次考察选用瑞典MALA RAMAC探地雷达，选用的天线频率为500MHz。实测共中心点探地雷达结果显示沙丘不同深度的雷达波速在0.12-0.14m/ns之间，所以采用的雷达波速为0.13m/ns。探地雷达所收集的数据主要使用Reflex-W软件进行处理。处理过程如下：DEWOW修正--去除初始的直流信号与直流偏置，去除数据中的低频失真；去零漂--确保每一道数据都有相同的初始零点（为地形改正所用）；自动增益控制--运行自动增益程序，时窗为10 ns，增益函数为500；频率域带通滤波--由高通、低通滤波器组成，只可以通过特殊频段的信号，称之为“通行区”。带通滤波在地球物理学中的利用非常普遍的；地形改正--根据与测量同步的GPS在每一道所记录的经纬度、海拔对探地雷达图像进行与地面起伏相符合的地形改正；柯西莫夫偏移--波动方程偏移法，以物理光学原理为基础。偏移处理用于消除数据采集过程中引起的剖面图像畸变。偏移处理的作用是将双曲线两叶上的能量回归到顶点，使视倾角回归成真倾角。

3. 研究结果

图1为探地雷达的经过滤波及校正后的实测剖面图，通过探地雷达图像可以了解到惠来（测点）海岸沙丘为横向沙丘，形成作用主要是单风向作用，风向为东北向岸风。在迎风坡的坡脚出现的层理雷达波显示该迎风坡与东北向岸风相切，解译雷达图像为迎风坡的前积层理。从探地雷达图像中，我们可以看到从最高点也就是测点海岸沙丘的顶点内部出现了近乎平行的雷达波反射，解译其为在往复的风向下，海岸沙丘顶部被塑造，并且垂直向下加积，并沿主导风向移动。从背风坡沉积相的图像中我们可以看出，背风坡有着层层堆叠的沉积层理。

推断沙丘的发育大致经历了三个阶段：第一个阶段为沙丘发育的初始阶段，在这个阶段中，沙丘是在不断生长的，沙丘的内部层理相对陡峭，沙丘的规模也以一种较快的速度在发育。第二个阶段表现为沙丘发育的鼎盛期，在这个阶段中沙丘的面积仍然在增大，沙丘的层理角度在不断的变小，但仍与沙丘保持着大体相同的发展趋势，随着规模在不断地增大，速度在不断地放低，直到图像中的沙丘顶部。第三个阶段为沙丘发育的后期也就是沙丘发育的减缓期，在这个阶段中，沙丘仍在不断的发育，但其速度在不断地衰减，沙丘的覆盖面积依然在不断的加大。

通过探地雷达图像数据可以看出，迎风坡的移动模式是以老的沙丘为基底的，上部波浪状不断向上发育，到背风坡逐层滑塌叠加并且在原本坡脚处形成新的小的沙丘，继而被覆盖，循环往复不断沿风向前行。

图1 惠来海岸沙丘探地雷达图像结果

4. 讨论与结论

（1）风成沙较高的电阻率以及不同层理之间的介电常数的差异这为利用探地雷达研究沙丘内部结构提供了较好的条件。

（2）以广东惠来海岸上的典型海岸沙丘为研究对象，获取了典型惠来海岸剖面的雷达数据。在本研究中的探地雷达图像具有较好的高差程度，连续性以及完整性。通过对雷达图像的滤波及校正获取了较为详细的惠来海岸沙丘的内部结构及其演进速率，较好的说明了惠来海岸沙丘的形成主要是依靠东北向岸风，迎风坡与背风坡以及沙丘顶部之间的内部结构的相关关系。

（3）惠来海岸沙丘的探地雷达图像显示了丰富的沙丘前积层理与顶部加积层理，迎风坡的移动模式是以老的沙丘为基底的，不断向上发育，到背风坡逐层滑塌叠加并且在原本坡脚处形成新的小的沙丘，继而被覆盖，如此循环往复不断沿风向前行。

（4）海岸沙丘能够形成且不断发育增大、移动，反映了广东惠来海岸沙丘反映了当地干季与风季同步的气候特点。

参考文献

[1]Bristow C S， Chroston P N， Bailey S D. The structure and development of foredunes on a locally prograding coast： insights from ground-penetrating radar surveys， Norfolk， UK[J]. Sedimentology， 2000， 47（5）： 923-944.

[2]俞祁浩， 屈建军， 郑本兴， 等. 探地雷达在沙漠研究中的应用[J]. 中国沙漠， 2004， 24（3）： 371-375.

[3]李孝泽， 王振亭， 陈发虎， 等. 巴丹吉林沙漠横向沙山沉积 GPR 雷达探测研究[J]. 第四纪研究， 2009， 29（4）： 797-805.

[4]Bai Y， Wang N， Liao K， et al. Geomorphological evolution revealed by aeolian sedimentary structure in Badain Jaran Desert on Alxa Plateau， Northwest China[J]. Chinese geographical science， 2011， 21（3）： 267-278.

[5]白旸， 王乃昂， 何瑞霞， 等. 巴丹吉林沙漠湖相沉积的探地雷达图像及光释光年代学证据[J]. 中国沙漠， 2011， 31（4）： 842-847.endprint