王亞明

(華北有色工程勘察院有限公司,石家莊 050021)

1 引言

天津古海岸與濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)是我國(guó)以古海岸遺跡為保護(hù)、濕地生態(tài)學(xué)的典型地區(qū)。保護(hù)區(qū)內(nèi)主要位于淤泥質(zhì)海岸帶和淤泥質(zhì)低平原帶，保護(hù)對(duì)象主要為牡蠣、貝殼堤和濕地，其中牡蠣礁(oyster reef)與貝殼堤(chenier)是天津古海岸在沿海低平原自中全新世逐漸成陸過(guò)程中的兩類(lèi)重要產(chǎn)物。天津古海岸的牡蠣礁群與上覆泥質(zhì)沉積物的形成、規(guī)模和時(shí)間跨度蘊(yùn)含了豐富的地質(zhì)環(huán)境變化信息，準(zhǔn)確地記錄了古海岸地區(qū)反復(fù)發(fā)生以海洋影響為主向以陸地影響為主的環(huán)境變化過(guò)程，在國(guó)際第四紀(jì)研究中亦占有重要位置，亦是重建該地區(qū)全新世古環(huán)境的關(guān)鍵，對(duì)牡蠣礁的研究也越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。岳軍等[1]對(duì)渤海灣西北岸的牡蠣礁的幾何形態(tài)、剖面及礦物分析，總結(jié)了牡蠣礁堆積體的生長(zhǎng)-發(fā)育-消亡的演化模式；鐘新寶等[2]對(duì)渤海灣海岸帶的侵蝕后退、前進(jìn)以及潮汐帶變化等進(jìn)行了研究；王宏[3]對(duì)渤海灣全新世的貝殼堤和牡蠣礁的形成和地層序列的古環(huán)境進(jìn)行了研究；方晶等[4]對(duì)渤海灣西北岸埋藏的牡蠣礁地層上下沉積物的古環(huán)境進(jìn)行了重建研究；范昌福等[5]對(duì)渤海灣西北部牡蠣礁建造的間斷記錄及環(huán)境演化進(jìn)行了研究；方晶等[6]對(duì)牡蠣礁中的水平夾層的成因進(jìn)行了解釋?zhuān)煌鮼喢鱗7]利用旁側(cè)聲吶技術(shù)對(duì)牡蠣礁進(jìn)行了地質(zhì)勘查，查明了礁體的生長(zhǎng)地質(zhì)環(huán)境。本文以天津古海岸與濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為例，查明天津古海岸牡蠣礁的位置與分布范圍，礁體的形成過(guò)程，分析古海岸礁體的成因及演化過(guò)程。因此，通過(guò)對(duì)天津古海岸牡蠣礁的分布特征及成因進(jìn)行研究，對(duì)保護(hù)牡蠣礁具有重要的科技意義，也對(duì)適應(yīng)濱海新區(qū)的開(kāi)發(fā)與開(kāi)放具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 天津古海岸牡蠣礁平面分布特征

全新世牡蠣礁廣泛分布于東亞環(huán)太平洋沿岸地區(qū)，天津古海岸地區(qū)的牡蠣礁主要位于全新世海侵沉積的上部，同時(shí)由于受海洋動(dòng)力學(xué)條件的影響，貝殼堤和牡蠣礁具有較大的相互聯(lián)系，都表現(xiàn)出亦堤亦嶺的特征。天津古海岸的牡蠣礁主要受到海灣洋流影響，主要表現(xiàn)為與海灣相似，遠(yuǎn)離海岸呈東西向平行排列，而在越接近海岸線則與海岸線呈南西至北東向排列的分布特點(diǎn)(圖1)。根據(jù)前人研究[1-4]與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合貝殼堤和牡蠣礁的分布特征，將天津古海岸牡蠣礁分為9道(由老至新)牡蠣礁：第Ⅰ道～第Ⅸ道牡蠣礁(見(jiàn)圖1)。

第Ⅰ道：北里自站、黃莊、寧河鎮(zhèn)北由西向東一帶。

第Ⅱ道：孟莊、苗莊、大吳莊、劉大官莊、東田莊由西向東一帶；其又包括第Ⅱ-1道：史莊、毛毛匠、沿衛(wèi)星河自西向東一帶；第Ⅱ-2道：潘莊、小海北、桐城、漢沽農(nóng)場(chǎng)自西向東一帶。

圖1 天津古海岸全新世牡蠣礁分布示意圖 (修改自王宏等(2006)[8])

第Ⅲ道：西塘坨、俵口、嶺頭由西向東一帶。

第Ⅳ道：北淮淀北、大蘇莊、董莊子、蘆臺(tái)自西向東一帶。

第Ⅴ道：北淮淀南、大八畝坨南、董莊子南自西向東一帶。

第Ⅵ道：于家?guī)X南村、茶淀至漢沽呈弧形分布，沿南西向北東分布。

第Ⅶ道：寧車(chē)沽、蔡家堡以北由南西至北東的分布特點(diǎn)。

第Ⅷ道：北塘口、蟶頭沽由南西向北東方向一帶分布。

第Ⅸ道：位于渤海灣潮汐帶內(nèi)，在大神堂南部方向，呈南西向北東分布。

在天津古海岸的牡蠣群體主要以零星牡蠣層和密集牡蠣群體分布，其類(lèi)型分為：零星個(gè)體和礁體。

(1) 零星個(gè)體或小群體質(zhì)沉積體。小的群體實(shí)際上可視為牡蠣礁發(fā)育的初期階段。但此時(shí)的密集程度仍不夠高，因此在死后易被再搬運(yùn)。

(2) 礁體。由密集、原生(未經(jīng)再搬運(yùn))的牡蠣群體組成，通過(guò)對(duì)沉積物的捕捉和粘附而不斷生長(zhǎng)的產(chǎn)物，由于其具有抵抗風(fēng)浪的能力，從而形成了堅(jiān)硬的能夠抵抗風(fēng)浪的構(gòu)造。礁必須具備以下幾個(gè)特征：①大量個(gè)體的高密度的集合，迫使年輕個(gè)體向上生長(zhǎng)，以爭(zhēng)取生存空間，因此形成原地向上建造的上凸體；②牡蠣本身的附著、膠結(jié)特性及個(gè)體之間的泥的膠結(jié)作用，使礁體保持良好的固結(jié)狀態(tài)；③ 礁的上部可進(jìn)入水體表層。

3 牡蠣礁的形成過(guò)程

牡蠣礁是由零散個(gè)體逐漸聚集形成小群體牡蠣，然后繼續(xù)聚集形成礁體的過(guò)程(圖2)，其具體過(guò)程如下：

(1) 初始階段1：零星個(gè)體階段 (Sporadic individuals)：底床上僅有零星個(gè)體。底床既可是泥質(zhì)基底，又可是牡蠣礁因某種原因(如風(fēng)暴潮等強(qiáng)力破壞、但更多的是長(zhǎng)期不適宜建礁的緩慢變化環(huán)境)停止生長(zhǎng)之后，在原先的牡礁頂面或水平層面上重新恢復(fù)生長(zhǎng)的新的建礁的開(kāi)始。

(2) 初始階段2：形成牡蠣層階段 (Oyster bed)：個(gè)體占據(jù)空間的努力使底床上布滿牡蠣個(gè)體，并可形成小的凸起。

(3) 向上發(fā)育的正常建礁階段(Reef building-up)：個(gè)體相互附著、密集簇生，向上建造，不存在間斷面。礁體內(nèi)牡蠣個(gè)體在垂向上相互重合部分在時(shí)間上也是重疊的，因此，在計(jì)算持續(xù)時(shí)間時(shí)，必須扣除重疊部分(即不能重復(fù)計(jì)算)，而僅以“純”厚度計(jì)。這樣，正常建礁層厚度即為生長(zhǎng)速率的函數(shù)(～1cm/yr)。礁體是牡蠣群體發(fā)育的最高階段，它從僅有零星個(gè)體的初始階段1開(kāi)始，逐漸地，個(gè)體占據(jù)空間的努力使底床上布滿牡蠣個(gè)體，并可形成小的凸起(初始階段2)。這在地層中即成層的牡蠣(牡蠣層)，然后個(gè)體相互附著、密集簇生，向上建造，即進(jìn)入建礁階段。

圖2 牡蠣礁建礁過(guò)程

4 牡蠣礁的結(jié)構(gòu)特征

天津古海岸的牡蠣礁體均被上覆泥質(zhì)沉積所覆蓋，形成了牡蠣礁的二元相結(jié)構(gòu)(圖3)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆探調(diào)查，牡蠣礁主要可以劃分為4個(gè)亞相(從地表至地下)：

(1) 地表層：主要包括人工素填土、雜填土及天然土壤層。土壤層為黃棕色(10YR 5/6)、濁黃棕色(10YR 5/4)，含植物根系，孔隙較發(fā)育，分布厚度不均。

(2) 泥質(zhì)沉積層：主要形成于“黃色單元”鹽沼及下伏“灰色單元”潮間帶中上部沉積環(huán)境，是晚全新世海水影響減弱、陸地影響增強(qiáng)的逐漸成陸過(guò)程中的產(chǎn)物。該地層又可分為：①鹽沼泥質(zhì)沉積層，黃棕色(10YR 5/6)，粘土質(zhì)，較地表層壓實(shí)程度降低，一般不具層理，上部存在靜水泥質(zhì)沉積層的“蒜瓣土”，隨著深度增加，物質(zhì)組成逐漸變細(xì)，由黃棕色(10YR 5/6)變?yōu)樽鼗疑?10YR 4/1)含水量增加，壓實(shí)程度降低，過(guò)渡為“馬棚口灣式”淤泥質(zhì)古潮間帶沉積；②泥質(zhì)沉積層含貝殼碎屑、黑色Fe/Mn結(jié)核和濁黃棕色(10YR 4/3)侵染條帶(即分別為第一類(lèi)和第二類(lèi)后生氧化作用，Ox.1和Ox.2)，偶見(jiàn)CaCO3淀積斑塊，均為從潮間帶環(huán)境逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檠睾５偷佧}沼、瀉湖環(huán)境的標(biāo)志。

(3) 牡蠣礁:天津古海岸的牡蠣礁包括埋藏性牡蠣礁體和牡蠣碎片。

(4) 砂質(zhì)沉積層:該層由粉細(xì)砂、中細(xì)砂或具紋層層理的粘土質(zhì)與粉細(xì)砂沉積物組成，通常不具層理，形成于渤海灣的“驢駒河式”砂質(zhì)潮坪沉積的潮間帶環(huán)境。。隨深度增加，砂質(zhì)紋層逐漸增多。局部泥質(zhì)含量較高時(shí)，夾有不規(guī)則、斷續(xù)發(fā)育的砂質(zhì)紋層或小透鏡體。

在天津古海岸各牡蠣礁建造之前的沉積速率相對(duì)較低，其較低的沉積速率與較粗的泥沙沉積物為牡蠣發(fā)育提供了良好的底質(zhì)；而在牡蠣礁建造過(guò)程中，其上覆海相泥質(zhì)沉積的平均沉積速率會(huì)顯著大于建礁前與建礁過(guò)程中的沉積速率[9]。牡蠣礁上覆的泥質(zhì)沉積層的沉積速率過(guò)高時(shí)(即泥沙在礁頂?shù)倪^(guò)快堆積)，將導(dǎo)致牡蠣無(wú)法正常呼吸而窒息死亡，持續(xù)一段時(shí)間的泥沙過(guò)快堆積直接導(dǎo)致了整個(gè)礁體的滅亡。隨著海洋影響作用逐漸減小，沉積速率急劇減慢，便在上覆海相泥質(zhì)沉積基礎(chǔ)上沉積了以陸相影響為主的“蒜瓣土”，從而形成了牡蠣礁的二元相結(jié)構(gòu)。

圖3 牡蠣礁體的二元相結(jié)構(gòu)

天津古海岸的牡蠣礁體內(nèi)內(nèi)部結(jié)構(gòu)除正常的牡蠣殼堆積層外，還存在一定數(shù)量的夾層，呈殼瓣與泥和細(xì)碎的貝屑混雜性堆積，含有再搬運(yùn)的牡蠣個(gè)體，其個(gè)體小，多平臥，互相附著者甚少，多為零星單個(gè)個(gè)體。其形成原因主要為：①因砂、粘土質(zhì)薄層因飽水導(dǎo)致力學(xué)性質(zhì)改變，層內(nèi)牡蠣倒臥所致；②季節(jié)性突發(fā)事件(例如快速、強(qiáng)烈的風(fēng)暴潮)產(chǎn)物，多由1 a或數(shù)年之內(nèi)的1次或數(shù)次強(qiáng)動(dòng)力事件所造成。

按下按鍵時(shí)，通常都會(huì)有抖動(dòng)，表面上看來(lái)是按按鍵一次，但是因?yàn)榘存I的抖動(dòng)，單片機(jī)會(huì)判斷出按按鍵很多次，從而輸入不可控。此問(wèn)題可以用“軟件消抖”來(lái)解決。當(dāng)?shù)谝淮螜z測(cè)到按鍵按下時(shí)，不采取動(dòng)作，延時(shí)一段時(shí)間后，按鍵按下信號(hào)依然存在，則認(rèn)為按鍵被按下，再執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

5 天津古海岸牡蠣礁的成因及演化過(guò)程

渤海灣地區(qū)在中全新世以來(lái)，陸地的影響逐漸增強(qiáng)，河流與沿岸流搬運(yùn)的泥砂在海岸帶大量淤積，沿海低地(瀉湖和鹽沼)及潮間帶淺灘被淤高，逐漸裸露成陸。但是，天津古海岸與渤海灣西岸的泥砂淤積的水動(dòng)力條件不同，其結(jié)果是在渤海灣西岸形成了典型的貝殼堤，而在天津古海岸卻形成了眾多埋藏牡蠣礁。

天津古海岸沒(méi)有大河入海，且各條河流的含砂量均不大，其水文動(dòng)力條件較弱。天津古海岸濕地公園保護(hù)區(qū)的西側(cè)為永定河，是唯一較大的河流，而它在古代長(zhǎng)期作為潮白河水系的支流，沒(méi)有直接參與河口海岸帶的塑造活動(dòng)。流經(jīng)燕山山地的薊運(yùn)河與潮白河攜帶的泥砂，在剛出山麓時(shí)已先行停積，造成了山前較陡較窄的洪積-沖積傾斜平原，因此到達(dá)洼地邊緣時(shí)已剩不多。

在海洋動(dòng)力方面，以現(xiàn)代水文資料為例，首先是由東向西的漲潮流的流速自灣口向薊運(yùn)河河口一帶的灣頂逐漸減慢，從130 cm/s降低到40 cm/s，而潮差卻相反，由灣口向?yàn)稠斶f增，這樣就造成了灣頂?shù)嫩账?，而?dāng)退潮時(shí)，退潮流不僅流速小，而且拖長(zhǎng)了延時(shí)，因此就在灣頂形成相對(duì)靜止的水域，使潮流和沿岸流搬運(yùn)的泥砂在此處停積。

圖4 礁體周邊沉積物沉積與成因模式圖

本研究區(qū)在中全新世海侵時(shí)，海岸輪廓基本與現(xiàn)在的海灣形狀相似。可以推知，那時(shí)在海灣內(nèi)，海洋動(dòng)力條件應(yīng)與現(xiàn)在相似。由于當(dāng)時(shí)的海岸線與偏東向強(qiáng)風(fēng)斜交，風(fēng)浪對(duì)海岸的侵蝕較輕，水流又處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，形成了海積為主的寬平淺灘；同時(shí)在流量較小、泥砂含量較少的河口地區(qū)為低平的堆積平原海岸；海岸動(dòng)態(tài)相對(duì)較為穩(wěn)定，岸灘增長(zhǎng)一般較慢；海底地形較平坦，潮間帶淺灘寬闊；底質(zhì)為硬的泥質(zhì)；潮差小，波浪、潮流和緩，具有較為安靜的水動(dòng)力條件，因而有利于牡蠣的大量生長(zhǎng)和密集分布，形成由長(zhǎng)重牡蠣組成牡蠣礁體。

通常，牡蠣適合于生長(zhǎng)在硬的底質(zhì)之上，如貝殼、巖石和硬或粘的泥土。由于砂質(zhì)基底不穩(wěn)定，易被搬運(yùn)遷移，致使基底被破壞而引起殼體的損壞。此外，粗的砂質(zhì)沉積物基底，由于水流的擾動(dòng)而揚(yáng)起的砂質(zhì)顆粒會(huì)刮擦牡蠣幼體的外表，不利于牡蠣的繁殖生長(zhǎng)。發(fā)育于潮間帶下部環(huán)境的細(xì)顆粒沉積物，適宜于牡蠣的附著生長(zhǎng)，為礁體的基底形成發(fā)育提供了必要的條件。當(dāng)這種細(xì)顆粒物質(zhì)垂向加積至當(dāng)時(shí)的潮間帶環(huán)境時(shí)，隨著波浪引起的水動(dòng)力減弱，便開(kāi)始在這種細(xì)的泥質(zhì)沉積基底之上發(fā)育一些零星的牡蠣個(gè)體和其它貝類(lèi)。由于處在破浪帶的位置，這些零星發(fā)育的貝類(lèi)會(huì)很容易被搬運(yùn)后再沉積，形成貝殼碎屑的堆積層，此即為礁體建造的初始階段。隨著貝殼碎屑層的不斷堆積加厚，形成了適于牡蠣建礁的基底，礁體開(kāi)始向上建造，進(jìn)入正常建礁階段。隨后，礁體繼續(xù)向上建造至潮間帶中部，即海平面位置。由于漲、落潮流的變化，礁體頂部每天幾乎有一半的時(shí)間暴露在空氣中，在此種環(huán)境下，已不再適宜于礁體持續(xù)地向上建造。隨著岸線的不斷推進(jìn)，河流與潮汐搬運(yùn)的大量泥砂堆積于礁體所在的河口地區(qū)，此時(shí)礁體向上建造已經(jīng)停止或非常緩慢，泥砂的堆積速率遠(yuǎn)大于礁體向上建造的速率，結(jié)果導(dǎo)致大量泥砂在河口的淤積而覆蓋于礁頂之上，致使礁頂?shù)幕钅迪爞€(gè)體窒息而全部死亡，礁體建造結(jié)束(圖4)。

6 結(jié)論

(1) 天津古海岸帶主要發(fā)育9道牡蠣礁體，其輪廓與海灣形狀相似，其分布主要受到海灣洋流和河流動(dòng)力學(xué)的影響，其沉積堤(嶺)主要表現(xiàn)為與海灣相似，遠(yuǎn)離海岸呈東西向平行排列，而在越接近海岸線則與海岸線呈南西至北東向排列的分布特點(diǎn)。

(2) 牡蠣礁的形成是由零散個(gè)體逐漸聚集形成小群體牡蠣，形成牡蠣層階段；然后繼續(xù)聚集形成礁體的過(guò)程，向上發(fā)育的正常建礁，牡蠣相互附著、密集簇生，向上建造，即進(jìn)入建礁階段，最后形成了牡蠣礁。

(3) 天津古海岸的牡蠣礁體均被上覆泥質(zhì)沉積所覆蓋，形成了牡蠣礁的二元相結(jié)構(gòu)，且可劃分為4個(gè)亞相：表層土、泥質(zhì)沉積層、牡蠣礁體層和砂質(zhì)沉積層；同時(shí)牡蠣礁體層含有一定數(shù)量的夾層。

(4) 天津古海岸牡蠣礁的形成主要受海洋洋流及河流動(dòng)力學(xué)的影響，在牡蠣礁形成時(shí)期的中全新世時(shí)期，渤海灣的風(fēng)浪對(duì)海岸侵蝕較輕，水流又處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，形成的海岸動(dòng)態(tài)相對(duì)較為穩(wěn)定，岸灘增長(zhǎng)一般較慢；海底地形較平坦，潮間帶淺灘寬闊；底質(zhì)為硬的泥質(zhì)；潮差小，波浪、潮流和緩，具有較為安靜的水動(dòng)力條件，因此形成了以海積為主的寬平淺灘，有利于牡蠣的大量生長(zhǎng)和密集分布，從而易于形成牡蠣礁體。

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