北部湾东南海域海底沙波精细结构与迁移特征的时空变化及控制因素研究

Submarine sand waves of different features and complicated distribution are widespread in southeast Beibu Gulf. They play an important role in safety maintenance of seabed engineering facilities and seabed deposition evolution on the continental shelf. However, due to the limited data of high resolution profiles and field observation, the understanding of internal structures and various migration characters of sand waves and their control factors are restricted in the study area. In this study, we will integrate high resolution bathymetry data, shallow seismic profiles, and long time series hydrodynamic data. On basis of a clear view of the origin, morphology and distribution of sand waves, the migration characters and their responses to hydrodynamics will be deeply analyzed through methods of spatial cross correlation analysis and sediment transport simulation. The detailed structures in sand waves will also be described by explaining beddings and special interfaces, which is rarely studied before in this area. And then the quantitative relations can be uncovered between detailed structures, migration characters and sediment transport progresses. So the detail evolutionary processes and spatial variations of sand waves of different origins can be further illustrated. We will also deploy ancient current simulation to discuss the effects of transgression on structure evolution of typical sand waves and the sediment transport pattern. Combined the determination of control factors (wave, tidal current or extreme condition) for sand wave migration in different areas, the controlling roles of the differential evolutions of sand waves in southeast Beibu Gulf will be revealed.

北部湾东南海域发育大量不同形态且分布复杂的海底沙波，在陆架沉积环境演变及海底工程设施维护中扮演重要角色。由于缺少高分辨率地层剖面及现场观测数据，目前对该海域海底沙波内部结构、差异迁移特征及其控制因素的认识受到制约。本项目拟综合高精度水深数据、高分辨率地层剖面及长时间序列水动力数据，利用空间互相关分析技术和沉积物输运模拟，在详细描述海底沙波形态特征及分布规律的基础上，深入分析其迁移特征及对不同水动力的响应；通过识别解释层理和特殊界面，对之前极少研究的海底沙波内部结构进行精细刻画；进而对比解析精细结构与迁移特征和沉积物输运的定量对应关系，查明不同成因海底沙波演化的细节过程及区域差异。通过模拟古潮流场，探讨海进过程对沉积物输运格局及典型沙波结构演化的影响，结合对不同区域海底沙波现代迁移主控动力作用（波浪、潮流、极端天气）的判定，揭示北部湾东南海域海底沙波差异演化的控制因素。

北部湾东南海域海洋动力强劲，过程多元，近岸海底广泛发育沙脊沙波等复杂地貌，是研究海底沙波形成演化的理想区域。然而由于观测数据有限，对该海域浅水区域海底沙波的多样性和成因属性的认识受到制约，以往研究尚未涉及海底沙波内部结构及演化细节过程，海平面变化及不同动力因素影响的认识仍需深化。本项目以该海域海底沙波为研究对象，围绕其形态分布、精细结构、现代演化及其主控因素，综合利用现场观测、数值计算与模拟、综合分析等方法，对海底沙波形态分布、成因属性、迁移演化等展开深入研究和探讨，模拟分析了多沙脊系统现代潮流场并进一步获得了推移质输运的分布特征，同时揭示了现代动力过程（波浪、潮流、极端天气）对海底沙波演化的差异贡献，另外，利用模型重现了不同海平面时期的潮流场及底部剪切应力，探讨了海平面变化对不同成因海底沙波演化的影响及在沙波多样性构建中的作用。结果显示研究区并不存在环绕沙脊的推移质输运过程，但是沙脊之间的部分区域具有直接的沉积物搬运和交换；相对于陆上沙丘，在浅水区域的有限水深和频繁往复的潮流控制下，海底新月形具有沙丘较宽缓的形态特征；而海底近对称沙丘的发育则是历史成因及现代动力过程的综合影响，北部湾海平面变化引起的区域潮流动力改变可能对大尺度海底沙波演化产生重要影响。研究发现水深、沉积物、波浪、潮流共同控制了海底沙波的分布和演化，台风等极端天气无法改变海底沙波的长期迁移趋势，但影响了研究区海底沙波和沉积物的空间分布。本研究为我国浅海陆架海底地貌及其动力过程的相关研究提供了典型范例，有利于深入认识我国典型近海区域复杂地貌系统的沉积物输运特征及过程，同时也加深了对海平面变化环境效应的理解。另外，研究将能够帮助我们更全面有效的评估海底活动地形对海底工程设施安全的影响，为海洋工程建设和海底资源开发提供支持。