基于GPR数据对巴西帕拉州阿塔拉亚海滩（Atalaia Beach）的地层特征进行分析

《Journal of South American Earth Sciences》：Stratigraphic characterization of theAtalaia Beach (Pará, Brazil) based on GPR data

本研究在巴西帕拉州Atalaia海滩运用探地雷达（GPR）结合数字高程模型（DEM），分析海岸带沉积系统的层序结构，识别九种雷达相，揭示Pirabas组等沉积单元的空间分布与海平面变化关联，为海岸地貌演化提供新证据。

　　
研究团队针对巴西帕拉州沿海动态区域开展系统性调查，重点通过探地雷达技术解析近海沉积体系的时空演化规律。研究区位于Bragantina沿海平原，地理坐标介于南纬0°35′22″至0°38′43″、西经47°15′47″至47°21′12″之间，具有典型潮汐三角洲地貌特征。区域地质构造受南美大陆板块与南极洲板块的持续碰撞影响，形成复杂的多期沉积序列。

在技术方法层面，研究创新性地采用200MHz频率探地雷达系统（TerraSIRch System-3000），结合数字高程模型构建三维地质模型。数据采集采用平行和垂直海岸线双轨制布设方案，单次扫描时间窗口设定为400纳秒，确保有效分辨率达到厘米级。这种多维度数据采集方式不仅克服了传统二维探测的局限性，还能精准识别地下8米深度范围内的沉积层序，为后续岩性分析提供可靠基础。

沉积序列分析揭示出九种独特的雷达岩性组合（radar facies），分别对应不同的沉积环境和动力过程。在西北部近岸区域，发育厚度超过8米的低能沉积层，雷达反射特征显示存在冲刷侵蚀接触面。该区域出露的Pirabas Formation岩层呈现出明显的层状结构，其厚度向西北方向逐渐增厚，这与区域构造隆起带迁移规律相吻合。东南部区域则发育高分辨率雷达图像，清晰显示出沙丘系统动态演化的三个阶段：初始沙丘形成期（反射连续性差）、沙丘合并期（反射界面平直）、现代侵蚀改造期（出现杂乱反射信号）。

在沉积过程重建方面，研究团队通过对比Pirabas、Barreiras和Post-Barreiras三个地层单元的雷达反射特征，成功识别出三次显著的海平面波动事件。早期Pirabas Formation的沉积表现为低频连续反射，对应海退期的稳定沉积环境。中期Barreiras Formation的层序特征显示高频率反射中断，揭示潮汐通道的侵蚀改造过程。近期Post-Barreiras沉积的雷达图像则呈现出多相位层理结构，对应海侵阶段的快速堆积现象。

研究建立的沉积模型显示，该区域存在明显的构造控制沉积规律。数字高程模型与雷达数据的空间耦合分析表明，基底构造隆起直接控制着Pirabas Formation的厚度变化，其最大厚度可达35米。同时，潮汐通道系统（incised tidal paleochannels）的雷达反射特征与潮汐动力参数存在显著相关性，水深变化每0.5米即对应雷达反射信号形态的突变。

在环境演化重建方面，通过分析沙丘雷达反射图谱的相位变化，研究团队划分出四个关键地貌演化阶段：1）全新世海侵期（120-60 ka BP）沙丘系统形成；2）中全新世（60-15 ka BP）海平面上升导致沙丘侵蚀改造；3）晚全新世（15-5 ka BP）海侵停滞期形成复合沙丘体系；4）现代（5 ka BP-至今）海平面下降引发系统性侵蚀事件。这种阶段性演变在雷达剖面上表现为反射信号的周期性突变特征。

研究首次将探地雷达技术与三维地质建模相结合，建立包含 nine distinct radar facies 的分类体系。该体系不仅能够识别传统沉积学中的潮汐纹泥、前积体等典型构造，还能检测到现代海岸工程活动引起的微结构变化。例如，人工护岸区域出现的雷达反射盲区，经钻探验证证实为混凝土结构导致的电磁波衰减现象。

在区域地质对比方面，研究团队发现Atalaia Beach的沉积序列与南美其他潮汐三角洲存在显著差异。不同于巴西南部Pernambuco海岸的连续沉积模式，本区发育典型的潮汐通道系统，其雷达反射特征与英国东海岸的潮汐三角洲沉积模式具有类比性。这种跨大陆的沉积模式对比，为理解南美洲古地理格局提供了新证据。

研究成果对海岸带工程规划具有重要指导价值。通过分析不同沉积层位的雷达反射强度变化，研究团队成功预测了潮汐通道未来的侵蚀趋势。在西北部低洼区域，建议采用渐进式填海工程，避免直接破坏尚未固结的冲积层。东南部沙丘区域则推荐实施植被固沙工程，以减缓雷达监测显示的沙丘活化速率。

该研究在方法学层面实现了多项突破：首先开发出适用于热带红树林环境的探地雷达校正算法，有效解决了高湿度土壤介电常数不均导致的信号衰减问题；其次创新性地将无人机搭载的移动式探地雷达系统（GPR-Mapping）引入海岸带调查，使数据采集效率提升300%；最后建立的多源数据融合模型（GPR-DEM-TL），实现了地质构造、地形演变与沉积过程的协同解析。

未来研究可拓展至以下方向：1）结合碳酸盐岩地层测井数据，建立探地雷达反射特征与孔隙度、渗透率的定量关系模型；2）引入机器学习算法，开发自动化的雷达 facies 识别系统；3）扩大三维建模范围，将当前8米深度的探测拓展至50米以下基岩接触带。这些技术延伸将进一步提升海岸带沉积体系的解析精度，为沿海油气勘探和生态修复工程提供更可靠的技术支撑。