基于探地雷達(dá)的廣東惠來海岸沙丘內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究

白旸++尹輝++程延++魏俠兒

摘要：廣東惠來海岸沙丘發(fā)育于龍江入?？诘纳尘咨希侨A南沿海典型的風(fēng)沙作用海岸地貌，是粵東地區(qū)海岸風(fēng)沙面積較大，發(fā)育較為典型的岸段。采用瑞典MALA RAMAC探地雷達(dá)，利用500MHz的天線對惠來海岸典型海岸沙丘進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲取了較為詳細(xì)的惠來海岸典型海岸沙丘的內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。通過對探地雷達(dá)圖像的解譯及綜合分析，發(fā)現(xiàn)惠來海岸沙丘的形成主要是依靠東北向岸風(fēng)，迎風(fēng)坡與背風(fēng)坡以及沙丘頂部之間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有相關(guān)關(guān)系。利用探地雷達(dá)對海岸沙丘進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究表明探地雷達(dá)對于海岸沙丘的研究是一條切實可行的研究方法。

關(guān)鍵詞：探地雷達(dá)；海岸沙丘；內(nèi)部結(jié)構(gòu)；廣東惠來

1. 引言

風(fēng)是塑造海岸的最活躍的因素之一，風(fēng)對海岸作用的重要過程之一是把低潮時暴露在前濱的砂粒向岸搬運(yùn)，堆積成海岸沙丘。在沙供給充足且有強(qiáng)大的向岸盛行風(fēng)的地區(qū)，海岸沙丘發(fā)育。對于沙丘形成機(jī)制的研究，國外于20世紀(jì)90年代開始應(yīng)用探地雷達(dá)進(jìn)行探測研究。Bristow等[1]通過使用探地雷達(dá)探測海岸沙丘發(fā)現(xiàn)雷達(dá)波的反射是由與干濕的界面引起的，這也與界面中的粒徑有關(guān)。其后諸多學(xué)者應(yīng)用探地雷達(dá)對世界各地的沙丘進(jìn)行了關(guān)于沙丘內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，得到了一系列的成果。在國內(nèi)，俞祁浩等[2]證實庫克塔沙漠三壟沙與羽毛狀沙丘的成因主要是風(fēng)成作用，而與下伏地形無關(guān)。李孝澤等[3]利用探地雷達(dá)探究巴丹吉林橫向沙山的沉積構(gòu)造。白旸等[4， 5]利用探地雷達(dá)研究巴丹吉林高大沙山形成機(jī)理。但探地雷達(dá)在我國海岸沙丘沉積結(jié)構(gòu)研究中應(yīng)用很少。廣東惠來海岸沙丘發(fā)育于龍江入海口的沙咀上，海岸沙丘分布廣泛，形態(tài)典型，是我國華南沿海海岸風(fēng)沙地貌的典型代表區(qū)域。本文采用探地雷達(dá)方法開展有關(guān)沙丘內(nèi)部結(jié)構(gòu)、成因機(jī)理、演化過程等方面的研究，可以對沙丘內(nèi)部結(jié)構(gòu)有較為清晰的了解，亦對我國海岸沙丘形成演化過程中的環(huán)境變化過程有一定的闡釋意義。

2. 研究區(qū)概況與研究方法

廣東惠來位于粵東沿海，地處北回歸線以南，屬南亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，最熱月份為7月，最冷月份為1月。冬春季盛行東北風(fēng)，夏秋季盛行偏東風(fēng)和西南風(fēng)，全年的主導(dǎo)風(fēng)向為N到NE，且風(fēng)速較大?；輥碓虾｀l(xiāng)（現(xiàn)隸屬隆江鎮(zhèn)與溪西鎮(zhèn)）風(fēng)沙分布面積較大，沙丘發(fā)育較為典型，有新月形沙丘與沙丘鏈、拋物線形沙丘與沙壟等沙丘分布。沙丘的高度一般為5-15m。但是，近些年來由于人為開發(fā)嚴(yán)重，許多沙丘已被破壞。本次探地雷達(dá)探測沙丘為橫向沙丘，坐標(biāo)為22°56′16.59″N，116°11′38.59″E，沙丘脊線呈NNE—SSW走向，沙丘的傾角為25° ，迎風(fēng)坡表面坡長約為 8.2 m，沙丘相對高度為5.2 m。

本次考察選用瑞典MALA RAMAC探地雷達(dá)，選用的天線頻率為500MHz。實測共中心點探地雷達(dá)結(jié)果顯示沙丘不同深度的雷達(dá)波速在0.12-0.14m/ns之間，所以采用的雷達(dá)波速為0.13m/ns。探地雷達(dá)所收集的數(shù)據(jù)主要使用Reflex-W軟件進(jìn)行處理。處理過程如下：DEWOW修正--去除初始的直流信號與直流偏置，去除數(shù)據(jù)中的低頻失真；去零漂--確保每一道數(shù)據(jù)都有相同的初始零點（為地形改正所用）；自動增益控制--運(yùn)行自動增益程序，時窗為10 ns，增益函數(shù)為500；頻率域帶通濾波--由高通、低通濾波器組成，只可以通過特殊頻段的信號，稱之為“通行區(qū)”。帶通濾波在地球物理學(xué)中的利用非常普遍的；地形改正--根據(jù)與測量同步的GPS在每一道所記錄的經(jīng)緯度、海拔對探地雷達(dá)圖像進(jìn)行與地面起伏相符合的地形改正；柯西莫夫偏移--波動方程偏移法，以物理光學(xué)原理為基礎(chǔ)。偏移處理用于消除數(shù)據(jù)采集過程中引起的剖面圖像畸變。偏移處理的作用是將雙曲線兩葉上的能量回歸到頂點，使視傾角回歸成真傾角。

3. 研究結(jié)果

圖1為探地雷達(dá)的經(jīng)過濾波及校正后的實測剖面圖，通過探地雷達(dá)圖像可以了解到惠來（測點）海岸沙丘為橫向沙丘，形成作用主要是單風(fēng)向作用，風(fēng)向為東北向岸風(fēng)。在迎風(fēng)坡的坡腳出現(xiàn)的層理雷達(dá)波顯示該迎風(fēng)坡與東北向岸風(fēng)相切，解譯雷達(dá)圖像為迎風(fēng)坡的前積層理。從探地雷達(dá)圖像中，我們可以看到從最高點也就是測點海岸沙丘的頂點內(nèi)部出現(xiàn)了近乎平行的雷達(dá)波反射，解譯其為在往復(fù)的風(fēng)向下，海岸沙丘頂部被塑造，并且垂直向下加積，并沿主導(dǎo)風(fēng)向移動。從背風(fēng)坡沉積相的圖像中我們可以看出，背風(fēng)坡有著層層堆疊的沉積層理。

推斷沙丘的發(fā)育大致經(jīng)歷了三個階段：第一個階段為沙丘發(fā)育的初始階段，在這個階段中，沙丘是在不斷生長的，沙丘的內(nèi)部層理相對陡峭，沙丘的規(guī)模也以一種較快的速度在發(fā)育。第二個階段表現(xiàn)為沙丘發(fā)育的鼎盛期，在這個階段中沙丘的面積仍然在增大，沙丘的層理角度在不斷的變小，但仍與沙丘保持著大體相同的發(fā)展趨勢，隨著規(guī)模在不斷地增大，速度在不斷地放低，直到圖像中的沙丘頂部。第三個階段為沙丘發(fā)育的后期也就是沙丘發(fā)育的減緩期，在這個階段中，沙丘仍在不斷的發(fā)育，但其速度在不斷地衰減，沙丘的覆蓋面積依然在不斷的加大。

通過探地雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)可以看出，迎風(fēng)坡的移動模式是以老的沙丘為基底的，上部波浪狀不斷向上發(fā)育，到背風(fēng)坡逐層滑塌疊加并且在原本坡腳處形成新的小的沙丘，繼而被覆蓋，循環(huán)往復(fù)不斷沿風(fēng)向前行。

圖1 惠來海岸沙丘探地雷達(dá)圖像結(jié)果

4. 討論與結(jié)論

（1）風(fēng)成沙較高的電阻率以及不同層理之間的介電常數(shù)的差異這為利用探地雷達(dá)研究沙丘內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了較好的條件。

（2）以廣東惠來海岸上的典型海岸沙丘為研究對象，獲取了典型惠來海岸剖面的雷達(dá)數(shù)據(jù)。在本研究中的探地雷達(dá)圖像具有較好的高差程度，連續(xù)性以及完整性。通過對雷達(dá)圖像的濾波及校正獲取了較為詳細(xì)的惠來海岸沙丘的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其演進(jìn)速率，較好的說明了惠來海岸沙丘的形成主要是依靠東北向岸風(fēng)，迎風(fēng)坡與背風(fēng)坡以及沙丘頂部之間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相關(guān)關(guān)系。

（3）惠來海岸沙丘的探地雷達(dá)圖像顯示了豐富的沙丘前積層理與頂部加積層理，迎風(fēng)坡的移動模式是以老的沙丘為基底的，不斷向上發(fā)育，到背風(fēng)坡逐層滑塌疊加并且在原本坡腳處形成新的小的沙丘，繼而被覆蓋，如此循環(huán)往復(fù)不斷沿風(fēng)向前行。

（4）海岸沙丘能夠形成且不斷發(fā)育增大、移動，反映了廣東惠來海岸沙丘反映了當(dāng)?shù)馗杉九c風(fēng)季同步的氣候特點。

參考文獻(xiàn)

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