1海洋地質(zhì)學(xué)(第十二講）2第四章河口與海岸海洋地質(zhì)學(xué)31、建造海灘的主要?jiǎng)恿昂┏练e的主要特征？2、瀉湖環(huán)境及其發(fā)育歷史？3、何謂“沉積滯后效應(yīng)”？4、生物海岸的主要類型？上講作業(yè)與思考題4第四章河口海岸4.2沙質(zhì)海岸——1、海灘沉積系列：(1)波浪作用和海灘動(dòng)力分帶

(2)海灘淤蝕動(dòng)態(tài)

(3)海灘沉積

2、沙壩——瀉湖沉積體系：（1）沙壩（2）瀉湖4.3粉沙淤泥質(zhì)海岸——1、潮間帶沉積動(dòng)力過程2、碎屑潮坪沉積4.4巖石海岸——1、碰撞海岸2、拖曳海岸3、邊緣海海岸4.5生物礁海岸

1、生物海岸的主要類型2、海岸過程中的生物作用5第四章河口海岸引言4.1河口三角洲海岸4.2沙質(zhì)海岸4.3粉沙淤泥質(zhì)海岸4.4巖石海岸4.5生物礁海岸4.6海平面變化對(duì)海岸地貌的影響

6海面——指某地某時(shí)海水的平面。然而，海水并沒有一個(gè)平坦的面，波浪和潮汐日以繼夜的運(yùn)動(dòng)，可使海面有數(shù)米乃至數(shù)十米的起伏。不同季節(jié)的平均海面也不相同，這很大程度上是加入了風(fēng)的因素；各年平均海面的高度也有很大變數(shù)，這又加進(jìn)了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和氣候變化等的作用。平均海平面是指某地在某一段時(shí)間內(nèi)的平均海面。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化74.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化8

研究海面變化就要有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的參考基準(zhǔn)面，通常使用大地水準(zhǔn)面作為參考系，這是一個(gè)假想的全球洋面的光滑面，是連續(xù)穿過大陸的平均海平面，也是一個(gè)等勢(shì)面，處處與重力方向垂直。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化9

大地水準(zhǔn)面在各地不一。例如，新幾內(nèi)亞大地水準(zhǔn)面隆起76m,而馬爾代夫大地水準(zhǔn)面下凹104m，二者之間相差180m高。所謂的海面只能是某一時(shí)段某一地點(diǎn)的海水表面平均高度。海面變化有全球標(biāo)準(zhǔn)和區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)，即全球海面和相對(duì)海面兩個(gè)概念。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化10引起海面變化的因素很多，如：氣溫升降，海盆變形，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，陸源沉積和冰川均衡作用等。引起短期海面變化的主導(dǎo)因素是氣候的冷暖變化，氣溫升高不僅造成大陸冰川融化引起海水量的增加而且引起海水膨脹，導(dǎo)致海面上升，第四紀(jì)期間，海面升降幾乎與氣候暖冷變化同步；引起長(zhǎng)期海面變化的主導(dǎo)因素是板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和海盆擴(kuò)張和收縮。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化11全球海面變化是指全球水準(zhǔn)面的升降。地球上某一點(diǎn)(或某一地區(qū)）的海面變化是全球海面變化值與當(dāng)?shù)仃懙厣抵档拇鷶?shù)和。全球海面升降主要考慮氣候變化對(duì)海平面的影響，時(shí)間跨度大，在研究地質(zhì)時(shí)期海面變化時(shí)意義重大；某一地區(qū)海面的相對(duì)變化主要考慮了區(qū)域氣候、區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的影響，對(duì)人類社會(huì)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)有著更為直接和重要的影響。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化12

第四紀(jì)（2300萬(wàn)年，BP）以來，地球至少經(jīng)歷了20多個(gè)冷期和暖期的交替，冷期和暖期的溫差平均可達(dá)10～12°左右。這將影響大氣環(huán)流的變化，生物帶的變遷和古地理的演變，也改變了海水蒸發(fā)和結(jié)冰的物理過程，引起海水體積的變化，從而影響了全球海面的變化。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（1）地質(zhì)時(shí)期的海面變化13

據(jù)深海鉆探證明，中更新世（12.6萬(wàn)年左右）以來地球經(jīng)歷了8個(gè)冷期和9個(gè)暖期。冷期，大量海水被封存在大陸冰川中，導(dǎo)致海面下降；暖期，冰川融化入海，導(dǎo)致海面上升。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（1）地質(zhì)時(shí)期的海面變化144.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（1）地質(zhì)時(shí)期的海面變化與地球的冷、暖期相對(duì)應(yīng)，中更新世以來也應(yīng)有8個(gè)海退和9個(gè)海侵期。但是，這些海面的反復(fù)變化，已經(jīng)不能使每次變化的遺跡完全保存下來。要想建立中更新世以來的海面升降曲線，迄今的研究方法和技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)。15

①末次間冰期的海面：盡管地質(zhì)時(shí)期里間冰期海岸線的遺跡可以被后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所改造，但是，使用沉積地層學(xué)和年代學(xué)的方法，結(jié)合地殼的升降運(yùn)動(dòng)，仍可以推斷出某些歷史時(shí)期當(dāng)時(shí)的海面高度。最容易或最直接可以得到的當(dāng)是最后一次冰期以來的海面變化。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（1）地質(zhì)時(shí)期的海面變化16

①末次間冰期的海面：根據(jù)對(duì)加勒比海巴巴多斯島珊瑚礁的研究，晚更新世早期（75-125kaBP），末次間冰期出現(xiàn)過三次高海面，分別為122KaBP，103KaBP和82KaBP。這三個(gè)年齡相當(dāng)于末次間冰期里三個(gè)暖期（氧同位素曲線5e，5c，5a），122kaBP的當(dāng)于末次間冰期最暖時(shí)期，海面高出現(xiàn)代海面大約6m。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（1）地質(zhì)時(shí)期的海面變化17

②末次冰期及冰后期全新世海面：末次冰期氣溫較低，海面降低，但也含溫暖期，稱間冰階，引起海侵。大約在23-39kaBP，渤海西岸平原稱為獻(xiàn)縣海侵，其范圍大約相當(dāng)于現(xiàn)代的海岸線，對(duì)應(yīng)于氧同位素曲線3期。晚更新世末次冰期盛冰期大約距今2萬(wàn)年左右(氧同位素曲線2期)，海面低到陸架外緣。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（1）地質(zhì)時(shí)期的海面變化18

②末次冰期及冰后期全新世海面：我國(guó)鄰海在距今1.8～1.7萬(wàn)年，海面開始上升。開始時(shí)，海面上升速率為8-10mm/a，約在1.5-1.05萬(wàn)年BP海面上升有所變緩，局部甚至出現(xiàn)海面下降，但自1.05萬(wàn)年以來又恢復(fù)了快速上升。這次海面快速上升是近代最重要的地質(zhì)事件之一。海面快速上升持續(xù)到約距今7ka，然后趨于穩(wěn)定。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（1）地質(zhì)時(shí)期的海面變化19②末次冰期及冰后期全新世海面：自上世紀(jì)70年代以來,發(fā)表的全新世10.5kaB.P.以來海面變化曲線足有20-30條,有代表性的有三條。多數(shù)人認(rèn)為：自7kaBP以來，至少在5kaBP左右的時(shí)候海面曾高于現(xiàn)今海面，稱其為中全新世高海面。但是，也有人認(rèn)為所謂高海面所形成的那些階地是暴風(fēng)浪作用的產(chǎn)物或?yàn)榫植楷F(xiàn)象。全新世海面變化曲線4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（1）地質(zhì)時(shí)期的海面變化20②末次冰期及冰后期全新世海面：圍繞中全新世是否存在高海面的爭(zhēng)論持續(xù)了十多年。1976年Morner把現(xiàn)代大地水準(zhǔn)面起伏不平的概念引入海面變化，他認(rèn)為由于各地地球重力場(chǎng)的不同，引起大地水準(zhǔn)面的起伏變化，后來該觀點(diǎn)得到衛(wèi)星測(cè)高的證實(shí)。另外，冰蓋消長(zhǎng)所引起的地殼均衡運(yùn)動(dòng)也使得各地海面的升降不一。因此，到上世紀(jì)80年代，人們逐漸認(rèn)識(shí)到：各地資料建立的全新世海面變化曲線只能代表當(dāng)?shù)睾Ｃ孀兓^程，而不具全球性。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（1）地質(zhì)時(shí)期的海面變化21

②末次冰期及冰后期全新世海面：根據(jù)陸架海底貝殼、沼澤黑泥、海灘巖以及陸相生物化石的14C法測(cè)年資料，繪制出了過去4萬(wàn)年海面變化曲線，該曲線較好地反映了末次冰期盛冰期前后我國(guó)鄰海海面變化的歷史。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（1）地質(zhì)時(shí)期的海面變化22②末次冰期及冰后期全新世海面：1978年Clark等把全世界分成6個(gè)區(qū)，有的區(qū)域中全新世有高海面，有的區(qū)域沒有，這就有力地解釋了上述沿海階地爭(zhēng)論的問題。各地區(qū)在全新世都存在一條適用于當(dāng)?shù)氐暮Ｃ孀兓€，這對(duì)于解決各地區(qū)地質(zhì)演化史和海岸與海底上的工程建設(shè)都具有重要的指導(dǎo)意義。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（1）地質(zhì)時(shí)期的海面變化23地質(zhì)時(shí)期的海面數(shù)據(jù)大都依靠沉積物樣品的14C等方法測(cè)年，存在有一定的誤差。根據(jù)驗(yàn)潮資料所得到的海面資料應(yīng)該能更好地反映海面變化的實(shí)際情況。世界上較早的驗(yàn)潮站為荷蘭阿姆斯特丹站，建立于1682年，驗(yàn)潮記錄表明1725－1770年間海面以現(xiàn)代速率上升，1800－1850年海面下降，但隨后又繼續(xù)上升。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（2）驗(yàn)潮時(shí)期的海面變化24

由于各驗(yàn)潮站資料所反映的海面升降受所在陸地升降的影響，為了消除區(qū)域性因素的影響，Gornity(1982)根據(jù)世界700余個(gè)驗(yàn)潮站記錄以1940年海面做零，繪制了1880-1980年的全球海面變化曲線。近百年全球海面以波動(dòng)式上升，平均速率為1.2±0.1mm/a。這種上升大部分可解釋為地球氣溫升高引起的海洋上部的熱膨脹和海水量的增加所導(dǎo)致的。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化——（2）驗(yàn)潮時(shí)期的海面變化25

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化小組（IPCC）1995年的報(bào)告認(rèn)為：在過去的100年海面上升了10～25cm。在未來一段時(shí)間里由于溫室效應(yīng)，海水溫度將上升的更快，海面上升速率也將進(jìn)一步增加。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化26

根據(jù)IPCC1995年的估算，到2050年全球海面將上升20cm，2100年為49cm。總之，事實(shí)已證明在21世紀(jì)海面上升的速率將明顯高于過去近百年的速率，這將極大地影響人類生存的地球環(huán)境。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)1、海面變化全球海平面變化(過去2000年:0.0-.02mm/a；1870–1890:0.6mm/a;1990–2008:3.0mm/a）27

在晚第四紀(jì)的若干萬(wàn)年里，海面曾因氣候的大幅度冷暖變化而升降百余米或更多，引起海岸位置在平面上往返遷移數(shù)十或數(shù)百公里。海侵和海退使近海動(dòng)力過程、海岸與海底地形地貌和陸架沉積層序均發(fā)生了根本性的變化。2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)4.6海面變化及其海岸響應(yīng)282、海面變化在海岸帶的響應(yīng)4.6海面變化及其海岸響應(yīng)

若海面上升170m，世界上將約有15%的陸地面積被淹沒；若海平面下降120m,則世界大陸架將幾乎全部裸露，占全球面積的5%左右，或者說將有7%左右的海洋成為陸地。29海面降低，岸線外移，河流穿過先期形成的大陸架，把沉積物直接輸送到陸架外緣；海面上升，岸線后退，海岸遭受侵蝕，淹沒原來的海岸帶平原。2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)4.6海面變化及其海岸響應(yīng)30海岸帶最重要的動(dòng)力特點(diǎn)是隨著波浪變形的加強(qiáng)，波能愈加增強(qiáng)，直到破浪。近岸帶是一個(gè)粗粒碎屑沉積帶，若海面較長(zhǎng)時(shí)期地連續(xù)下降（或上升），海岸帶就隨之遷移。在地質(zhì)歷史中，若海平面經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期的穩(wěn)定，就會(huì)在當(dāng)時(shí)的海岸線附近形成古岸線（帶）。2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——（1）陸架上的古海岸帶4.6海面變化及其海岸響應(yīng)31在距今20Ka左右的盛冰期時(shí)，全球海面比現(xiàn)在下降了約100多米，而且在那里穩(wěn)定的時(shí)期較長(zhǎng)（至少6－7Ka），從而形成了世界上廣泛分布的盛冰期古岸線(帶)。這種現(xiàn)象在中國(guó)東海陸架外緣表現(xiàn)得尤為明顯。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——（1）陸架上的古海岸帶32

在我國(guó)東海陸架外緣水深約120±5m處保存了寬約100余公里富含近岸帶動(dòng)物貝殼及其碎屑和海岸帶生態(tài)有孔蟲殼的砂礫質(zhì)沉積帶，14C年齡均在距今2萬(wàn)年左右。它們是盛冰期海岸的岸堤、沙壩、瀉湖及河口三角洲等的綜合沉積體。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——（1）陸架上的古海岸帶33

在我國(guó)黃、東海-45±5m水深處還存在有一定寬度的砂質(zhì)古海岸沉積帶，按14C測(cè)年，應(yīng)是冰消期里新仙女木期(10.5-11.5kaBP)的古海岸帶。目前長(zhǎng)江口外的大片揚(yáng)子淺灘就屬于這一古海岸帶。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——（1）陸架上的古海岸帶34

這兩條古岸線（水深：120m和45m)之間的東海陸架區(qū)是距今約4－5ka及10.5－7ka期間海面快速上升時(shí)期的沉積，由于上升速率較大，陸架上沒有保存下較寬的古海岸線遺跡。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——（1）陸架上的古海岸帶352、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——（1）陸架上的古海岸帶4.6海面變化及其海岸響應(yīng)36

陸架沙脊是水深10—100余米處分布的砂質(zhì)地貌。由分選較好的細(xì)、中砂組成，歐洲北海，美國(guó)東部和我國(guó)黃、東海均有廣泛分布。陸架水下沙脊又稱潮流沙脊，有些沙脊是現(xiàn)在潮流沉積的產(chǎn)物，但大部分陸架沙脊是海面變化的產(chǎn)物。2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——(2)陸架沙脊4.6海面變化及其海岸響應(yīng)37

在中國(guó)東海陸架，廣泛發(fā)育有沙脊地貌，分布在水深數(shù)十米到百米的范圍內(nèi)。就現(xiàn)今的水動(dòng)力條件而言，潮流流速不可能塑造出如此宏觀的沙質(zhì)地貌。因此，他們應(yīng)該是低海平面時(shí)，近岸強(qiáng)潮流條件下的產(chǎn)物。2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——(2)陸架沙脊4.6海面變化及其海岸響應(yīng)38

海面是河流最終消能的基面，當(dāng)海面下降速率大于河流沉積速率時(shí)，河水的溯源侵蝕作用響應(yīng)海面下降而使河床切深，只要河流有一定流量，就可切出深河谷。目前保留的最顯著的峽谷是哈德遜峽谷，哈德遜峽谷橫穿大陸架并切入大陸坡，它代表盛冰期海岸線位于陸架邊緣時(shí)，哈德遜河流所流經(jīng)的路徑。2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——(3)河口三角洲4.6海面變化及其海岸響應(yīng)39

我國(guó)錢塘江在盛冰期低海面時(shí)河床下切到－80m（張桂甲，1998）。當(dāng)時(shí)的長(zhǎng)江河床下切到－100m以下（李從先，1992）。在冰消期和冰后期里，海面又迅速上升，河流下游的溯源沉積作用隨基面上升而增強(qiáng)，河流和海洋的泥沙又順次充填了深切河谷。若充填物不多（相對(duì)于海面上升）的古河口，就形成了現(xiàn)代的溺谷或三角港。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——(3)河口三角洲40

大量的地球物理探測(cè)（淺地層剖面）表明，在最后一次冰期最低海平面時(shí)，我國(guó)的黃河與長(zhǎng)江很可能穿過了現(xiàn)今的陸架，到達(dá)陸架外沿，并在那里形成三角洲沉積體系。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——(3)河口三角洲41

在冰消期和冰后期里，海面迅速上升，先期低海面時(shí)形成的河道被淹沒，部分被被沉積物所充填。當(dāng)海平面快速上升時(shí)，未被沉積物充填的古河道便成為陸架上峽谷地貌（古河道）。4.6海面變化及其海岸響應(yīng)2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——(3)河口三角洲42

在海面穩(wěn)定或緩慢下降的條件下，波浪作用可以形成平行海岸分布的沙壩，壩內(nèi)為瀉湖。先期低海面時(shí)形成的沙壩在海面緩慢上升時(shí)可逐漸向岸遷移，持續(xù)的向陸遷移可使沙壩地層覆蓋于瀉湖粘土地層之上；若海面上升較快，則可能淪為地質(zhì)上的障壁島(barrier)，即岸外壩或離岸壩。2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——(4)沙壩沉積4.6海面變化及其海岸響應(yīng)43

（5）海灘——海灘是陸海界面特有的沉積體，隨海面的升降，海灘也分別作向陸或向海的遷移。若在一段時(shí)間內(nèi)海面快速上升，海灘也會(huì)被淹沒，成為與現(xiàn)代沉積環(huán)境不相適應(yīng)的沉積體，例如中國(guó)東海外陸架廣泛發(fā)育的“殘留沉積”或“殘余沉積”。2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——（5）海灘4.6海面變化及其海岸響應(yīng)444.6海面變化及其海岸響應(yīng)殘留沉積區(qū)殘余沉積區(qū)2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——（5）海灘454.6海面變化及其海岸響應(yīng)2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——（5）海灘Bruun(1962）根據(jù)在美國(guó)佛羅里達(dá)海灘觀測(cè)到的資料建立了海面上升和海岸線后退的模式，稱為bruun法則，即：R=SL*(B+h*)-1式中：R－岸線蝕退距離S－海面上升值

L*和h*－海灘沙在浪場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的寬度和深度

B－灘肩或侵蝕沙丘的垂直高度；簡(jiǎn)化后公式為：R=Stanθ-1Tanθ為海灘剖面的平均坡度。464.6海面變化及其海岸響應(yīng)2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——（5）海灘474.6海面變化及其海岸響應(yīng)2、海面變化在海岸帶的響應(yīng)——（5）海灘

通常情況下，沙質(zhì)海岸海灘的坡度為tanθ=0.01-0.02（淤泥質(zhì)海岸要小得多），則可得到R=50S至100S，即海面上升1cm，岸線后退0.5-1.0m。

Bruun（1962）法則在平衡剖面上部隨海面上升岸線向陸遷移的理論預(yù)測(cè)是對(duì)的，但若按Bruun公式計(jì)算岸線遷移量是不行的，這是由于海灘發(fā)育由初期達(dá)到平衡需要一個(gè)過程，海灘對(duì)海面升降的響應(yīng)除了滯后性之外還具有明顯的區(qū)域性和海岸泥沙運(yùn)動(dòng)的多向性。48第4章小結(jié)（1）海岸帶是指海浪開始作用海底的水深處到海水所能影響到的陸岸地區(qū)。在一些特殊的研究中，有時(shí)把海岸帶的范圍擴(kuò)展到陸架外沿。海岸帶主要分為河口三角洲海岸、砂礫質(zhì)海岸、粉沙淤泥質(zhì)海岸、巖石海岸、生物礁海岸。49第4章小結(jié)（2）海岸帶是陸海相互作用的地帶，往往也是人類活動(dòng)劇烈、社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭地帶。因此，海岸帶的研究至為重要。開發(fā)、保護(hù)、研究海洋，目前重點(diǎn)仍在海岸帶，其中河口三角洲海岸“首當(dāng)其沖”。50第4章小結(jié)（3）河口三角洲位于巖石圈、生物圈、大氣圈、水圈密集交匯的地帶。河口是河流將包括人類活動(dòng)在內(nèi)的陸地流域信息輸入海洋的主要途徑，直接影響著鄰近海域乃至邊緣海的環(huán)境及沉積模式。根據(jù)入海河流與河口海洋動(dòng)力條件的相對(duì)強(qiáng)弱，河口分為鹽水楔河口、部分混合河口和充分混合河口。幾個(gè)重要概念：切變峰、最大混濁帶、高密度流、三角洲沉積體系等。51