中海大海洋地质学课件第4章河口与海岸-3第十二讲

1海洋地质学(第十二讲）2第四章河口与海岸海洋地质学31、建造海滩的主要动力及海滩沉积的主要特征？2、泻湖环境及其发育历史？3、何谓“沉积滞后效应”？4、生物海岸的主要类型？上讲作业与思考题4第四章河口海岸4.2沙质海岸——1、海滩沉积系列：(1)波浪作用和海滩动力分带

(2)海滩淤蚀动态

(3)海滩沉积

2、沙坝——泻湖沉积体系：（1）沙坝（2）泻湖4.3粉沙淤泥质海岸——1、潮间带沉积动力过程2、碎屑潮坪沉积4.4岩石海岸——1、碰撞海岸2、拖曳海岸3、边缘海海岸4.5生物礁海岸

1、生物海岸的主要类型2、海岸过程中的生物作用5第四章河口海岸引言4.1河口三角洲海岸4.2沙质海岸4.3粉沙淤泥质海岸4.4岩石海岸4.5生物礁海岸4.6海平面变化对海岸地貌的影响

6海面——指某地某时海水的平面。然而，海水并没有一个平坦的面，波浪和潮汐日以继夜的运动，可使海面有数米乃至数十米的起伏。不同季节的平均海面也不相同，这很大程度上是加入了风的因素；各年平均海面的高度也有很大变数，这又加进了构造运动和气候变化等的作用。平均海平面是指某地在某一段时间内的平均海面。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化74.6海面变化及其海岸响应1、海面变化8

研究海面变化就要有一个相对稳定的参考基准面，通常使用大地水准面作为参考系，这是一个假想的全球洋面的光滑面，是连续穿过大陆的平均海平面，也是一个等势面，处处与重力方向垂直。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化9

大地水准面在各地不一。例如，新几内亚大地水准面隆起76m,而马尔代夫大地水准面下凹104m，二者之间相差180m高。所谓的海面只能是某一时段某一地点的海水表面平均高度。海面变化有全球标准和区域标准，即全球海面和相对海面两个概念。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化10引起海面变化的因素很多，如：气温升降，海盆变形，构造运动，陆源沉积和冰川均衡作用等。引起短期海面变化的主导因素是气候的冷暖变化，气温升高不仅造成大陆冰川融化引起海水量的增加而且引起海水膨胀，导致海面上升，第四纪期间，海面升降几乎与气候暖冷变化同步；引起长期海面变化的主导因素是板块构造运动和海盆扩张和收缩。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化11全球海面变化是指全球水准面的升降。地球上某一点(或某一地区）的海面变化是全球海面变化值与当地陆地升降值的代数和。全球海面升降主要考虑气候变化对海平面的影响，时间跨度大，在研究地质时期海面变化时意义重大；某一地区海面的相对变化主要考虑了区域气候、区域构造活动的影响，对人类社会和区域经济有着更为直接和重要的影响。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化12

第四纪（2300万年，BP）以来，地球至少经历了20多个冷期和暖期的交替，冷期和暖期的温差平均可达10～12°左右。这将影响大气环流的变化，生物带的变迁和古地理的演变，也改变了海水蒸发和结冰的物理过程，引起海水体积的变化，从而影响了全球海面的变化。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（1）地质时期的海面变化13

据深海钻探证明，中更新世（12.6万年左右）以来地球经历了8个冷期和9个暖期。冷期，大量海水被封存在大陆冰川中，导致海面下降；暖期，冰川融化入海，导致海面上升。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（1）地质时期的海面变化144.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（1）地质时期的海面变化与地球的冷、暖期相对应，中更新世以来也应有8个海退和9个海侵期。但是，这些海面的反复变化，已经不能使每次变化的遗迹完全保存下来。要想建立中更新世以来的海面升降曲线，迄今的研究方法和技术难以实现。15

①末次间冰期的海面：尽管地质时期里间冰期海岸线的遗迹可以被后期构造运动所改造，但是，使用沉积地层学和年代学的方法，结合地壳的升降运动，仍可以推断出某些历史时期当时的海面高度。最容易或最直接可以得到的当是最后一次冰期以来的海面变化。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（1）地质时期的海面变化16

①末次间冰期的海面：根据对加勒比海巴巴多斯岛珊瑚礁的研究，晚更新世早期（75-125kaBP），末次间冰期出现过三次高海面，分别为122KaBP，103KaBP和82KaBP。这三个年龄相当于末次间冰期里三个暖期（氧同位素曲线5e，5c，5a），122kaBP的当于末次间冰期最暖时期，海面高出现代海面大约6m。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（1）地质时期的海面变化17

②末次冰期及冰后期全新世海面：末次冰期气温较低，海面降低，但也含温暖期，称间冰阶，引起海侵。大约在23-39kaBP，渤海西岸平原称为献县海侵，其范围大约相当于现代的海岸线，对应于氧同位素曲线3期。晚更新世末次冰期盛冰期大约距今2万年左右(氧同位素曲线2期)，海面低到陆架外缘。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（1）地质时期的海面变化18

②末次冰期及冰后期全新世海面：我国邻海在距今1.8～1.7万年，海面开始上升。开始时，海面上升速率为8-10mm/a，约在1.5-1.05万年BP海面上升有所变缓，局部甚至出现海面下降，但自1.05万年以来又恢复了快速上升。这次海面快速上升是近代最重要的地质事件之一。海面快速上升持续到约距今7ka，然后趋于稳定。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（1）地质时期的海面变化19②末次冰期及冰后期全新世海面：自上世纪70年代以来,发表的全新世10.5kaB.P.以来海面变化曲线足有20-30条,有代表性的有三条。多数人认为：自7kaBP以来，至少在5kaBP左右的时候海面曾高于现今海面，称其为中全新世高海面。但是，也有人认为所谓高海面所形成的那些阶地是暴风浪作用的产物或为局部现象。全新世海面变化曲线4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（1）地质时期的海面变化20②末次冰期及冰后期全新世海面：围绕中全新世是否存在高海面的争论持续了十多年。1976年Morner把现代大地水准面起伏不平的概念引入海面变化，他认为由于各地地球重力场的不同，引起大地水准面的起伏变化，后来该观点得到卫星测高的证实。另外，冰盖消长所引起的地壳均衡运动也使得各地海面的升降不一。因此，到上世纪80年代，人们逐渐认识到：各地资料建立的全新世海面变化曲线只能代表当地海面变化过程，而不具全球性。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（1）地质时期的海面变化21

②末次冰期及冰后期全新世海面：根据陆架海底贝壳、沼泽黑泥、海滩岩以及陆相生物化石的14C法测年资料，绘制出了过去4万年海面变化曲线，该曲线较好地反映了末次冰期盛冰期前后我国邻海海面变化的历史。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（1）地质时期的海面变化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个区，有的区域中全新世有高海面，有的区域没有，这就有力地解释了上述沿海阶地争论的问题。各地区在全新世都存在一条适用于当地的海面变化曲线，这对于解决各地区地质演化史和海岸与海底上的工程建设都具有重要的指导意义。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（1）地质时期的海面变化23地质时期的海面数据大都依靠沉积物样品的14C等方法测年，存在有一定的误差。根据验潮资料所得到的海面资料应该能更好地反映海面变化的实际情况。世界上较早的验潮站为荷兰阿姆斯特丹站，建立于1682年，验潮记录表明1725－1770年间海面以现代速率上升，1800－1850年海面下降，但随后又继续上升。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（2）验潮时期的海面变化24

由于各验潮站资料所反映的海面升降受所在陆地升降的影响，为了消除区域性因素的影响，Gornity(1982)根据世界700余个验潮站记录以1940年海面做零，绘制了1880-1980年的全球海面变化曲线。近百年全球海面以波动式上升，平均速率为1.2±0.1mm/a。这种上升大部分可解释为地球气温升高引起的海洋上部的热膨胀和海水量的增加所导致的。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化——（2）验潮时期的海面变化25

联合国政府间气候变化小组（IPCC）1995年的报告认为：在过去的100年海面上升了10～25cm。在未来一段时间里由于温室效应，海水温度将上升的更快，海面上升速率也将进一步增加。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化26

根据IPCC1995年的估算，到2050年全球海面将上升20cm，2100年为49cm。总之，事实已证明在21世纪海面上升的速率将明显高于过去近百年的速率，这将极大地影响人类生存的地球环境。4.6海面变化及其海岸响应1、海面变化全球海平面变化(过去2000年:0.0-.02mm/a；1870–1890:0.6mm/a;1990–2008:3.0mm/a）27

在晚第四纪的若干万年里，海面曾因气候的大幅度冷暖变化而升降百余米或更多，引起海岸位置在平面上往返迁移数十或数百公里。海侵和海退使近海动力过程、海岸与海底地形地貌和陆架沉积层序均发生了根本性的变化。2、海面变化在海岸带的响应4.6海面变化及其海岸响应282、海面变化在海岸带的响应4.6海面变化及其海岸响应

若海面上升170m，世界上将约有15%的陆地面积被淹没；若海平面下降120m,则世界大陆架将几乎全部裸露，占全球面积的5%左右，或者说将有7%左右的海洋成为陆地。29海面降低，岸线外移，河流穿过先期形成的大陆架，把沉积物直接输送到陆架外缘；海面上升，岸线后退，海岸遭受侵蚀，淹没原来的海岸带平原。2、海面变化在海岸带的响应4.6海面变化及其海岸响应30海岸带最重要的动力特点是随着波浪变形的加强，波能愈加增强，直到破浪。近岸带是一个粗粒碎屑沉积带，若海面较长时期地连续下降（或上升），海岸带就随之迁移。在地质历史中，若海平面经历了一个较长时期的稳定，就会在当时的海岸线附近形成古岸线（带）。2、海面变化在海岸带的响应——（1）陆架上的古海岸带4.6海面变化及其海岸响应31在距今20Ka左右的盛冰期时，全球海面比现在下降了约100多米，而且在那里稳定的时期较长（至少6－7Ka），从而形成了世界上广泛分布的盛冰期古岸线(带)。这种现象在中国东海陆架外缘表现得尤为明显。4.6海面变化及其海岸响应2、海面变化在海岸带的响应——（1）陆架上的古海岸带32

在我国东海陆架外缘水深约120±5m处保存了宽约100余公里富含近岸带动物贝壳及其碎屑和海岸带生态有孔虫壳的砂砾质沉积带，14C年龄均在距今2万年左右。它们是盛冰期海岸的岸堤、沙坝、泻湖及河口三角洲等的综合沉积体。4.6海面变化及其海岸响应2、海面变化在海岸带的响应——（1）陆架上的古海岸带33

在我国黄、东海-45±5m水深处还存在有一定宽度的砂质古海岸沉积带，按14C测年，应是冰消期里新仙女木期(10.5-11.5kaBP)的古海岸带。目前长江口外的大片扬子浅滩就属于这一古海岸带。4.6海面变化及其海岸响应2、海面变化在海岸带的响应——（1）陆架上的古海岸带34

这两条古岸线（水深：120m和45m)之间的东海陆架区是距今约4－5ka及10.5－7ka期间海面快速上升时期的沉积，由于上升速率较大，陆架上没有保存下较宽的古海岸线遗迹。4.6海面变化及其海岸响应2、海面变化在海岸带的响应——（1）陆架上的古海岸带352、海面变化在海岸带的响应——（1）陆架上的古海岸带4.6海面变化及其海岸响应36

陆架沙脊是水深10—100余米处分布的砂质地貌。由分选较好的细、中砂组成，欧洲北海，美国东部和我国黄、东海均有广泛分布。陆架水下沙脊又称潮流沙脊，有些沙脊是现在潮流沉积的产物，但大部分陆架沙脊是海面变化的产物。2、海面变化在海岸带的响应——(2)陆架沙脊4.6海面变化及其海岸响应37

在中国东海陆架，广泛发育有沙脊地貌，分布在水深数十米到百米的范围内。就现今的水动力条件而言，潮流流速不可能塑造出如此宏观的沙质地貌。因此，他们应该是低海平面时，近岸强潮流条件下的产物。2、海面变化在海岸带的响应——(2)陆架沙脊4.6海面变化及其海岸响应38

海面是河流最终消能的基面，当海面下降速率大于河流沉积速率时，河水的溯源侵蚀作用响应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。目前保留的最显著的峡谷是哈德逊峡谷，哈德逊峡谷横穿大陆架并切入大陆坡，它代表盛冰期海岸线位于陆架边缘时，哈德逊河流所流经的路径。2、海面变化在海岸带的响应——(3)河口三角洲4.6海面变化及其海岸响应39

我国钱塘江在盛冰期低海面时河床下切到－80m（张桂甲，1998）。当时的长江河床下切到－100m以下（李从先，1992）。在冰消期和冰后期里，海面又迅速上升，河流下游的溯源沉积作用随基面上升而增强，河流和海洋的泥沙又顺次充填了深切河谷。若充填物不多（相对于海面上升）的古河口，就形成了现代的溺谷或三角港。4.6海面变化及其海岸响应2、海面变化在海岸带的响应——(3)河口三角洲40

大量的地球物理探测（浅地层剖面）表明，在最后一次冰期最低海平面时，我国的黄河与长江很可能穿过了现今的陆架，到达陆架外沿，并在那里形成三角洲沉积体系。4.6海面变化及其海岸响应2、海面变化在海岸带的响应——(3)河口三角洲41

在冰消期和冰后期里，海面迅速上升，先期低海面时形成的河道被淹没，部分被被沉积物所充填。当海平面快速上升时，未被沉积物充填的古河道便成为陆架上峡谷地貌（古河道）。4.6海面变化及其海岸响应2、海面变化在海岸带的响应——(3)河口三角洲42

在海面稳定或缓慢下降的条件下，波浪作用可以形成平行海岸分布的沙坝，坝内为泻湖。先期低海面时形成的沙坝在海面缓慢上升时可逐渐向岸迁移，持续的向陆迁移可使沙坝地层覆盖于泻湖粘土地层之上；若海面上升较快，则可能沦为地质上的障壁岛(barrier)，即岸外坝或离岸坝。2、海面变化在海岸带的响应——(4)沙坝沉积4.6海面变化及其海岸响应43

（5）海滩——海滩是陆海界面特有的沉积体，随海面的升降，海滩也分别作向陆或向海的迁移。若在一段时间内海面快速上升，海滩也会被淹没，成为与现代沉积环境不相适应的沉积体，例如中国东海外陆架广泛发育的“残留沉积”或“残余沉积”。2、海面变化在海岸带的响应——（5）海滩4.6海面变化及其海岸响应444.6海面变化及其海岸响应残留沉积区残余沉积区2、海面变化在海岸带的响应——（5）海滩454.6海面变化及其海岸响应2、海面变化在海岸带的响应——（5）海滩Bruun(1962）根据在美国佛罗里达海滩观测到的资料建立了海面上升和海岸线后退的模式，称为bruun法则，即：R=SL*(B+h*)-1式中：R－岸线蚀退距离S－海面上升值

L*和h*－海滩沙在浪场运动的宽度和深度

B－滩肩或侵蚀沙丘的垂直高度；简化后公式为：R=Stanθ-1Tanθ为海滩剖面的平均坡度。464.6海面变化及其海岸响应2、海面变化在海岸带的响应——（5）海滩474.6海面变化及其海岸响应2、海面变化在海岸带的响应——（5）海滩

通常情况下，沙质海岸海滩的坡度为tanθ=0.01-0.02（淤泥质海岸要小得多），则可得到R=50S至100S，即海面上升1cm，岸线后退0.5-1.0m。

Bruun（1962）法则在平衡剖面上部随海面上升岸线向陆迁移的理论预测是对的，但若按Bruun公式计算岸线迁移量是不行的，这是由于海滩发育由初期达到平衡需要一个过程，海滩对海面升降的响应除了滞后性之外还具有明显的区域性和海岸泥沙运动的多向性。48第4章小结（1）海岸带是指海浪开始作用海底的水深处到海水所能影响到的陆岸地区。在一些特殊的研究中，有时把海岸带的范围扩展到陆架外沿。海岸带主要分为河口三角洲海岸、砂砾质海岸、粉沙淤泥质海岸、岩石海岸、生物礁海岸。49第4章小结（2）海岸带是陆海相互作用的地带，往往也是人类活动剧烈、社会进步和经济发展的龙头地带。因此，海岸带的研究至为重要。开发、保护、研究海洋，目前重点仍在海岸带，其中河口三角洲海岸“首当其冲”。50第4章小结（3）河口三角洲位于岩石圈、生物圈、大气圈、水圈密集交汇的地带。河口是河流将包括人类活动在内的陆地流域信息输入海洋的主要途径，直接影响着邻近海域乃至边缘海的环境及沉积模式。根据入海河流与河口海洋动力条件的相对强弱，河口分为盐水楔河口、部分混合河口和充分混合河口。几个重要概念：切变峰、最大混浊带、高密度流、三角洲沉积体系等。51