東亞和南亞典型大河三角洲晚第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)及成因?qū)Ρ?/h1>
2020-02-28 07:45:24潘大東王張華
海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì) 2020年1期
潘大東，王張華
1. 華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室，上海 200241
2. 閩南師范大學(xué)歷史地理學(xué)院，漳州 363000
3. 華東師范大學(xué)城市發(fā)展研究院，上海 200062
河口三角洲是陸海相互作用的關(guān)鍵地帶，是海岸帶研究的重點區(qū)域。世界三角洲的研究始于19世紀(jì)末20世紀(jì)初，前人將三角洲沉積體劃分為頂積層、前積層和底積層[1]，提出三角洲的范圍包括三角洲平原和水下三角洲，三角洲既有陸相沉積又有海相沉積[2]。到20世紀(jì)60—90年代，大量研究工作在三角洲的沉積旋回、三角洲類型以及三角洲初始發(fā)育、建造過程和沉積特征等方面深入開展。研究發(fā)現(xiàn)三角洲的沉積體具有旋回性，即進(jìn)積建造和退積破壞，其中進(jìn)積的三角洲在垂向上表現(xiàn)為向上變粗的沉積序列[3]。研究者根據(jù)三角洲砂體分布和垂向沉積相變特征及河流、波浪、潮汐動力相對強(qiáng)弱對三角洲進(jìn)行分類[4]，將世界三角洲劃分為河控三角洲、波控三角洲和潮控三角洲[5]。20世紀(jì)90年代以來，得益于14C測年技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及全球變化科學(xué)和層序地層學(xué)的發(fā)展，河口區(qū)域冰后期的沉積歷史和地層結(jié)構(gòu)成為國際研究熱點。研究顯示，受海平面變化控制，世界上現(xiàn)代主要三角洲發(fā)育的時間集中于8 500～6 500年前[6]。隨后大量研究都將海平面變化作為最主要的控制因子，分析三角洲地區(qū)的晚第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)[7-14]。
末次冰消期以來，全球氣候逐漸變暖，除兩極和高山以外，歐洲、北美洲冰蓋大部分消融，導(dǎo)致全球平均海平面上升了 120±5 m[15-21]（圖 1）。而且，冰消期以來的海平面變化較為復(fù)雜，存在數(shù)次冰融水事件（MWP- Melt Water Pulse），期間全球海平面跳躍式上升。如發(fā)生在約14.2～13.7 cal.kaBP的MWP-1A事件，500年時間海平面上升了約19 m，上升速率達(dá) 38 mm/a；發(fā)生于11.5～11.0 cal.kaBP的MWP-1B事件，500年時間海平面上升了約15 m，平均上升速率達(dá)到30 mm/a[15,22]（圖1）。早全新世海平面繼續(xù)快速上升，平均上升速率超過10 mm/a[8,15]（圖1）。到大約7 000年前，全球海平面趨于穩(wěn)定。海平面的快速上升導(dǎo)致現(xiàn)今大陸架的廣大區(qū)域被海水淹沒，河口大幅度后退，河口的沉積歷史和地層結(jié)構(gòu)也因此深受影響[6,23]。
氣候波動影響河流入海淡水量和泥沙量，從而影響河口沉積動力和沉積物堆積速率，因此也是三角洲地區(qū)沉積歷史和地層結(jié)構(gòu)的重要影響因素[13,24]。前人研究顯示，亞洲七大主要河口三角洲的發(fā)育規(guī)模與流域沉積物入海通量呈顯著正相關(guān)[25]。亞洲特別是東亞、南亞地區(qū)受季風(fēng)作用，全新世以來降水量波動顯著[26-29]。其變化歷史主要包括在全新世初期迅速增強(qiáng)，并于約10～6 cal.kaBP處于強(qiáng)盛時期，約6 cal.kaBP 以來開始衰退，約2 cal.kaBP以來有所復(fù)蘇[27-29]。
圖1 珊瑚礁記錄的末次盛冰期以來全球海平面波動[15]Fig.1 Sea-level fluctuation curve since the Last Glacial Maximum from coral reef [15]
由于海平面、季風(fēng)氣候的變化具有全球性或區(qū)域性的共同規(guī)律，那么受海平面、季風(fēng)作用的各河口-三角洲沉積歷史和地層結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有相似性。同時，由于流域和受水盆地的差異性，每個三角洲的地層結(jié)構(gòu)又具有其獨特性。弄清楚這些問題有助于掌握河口-三角洲演變的普遍規(guī)律，也有助于預(yù)測其未來變化。亞歐大陸為全球最大的大陸，數(shù)條世界性大河發(fā)源于其內(nèi)部高原，如長江、黃河、湄公河、恒河發(fā)源于青藏高原，珠江、紅河發(fā)源于云貴高原。同時，這些河流都受東亞和南亞季風(fēng)氣候影響，降水量豐富，攜帶大量泥沙，入海形成重要的三角洲。其中長江三角洲[9,30-34]、珠江三角洲[13,35]、紅河三角洲[7,10,36]、湄公河三角洲[11-12,37-39]和恒河-布拉馬普特拉河三角洲[14]這5個大河三角洲，目前已經(jīng)有大量的研究成果出版，包括沉積相分析、年代地層學(xué)和層序地層學(xué)等。黃河三角洲雖然也有大量研究成果[40-44]，但是由于其河口有多次長距離遷徙[45]，三角洲地層結(jié)構(gòu)變得特殊。因此，本文試圖通過對比長江、珠江、紅河、湄公河、恒河這5個潮汐作用顯著的大河三角洲的晚第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)和沉積演化歷史，分析其相似性和差異性，并探討差異性的主要影響因素。
1 東亞、南亞主要大河口晚第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)和沉積演變
1.1 長江三角洲
圖2 長江三角洲縱向地層剖面[32]（圖中年齡未經(jīng)日歷校正）Fig.2 Stratigraphy of a longitudinal cross section of the Yangtze delta[32]（Ages not calibrated.）
長江三角洲河口堆積主體位于長江下切古河谷之內(nèi)，末次冰消期以來的沉積厚約70 m[30,32]（圖2，3a）。下切古河谷的晚第四紀(jì)地層自下而上依次為：① 河流沉積體系，以河床滯留相沉積為主，為低水位體系域，多形成于12～13 cal.kaBP之前；② 潮控河口灣沉積體系，包括潮汐河道、潮控汊道、淤泥質(zhì)潮間帶-潮下帶、河口灣前緣等沉積相，為海侵體系域，多形成于12～8 cal.kaBP；③ 三角洲沉積體系，形成于8 cal.kaBP以來，并且自大約6 cal.kaBP向海進(jìn)積，為高水位體系域（圖3b）。
長江三角洲的全新世沉積歷史，存在幾次重要事件[46]（圖 3a）。首先，10～8 cal.kaBP 期間，河口沉積體系快速向陸后退，同時伴隨普遍的侵蝕現(xiàn)象；第二，約8 cal.kaBP三角洲開始發(fā)育，使沉積體重新向海大幅度伸展；第三，約6 cal.kaBP，水下三角洲沉積體再次顯著向陸后退；第四，約2 cal.kaBP，三角洲向海進(jìn)積速率顯著增大。
1.2 珠江三角洲
珠江三角洲基巖埋深較淺，末次冰期古河谷的下切深度一般不超過50 m[13]（圖4）?；鶐r上覆蓋的晚第四紀(jì)地層自下而上依次為：晚更新世砂礫沉積，早全新世下切古河谷充填沉積，中晚全新世三角洲沉積。其沉積演化歷史主要分為4個階段[13]（圖5）：末次冰期，河流下切晚更新世地層（圖5a）；約1萬年前MWP-1B結(jié)束后，海水開始進(jìn)入下切古河谷（圖5b）；早全新世下切古河谷快速充填（圖5c）；自大約8.5～7 cal.kaBP，海水溢出下切古河谷，淹沒寬廣的三角洲盆地（圖5d），珠江河口因此后退至三角洲盆地頂點，并于大約8 cal.kaBP開始建造三角洲沉積體。
在上述沉積演變過程中，值得注意的是，9 cal.kaBP之前，海水作用僅局限于下切古河谷，而此時季風(fēng)強(qiáng)盛，河川徑流量大，因此下切古河谷內(nèi)河流作用強(qiáng)盛。到8 cal.kaBP，海水淹沒了整個三角洲盆地，入海淡水徑流被分散，潮流作用因此加強(qiáng)，珠江口成為潮控型河口。另外，大約6 000年前，由于季風(fēng)徑流減弱，三角洲前積速率放緩；但在過去2 000年，人類活動加劇，河流入海泥沙明顯增加，海岸線再次快速前進(jìn)[35]。
圖3 長江三角洲全新世層序地層結(jié)構(gòu)[46]a. 地層及等時線空間展布；b. 地層Wheeler圖解?？s寫：MFS，最大海泛面；TS，海侵面；HST，高水位體系域；TST，海侵體系域。Fig.3 Holocene sequence stratigraphy across the Yangtze River mouth [46]（a）Chronostratigraphic chart. Blue lines represent the chronostratigraphic boundaries. （b）Wheeler diagram. Abbreviation: MFS, Maximum flooding surface;TS, transgressive surface; HST, highstand systems tract; TST, transgressive systems tract.
圖4 珠江三角洲典型縱向地層剖面[13]箭頭所指年齡均已校正（cal. kaBP）Fig.4 Longitudinal cross-section with calibrated ages for the Pearl River deltaic complex[13]
1.3 紅河三角洲
末次冰消期以來，紅河三角洲下切河谷自下而上的地層也由河道相、潮控河口灣相和三角洲相組成[10]（圖 6）。14.5 cal.kaBP 之前為低水位體系域（圖 6b），14.5～9 cal.kaBP 為海侵體系域（圖 6b，c），9 cal.kaBP以來為高水位體系域（圖6b，c）。其海侵體系域主要由潮汐河道、潟湖、潮灘、鹽沼和河口灣前緣等沉積相組成（圖6b）。自9 cal.kaBP三角洲開始建造以來，9～2 cal.kaBP紅河入海泥沙主要沉積于基巖控制的漏斗形河口（圖6a）。2 cal.kaBP之后，三角洲沉積體向口外進(jìn)積，形成向海突出的舌狀體（圖6a）。推測此種變化與人類活動導(dǎo)致的輸沙量劇增有關(guān)，前人估算紅河輸沙量9～2 cal.kaBP為（17～27）×106t/a，近 2 000 年則達(dá)到 49×106t/a[10]。
圖5 珠江河口晚第四紀(jì)—早全新世沉積環(huán)境演化的主要階段[13]Fig.5 Evolutionary stages of the Pearl River mouth during Late Pleistocene to Early Holocene[13]
圖6 紅河三角洲冰后期沉積物A-B和C-D縱剖面層序地層解釋[10]縮寫：MxFS，最大海泛面；TS，海侵面；HST，高水位體系域；TST，海侵體系域；LST，低水位體系域；IFS，初始海泛面；SB，層序邊界。Fig.6 Sequence stratigraphy of the post-LGM sediments of the longitudinal sections A-B and C-D[10]Abbreviation: MxFS, Maximum flooding surface; TS, transgressive surface; HST, highstand systems tract;TST, transgressive systems tract; LST, lowstand systems tract; IFS, initial flooding surface; SB, sequence boundary.
1.4 湄公河三角洲
湄公河三角洲晚第四紀(jì)地層自下而上依次為：13.0～9.5 cal.kaBP，河流沉積物充填下切古河谷；9.5～8.0 cal.kaBP，河口灣沉積；8.0 cal.kaBP 以來，三角洲沉積[39]（圖7）。在其沉積演化史中，特別值得注意的是，9.5 cal.kaBP之前，海侵和沉積作用均被限制在狹長的下切古河谷（圖8a-c）；而9.5 cal.kaBP之后，由于海平面的快速上升，河口大幅度后退，今湄公河三角洲所在區(qū)域均被海水淹沒，成為喇叭形的大型河口灣（圖8d），使海洋作用大為增強(qiáng)。大約8 000年前三角洲開始建造后，隨著海岸線向海推進(jìn)，波浪作用加強(qiáng)，自大約3 500年前開始，在海岸帶形成系列灘脊[47]。
1.5 恒河-布拉馬普特拉河三角洲
在恒河-布拉馬普特拉河河口的錫爾赫特盆地，全新世地層厚度接近100 m（圖9），是區(qū)別于其他三角洲的典型特征。其海侵地層厚約50 m[14]（約11～8 cal.kaBP），以垂向加積作用為主；三角洲陸上區(qū)域的高水位體系域厚度也達(dá)到約40 m[14]（約8～0 cal.kaBP）。由于海侵地層的加積特征，前人認(rèn)為該河口于11～10 cal.kaBP就開始建造河成三角洲[14]（圖9）。三角洲的西部主要受恒河泥沙供應(yīng)，于7 cal.kaBP左右開始向海進(jìn)積，河流輸入的細(xì)顆粒懸沙穿過陸上三角洲在大陸架上形成一個前積的三角洲前緣斜坡，而在三角洲平原上主要形成河道相砂體。此時三角洲的東部，布拉馬普特拉河的泥沙仍主要沉積在內(nèi)陸構(gòu)造盆地，鄰近陸架缺少沉積物供應(yīng)，海岸帶繼續(xù)發(fā)生海侵。5 cal.kaBP左右，恒河與布拉馬普特拉河改道并在三角洲東部海岸帶匯合入海，使三角洲東部區(qū)域進(jìn)積到現(xiàn)在的河口位置。
2 典型河口全新世沉積歷史演變的主要影響因素
2.1 海平面變化的控制作用
上述各大三角洲的晚第四紀(jì)地層，大多由低水位體系域河流相沉積、海侵體系域河口灣相沉積以及高水位體系域三角洲相沉積組成，而且高水位體系域三角洲開始建造的時間，大多開始于9～8 cal.kaBP（表1）。這種相似性受控于全球海平面變化。早全新世[48]（11.7～8.2 cal.kaBP）海平面快速上升，上升速率＞10 mm/a（圖1），而且各河口下切古河谷和三角洲盆地均被海水快速淹沒，成為寬廣的河口灣，因此河流動力弱于海洋動力，發(fā)育河口灣沉積體系。自大約8.2 cal.kaBP，海平面上升速率明顯下降[34]，因此海洋作用減弱，使各河口灣頂開始建造三角洲。前人對全球36個三角洲年齡進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)這些三角洲大多自8.5～6.5 cal.kaBP開始建造，與海平面上升速率的下降時間基本一致[6]。
圖7 湄公河三角洲典型縱向地層剖面[39]Fig.7 Longitudinal cross-section for the Mekong incised valley[39]
圖8 湄公河三角洲和越南東南大陸架在12，10，9.5，8.5 cal.kaBP時的古地理解釋[39]縮寫：mbsl，現(xiàn)今海平面以下米數(shù)。Fig.8 Palaeo-geographical interpretation of the Mekong Delta and southeast Vietnamese shelf at 12, 10, 9.5,and 8.5 cal.kaBP with respect to the present-day coastline[39]Abbreviation: mbsl, meters below modern sea level.
圖9 恒河-布拉馬普特拉河三角洲晚第四紀(jì)層序地層[14]Fig.9 Generalized sequence stratigraphy for the Late Quaternary Ganges-Brahmaputra delta[14]
海平面上升速率與三角洲建造的關(guān)系，從根本上來說，是其與河口沉積速率之間的博弈：當(dāng)海平面上升速率大于沉積速率，河口的沉積物可容空間發(fā)生凈增加，海岸線向陸后退，形成河口灣環(huán)境；當(dāng)沉積速率超過海平面上升速率，河口的沉積物可容空間減小，海岸線向海進(jìn)積，從而有利于三角洲的發(fā)育[24,49]。另外，從潮控受水盆地的動力角度來說，海平面上升速率的減小，導(dǎo)致納潮量增加速率的減小，從而改變河流與潮汐作用的相對強(qiáng)弱，利于沉積物在河口的堆積。
2.2 流域?qū)涌谘葑兊挠绊?/h3>
前人研究認(rèn)為恒河三角洲在海侵期間就開始建造，時間為11 cal.kaBP，早于其他三角洲數(shù)千年[14]；紅河三角洲的開始建造時間也略為偏早[10]（表1）。由于河口沉積體系的演變?nèi)Q于海平面上升速率和泥沙堆積速率之間的平衡關(guān)系[6]，因此，可以推測這兩大三角洲的流域泥沙供應(yīng)充足。對比五條河流的入海年輸沙量及懸沙濃度（表2），可以看到，恒河的年輸沙量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他河流，達(dá)到10億t/a；恒河與紅河的入海懸沙濃度也數(shù)倍于其他河流。
這些河流都位于印度洋和太平洋季風(fēng)區(qū)，氣候上具有相似性。因此，推測導(dǎo)致其輸沙量及入海懸沙濃度顯著差異的原因，與流域地貌特征、基巖屬性等因素有關(guān)。首先，恒河自青藏高原發(fā)源后，向南快速匯入了孟加拉灣，河長僅約2 510 km（表2）。因此，恒河具有落差大、流程短的特征，源區(qū)產(chǎn)生的泥沙大多被徑流直接輸送入海。研究者還估算，11.5 cal.kaBP前后由于西南季風(fēng)比現(xiàn)在更強(qiáng)盛，恒河的輸沙量約為2.5×109t/a，是現(xiàn)在的2.5倍[14]。因此，盡管早全新世海平面快速上升，恒河巨大的輸沙量使沉積物供應(yīng)和海平面上升相對平衡，海岸線保持穩(wěn)定[14]，從而在早全新世就形成巨厚的河控三角洲沉積體（圖8）。相比之下，同樣發(fā)源于青藏高原且流域面積相似的長江，河長超過6 000 km（表2）；而且長江入海前要先流經(jīng)江漢盆地、洞庭湖盆地和鄱陽湖盆地等數(shù)個沉積中心[50]，上游產(chǎn)出的泥沙首先在這些中下游盆地沉積，導(dǎo)致入海泥沙量顯著減少。其次，流域基巖特征對泥沙產(chǎn)出影響巨大。例如，發(fā)源于云南巍山縣的紅河，流域大部分為熱帶紅土，風(fēng)化強(qiáng)，產(chǎn)沙量大。夏季風(fēng)盛行時，紅河懸沙濃度可達(dá)12 kg/m3[10]。而珠江流域內(nèi)廣泛分布碳酸巖，其風(fēng)化以溶蝕作用為主，碎屑泥沙的產(chǎn)出小，因此入海平均懸沙濃度僅0.22 kg/m3，明顯低于其他河流（表2）。
表1 五大三角洲開始建造時間對比Table 1 A comparison of delta initiation time in South and East Asian
2.3 沉積盆地對河口演變的影響
珠江入海泥沙量顯著小于其他河流，但其三角洲也于大約8 000年前開始建造，分析其原因，可能與其全新世基底地形及海洋動力較弱有關(guān)。首先，其全新世基底地形受基巖限制，末次冰期下切古河谷的深度均不超過50 m（圖4，5），而其他河口如長江、紅河、湄公河等，下切古河谷的深度均超過60 m（圖2，6，8）。因此，珠江口在早全新世海水沒有溢出下切古河谷之前，泥沙主要沉積在古河谷之內(nèi)，使得下切古河谷得到快速充填。其次，珠江口為弱潮河口，平均潮差僅 0.86～1.57 m[35]（表 2）；加上河口眾多基巖島嶼的限制，呈現(xiàn)為河口灣的形態(tài)，灣內(nèi)波浪較弱，正常天氣平均波高0.9～1.9 m[35]。這樣的動力條件有利于中全新世海平面上升速率下降之后灣頂三角洲的建造。
3 結(jié)論
（1）東亞、南亞五大河口末次冰消期以來的地層多由下切古河谷河流相、河口灣相和三角洲相三個沉積層序組成，該特征主要受控于海平面變化，即分別對應(yīng)低水位體系域、海侵體系域和高水位體系域。
（2）恒河及紅河三角洲的建造時間分別在約11 000年前和約9 000～8 500年前，均早于其他大河三角洲在約8 000年前開始建造的時間，這種差異性與恒河和紅河的流域產(chǎn)沙量大、流程短、源區(qū)泥沙多被直接輸送入海相關(guān)。
表2 東、南亞五大河流建壩前水文泥沙特征Table 2 Characteristics of Hydrology and sediment load before dam construction for Eeast and South Asia rivers
（3）珠江流域雖然以碳酸鹽巖溶蝕為主，產(chǎn)沙量少，但是其古河口灣的灣頂三角洲建造時間不晚于其他三角洲，推測和河口沉積盆地基底地形有關(guān)，即受基巖限制，早全新世海水束狹于下切古河谷，使得下切古河谷得到快速充填。加上被基巖包圍的古河口灣內(nèi)海洋動力較弱，因此利于三角洲的建造。
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河口三角洲是陸海相互作用的關(guān)鍵地帶，是海岸帶研究的重點區(qū)域。世界三角洲的研究始于19世紀(jì)末20世紀(jì)初，前人將三角洲沉積體劃分為頂積層、前積層和底積層[1]，提出三角洲的范圍包括三角洲平原和水下三角洲，三角洲既有陸相沉積又有海相沉積[2]。到20世紀(jì)60—90年代，大量研究工作在三角洲的沉積旋回、三角洲類型以及三角洲初始發(fā)育、建造過程和沉積特征等方面深入開展。研究發(fā)現(xiàn)三角洲的沉積體具有旋回性，即進(jìn)積建造和退積破壞，其中進(jìn)積的三角洲在垂向上表現(xiàn)為向上變粗的沉積序列[3]。研究者根據(jù)三角洲砂體分布和垂向沉積相變特征及河流、波浪、潮汐動力相對強(qiáng)弱對三角洲進(jìn)行分類[4]，將世界三角洲劃分為河控三角洲、波控三角洲和潮控三角洲[5]。20世紀(jì)90年代以來，得益于14C測年技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及全球變化科學(xué)和層序地層學(xué)的發(fā)展，河口區(qū)域冰后期的沉積歷史和地層結(jié)構(gòu)成為國際研究熱點。研究顯示，受海平面變化控制，世界上現(xiàn)代主要三角洲發(fā)育的時間集中于8 500～6 500年前[6]。隨后大量研究都將海平面變化作為最主要的控制因子，分析三角洲地區(qū)的晚第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)[7-14]。
末次冰消期以來，全球氣候逐漸變暖，除兩極和高山以外，歐洲、北美洲冰蓋大部分消融，導(dǎo)致全球平均海平面上升了 120±5 m[15-21]（圖 1）。而且，冰消期以來的海平面變化較為復(fù)雜，存在數(shù)次冰融水事件（MWP- Melt Water Pulse），期間全球海平面跳躍式上升。如發(fā)生在約14.2～13.7 cal.kaBP的MWP-1A事件，500年時間海平面上升了約19 m，上升速率達(dá) 38 mm/a；發(fā)生于11.5～11.0 cal.kaBP的MWP-1B事件，500年時間海平面上升了約15 m，平均上升速率達(dá)到30 mm/a[15,22]（圖1）。早全新世海平面繼續(xù)快速上升，平均上升速率超過10 mm/a[8,15]（圖1）。到大約7 000年前，全球海平面趨于穩(wěn)定。海平面的快速上升導(dǎo)致現(xiàn)今大陸架的廣大區(qū)域被海水淹沒，河口大幅度后退，河口的沉積歷史和地層結(jié)構(gòu)也因此深受影響[6,23]。
氣候波動影響河流入海淡水量和泥沙量，從而影響河口沉積動力和沉積物堆積速率，因此也是三角洲地區(qū)沉積歷史和地層結(jié)構(gòu)的重要影響因素[13,24]。前人研究顯示，亞洲七大主要河口三角洲的發(fā)育規(guī)模與流域沉積物入海通量呈顯著正相關(guān)[25]。亞洲特別是東亞、南亞地區(qū)受季風(fēng)作用，全新世以來降水量波動顯著[26-29]。其變化歷史主要包括在全新世初期迅速增強(qiáng)，并于約10～6 cal.kaBP處于強(qiáng)盛時期，約6 cal.kaBP 以來開始衰退，約2 cal.kaBP以來有所復(fù)蘇[27-29]。
圖1 珊瑚礁記錄的末次盛冰期以來全球海平面波動[15]Fig.1 Sea-level fluctuation curve since the Last Glacial Maximum from coral reef [15]
由于海平面、季風(fēng)氣候的變化具有全球性或區(qū)域性的共同規(guī)律，那么受海平面、季風(fēng)作用的各河口-三角洲沉積歷史和地層結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有相似性。同時，由于流域和受水盆地的差異性，每個三角洲的地層結(jié)構(gòu)又具有其獨特性。弄清楚這些問題有助于掌握河口-三角洲演變的普遍規(guī)律，也有助于預(yù)測其未來變化。亞歐大陸為全球最大的大陸，數(shù)條世界性大河發(fā)源于其內(nèi)部高原，如長江、黃河、湄公河、恒河發(fā)源于青藏高原，珠江、紅河發(fā)源于云貴高原。同時，這些河流都受東亞和南亞季風(fēng)氣候影響，降水量豐富，攜帶大量泥沙，入海形成重要的三角洲。其中長江三角洲[9,30-34]、珠江三角洲[13,35]、紅河三角洲[7,10,36]、湄公河三角洲[11-12,37-39]和恒河-布拉馬普特拉河三角洲[14]這5個大河三角洲，目前已經(jīng)有大量的研究成果出版，包括沉積相分析、年代地層學(xué)和層序地層學(xué)等。黃河三角洲雖然也有大量研究成果[40-44]，但是由于其河口有多次長距離遷徙[45]，三角洲地層結(jié)構(gòu)變得特殊。因此，本文試圖通過對比長江、珠江、紅河、湄公河、恒河這5個潮汐作用顯著的大河三角洲的晚第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)和沉積演化歷史，分析其相似性和差異性，并探討差異性的主要影響因素。
1 東亞、南亞主要大河口晚第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)和沉積演變
1.1 長江三角洲
圖2 長江三角洲縱向地層剖面[32]（圖中年齡未經(jīng)日歷校正）Fig.2 Stratigraphy of a longitudinal cross section of the Yangtze delta[32]（Ages not calibrated.）
長江三角洲河口堆積主體位于長江下切古河谷之內(nèi)，末次冰消期以來的沉積厚約70 m[30,32]（圖2，3a）。下切古河谷的晚第四紀(jì)地層自下而上依次為：① 河流沉積體系，以河床滯留相沉積為主，為低水位體系域，多形成于12～13 cal.kaBP之前；② 潮控河口灣沉積體系，包括潮汐河道、潮控汊道、淤泥質(zhì)潮間帶-潮下帶、河口灣前緣等沉積相，為海侵體系域，多形成于12～8 cal.kaBP；③ 三角洲沉積體系，形成于8 cal.kaBP以來，并且自大約6 cal.kaBP向海進(jìn)積，為高水位體系域（圖3b）。
長江三角洲的全新世沉積歷史，存在幾次重要事件[46]（圖 3a）。首先，10～8 cal.kaBP 期間，河口沉積體系快速向陸后退，同時伴隨普遍的侵蝕現(xiàn)象；第二，約8 cal.kaBP三角洲開始發(fā)育，使沉積體重新向海大幅度伸展；第三，約6 cal.kaBP，水下三角洲沉積體再次顯著向陸后退；第四，約2 cal.kaBP，三角洲向海進(jìn)積速率顯著增大。
1.2 珠江三角洲
珠江三角洲基巖埋深較淺，末次冰期古河谷的下切深度一般不超過50 m[13]（圖4）?；鶐r上覆蓋的晚第四紀(jì)地層自下而上依次為：晚更新世砂礫沉積，早全新世下切古河谷充填沉積，中晚全新世三角洲沉積。其沉積演化歷史主要分為4個階段[13]（圖5）：末次冰期，河流下切晚更新世地層（圖5a）；約1萬年前MWP-1B結(jié)束后，海水開始進(jìn)入下切古河谷（圖5b）；早全新世下切古河谷快速充填（圖5c）；自大約8.5～7 cal.kaBP，海水溢出下切古河谷，淹沒寬廣的三角洲盆地（圖5d），珠江河口因此后退至三角洲盆地頂點，并于大約8 cal.kaBP開始建造三角洲沉積體。
在上述沉積演變過程中，值得注意的是，9 cal.kaBP之前，海水作用僅局限于下切古河谷，而此時季風(fēng)強(qiáng)盛，河川徑流量大，因此下切古河谷內(nèi)河流作用強(qiáng)盛。到8 cal.kaBP，海水淹沒了整個三角洲盆地，入海淡水徑流被分散，潮流作用因此加強(qiáng)，珠江口成為潮控型河口。另外，大約6 000年前，由于季風(fēng)徑流減弱，三角洲前積速率放緩；但在過去2 000年，人類活動加劇，河流入海泥沙明顯增加，海岸線再次快速前進(jìn)[35]。
圖3 長江三角洲全新世層序地層結(jié)構(gòu)[46]a. 地層及等時線空間展布；b. 地層Wheeler圖解?？s寫：MFS，最大海泛面；TS，海侵面；HST，高水位體系域；TST，海侵體系域。Fig.3 Holocene sequence stratigraphy across the Yangtze River mouth [46]（a）Chronostratigraphic chart. Blue lines represent the chronostratigraphic boundaries. （b）Wheeler diagram. Abbreviation: MFS, Maximum flooding surface;TS, transgressive surface; HST, highstand systems tract; TST, transgressive systems tract.
圖4 珠江三角洲典型縱向地層剖面[13]箭頭所指年齡均已校正（cal. kaBP）Fig.4 Longitudinal cross-section with calibrated ages for the Pearl River deltaic complex[13]
1.3 紅河三角洲
末次冰消期以來，紅河三角洲下切河谷自下而上的地層也由河道相、潮控河口灣相和三角洲相組成[10]（圖 6）。14.5 cal.kaBP 之前為低水位體系域（圖 6b），14.5～9 cal.kaBP 為海侵體系域（圖 6b，c），9 cal.kaBP以來為高水位體系域（圖6b，c）。其海侵體系域主要由潮汐河道、潟湖、潮灘、鹽沼和河口灣前緣等沉積相組成（圖6b）。自9 cal.kaBP三角洲開始建造以來，9～2 cal.kaBP紅河入海泥沙主要沉積于基巖控制的漏斗形河口（圖6a）。2 cal.kaBP之后，三角洲沉積體向口外進(jìn)積，形成向海突出的舌狀體（圖6a）。推測此種變化與人類活動導(dǎo)致的輸沙量劇增有關(guān)，前人估算紅河輸沙量9～2 cal.kaBP為（17～27）×106t/a，近 2 000 年則達(dá)到 49×106t/a[10]。
圖5 珠江河口晚第四紀(jì)—早全新世沉積環(huán)境演化的主要階段[13]Fig.5 Evolutionary stages of the Pearl River mouth during Late Pleistocene to Early Holocene[13]
圖6 紅河三角洲冰后期沉積物A-B和C-D縱剖面層序地層解釋[10]縮寫：MxFS，最大海泛面；TS，海侵面；HST，高水位體系域；TST，海侵體系域；LST，低水位體系域；IFS，初始海泛面；SB，層序邊界。Fig.6 Sequence stratigraphy of the post-LGM sediments of the longitudinal sections A-B and C-D[10]Abbreviation: MxFS, Maximum flooding surface; TS, transgressive surface; HST, highstand systems tract;TST, transgressive systems tract; LST, lowstand systems tract; IFS, initial flooding surface; SB, sequence boundary.
1.4 湄公河三角洲
湄公河三角洲晚第四紀(jì)地層自下而上依次為：13.0～9.5 cal.kaBP，河流沉積物充填下切古河谷；9.5～8.0 cal.kaBP，河口灣沉積；8.0 cal.kaBP 以來，三角洲沉積[39]（圖7）。在其沉積演化史中，特別值得注意的是，9.5 cal.kaBP之前，海侵和沉積作用均被限制在狹長的下切古河谷（圖8a-c）；而9.5 cal.kaBP之后，由于海平面的快速上升，河口大幅度后退，今湄公河三角洲所在區(qū)域均被海水淹沒，成為喇叭形的大型河口灣（圖8d），使海洋作用大為增強(qiáng)。大約8 000年前三角洲開始建造后，隨著海岸線向海推進(jìn)，波浪作用加強(qiáng)，自大約3 500年前開始，在海岸帶形成系列灘脊[47]。
1.5 恒河-布拉馬普特拉河三角洲
在恒河-布拉馬普特拉河河口的錫爾赫特盆地，全新世地層厚度接近100 m（圖9），是區(qū)別于其他三角洲的典型特征。其海侵地層厚約50 m[14]（約11～8 cal.kaBP），以垂向加積作用為主；三角洲陸上區(qū)域的高水位體系域厚度也達(dá)到約40 m[14]（約8～0 cal.kaBP）。由于海侵地層的加積特征，前人認(rèn)為該河口于11～10 cal.kaBP就開始建造河成三角洲[14]（圖9）。三角洲的西部主要受恒河泥沙供應(yīng)，于7 cal.kaBP左右開始向海進(jìn)積，河流輸入的細(xì)顆粒懸沙穿過陸上三角洲在大陸架上形成一個前積的三角洲前緣斜坡，而在三角洲平原上主要形成河道相砂體。此時三角洲的東部，布拉馬普特拉河的泥沙仍主要沉積在內(nèi)陸構(gòu)造盆地，鄰近陸架缺少沉積物供應(yīng)，海岸帶繼續(xù)發(fā)生海侵。5 cal.kaBP左右，恒河與布拉馬普特拉河改道并在三角洲東部海岸帶匯合入海，使三角洲東部區(qū)域進(jìn)積到現(xiàn)在的河口位置。
2 典型河口全新世沉積歷史演變的主要影響因素
2.1 海平面變化的控制作用
上述各大三角洲的晚第四紀(jì)地層，大多由低水位體系域河流相沉積、海侵體系域河口灣相沉積以及高水位體系域三角洲相沉積組成，而且高水位體系域三角洲開始建造的時間，大多開始于9～8 cal.kaBP（表1）。這種相似性受控于全球海平面變化。早全新世[48]（11.7～8.2 cal.kaBP）海平面快速上升，上升速率＞10 mm/a（圖1），而且各河口下切古河谷和三角洲盆地均被海水快速淹沒，成為寬廣的河口灣，因此河流動力弱于海洋動力，發(fā)育河口灣沉積體系。自大約8.2 cal.kaBP，海平面上升速率明顯下降[34]，因此海洋作用減弱，使各河口灣頂開始建造三角洲。前人對全球36個三角洲年齡進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)這些三角洲大多自8.5～6.5 cal.kaBP開始建造，與海平面上升速率的下降時間基本一致[6]。
圖7 湄公河三角洲典型縱向地層剖面[39]Fig.7 Longitudinal cross-section for the Mekong incised valley[39]
圖8 湄公河三角洲和越南東南大陸架在12，10，9.5，8.5 cal.kaBP時的古地理解釋[39]縮寫：mbsl，現(xiàn)今海平面以下米數(shù)。Fig.8 Palaeo-geographical interpretation of the Mekong Delta and southeast Vietnamese shelf at 12, 10, 9.5,and 8.5 cal.kaBP with respect to the present-day coastline[39]Abbreviation: mbsl, meters below modern sea level.
圖9 恒河-布拉馬普特拉河三角洲晚第四紀(jì)層序地層[14]Fig.9 Generalized sequence stratigraphy for the Late Quaternary Ganges-Brahmaputra delta[14]
海平面上升速率與三角洲建造的關(guān)系，從根本上來說，是其與河口沉積速率之間的博弈：當(dāng)海平面上升速率大于沉積速率，河口的沉積物可容空間發(fā)生凈增加，海岸線向陸后退，形成河口灣環(huán)境；當(dāng)沉積速率超過海平面上升速率，河口的沉積物可容空間減小，海岸線向海進(jìn)積，從而有利于三角洲的發(fā)育[24,49]。另外，從潮控受水盆地的動力角度來說，海平面上升速率的減小，導(dǎo)致納潮量增加速率的減小，從而改變河流與潮汐作用的相對強(qiáng)弱，利于沉積物在河口的堆積。
2.2 流域?qū)涌谘葑兊挠绊?/h3>
前人研究認(rèn)為恒河三角洲在海侵期間就開始建造，時間為11 cal.kaBP，早于其他三角洲數(shù)千年[14]；紅河三角洲的開始建造時間也略為偏早[10]（表1）。由于河口沉積體系的演變?nèi)Q于海平面上升速率和泥沙堆積速率之間的平衡關(guān)系[6]，因此，可以推測這兩大三角洲的流域泥沙供應(yīng)充足。對比五條河流的入海年輸沙量及懸沙濃度（表2），可以看到，恒河的年輸沙量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他河流，達(dá)到10億t/a；恒河與紅河的入海懸沙濃度也數(shù)倍于其他河流。
這些河流都位于印度洋和太平洋季風(fēng)區(qū)，氣候上具有相似性。因此，推測導(dǎo)致其輸沙量及入海懸沙濃度顯著差異的原因，與流域地貌特征、基巖屬性等因素有關(guān)。首先，恒河自青藏高原發(fā)源后，向南快速匯入了孟加拉灣，河長僅約2 510 km（表2）。因此，恒河具有落差大、流程短的特征，源區(qū)產(chǎn)生的泥沙大多被徑流直接輸送入海。研究者還估算，11.5 cal.kaBP前后由于西南季風(fēng)比現(xiàn)在更強(qiáng)盛，恒河的輸沙量約為2.5×109t/a，是現(xiàn)在的2.5倍[14]。因此，盡管早全新世海平面快速上升，恒河巨大的輸沙量使沉積物供應(yīng)和海平面上升相對平衡，海岸線保持穩(wěn)定[14]，從而在早全新世就形成巨厚的河控三角洲沉積體（圖8）。相比之下，同樣發(fā)源于青藏高原且流域面積相似的長江，河長超過6 000 km（表2）；而且長江入海前要先流經(jīng)江漢盆地、洞庭湖盆地和鄱陽湖盆地等數(shù)個沉積中心[50]，上游產(chǎn)出的泥沙首先在這些中下游盆地沉積，導(dǎo)致入海泥沙量顯著減少。其次，流域基巖特征對泥沙產(chǎn)出影響巨大。例如，發(fā)源于云南巍山縣的紅河，流域大部分為熱帶紅土，風(fēng)化強(qiáng)，產(chǎn)沙量大。夏季風(fēng)盛行時，紅河懸沙濃度可達(dá)12 kg/m3[10]。而珠江流域內(nèi)廣泛分布碳酸巖，其風(fēng)化以溶蝕作用為主，碎屑泥沙的產(chǎn)出小，因此入海平均懸沙濃度僅0.22 kg/m3，明顯低于其他河流（表2）。
表1 五大三角洲開始建造時間對比Table 1 A comparison of delta initiation time in South and East Asian
2.3 沉積盆地對河口演變的影響
珠江入海泥沙量顯著小于其他河流，但其三角洲也于大約8 000年前開始建造，分析其原因，可能與其全新世基底地形及海洋動力較弱有關(guān)。首先，其全新世基底地形受基巖限制，末次冰期下切古河谷的深度均不超過50 m（圖4，5），而其他河口如長江、紅河、湄公河等，下切古河谷的深度均超過60 m（圖2，6，8）。因此，珠江口在早全新世海水沒有溢出下切古河谷之前，泥沙主要沉積在古河谷之內(nèi)，使得下切古河谷得到快速充填。其次，珠江口為弱潮河口，平均潮差僅 0.86～1.57 m[35]（表 2）；加上河口眾多基巖島嶼的限制，呈現(xiàn)為河口灣的形態(tài)，灣內(nèi)波浪較弱，正常天氣平均波高0.9～1.9 m[35]。這樣的動力條件有利于中全新世海平面上升速率下降之后灣頂三角洲的建造。
3 結(jié)論
（1）東亞、南亞五大河口末次冰消期以來的地層多由下切古河谷河流相、河口灣相和三角洲相三個沉積層序組成，該特征主要受控于海平面變化，即分別對應(yīng)低水位體系域、海侵體系域和高水位體系域。
（2）恒河及紅河三角洲的建造時間分別在約11 000年前和約9 000～8 500年前，均早于其他大河三角洲在約8 000年前開始建造的時間，這種差異性與恒河和紅河的流域產(chǎn)沙量大、流程短、源區(qū)泥沙多被直接輸送入海相關(guān)。
表2 東、南亞五大河流建壩前水文泥沙特征Table 2 Characteristics of Hydrology and sediment load before dam construction for Eeast and South Asia rivers
（3）珠江流域雖然以碳酸鹽巖溶蝕為主，產(chǎn)沙量少，但是其古河口灣的灣頂三角洲建造時間不晚于其他三角洲，推測和河口沉積盆地基底地形有關(guān)，即受基巖限制，早全新世海水束狹于下切古河谷，使得下切古河谷得到快速充填。加上被基巖包圍的古河口灣內(nèi)海洋動力較弱，因此利于三角洲的建造。
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