基于GPR圖像的福建海壇島北部海岸沖積扇沉積構(gòu)造及其成因的初步研究

賴海成　李志忠,3　靳建輝,3　鄧　濤　姜　鋒于曉莉　苑秀全　申健玲　龔松柏

(1.福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院　福州　350007；2.濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程省部共建教育部重點實驗室　福州　350007；3.福建師范大學(xué)地理研究所　福州　350007)

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基于GPR圖像的福建海壇島北部海岸沖積扇沉積構(gòu)造及其成因的初步研究

賴海成1,2李志忠1,2,3靳建輝1,2,3鄧濤1,2姜鋒1,2于曉莉1,2苑秀全1,2申健玲1,2龔松柏1,2

(1.福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院福州350007；2.濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程省部共建教育部重點實驗室福州350007；3.福建師范大學(xué)地理研究所福州350007)

福建海壇島北部海岸發(fā)育一座覆蓋淡灰黃色風(fēng)成砂層、相對高度達(dá)30m的大沙山，外貌很像風(fēng)成大沙丘，但同時又具有沖積扇形態(tài)。其成因和沉積環(huán)境有待考證，而探明大沙山內(nèi)部沉積構(gòu)造是判別其成因的主要途徑之一。在野外考察的基礎(chǔ)上，運用探地雷達(dá)(GPR)對大沙山內(nèi)部沉積構(gòu)造進(jìn)行探測，獲得約20m深度范圍內(nèi)的沉積構(gòu)造圖像數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：大沙山中上部發(fā)育由棱角狀礫石或粗砂細(xì)砂組成的沉 積旋回和溝槽沉積構(gòu)造，顯示出沖積扇上部的沉積構(gòu)造組合特點；中下部層面中交替呈現(xiàn)弧形沉積構(gòu)造，大沙山南側(cè)發(fā)育有向南傾斜28°～30°的前積層理。結(jié)合大沙山西側(cè)沖溝剖面沉積構(gòu)造、大沙山表面的棱角狀礫石特征以及現(xiàn)代風(fēng)沙地貌分布規(guī)律，初步認(rèn)為大沙山是山前多期溝谷洪流攜帶的碎屑物沉積形成的沖積扇殘余堆積體，沉積間隙受海岸帶風(fēng)沙活動影響。

探地雷達(dá)沖積扇沉積構(gòu)造海岸帶福建海壇島

0　引言

沖積扇是山麓帶由于坡降變緩，河流水流分散，流速減慢，河流所攜帶的大量碎屑物質(zhì)堆積于山前形成的扇狀地貌堆積體[1]。通常認(rèn)為發(fā)育在干旱、半干旱地區(qū)的沖積扇稱之為“干旱扇”、洪積扇或“干三角洲”，在濕潤氣候區(qū)山麓地帶發(fā)育的河流沖積扇稱之為“濕地扇”[2]。沖積扇在記錄區(qū)域氣候變化、反映新構(gòu)造運動和重建古地理環(huán)境方面具有重要研究價值，關(guān)于沖積扇的地貌特征、沉積構(gòu)造、發(fā)育機(jī)制及古地理意義，歷來都是地質(zhì)地貌學(xué)和沉積地層學(xué)的重點研究內(nèi)容之一，在國內(nèi)外取得大量的經(jīng)典研究成果[3-10]。與內(nèi)陸地區(qū)相比，海岸帶作為大氣、海洋、陸地三大圈層耦合作用的地帶，沉積環(huán)境有明顯差異，在物質(zhì)來源和動力條件方面有很大不同，因此海岸帶沖積扇可能具有獨特的地質(zhì)地貌發(fā)育過程和沉積構(gòu)造特點，但國內(nèi)外有關(guān)海岸帶發(fā)育的沖積扇研究較少。

傳統(tǒng)沖積扇沉積構(gòu)造研究主要借助于露頭、地震波勘測和結(jié)合測井研究。但較好的露頭并不常見，地震波勘測適合較大尺度的宏觀構(gòu)造特征研究，測井剖面缺乏完整的連續(xù)性信息。探地雷達(dá)(GroundPenetratingRadar,GPR)是用高頻電磁波探測地區(qū)過程中產(chǎn)生連續(xù)地層剖面雷達(dá)圖像的一種地球物理探測方法，通過對雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)的處理和解譯，可以重建探測地區(qū)的內(nèi)部沉積構(gòu)造[11-12]。因其無損、便捷、分辨率高等優(yōu)點，國外眾多學(xué)者已廣泛運用于探測目的體的內(nèi)部構(gòu)造[13-17]。例如，Millset al.[13]運用GPR探測美國卡羅萊納州的一處高山山麓帶的沖積扇，結(jié)果顯示連續(xù)反射面可以指示沉積單元接觸面、埋藏土壤或地下水；Bristowet al.[14]系統(tǒng)性介紹了GPR在地層研究中的優(yōu)勢以及沖積扇中的應(yīng)用；Leopoldet al.[15]運用GPR探測納米比亞河谷堆積體，得出了四個河谷沉積和地層結(jié)構(gòu)的GPR圖像，進(jìn)一步解釋了河谷沉積特性；Kosticet al.[16]以GPR為主要研究手段對德國內(nèi)卡河流域第四紀(jì)河流沉積進(jìn)行探測，得出了以一個侵蝕不整合面隔開的兩個沉積單元，并結(jié)合鉆孔資料分析出兩個沉積單元分別是辮狀河流沉積和曲流河沉積；Barnhardtet al.[17]使用GPR調(diào)查美國尼斯闊利河三角洲的形態(tài)和地層演化，解譯出兩個河流沖積相。

福建海壇島北部海岸發(fā)育一座覆蓋淡灰黃色風(fēng)砂層、相對高度達(dá)30m的大沙山。大沙山位于NNE盛行風(fēng)向的迎風(fēng)海岸帶，同時又位于君山北坡山麓地帶，其外貌很像風(fēng)成大沙丘，但同時又具有沖積扇形態(tài)。在山海環(huán)抱的海岸帶尤為壯觀，在高分辨率的衛(wèi)星影像上突兀醒目。那么，大沙山是風(fēng)力作用堆積形成的？還是山地溝谷洪流沖積形成的？迄今未見有研究報道。本文通過實地地質(zhì)地貌考察，并進(jìn)行了GPR探測和圖像解譯，以期對大沙山的成因進(jìn)行初步分析。這將有助于深入理解我國華南海岸古地理環(huán)境的演變規(guī)律，并豐富我國海岸帶動力地貌過程和沖積扇沉積構(gòu)造的研究。

1　研究區(qū)概況

1.1地質(zhì)地貌

大沙山位于福建海壇島的北端，行政區(qū)劃上屬于平潭縣流水鎮(zhèn)磹水村，東臨臺灣海峽，南部緊靠君山北坡，君山為海壇島最高峰，海拔435m(圖1)。海壇島位于福建省武夷—戴云隆褶帶東側(cè)沿海地帶，即閩東南沿海變質(zhì)帶。自燕山運動起，發(fā)生強(qiáng)烈的斷裂活動、大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)和巖漿侵入，并伴隨著強(qiáng)烈的斷裂活動，至燕山運動晚期形成基本格局，確定了海壇島地質(zhì)基礎(chǔ)、地貌輪廓。新生代地殼運動，尤其是第四紀(jì)海平面變化的影響，導(dǎo)致陸海一系列的升降運動，海壇島地質(zhì)地貌進(jìn)一步演化成型。構(gòu)成海壇島基底的巖石類型，主要是中生代侵入巖和火山巖，即以花崗巖和閃長巖為主的燕山早期與晚期的侵入巖和以英安巖、流紋巖、英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r等為主的火山巖。白堊紀(jì)火山噴發(fā)，由安山質(zhì)巖屑晶屑凝灰熔巖、英安質(zhì)晶屑凝灰熔巖、晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、凝灰?guī)r等為主的石帽山群火山巖構(gòu)成君山主體，即君山實際上是白堊紀(jì)一系列火山噴發(fā)作用形成的一座古火山錐[18]。在海灣低地和平原，廣泛分布第四系海相沉積，平地、臺地則覆蓋著第四紀(jì)風(fēng)成砂[19]。

海壇島地貌類型主要有丘陵、臺地、濱海平原、湖泊、灘涂和海岸[19]。其中，丘陵主要分布在島的東北、西北、南部三片，總面積15km2，占島上陸地面積的42%；臺地由殘積、風(fēng)積和海積組成，土層厚，頂部平緩，呈波狀起伏，總面積16.9km2；濱海平原由風(fēng)、海堆積物發(fā)育而成，總面積132.3km2；海壇島海岸蜿蜒曲折，岸線長達(dá)448km，具有基巖、沙質(zhì)、泥質(zhì)等海岸類型。其中，基巖海岸分布于島嶼中半島、岬角等突出部，其特點是岸線曲折，基巖裸露，海岸狹窄，海蝕明顯。沙質(zhì)海岸分布在海壇灣、壇南灣和長江澳等地區(qū)，岸線比較平直，海岸帶低平，潮間帶寬闊。

1.2氣象水文

海壇島屬于濕潤亞熱帶季風(fēng)氣候特征。年平均氣溫19.0℃～19.9℃。年降水量900～1 200mm，從西北向東南遞減，3—9月降水量約占全年82%，5—6月份的梅雨降雨量占全年降水量的 34.2%， 7—9月份臺風(fēng)雨量雖然只占全年降水量的27.7%(圖2A)，但可以造成海壇島丘陵溝谷洪流暴漲暴落。風(fēng)向年變化規(guī)律是冬季NNE風(fēng)和夏季SW風(fēng)的季節(jié)更替，且NNE風(fēng)頻率高、風(fēng)速大，為研究區(qū)盛行風(fēng)向(圖2B)。

圖1　研究區(qū)地理位置Fig.1　Geographic location of the study area

圖2　海壇島降雨量—氣溫與風(fēng)況Fig.2　Precipitation-temperature and wind condition of the Haitan Island

潮汐類型屬正規(guī)半日潮，近海潮周期為12小時25分鐘左右，漲潮歷時和落潮歷時幾乎相等，平均潮差為3.92m，潮差相對較大。海壇島海域潮流變化較為復(fù)雜，淺海的漲潮由東向西，或東北向西南，落潮相反，主要是來復(fù)潮，個別是直線流。水深40m以內(nèi)的沿岸流域的潮流為西北、東南流[20]。

由于獨特的地形條件，海壇島高低丘陵上發(fā)育的沖溝大多為比降大、流程短的沖溝，流程稍長的沖溝也大部分集中在君山上。除了常年有較強(qiáng)的春夏降水，由于地處臺灣海峽，瀕臨太平洋，每年海壇島都會遭受數(shù)次不同程度的臺風(fēng)暴雨強(qiáng)降雨過程，高低丘陵沖溝內(nèi)往往形成暴漲急泄的溝谷洪流。海壇島地層，除第四紀(jì)松散沉積物外，均為中生代侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)的火山巖，及燕山早期和晚期的侵入巖。因此，大氣降水滲入地下，在上述地層形成三類含水巖組：基巖裂隙水、風(fēng)化殘積巖網(wǎng)狀裂隙水、第四紀(jì)松散巖孔隙潛水及承壓水。

2　材料與方法

2.1地質(zhì)地貌野外考察

大沙山地處君山北坡圍椅狀山麓帶(圖1B)，毗鄰的君山北坡發(fā)育有兩條沖溝，分別為西溝和東溝，因西溝水量大又稱磹水河。磹水河山區(qū)長度約750m，縱比降約12.5°；東溝山區(qū)長度約950m，縱比降約13°。大沙山最高海拔為86m，平面形態(tài)大致呈V字形，靠磹水村一側(cè)西翼，翼長約365m，寬約150m；靠君山村一側(cè)東翼，翼長約385m，寬約120m。大沙山北部迎風(fēng)坡坡度為10°～20°，向海向北傾斜(圖3A，E)。坡面上發(fā)育多條NE—SW、N—S走向的深淺不一的溝槽(圖3B)。北坡中下部還發(fā)育大小不等的多個灌叢沙堆，這些灌叢沙堆為由海向陸NNE風(fēng)沙流遇到灌叢植被阻攔而堆積形成的。灌叢沙堆迎風(fēng)坡稍顯陡峭，植被生長較好，而背風(fēng)坡坡度較緩，發(fā)育順風(fēng)向南延伸的沙尾[21]。北坡坡面上分布有大量棱角狀礫石和粗砂細(xì)砂。其中，礫石直徑從10～100cm不等，顏色主要為灰黑色，少量呈灰褐色和灰綠色，見有氣孔和流紋構(gòu)造，巖性主要是英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r(圖3C)，與構(gòu)成君山的主要巖石類型一致。大沙山南坡較緩，從地貌特征上看，應(yīng)為區(qū)域NNE盛行風(fēng)作用下形成的落沙坡，坡度約25°～35°(圖3A)。大沙山西側(cè)陡峭，為受到?jīng)_溝洪水下切侵蝕作用形成的谷坡(圖3D)。坡面中上部，見有向北傾斜的灰黑色礫巖層，礫石大小混雜，尖棱角狀、棱角狀，交替夾有波狀層理的粗砂細(xì)砂層，局部呈現(xiàn)透鏡體，整體上構(gòu)成向北呈緩坡傾斜的平行層理，傾角5°～10°，表現(xiàn)為棱角狀巨礫和粗砂細(xì)砂構(gòu)成的沉積旋回。沖溝剖面的下段，以高角度斜層理為主，呈現(xiàn)棕紅色，為海壇島北部迎風(fēng)海岸帶常見的“老紅砂”。

2.2探測方法和數(shù)據(jù)處理

為進(jìn)一步查明大沙山內(nèi)部的沉積構(gòu)造空間展布特點，我們于2014年4月采用探地雷達(dá)方法進(jìn)行了實地探測。探地雷達(dá)為加拿大探頭與軟件公司(Sensors&SoftwareInc.,SSI)生產(chǎn)的pulseEKKOPRO探地雷達(dá)設(shè)備。采用剖面法測量模式，即將發(fā)射天線和接收天線以固定間隔距離沿測線同步移動[11]。在大沙山東翼布置了三條探測剖面(圖3E)。其中，兩條測線平行于大沙山東翼北坡表面的溝槽、垂直于脊線；一條平行于大沙山東翼脊線、垂直于表面溝槽。

圖3　大沙山地質(zhì)地貌特征和GPR測線布置 A.南坡落沙坡；B.表面溝槽；C.礫巖；D.西側(cè)谷坡剖面；E.GPR三條測線Fig.3　Geomorphic feature and GPR lines of the great sandy hill

其中，探測剖面1總長98m，呈NNW—SSW方向，從落沙坡坡腳翻越沙山脊，沿北坡溝槽溝底至迎風(fēng)坡坡腳；探測剖面2大體上平行于探測剖面1東側(cè)布設(shè)，總長99m；探測剖面3總長99m，呈NEE—SWW方向。通過上述交叉布置探測線，應(yīng)當(dāng)能夠獲得大沙山東翼沉積構(gòu)造的三維展布特征。

本次探測頻率為100MHz的天線。參數(shù)設(shè)置：天線間距為1m，天線移動步長為0.2m，探測時窗為340ns，脈沖電壓為400V，探測深度約20m。由于電磁波傳播速度受到探測對象介電常數(shù)的影響，本文依據(jù)前人測定和研究區(qū)實際情況，選擇干砂中的傳播速度0.1m/ns[22-24]作為本次探測剖面深度計算依據(jù)。為了對探測剖面進(jìn)行地形起伏校正，以確保后期圖像處理能獲得真實的地層產(chǎn)狀，我們沿GPR探測線，采用美國Trimble公司生產(chǎn)的R8GNSSRTK(Realtimekinematic)設(shè)備同步進(jìn)行了地形高程測量，系統(tǒng)誤差為±10cm。

室內(nèi)數(shù)據(jù)處理中，使用pluseEKKOTM軟件進(jìn)行增益處理，數(shù)字濾波處理，高程距離修正等。探測數(shù)據(jù)經(jīng)過高程距離修正后，探地雷達(dá)圖像就能真實的反映大沙山沉積構(gòu)造的實際產(chǎn)狀，如層面和層理的傾向、傾角等。三條探測剖面的原始圖像及解譯結(jié)果見圖4～6。其中，橫坐標(biāo)表示測線從起點到終點的距離，縱坐標(biāo)左側(cè)表示大沙山高程，縱坐標(biāo)右側(cè)表示雷達(dá)波傳播的雙程走時。

3　結(jié)果分析

在圖4～圖6表面，均出現(xiàn)兩個強(qiáng)烈反射界面，上層反射界面是空氣波、下層反射界面是地面波?？諝獠ㄊ翘炀€發(fā)射的電磁波，經(jīng)空氣直接接收所形成；地面波是空氣與大沙山表面介電常數(shù)差異所引起的反射波?？偟膩砜矗珿PR對探測對象快速成像可提供其內(nèi)部構(gòu)造、地層信號等豐富信息。圖4～6三幅圖像，清晰地顯示了大沙山東翼近地表面約20m深度的內(nèi)部沉積構(gòu)造信息。

3.1測線1GPR圖像解譯

測線1GPR圖像(圖4A)和解譯(圖4B)可以看出，從起始點開始10m處至終點存在三條連續(xù)、亞平行、強(qiáng)振幅反射面，反射面傾向均為NNE，即向海方向傾斜，傾角約15°。根據(jù)層理展布特點分析，這些強(qiáng)反射面上下的沉積構(gòu)造和沉積環(huán)境有明顯變化，因此可劃分為層面，依次對應(yīng)為a、b和c三個層面(圖4B)，其中水平距離58～73m處b層面過渡為大尺度弧形層理。在層面之間廣泛發(fā)育一系列不連續(xù)、波狀起伏、傾角大體平行的層理，從西側(cè)谷坡剖面考察(圖3D)可知，這些層理是大沙山內(nèi)部由棱角狀巨礫或粗砂細(xì)砂構(gòu)成的沉積旋回和大體上平行展布的波狀層理。因此，層面應(yīng)當(dāng)是棱角狀巨礫、粗碎屑堆積為特征的底礫沉積，記錄了一次大范圍的侵蝕沉積事件，層面之間為粗砂細(xì)砂混雜的碎屑構(gòu)成的具有波狀層理的洪積沉積構(gòu)造。

測線1起點至水平距離10m、海拔80～85m近表面處，發(fā)育一組斜層理(圖4B)，傾向SSW，即向君山方向傾斜，傾角約30°，傾角大體上平行于大沙山南坡活動的滑落面。這是向岸風(fēng)作用下，大沙山迎風(fēng)坡表層風(fēng)沙被吹揚向南移，并翻越大沙山山脊所形成的落沙坡前積層理。

圖4　測線1GPR圖像及其解譯Fig.4　The interpretation of ground penetrating radar image of Line 1

測線1從58m起始向北開始廣泛出現(xiàn)向上凸起的反射波組(圖4B)，即弧形層理，形狀呈現(xiàn)為北側(cè)傾角較陡南側(cè)傾角平緩，且南側(cè)可見多層近似水平或緩傾斜的細(xì)紋層。因為這些弧形層理處于探測剖面右端，與現(xiàn)代大沙山表面普遍發(fā)育灌叢沙堆的位置相當(dāng)，所以可以初步判定是埋藏的灌叢沙堆沉積構(gòu)造。

3.2測線2GPR圖像解譯

測線2GPR圖像(圖5A)和解譯(圖5B)可以看出，整個探測剖面有5條連續(xù)、亞平行、強(qiáng)振幅的反射面，傾向均為NNE，即向海方向傾斜，傾角約15°，劃分為a、b、c、d和e共5個層面(圖5B)。層面之間同樣廣泛發(fā)育一系列不連續(xù)分布、大體平行延伸的波狀層理。同測線1的觀察分析，層面為由棱角狀礫石、粗碎屑堆積形成的底礫層，其間所夾的波狀細(xì)層為粗砂細(xì)砂碎屑構(gòu)成的洪積層理。

測線2起點至5m、海拔67～72m處發(fā)育清晰的平行的斜層理(圖5B)，傾向為SSW，傾角約為30°。因為所處位置為大沙山背風(fēng)坡下部，大體接近剖面所見的“老紅砂”出現(xiàn)的位置，所以可以初步判定為古沙丘落沙坡的前積層理。

測線2右側(cè)水平距離80～95m、海拔60～75m處，出現(xiàn)較多向上凸起的反射波組(圖5B)。從向上彎曲的層理組合特征、所出現(xiàn)的地貌部位等綜合判斷，應(yīng)當(dāng)是埋藏的灌叢沙堆的沉積構(gòu)造影像。

圖5　測線2GPR圖像及其解譯Fig.5　The interpretation of ground penetrating radar image of Line 1

3.3測線3GPR圖像解譯

測線3GPR圖像(圖6A)和初步解譯(圖6B)可分辨出5條連續(xù)、近于水平的強(qiáng)振幅反射面，a、b、c、d和e5個層面(圖6B)，結(jié)合前述橫剖面探測結(jié)果，這些層面應(yīng)當(dāng)是棱角狀礫石和粗砂構(gòu)成的底礫巖層，且被大幅度波狀起伏的槽狀層理斷開。這類沉積構(gòu)造很可能是沖積扇上半部常見的由低黏度水流所形成、分選不好的礫石和砂呈透鏡體狀所呈現(xiàn)的沉積構(gòu)造影像。此外，層面之間，還分布眾多小型的波狀細(xì)層，應(yīng)為洪水不斷沖刷—充填和頻繁游弋改道所形成的壟槽組合層理，這與現(xiàn)代大沙山北坡普遍發(fā)育的壟崗狀地形起伏特點是一致的。

4　討論

綜上所述，本文運用GPR探測圖像揭示了福建海壇島君山北麓大沙山內(nèi)部沉積構(gòu)造特征，結(jié)合大沙山地質(zhì)地貌考察和剖面觀察，關(guān)于大沙山沉積構(gòu)造的成因可以討論如下：

4.1GPR圖像揭示的沖積扇沉積構(gòu)造特征

研究表明，沖積扇沉積類型可劃分為泥石流沉積、河道沉積、漫流沉積和篩狀沉積，這些沉積發(fā)生的位置和沉積物特征是不同的[25]。本次兩橫一縱三條GPR測線獲得的三幅GPR探測圖像，揭示了磹水大沙山內(nèi)部沉積構(gòu)造的三維展布特征，總體上反映出了沖積扇上部的河道沉積、漫流沉積的特點，同時受到海岸帶風(fēng)力作用的影響。

三條測線清晰記錄了3～5個層面。橫剖面上(圖4，5)，延伸較平直，兩兩層面之間大體平行，并向北傾斜，傾角15°～20°，與大沙山表面坡度基本一致，層面之間常見不連續(xù)的波狀層理，為沖積扇中上部洪水溝槽底部常見的波痕。但各個層序的厚度向海方向的變薄趨勢不明顯，應(yīng)當(dāng)是本次探測橫向范圍較短所致；縱剖面上(圖6)，層面大致呈水平不連續(xù)分布和交替波狀起伏的沉積構(gòu)造組合，具有橫向楔狀疊覆的槽狀的泥石流沉積構(gòu)造特征，這與大沙山表面的洪水溝槽與溝槽之間的礫石沙壟起伏特點類似(圖3B)。這些層面是以礫石粗砂為主構(gòu)成的洪水沉積底礫層，為君山北坡洪流攜帶礫石粗砂碎屑物質(zhì)，在坡麓地帶快速堆積形成的洪積層理。洪積層理是沖積扇表面廣泛發(fā)育的沿放射狀溝槽展布的層理構(gòu)造，這種沉積構(gòu)造是由結(jié)構(gòu)和成分各不相同的洪積層疊覆而成的成層性構(gòu)造，為沖積扇獨有且由洪積作用形成，代表一次大的洪水爆發(fā)[26]。大沙山西側(cè)谷坡剖面(圖3D)，清晰顯示了洪水沖積作用形成的底礫層—礫石粗砂層和粗砂細(xì)砂構(gòu)成的多個沉積旋回。因此，本次探測深度內(nèi)，記錄了研究區(qū)3～5次(期)較大范圍的山前古洪流沉積事件。

4.2GPR圖像揭示的風(fēng)成沉積構(gòu)造

測線1和測線2尾端廣泛發(fā)育弧形上凸的拋物線沉積構(gòu)造。前人研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)成的灌叢沙堆層理為傾斜層理，其特點是以沙丘頂部為中心，分別向迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡傾斜，傾角自下而上逐漸變大[21]，總體上構(gòu)成弧形上凸的沉積構(gòu)造特點。由于這些弧形層理出現(xiàn)的位置位于大沙山向海一側(cè)，即大沙山北坡(迎風(fēng)坡)的坡腳，而現(xiàn)代大沙山表層尤其是坡腳地帶廣泛發(fā)育眾多風(fēng)成灌叢沙堆。因此，可以認(rèn)為這些弧形層理可能是埋藏灌叢沙堆沉積構(gòu)造的反映。在沖積扇中下部沖積層和風(fēng)積層的互層出現(xiàn)，是由于沖積扇表面的河槽沉積作用地點間斷地發(fā)生側(cè)向轉(zhuǎn)移、并周期性受到海岸風(fēng)沙沉積作用的結(jié)果。

圖6　測線3 GPR圖像及其解譯Fig.6　The interpretation of ground penetrating radar image of Line 3

測線1和測線2起始點處發(fā)育簡單的斜層理(圖4，5)，傾向SSW、傾角約30°，這是風(fēng)成沙丘落沙坡常見的層理類型，是在垂直大沙山脊走向的向岸風(fēng)力作用下，沙丘砂或大沙山迎風(fēng)坡風(fēng)沙向陸前移過程中在落沙坡發(fā)育的前積層理[1]。

5　結(jié)論

(1) 三條GPR測線揭示了大沙山內(nèi)部20m的沉積構(gòu)造。在橫剖面上，主要是向北傾斜且大致互相平行的層面，傾角約15°，與現(xiàn)代大沙山北坡坡度大體一致；在縱剖面上，以層面和波狀起伏的槽狀層理為特點，總體上顯示為沖積扇上部特有的槽狀的泥石流沉積構(gòu)造。同時，三條測線記錄了3～5次(期)較大范圍的山前古洪流沉積歷史。同時，兩條橫向GPR測線的兩端不同程度顯示了在NNE向岸風(fēng)作用下形成的沉積構(gòu)造：草灌叢沙堆的弧形層理和風(fēng)成沙丘落沙坡發(fā)育的前積層理。

(2) 大沙山具有山麓沖積扇的典型地質(zhì)地貌特征。大沙山北坡緩長，向北傾斜，表面相間分布5～6條砂礫石壟崗和寬淺溝槽，為沖積扇中上部常見的洪水侵蝕溝槽。在西側(cè)谷坡剖面上，顯示為礫石層和粗砂細(xì)砂層交替構(gòu)成的、向北傾斜的層理，和大沙山北坡坡面傾向傾角一致，見曲流河床遷移時河床礫石充填形成的礫石和粗砂透鏡體?？傮w顯示為沖積扇的地貌和沉積構(gòu)造特征，與上述GPR探測獲得的內(nèi)部沉積構(gòu)造信息所揭示的地質(zhì)地貌特征是吻合的。

(3) 大沙山南坡具有風(fēng)成沙丘落沙坡的地貌特點，實際上是在沖溝谷坡基礎(chǔ)上，向岸風(fēng)吹揚北坡表面的風(fēng)沙在背風(fēng)坡沉降發(fā)育而成；大沙山北坡中下部廣泛分布灌草叢沙丘，為海岸帶風(fēng)沙作用的產(chǎn)物；表面成層散布的棱角狀礫巖和粗砂層，顯示典型的風(fēng)蝕特點。綜上所述，海壇島君山北麓的大沙山是侵蝕殘余的沖積扇堆積體，在此基礎(chǔ)上，經(jīng)風(fēng)力侵蝕和堆積作用雕琢形成現(xiàn)有的地貌形態(tài)。

References)

1里丁HG. 沉積環(huán)境和相[M]. 周明鑒，陳昌明，譯. 北京：科學(xué)出版社，1978：20-22. [ReadingHG.SedimentaryEnvironmentsandFacies[M].ZhouMingjian,ChenChangming,Trans.Beijing:SciencePress, 1978: 20-22.]

2GallowayWE,HobdayDK.TerrigenousClasticDepositionalSystems[M].NewYork:Springer, 1983: 29-59.

3張紀(jì)易. 粗碎屑洪積扇的某些沉積特征和微相劃分[J]. 沉積學(xué)報，1985，3(3)：75-85. [ZhangJiyi.Somedepositionalcharacteristicsandmicrofaciessubdivisionofcoarseclasticalluvialfans[J].ActaSedimentologicaSinica, 1985, 3(3): 75-85.]

4吳勝和，范崢，許長福，等. 新疆克拉瑪依油田三疊系克下組沖積扇內(nèi)部構(gòu)型[J]. 古地理學(xué)報，2012，14(3)：331-340. [WuShenghe,FanZheng,XuChangfu,etal.InternalarchitectureofalluvialfanintheTriassicLowerKaramayFormationinKaramayoilfield,Xinjiang[J].JournalofPalaeogeography, 2012, 14(3): 331-340.]

5Al-FarrajA,HarveyAM.DesertpavementcharacteristicsonWaditerraceandalluvialfansurfaces:WadiAl-Bih,U.A.E.andOman[J].Geomorphology, 2000, 35(3/4): 279-297.

6莫多聞，朱忠禮，萬林義. 賀蘭山東麓沖積扇發(fā)育特征[J]. 北京大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1999，35(6)：816-823. [MoDuowen,ZhuZhongli,WanLinyi.ThealluvialfansalongtheeasternfootofHelanMountain[J].ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisPekinensis, 1999, 35(6): 816-823.]

7李新坡，莫多聞，朱忠禮. 侯馬盆地沖積扇及其流域地貌發(fā)育規(guī)律[J]. 地理學(xué)報，2006，61(3)：241-248. [LiXinpo,MoDuowen,ZhuZhongli.DevelopmentsofalluvialfansandtheircatchmentsinHoumaBasin[J].ActaGeographicaSinica, 2006, 61(3): 241-248.]

8HsuL,PelletierJD.CorrelationanddatingofQuaternaryalluvial-fansurfacesusingscarpdiffusion[J].Geomorphology, 2004, 60(3/4): 319-335.

9JaykoAS.LateQuaternarydenudation,DeathandPanamintValleys,easternCalifornia[J].Earth-ScienceReviews, 2005, 73(1/2/3/4): 271-289.

10GilesPT.Investigatingtheuseofalluvialfanvolumetorepresentfansizeinmorphometricstudies[J].Geomorphology, 2010, 121(3/4): 317-328.

11王惠濂. 探地雷達(dá)概論——暨專輯序與跋[J]. 地球科學(xué)，1993，18(3)：249-256. [WangHuilian.Anintroductiontogroundpenetratingradar——prefaceandpostscripttothecurrentspecialissue[J].EarthScience, 1993, 18(3): 249-256.]

12BristowCS,BaileySD,LancasterN.Thesedimentarystructureoflinearsanddunes[J].Nature, 2000, 406(6791): 56-59.

13MillsHH,SpeecMAe.Ground-penetratingradarexplorationofalluvialfansinthesouthernBlueRidgeProvince,NorthCarolina[J].Environmental&EngineeringGeoscience, 1997, 3(4): 487-499.

14BristowCS,JolHM.Anintroductiontogroundpenetratingradar(GPR)insediments[C].GeologicalSociety,London,SpecialPublications, 2003, 211(1): 1-7.

15LeopoldM,V?lkelJ,HeineK.Aground-penetratingradarsurveyoflateHolocenefluvialsedimentsinNWNamibianrivervalleys:Characterizationandcomparison[J].JournaloftheGeologicalSociety, 2006, 163(6): 923-936.

16KosticB,AignerT.Sedimentaryarchitectureand3Dground-penetratingradaranalysisofgravellymeanderingriverdeposits(NeckarValley,SWGermany)[J].Sedimentology, 2007, 54(4): 789-808.

17BarnhardtWA,SherrodBL.EvolutionofaHolocenedeltadrivenbyepisodicsedimentdeliveryandcoseismicdeformation,PugetSound,Washington,USA[J].Sedimentology, 2006, 53(6): 1211-1228.

18石建基. 福建平潭君山火山巖系地質(zhì)特征及其形成時代的討論[J]. 福建地質(zhì)，1998，17(1)：44-56. [ShiJianji.DiscussiononthegeologicalcharacteristicsandthetimeoftheJunshanvolcanicsequenceinPintancounty,Fujianprovince[J].GeologyofFujian, 1998, 17(1): 44-56.]

19黃履思. 平潭縣志[M]. 平潭：平潭縣志編纂委員會，1990. [HuangLüsi.PingtanCountyAnnals[M].Pingtan:ChengwenPress, 1990.]

20田永青，潘愛軍. 臺灣海峽西部近海潮汐特征[J]. 臺灣海峽，2011，30(4)：483-488. [TianYongqing,PanAijun.TidalcharacteristicsinoffshoreseaofwesternTaiwanStrait[J].JournalofOceanographyinTaiwanStrait, 2011, 30(4): 483-488.]

21武勝利，李志忠, 肖晨曦, 等. 灌叢沙堆的研究進(jìn)展與意義[J]. 中國沙漠，2006，26(5)：734-738. [WuShengli,LiZhizhong,XiaoChenxi,etal.Researchprogressonnabkhasandresearchsignificance[J].JournalofDesertResearch, 2006, 26(5): 734-738.]

22BristowCS,PucilloK.QuantifyingratesofcoastalprogradationfromsedimentvolumeusingGPRandOSL:TheHolocenefillofGuichenBay,south-eastSouthAustralia[J].Sedimentology, 2006, 53(4): 769-788.

23BothaGA,BristowCS,PoratN,etal.EvidencefordunereactivationfromGPRprofilesontheMaputalandcoastalplain,SouthAfrica[J].GeologicalSociety,London,SpecialPublications, 2003, 211(1): 29-46.

24HavholmKG,BergstromND,JolHM,etal.GPRSurveyofaHoloceneaeolian/fluvial/lacustrinesuccession,LauderSandhills,Manitoba,Canada[J].GeologicalSociety,London,SpecialPublications, 2003, 211(1): 47-54.

25姜在興. 沉積學(xué)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2001. [JiangZaixing.Sedimentology[M].Beijing:PetroleumIndustryPress, 2001.]

26馮增昭, 王英華. 中國沉積學(xué)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1994. [FengZengzhao,WangYinghua.SedimentologyofChina[M].Beijing:PetroleumIndustryPress, 1994.]

UnravellingtheSedimentaryStructureofCoastalAlluvialFananditsOriginintheNorthernHaitanIsland,Fujian,UsingGroundPenetratingRadar

LAIHaiCheng1,2LIZhiZhong1,2,3JINJianHui1,2,3DENGTao1,2JIANGFeng1,2YUXiaoLi1,2YUANXiuQuan1,2SHENJianLing1,2GONGSongBai1,2

(1.CollegeofGeographicalSciences,FujianNormalUniversity,Fuzhou350007,China;2.KeyLaboratoryofHumidSubtropicalEco-geographicalProcess(FujianNormalUniversity),MinistryofEducation,Fuzhou350007,China;3.InstituteofGeography,FujianNormalUniversity,Fuzhou350007,China)

Alluvialfancouldprovidevaluableinformationinrecordinglocalclimatechange,reflectingneotectonicmovementandrebuildingpaleogeographicenvironment.Comparedwithinlandareas,coastalzoneastheinterfaceofthreelayersofatmosphere,oceanandlandhasdistinctdifferencesindepositionalenvironment,resultinginuniquematerialsourcesanddynamiccondition.Thus,alluvialfanincoastalzonemayhavespecialgeologicallandscapeprocessandsedimentarystructurecharacteristics.ThereisagreatsandyhillwhichcoveredbygrayishyelloweoliansandlayerinthenorthernJunshanalongthecoastofHaitanisland,FujianProvince.Itseemstobeabigaeoliandunes,butinfactalluvialfanshape.Inthispaper,weusedthegroundpenetratingradar(GPR)todetecttheinternalsedimentarystructureofthegreatsandyhill,andtriedtofindoutitsorigin.Detectionresultsshowthatinthemiddle-upperpartofthegreatsandyhill,theredevelopedsedimentarycyclecomposedofangulargravelorcoarsetofinesandandgroovedepositionalstructure,whichpresentsthedepositionalcharacteristicsoftraditionalalluvialfan;inthemiddle-lowerpartofthegreatsandyhill,theredevelopedcurveddepositionalstructurepresentedalternatelyinthelayer.Basedontheresults,wealsofoundthatdetectingdepthofthealluvialfanrecordthewiderangeofthreetofivetimesofpiedmontancientfloodsedimentaryhistory.Combiningthegeologicalinvestigationinthegreatsandyhill,weassumedthatthegreatsandyhillistheremnantofalluvialfan,whichcontainsthecharacteristicsofaeoliansedimentsalongthecoastalzone.TheresearchisbenefitforfurtherunderstandingoftheevolutionofpaleogeographicenvironmentinthecoastalzoneofSouthChina,andenrichingtheresearchofdynamicgeomorphologicalprocessesoncoastalzoneandthesedimentalstructuresofalluvialfan.

groundpenetratingradar(GPR);alluvialfan;sedimentarystructures;coastalzone;HaitanIslandofFujian

1000-0550(2016)04-0645-08

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.04.004

2015-06-29； 收修改稿日期： 2015-12-02

國家自然科學(xué)基金項目(41271031, 41301012)；國家自然科學(xué)基金委員會—福建省人民政府促進(jìn)海峽兩岸科技合作聯(lián)合基金(U1405231)[Foundation:NationalNaturalScienceFoundationofChina,No. 41271031, 41301012;NationalNaturalScienceFoundationofChina-JointFoundationforPromotingScientificandTechnologicalCooperationbetweentwosidesoftheStraitsofFujianGov.CN,No.U1405231]

賴海成男1992年出生碩士研究生地貌過程與環(huán)境演變E-mail:laihaicheng2015@163.com

李志忠男教授E-mail:lizz@fjnu.edu.cn

P512.2A