高 抒

(南京大學(xué)海岸與海島開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京 210093)

沉積記錄含有海面變化信息，因此學(xué)者們嘗試以全球海面變化作為地層的時(shí)間標(biāo)尺，早期Lyell等人就提出過(guò)這樣的主張［1］。L.L.Sloss于 1963年提出全球自寒武紀(jì)以來(lái)有過(guò)6次大的層序循環(huán)，可作為層序邊界的一級(jí)控制［2］。P.R.Vail等提出了“Global Eustatic Chart”(全球海面—地層序列圖式)理論，試圖在較小的時(shí)間尺度上建立沉積層序與海面位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系［3］。這個(gè)理論最為直接的應(yīng)用是解釋陸架、海岸區(qū)域的地層特征:如果海面變化曲線(xiàn)為已知，則沉積層序覆蓋的時(shí)段和缺失的時(shí)間范圍就可以推論出來(lái)。全球海面―地層序列圖后來(lái)經(jīng)B.U.Haq等人進(jìn)行了補(bǔ)充修改［4～7］，現(xiàn)在已成為層序地層學(xué)的核心理論。

然而，全球海面—地層序列圖式只考慮了海面位置這一因素，而未包括原始地形、沉積物供給、輸運(yùn)和堆積過(guò)程等因素，因而不能給出沉積體系的空間分布格局。L.L.Sloss本人曾提出，陸架與海岸沉積實(shí)際上受控于上述四個(gè)因素，只是限于當(dāng)時(shí)的條件，只重點(diǎn)分析了海面變化因素的長(zhǎng)時(shí)間尺度效應(yīng)［1］。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間尺度的問(wèn)題，如果我們只是關(guān)注層序的先后次序問(wèn)題，那么這樣的分析也許是合理的［8，9］。但是，一旦涉及較短時(shí)間尺度的問(wèn)題，如全新世陸架―海岸沉積體系的分布及其演化，則其他因素是不能忽略的。在沉積動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，人們根據(jù)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)，試圖將過(guò)程與沉積環(huán)境產(chǎn)物即沉積層序和記錄的特征相聯(lián)系［10～12］。美國(guó)學(xué)者還推動(dòng)了一個(gè)重要研究計(jì)劃即STRATFORM來(lái)專(zhuān)門(mén)研究過(guò)程—產(chǎn)物關(guān)系［13］。

就原始地形而言，在海面位置固定的情形下，陸架的寬窄和海底坡度是地質(zhì)歷史上構(gòu)造和沉積演化的結(jié)果。陸源沉積物的供給決定了單位時(shí)間內(nèi)陸架所接收的沉積物的多少，這部分沉積物是陸地風(fēng)化剝蝕而產(chǎn)生的。按照這兩個(gè)因素可劃分陸架的四種端元類(lèi)型，例如中國(guó)東部陸架(渤、黃、東海)屬于沉積物供給多、陸架寬廣的陸架，孟加拉灣沿岸屬于沉積物供給多、陸架狹窄的陸架，歐洲北海屬于沉積物供給少、陸架寬廣的陸架，而北美洲西部海岸水域?qū)儆诔练e物供給少、陸架狹窄的陸架。陸架寬窄和沉積物供給多少?zèng)Q定了水動(dòng)力和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的環(huán)境，具體而言陸架沉積物輸運(yùn)過(guò)程有三種典型的狀況，一是潮汐或潮流―波浪共同作用導(dǎo)致的物質(zhì)輸運(yùn)，二是伴隨陸架環(huán)流的細(xì)顆粒物質(zhì)輸運(yùn)，三是重力流引起的近底床物質(zhì)輸運(yùn)。陸架沉積物堆積的產(chǎn)物是沉積記錄，它是研究全球變化的重要材料。

渤、黃、東海作為物源供給豐富的寬廣陸架的典型，形成的陸架沉積記錄十分豐富。本文的目的是根據(jù)近年來(lái)的本區(qū)域全新世沉積體系研究中所獲的數(shù)據(jù)和資料，探討海岸―陸架環(huán)境中的沉積物輸運(yùn)過(guò)程及其產(chǎn)物的關(guān)系問(wèn)題，進(jìn)而提出本領(lǐng)域需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

1 渤、黃、東海區(qū)域特征

渤、黃、東海區(qū)域是全球具有代表性的陸架泥質(zhì)沉積分布區(qū)之一，這里河流沉積物供給量比歐洲北海高出了2個(gè)數(shù)量級(jí)，泥質(zhì)沉積發(fā)育良好［14］。當(dāng)系統(tǒng)外部無(wú)源或內(nèi)部無(wú)輸出時(shí)，海底沉降和再懸浮反復(fù)進(jìn)行，不產(chǎn)生床面凈沖淤，只有當(dāng)外部有物質(zhì)來(lái)源，泥區(qū)才會(huì)形成并持續(xù)生長(zhǎng)。本區(qū)季風(fēng)氣候?qū)е碌膹?qiáng)降水和流域較大的坡降導(dǎo)致很高的河流沉積物入海通量［15］，這是泥質(zhì)沉積形成的物質(zhì)條件。

在面積并不大的渤、黃、東海區(qū)域，有長(zhǎng)江、黃河以及其他眾多中、小河流入海，而且這些河流大部分是懸沙濃度較高的。全新世時(shí)期形成的長(zhǎng)江三角洲的陸地面積就達(dá)到了2.5×104km2，還有一塊1.0×104km2的水下三角洲［16～20］;杭州灣的充填沉積與長(zhǎng)江有關(guān)［21］，和浙閩沿岸的厚度達(dá)40 m的泥質(zhì)沉積也被認(rèn)為是長(zhǎng)江的遠(yuǎn)端三角洲［22～25］。黃河歷史上決口頻發(fā)，使大量沉積物堆積于華北平原，在渤海和南黃海也各形成了三角洲［26～29］。1127～1855年，黃河在江蘇海岸入海，岸線(xiàn)由于沉積物的輸入迅速向海推進(jìn)，短時(shí)間內(nèi)就形成了巨大的三角洲和濱海平原堆積體［30］?，F(xiàn)代黃河三角洲的陸地面積超過(guò)5 500 km2，是在1855年以來(lái)形成的;山東半島北側(cè)的泥質(zhì)堆積體被認(rèn)為是黃河遠(yuǎn)端三角洲［31～34］，這個(gè)泥質(zhì)堆積體的沉積物還進(jìn)一步向海擴(kuò)散，在北黃海中部形成大面積的泥質(zhì)沉積區(qū)［14，35～38］。此外，在韓國(guó)西南海岸也有厚層的全新世泥質(zhì)沉積，其物質(zhì)來(lái)源有多種觀(guān)點(diǎn)，韓國(guó)學(xué)者認(rèn)為是來(lái)自韓國(guó)的入海小河［35，39，40］。

作為陸架寬廣而沉積物供給貧乏陸架的典型代表，歐洲北海的全新世沉積，如潮流脊、潮流沙席、潮灘、堡島海灘等，主要是早期沉積體被海面上升后的波浪、潮流作用改造的產(chǎn)物。渤、黃、東海區(qū)域也有這樣的沉積體，如渤海東部和江蘇岸外的潮流脊［41，42］、朝鮮西海岸的潮流脊［43］、長(zhǎng)江口外北側(cè)的楊子大淺灘［44］、長(zhǎng)江口外深水區(qū)的古潮流脊［45，46］，它們均形成于全新世，但物質(zhì)是來(lái)自下伏地層的改造。

2 沉積物輸運(yùn)和堆積過(guò)程

2.1 潮汐作用導(dǎo)致的物質(zhì)輸運(yùn)

渤、黃、東海區(qū)域潮汐作用十分顯著，如杭州灣是舉世聞名的強(qiáng)潮海灣，黃海沿岸(江蘇海岸南部和朝鮮、韓國(guó)海岸)的最大大潮潮差也超過(guò)了7 m。本區(qū)內(nèi)陸架水深小、坡度緩，再加上波浪的疊加，懸沙輸運(yùn)十分活躍。

潮流輸沙的觀(guān)測(cè)主要是通過(guò)全潮水文觀(guān)測(cè)的方式進(jìn)行的，在過(guò)去的三十多年里本區(qū)觀(guān)測(cè)過(guò)的站位數(shù)以千計(jì)。每次觀(guān)測(cè)持續(xù)約26小時(shí)，從固定位置的船上測(cè)定水層中不同層位的水位、流速、流向、懸沙濃度、溫鹽度等參數(shù)的時(shí)間序列［47］。全潮水文觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析可以提供漲落潮和潮周期的潮流流速、懸沙濃度、懸沙通量和輸運(yùn)率的特征值，但用來(lái)估算長(zhǎng)時(shí)期的物質(zhì)輸運(yùn)量則有很大的不確定性，這主要是由于觀(guān)測(cè)時(shí)段的代表性難以評(píng)價(jià)。盡管如此，這類(lèi)數(shù)據(jù)對(duì)于輸運(yùn)過(guò)程和機(jī)理的分析(如再懸浮和擴(kuò)散過(guò)程)和數(shù)值模型運(yùn)算(如模型輸入?yún)?shù)的確定)是非常重要的。此外，近年來(lái)較多地利用錨系或長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)站來(lái)獲得較長(zhǎng)的時(shí)間序列［48，49］;長(zhǎng)江口周邊水域的 7個(gè)站位上的懸沙濃度長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)表明，除潮流外，懸沙濃度深受季節(jié)性的波浪變化和河流入海通量變化的影響，兩者均可影響長(zhǎng)江河口最大渾濁帶的位置和特征［49］。

利用數(shù)值模型獲取沉積物輸運(yùn)信息的方法如今被普遍應(yīng)用。例如，研究者們對(duì)黃河口和渤海［50～52］、以及長(zhǎng)江口及鄰近海區(qū)進(jìn)行了懸沙輸運(yùn)模擬［53，54］，結(jié)果表明懸沙濃度特征和分布是受潮流控制的，而懸沙的長(zhǎng)距離輸運(yùn)與海域陸架環(huán)流格局有關(guān)。在江蘇海岸，Xing等［55］用Mike 12模型計(jì)算了江蘇海岸水域冬、夏季浪―流共同作用下的懸沙濃度，均與實(shí)測(cè)值相近;該文還提出冬季再懸浮強(qiáng)度的提高是由于水溫的影響而非波浪的影響。這與Wang等［56］的結(jié)果不同，他們也進(jìn)行了江蘇沿岸浪―流共同作用的懸沙濃度特征和輸運(yùn)模擬，顯示波浪有顯著作用，且模擬的冬季懸沙擴(kuò)散格局與遙感圖像中顯示的相似，輸往岸外濟(jì)州島方向。上述模擬結(jié)果的分歧很明顯，今后應(yīng)通過(guò)潮流物質(zhì)輸運(yùn)的進(jìn)一步研究來(lái)消除。

2.2 陸架環(huán)流輸運(yùn)

沉積物運(yùn)動(dòng)可由于陸架環(huán)流而造成。陸架環(huán)流是風(fēng)、水面梯度和水體密度差異共同作用的結(jié)果。海洋表層水在風(fēng)的作用下會(huì)順著風(fēng)向運(yùn)動(dòng)，一旦運(yùn)動(dòng)起來(lái)之后，又會(huì)受到科氏力的作用而發(fā)生流向偏轉(zhuǎn)。水體的水平運(yùn)動(dòng)必然導(dǎo)致水面高度的改變，進(jìn)而使重力產(chǎn)生作用。陸架不同地點(diǎn)的水體密度由于溫、鹽度的差異而不同，密度較大的水體傾向于下沉，而密度較小傾向于涌升，這樣也能引發(fā)水平和垂向的流動(dòng)。渤、黃、東海區(qū)陸架空間容量大，又有黑潮和長(zhǎng)江等河流淡水徑流的匯入，因而形成了復(fù)雜的水團(tuán)分布和運(yùn)動(dòng)格局［57～59］。本區(qū)陸架環(huán)流的流速遠(yuǎn)低于潮流，通常只有 1～10 cm·s－1量級(jí)［60］。然而，由于細(xì)顆粒物質(zhì)的沉降速度低，因此可被陸架環(huán)流長(zhǎng)距離搬運(yùn)，甚至跨越整個(gè)陸架［10］。

關(guān)于本區(qū)域沉積物向深海擴(kuò)散的過(guò)程和機(jī)理，目前研究還不夠深入。間接的證據(jù)主要是來(lái)自物源示蹤［61～63］和陸架泥質(zhì)區(qū)堆積速率［64～66］的研究。物源示蹤的方法主要是根據(jù)堆積區(qū)沉積物的特征來(lái)判別物源，從而追蹤輸運(yùn)路徑。示蹤物的類(lèi)型很多，如重金屬(Cu、Pb、Cd 等)［67］、陸源稀土元素［68］、河流物質(zhì)中的磁性礦物［69，70］、黏土礦物［25，71］、化學(xué)風(fēng)化指數(shù)(CIA)［72］、210Pb 和137Cs 等放射性同位素［73，74］、陸源有機(jī)質(zhì)［75］等。例如，利用長(zhǎng)江沉積物中的重金屬Cu、Pb、Cd可追蹤長(zhǎng)江沉積物向陸架、杭州灣等地的輸運(yùn)和堆積，并從沉積記錄中分析流域流域人類(lèi)活動(dòng)的變化［67］。沖繩海槽2.8萬(wàn)年的黏土礦物分析指示了長(zhǎng)江影響程度的歷史演化，2.8～1.4 ×104aB.P.為長(zhǎng)江物質(zhì)(低海面)，1.4～0.84 ×104aB.P.為陸架改造物質(zhì)，8.4～1.5 ×103aB.P.來(lái)自臺(tái)灣的物質(zhì)占優(yōu)，之后長(zhǎng)江物質(zhì)重新占據(jù)主導(dǎo)地位［71］。臺(tái)灣和長(zhǎng)江來(lái)源的黏土礦物都是伊利石占優(yōu)，但長(zhǎng)江的伊利石結(jié)晶度較低且含蒙皂石和高嶺石，故臺(tái)灣海峽北部堆積區(qū)的物源可依據(jù)這些差異加以區(qū)分［25］。對(duì)粒徑數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理后，地球化學(xué)指標(biāo)顯示東海海底物質(zhì)來(lái)自中國(guó)河流，而黃海物質(zhì)來(lái)自中、韓兩國(guó)河流［40］。眾多研究者進(jìn)行了本區(qū)域泥區(qū)沉積速率的測(cè)量和計(jì)算，方法主要是柱狀樣采集和210Pb-137Cs分析［38，63～65，76，77］。分析結(jié)果表明，岸線(xiàn)附近由于物質(zhì)供給豐富而沉積速率較高，可達(dá)100～101cm/a量級(jí);除此之外，開(kāi)敞陸架的大部分區(qū)域沉積速率為10－1cm/a量級(jí)。

陸架環(huán)流的懸沙輸運(yùn)機(jī)理分析依賴(lài)于現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)和數(shù)值模擬。對(duì)陸架環(huán)流本身的觀(guān)測(cè)和模擬在物理海洋領(lǐng)域已進(jìn)行了不少，如黑潮輸運(yùn)通量［78］、陸架環(huán)流特征的觀(guān)測(cè)［79］、黃東海3D陸架環(huán)流數(shù)值模擬［80］等。懸沙輸運(yùn)模擬方面也有多篇論文，如韓國(guó)學(xué)者對(duì)黃、東海海域所做的懸沙輸運(yùn)數(shù)值模擬 東海陸坡區(qū)底部有向沖繩海槽水平輸運(yùn)的懸沙，其原因是黑潮本身形成的局部環(huán)流，在黑潮主流與臺(tái)灣島之間形成向海運(yùn)動(dòng)的底流［82］。根據(jù)2000～2008年的多次大面觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，黃、東海區(qū)夏季的懸沙總量有0.18 ×109t［83］。由于季風(fēng)和波浪作用的影響，冬季懸沙總量應(yīng)更高，如黃河口冬季的懸沙濃度和輸運(yùn)率均遠(yuǎn)高于夏季，近岸區(qū)表現(xiàn)為夏季為匯、冬季為源，冬季懸沙輸運(yùn)率為100～101kg/m/s量級(jí)，而夏季僅為10－2～100kg/m/s［84］。應(yīng)用浪流潮耦合模型計(jì)算不同條件下的黃河沉積物輸運(yùn)，表明在陸架環(huán)流作用下，細(xì)顆粒物質(zhì)可以“溢出”渤海，繞過(guò)山東半島進(jìn)入黃海［52］。日本學(xué)者 M.Watanabe［85］1996～1999年連續(xù)三年的水文模擬(包括懸沙濃度模擬)結(jié)果顯示，在1998年長(zhǎng)江大洪水中，懸沙可橫跨陸架輸往沖繩海槽，并且認(rèn)為輸運(yùn)是以底部渾濁層運(yùn)動(dòng)的方式而進(jìn)行的。

在遙感研究方面，根據(jù)對(duì)MODIS海洋水色遙感數(shù)據(jù)的分析［86，87］，提出黃、東海冬季向外海擴(kuò)散的表層渾濁水體中的懸浮物主要來(lái)源于江蘇沿岸的海底物質(zhì)再懸浮，并進(jìn)一步提出黃、東海冬季懸沙擴(kuò)散主要是由冬季風(fēng)驅(qū)動(dòng)的陸架環(huán)流而導(dǎo)致的［88］。此外，根據(jù)2002～2008年的海洋水色、海表溫度、風(fēng)速、海表高程異常等數(shù)據(jù)，近岸區(qū)懸沙濃度大于50 mg/L的水體1～4月向海擴(kuò)散，而7～9月退縮于江蘇近岸水域［89，90］;遙感圖像顯示江蘇海岸懸沙在冬季沿?fù)P子大淺灘向外擴(kuò)散，形成懸沙羽狀流(Sediment Plume)。

以上研究引發(fā)了一個(gè)有趣的問(wèn)題:在風(fēng)成陸架環(huán)流的作用下，一個(gè)簡(jiǎn)化的模式是冬季上層水體向岸運(yùn)動(dòng)、底層水體為下沉流，而夏季上層水體向外海運(yùn)動(dòng)、底層水體為上升流，因此近岸懸沙得以在冬季逃逸陸架而在夏季被圈閉于陸架水域［91］;但是，遙感圖像解譯結(jié)果是冬季表層水體攜帶懸沙向外海擴(kuò)散，同時(shí)外陸架底層水呈現(xiàn)為下沉流［82］。顯然，在黃、東海，懸沙跨陸架逃逸的通路還需要進(jìn)一步研究，除風(fēng)成環(huán)流外，對(duì)陸架區(qū)存在的多種水團(tuán)的運(yùn)動(dòng)，包括正壓和斜壓效應(yīng)的影響，以及水團(tuán)間鋒面過(guò)程，應(yīng)加強(qiáng)觀(guān)測(cè)和模擬分析。

2.3 重力流物質(zhì)輸運(yùn)

關(guān)于河口與陸架的沉積物重力流(Sediment gravity flow)，本區(qū)最早的研究是針對(duì)黃河而進(jìn)行的，黃河水體懸沙濃度很高，易于形成密度流［92，93］。之后的研究表明，密度流的形成并不以高渾濁度的河水為必要條件，如波浪在底床上引起的再懸浮也會(huì)改變水體的密度，如果這個(gè)密度高于周邊水體，就會(huì)導(dǎo)致下坡運(yùn)動(dòng)［94］。長(zhǎng)江河口區(qū)潮流和波浪共同作用下再懸浮頻繁發(fā)生，再加上臺(tái)風(fēng)、寒潮的影響再懸浮強(qiáng)度可以進(jìn)一步提升，這使得研究者相信這里是一個(gè)適合于沉積物重力流研究的典型環(huán)境［95］。

沉積物重力流經(jīng)常與底部渾濁層相聯(lián)系，在海底峽谷環(huán)境中觀(guān)測(cè)到的底部渾濁層往往是沉積物重力流的標(biāo)志［96，97］，但在坡度很緩的陸架區(qū)底部渾濁層的運(yùn)動(dòng)(包括下坡運(yùn)動(dòng))也可在陸架環(huán)流作用下發(fā)生，因此僅憑底部渾濁層的存在是不能確定沉積物重力流作用大小的。Honda等［98］觀(guān)察到低14C含量的沉積物從陸坡輸往沖繩海槽，此類(lèi)物質(zhì)應(yīng)為年齡較老的陸架沉積，表明底部再懸浮和底部渾濁層的重要性。Hoshika等［99］在東海的三個(gè)錨系站獲取了夏季大小潮周期的底床以上10 m處的連續(xù)流速、懸沙濃度和溫鹽度數(shù)據(jù)，顯示調(diào)查期間再懸浮和沉降的反復(fù)發(fā)生，但他們認(rèn)為底部渾濁層的下坡運(yùn)動(dòng)是季風(fēng)環(huán)流驅(qū)動(dòng)的。Oguri等［77］獲得了類(lèi)似的觀(guān)測(cè)結(jié)果，在東海陸架上觀(guān)測(cè)到的底部渾濁層懸沙濃度大于20 mg/L，顯示向下坡方向運(yùn)動(dòng)的跡象，但在所給出的懸沙向深海輸運(yùn)的概念圖中只有陸架環(huán)流作用，未提及重力流作用。在沖繩海槽和陸坡區(qū)，錨系站位上測(cè)得的流速和沉積物捕集器樣品分析表明，底部渾濁層運(yùn)動(dòng)多集中于海底峽谷附近，其強(qiáng)度與潮流等水流相關(guān)性不大，而呈現(xiàn)為陣發(fā)性事件，表明是重力流作用所致［100］。沖繩海槽冬季懸沙通量大，顯示了季風(fēng)環(huán)流的影響;在水層中，600 m高度的垂向沉降通量小于底層，表明底部渾濁層的影響［101］。極端事件如臺(tái)風(fēng)引發(fā)的再懸浮事件往往形成底部渾濁層，如在2009年發(fā)生的一次臺(tái)風(fēng)期間，在浙閩沿岸泥區(qū)觀(guān)察到底層懸沙濃度的明顯升高，臺(tái)風(fēng)前后相差很大［102］。東海大陸架臺(tái)風(fēng)期間底部渾濁層的運(yùn)動(dòng)也被觀(guān)測(cè)到了［103］。在黃河水下三角洲的懸沙輸運(yùn)模擬中，也重現(xiàn)了渾濁水團(tuán)的下坡運(yùn)動(dòng)，并認(rèn)為重力流是起了顯著作用的［104］。上述觀(guān)測(cè)和模擬結(jié)果都提出了沉積物重力流在本區(qū)域是一種重要作用，但如何從陸架水平和垂向環(huán)流中分離出沉積物重力流的效應(yīng)，還需要更深入的研究。

本區(qū)沉積物重力流作用的證據(jù)之一是長(zhǎng)江、黃河等大河的遠(yuǎn)端三角洲的形成，長(zhǎng)江遠(yuǎn)端三角洲位于浙閩海岸內(nèi)陸架，而黃河遠(yuǎn)端三角洲位于山東半島東北部水域，均表現(xiàn)為具斜坡堆積體(Clinoform)形態(tài)的泥質(zhì)沉積［23，32，33，105］。這種在淺地層記錄中以平行狀推進(jìn)的斜坡沉積難以用水層中懸沙的沉降來(lái)簡(jiǎn)單地解釋。水層中懸沙濃度的平面分布有一個(gè)概率，從統(tǒng)計(jì)角度看，懸沙濃度高值位置應(yīng)位于某一個(gè)固定地點(diǎn)附近，如果懸沙沉降是一個(gè)主控因素，則懸沙濃度高值區(qū)附近應(yīng)成為沉積中心，但實(shí)際情況是沉積層以平行方式向外推進(jìn)，因此斜坡沉積的形成是沉積物重力流存在的一個(gè)證據(jù)。長(zhǎng)江口附近活躍的再懸浮過(guò)程和廣泛分布的斜坡沉積使這里成為底部渾濁層和沉積物重力流的一個(gè)關(guān)鍵研究區(qū)［95］，盡管如此，目前的研究工作還進(jìn)行得較少。

3 陸架全新世沉積形成及其科學(xué)問(wèn)題

3.1 沉積物輸運(yùn)研究的有效性

到目前為止關(guān)于沉積物輸運(yùn)已經(jīng)做了很多研究，但這些結(jié)果能在多大程度上解釋渤、黃、東海區(qū)域的全新世沉積體系特征呢?以下兩個(gè)例子給出了正面的答案，說(shuō)明還是有一定成功性的。第一個(gè)例子是黃海中部泥區(qū)的沉積速率的計(jì)算。前已述及，在渤、黃、東海已采集了大量柱狀樣，進(jìn)行了沉積速率測(cè)定。黃海中部泥區(qū)的沉積物來(lái)源于黃河、廢黃河三角洲和揚(yáng)子大淺灘［38］，沉積速率為1 mm/a量級(jí)。若用沉積物輸運(yùn)方法(根據(jù)床面高程變化方程)來(lái)估算，由于陸架環(huán)流流速的量級(jí)是0.1 ms－1，懸沙濃度的量級(jí)是0.01 kg/m3，水深的量級(jí)是50 m，故沉積物凈輸運(yùn)率的量級(jí)為0.1 kg/m/s。此外，而黃海的空間尺度是100 km，因此根據(jù)沉積物連續(xù)方程底床的堆積速率應(yīng)為1 mm/a量級(jí)，與210Pb測(cè)定結(jié)果一致。這就是說(shuō)，用沉積動(dòng)力學(xué)方法能夠說(shuō)明泥質(zhì)沉積形成的時(shí)間尺度。

第二個(gè)例子是東海陸架潮流脊的演化問(wèn)題。東海陸架上有很多潮流脊，分布于不同水深的海域［45，46，107］。潮流脊的形成條件是要有較強(qiáng)的往復(fù)流流場(chǎng)和充分的粗顆粒沉積物供給，在更新世海退階段和全新世海面上升階段流場(chǎng)條件都可滿(mǎn)足［107］，而在現(xiàn)今海面條件下，雖然流速較低，但觀(guān)測(cè)結(jié)果表明仍然可以使潮流脊發(fā)生遷移［46］。日本學(xué)者關(guān)于全新世早、中期的潮流流場(chǎng)模擬顯示，不同海面時(shí)期的較強(qiáng)往復(fù)流流場(chǎng)正好與不同高程的潮流脊體系相對(duì)應(yīng)［108，109］。我國(guó)研究者的古流場(chǎng)模擬也得出了類(lèi)似的結(jié)果［110，111］。關(guān)于粗顆粒沉積物供給的條件，以上研究表明老地層中淘洗出來(lái)的粗顆粒物質(zhì)足以構(gòu)成潮流脊的基礎(chǔ)。因此，從水動(dòng)力和沉積動(dòng)力的角度能夠解釋這類(lèi)堆積體的形成過(guò)程。今后，通過(guò)物質(zhì)分選和輸運(yùn)的模擬，將能更好地再現(xiàn)這些潮流脊體系的演化歷程。

3.2 過(guò)程―產(chǎn)物的對(duì)應(yīng)關(guān)系

海洋沉積動(dòng)力學(xué)的重要應(yīng)用之一，是以正演方式探討陸架全新世沉積的過(guò)程―產(chǎn)物關(guān)系［12，13］。在產(chǎn)物方面有幾個(gè)重要的問(wèn)題，首先是在全新世海面變化的背景下沉積體系是何時(shí)開(kāi)始發(fā)育的，第二是沉積體系中高分辨的沉積記錄的平面分布，第三是所形成的沉積記錄所覆蓋的時(shí)間段。

在江蘇海岸，從全新世中期(約6 500 aB.P.)到宋代的1127年，岸線(xiàn)緩慢向海推進(jìn)，五千多年時(shí)間里淤長(zhǎng)了約10 km，但此后的八百多年里黃河在本區(qū)入海，岸線(xiàn)淤進(jìn)了50～60 km［30］，這兩個(gè)時(shí)段的全新世沉積體系的形成速度有數(shù)量級(jí)的差異。目前，江蘇中部海岸的繼續(xù)淤長(zhǎng)依賴(lài)于廢黃河三角洲侵蝕和岸外輻射沙脊區(qū)的物質(zhì)供給［30］，但從全新世歷史看兩個(gè)物源的重要性是不對(duì)等的，現(xiàn)在如果兩個(gè)物源都重要，就表明輻射沙脊區(qū)的動(dòng)力狀況有了很大改變。因此，從公元1127年之前的岸線(xiàn)演化動(dòng)態(tài)模擬入手，有可能確定輻射沙脊區(qū)所在海底的改造強(qiáng)度及此后沉積動(dòng)力過(guò)程的改變。此外，將廢黃河三角洲和江蘇中部海岸看成一個(gè)小型、局地的源匯系統(tǒng)并進(jìn)行沉積動(dòng)力過(guò)程模擬，可以揭示1127年以來(lái)潮灘沉積體系的演化格局。

長(zhǎng)江三角洲是一個(gè)重要的全新世堆積體。研究表明，長(zhǎng)江三角洲的主體記錄了四、五千年的歷史［112，113］。此前長(zhǎng)江的沉積物可能主要用于充填流域和河口的沉積盆地，到了距今2 000 a，長(zhǎng)江沉積物才大量進(jìn)入開(kāi)敞陸架區(qū)。三角洲生長(zhǎng)的模擬研究表明，在自然條件下，三角洲的初期生長(zhǎng)是很快的，但后來(lái)逐漸變緩;隨著時(shí)間的推進(jìn)長(zhǎng)江三角洲并不會(huì)無(wú)限變大，它存在一個(gè)生長(zhǎng)極限［19］。目前，由于自然和人類(lèi)活動(dòng)的共同作用，長(zhǎng)江沉積物的大部分甚至全部向外擴(kuò)散，三角洲的生長(zhǎng)可能已經(jīng)停止［20］。長(zhǎng)江沉積物向海擴(kuò)散，最終堆積在何處?一般認(rèn)為，除了少部分隨陸架環(huán)流輸往外陸架(見(jiàn)前述)，這些物質(zhì)主要堆積于杭州灣和浙閩沿岸，但杭州灣和浙閩沿岸泥質(zhì)沉積的性質(zhì)還需要進(jìn)一步厘清。

杭州灣全新世沉積厚達(dá)百米量級(jí)［21］，而其中現(xiàn)代長(zhǎng)江(即過(guò)去2 000 a)的沉積物只有十幾米厚度，覆蓋于這個(gè)下切河谷沉積體系的表層［114，115］。長(zhǎng)江沉積物2 000 aB.P.之前并不到達(dá)杭州灣，而錢(qián)塘江的入海泥沙通量很小，那么杭州灣全新世早、中期物質(zhì)來(lái)源于何處?從沉積動(dòng)力上看，岸外物質(zhì)在海面上升中的改造可以提供物源。例如，東海外陸架的水下沙脊的沉積構(gòu)造顯示了表征潮流脊整體遷移的斜層理，原先泥質(zhì)物質(zhì)含量較高的底質(zhì)在遷移中被改造為砂質(zhì)。位于30 m之下的沙脊下伏地層為老于兩萬(wàn)年的泥質(zhì)沉積［46］。這就不排除在全新世海面上升中泥質(zhì)沉積被改造為沙脊、沖刷產(chǎn)生的懸沙物質(zhì)被搬運(yùn)至近岸區(qū)堆積的可能性;這個(gè)模式也能解釋杭州灣沉積物的年齡測(cè)定結(jié)果。在老地層被改造的情況下，上層物質(zhì)被輸運(yùn)并堆積于沉積體下部，而上層物質(zhì)隨后才被輸運(yùn)，因而所形成的沉積體的14C年齡出現(xiàn)倒置現(xiàn)象［41］。此時(shí)，14C測(cè)定的是物質(zhì)的年齡，而不是堆積事件的年齡，堆積事件是更加晚近的事情。杭州灣全新世沉積的下部厚度達(dá)80 m，也出現(xiàn)了年齡倒置，且上下層的年齡較為一致。這難以解釋為一個(gè)瞬間堆積事件，而岸外物質(zhì)輸送則可以解釋這些特征。事實(shí)上，在海面上升的各個(gè)時(shí)期本區(qū)域的大部分屬于強(qiáng)潮環(huán)境［108，109］，陸架上的全新世沉積經(jīng)常顯示被改造和在搬運(yùn)的特征［35］。通過(guò)全新世早、中期的潮流流場(chǎng)模擬，可以計(jì)算東海外陸架潮流脊受改造的強(qiáng)度和產(chǎn)生的細(xì)顆粒物質(zhì)數(shù)量，進(jìn)而模擬這些物質(zhì)的去向和堆積地點(diǎn)，以解決杭州灣全新世沉積的層序特征和形成年代問(wèn)題。在14C方法由于“老碳”問(wèn)題［116］而失效的情況下，沉積動(dòng)力方法可能給出一個(gè)合理的年代學(xué)框架。長(zhǎng)江三角洲全新世沉積也屬于河谷下切區(qū)產(chǎn)物［18］，數(shù)值模擬有可能揭示全新世早期長(zhǎng)江河口不僅沒(méi)有物質(zhì)輸出，相反還是一個(gè)岸外海底改造物質(zhì)的堆積地點(diǎn)。

浙閩沿岸的泥質(zhì)沉積也有類(lèi)似的問(wèn)題。有些研究者認(rèn)為，陸架環(huán)流對(duì)浙閩沿岸泥的形成有重要作用，認(rèn)為該泥質(zhì)沉積都是由高海面之后長(zhǎng)江輸入的物質(zhì)構(gòu)成的［23～25，117］。但是，浙閩沿岸泥區(qū)的鉆孔樣品的14C年齡普遍顯示，上部幾米泥質(zhì)沉積是過(guò)去2 000 a形成的，而下部的主體部分則年齡較老，14C年齡大于4 000 a，上、下兩之間有千年量級(jí)的沉積間斷［23，118，119］。這一觀(guān)察結(jié)果與 4 000 aB.P.長(zhǎng)江沉積物主要充填流域和河口沉積盆地、最近2 000 a才大量進(jìn)入開(kāi)敞陸架區(qū)的結(jié)論相一致。在多個(gè)鉆孔地點(diǎn)，表層為泥質(zhì)物質(zhì)，之下砂質(zhì)物質(zhì)含量提高［120］;近表層的沉積速率高于整個(gè)層序的平均沉積速率［117］，說(shuō)明了沉積的不連續(xù)性。這里的情形與杭州灣相似，即上層是現(xiàn)代長(zhǎng)江的，下層是海面上升過(guò)程中被改造的物質(zhì)所堆積的。因此，對(duì)東海外陸架地層在全新世海面上升時(shí)期中的潮流流場(chǎng)和沉積物輸運(yùn)進(jìn)行模擬，輔之以浙閩沿岸局地物質(zhì)的混合作用的分析，有助于浙閩沿岸泥的上下兩層結(jié)構(gòu)和沉積間斷的解釋。將上述沉積層序特征解釋為長(zhǎng)江入海通量在全新世時(shí)期的變化是有趣的［117］，但卻缺乏沉積動(dòng)力過(guò)程的依據(jù)。

3.3 全新世沉積的未來(lái)演化趨勢(shì)

從渤、黃、東海全新世沉積的研究中我們看到了不同沉積體系的空間分布和時(shí)間演化的多樣性，這說(shuō)明陸架沉積的格局不是僅由海面變化這一個(gè)因素決定的。因此，全球海面―地層序列圖式理論［3］應(yīng)理解為一個(gè)區(qū)域的全部可能的沉積在海面周期性變化下所能形成的最大時(shí)間覆蓋范圍，但它不能應(yīng)用到一個(gè)具體的沉積體系。陸架寬度和坡度影響沉積體的可容空間大小，并影響沉積物重力流等過(guò)程的效應(yīng)，沉積物供應(yīng)率影響沉積速率及其空間分布，而沉積物輸運(yùn)和堆積過(guò)程影響陸架地貌演化和沉積體系的位置和規(guī)模?？紤]了這些因素之后，就可能從全新世沉積的現(xiàn)狀推論其未來(lái)演化趨勢(shì)。這里，長(zhǎng)江河口及鄰近海域的沉積體系可作為一個(gè)實(shí)例，來(lái)說(shuō)明為了分析其演化趨勢(shì)、定量刻畫(huà)各堆積體的分布，需要進(jìn)行哪些研究。

前已述及，現(xiàn)代長(zhǎng)江在陸架、海岸地區(qū)的沉積體系是在河谷下游盆地充填之后才開(kāi)始形成的，故高分辨率的長(zhǎng)江三角洲記錄并非從全新世的初期開(kāi)始，而且隨著三角洲生長(zhǎng)區(qū)域極限，今后此類(lèi)記錄也會(huì)終止。因此，長(zhǎng)江三角洲這樣一個(gè)重要堆積體所覆蓋的時(shí)間長(zhǎng)度實(shí)際上只占全新世的一小部分;從整個(gè)全新世時(shí)間段來(lái)看，長(zhǎng)江三角洲有沉積記錄的時(shí)段呈現(xiàn)出“兩端縮短”的格局，即全新世早期和晚期都會(huì)有沉積記錄的缺失。長(zhǎng)江三角洲停止生長(zhǎng)時(shí)，河流入海物質(zhì)將輸往何處?這是由陸架沉積動(dòng)力過(guò)程決定的;甚至在長(zhǎng)江三角洲停止生長(zhǎng)之前，陸架其他地點(diǎn)的沉積體系就開(kāi)始形成了，而且不乏高分辨率的記錄，例如杭州灣和浙閩沿岸泥區(qū)就是如此。由于陸架環(huán)流和沉積物重力流的變化，泥質(zhì)沉積的堆積中心位置也會(huì)發(fā)生變化，因此它們也可能是“兩端縮短”的記錄。在陸源物質(zhì)的持續(xù)供給下，新的沉積體系可以不斷產(chǎn)生，因而本區(qū)的陸架、海岸地區(qū)的沉積體系是高分辨率的沉積記錄片段，如能首尾相接，這可以形成環(huán)境演化研究的理想材料，這一點(diǎn)對(duì)于鉆孔分析工作［121］是很重要的。

作為對(duì)比，我們可以比較沉積物供給貧乏的寬廣陸架的沉積記錄特征，以歐洲北海為代表。根據(jù)德國(guó)學(xué)者的研究，在全新世時(shí)期，由于陸源物質(zhì)的缺乏，海底地層的改造時(shí)主要的物源;隨著海面上升，整個(gè)沉積體系發(fā)生向岸的遷移，這樣老的沉積體系不斷被消除，海面穩(wěn)定之后海岸逐漸達(dá)到地貌上的均衡態(tài)，沉積體系也就停止生長(zhǎng)了［122］。因此，全新世沉積記錄將有明顯的“兩端縮短”現(xiàn)象;不僅如此，再往下不會(huì)有新的沉積體系形成，不管今后全新世將持續(xù)多久，都不會(huì)有長(zhǎng)時(shí)間段的新記錄，總體上沉積記錄的時(shí)間覆蓋將遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于全球海面—地層序列圖式理論的預(yù)測(cè)值。

在全新世沉積的未來(lái)這個(gè)問(wèn)題上，針對(duì)沉積物供給豐富程度不同的區(qū)域(如渤、黃、東海和歐洲北海)進(jìn)行對(duì)比研究，并通過(guò)輸運(yùn)—堆積過(guò)程的模擬，可以推進(jìn)陸架區(qū)過(guò)程—產(chǎn)物關(guān)系的研究。

4 結(jié)論

(1)渤、黃、東海是典型的陸源沉積物供給豐富的寬廣陸架，其物質(zhì)輸運(yùn)格局受到潮流作用、陸架環(huán)流和沉積物重力流的控制。目前，對(duì)潮致物質(zhì)輸運(yùn)的觀(guān)測(cè)、機(jī)理分析和模擬研究較為深入，對(duì)陸架環(huán)流進(jìn)行了觀(guān)測(cè)和模擬，但機(jī)理分析還需進(jìn)一步深入(如細(xì)顆粒物質(zhì)相深海輸送的機(jī)理)，對(duì)陸架沉積物重力流的觀(guān)測(cè)和模擬還處于初步階段，有關(guān)泥質(zhì)斜坡沉積形成和底部渾濁層運(yùn)動(dòng)的研究亟待加強(qiáng)。

(2)渤、黃、東海全新世沉積體系的形成可與物質(zhì)輸運(yùn)過(guò)程相聯(lián)系。已知的細(xì)顆粒物質(zhì)輸運(yùn)過(guò)程能夠解釋陸架泥質(zhì)區(qū)的堆積速率，而古潮流模擬揭示了陸架潮流脊體系的形成條件。這一過(guò)程—產(chǎn)物關(guān)系可以推廣至其他全新世沉積體系的形成演化研究，如江蘇海岸的全新世中期海岸沉積、杭州灣全新世早—中期沉積、以及浙閩沿岸全新世沉積，以深化對(duì)物源、沉積體系初始形成、全新世沉積年代等問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。

(3)“全球海面—地層序列圖式”理論可以解釋陸架海岸沉積層序的最大可能時(shí)間范圍，但具體的沉積層序的空間分布范圍和覆蓋的時(shí)間段決定于陸架原始地形、物質(zhì)供給和輸運(yùn)—堆積過(guò)程。渤、黃、東海的泥質(zhì)沉積具有比較高的時(shí)間分辨率，綜合考慮上述因素，有可能把不同地點(diǎn)的高分辨率沉積片段連接在一起，形成環(huán)境演化分析的理想沉積記錄。此外，通過(guò)模擬研究，還可預(yù)測(cè)陸架沉積層序和記錄的未來(lái)狀況。

致謝 本文的部分內(nèi)容曾在“中國(guó)東部陸架海沉積動(dòng)力過(guò)程及其生物地球化學(xué)效應(yīng)學(xué)術(shù)研討會(huì)”(青島，2012年10月12～15日)上宣讀，并以“渤、黃、東海沉積物輸運(yùn)和堆積過(guò)程”為題，做了博士研究生《自然地理學(xué)進(jìn)展》課程講座。德國(guó)不萊梅大學(xué)B.W.Flemming教授在學(xué)術(shù)交流中提供了歐洲北海的全新世地層研究信息。謹(jǐn)此致謝。

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