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一、引言 海底的地质环境复杂，大部分区域都被海洋环境所独有的海底底质所覆盖。了解底质的分类和分布特征可以对航海航运、军事活动等方面提供帮助，因此海底底质分类方法选择十分重要。目前，主流的海底底质的分类方法主要以SHEPARD法或FOLK法为主，这两种方法重点考虑的是海底底质粒度特性，而忽略了海底底质其他属性。例如：组成成分相同的底质由于地理位置不同，在深海和近岸表现出的性状是不同的，导致其对人类活动的影响也不尽相同。为解决海底底质分类方法不统一、分类要素简单等问题，本文尝试提出一种顾及声图纹理特征的海底底质分类方法，该方法在借鉴了一部分海底底质粒度分类标准基础上，考虑了海底底质本身所具有的来源类型、成分组成、地理等多种属性作为海底底质基本分类要素，并针对海底底质在一定范围内所呈现的表面纹理特征的特点，将此作为一类特殊分类要素作为完成底质分类工作的一部分，不仅能丰富分类要素也能够为使用者提供底质在一定范围内的分布情况和起伏特征，最大限度的提供底质信息。 最后利用实例对方法的有效性进行分析，能够进一步拓展并细化海底底质分类思想，为海底底质分类体系构建提供一定参考。 二、海底底质声图纹理特征分析 海底底质处于海底表层，海洋动力条件下容易以大范围的相同或相近成分的形式存在，特别是在测深区域海底地形变化不大、或者测深精度不高等原因，造成在海图中只能得到海底底质的成分或粒度信息，而忽略了一定区域内海底底质沉积物可能呈现出的起伏较小的海底底质表面微地形，而这些信息却在侧扫声纳等声学探测仪器的探测结果中以某种纹理的形式出现，见图1。
图1 侧扫声纳声图中海底底质纹理特征示意图 这一类海底底质表面特征是由于人类活动和海洋动力原因，造成反过来海底底质的表面特征又能影响人类的多种活动，如水产养殖、船舶锚地选择、潜艇坐底、军事设施布设、管线铺设等。本文依据大量海底底质的声学探测仪器探测声图对其表面纹理特征进行了系统总结，并将其分为13类，见表1。 表1 不同海底底质声学纹理特征 | | | | | 波浪状微地形。或孤立出现或作为区域特征出现。高度最小为1m。既可能是对称的，也可能是非对称的。 | | | | | | | | | 纵向河床形状，它们可能孤立的，但更多的是成组形式出现。一般平行主潮流方向。 | | | 宽阔的地貌高于其周围，但细小的结构看似平坦或缓缓倾斜。 | | | 占地很小的一片岩石。它是一个内聚性强的整体，而不是松散的堆集体。 | | | 一般覆盖在一个粗糙类型海底之上。大多数与潮流方向一致或平行。厚度仅仅几个厘米，典型的有阶梯状外形。 | | | | | | | | | 沙的垄状小隆起，与沙波的形状相类似，但高度小于1m，通常方向与潮流或流方向垂直。 | | | | | | | | | |
三、顾及声图纹理特征的海底底质分类方法 顾及声图纹理特征进行分类时，其分类过程可分为来源属性分类、成分组成分类、物理属性分类(化学成分分类)、地理属性分类以及侧扫声纳声学纹理分类五步。 第一步，根据来源属性将海底底质主要分为3大类别：成岩底质、生物源底质和水合沉淀物。 ⑴成岩底质：成岩底质主要来源是由于水动力原因从近岸带来的部分砂石或原本海底的一部分砂砾质沉积物，可以依据海底底质粒度分类标准(Udden-Wentworth等比制粒级分类表)进行分类，主要分为砾石、砂、粉砂、黏土四大类。 ⑵生物源底质：本文探讨的生物源底质主要以软泥形式存在于深海，粒径细小，主要是由微小的单细胞浮游生物的遗骸组成，有动物遗骸也有植物遗骸。 ⑶水合沉淀物：水合沉淀物是由海水或间隙水沉淀的含氢沉积物组成。它们也是沉积后化学反应引起的成岩侵蚀变化的产物。 第二步，根据成分组成对海底底质混合物进行再分类。 生物源底质与水合沉淀物类底质的混合成分较为单一，因此这一步主要是针对成岩底质来进行。依据海底底质粒度数据，对成岩底质按其主要组成成分以FOLK分类法和克里金插值法对其进行插值求解和命名。 第三步，根据物理或化学特性对生物源底质和水合沉淀物进行分类。 成岩底质有着相近的化学、物理特征，因此这一步物理特征分类主要针对水合沉淀物，依据不同孔隙度、表面特征将其主要分为蒸发岩、锰结核、沸石和磷岩等ꎻ化学成分分类主要针对生物源底质，依据其主要化学成分分类硅质类、钙质类等类。 第四步，根据所采集的数据地理属性，对底质进行地理位置标识分类，标注其为近岸、滨海、浅海、半深海及深海等，以完成地理属性的进一步分类。例如，深海淤泥和近海淤泥为两类海底底质，不可混淆。 第五步，根据海区内侧扫声纳声图纹理特征，对照上文所列出的13类纹理特征对一定区域范围内的海底底质进行最后一步分类。依据在侧扫声纳声图中，海底底质所表现出的起伏特征，在列表中选出所对应的序号，将其放入该区域内海底底质的分类命名中，以表达出分布上起伏特征或变化趋势。 完成五步分类后，得到类似“近岸砂质淤泥拖网划痕”“半深海钙质生物软泥垄沟”等分类命名结果。 四、实例分析 为了验证本文提出的顾及声图纹理特征的海底底质分类方法的有效性，采用胶州湾区域内某区域海底底质数据进行分析说明，试验区见图2。
图2 试验区示意图 胶州湾位于山东半岛的南岸，濒临黄海，它是以团岛头与薛家岛脚子石连线为界、与黄海相通的半封闭式海湾。本文依据«海道测量规范»，主要利用船载蚌式取样器(型号DDC 1－2)、多波束测深系统(EM3000D多波束)以及测量船侧扫声纳扫侧的3种方式获取试验区内的海底底质信息。 由于胶州湾地区水动力环境复杂，几乎各种类型的海底底质沉积物在湾内均有分布，如砾石、砂、粉砂、黏土等单一底质类型和混合底质类型。通过对试验区内的采样站点的采样样本现场、实验室分析并进行成分插值等工作，本文采用FOLK分类法作为基础，先对试验区海底底质进行粒度分并作为对比组，与本文分类法进行对比。 FOLK分类方法主要基于海底底质粒度成分数据来源，采用两类等比线划分海底底质沉积物的类型信息，将试验区海底底质沉积物主要分类两大类和4个分类，两大类是指含砾石和不含砾石，其中4个分类主要为泥质砂、砂质泥、砾石以及粗砂。其分类结果与真实海底底质是一致的，但是这些一致性也是来源于其分类步骤和分类要素的单一，只能为使用者提供海底底质的成分组成或粒度数据。 因此，在FOLK分类方法的基础上，采用本文提出的海底底质分类方法进一步进行分类。试验区内海底底质以成岩底质为主，在进行成分属性和地理属性分类后，分析试验区的侧扫声纳海底底质声图并对其纹理进行分类，见图3。
图3 试验区海底底质纹理特征示意图 结合图3试验区域海洋地质纹理特征图，对照表1不同海底底质声学纹理特征，可以进一步判定图3(a)为平坦砂质海底、图3(b)为拖网划痕、图3(c)为沙波、图3(d)为露出表面岩石。由此可见，利用已有的FOLK分类模型，将试验区域海底底质分为泥质砂、砂质泥、砾石以及粗砂。 在此基础上，利用本文提出的分类模型，可进一步将试验区域的海底底质归类为近海类海底底质，并依据声图，将部分区域内分布的海底底质分为平坦砂质海底、露出表面岩石、沙波和拖网划痕。依据分类的结果，得到试验区内海底底质分类过程情况，见图4。
图4 试验区海底底质分类过程示意图 试验区内，水深变化较小的区域，利用站位点蚌式取样以及多波束测深系统，获取海底底质粒度、成分、地理属性、来源属性等分类要素信息，对试验区进行初步分类得到图4(a)和图4(b)。在此基础上，同时利用侧扫声纳对得到的声图，对试验区内的海底底质表面特征进行分析并判别，对区域内底质进行再次分类表达，得到了有露出岩石、沙波以及拖痕的部分纹理特征，见图4(c)和图4(d)，并在海洋底质的地理属性上用“近岸”进行标注。虽然试验区范围不大，但是这几种声图纹理的存在，说明了海底底质表面微地形的存在和影响，通过对这一类海底底质表面特性的表达，在充实海底底质信息的同时，也为使用者提供更全面的决策依据。 五、结束语 本文通过建立顾及声图纹理特征的海底底质分类方法，实现了来源属性、成分组成属性、物理(化学)属性、地理属性以及声图纹理特征等多要素的海底底质分类方法，并进行了试验区内的分类分析和验证，效果较好，并得出以下三点结论。 ⑴相同成分组成的海底底质，在不同地理属性下会表现出不同的性质ꎻ相同物理特征的海底底质，其化学成分可能不同，虽然FOLK分类法可以继续应用，但是其单一的分类要素来源也造成其对海底底质分类时的局限性，针对海底底质来源属性、空间变化等对其进行分类，很好的避免了在信息获取上的混淆。 ⑵一定区域范围内的海底底质呈现出起伏较小的不易被注意的表面特征，进而影响人类活动，在对其进行分类和命名时进行标注，解决了传统分类方法对该类信息表达的缺失问题。 ⑶本文总结了13种类别海底底质的表面纹理特征，更多海底底质的纹理特性还有待进一步总结，以提高分类方法的适用性。 1 K! p$ A: G7 m0 v( L
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