杭州灣潮汐沉積與桐廬奧陶系古代沉積的觀測與對比

1、杭州灣潮汐沉積與桐廬奧陶系古代沉積的觀測與對比張璐*，范代讀，同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院，上海200092;*聯(lián)系人： HYPERLINK mailto:zl- zl-摘要關(guān)鍵字杭州灣的沉積動(dòng)力以潮汐為主，海水在潮汐作用下灌入 巨大的喇叭形河口灣時(shí)可形成涌潮。通過在杭州灣潮灘的短 柱取樣可以分析潮汐作用下的沉積構(gòu)造和特征。在桐廬縣桐 君山的文昌組剖面，可以觀察到奧陶系沉積地層的構(gòu)造和巖 性特征。本文將對杭州灣涌潮觀測、潮灘沉積物短柱樣和桐 廬文昌組剖面的特征進(jìn)行描述，并比較兩者在沉積環(huán)境和動(dòng) 力方面的異同。涌潮文昌組內(nèi)潮汐杭州灣涌潮的觀測涌潮是一種周期性發(fā)生的、破壞力極強(qiáng)的 高能事件，且塑造了

2、典型的沉積地貌特征， 常發(fā)育在強(qiáng)潮、喇叭型河口灣E。此次觀測涌 潮地點(diǎn)選在大缺口鎮(zhèn)，將YSI和OBS-3A后向散 射濁度儀安置在河口灣的水文標(biāo)桿上進(jìn)行自 動(dòng)觀測。在涌潮到來之前，部分河口砂體出 露，砂體中有機(jī)質(zhì)含量較高，以分選好的細(xì) 砂和粉砂為主。此次涌潮觀測日期為2012年5月6日，當(dāng)日 涌潮到達(dá)大缺口地區(qū)時(shí)間為10時(shí)40分左右， 因此我們可以選擇當(dāng)日OBS觀測數(shù)據(jù)中10時(shí) 35分至24時(shí)的記錄繪制深度和濁度的折線圖。 其中前15分鐘取每分鐘的整點(diǎn)數(shù)據(jù)作圖，其 余的時(shí)間以10分鐘的間隔取點(diǎn)。從圖1中，可觀察到水位上漲發(fā)生在10時(shí) 41分，涌潮到來的前30分鐘內(nèi)水深就達(dá)到了 5m以上，水位上漲

3、十分迅速。漲潮時(shí)間僅有 三個(gè)小時(shí)左右，最高水位可達(dá)7m以上。落潮 則持續(xù)了近九個(gè)小時(shí)，水位下降比較緩慢。 可見錢塘江潮汐的漲落潮極不對稱，漲潮迅 速而落潮相對較慢，證實(shí)其屬于涌潮的特征。 從OBS記錄的濁度特征來看，隨著涌潮的到來， 流速很快，漲潮時(shí)的濁度很高。在達(dá)到最高 水位之后，深度維持在最高水位上下，這一 階段的流速降低，濁度下降，在落潮開始之 前的時(shí)刻濁度達(dá)到最低值，反映了由漲潮向 落潮變化的轉(zhuǎn)流階段相對低流速的特征。一 個(gè)漲落潮周期可分為7個(gè)階段：涌潮一漲急、 漲潮流驟降、漲緩、轉(zhuǎn)流、落初緩流、落急 和落急一落憩階段J這些階段的水體特征均 可在曲線圖中得到相應(yīng)反映。根據(jù)數(shù)據(jù)還能觀察到

4、，夜間的漲潮從水深 到濁度的數(shù)據(jù)均高于中午時(shí)分的漲潮，表明 同一天內(nèi)兩次漲潮的規(guī)?？沙霈F(xiàn)不均等的現(xiàn) 象。推測其原因是由于夜間觀測地的地月距 離相對較近，地月引力較白天有所增強(qiáng)而導(dǎo) 致其夜間潮的規(guī)模稍大。錢塘江河口灣潮灘沉積特征為了進(jìn)一步了解潮汐沉積的機(jī)制和特 征，我們選擇在錢塘江河口灣大缺口段的潮 灘上進(jìn)行短柱取樣。在三個(gè)取樣點(diǎn)上鉆取了 四段短柱樣，經(jīng)剖開后可在剖面上觀察到其 記錄的潮灘沉積特征。D1柱狀樣取自潮灘向水道處的岸邊，該 環(huán)境有水體持續(xù)的沖刷作用，時(shí)常有塊狀沉 積物被沖刷掉入水道中。該樣品是在低潮位 之上的沉積物，取樣時(shí)潮水退去，低于潮灘 有兩米以上，故可連續(xù)取得187cm的柱狀樣

5、。沉積物以泥質(zhì)和細(xì)粉砂顆粒為主，上部可見泥質(zhì)和細(xì)粉砂質(zhì)互層，粉砂層略厚，見水平層理，泥質(zhì)薄層夾在粉砂層之間。中部有厚為泥質(zhì)和粉砂一細(xì)砂質(zhì)薄互層，每層僅數(shù)毫米至1厘米厚，互層現(xiàn)象十分顯著。沉積構(gòu)造主要是水平層理，部分層段的泥質(zhì)層和砂度約20cm以上的連續(xù)粉砂層，發(fā)育有低角質(zhì)層中有植物根系存在，還可見少數(shù)由于生度的斜層理、平行層理和小型的槽狀交錯(cuò)層 理。下部仍為泥質(zhì)薄層和粉砂層的互層沉積， 粉砂層中發(fā)育斜層理和槽狀交錯(cuò)層理，很少 有平行層理，夾在粉砂層中的泥質(zhì)層可呈薄 的透鏡狀。最下端40cm左右的泥質(zhì)層變薄， 砂質(zhì)層顆粒變粗，可至粉砂、粉細(xì)砂級，呈 現(xiàn)塊狀構(gòu)造，層理不明顯。D2柱狀樣取自潮坪部分

6、，應(yīng)屬于潮間帶 環(huán)境，頂面暴露有波痕層理，波痕較寬緩， 形態(tài)對稱，為漲潮時(shí)形成的干涉波痕。該柱 狀樣長度為90cm，主要為泥質(zhì)薄層和粉砂 質(zhì)厚層互層。上部粉砂層中可見斜層理和泄 水構(gòu)造，部分仍發(fā)育平行層理和塊狀層理。 中部出現(xiàn)10cm以上泥砂質(zhì)交互的水平紋層， 下部泥質(zhì)層減少，粉砂層中主要為塊狀構(gòu)造， 部分發(fā)育斜層理和透鏡狀層理。D3柱狀樣取自潮灘上長有植被的區(qū)域， 應(yīng)屬于潮間帶與潮上帶的過渡環(huán)境，發(fā)育沖 溝，該環(huán)境長有小型的草本植物，大量螃蟹 棲息于洞穴中。柱狀樣長度為95cm，主要 物擾動(dòng)而使平行層理發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。由于三個(gè)取樣點(diǎn)的環(huán)境各異，且都代表 了潮灘沉積的特征。在D1柱狀樣下部中可

7、 以觀察到很多斜層理和交錯(cuò)層理，因其對應(yīng) 的高度為低潮位水面，水流活動(dòng)較頻繁，這 些沉積特征一定程度上反映了水動(dòng)力較強(qiáng) 和沖刷、沉積作用較活躍的沉積條件。D2 柱狀樣中存在斜層理、平行層理和塊狀構(gòu)造 對應(yīng)其潮間帶環(huán)境中，漲潮和退潮的水動(dòng)力 條件，由于潮流雙向水流的作用，沉積構(gòu)造 可發(fā)育斜層理和交錯(cuò)層理，還可見部分透鏡 狀層理。D3柱狀樣整體為泥質(zhì)和粉砂一細(xì) 砂質(zhì)薄互層，層厚在一厘米左右，互層現(xiàn)象 顯著。與其沉積環(huán)境相聯(lián)系，由于只有在漲 潮時(shí)潮水才能漫過該環(huán)境，因此水動(dòng)力比較 弱，不發(fā)育斜層理和交錯(cuò)層理，而是以水平 層理為主。泥質(zhì)和砂質(zhì)的互層很好地記錄了 隨著潮周期水體變化而沉積的周期性互層。

8、由于長有草本植物并有生物潛穴棲居，泥質(zhì) 顏色暗黑，有機(jī)質(zhì)含量很高。粉砂塘江河口潮灘沉積短柱樣粒度描述樣品很好地反映了在潮灘沉積中不同 部位的沉積機(jī)制，可進(jìn)行橫向?qū)Ρ?。具體柱 狀樣描述和經(jīng)緯度見圖2。桐廬奧陶系沉積地層分析在現(xiàn)代沉積觀測，對潮汐沉積有了一定 了解后，我們對出露于桐廬縣桐君山公路旁 的奧陶系地層進(jìn)行了觀察和分析。據(jù)相關(guān)文 獻(xiàn)，該地層屬晚奧陶世的文昌組2】。該地層 的劃分變化較大，最初文昌組被劃入志留系 地層，作為志留系的底；現(xiàn)在由于化石記錄 文昌組最終被劃入奧陶系，其間堰口組由于 與文昌組巖性和層位相似被并入文昌組而 不再作使用3】。文昌組在浙西北地區(qū)廣泛分布，巖性特 征為砂巖和泥

9、巖，上段的底部發(fā)育礫巖層。 在桐君山的剖面上，文昌組出露并不完整， 上部與志留系地層接觸，下部未見底。據(jù)文 獻(xiàn)4】，桐君山出露的文昌組剖面厚度達(dá) 182m，其上段厚度為14.1m。巖性和沉積構(gòu) 造特征描述如下：在桐君山腳出露的文昌組下段部分巖 性以灰綠色塊狀砂巖和粉砂巖為主，其中夾 有薄泥質(zhì)層。沉積構(gòu)造主要為板狀交錯(cuò)層理， 部分可見波痕層理。山腳向上在山路轉(zhuǎn)角附 近的文昌組下段巖層為青灰色砂巖，夾泥質(zhì) 粉砂巖，沉積構(gòu)造為板狀交錯(cuò)層理和平行層 理，可見砂泥交互。下段的頂部巖層顆粒逐 漸變細(xì)，以細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖為主，沉 積構(gòu)造上，泥巖和細(xì)砂巖、粉砂巖的沉積韻 律互層常見，顯示了很顯著的潮汐沉積

10、特征。文昌組上段巖層巖性以砂巖、泥巖和礫 巖為主，其中礫巖層底部發(fā)育沖刷面，與下 覆的文昌組下段巖層特征有明顯差異。礫石 顆粒成扁平橢圓狀，長軸可達(dá)10cm以上， 且大小不一，分選性較差，磨圓度很好。礫 石有多種巖性，其中黑色的多為燧石，還有 部分乳白色的石英質(zhì)礫石、青灰色細(xì)砂、粉 砂質(zhì)礫石。該段巖層整體為顆粒支撐，部分 基質(zhì)含量高的為基質(zhì)支撐。在礫石層中下部 礫石排列緊密，呈疊瓦狀構(gòu)造；上部逐漸發(fā) 育波狀層理和脈狀層理。文昌組上段頂部已 不見礫石層，巖性為青灰色細(xì)砂巖、粉砂巖 和暗色的泥巖，見明顯的潮汐沉積韻律，發(fā) 育脈狀層理，波狀層理和部分透鏡狀層理。對于文昌組的沉積機(jī)制多年來看法不 一，

11、多數(shù)學(xué)者認(rèn)為總體上屬濱淺海沉積，還 有內(nèi)潮汐沉積，近岸水下河道沉積等觀點(diǎn)4】。 由于晚奧陶世地質(zhì)作用較活躍，地質(zhì)歷史時(shí) 期發(fā)生了生物大滅絕、全球性冰川和全球性 海平面劇降等事件，因此控制沉積的主要機(jī) 制可能并非單一，先前沉積構(gòu)造也有可能遭 到改造而不易辨識。據(jù)劉曉等（2012）對 巖石粒度分析得出的粒度概率曲線上跳躍 組分由兩個(gè)次總體組成，懸移組分含量占 20%左右，與濱淺海砂巖粒度特征相似， 且板狀交錯(cuò)層和波痕層理反映了淺海波浪 作用。細(xì)砂質(zhì)和泥質(zhì)互層形成韻律沉積層理， 顯示了明顯的潮汐沉積特征。但潮汐沉積的 機(jī)制說服不一，主要是淺水潮坪沉積和深水 內(nèi)潮汐沉積的分歧。內(nèi)潮汐沉積是90年代初期

12、，高振中和 Eriksson在對美國阿拉巴契亞山脈研究時(shí)首 先提出并使用。內(nèi)潮汐是內(nèi)波的一種類型， 內(nèi)波存在于兩個(gè)密度不同的水層界面上或 存在于具有密度梯度的水層之內(nèi)。內(nèi)潮汐是 一種周期等于半日潮或日潮的內(nèi)波，在海洋 中普遍存在，而在深水區(qū)（一般超過 200250m）內(nèi)潮汐表現(xiàn)得尤為明顯。何 幼斌等將文昌組的韻律性砂泥巖薄互層沉 積特征認(rèn)為是床沙載荷與懸浮載荷頻繁交 替的代表。在深水斜坡環(huán)境中形成這種特征 的巖相類型應(yīng)為內(nèi)潮汐沉積作用的結(jié)果，且 這種砂泥巖薄互層的韻律性可能與大小潮 周期性變化有關(guān)我其他內(nèi)潮汐沉積特征還 包括：雙向交錯(cuò)紋理砂巖；單向交錯(cuò)和交錯(cuò) 紋理砂巖；脈狀、波狀、透鏡狀層理有

13、孔蟲 灰?guī)r；具有脈狀、波狀、透鏡狀層理和側(cè)向 交錯(cuò)層的砂質(zhì)鮞粒灰?guī)r等。桐君山文昌組的沉積機(jī)制解釋為內(nèi)潮 汐沉積并沒有完全的說服力。整套文昌組的 構(gòu)造中砂質(zhì)和泥質(zhì)薄互層并不是全部都發(fā) 育，砂泥互層部分由下向上泥質(zhì)含量逐漸增 高。根據(jù)范代讀等（2003）對浙皖邊緣海 盆巖相古地理分析，在晚奧陶世盆地為深海 沉積，隨著華夏造山帶不斷隆升，盆地進(jìn)入 快速堆積期，不斷淤淺使海水退去。加上晚 奧陶世全球性冰川活動(dòng)導(dǎo)致的海退作用，處 于臨安一馬金斷裂和江山一紹興斷裂之間 的文昌組沉積環(huán)境應(yīng)屬濱淺海環(huán)境。因此 將潮汐沉積部分解釋為深海內(nèi)潮汐作用的 證據(jù)并不很完備。從上述剖面描述來看，文 昌組由下向上泥質(zhì)含量逐

14、漸增多，代表水動(dòng) 力條件由底部向頂部方向逐漸減弱。在文昌 組上下段分界處含礫石層呈透鏡體產(chǎn)出，由 于磨圓度好，分選差，代表了水動(dòng)力強(qiáng)的河 流搬運(yùn)特點(diǎn)，與沖刷面伴生，該礫巖層應(yīng)為 近岸水下河道沉積。上段的潮汐層理發(fā)育 部分可見對稱波痕層理和雨痕，證明沉積環(huán) 境不僅水深較淺而且有出露地表的時(shí)期。由于內(nèi)潮汐機(jī)制特征與正常潮汐沉積 相似，而在野外觀察到的雨痕則很好地提供 了這兩者的鑒別證據(jù)。結(jié)合其韻律性互層和 對稱波痕特征，可推斷文昌組巖層為潮坪沉 積形成，而并非深水內(nèi)潮汐作用。文昌組潮坪沉積與現(xiàn)代潮坪沉積比較此次實(shí)習(xí)觀察的現(xiàn)代三角洲潮坪沉積 和桐廬晚奧陶世潮坪沉積特征相近，可以進(jìn) 行橫向?qū)Ρ?。錢塘江

15、河口潮坪柱狀樣以粉砂、 粉細(xì)砂和泥質(zhì)為主，靠近水體部分交錯(cuò)層理 和斜層理較發(fā)育，甚至發(fā)育塊狀層理。在中 潮坪部位可見波痕層理，砂質(zhì)顆粒稍有變粗， 可解釋為風(fēng)暴等事件沉積造成3，長有植被 的潮間一潮上帶砂泥薄互層十分明顯，這里 水動(dòng)力較弱，漲落潮搬運(yùn)的沉積物能夠很好 地沉積和保留，同時(shí)也記錄了大小潮周期性 變化。在桐廬文昌組剖面上，潮汐層理發(fā)育部 分可以找到與現(xiàn)代潮坪沉積相近的特征，如 砂泥韻律性互層、對稱波痕等。由于有沖刷 面和雨痕等淺水、暴露環(huán)境，可將其與深水 內(nèi)潮汐沉積加以區(qū)分。后記這兩天的觀測可以相互支持和驗(yàn)證，對 于我們初學(xué)沉積學(xué)的學(xué)生來說是一次生動(dòng) 具體的課外教學(xué)，能在野外實(shí)習(xí)中將所學(xué)原 理針對性應(yīng)用，還能提高野外工作技能，在 此感謝范代讀老師提供的機(jī)會(huì)和現(xiàn)場指導(dǎo)， 同樣感謝幾位師兄師姐工作和生活上的照 顧！參考文獻(xiàn)范代讀，蔡國富，尚帥，