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華南港灣海岸的地貌特徵
1 華南海岸形成因素
1.1陸域地質搆造背景和地理條件
1.1.1主要搆造方向綫對海岸形態的影響
華南陸域搆造方向綫主要呈NE—SW向和NW—SE向。許多山脈和河流均沿這兩組搆造方向綫發育。華南海岸綫與上述搆造方向綫斜交,因而形成鋸齒形海岸:海岸綫與NE—SW向或NW—SE向山地丘陵斜交時,山地或丘陵突伸於海中形成岬角或半島,或沉落於海中形成島嶼;海岸綫與河谷斜交時形成溺谷、港灣和河口灣。
1.1.2 岩性和現代搆造運動的影響
瓊北、雷州半島與廣西合浦、北海地區沿岸爲第四係湛江組(Q1)和北海組(Q2)的粘土、砂礫層疏鬆堆積物組成,它們易受水流(包括暫時水流)侵蝕。特别是低海面時期,侵蝕基面低,該區普遍發育源短流小的侵蝕溝谷體系:包括谷頭匯水盆地、谷身峽谷通道和谷尾扇形堆積平原。冰後期海侵使谷尾平原沉淪海底,谷身上段和谷頭集水盆地一般形成溺谷和港灣。
華南大陸和海南島沿岸現代地殻運動的强度和幅度一般不大,多數地區每年上昇或下降1.2~4mm[1]。現代地殻運動速率遠較冰後期海面上昇速率(6~16mm/a)爲小,因而現代搆造運動未能對海侵形成的現代海岸的基本輪廓和面貌發生根本的影響。
1.1.3陸域河流來沙對海岸發育的影響
現代河流來沙主要是細顆粒的懸浮泥沙,它們常在河口一側(或兩側)的海岸帶沉積使有關岸段及港灣淤淺並演化成淤泥質海岸。如珠江口以西的廣海灣和鎮海灣[2],韓江口以西的汕頭灣和海南島南渡江以西的海口灣等。另外,一些人曾經注意到[3](李春初,王文介.應當怎樣認識海岸發育的背景和條件,海洋科技資料,1978年第7期。),低海面時期,粤東、粤西和海南島東部不少獨流入海的河流冲積物或洪積—冲積物較豐,海侵時這些物質可遭受波浪作用的破壞並隨海面上昇向陸搬運,因而可能爲華南海岸現代沙壩的發育提供了泥沙來源。
1.2冰後期海侵影響
冰後期海侵對現代華南海岸形成的影響表現在兩方面:一是海水入侵河谷形成溺谷和港灣;二是在海面上昇和濱面後撤(shoreface retreat)過程中,低海面時期的古海岸泥沙——古沙壩 [barrier(barrier一詞有各種譯法,如離岸壩、障壁、堡島和沙壩等.文中的沙壩,均指barrier.)]的砂亦隨之向陸搬運和沉積。許多研究[4~7]證實,後一影響對現代沙壩海岸的形成具有重要的意義。作者認爲,華南海岸的現代沙壩堆積體,主要的也是通過這樣的途徑形成。其依據是:
1)華南現代沙壩堆積體的規模宏大,一般長數公里至20 km,寬2~5km,這與現代海岸動力條件下的陸域供沙狀况(現代河流供沙主要是細顆粒的淤泥物質,波浪直接侵蝕基岩海岸産生的泥沙數量有限)很不適應,説明沙壩堆積體的形成,必有其他重要的泥沙來源。
2)華南現代沙壩内側澙湖的大陸沿岸,一般没有大陸灘(Mainland beach),即無波浪形成的海灘發育,這與美國東海岸的情况[8]相似。説明華南現代沙壩的形成,主要的不能用沙咀沿岸延伸(泥沙縱向移動)來解釋,而華南現代沙壩到處可見到超覆沉積搆造以及在前濱、濱面和内陸架上出露壩後沉積(back barrier deposit)——澙湖沉積現象,這是陸架上曾發育古沙壩澙湖海岸和古沙壩砂曾經横向向陸及垂向向上搬運移動的重要證據。因此,華南的現代沙壩—澙湖海岸也是海侵影響的産物,其本身——沙壩與澙湖,即是海岸(相對)沉降的標誌。
應當提到,低海面時期的古海岸沙壩(砂),隨着冰後期海侵向陸後撤和横向搬運,是一種世界性的地質作用和過程(雖然,對於沙壩的具體運動方式和過程,不同的人還有不同的理解),但也同時需要有其他作用和條件配合。例如:以弱潮(平均潮差1~2m)最理想,有足够的供沙,原始海岸坡度適中,不受附近河流的重大影響等。我們在此强調華南海岸現代沙壩的形成以横向泥沙搬運爲主,並不排除同時仍有泥沙沿岸(縱向)運動的存在和影響。
1.3潮汐和波浪動力條件
1.3.1潮汐
南海沿岸的潮振動,主要是由巴士海峽傳人的潮波所引起。潮波在向西北傳播過程中,因海底摩擦和沿岸地形影響,潮差逐漸加大。總的來看,華南海岸屬弱潮—中等潮海岸,其中粤東及瓊東潮差最小,其平均潮差小於lm,這特别有利於沙壩海岸的發育。北部灣及廣州灣(湛江)潮差最大,其平均潮差大於2m,最大潮差超過5m。
1.3.2波浪
(1)浪向:南海沿岸的海浪除粤中及粤東岸段外,一般以風浪爲主,涌浪爲次。因季風氣候影響,沿岸浪向隨季節變化。冬、春季,粤東、瓊東和雷東以NE~E向浪爲主,粤西大部地區以偏E向浪爲主,北部灣冬季浪影響小。夏季,粤東爲SW浪,粤西有SW、SE和E向浪,瓊東爲SW、S向浪,瓊西爲SSW浪,北部灣爲SW浪。可見華南沿海除夏季三個月(6~8月)明顯受SW浪影響外,其餘大部分時間爲偏E向浪(NE、E、SE)。但應指出,由於華南大陸沿岸走向主要是NEE—SWW或NE—SW向,偏E向浪在接近海岸時因折射,大都要轉變爲SE向。因此,華南海岸的實際常波向浪主要爲SE,此對堆積性海岸,特别是沙壩海岸的形態與分佈有重要影響。
(2)波高、週期和沿岸輸沙:華南沿岸的波浪强度以粤東岸段爲最大,瓊東和粤西海岸次之,北部灣沿岸最小。如珠江口及其以東的粤東岸段,平均波高 (1/10大波波高)達0.87~1.1m,週期T5.1~6.0s,瓊東與粤西海岸爲0.60~0.68m,T爲3.5~4.6s。北部灣沿岸僅0.1~0.5m,T爲3.1~3.5s。沿岸輸沙狀况亦大致體現了這一波浪强度的分佈順序。如已知幾個重要港灣及岸段的年平均沿岸輸沙量的推算值是:粤東汕頭港(中國科學院海洋研究所等, 1982.汕頭港外攔江沙航道泥沙迴游調查研究報告.)>50×104m3,神泉港70×104m3[9];粤中岸段(珠江口外荷包島)52~59×104m3;瓊東的新村港(中國科學院南海海洋研究所等,1980.海南島陵水縣新村港灣水文泥沙調查研究報告. )37×l04m3,粤西水東港(中山大學地理係海岸河口研究室,1983.粤西水東灣建港自然條件及其評價. ) 20~30×104m3;北部灣沿岸的鐵山港(天津大學水港教研室,1979.關於鐵山港航道穩定性和年淤積量的調查研究報告. )10×104m3,防城港口[10]5×104m3。洋浦港(南京大學海洋地貌與沉積研究室,1984.海南島洋浦港地貌調查報告.) 2~4×104m3。
綜觀上述,可以這樣認爲:陸域地質搆造基礎爲現代海岸的發育提供了一定的背景條件。現代華南海岸,特别是港灣海岸的形成,主要與冰後期海侵以及海侵影響下波浪搬運陸架方向來沙在現海岸位置的堆積有關。華南大部分地區潮差很小和具一定的波能强度,有利於沙壩澙湖海岸的發育。
2 港灣海岸類型及分佈
有關華南港灣海岸類型的討論,目前還不很多。任美鍔等(1982)[11]和王文介(1984)[12]曾從潮汐通道(或稱“潮汐汊道”)角度,將華南港灣海岸劃分爲澙湖型(或海灣型)、溺谷型和河口灣型,並分别論述了這些潮汐通道類型的地形和動力特徵。但如何從成因上説明這些港灣(或潮汐通道)類型的差别、地貌特點以及它們的地理分佈規律,仍可作進一步探討。M.O.海斯(Hayes,1979)[13]根據平均潮差和平均波高以及它們的相對强度,將海岸區分爲潮控型、波控型和混合能型,並標示出沙壩海岸的分佈區限。圖3點繪出華南十個重要港灣在Hayes海岸類型模式中的位置。由圖看出,北部灣沿岸的鐵山、防城和洋浦三港爲非沙壩潮控型港灣,而水東、三亞、新村、神泉和甲子諸港則爲潮汐與波浪混合作用或波浪作用占優勢的沙壩海岸,這均與客觀情况一致。僅湛江、汕頭兩港所居位置與實際不符。湛江港因海侵前的侵蝕溝谷的谷頭盆地廣大,汕頭港因屬“淤進型河口灣”[14],故兩港灣納潮量大,以潮汐作用占優勢。可見Hayes的模式基本上適用於華南海岸。主要由於潮汐和波浪强度的不同,華南海岸有沙壩—澙湖式港灣和非沙壩的溺谷式港灣兩個基本類型。
2.1沙壩—澙湖式港灣
華南沿岸大部分地區,如粤東、粤西及海南島沿岸,平均潮差僅1m左右,平均波高達0.5~1.1m,此有利於陸架泥沙隨海面上昇在波浪作用下向岸轉運,因而形成沙壩並隨之出現壩後澙湖環境。廣泛發育沙壩—澙湖式港灣,是華南海岸的最大特色。主要港口和港灣有:粤東的達濠、海門、靖海、神泉、甲子、碣石、烏坎和汕尾;粤西的三丫、北津、沙扒、博賀和水東;海南島的博鰲、港北、新村、三亞、澄邁和廣西北海等。華南沙壩—澙湖海岸的特點鮮明並普遍遵循一定的規則或模式發育(後文再作專門討論),形式亦頗豐富多樣。如按動力特性可劃分爲潮汐型(水東)、波浪型(港北)和過渡型(新村、神泉);按地貌形態來劃分爲沙島型(博賀)、連島沙壩型(平海—港口)、沙咀型(汕尾外港)、河口三角洲型(北津、白沙門)和多汊型(三亞、三丫)等。
2.2 溺谷式港灣
這類港灣是由於灣口沙壩不發育或發育不好,海侵時海水長驅直入淹没侵蝕溝谷體系或短小河谷而成。主要分佈於廣西和廣東雷州半島與瓊西北等潮差較大(屬中等潮)、波能較弱的沿岸地區,粤中珠江口兩側的部分港灣亦屬之。主要港灣有:湛江港、洋浦港、流沙港、鐵山港、龍門港、防城港、鎮海港、大鵬灣和大亞灣等。其地貌特點如下:
1)港灣具沉溺河谷形態,灣内腹地大,納潮量大(一般達10×108m3或10×108m3以上),上游河流短小,流域來沙少。
2)因灣口沙壩不發育或發育不好,灣外攔門沙水深較大,一般4~5m,有的達7m。不少港灣(如洋浦港、湛江港、流沙港、大鵬灣和大亞灣)的灣口部位,實際上是低海面時期河谷或侵蝕溝谷體系的峽谷通道的一部分,故灣口深槽一般較狹長,水深大,位置穩定。例如洋浦港,灣口深槽原爲深切達26m(現海面下)的峽谷。最近對該深槽沉積物的14C測年資料表明,該深槽近六千年來位置没有變化,現水深仍達10~20m。但某些港灣的灣口寬闊,攔門沙較淺,如防城港。
應當提及,粤中珠江口兩側的海岸潮差小,波能較强,此與鄰近的粤東、粤西岸段並無重大差别,但此岸段許多港灣,如大鵬灣、大亞灣、鎮海灣和上、下川島的諸多港灣的灣口均無大型沙壩發育,海灣本身亦非壩後澙湖性質,而是爲溺谷式港灣。這是華南海岸地貌的一個重要現象與問題。作者推斷,這可能與低海面位置時期古珠江三角洲地形(如地勢平、岸坡緩)和沉積(如平原以泥質沉積爲主,粗粒泥沙相對不多)的影響有關。因爲本岸段外水深20~50m區域爲古珠江三角洲範圍[15],如果古三角洲平原上粗粒泥沙不多,可造成海侵時由陸架向岸的供砂不足。即使古三角洲海岸有若干沙脊存在,但若岸坡過於平緩,在海面較迅速上昇過程中,它們有可能來不及跟隨海面上昇後撤被帶向現海岸即已沉没。因此,現海岸缺乏大量粗粒泥沙補給,雖潮差小,波浪有一定强度,仍難以發育形成大規模的沙壩—澙湖式海岸。
3 沙壩——澙湖式港灣海岸的地貌特點與模式
華南的沙壩—澙湖式海岸,除具世界同類海岸特性外,還有如下特點。
1)華南沙壩—澙湖海岸,大多居於鋸齒形海灣内,鋸齒形海灣兩端每有基岩岬角與鄰近海灣相間隔。因此,某一沙壩—澙湖港灣,一般自成一獨立體系,不與鄰近的海岸體系發生聯繫,例如彼此不發生泥沙交换等。
2)沙壩—澙湖港灣大都揹負更新世洪積—冲積階地或侵蝕臺地與山丘,不像美國東部爲廣闊的平原。澙湖面積一般不大,納潮量大多在數百萬立方米至幾千萬立方米。常有小河流注入,澙湖的淤淺與潮汐通道的冲刷可受逕流的影響(主要在暴雨洪水時)。
3)沙壩、澙湖、潮汐通道(包括通道口和漲、落潮三角洲砂體)與泥坪等地形單元,搆成了一個完整的體系。在此體系内,各地形單元相互依存、相互作用和相互影響。現在見到的沙壩—澙湖海岸體系,主要是冰後期海侵結束後至今經數千年時間演化發展的結果(華南沙壩—澙湖港灣有殘留的更新世古海岸沙壩(老紅砂)分佈,這一問題,本文不予討論.)。據對粤西水東沙壩—澙湖海岸體系的研究(李春初等, 1985.粤西水東沙壩—澙湖海岸體系的形成演化.見本書的第4篇文章.),該沙壩—澙湖海岸體系經歷過如本書第29頁表1所列的變化。表中有關現象實際上在華南海岸其他地區(如粤東、海南島)也可見到。
4)許多沙壩—澙湖港灣的濱綫都内凹呈弧狀,即發育成所謂“Z”形海岸——對數螺綫形海岸。這種岸綫由切綫段和弧形遮蔽帶組成[16、17]: ①切綫岸:即靠下游岬角的直綫段,爲波浪直接入射部分,與盛行波向綫垂直;②弧形遮蔽帶,即靠上游岬角掩護區内凹的半圓形岸段,主要爲盛行波折射、繞射區域。華南大陸沿岸的常波向爲SE,故許多弧形海灣的切綫段位於海灣的西半部,灣頂遮蔽帶居於海灣東側。
這種海岸形態形成的原因可作如下解釋:華南沙壩海岸在冰後期海侵高峰過後供砂曾較充足,沙壩曾淤積前展,岸綫亦較平直(如水東、博賀地區),但是隨着以後海面較長期的穩定,陸架供砂逐漸减弱和終止,爲了適應這種來沙條件的變化(即供砂不足)並維持平衡,兩岬角間的沙壩海岸綫,最終要侵蝕後退並趨於向對數螺綫形海岸形態發展。西爾維斯特(Silvester)實驗[17]證明,這是一種穩定或平衡的海岸形態。華南的許多沙壩—澙湖港灣(如三亞港、澄邁港、博賀港、三丫港和海門港等)的濱綫,都已接近達到這種平衡的海岸形態。這是華南沙壩—澙湖海岸的一個重要特點。
5) 海灘動力及地貌可明顯分爲三個不同的岸段:①海灣中段,由SE向常波浪直接入射的切綫岸段,岸綫走向與常波向呈鋭角相交,沿岸泥沙主要向西搬運,海灘剖面平緩和呈上凹形,灘面及前濱出現水下壩、新月形壩和灘角(cusp)地貌,灘角指向南偏西方向。②海灣西段的直綫岸段與常波向垂直,海灘泥沙主要由海灣中段向西搬運的沿岸輸沙補給,但海灘本身泥沙主要作横向搬運,海灘剖面陡和形成灘肩(berm)地貌。上述兩種不同的海灘類型,實質上即所謂“消散型海灘體系”(前者)和“反射型海灘體系”(後者)[18]。③海灣東段的灣頂弧形岸段爲常波向浪折射、繞射作用地帶,沿岸泥沙向東搬運(補注:後來的進一步研究發現有兩種情况:對“堆積型動態平衡”海岸,灣頂沿岸泥沙向東搬運;對“侵蝕型動態平衡”海岸,灣頂沿岸泥沙向西搬運。),其中靠近海灣中段的灣頂海灘剖面亦呈上凹形,有灘角地貌發育,灘角指向爲南偏東方向。再往東則出現縱向分佈的“反向沙咀”(即沙咀延伸方向與常波向相反),夏季盛行SW浪時,沙咀可得到進一步發展。
6) 潮汐通道口總是偏於遮蔽帶内,位置甚穩定。原因是這裏爲相對侵蝕岸段,泥沙縱向搬運不很强,横向搬運更弱,沙壩易於在此被潮流和逕流冲斷形成缺口,如有“反向沙咀”發育,“反向沙咀”的延伸更加把潮汐通道口推向海灣上游岬角一側。而直綫段爲相對堆積岸段,泥沙横向搬運强,加之此岸段的海灘迎對盛行風,低潮時海灘出露,灘面泥沙極易被風吹揚到後濱堆積,形成高大廣闊的風成沙丘,故這一帶的沙壩地勢高,潮汐通道口極難在此出現。
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原載:地理學報,1986,41(4):311-319
本文根據作者參加華南海岸和港口調查研究的體會,對華南現代海岸的形成條件和港灣海岸的地貌特點進行分析。