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珠江三角洲的沉積發展與沉積類型
珠江三角洲的沉積組成、性質及其形成過程,至今未有一致的認識,但是隨着研究工作的不斷深入和大量測年數據[1]和其他資料的積累,情况已愈趨明朗。
1 沉積組成與結構
珠江三角洲區域的鬆散沉積物平均厚20~30m,共由下、中、上三組碎屑沉積物搆成;下、中兩組爲海侵時的溯源沉積,上組爲海面基本穩定時向海淤積發展的現代三角洲沉積;各組沉積之間呈不整合關係接觸。
下組沉積(Ⅰ)是一套自下而上從粗變細,即由砂礫→砂→粉砂質粘土變化的連續沉積,它們直接覆於基岩風化殻之上,形成時間距今39000~22000(個别至20000)年之間。其底部和中部的砂礫層和砂層爲陸相河流冲積物,上層粉砂質粘土部分爲陸相,部分爲海相(或河口灣相),海相層埋藏深度一般爲-15 ~-23m,其中含較豐富的海相(鹹水環境)動物化石。但分佈僅限於順德以南的平原區。本組上部的沉積面有風化及切割現象,如其上發育過深切古河谷,頂部粘土呈“花斑狀”,表明本組沉積形成後曾出露地表和遭受過河流切割破壞。
中組沉積(Ⅱ)是又一套自下而上從粗變細的碎屑沉積:下層爲含礫中粗砂,上層是粘土或粉砂,不整合覆於第I組沉積之上。沉積物年齡爲距今19000~ 6000年。其下層的中粗砂亦爲陸相河流冲積物性質;上層粘土有的爲海相層。海相層含豐富海相動物化石,分佈區域較下組(第I組)海相層略廣,但也主要限於東莞縣太平—沙田—中堂—黄埔—廣州—石灣—小塘—金利—古勞—新會—雙水一綫以南的平原區。
上組沉積(Ⅲ)爲粘土、粉砂質粘土、粉砂和細砂,一些地區含分選差或中等的中粗砂砂體。這就是近6000年來形成的現代河口三角洲沉積體系。分佈於中堂—黄埔—廣州—小塘—杏壇—古勞—新會以南的平原區,厚3~15m,一般自北向南厚度加大,少數地段厚度可達20~30m。順德以南區域沉積層出現下細上粗的韵律變化,萬頃沙和燈籠沙等地具典型的海退式三角洲三層沉積結構。本組沉積與下覆地層呈不整合或假整合關係接觸。
2 沉積形成過程
上述三組沉積是晚更新世中、晚期以來,我國沿海普遍存在的兩次較大幅度的海面昇降變化在地層上的反映和記録。
2.1晚更新世中、晚期(Q23~Q33)進侵型溯源沉積(下組)形成階段
距今4萬年以前的晚更新世中期,我國東部沿海爲海退低海面時期,其時海面位置在東海至少在-70m以下,福建沿海低於-50m,南海北部沿海較今低130m或略小於這個數值。但距今40000~25000(或22000)年,我國沿海地區普遍發生海侵。海侵時,河口區的淤積作用主要發生在回水區以及受回水影響使河流比降减小的河流谷地中。回水區沉積物較細,鹹水進侵地段則發育海相層,回水末端及其以上比降變小的河流谷地的沉積物較粗,屬河流冲積物性質。隨着海侵發展,這種沉積作用以溯源堆積方式向上游擴展,由此形成的沉積體系,在縱向分布上自陸向海粒度逐漸由粗變細,在垂向層序上,爲自下而上由粗變細和由陸相逐漸過渡到海相(或河口灣相)。珠江三角洲地區晚第四係沉積底部的一套沉積層,即下組(I)沉積,正是具有這樣的組成結構特點,其沉積年齡又正好在39000~22000(個别20000)a B.P.,表明它們是晚更新世中、晚期海侵時形成。這是一套完整的、不宜分割的進侵型溯源沉積體系:上層的海相粘土沉積固然是鹹水直接進侵造成,中、下層粗粒河流相沉積亦是海侵影響的産物。
2.2晚更新世末期(Q33)海退低海面時的切割破壞階段
晚更新世中、晚期海侵結束後曾發生海退,大約在19000~17000a B.P.海面位置最低。一般認爲較今低130m或更低一些。低海面時期因基面下降影響,河谷地帶(特别是鬆散沉積物搆成的河谷平原)發生迅速的向源侵蝕作用,前期形成的沉積平原,遭受切割成爲階地,原先在還原環境或埋藏條件下堆積的沉積物,這時大量出露地表或地下水位大幅度降低。因而受到風化作用的影響,原屬還原環境的碱性粘土沉積,這時轉化爲中酸性氧化環境,在原有母質的基礎上發育紅、黄、白斑紋,形成“花斑粘土”。低海面時期,前期沉積平原遭受切割破壞的現象是很普遍的。不僅西、北、東江等大河流谷地平原是這樣,今三角洲周圍各小河谷地平原以及黄楊山、五桂山等山地丘陵的山麓洪積-冲積平原亦如此。
2.3晚更新世末期至全新世中期(Q33~Q24)進侵型溯源沉積(中組)形成階段
晚更新世末期至全新世早期和中期,亦即17000~6000 a B.P.,全球再次發生大海侵。這次海侵較前一次海侵範圍更廣,影響也更大。海侵時的沉積作用亦如前次海侵時一樣,發育進侵型沉積體系。這種沉積體系也是以溯源堆積方式形成發展的:最初爲砂礫等粗粒泥沙加積充填海侵前的切割谷地,進而淤積向上和向源擴大,掩及海侵前的堆積(階地)平原,中粗砂、細砂和粘土等依次堆積將下組(Ⅱ)沉積埋覆。海侵大約在6000 a B.P.結束,其時之海岸濱綫位置大約在厚街—中堂—廣州(新滘)—瀾石—杏壇—江門—沙富一綫附近(但海水或鹹水可超越此綫沿河谷向裏深入),此綫以南區域不僅淪爲滄海,而且被淹原河口三角洲沉積物還在一定程度上受到海洋動力因素(波浪或潮流)的破壞和改造。
2.4 全新世中、晚期(Q24~Q34)現代三角洲沉積(上組)形成階段
近6000年内由於海面長期基本穩定,河口三角洲沉積作用由原來的溯源向陸淤積逐漸轉變爲向海淤展。但現代三角洲發展的不同時期(或階段)與不同區域,動力條件和沉積環境存在差异,淤展速度和沉積特性亦不相同:① 過渡轉變時期以潮汐動力爲主,其時河流動力還未大量向海發展,流域來沙少,淤展緩慢,主要發育潮成平原;② 不少峽口地段及其兩側海域搆成潮汐通道的地形動力結構,潮流冲蝕通道(即峽口)地段的晚第四係鬆散沉積物,由漲落潮流向峽口内外搬運和堆積,形成潮汐通道沉積體系,這種沉積體系以呈放射狀分佈的潮成砂體(脊)爲主要特點;③ 近兩千年來隨着流域開發,河流入海泥沙增多,現代三角洲向海淤展加快,且主要由河流動力控制;④ 今三角洲最前端的磨刀門口外地區已伸至南海陸架北緣,面臨開闊的外海,三角洲沉積受到波浪動力的改造。
3 沉積類型與模式
由上所述,可知珠江三角洲的沉積發展是復雜、多樣和不斷變化的。總的來看,三角洲地區的沉積主要由進侵型溯源沉積和海退型前展沉積兩大基本類型搆成,後者即現代三角洲沉積又可細分爲潮汐型、潮汐通道型、河流型和河流-波浪型等。
3.1進侵型溯源沉積
這是海侵條件下河口三角洲沉積發展的主要形式。珠江三角洲距今39000~ 22000年和距今19000~6000年形成的沉積物即屬這種類型。
3.1.1發展過程
在海面不斷上昇和河口位置逐漸由大陸架向内陸退縮的過程中,一般缺少或無三角洲向前(海)發展現象,但也不是海侵之海水一下子迅速淹至三角洲内部。在此過程中,河口位置是逐漸向陸後退了,河口的高程也漸漸垂向提高,河口以内河床的比降則相應發生調整:這就是比降慢慢减小和河流搬運能力不斷降低使泥沙大量沉積。因此海面上昇影響下的河口沉積作用主要是河口以内的回水地區以及受回水影響的上遊方向河床(壅水區),因比降减小和河流搬運能力降低而發生的河流冲積物的沉積,其沉積作用以溯源堆積方式逐漸向上遊方向擴展。這是基面抬高情况下河口河段必然出現的現象,其情景類似水庫回水末端和淤積末端形成的“翹尾巴”現象。如圖2所示[2](中山大學地理係河口研究組(李春初,楊干然),1977.珠江三角洲的形成發育和演變。),隨着海面上昇由M1→M2→M3,河口位置不斷抬高並向陸退縮由R1→R2→R3,河口以内的回水區和受回水影響的地區則不斷向上游擴展即由R1→P1→P2,回水影響河段的河床比降便不斷减小由h1→h2。在此過程中,逐漸形成了△P1R2R1的楔狀堆積體以及後來的P1P2R3R2堆積體。這是海面上昇條件下形成的、與一般由陸向海推進方式不同的另一種性質的三角洲發育和河口沉積過程。
3.1.2動力環境
進侵型河口三角洲的沉積作用主要發生在河口口門以内的河口段、近口段、遠口段和靠近河口區的河流段。其時口外海濱流域供沙的沉積作用應很微弱,因這裏屬河口三角洲的廢棄破壞環境,主要由波浪或潮流重新改造原河口三角洲物質並造成相應的沉積地貌體系,因此圖2中R1—R2—R3一綫實爲一侵蝕面性質。所謂的回水區,就是河流入海口門或濱綫以内鹹水及潮水可以倒灌的區域,即潮流上溯所及區域,包括鹹水上溯的河口段和淡水回溯的近口段(洪季)與遠口段(枯季)。回水影響區即回水(倒流)末端以上的壅水河流段,這裏雖不直接受回水上溯作用,但受回水頂托影響河流比降變小和搬運能力降低,特别是由於其下游逆向回水的倒灌,阻滯本段河床的推移質泥沙(中粗砂及其以上的粗粒泥沙),使之不能順利地再向下游搬運而在此河段内大量沉積下來。
3.1.3沉積特點
整個沉積體系以河流冲積物之陸相堆積爲主,因屬河谷充填沉積性質,砂體沿河谷走向分佈;但由於河口回水區受鹹水進侵影響,回水區靠近口門的地段(河口灣)可具某些海相(或鹹水環境)沉積的特點,後者沉積物粒級較細,含海相生物化石。這一堆積體系的早期沉積物應比較粗大(爲礫砂)。以後隨着河床比降减小和河流搬運能力降低,回水影響範圍的後期沉積物變小變細(如粗中砂,以至更細的細砂和砂質粘土),而隨着回水水位的提高和回水影響範圍的向上游擴大,前期沉積物△P1R2R1逐漸爲後期沉積物P1P2R3R2掩埋,故整個沉積體系自下而上可見由粗變細的沉積韵律。
作者早在1977年就提出了上述看法。同濟大學的研究[3、4]表明,長江和灤河三角洲同樣存在這樣的沉積發展過程及其沉積物。有關研究[5]發現内陸湖盆三角洲也有這種沉積過程存在並稱之爲“水進型”沉積。近年來,地礦部第二海洋地質調查大隊及海洋地質研究所[6、7、8]的研究成果,進一步實证這種沉積類型在珠江三角洲存在。國外也在1977年提出了海侵條件下河口沉積地層溯源堆積的概念,並在後來迅速發展成被稱爲“地質學中的一次革命”[9]的層序地層學的理論。
3.2 海退型前展沉積
海退型前展沉積即全新世大規模海侵結束後,在近6000a來海面基本穩定的條件下,流域來沙向海淤積發展形成的現代三角洲沉積。現代珠江三角洲沉積類型豐富,不同的類型,沉積模式亦不相同。
(1)潮汐型: 大約在6000aB.P.全新世的海侵結束後,各江河河口大多爲溺谷灣或河口灣性質,海侵結束後的相當一段時期内,河流動力還未來得及大量向海擴展,河口區得以以潮汐動力占優勢,此時流域粗粒推移質泥沙基本上阻滯在回水末端以上河床,進入河口灣的流域來沙主要是細粒的懸浮泥沙,因此早期形成的現代珠江三角洲以發育泥質潮坪和潮成三角洲爲特色,但沉積過程緩慢,秦漢以前平均每年前展速度僅數米。珠江三角洲的潮成三角洲平原的主要分佈區域包括西起西樵山至九江的平原地帶,向東經龍江、沙滘、平州、陳村到廣州的河南島周圍,再東至麻涌、漳澎以東和中堂以南的東江三角洲,潭江水口以下的沿江平原也屬之。地形特點是平原上的網絡——潮道(所謂“滘”或“瀝”)密佈且蜿蜒或彎曲。這種潮道不同於一般的蜿蜒河道:潮道上端可獨自成源而與主幹河流不發生任何聯繫,形成動力不是逕流而是潮流,蜿蜒或彎曲的外形是潮波變形作用與潮道沉積作用爲了保持某種平衡而相互調整的結果。沉積厚度一般3~5m,厚者8~10m,以粘土沉積物爲主,含鹹水或半鹹水生物化石,三角洲前緣相沉積夾含薄層粉砂,三角洲平原相沉積含腐植物(有的爲紅樹林殘體),最頂部爲泛濫沉積的粉砂壤土,所以總的來看,垂向沉積層序仍略顯下細上粗的特點。但現在已知,潮汐河口灣和潮成三角洲形成時期,當時的北江河口灣曾發育規模較大的沙坎沉積體,砂體由中粗砂及細砂組成,厚4~8m[8]。
(2)潮汐通道型: 珠江受水盆地未被現代流域來沙覆蓋前,即已遭受潮流(或波浪)作用的改造。珠江口外島丘衆多,島間海峽的存在集中了流束,峽口地段往往潮流作用很强,峽口與其内、外側寬闊的海域搆成了明顯的潮汐通道結構,潮流冲蝕狹窄通道形成深槽,被侵蝕的物質常常是中、早全新統或晚更新統的細砂、中粗砂或礫砂等粗粒沉積物,這些物質被漲、落潮流搬運在峽口内、外海域堆積,形成由放射狀沙脊組成的“漲潮三角洲”砂體和“落潮三角洲”砂體,這些砂體奠定了該地區現代三角洲沉積的基礎,現代流域來沙——粉砂和粘土等細粒泥沙,只是進一步起叠加覆蓋的作用[10]。因此現代珠江三角洲存在一種獨特的沉積類型:潮汐通道沉積體系。潮汐通道沉積模式的特徵是:砂體以峽口爲中心呈輻聚或輻散狀分佈,三角洲前緣相砂體較厚,物質組成以分選差到中等的細砂、中粗砂和礫砂等粗粒沉積物爲特點。
(3)河流型:現代珠江三角洲在秦漢以後向海推進發展加快,這是河流動力下移、海洋動力退却以及較多的流域下泄泥沙(包括以細砂爲主的底沙)在河口沉積的結果。此後,三角洲的發展主要受河流作用控制,西、北江河口三角洲呈朵狀體向海推進,三角洲沉積組成亦具明顯的海退式三層結構。如順德桂州附近的△21井的三角洲沉積物,底層爲溺谷灣相沉積,中層爲河口沙壩相沉積,頂層爲泥坪及泛濫平原沉積;現代西江口磨刀門燈籠沙的三角洲三層結構尤爲明顯,表明這裏三角洲沉積的發展經歷了前三角洲性質的粘土質基底三角洲發育,三角洲前緣相的水下沙壩(攔門沙)的孕育、成長和衰亡以及淤泥質三角洲平原的建設等三個階段和過程[11]。河流型三角洲沉積的砂體以粉砂和細砂爲主并夾含粘土,細砂往往集中在砂體的上部,分選較好,砂體平行河流分佈,有的砂體由决口扇沉積搆成。
(4)河流-波浪型: 西江磨刀門口在珠江八大分流河口中最先伸至南海陸架北緣,面臨開闊的外海,受到波浪動力的重要作用,三角洲沉積具有河流-波浪型的特點。波浪作用的意義在於,分選和重新分配河流提供的泥沙,塑造它們使之具有波成海岸性質。具體説,河流作用及其携帶的泥沙在河口沉積,促使三角洲沉積擴大和不斷向海推進發展,而波浪的改造修飾作用,則使河口沙壩(攔門沙)及三角洲平原的泥沙重新分配:一方面,沿岸輸沙活動便沙壩形體朝垂直於河流的方向拉長;另一方面則是破浪帶内的泥沙被激浪向陸搬運形成灘脊,若干灘脊與其相間的粉砂粘土質低地形成灘脊平原,因此總的來講河流-波浪型三角洲沉積具有河流型三角洲沉積的結構。但三角洲前緣相沙壩體横向變形,砂體走向與河流垂直或斜交,砂體上部和平原的沉積在波浪動力影響下相對粗化和净化,多爲分選優良的極細砂(牛皮沙),三角洲平原相沉積物由灘脊砂、砂丘砂和壩後粘土沉積搆成。
4 結 論
珠江三角洲沉積是晚更新世中、晚期以來,我國沿海普遍存在的兩次較大幅度的海面昇降變化在地層上的記録和反映,它們共由下、中、上三組碎屑沉積物搆成,下、中兩組物質分别是距今39000~22000年和距今19000~6000年兩次海侵過程中溯源淤積發展的沉積,上組物質是近6000年來海面基本穩定時向海淤積發展的現代三角洲沉積,各組沉積之間呈不整合或假整合關係接觸,因此沉積類型主要有進侵型溯源沉積和海退型前展沉積兩種,後者又可細分爲潮汐型、潮汐通道型、河流型和河流-波浪型等。不同類型的沉積,沉積組成、結構和模式不同或不盡相同。
參考文獻:
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(一九八八年全國河口三角洲問題學術討論會論文.載於:李春初等,2004,中國南方河口過程與演變規律,第七章第五節.北京:科學出版社,234~239.)