率先在伶仃洋水域使用世界先进的浅水多波束测量系统, 高精度地显示出人工挖沙对海底的破坏程度; 应用海底土工原位静力触探技术取得了海底土的现场第一手数据; 首次引进海洋环境多参量总额和测量技术; 通过综合地球物理解释, 准确圈定了浅层气的分布范围, 对沉积物孔隙浅层气气体进行了测试; 鉴于社会急需了解海域的环境状况以及未来环境发展趋势, 首次采用了环境因子评价模型进行区域地质环境质量的综合评价和预警预测。

项目分年度提交了3份调查成果报告和成果资料, 每份成果报告(含插图插表)约20万字, 依次是珠江三角洲近岸海洋地质环境与地质灾害调查(内伶仃岛以北水域)成果报告、珠江三角洲近岸海洋地质环境与地质灾害调查(内伶仃岛以南水域)成果报告、珠江三角洲近岸海洋地质环境与地质灾害调查(珠江口西部水域)成果报告^{[1, 2, 3]}。每份成果报告包括11份成果附图及一套海洋环境遥感解译系列图。在消化前人在海洋、地质、地球物理方面的研究成果的基础上^{[4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]}, 本项目获得的主要调查成果如下:

(1)首次应用多波束系统, 高精度地显示了伶仃洋人工挖沙造成的海底地形突变以及水深分布特征(图1), 查明了调查区的海底地形地貌。该区伶仃洋河口湾滩槽相间, 呈三滩两槽格局。由于磨刀门径流量大, 来沙丰富, 两侧形成向海凸出的岸线形态, 口门拦门砂堆积性地貌发育, 口外水下斜坡向海均匀倾斜。由于口门浅滩淤展较快, 形成向槽道逼淤的态势; 强烈的人类活动(围垦和筑坝)引起的海岸线变迁掩盖了自然变迁的痕迹, 干扰了海底地形的自然形态。

图1

Fig.1

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	图1 伶仃洋多波束全覆盖水深测量立体地形图Fig.1 3D topographic map of seawater depth by multi-beam measurement in Lingding Sea

(2)由于沿岸人口密集、工厂林立, 排污使得无机氮比例失衡, 伶仃洋虎门至南沙水域出现低氧带, 口门和湾汊水体中无机氮、活性磷酸盐、铅、硫化物、石油类污染严重; 伶仃洋、磨刀门口门、黄茅海均达到富营养化, 调查区近85%站位表层海水有机污染为重污染级。

(3)调查区表层沉积物有9种不同类型, 粒度参数变化较大; 沉积物重金属污染比较严重, 特别是在人口密集岸段水域, Cu、Pb、Zn、As多有超标(表1); 碎屑矿物含量空间变异性显著, 物源以径流输入和海岸侵蚀为主; 划分了4种动力沉积环境区, 确认了地层岩性分布和时代, 研究了晚更新世以来的海侵和海退交替历程, 以及珠江三角洲沉积沉积环境演进模式。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 内伶仃岛以南水域海底表层沉积物重金属含量表(wB/10-6) Table 1 Concentration table of heavy metals in submarine sediments of southern Neilingding Island(10-6) 序号 样品号 Cu Pb Zn Cr As Cd Hg 1 ND1 55.6 41.6 152 116 20.80 0.11 0.17 2 ND2 37.5 57.0 130 90.6 24.04 0.12 0.19 3 ND3 54.1 55.6 165 120 28.15 0.21 0.22 4 ND5 45.0 41.7 123 102 34.27 0.38 0.30 5 ND9 16.6 30.9 98.3 76.8 20.74 0.047 0.14 6 ND11 33.2 54.8 138 83.9 19.59 0.091 0.16 7 ND14 46.3 54.0 152 83.5 22.14 0.22 0.15 8 ND16 49.5 59.2 158 84.6 29.96 0.23 0.26 9 ND18 23.5 48.7 102 53.7 20.01 0.10 0.16 10 ND19 44.7 116 237 116 19.63 0.29 0.14 11 ND22 30.3 55.1 113 62.9 19.47 0.12 0.19 12 ND24 14.53 0.73 0.31 13 ND25 45.5 56.5 163 110 23.62 0.13 0.12 14 ND27 37.3 42.8 127 103 28.20 0.17 0.18 15 ND32 57.7 48.6 119 115 32.08 0.26 0.32 16 ND33 25.3 40.7 80.5 77.5 5.54 0.061 0.045 17 ND35 66.5 76.3 200 99.8 35.58 0.21 0.38 18 ND37 51.8 53.9 129 92.6 23.77 0.27 0.17 19 ND39 45.9 57.3 128 90.3 18.79 0.19 0.14 20 ND45 47.7 63.5 154 88.6 19.50 0.053 0.19 21 ND47 59.3 71.4 179 92.1 28.58 0.52 0.25 22 ND50 35.5 52.9 120 73.1 14.11 0.17 0.14 23 ND51 27.1 46.6 95.6 68.8 16.05 0.17 0.014 24 ND52a 20.9 44.3 91.9 56.8 11.55 0.12 0.083 25 ND54 15.4 36.0 64.3 54.7 16.21 0.25 0.14 26 ND55 27.8 48.2 110 70.7 13.98 0.10 0.098 27 ND57 43.4 47.5 114 81.9 18.94 0.038 0.15 28 ND60 21.4 39.3 75.9 65.4 11.19 0.13 0.09 检出限 0.5 0.02 0.010 评价标准 30 25 80 100 15 0.5 0.2

表1 内伶仃岛以南水域海底表层沉积物重金属含量表(wB/10-6) Table 1 Concentration table of heavy metals in submarine sediments of southern Neilingding Island(10-6)

(4)发现了1条自第四纪以来有过活动的浅层正断层。确认了调查区海底浅地层结构、厚度以及分布特征, 划分出5套地层层序, 分析了各地层的沉积环境特征。在调查区发现的潜在地质灾害类型包括断层、地震活动和海岸侵蚀、淤积, 以及不规则浅埋基岩和槽沟等。调查还发现埋藏古河道发育, 浅层气分布广泛。

(5)综合测试和分析了调查区海底土的物理力学指标与分布特征, 查明海底土共有8类, 其物理力学指标差异较大。对土体稳定性、砂土液化等特殊工程地质问题进行了探讨, 认为在地震烈度大于7度时, 少数站位存在砂土液化的可能性。进行了工程地质分区, 对其总结出工程地质条件(表2)。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 调查区综合工程地质分区表 Table 2 Integrated table of engineering geological divisions of survey area 地质条件 工程地质Ⅰ 区 工程地质Ⅱ 区 工程地质Ⅲ 区 区内最小水深值为1.4 m, 最大水深值为25.0 m。平均坡降为1.50‰ , 最大坡降为14.37‰ , 位于本区北部 地貌类型主要有:浅滩、洼地 区内最小水深值为3.1 m, 最大水深值为27.0 m。川鼻至龙穴水道段坡降较矾石浅滩段大, 平均坡降达1.97‰ 。矾石浅滩平均坡降为0.19‰ 。地貌类型:槽沟、沙波、洼地、浅滩 区内最小水深值为2.4 m, 最大水深值为16.0 m。平均坡降为1.19‰ 。最大坡降为45.45‰ , 位于调查区南部。地貌类型主要有:浅滩、洼地 本区海底表土质类型有流泥、淤泥、淤泥质土、淤泥混砂 本区海底表层土质类型有:流泥、淤泥、淤泥混砂 本区海底表层土质类型有:流泥、淤泥、淤泥混砂 本区内已发现属于活动性地质灾害的类型有浅层气(反射模糊区), 活动断层和沙波。属于限制性地质条件的有不规则浅埋基岩、埋藏古河道、洼地、水下浅滩 本区已发现为活动性地质灾害的有浅层气(反射模糊区), 活动断层和沙波。属限制性地质条件的有不规则浅埋基岩、埋藏古河道、槽沟、洼地、水下浅滩 本区内已发现属于活动性地质灾害的类型有浅层气(反射模糊区)、活动断层和沙波。属于限制性地质条件的有不规则浅埋基岩、埋藏古河道、洼地、水下浅滩 ⑴流泥:w=85.7%~98.8%, ρ d =1.46~1.55 g/cm3, e=2.153~2.499, 塑性指数14.9~22.0, 液性指数2.75~3.99, av=1.56~2.49 MPa-1, 压缩模量1.41~2.13 MPa, 黏聚力3.6~11.3 kPa, suT=6.6~7.5 kPa, 微型贯入承载力15.5~32.3 kPa ⑴流泥:w=85.9%~102.6%, ρ d =1.41~1.54 g/cm3, e=1.490~2.736, 塑性指数16.3~21.1, 液性指数3.26~4.04, av =1.19~2.80 MPa-1, 压缩模量1.19~2.37 MPa, 黏聚力0.3~11.3 kPa, 摩擦角2.45° ~11.10° , suT =3.0~7.2 kPa, 微型贯入承载力21.9~25.1 kPa ⑴流泥:w=85.7%~111.0%, ρ d =1.39~1.57 g/cm3, e=2.117~2.861, 塑性指数9.3~24.3, 液性指数2.88~6.37, av =1.39~3.38 MPa-1, 压缩模量1.33~5.54 MPa, 黏聚力3.6~13.4 kPa, 摩擦角2.42° ~6.80° , suT =3.8~5.7 kPa, 微型贯入承载力15.5~32.3 kPa ⑵淤泥:w=61.2%~83.7%, ρ d =1.48~1.68 g/cm3, e=1.594~2.299, 塑性指数9.2~19.8, 液性指数2.48~5.77, av =0.77~1.84 MPa-1, 压缩模量1.49~4.28 MPa, 黏聚力1.6~16.5 kPa, 摩擦角2.42° ~11.00° , suT=3.7~11.6 kPa, 微型贯入承载力29.1~45.6 kPa ⑵淤泥:w=56.1%~79.7%, ρ d =1.52~1.70 g/cm3, e=1.487~2.216, 塑性指数10.4~20.7, 液性指数2.50~4.75, av =1.07~1.82 MPa-1, 压缩模量1.37~2.76 MPa, 黏聚力3.5~18.6 kPa, 摩擦角2.42° ~8.70° , suT =6.5~7.5 kPa, 微型贯入承载力25.1~32.3 kPa ⑵淤泥:w=78.3%~82.4%, ρ d =1.58~1.62 g/cm3, e=1.945~2.040, 土粒比重1.945~2.70, 塑性指数13.3~14.9, 液性指数3.44~4.12, av =0.86~1.49 MPa-1, 压缩模量1.98~3.53 MPa, 黏聚力13.4~14.6 kPa, 摩擦角2.42° ~5.09° , suT =6.2~8.3 kPa, 微型贯入承载力25.1~45.6 kPa ⑶淤泥质土:w=48.3%~54.1%, ρ d =1.56~1.72 g/cm3, e=1.349~1.647, 塑性指数7.4~11.1, 液性指数2.84~4.64, av =0.83~1.24 MPa-1, 压缩模量1.97~2.87 MPa, 黏聚力5.8~13.4 kPa, 摩擦角2.42° ~14.90° , suT=8.7 kPa, 微型贯入承载力42.3 kPa ⑶淤泥混砂:w=27.6%~49.5%, ρ d =1.74~1.98 g/cm3, e=0.701~1.303, 塑性指数5.8~8.5, 液性指数1.52~5.93, av =0.44~0.77 MPa-1, 压缩模量2.99~3.87 MPa, 黏聚力0.4~5.6 kPa, 摩擦角2.55° ~10.70° , 微型贯入承载力52.1 kPa ⑶淤泥混砂:w=51.0%, ρ d =1.74 g/cm3, e=1.30, 塑性指数6.6, 液性指数5.20, av =0.83 MPa-1, 压缩模量2.78 MPa, 黏聚力7.5 kPa, 摩擦角6.40° ⑷淤泥混砂:w=41.3%~57.3%, ρ d =1.68~1.74 g/cm3, e=1.249~1.528, 塑性指数7.4~10.1, 液性指数3.3~5.49, av =0.62~1.03 MPa-1, 压缩模量2.45~3.63 MPa, 黏聚力5.6~18.6 kPa, 摩擦角5.06° ~7.00° , suT =8.8 kPa, 微型贯入承载力52.1 kPa 注:w为天然含水率, %; e为天然孔隙比; ρ d为天然密度, g/cm3; av为压缩系数, MPa-1; suM为微型十字板抗剪强度, kPa; suT为扭力十字板抗剪强度, kPa。

表2 调查区综合工程地质分区表 Table 2 Integrated table of engineering geological divisions of survey area

2.3.1 专家打分法

根据本次调查资料, 认为影响调查区海洋地质环境的因素主要有海水有害因子、表层沉积物有害因子和工程地质条件^[13]。因而, 海洋地质环境综合评价主要从此三方面进行。以伶仃洋为例, 在工程地质分区的基础上, 把珠江口伶仃洋划分为3个评价区, 即Ⅰ 区、Ⅱ 区和Ⅲ 区。

通过列表清单法, 将已调查的可能反映海洋地质环境特征的因子分别列在同一张表格内, 再采用专家评分法, 逐项进行分析。设定4个等级:A级为优, 表示环境状况极好, 各评价因子没有超出标准, 对环境的影响极小; B级为良, 表示各评价因子略有超标, 对环境影响较小; C级一般, 表示各评价因子对环境有一定的影响, 受到一定程度的污染; D级为差, 表示各评价因子超标较多, 对环境影响较大。评价时以等级最多的为优势级, 当同一区出现两个数量相等的优势级时, 则综合考虑, 最后得到地质环境因子综合评价表(表3)。可见, 伶仃洋分区的海洋环境质量等级为B~D等级。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 伶仃洋海洋地质环境因子综合评价表 Table 3 Integrated table of marine geological environmental factors in Lingding Sea 影响因子 评价分区 Ⅰ 区 Ⅱ 区 Ⅲ 区 海水有害因子 D C C 表层沉积物有害因子 B C C 工程地质条件 C C C 综合评价 C C C

表3 伶仃洋海洋地质环境因子综合评价表 Table 3 Integrated table of marine geological environmental factors in Lingding Sea

2.3.2 区域环境质量综合指数评价法

利用公式分别对各评价因子中的因子项进行指数评价。计算出各因子项的P_i后, 取其平均值P₁(海水有害因子)、P₂(表层沉积物有害因子)和P₃(工程地质条件)。在此基础上, 对三大因子的平均评价指数进行加权平均, 得到调查区的海洋地质环境综合评价指数, 参照一定的标准, 即为此区域的环境质量。

(1)北京西郊综合指数法。参照区域环境评价中的北京综合指数法, 对三大因子的综合指数平均值进行累加, 即P=P₁+P₂+P₃=1.540 3+1.293 7+0.8=3.634, 根据评价标准(表4), 认为珠江口伶仃洋的海洋地质环境质量为中度污染(Ⅳ 级)。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 区域环境评价标准表 Table 4 Regional environmental assessment standards P值 < 1 1~2 2~3 3~4 > 4 环境质量评价 良好 清洁 轻度污染 中度污染 严重污染 评价等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ

表4 区域环境评价标准表 Table 4 Regional environmental assessment standards

(2)区域环境质量综合指数法。引进加权因子, 根据三大因子对海洋地质环境的影响差别, 利用专家评分法赋予不同的权值W_i, 再根据公式P=∑ W_iP_i =W₁P₁+ W₂P₂+ W₃P₃, 计算出海洋地质环境质量的综合指数为1.318 3, 认为本区的海洋地质环境质量总体为一般状态(Ⅲ 级)。

2.3.3 环境影响评价综合指数法

结合珠江口伶仃洋海洋环境的恢复能力, 应用专家评分法对各类因子赋值, 根据计算结果评议珠江三角洲海洋地质环境。计算得到环境质量指数EQ=35, 参照生态环境质量标准, EQ值划分标准及相应级别。综合上述各种方法的评价结果可知, 珠江口伶仃洋海洋地质环境质量总体一般, 达到Ⅲ 级标准。但两项重要因子海水水质和表层沉积物环境较差, 尤其是有的有害因子超标较多, 应引起注意(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 调查区伶仃洋海洋地质环境综合评价图Fig.2 Integrated assessment of marine geological environmental in Lingding Sea

通过综合调查研究, 得到了如下结论:

(1)珠江口海底地形滩槽相间, 滩槽之上还发育有许多小地貌, 主要包括槽沟、沙波、洼地和浅滩等。口门浅滩淤展较快, 经济高速发展所引起的海岸线变迁掩盖了自然变迁的痕迹, 改变了水动力条件, 对环境造成很大的影响。

(2)局部海水污染比较严重, 珠江口内伶仃岛以北海域无机氮、活性磷酸盐、铅、硫化物、石油类为重污染。海底表层沉积物大部分站位Cu、Pb、Zn等含量均超标, Hg、Cr有少数站位超标。

(3)调查区表层沉积物类型较为多样, 共计有9种不同类型, 粒度参数变化较大。本区晚第四纪以来沉积了3~4套沉积层, 有孔虫、硅藻和孢粉的分布均反映海平面在此期间呈现升→ 降→ 升的波动。

(4)在内伶仃岛以北海底以下20 m处发现一条第四纪以来有过活动的浅层正断层。除此之外, 尚有浅层气、沙波、地震活动和海岸侵蚀淤积等灾害。属于限制性地质条件的有不规则基岩、埋藏古河道、冲刷槽沟、水下浅滩和洼地。

(5)调查区可分出4个工程地质区。区内海底表层土在50年一遇波浪作用下, 不会发生局部滑移或层间蠕滑现象, 区内的黏土质砂、粉土在地震基本烈度不超过8度时, 不存在液化可能性。

(6)对珠江口内伶仃洋的海洋地质环境质量预测, 认为其在中短期(5~10年)内仍处于一般状态, 不会发生较大的改善, 即不会从量级上有所变化, 但总体趋势将好转。

通过对各种资料的综合分析, 结合调查区地质环境特点, 对今后珠江三角洲区海洋开发和工程建设活动提出以下建议:

(1)加强海域综合管理。优越的区位、良好的自然条件和丰富的自然资源, 使珠江三角洲成为经济发达地区。但经济发展的同时, 环境也遭受人为破坏。珠江口环境的恶化, 很大程度上是由于人为因素造成的, 如围海造地及养殖、排污、无序采沙等, 使珠江口海域的环境问题日趋突出。20世纪90年代以来, 由于地方政府加大了海域的综合管理, 海洋环境已有了相当的好转, 但调查期间, 珠江口海域仍然发现许多挖沙船, 调查资料显示挖沙在部分地段仍是无序状态, 破坏了海床原有的形态特征。

(2)开发利用海岸要遵循环境地质规律。本区是珠江三角洲断陷盆地区, 地处南海北部陆缘地震带的北侧, 属于南海北部地壳不稳定区, 断裂发育。据广东省地震局专家预测, 珠江口处于地震烈度7度的影响范围内。据统计, 历史上有1/3的地震是发生在北部陆缘地震带中, 在担杆岛曾发生过5级以上的地震, 说明该带活动性较强。因此, 今后的开发建设项目在规划和设计时, 应事先查清地质环境现状, 充分考虑原有的自然系统和地壳不稳定因素的影响。本次调查在地形地貌、底质类型、灾害地质条件、海底土等方面已发现了对海洋工程不利或者有限制的地质因素, 如断裂、浅层气、软泥、洼地和槽沟等, 应在工程开发中引起注意。

(3)建立环境监测及防灾系统。区域开发建设的同时, 应先进行环境综合调查, 对调查结果进行评估。而后, 建立环境监测系统, 建立数据库和模型, 分析并模拟环境变化过程, 从而预测环境发展趋势, 防止环境发生灾变。

建议环保部门协调管理, 收集各相关资料, 建立海洋环境监测系统, 一方面对直接影响环境的排污等工程进行管理, 另一方面长期实时监测珠江口环境变化和地质灾害影响, 及时处理各种突发事件, 并通过长期观测, 找出环境变化的规律, 建立模型, 预测未来的环境变化, 减灾防灾。