第四纪研究  2016, Vol.35 Issue (1): 44-56   PDF    
海南陵水沙坝-潟湖海岸晚更新世以来沉积环境演化
李晓岸, 殷勇 , 贾培宏, 曹小月    
(南京大学地理与海洋科学学院, 南京 210023; 南京大学中国南海研究协同创新中心, 南京 210023; 南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室,南京 210023)
摘要    利用陵水沙坝-潟湖获得的钻孔, 通过沉积相分析, 共划分出5个沉积单元, 从上到下为U1、U2-1、U2-2、U3和U4, 它们分别对应海岸沙丘相、浅海海湾相、滨岸相、冲积平原相和潟湖相。结合钻孔对比和AMS-14 C 测年, 恢复了研究区晚更新世以来的沉积环境演化。末次冰期间冰期海平面上升, 研究区部分被淹, 发育海陆过渡潟湖环境; 末次冰期极盛期, 气候变冷、海平面下降, 研究区暴露, 发育下切河谷, 洪水泛滥在河谷间形成冲积平原; 冰后期海水初次淹没, 研究区成为滨岸环境; 全新世高海面阶段, 研究区成为浅海海湾, 珊瑚一度繁盛。波浪携带泥沙于湾口岛屿背后的波影区形成水下沙坝, 于湾顶区形成沙嘴, 两者相向生长, 最后联结成为统一的连岛沙坝, 分割黎安和新村潟湖。3000年后, 随海平面波动上升, 连岛沙坝露出水面, 被海岸沙丘覆盖, 最终形成现代沙坝-潟湖地貌形态。
主题词     沙坝-潟湖海岸    沉积相    沉积环境    钻孔对比    海南    
中图分类号     P736.14;P737.1                    文献标识码    A

1 引言

潟湖是通过障壁岛(或称沙坝)与外海分离的浅水体,通常由一个或多个口门与外海相联系。沙坝- 潟湖海岸是世界重要的海岸地貌类型,在世界范围内广泛分布,如澳大利亚依亚瓦拉沙坝- 潟湖海岸[1] 、 巴西南部沿岸沙坝- 潟湖海岸[2] 、 中国山东沿岸沙坝- 潟湖海岸[3] 、 海南岛东海岸小海沙坝- 潟湖海岸[4] 等。20世纪60年代至20世纪末,沙坝- 潟湖海岸的成因及长周期环境演化一度成为海岸带研究的热点。有学者认为4400年来海侵速率下降,控制着沙坝- 潟湖海岸的演化[5] 。控制沙坝- 潟湖形成和维持的主要因素有3个[6] :1)海 平面升降; 2)滨 面水动力; 3)潮 差。海平面上升有利于沿岸沙坝的形成,潟湖在这个时期是十分常见的,海面下降,潟湖数量相对减少。通过澳大利亚新南威尔士博乐湖海岸的14个钻孔和浅地层剖面的分析对比,研究者提出了该区过去7800a的沉积演化模式[7] 。国内对沙坝- 潟湖海岸的成因及长周期环境演化研究始于20世纪80年代,对我国东部沿岸若干沙坝- 潟湖体系的沉积特征、 发育过程及发展方向[8] 进行了探讨,典型例子有山东沿岸沙坝- 潟湖成因[3] 、 粤西水东湾沙坝- 潟湖海岸演化[9] 、 黄海西岸山东琅琊台北双重沙坝- 潟湖的成因和演化[10] 。近年来,由于海岸带环境保护和资源开发等需要,沙坝- 潟湖海岸的成因及长周期演化已经成为我国海岸带研究的重要组成部分。

海南省陵水双潟湖位于海南岛东南部,由新村潟湖和黎安潟湖组成,两潟湖被一条南北走向的连岛沙坝相隔,由于入湾河流较少,形成两个完全为潮汐所控制的近封闭的天然潟湖。新村和黎安潟湖分别以西南和东南狭窄口门与南海相连,构成典型的沙坝- 潟湖型潮汐汊道体系。从目前来看,陵水沙坝- 潟湖海岸的沉积环境研究比较薄弱,无法对沙坝和潟湖的演化和成因给出正确的解释。 本文选取在连岛沙坝南侧LDB02孔沉积物钻芯作为主要研究对象,旨在通过钻孔沉积相分析,辅以粒度数据,并通过与连岛沙坝北侧LDB01孔[11] 、 鹿回头L1孔[12] 以及文昌木椎剖面[13] 的对比,建立晚更新世以来陵水沙坝- 潟湖海岸的沉积序列,揭示沙坝- 潟湖海岸的长周期演化和成因,丰富我国沙坝- 潟湖海岸研究实例,也为陵水海岸带资源开发提供科学依据。

2 区域背景 2.1 海岸及海底地貌

陵水海岸带由两个腹背相依的潟湖组成,西侧较大的称为新村潟湖、 东侧较小的称为黎安潟湖,两潟湖被南北走向的连岛沙坝分割。由于双潟湖的存在,形成了海南岛东南部独具特色的沙坝- 潟湖海岸(图1)。新村潟湖东西长5.5km,南北宽4.5km,水域面积为19.43km2,全湾岸线总长20.41km。口门宽250m,南部有南湾半岛作为天然屏障[14] 。湾内水深具有边浅中深、 南深北浅的特点。口门平均水深5.7m,最大水深11.2m,但口门外有拦门沙,使水深变浅,影响航行[14] 。黎安潟湖长约4.39km,最宽处约2.82km,水域面积约7.92km2,通过一条宽约60m的口门与南海相通[15] ,是一个不规则的典型的口小腹大的潟湖(图1)。

图1 研究区位置及钻孔位置图 Fig.1 Map showing study area and coring and sampling locations

潟湖周围被低山丘陵、 海岸阶地、 潟湖平原以及海岸沙坝所环绕。潟湖北部被东高岭,南部被南湾岭、 平头山和六量山等侵蚀中、 高丘包围,老猫岭作为侵蚀残丘位于黎安潟湖口门东侧(图1图2)。海积阶地分布在走客岭以南的连岛沙坝(图2图3a 和3b),以及新村潟湖北部部分陆地。其高程为10-28m,顶面平坦,前缘有陡坡,组成物质为更新世细砂。潟湖平原主要分布在两潟湖以北,地面平坦,高程在10m以下,主要由全新世粘土质粉砂和细砂物质组成,沉积物中含有贝壳碎屑及珊瑚碎屑等生物残骸。沿岸沙坝分布在新村潟湖的西侧、 黎安潟湖东侧和南侧(图2图3c),由全新世中粗砂组成,高度在10m以下,个别地段由于受到风沙堆积,高度有所增加。

图2 研究区地貌图(改编自文献[16] Fig.2 The landforms of study area,modified from reference[16]

两潟湖海底地貌包括潮间带浅滩、 水下堆积平原、 潮流三角洲以及珊瑚礁平台(图2)。潮间带浅滩分布在两潟湖周围高、 低潮之间,滩坡平缓,宽度在100-500m之间,新村潟湖潮间带浅滩的宽度要大于黎安潟湖。组成潮间带浅滩的沉积物多为细砂,并混有大量的生物碎屑。

水下堆积平原位于潟湖中部,水深在0m以下,地形平坦(图2)。两潟湖沉积物粒级差异较大,新村潟湖以砂和粉砂为主,粘土含量较少。而黎安潟湖以粉砂为主,粉砂含量高达78.3%-92.3%,从南向北有增加趋势; 砂和粘土含量较低,砂含量在1.9%-9.1%之间,从北向南含量逐渐增加,越靠近口门含量越高,与口门附近潮流动力增强有关。粘土含量在6.4%-7.7%之间,含量变化不大1) 1)数据由南京大学硕士毕业生张响提供。

潮流三角洲分布在口门潮汐通道两端(图2),新村潟湖以落潮三角洲发育最为完善,外形上呈不对称扇形,外缘抵2m等深线,由粗中砂组成。两潟湖涨潮三角洲均发育在潮汐通道北侧,由细中砂组成。珊瑚礁平台分布在新村潟湖北部,表面平坦,部分已经被泥沙掩埋。主要有沙珊瑚、 环形珊瑚、 鹿角珊瑚、 蔷薇珊瑚和牡丹珊瑚等属种,但目前均已死亡,潟湖内再难以觅得活珊瑚的踪迹。

目前潟湖内0-3m水深海域海草床发育较好,海菖蒲为海草优势种。海草床附近有零星的红树林分布(新村潟湖桐溪港)。潟湖内有对虾、 黄斑篮子鱼、 飞白枫海星、 刺冠海胆等多种水生生物[17]

新村和黎安潟湖已受到人类活动的普遍影响,在潟湖四周广布水产养殖池塘,潟湖内则有大量的鱼排(图2图3d)。近年来,由于养殖规模的扩大,鱼塘和虾塘排出的废水对潟湖水环境产生严重污染,原先在20世纪60-70年代还零星分布的活珊瑚均已死亡。另外,鱼排投放的饵料以及鱼的排泄物直接进入潟湖,增加了底泥中的有机质含量,对底泥构成污染。

图3 研究区典型地貌图 (a)港仔东南海岸阶地;(b)走客岭南公路边海岸阶地; (c)黎安潟湖西侧海岸沙坝;(d)新村潟湖北部湾顶桐栖港养殖池塘 Fig.3 Typical landforms of the study area
2.2 气候与气象

研究区地处热带岛屿性季风气候区,干湿季分明,夏秋多雨,冬春干燥。年平均气温25.2℃,最冷月为1月,平均气温19.8℃,最热月为6月和7月,平均气温28.0℃。年平均雨量为1500-2500mm,主要集中在每年的8-10月份。但由于受岛屿性季风的影响,平均每年受3-5次台风的袭击,最大风力达12级,风速40m/s 。冬季盛行东北风,夏季盛行西南风,强风向为东北风向,年均风速2.4m/s ,10月风速最大,风向为东北东向。

2.3 波浪和潮汐

由于缺少新村和黎安潟湖波浪的实测资料,故采用海南东南岸海域的波浪信息。受季风影响,南海波浪特征结构呈现明显的季节变化[18] 。冬季受东北季风影响,研究区外围海域波浪以NE-SW走向为主,有效波高1.5m左右。夏季受西南季风影响,波向以偏北向为主,有效波高较小,仅1m左右[19] 。南海一年四季均有台风活动,7-10月是台风的盛季,台风在南海登陆时,研究区外围可形成波高>2 m 的中浪[20]

研究区潮汐是由太平洋潮波经巴士海峡进入南海所致,类型为以日潮为主的不规则混合型潮波,涨潮历时略大于落潮历时,涨潮流速小于落潮流速。2013年8月1日至2013年9月1日在海南新村和黎安潟湖口门及湾中放置验潮仪,观测双湖一个月内的潮位变化。以当地平均海平面为基面,新村潟湖口门潮差1.61m,平均潮差0.87m; 湾中最大潮差1.28m,平均潮差0.98m。黎安港口门处最大潮差1.06m,平均潮差0.66m; 黎安港湾中最大潮差1.09m,平均潮差0.68m。因此,研究区属于弱潮差海区。

3 采样和研究方法

2013年8月,南京大学对海南省陵水双潟湖进行了大规模的综合调查,获得了地貌、 海洋水文、 沉积动力、 沉积地层和海洋生物方面的大量数据。采用200型旋转式水文钻机在研究区范围内获得进尺在31.6-34.6m之间的2根长沉积物钻芯,分别为LDB01孔(18°26.07′N ,110°02.184′E) 和LDB02孔(18°25.018′N ,110°02.338′E) (图1)。LDB02孔为本文重点分析钻孔,位于连岛沙坝东南部(图1),孔口高程1.911m,钻孔直径75mm,钻孔进尺31.6m,取得钻芯长度15.58m,取芯率49.3%。LDB01孔[11] 以及海南鹿回头半岛的L1[12] 、 海南文昌的木堆剖面[13] 被用来进行地层对比,以确定研究区的地层结构,恢复环境演化。 在新村潟湖西侧港圮村、 朝梅村和北侧桐溪港潟湖平原采集到5件珊瑚样品,分别为GYHK(18°26.075′N ,109°59.213′E) 、 TQGE(18°26.606′N ,110°01.655′E) 、 CM-01(18°26.314′N ,109°58.969′E) 、 CM-02(18°26.446′N ,109°58.749′E) 和CM-03(18°26.790′N ,109°58.449′E) (图1表1),用于测定潟湖珊瑚礁发育年代以及全新世高海面海岸位置。

表1 LDB02孔及地表珊瑚样AMS 14 C 测年数据(由Beta实验室测试) Table 1 AMS 14 C datings of the core LDB 02 and coral debris(analyzed by Beta analytic)

沉积物钻芯运回实验室后纵向剖开,一半作为保留芯存档,一半作为工作芯用于实验室分析。对钻芯进行描述,包括岩性、 颜色、 颗粒粒径、 沉积结构、 古生物化石、 成岩结核、 上下层接触关系和沉积序列等,照相,并根据研究目的进行分样和采样。

粒度采样间隔为5cm,LDB02孔共采集样品296个。粒度测量在南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室进行,测量仪器为英国生产的Mastersizer 2000激光粒度仪。粒径测量范围为0.02-2000μm,粒径分级间距0.25。向装有0.2-2.0g左右样品的小烧杯中加入浓度为30 g/L 的六偏磷酸钠溶液,浸泡24小时,待样品充分分散后,全样上机进行测量,重复测量误差<3% 。测量后电脑自动保存粒度数据,输出数据后用Folk和Ward[21] 公式计算粒度参数。

LDB02孔未见到钙质生物壳体,仅在钻孔上部和下部发现两个炭屑样,送美国Beta实验室进行测年,5件珊瑚样品也一并送Beta实验室(表1)。14 C 年龄由Beta实验室用Calib Rev.5.0.1 软件1) 1)http://calib.qub.ac.uk/校正到日历年龄,ΔR值从海洋碳校正数据库获得。表1 列出了惯常年龄、 校正年龄的内插值以及2σ校正年龄(95%的置信度),本文采用内插年龄值进行讨论。

4 钻孔沉积单元和沉积相

根据沉积相组合和主要的地层不连续界面,将LDB02孔地层从上到下共划分出5套沉积单元,分别记为U1、 U2-1、 U2-2、 U3和U4(图4图5):

(1)U4单元(潟湖相): 该沉积单元位于LDB02钻孔深20.2-31.6m处,厚11.4m,以灰黑色含粘土细砂为主,中部夹灰黑色粘土层。粘土层质密,近底部零星分布炭屑组成的小团块(图4图5)。未见层理,也未见有孔虫。该单元中下部的27.02m处所含炭屑的 14 C 测年为 44790± 520 cal.a B.P. (表1)。同期海南文昌木堆剖面[13] 以及三亚鹿回头半岛L1孔[12] 均显示潟湖至河口环境。通过钻孔和地层剖面对比,推测研究区为潟湖环境较为合适,由于缺乏指相意义的生物化石以及钻孔数量不足,以后仍需进一步研究。

图4 研究区LDB02孔沉积物图片 U1(芯长0-1.40m)海岸沙丘相,细砂,均质无层理; U2-1(芯长1.40-5.32m)浅海相,黄灰细砂层,均质无层理,偶见黑色炭屑; U2-2(芯长5.32-7.14m)滨岸相,中黄棕色细砂与粘土混合层; U3(芯长7.14-9.58m)冲积平原相,中橘红色花斑状粘土层,夹细砂团块,典型的 氧化环境; U4(芯长9.58-15.58m)潟湖相,灰黑色含粘土细砂层,偶夹炭屑。长度指芯长 Fig.4 Photographs of the core LDB02

图5 LDB02孔沉积物综合柱状图 图中clay=粘土; si=粉砂; vfs=极细砂; fs=细砂; ms=中砂 Fig.5 Synthesized geologic column of the core LDB02

U4单元平均粒径在2.599-6.510之间波动,均值为4.566(图6表2)。沉积物主要以砂和粉砂为主,分别占48.5%和45.9%。分选系数在1.776-3.187之间变化,均值为2.535,分选性差; 偏态为-0.270 -0.830,分布范围广,平均值0.220,既有负偏又有正偏; 峰态在0.660-2.631 之间波动,分布范围大,均值为0.867,属宽峰态类型(表2)。频率曲线为双峰,粗颗粒众数为2,细颗粒众数为7(图7a)。

(2)U3单元(冲积平原相): 该单元出现在LDB02孔深17.3-20.2m,主要为中橘红色偶夹黄棕色粘土质粉砂层,局部夹浅黄橙色斑状、 团块状细砂,前者致密、 硬度大,后者呈透镜状分布(图45)。颗粒粒径具有向上变细的趋势(图6)。未发现有孔虫。根据沉积物呈氧化色调以及不含有孔虫化石,推测为陆地暴露环境下的山前冲积平原相堆积。该沉积单元从外貌以及沉积层位,非常类似于华南沿海地区的花斑状粘土层[22] ,后者属于晚更新世末低海面时期陆地暴露的产物。

图6 研究区LDB02孔粒度参数随深度变化曲线 Fig.6 Variation of grain size parameters with depth of the core LDB02

沉积物主要以粉砂为主,约占60.2%(图6)。平均粒径在4.207-6.997之间波动,均值为5.835(表2)。分选系数在2.026-2.981 之间变化,均值为2.697,分选性差; 偏态为-0.272 -0.639,平均值-0.073 ,大部分为负偏或近对称; 峰态在0.665-1.399 之间波动,均值为0.973,属中等峰态类型(表2)。频率曲线为双峰,粗颗粒众数为2.3,细颗粒众数为7(图7b)。

表2 研究区LDB02钻孔粒度参数 Table 2 Grain size parameters of the core LDB02

(3)U2-2单元(滨岸相): 该单元出现在孔深15.2-17.3m,为中黄棕色细砂与粘土混合层,中部夹浅灰细砂层(图4图5)。颗粒粒径有向上变细的趋势(图6)。未发现有孔虫。该沉积单元的特点是细砂层中混入花斑状粘土团块,后者来自于波浪对下伏地层的侵蚀。根据该沉积单元与下伏粘土层的接触关系,推测为冰后期海侵初期的沉积物,波浪一方面从外海带入细砂层,另一方面又改造下伏地层,使得砂和粘土团块混合在一起形成滨岸相堆积。

沉积物主要以砂为主,约占63.7%(图6)。平均粒径在2.152-5.209之间波动,均值为3.628(表2)。分选系数在1.145-3.407之间变化,均值为2.454,分选性差; 偏态为0.034-0.752,平均值0.637,大部分为极正偏; 峰态在0.692-3.174 之间波动,变化幅度大,均值为1.461,宽- 中等峰态(表2)。频率曲线为双峰,粗颗粒众数为2.2,细颗粒众数为6-7(图7c)。造成双峰的原因是波浪从外海带来一部分细砂,又改造下伏花斑状粘土层带来一部分细颗粒物质。

(4)U2-1单元(浅海相): 该单元出现在孔深3.0-17.3m,主要以黄灰夹浅橄榄灰色细砂为主,均质无层理(图4图5)。颗粒粒径上下均一,没有明显的粒度变细或变粗的变化(图6)。顶部浅橄榄色细砂层中偶见炭质碎屑,在3.12m处所获 14 C 年龄为 7590± 40 cal.a B.P. (表1)。该单元沉积物中未发现有孔虫。

沉积物主要以砂为主,约占90.5%(图6)。平均粒径在1.228-3.161之间波动,均值为2.129(表2)。分选系数在0.572-1.993之间变化,均值为1.188,分选性较差; 偏态为-0.192 -0.486,平均值0.351,属极正偏; 峰态在0.919-3.655之间波动,分布范围大,均值为2.774,属很窄- 非常窄峰态类型,表明粒度分布集中(表2)。频率曲线为单峰,尖陡,众数为2(图7d)。

图7 研究区LDB02孔沉积物频率曲线 (a)潟湖相; (b)冲积平原相; (c)滨岸相; (d)浅海相; (e)海岸沙丘相 Fig.7 Frequency distribution curves of the core LDB02

(5)U1单元(海岸沙丘相): 该层序出现在孔深0-3.0m处,主要由浅黄橙色细砂组成,均质无层理,往下颜色变为浅橄榄至深棕色,混有少量中砂(图4图5)。颗粒粒径均一,没有明显的粗细变化,仅底部因含中砂变粗(图6)。双目镜下见少量植物碎屑,无有孔虫。根据颗粒均一和分选性好的特点,推测为海岸沙丘相。浅黄橙色可能为受雨水淋溶作用造成。

沉积物主要以砂为主,约占87.0%(图6)。平均粒径在1.954-4.605之间波动,均值为2.414 (表2)。分选系数在0.580-3.269 之间变化,均值为1.120,分选性较好,在整个钻孔里面属于最好的。偏态为-0.153 -0.619,平均值0.212,属正偏; 峰态在0.761-2.074 之间波动,分布范围大,均值为1.540,属窄- 很窄峰态类型,表明粒度分布集中(表2)。频率曲线为单峰,尖陡,众数为2(图7e)。

5 讨论 5.1 钻孔对比与年代控制

将LDB02钻孔与海南岛东岸文昌市木堆村剖面[13] 和鹿回头半岛L1孔[12] 进行了对比(图8),为重建晚更新世以来研究区沙坝- 潟湖海岸的沉积环境演化提供年代依据。

图8 LDB02与鹿回头L1孔[12] 和海南木椎剖面[13] 对比图 Fig.8 Stratigraphic correlation between cores LDB02,Luhuitou L1 and Mudui profile in Hainan Island

LDB02钻孔U4单元中下部沉积物 14 C 的校正年龄为 44790± 520 cal.a B.P.,为晚更新世阶段沉积。珠江三角洲石岐ZK1和ZK2钻孔在底部全风化混合花岗岩与上部花斑状粘土层之间发育 19.2- 23.3m 厚的海相层,14 C 年龄为 45.0- 24.4 ka B.P. [23] ,该海相层可以和U4单元对比。与海南岛鹿回头L1孔对比发现[12] ,U4单元与该孔层序3(14.4-17.2m)灰黄色粘土质砂层沉积面貌非常相似,后者夹薄层粘土,含砾石及贝壳碎屑。层序3被解释成潟湖相沉积,含少量有孔虫(A. tepida、 A. beccari 和Pinfiata),底部年龄为 53424± 2791 a B.P.[12] 。海南岛文昌市木堆村剖面风与河流共同作用的风水两相及古土壤层(相当于花斑状粘土)之下为深灰色潟湖相粘土层,其 14 C 年龄为38700 a B.P. [13] ,该潟湖相粘土层与U4单元也可以进行对比。由于U4单元被上覆花斑状粘土覆盖,顶界年龄不应超过24ka B.P. [22] ,底界年龄受 14 C 测年数据的控制,因此U4单元总体上应该为晚更新世MIS3阶段沉积。这一年代界线也与西太平洋地区婆罗洲东北部MD 98~2198 孔红树林花粉百分含量较高年代相近[24]

LDB02孔U3单元具典型的花斑状粘土特点,花斑状粘土为我国华南沿海(包括海南岛)的标志性沉积,在河口地区(如珠江三角洲)为三角洲露陆,原三角洲- 河口湾相淤泥脱水氧化,低价铁转变为高价铁,土色由灰黑色转变红褐色或黄白相间,形成所谓的花斑状,时代为 24~8 ka B.P. [22] 。同期异相沉积包括河流相砂砾层,一般厚4-5m,间有泥炭土和淤泥堆积,如海南岛东部万泉河口[25] 。另在海南岛文昌木堆可见河流与风成堆积以及覆盖其上的弱砂质古土壤堆积,厚度分别为0.96m和1.20m。河流与风成堆积以中- 细砂为主,浅黄色砂与褐色肠状砂条呈互层状或交错状分布,弱砂质古土壤以中砂和细砂为主,其次为粉砂和粘土,含暗色腐殖质和多个砂质透镜体[13]

LDB02孔U2单元构成从滨岸至浅海的海侵序列(图5)。据华南沿海区域地层资料,8 ka B.P. 前,古海面升至现代海面下20m处,古海岸线附近普遍发育古沿岸沙堤、 古三角洲、 古连岛沙坝、 古河口砾石、 古牡蛎、 潮间带贝壳等[22] ,U2-2单元可与该阶段沉积对比,堆积年代应早于8 ka B.P. 。 8~5 ka B.P. ,华南沿海普遍发生海侵,称为桂洲海侵,海面上升的高度略超过当今之海面,珠江三角洲广泛堆积了 14 C 年龄为 8000~3500 a B.P. 的桂州组海侵层[22]

在海南岛沿岸由于海平面的上升,在高海面期间广泛发育珊瑚礁,据海南岛三亚市鹿回头原生礁推算海面至少高出现今海面4m以上[22] 。在高海面期间,海南岛沿海潟湖广泛被淹,发育浅海海湾,研究区当时即处于此种环境,因此推测U2-1应为此期间浅海海湾环境下堆积的沉积物。海南岛海岸沙丘是全新世最新事件,普遍形成于3000a以来[26] ,其下伏地层多为海滩砂或海相潟湖,U1单元从沉积结构和沉积序列来看与海南岛海岸沙丘面貌相似,推测应为3 ka B.P. 以来的产物。

5.2 沉积环境演化

通过钻孔对比,揭示出陵水沙坝- 潟湖海岸晚更新世以来的长周期环境演化,可见海南岛东南部沿岸发生了一系列海侵、 海退变化(图9)。

图9 研究区海岸沉积体系演化模式图(LDB01孔资料仅用于钻孔对比,详细分析见文献[11] Fig.9 Sedimentary evolution model of barrier-lagoon coast in study area

U4阶段(>50-24ka B.P.): 随着末次冰期间冰阶的到来,海平面逐渐上升,华南沿海普遍受到海侵,发育青灰色河口湾相淤泥,珠江三角洲地区以及雷州半岛徐闻的钻孔均有相应的海侵记录[22] 。该阶段在海南岛东部和东南部海岸多发育海陆交互相沉积,海南岛鹿回头半岛接受潟湖及河口堆积[12] ,文昌木堆接受潟湖相沉积[13] 。研究区也受到海侵的影响,发育潟湖环境。

U3阶段(24-15ka B.P.): 末次冰期极盛期的到来使全球气候转冷,导致海平面急剧下降,海水退出研究区,据南海北部MD05-2904柱状样高分辨率孢粉记录,末次冰盛期南海陆架大部分出露[27] 。位于南海东部陆架水深106m的陆架四井中发现个别潮间带种类,反映了当时陆架变成了潮间带,海面下降幅度应大于106m[28] 。海平面的大幅下降使研究区成为暴露的陆地,原潟湖中的潮汐汊道发育为下切河谷,目前在浅地层剖面中[29] ,黎安和新村两潟湖发现大量古河谷存在的证据,在潟湖外的陆架区发现下切深度超过80m的古河谷。由于研究区北部为低山丘陵,地势呈北高南低,在暴雨季节山洪爆发,裹挟着砂质团块的洪水顺河谷从北向南倾泻,洪水从古河谷中溢出形成洪积平原。

U2阶段(15-3ka B.P.): 随着冰后期的开始,气候转暖,冰雪大量融化,导致海平面上升。距今大约10ka海平面快速上升,8.75 ka B.P. 全球平均海面上升速度达到最大[30] 。8 ka B.P. 海平面上升至-6 --4m (图10),海水开始影响研究区,出现滨岸堆积(U2-2单元)。7 ka B.P. 海平面又出现急速上升,到5.8 ka B.P. 左右海侵达到最大,当时的海平面位置高出现今6-7m(图10),海南岛全岛沉积了代表广泛海侵的淤泥质沉积,同时原生珊瑚礁在这一时期也得到了快速的发育[31] 。研究区形成浅海海湾环境,据珊瑚测年数据显示,新村潟湖在 6090±40-4950± 30 cal.a B.P. 期间发育珊瑚礁(表1),据最远的珊瑚采样点推算,当时海岸线至少深入陆地2km。在夏季西南季风的影响下,波浪携带的泥沙由湾口向湾顶输运,一部分泥沙在南湾岭、 平头山、 六量山岛后波影区堆积,形成水下沙坝,并由南往北发育; 另一部分泥沙继续向湾顶运移,在湾顶区(走客岭)堆积成沙嘴,并逐渐向南发育(见图2)。 5800~3000 a B.P. 海平面波动下降(图10),同时南部的水下沙坝和北部沙嘴不断向北、 向南生长。

图10 海南岛全新世海平面变化曲线(据文献[31] Fig.10 Holocene sea level changes of Hainan Island,after reference[31]

U1阶段(3ka B.P.-现今):3000a B.P.至今,海平面波动上升(图10)。向北生长的水下沙坝与向南生长的湾顶沙嘴逐渐相连形成连岛沙坝,并最终出露水面,分割原先连在一起的黎安和新村潟湖; 同时黎安潟湖东侧大沙坝接受陵水河携带的泥沙不断向南生长,与老猫岭沙嘴相连,最终将海湾围封成为潟湖,只留下老猫岭口门与南海相通。连岛沙坝露出水面后,不断接受海岸风成沉积物,在沙坝顶部发育厚度超过3m的海岸沙丘。海南岛沿海的沙丘岩和沙堤岩均是在这一时期形成的[25]

黎安和新村潟湖的活珊瑚可一直持续到20世纪60-70年代1) 1)据海南南海热带海洋生物及病害研究所所长陈宏研究员介绍,当时潟湖内有40多个珊瑚属种,并能见到许多细枝易折的珊瑚属种。由于高密度人工养殖、 用炸药炸鱼以及海草的生长,导致海水浑浊度的增加和溶解氧的下降,80年代以来,海底珊瑚已被破坏殆尽,仅剩2、 3种,目前在潟湖海域活珊瑚已难觅踪迹。

6 结论

研究区晚更新世以来经历了潟湖→冲积平原→滨岸→浅海→沙坝- 潟湖一系列复杂的环境演变: 末次冰期间冰阶,海平面上升导致海南岛沿岸广泛海侵,海南岛东南部广泛发育海陆过渡的潟湖及河口环境; 末次冰期极盛期,海平面低于现今超过106m,研究区遭受广泛的陆地暴露,发育深切河谷,接受洪积物,一部分细颗粒物质形成花斑状硬粘土层; 全新世8ka B.P.以后海平面加速上升,研究区复遭海水淹没,大约于5.8ka B.P.前后高海面阶段形成浅海海湾环境,波浪开始将湾口泥沙往黎安、 新村潟湖湾顶输运,在输运的过程中,于南湾岛、 六量山和平头山等岛屿背后的波影区堆积形成水下沙坝,一部分泥沙于湾顶形成沙嘴,水下沙坝和沙嘴相向生长最终连在一起形成分割黎安和新村潟湖的南北向连岛沙坝,3 ka B.P. 以后露出水面并被海岸沙丘覆盖。黎安、 新村潟湖从5-6ka B.P.年前的高海面阶段就开始发育珊瑚礁,珊瑚一度非常繁盛,但20世纪60年代以后由于人为的破坏珊瑚几近绝迹,环境质量开始下降,独特的潟湖内珊瑚生态逐渐被海草床取代。研究显示陵水沙坝- 潟湖海岸的长周期演化受到海平面变化以及沿岸动力地貌的控制,短期对人类活动的响应敏感。

致谢 海南地质勘测队实施了钻孔作业,周亮、 张响、 戴晨、 季云等参加了野外调查,张响、 朱宇驰、 董婷婷、 宗娴、 达飞、 黄先可等参与了室内采样,董婷婷、 宗娴在粒度测试实验中提供了帮助,Beta实验室进行了测年分析,张响提供了黎安潟湖表层沉积物粒度数据,朱宇驰绘制了潟湖地貌图,林文荣绘制了研究区位置及钻孔位置图,审稿专家和编辑部老师提供了建设性的修改意见,谨此致谢。

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THE EVOLUTION OF SEDIMENTARY ENVIRONMENT OF LINGSHUI BARRIER-LAGOON COAST SINCE THE LATE PLEISTOCENE, SOUTHEASTERN HAINAN ISLAND
Li Xiao′an, Yin Yong , Jia Peihong, Cao Xiaoyue    
(School of Geographic and Oceanographic Sciences, Nanjing University, Nanjing 210023; The Key Laboratory of Coast & Island Development of Ministry of Education, Nanjing University, Nanjing 210023; Collaborative Innovation Center of South China Sea Studies, Nanjing University, Nanjing 210023)

Abstract

Xincun and Li-An lagoons are located in Lingshui County, southeastern Hainan Island.A long core of LDB02( 18°25.018'N, 110°02.338'E) was drilled on the tombolo between two lagoons in 2013.The core is 15.58m long with an recovery rate of 49.3 %.A total of 296 samples were collected with interval of 5cm for grain size analysis.Based on the lithology, grain size, sedimentary structures and fossils, five sedimentary facies in core LDB02 has been identified: lagoon, flooding plain, shore, neritic and coastal dune.Meanwhile, five sedimentary units were distinguished and designated as U1, U2-1, U2-2, U3 and U4 in descending order.U4 which occurs between 20.2m and 31.6m consists of dark clayey fine sand, intercalated with dark clay.U4 was interpreted as lagoon facies.U3 occurs between 17.3m and 20.2m.It is composed of jacinth clayey silt, with light yellowish mottled and lumpy fine sand and was interpreted as flooding plain facies.U2 which occurs between 17.3m and 3.0m was divided into two sub-units:U2-2 and U2-1.U2-2 consists of yellowish brown fine sand with clay.U2-1 is composed of yellowish grey fine sand intercalated with light olive fine sand, with no sedimentary beddings.U2-2 and U2-1 were interpreted as shore to neritic facies respectively.U1 occurs between 0m and 3.0m and consists of light jacinth fine sand, with minor mid-coarse grained sand.It was interpreted as coastal aeolian sand dune.

Based on the core correlation with core LDB01 in study area and L1 in Luhuitou and Mudui profile in Wenchang, combined with AMS-14 C datings, the environmental evolution since the Late Pleistocene has been reconstructed.During the interstadial epoch of last glacial stage between 50ka B.P.and 24ka B.P., the study area was partially inundated by transgression and dominated with coastal lagoon environment.Then during 24~15ka B.P.(LGM), the study area was subaerially exposed and an alluvial flooding plain was formed.During 15~3ka B.P.and with the start of postglacial period, the initial transgression altered the study area from a terrestrial environment into a coastal shore environment.When sea level rose to maximum around 6~5ka B.P.during the Holocene transgression, the study area became a neritic environment and coral reefs were flourished.The underwater sand bars began to form behind the islands in baymouth and spits began to grow in bayhead.They prolonged oppositely and finally merged into a tombolo separating the Li-An and Xincun lagoon.After 3000a, the tombolo emerged from the water and received aeolian deposits on top of it.In recent years, due to the impact of human activities, the living coral has disappeared.

Key words     barrier-lagoon coast    sedimentary facies    sedimentary environment    core correlation    Hainan Island