河北昌黎典型海岸沙丘的沉積構(gòu)造及其發(fā)育模式

姜鋒，李志忠，靳建輝，鄧濤，申健玲，于曉莉，苑秀全，賴海成，陳秀玲

(1.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007；2.福建師范大學(xué) 地理研究所，福建 福州 350007；3.濕潤(rùn)亞熱帶生態(tài)地理過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350007)

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河北昌黎典型海岸沙丘的沉積構(gòu)造及其發(fā)育模式

姜鋒1，3，李志忠1，2，3*，靳建輝1，2，3，鄧濤1，3，申健玲1，3，于曉莉1，3，苑秀全1，3，賴海成1，3，陳秀玲1，2，3

(1.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007；2.福建師范大學(xué) 地理研究所，福建 福州 350007；3.濕潤(rùn)亞熱帶生態(tài)地理過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350007)

摘要：采用探地雷達(dá)探測(cè)了昌黎海岸沙丘區(qū)典型橫向沙脊和新月形沙丘的沉積構(gòu)造，據(jù)此初步揭示了研究區(qū)海岸沙丘的沉積序列特征和發(fā)育過(guò)程。結(jié)果表明，昌黎海岸帶在2 000 a BP波浪作用下發(fā)育濱岸沙壩，沙壩主要以向海向陸緩傾斜的沉積構(gòu)造為主，現(xiàn)今的風(fēng)成沉積發(fā)育于濱海相沙壩之上。海岸帶向海一側(cè)經(jīng)歷了潮上帶前丘到橫向沙脊的過(guò)程，橫向沙脊在東北風(fēng)的作用下主要發(fā)育向陸傾斜的高角度交錯(cuò)層理，同時(shí)由于向岸合成風(fēng)力的階段性變化，這些層理的傾角略有差異，記錄了海岸帶風(fēng)沙活動(dòng)的周期性變化；內(nèi)側(cè)新月形沙丘由4組傾角不同的層理組成，被較大規(guī)模的二級(jí)界面分隔，復(fù)合新月形沙丘(鏈)經(jīng)歷了由盾狀沙堆到典型新月形沙丘的加積發(fā)育并遭受風(fēng)蝕的過(guò)程。

關(guān)鍵詞：探地雷達(dá)；GPR；橫向沙脊；新月形沙丘鏈；沉積構(gòu)造；沉積序列；發(fā)育模式；河北；昌黎

1引言

河北昌黎海岸沙丘帶是我國(guó)北方海岸沙丘規(guī)模最大、沙丘類型最豐富的區(qū)域之一，自海向陸依次分布岸前沙丘帶—加積性橫向沙脊—新月形沙丘鏈—灌叢沙丘帶—平坦沙席[1]。前人對(duì)昌黎海岸沙丘的研究，主要集中在海岸沙丘形態(tài)、粒度特征、海岸環(huán)境演變等方面[2—13]。董玉祥等[2—6]研究了昌黎海岸沙丘的沙丘形態(tài)、沙丘動(dòng)態(tài)變化與不同類型沙丘的粒度分布模式。王穎和朱大奎[7]通過(guò)對(duì)沙丘沉積物分布、地形剖面分析，認(rèn)為昌黎海岸沙丘是在冰期低海面時(shí)的岸外沙質(zhì)淺灘基礎(chǔ)上形成發(fā)育的。傅啟龍和沙慶安[8—9]、王月霄[10]對(duì)昌黎海岸沙丘的形態(tài)和沉積構(gòu)造特征進(jìn)行了描述，并對(duì)海岸沙丘砂與海灘砂進(jìn)行薄片統(tǒng)計(jì)、重礦物分析、電鏡掃描、粒度分析等比較了兩者的組構(gòu)特征，分析了海岸沙丘的成因與發(fā)育過(guò)程。此外，傅啟龍和沙慶安[8]、曾照爽等[11]和祁興芬等[12]觀察了昌黎海岸橫向沙脊的層理類型，發(fā)現(xiàn)這里的海岸橫向沙脊層理構(gòu)造主要有低角度交錯(cuò)層理、大型板狀交錯(cuò)層理以及平行層理等。姜鋒等[13]根據(jù)沙丘的沉積物沉積特點(diǎn)判斷沙丘以潟湖外濱海沙壩為基礎(chǔ)發(fā)育的。近期研究者主要關(guān)注這一區(qū)域的沙丘現(xiàn)代過(guò)程[2—6]。關(guān)于昌黎海岸沙丘起源與發(fā)育的認(rèn)識(shí)，前人大多是利用海岸橫向沙脊淺層風(fēng)蝕剖面的野外觀察等傳統(tǒng)手段得出的結(jié)論，故對(duì)于海岸沙丘內(nèi)部沉積構(gòu)造和沉積序列情況尚不完全了解，這在一定程度上妨礙了我們對(duì)研究區(qū)海岸沙丘發(fā)育過(guò)程的深入理解，進(jìn)而影響到區(qū)域海岸古地理環(huán)境演變歷史的重建。

探地雷達(dá)(GPR)近30年開始廣泛應(yīng)用于沉積學(xué)以研究沉積體內(nèi)部構(gòu)造及沉積環(huán)境，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于海岸帶各種沉積體內(nèi)部構(gòu)造的研究[14—15]。21世紀(jì)探地雷達(dá)與其他方法結(jié)合開始更廣泛地應(yīng)用于海岸沉積構(gòu)造的研究中。探地雷達(dá)與地質(zhì)地層調(diào)查、沉積學(xué)分析等傳統(tǒng)方法結(jié)合，除了可以得到沙丘內(nèi)部的沉積構(gòu)造圖像之外，還可以分析沙丘的形成過(guò)程、動(dòng)力過(guò)程以及沙丘內(nèi)部記錄的單一高能事件比如風(fēng)暴潮[16—17]，如揭示日本海岸沙丘在過(guò)去500年的構(gòu)建過(guò)程以及海岸線的移動(dòng)等[18]。以探地雷達(dá)作為探測(cè)手段，獲取空間分布較為連續(xù)的海岸沙丘內(nèi)部的沉積構(gòu)造和沉積序列信息，并結(jié)合研究區(qū)的全新世地貌環(huán)境判別研究區(qū)海岸沙丘的發(fā)育過(guò)程與發(fā)育模式。

2材料與方法

2.1研究區(qū)概況

昌黎海岸屬于平原砂質(zhì)海岸帶，研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造處于華北地臺(tái)的燕山沉降帶[22]。由于區(qū)域內(nèi)新構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致灤河頻繁改道，因此灤河沖積三角洲范圍不斷變化，晚更新世沖積扇范圍曾至現(xiàn)今七里海以北。全新世以來(lái)渤海海面發(fā)生數(shù)次波動(dòng)變化，約7 000 a BP渤海海岸線東北方向達(dá)團(tuán)林一帶；此后海岸線逐漸后退，西漢末期即2 000 a BP小范圍海侵后，至漢唐時(shí)期海平面有所回落，昌黎海岸帶濱海沙壩出露海面[23]。濱海沙壩形成后阻隔外海，內(nèi)側(cè)即形成七里海潟湖，濱海沙壩對(duì)波浪的阻隔造成了沙壩西側(cè)潟湖較為平靜的沉積環(huán)境。至此，昌黎海岸帶自陸向海形成潟湖、海岸沙丘帶、海灘3個(gè)地貌單元。從研究區(qū)地層的沉積構(gòu)造特征看，向海一側(cè)的風(fēng)成沙丘之下為濱海相海灘沉積的單層結(jié)構(gòu)，而向陸一側(cè)風(fēng)成沙丘下伏為潟湖沉積和濱海相海灘沉積的雙層結(jié)構(gòu)[20]。而整個(gè)海岸帶的濱海相沉積又疊置于晚更新世灤河沖積層之上。

河北昌黎海岸沙丘是我國(guó)北方海岸帶極具區(qū)域特色的海岸地貌類型之一，在灤河三角洲以北、新開口以南的沙丘帶發(fā)育最為典型，此段海岸沙丘由海向陸主要發(fā)育橫向沙脊與新月形沙丘鏈，沙丘高度向陸逐漸降低(圖1b)。多個(gè)新月形沙丘兩兩相連形成新月形沙丘鏈，在新開口以南，這樣的新月形沙丘鏈分布有20多列[19]，形成與橫向沙脊斜交的羽狀沙丘帶。橫向沙脊和新月形沙丘鏈之間的丘間低地高程較小，雨季易積水，干旱季節(jié)也能保持較高的地下水位，蘆葦?shù)人参锷L(zhǎng)茂密。沙丘帶西側(cè)為七里海潟湖，通過(guò)新開口與海相通并有小河淡水注入。歷史時(shí)期，七里海潟湖的發(fā)育經(jīng)歷多次短時(shí)期的擴(kuò)大、縮小、咸化和淡化；據(jù)歷史資料記載，過(guò)去七里海的范圍較現(xiàn)今大得多，現(xiàn)今七里海潟湖面積仍在不斷縮小[20]。

昌黎屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，冬季干冷多風(fēng)，夏季高溫多雨。年平均氣溫10.1～11.0℃；年降水量為600～680 mm，其中夏季(6-8月)降水量占全年降水量的73%～75%，冬季(12月至翌年2月)降水量?jī)H占全年總量的2%～3%。本區(qū)域常風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)與西南偏西風(fēng)，風(fēng)頻分別為12%、13%。年平均風(fēng)速為4.5～5.5 m/s，超過(guò)4 m/s風(fēng)速的風(fēng)向有ENE、NNW，頻率分別為6%、2%，全年春季(3-5月)風(fēng)最大，冬季次之，夏、秋季較小[21]。NE向岸風(fēng)與WSW離岸風(fēng)交替出現(xiàn)，但NE向岸風(fēng)為區(qū)域內(nèi)最強(qiáng)頻次最多的向風(fēng)，因此研究區(qū)盛行的合成風(fēng)向?yàn)镹E風(fēng)，對(duì)沙丘發(fā)育影響較大(圖2)。

2.2數(shù)據(jù)采集

2013與2014年兩次前往研究區(qū)，重點(diǎn)對(duì)灤河三角洲以北、新開口以南沿海岸分布的橫向沙脊及其西側(cè)新月形沙丘鏈的沉積構(gòu)造進(jìn)行了實(shí)地探測(cè)。探測(cè)使用了加拿大Sensors and Software Inc生產(chǎn)的PulseEKKO PRO雷達(dá)系統(tǒng)，主要布設(shè)了兩個(gè)探測(cè)剖面01和02(圖1c)。剖面01長(zhǎng)約310 m，大致成東西向，橫穿整個(gè)橫向沙脊的橫斷面以及新月形沙丘南部的翼角；剖面02線長(zhǎng)82 m，與01線相隔約120 m，大致呈東北-西南向，自新月形沙丘迎風(fēng)坡坡腳垂直脊線測(cè)至背風(fēng)坡坡腳。探測(cè)頻率選用100 MHz的天線，電磁波速度0.1 m/ns，天線間距為1 m，天線移動(dòng)步長(zhǎng)為0.2 m，探測(cè)時(shí)窗為450 ns，脈沖電壓為400 V，探測(cè)深度為20.24 m。同時(shí)，沿兩條GPR探測(cè)剖面，采用美國(guó)Trimble公司生產(chǎn)的R8GNSS RTK(Real time kinematic)設(shè)備同步進(jìn)行了高程測(cè)量，得到的數(shù)據(jù)用于GPR剖面的室內(nèi)高程距離修正處理。高程測(cè)量的系統(tǒng)誤差為±10 cm。收集到的GPR數(shù)據(jù)在室內(nèi)使用pluse EKKOTM軟件進(jìn)行處理，包括增益處理、高程距離修正等，所獲得的探測(cè)雷達(dá)圖像就可以反映實(shí)際的沙丘地形變化和沉積構(gòu)造產(chǎn)狀信息(圖3，圖4)。

3結(jié)果分析

砂質(zhì)沉積體沉積環(huán)境的鑒別，最客觀的證據(jù)莫過(guò)于反映其動(dòng)力過(guò)程的沉積構(gòu)造。因此，海岸沙丘沉積構(gòu)造能為判別沉積環(huán)境和沉積過(guò)程提供重要依據(jù)。海岸沙丘的沉積構(gòu)造是砂質(zhì)海岸帶最普遍、最易直接觀察的現(xiàn)象，是海岸沙丘沉積固有的特征，是海岸帶沉積過(guò)程的直接產(chǎn)物，可以反映海岸動(dòng)力環(huán)境的變化[24]。趙希濤等[25]，業(yè)治錚等[26]就根據(jù)沙丘的沉積構(gòu)造，恢復(fù)了我國(guó)若干海岸帶的古沙丘類型、沙丘空間分布及古風(fēng)向。

圖1　研究區(qū)位置(a)、沙丘地貌類型(b)及GPR測(cè)線位置(c)Fig.1　Location of the area(a)，types of coastal dunes(b)，and location of GPR profiles(c)

圖2　研究區(qū)季節(jié)風(fēng)頻(%，a)、平均風(fēng)速(m/s，b)和全年風(fēng)頻(%，c)[10]Fig.2　Seasonal frequency of wind direction (%， a)， mean wind speed (m/s， b)，and annual frequency of wind direction (%， c) in study area [10]

圖3　GPR探測(cè)剖面01圖像(A)及解譯后的圖像(B)Fig.3　GPR image of profile 01(A)and interpretation of GPR image of profile(B)

3.1橫向沙脊沉積構(gòu)造與沉積序列

海岸帶以缺乏植被覆蓋的活動(dòng)的橫向沙脊高度最大，平行海岸呈NNE 20°走向，一般高度在20～30 m，最高可達(dá)40 m；橫向沙脊的兩坡明顯不對(duì)稱，迎風(fēng)坡(向海坡)較緩，坡度8°左右；背風(fēng)坡(向陸坡)較陡，坡度30°～32°，背風(fēng)坡接近干沙休止角。

圖3為GPR探測(cè)影像(圖3A)和解譯后的圖像(圖3B)。從圖3可以看出，海岸沙丘內(nèi)部存在強(qiáng)反射面(a、b、c)，這些強(qiáng)反射面上下層理組合特點(diǎn)有明顯差異，反映了沉積環(huán)境的重大變化，可以作為劃分沙丘內(nèi)部沉積序列的一級(jí)界面；在同一動(dòng)力條件下由于風(fēng)沙活動(dòng)的侵蝕或是再沉積作用變化形成的層理構(gòu)造，被二級(jí)界面分隔。一級(jí)界面以上的現(xiàn)代橫向沙脊構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，而測(cè)線西側(cè)穿過(guò)的新月形沙丘南翼，沉積構(gòu)造較為復(fù)雜(詳見3.2節(jié))。其中，橫向沙脊一級(jí)界面a之下，向海一側(cè)(0～20 m測(cè)段)局部見有向海傾斜的低角度平行紋層夾雜波狀紋層，傾角與向海一側(cè)的一級(jí)界面平行；向陸坡一側(cè)(130～150 m測(cè)段)也見有向陸傾斜的低角度交錯(cuò)層理與波痕紋層，右側(cè)的新月形沙丘翼角一級(jí)界面b之下也發(fā)育有向陸向海緩傾斜的低角度交錯(cuò)層理和波狀層理。這種層理組合是濱海沙壩常見的沉積構(gòu)造，形成于海岸波浪遇沙體破碎，越過(guò)沙體搬運(yùn)泥沙再沉積的過(guò)程中[27]，另?yè)?jù)姜鋒等[13]一級(jí)界面處的沉積物粒度參數(shù)表現(xiàn)出海灘砂的特征。所以橫向沙脊與新月形沙丘一級(jí)界面以下的古沙丘核應(yīng)該是高海面時(shí)期形成的兩列濱海沙壩。

一級(jí)界面a以上，在0～30 m測(cè)段、海拔15 m以下，可見向上彎曲的弧形交錯(cuò)層理，厚約6 m，其向海一側(cè)坡腳有下凹的弧形層理楔入。這種向上彎曲的弧形層理構(gòu)造是草灌叢植物固定的風(fēng)成沙堆所常見的沉積構(gòu)造，由于海岸帶草灌叢沙堆最早出現(xiàn)在以風(fēng)力作用為主的潮上帶濱海沙壩向海緩坡上，常稱之為前丘。前丘在緩慢向陸遷移的此長(zhǎng)彼消過(guò)程中疊加復(fù)合發(fā)育成高大的草灌叢沙堆，底部殘余的弧形沉積構(gòu)造疊覆穿插，形成探測(cè)所見的楔形交錯(cuò)層理，此為沿岸橫向沙脊發(fā)育的第一階段。

在測(cè)段30～150 m之間、一級(jí)界面之上，逐漸過(guò)渡為向陸單向傾斜的連續(xù)的高角度交錯(cuò)層理，層理傾角25°～28°，測(cè)點(diǎn)100～150 m之間即為現(xiàn)代橫向沙脊的背風(fēng)坡，背風(fēng)坡層理為風(fēng)沙流越過(guò)沙丘頂沿背風(fēng)坡滑落的前積層，傾角約30°，接近干沙天然休止角(28°～32°)。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，這些高角度斜層理的厚度和傾角并不完全相同，根據(jù)其厚度或傾角發(fā)生細(xì)微變化的層理即二級(jí)界面可以劃分為若干層組單元，這些二級(jí)界面即再沉積作用面。這些被二級(jí)界面分隔的層組，可能反映了向岸盛行風(fēng)平均風(fēng)力強(qiáng)度或風(fēng)向的周期性變化，記錄了海岸風(fēng)沙活動(dòng)的不同期次。這些向陸單向傾斜的高角度層組，反映了探測(cè)區(qū)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，在相對(duì)穩(wěn)定的向岸盛行風(fēng)作用下，海岸風(fēng)沙以前丘為基礎(chǔ)，持續(xù)向陸加積增高的發(fā)育演變過(guò)程。此外，在現(xiàn)代橫向沙脊頂部發(fā)育有向兩側(cè)緩傾的層理，反映了丘頂遭受季節(jié)性風(fēng)向變化(向岸風(fēng)和離岸風(fēng))的影響。

測(cè)段150～200 m為兩列沙丘間的低地，發(fā)育水平紋層或波狀交錯(cuò)層理，由下至上層理形狀逐漸從波狀漸變?yōu)樗綘?，這種層理組合類型大多是靜水沉積環(huán)境和湖濱淺灘沉積環(huán)境發(fā)育的。當(dāng)濱海沙壩未完全出露海面時(shí)，這里處于淺灘沉積環(huán)境，層理多成波狀。在沙壩逐漸出露海面的過(guò)程中，則是由風(fēng)力吹揚(yáng)干燥的海灘砂或者偶爾的越壩激浪流搬運(yùn)海灘砂進(jìn)入沙壩間低地，風(fēng)沙和波浪兩種動(dòng)力混合搬運(yùn)沉積過(guò)程形成近水平層理。

在130～300 m測(cè)段，海拔高度0 m的位置處有一清晰連續(xù)的反射面，這個(gè)反射面之下雷達(dá)信號(hào)明顯減弱，且這一反射面上下的層理構(gòu)造特征沒(méi)有明顯變化，均為不連續(xù)的水平或波狀紋層，推測(cè)這一界面為地下潛水面，由于水分對(duì)電磁波的嚴(yán)重削弱作用使得潛水面以下的反射效果減弱。潛水面以下還可分辨出一明顯的強(qiáng)反射面(一級(jí)界面c)，但由于受水分和深度的制約，這一強(qiáng)反射面之下的沉積構(gòu)造不甚清晰。但是，根據(jù)新開口附近近岸地帶的鉆孔以及該地區(qū)全新世地層信息顯示[20]，濱海相沉積下伏地層為河流相沉積，所以這一界面之下可能為灤河擺道至此入海時(shí)的河漫灘沉積。

3.2新月形沙丘的沉積構(gòu)造與沉積序列

新月形沙丘是風(fēng)積地貌中最常見，也是研究最多的形態(tài)類型之一。研究區(qū)固定或半固定的新月形沙丘鏈廣泛分布于橫向沙脊的向陸一側(cè)，脊線大多為NW-SE走向，高5～15 m，新月形沙丘兩坡也明顯不對(duì)稱，向海一側(cè)(迎風(fēng)坡)坡形微凸且坡度較緩8°～10°，疊置有雛形新月形沙丘；向陸一側(cè)(背風(fēng)坡)坡形下凹且坡短較陡28°～30°，從衛(wèi)星影像和實(shí)地考察看，新月形沙丘或復(fù)合新月形沙丘形態(tài)頗為典型。GPR測(cè)線02從新月形沙丘的迎風(fēng)坡坡腳到背風(fēng)坡坡腳，大致垂直于新月形沙丘鏈脊線走向進(jìn)行探測(cè)。從探測(cè)結(jié)果(圖4A，B)可見，所探測(cè)新月形沙丘(鏈)內(nèi)部沉積構(gòu)造變化較大，沉積序列組合較復(fù)雜。

根據(jù)探測(cè)所獲得圖像，在海拔2～4 m范圍，有一條橫貫整個(gè)探測(cè)剖面的很清晰的界線b，界線上下層理組合特點(diǎn)明顯不同，反映界面上下的沉積環(huán)境發(fā)生很大變化，可作為劃分上下沉積序列的一級(jí)界面。一級(jí)界面以下，表現(xiàn)出與橫向沙脊一級(jí)界面a以下相同的層理構(gòu)造特征即向海坡(0～50 m測(cè)段)為向海緩傾的波狀交錯(cuò)層理與平行層理，向陸側(cè)(74～86 m測(cè)段)為向陸傾斜的交錯(cuò)層理與波狀層理。這個(gè)一級(jí)界面b對(duì)應(yīng)于圖3中的一級(jí)界面b，為橫向沙脊西側(cè)的濱海沙壩頂面。

在一級(jí)界面以上，測(cè)線不同位置上的層理組合也有較大變化。以二級(jí)界面為界，大致可以劃分為4個(gè)層理組合不同的沉積單元。依據(jù)新月形沙丘發(fā)育的一般模式[28—29]，從各個(gè)沉積單元之間的相對(duì)關(guān)系分析，大致可以整理出所探測(cè)復(fù)合新月形沙丘的沉積序列：

在下伏的濱海沙壩之上，在向岸風(fēng)的作用下形成了沉積單元I，以向陸緩傾斜的交錯(cuò)層理為主，但層理傾角10°～20°變化較大。尤其在探測(cè)線44～64 m之間，層理傾向較大變化，局部層理向海緩斜，呈現(xiàn)楔形交錯(cuò)層理組合。可見，在早期濱海沙壩沉積的基礎(chǔ)上，海岸風(fēng)沙被高潮線上的草灌叢截留發(fā)育了草灌叢沙堆，在向岸的盛行東北風(fēng)作用下，草灌叢沙堆疊覆加積增高，進(jìn)而發(fā)育成背風(fēng)坡層理向陸傾角逐漸加大的盾形沙丘。

沉積單元Ⅱ呈現(xiàn)典型的向上彎曲的弧形層理，層理分別向海向陸傾斜，這是草灌叢沙堆內(nèi)部常見的沉積構(gòu)造，應(yīng)當(dāng)是在雛形新月形沙丘迎風(fēng)坡腳，風(fēng)沙流受到丘間地草灌叢植物的攔截阻滯，發(fā)育了小型的草灌叢沙丘。

在盛行風(fēng)沙流的持續(xù)作用下，盾形沙堆持續(xù)加積增高，向陸背風(fēng)側(cè)層理傾角進(jìn)一步增大，達(dá)28°～30°(沉積單元Ⅲ)，雛形新月形沙丘的形態(tài)特點(diǎn)越發(fā)顯著。而后現(xiàn)代沙丘高度明顯增加，丘頂層理傾角平緩，但沙丘表層背風(fēng)坡層理傾角已達(dá)30°～32°，與現(xiàn)代新月形沙丘落沙坡坡度一致并接近干沙休止角；此階段背風(fēng)坡坡度逐漸變陡，落沙坡傾角與干沙休止角一致，沉積單元Ⅲ代表了典型新月形沙丘階段的沉積構(gòu)造特點(diǎn)。

沉積單元Ⅳ由向海傾斜的層理組成，傾角8°～10°，與現(xiàn)代新月形沙丘迎風(fēng)坡坡度一致。總體來(lái)看，沉積單元Ⅳ覆蓋在沉積單元Ⅰ雛形新月形沙丘、沉積單元Ⅱ草灌叢沙堆之上，代表了一次區(qū)域性較明顯的風(fēng)沙加積過(guò)程即風(fēng)沙流沿沙丘迎風(fēng)坡爬升過(guò)程的沉積。同時(shí)，沉積單元Ⅳ的缺失部分位于新月形沙丘迎風(fēng)坡中上部，應(yīng)當(dāng)是迎風(fēng)坡中上部強(qiáng)烈的風(fēng)蝕作用所致，可能代表了探測(cè)區(qū)近期風(fēng)沙環(huán)境的明顯變化。

此外，在探測(cè)剖面01(圖3)200～300 m的測(cè)段圖像顯示的是圖4新月形沙丘南部翼角的沉積構(gòu)造特征?？梢娦略滦紊城鹨斫遣糠值某练e構(gòu)造仍然由緩長(zhǎng)的迎風(fēng)坡和陡短的背風(fēng)坡組成，層理傾向相背傾斜，但向陸向海的層理傾角均明顯和緩。

4討論

渤海約在西漢末期又開始出現(xiàn)海侵活動(dòng)，漢唐以后海平面回落[23]，同時(shí)據(jù)王月霄等[30]對(duì)冀東海岸帶海岸線的研究，距今2 000 a時(shí)，海面有所回升，此后逐漸回落至目前標(biāo)高。根據(jù)研究區(qū)全新世地層和古地理環(huán)境考察分析以及渤海灣海岸線的變遷，可知昌黎海岸帶風(fēng)成沉積下伏的濱海相沉積在2 000 a BP出露海面并隔離渤海形成西側(cè)的七里海潟湖。海平面波動(dòng)的過(guò)程中濱岸沙壩逐漸形成，最近2 000多年來(lái)潟湖逐步縮小，干涸湖底與濱海沙壩開始接受東北風(fēng)吹揚(yáng)和海岸風(fēng)沙沉積，逐步發(fā)育了現(xiàn)今海岸帶風(fēng)沙地貌景觀[23，31]。

眾所周知，影響海岸風(fēng)成沙丘發(fā)育的因素主要有風(fēng)況、沙源、地形空間等[24]。從風(fēng)頻和風(fēng)速看，研究區(qū)以東北向岸風(fēng)為主，風(fēng)速大頻率高，且多發(fā)于冬春干旱季節(jié)；強(qiáng)勁的東北風(fēng)掀動(dòng)高潮線以上干燥的海灘沙形成風(fēng)沙流，從而為海岸沙丘的發(fā)育提供了基礎(chǔ)。南部灤河攜帶的大量泥沙，使海灘砂物質(zhì)得到源源不斷地補(bǔ)充[8]，海灘砂為海岸沙丘的發(fā)育提供了豐富的沙源。在這些條件的綜合作用下，昌黎海岸帶成為我國(guó)北方規(guī)模最大最典型的海岸沙丘分布區(qū)之一。昌黎海岸沙丘類型以橫向沙脊與新月形沙丘及新月形沙丘鏈為主體，由海向陸依次發(fā)育岸前沙丘、橫向沙脊、新月形沙丘鏈、平坦砂席等風(fēng)沙地貌類型。其中，岸前沙丘是以出露海平面以上的濱海沙壩為基礎(chǔ)發(fā)育的。岸前沙丘形成初期，經(jīng)歷了高潮線以上草灌叢植物截流海岸風(fēng)沙發(fā)育草灌叢沙堆的過(guò)程。海岸風(fēng)沙以岸前沙丘為基礎(chǔ)向陸輸移，在持續(xù)向岸風(fēng)沙流作用下不斷加積增高形成高大的海岸橫向沙脊。橫向沙脊內(nèi)部沉積構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，以向陸高角度傾斜的層理為主，即海岸沙丘在盛行的向岸風(fēng)沙作用下持續(xù)向陸加積，層理間大多平行且層理橫向延伸范圍大。各個(gè)層組之間傾角傾向的變化，則反映了向岸盛行風(fēng)力強(qiáng)度的周期性變化。

昌黎海岸橫向沙脊沉積構(gòu)造組合與Kenneth和Haim[32]，吳正和吳克剛[33]指出的橫向沙脊沉積構(gòu)造模式大體一致。Tamura等[18]對(duì)日本鳥取海岸三列橫向沙丘研究結(jié)果同樣表明橫向沙丘內(nèi)部以向陸傾斜的層組為主，最大傾角25°，其中靠近海岸的一列橫向沙丘向海坡下部由于18世紀(jì)東亞冬季風(fēng)減弱導(dǎo)致出現(xiàn)向海傾斜的加積層理，橫向沙丘內(nèi)部可辨別出連續(xù)的再作用面、不連續(xù)的侵蝕面與地下潛水面。此外，Havholm等[34]對(duì)美國(guó)東南部大西洋海岸的橫向沙脊研究也發(fā)現(xiàn)一致向陸加積的前積層理?？梢姾０稒M向沙脊發(fā)育高角度的向陸傾斜層理是一種普遍的沉積構(gòu)造模式。

研究區(qū)的新月形沙丘是風(fēng)沙流圍繞障礙物(草灌叢等)堆積后，在單一風(fēng)向的作用下，經(jīng)歷了盾狀沙堆、雛形新月形沙丘、成熟新月形沙丘的發(fā)育過(guò)程，雷達(dá)探測(cè)所揭示的各個(gè)沉積構(gòu)造單元的疊覆關(guān)系，大體印證了新月形沙丘發(fā)育模式的3個(gè)階段[28—29]：即由盾形沙堆(沉積單元Ⅰ)到雛形新月形沙丘(沉積單元Ⅱ)再到典型新月形沙丘(沉積單元Ⅳ)的發(fā)育過(guò)程。新月形沙丘不同部位所處的風(fēng)沙流流場(chǎng)不同所形成的沉積構(gòu)造也不同，新月形沙丘主體以高角度交錯(cuò)層理為主，但翼角部位發(fā)育的交錯(cuò)層理則比較和緩。Gómez-Ortiz等[35]認(rèn)為，海岸帶的新月形沙丘內(nèi)部存在不同的疊置單元，并且層理的角度可以代表風(fēng)沙活動(dòng)的強(qiáng)烈程度，層理傾角越大，風(fēng)沙活動(dòng)越趨強(qiáng)烈。隨著新月形沙丘逐步發(fā)育成熟，新月形沙丘落沙坡層理傾角逐漸變大并接近干沙休止角，可能暗示了新月形沙丘形成中區(qū)域風(fēng)沙活動(dòng)有變強(qiáng)烈的過(guò)程。

19世紀(jì)50年代以來(lái)，研究區(qū)海岸帶大量植樹造林防風(fēng)固沙[37]，阻礙了海灘砂向陸的輸移，風(fēng)沙活動(dòng)減弱。尤其是2008年以來(lái)，研究區(qū)海岸沙丘普遍遭受風(fēng)蝕，沙丘形態(tài)變化顯著(圖5)。以所探測(cè)的新月形沙丘(鏈)形態(tài)變化為例，由于翻越橫向沙脊的風(fēng)沙供應(yīng)量急劇減少，新月形沙丘在向下風(fēng)方向遷移的過(guò)程中，迎風(fēng)坡中上部發(fā)生了明顯的風(fēng)蝕。除了人類活動(dòng)的影響，風(fēng)沙活動(dòng)減弱與近50年冬季風(fēng)減弱有關(guān)。

圖5　探測(cè)新月形沙丘2008年(a)與2014年(b)衛(wèi)星影像比較Fig.5　The Google image of the barchan dune in 2008 (a) and 2014 (b)

5結(jié)論

根據(jù)昌黎海岸沙丘帶GPR探測(cè)所獲得的沉積構(gòu)造信息、結(jié)合研究區(qū)全新世地貌環(huán)境分析，可以初步歸納研究區(qū)海岸帶及海岸沙丘發(fā)育模式如下。

(1)研究區(qū)的橫向沙脊以濱海沙壩為基礎(chǔ)而發(fā)育，且經(jīng)歷了以草灌叢沙堆為主的海岸前丘以及持續(xù)向岸風(fēng)沙作用下，海岸前丘向陸加積增高演化為高大橫向沙脊兩個(gè)階段。橫向沙脊層理以向陸傾斜的單斜層理為主，傾角接近落沙坡的干沙休止角，各組層理傾角傾向的變化可能反映了區(qū)域風(fēng)力強(qiáng)度的周期性變化，總體上表現(xiàn)為典型橫向沙脊的沉積構(gòu)造特征。從沉積序列看，所探測(cè)橫向沙脊的發(fā)育經(jīng)歷了潟湖外緣濱海沙壩-海岸前丘-不斷向陸加積增高的演變過(guò)程。

(2)研究區(qū)新月形沙丘(鏈)沉積構(gòu)造復(fù)雜，各個(gè)沉積構(gòu)造單元組成的沉積序列反映的區(qū)域新月形沙丘不斷遷移增長(zhǎng)的演化過(guò)程。新月形沙丘各個(gè)沉積單元主要由不同傾角的斜層理構(gòu)成，沉積序列記錄了由盾狀沙堆、雛形新月形沙丘到成熟新月形沙丘的演化歷史，其間經(jīng)歷多次風(fēng)蝕過(guò)程，形成多個(gè)侵蝕再作用面(二級(jí)界面)。

(3)昌黎海岸沙丘帶發(fā)育的基礎(chǔ)是七里海澙湖外側(cè)的濱海沙壩，這個(gè)過(guò)程大致可以追溯到漢代以前。隨著最近2 000 a來(lái)海平面波動(dòng)下降，在高潮線以上的濱海沙壩迎風(fēng)一側(cè)首先發(fā)育了以草灌叢沙堆為基礎(chǔ)的海岸前丘帶，隨著持續(xù)向岸風(fēng)沙作用，海岸前丘不斷增高演變?yōu)楦叽蟮臋M向沙脊。橫向沙脊西側(cè)的古濱海沙壩上，雖然有強(qiáng)盛的并延續(xù)迄今的東北向岸風(fēng)的作用，但逐步增長(zhǎng)的橫向沙脊對(duì)海岸帶風(fēng)沙流的攔截，使得向內(nèi)陸的風(fēng)沙流輸移受到一定限制，因此只發(fā)育了新月形沙丘和新月形沙丘鏈，并最終演變?yōu)楝F(xiàn)今的海岸沙丘景觀。

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Sedimentary structure and development model of typical coastal dunes along the coast of Changli County， Hebei Province

Jiang Feng1，3， Li Zhizhong1，2，3， Jin Jianhui1，2，3， Deng Tao1，3，Shen Jianling1，3， Yu Xiaoli1，3， Yuan Xiuquan1，3， Lai Haicheng1，3，Chen Xiuling1,2,3

(1.CollegeofGeographicalSciences，F(xiàn)ujianNormalUniversity，F(xiàn)uzhou350007，China;2.InstituteofGeography，F(xiàn)ujianNormalUniversity，F(xiàn)uzhou350007，China;3.KeyLaboratoryofHumidSubtropicalEco-geographicalProcess，MinistryofEducation，F(xiàn)uzhou350007，China)

Abstract:In order to detect sedimentary sequences and formation history of transverse ridge and barchan dune in the Changli coast, images from Ground-penetrating radar (GPR) are interpreted. The result shows that sand barrier formed under wave action along the coast 2 000 years ago. In landward and seaward slope of the barrier, reversed dip cross-lamination developed respectively. High transverse ridge and barchan dunes formed on the sand barrier, which is the basis of Aeolian dunes. The transverse dune evolved from fordunes in supratidal zone. High angle landward-dipping reflectors dominate the section inside the transverse dune. Under the reaction of the northeast wind, the dip direction of these bedding is SWW. Meanwhile, secondary changes of wind lead to the differences in angle of bedding, which record phases of wind-sand activity. The processes of barchan dune are more complex. According to some extensive reactivation and erosion surfaces in the barchan dune, four sedimentary units can be distinguished. The different structures of units indicated that the barchan dune experiecned a transition from a dome to a typical barchan dune, and got eroded thereafter.

Key words:ground penetrating radar ; GPR; transverse dune; barchan dune; sedimentary structure; sedimentary sequence; developing model; Hebei Province; Changli County

收稿日期：2015-09-29；

修訂日期：2015-12-29。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(41271031，41301012)；國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)——福建省人民政府促進(jìn)海峽兩岸科技合作聯(lián)合基金(U1405231)；福建省科技廳公益類科研院所專項(xiàng)基金(2013R09)；福建省自然科學(xué)基金(2014J01151)。

作者簡(jiǎn)介：姜鋒(1990—)，女，山東省聊城市人，主要從事地貌過(guò)程與第四紀(jì)環(huán)境演變研究。E-mail:jiangfeng226@163.com *通信作者：李志忠，教授，主要從事地貌過(guò)程與第四紀(jì)環(huán)境演變研究。E-mail:lizz@fjnu.edu.cn

中圖分類號(hào):P736.21+3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0253-4193(2016)07-0107-10

姜鋒，李志忠，靳建輝， 等. 河北昌黎典型海岸沙丘的沉積構(gòu)造及其發(fā)育模式[J]. 海洋學(xué)報(bào)， 2016， 38(7):107-116， doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2016.07.010

Jiang Feng， Li Zhizhong， Jin Jianhui， et al. Sedimentary structure and development model of typical coastal dunes along the coast of Changli County， Hebei Province[J]. Haiyang Xuebao， 2016， 38(7):107-116， doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2016.07.010