碎屑滨岸沉积体系是指不包括三角洲在内的,由浪基面向上延伸到冲积海岸平原、阶地、陡岸边缘的这样一个狭窄的高能过渡环境。
简介
碎屑滨岸带是指不包括三角洲在内的,由浪基面向上延伸到冲积海岸平原、阶地、陡岸边缘的这样一个狭窄的高能过渡环境。尽管在特定的时间内,碎屑滨岸带的宽度是有限的,但由于岸线的侧向迁移,可以形成广布的碎屑滨岸沉积(Galloway等,1983)。
碎屑滨岸带沉积物的补给有多种方式:①河流沉积物入海后的沿岸搬运;②陆架沉积物的向岸搬运;③局部的陆岬侵蚀;④残留物的富集;⑤小型的沿岸水系。
滨岸带的特征取决于两个基本的能量因素,即波浪和潮汐,它们都与潮差有直接的关系(Hayes和Kana,1976)。波浪的效率与潮差成反比关系,因为在每个潮汐周期中,随着潮差的增加,滨岸带变宽,从而使波能分散。滨岸带的地形与三种潮差类型有关:小潮差(潮差0~2m)地区,发育浪控海岸,较长的不中断的障壁岛与有关的环境所占比例最大;中潮差(潮差2~4m)地区,发育低矮短小的障壁岛和广阔的潮坪或沼泽,入潮口和涨退潮三角洲发育;大潮差(潮差大于4m)地区,为潮控海岸,潮汐能量阻碍了障壁的发育,代之以宽广的潮坪和盐沼,并被活跃的潮道所切割(Hayes,1976)。碎屑滨岸带体系中包括海滩面、潮坪、障壁和潟湖等,它们可以是其他体系的构成部分,也可以构成独立的沉积体系。
沉积作用
修饰滨岸带的沉积作用有潮汐、波浪、风生海流和沿岸流。除此之外,还有风暴作用,它对滨岸带的影响主要是破坏性的。
1.波浪(表面波)
在
海洋中常见两种类型的波浪,一种发育于海水深处,是由于密度差或温度差等因素引起的内波;另一种是形成于海水表面的表面波。由于本节研究的范围限于滨岸带,故仅论述表面波的沉积作用过程。波浪一旦离开其生成区而不再受其它因素影响时,它们就会在传播中自己进行分选而转变成规则的深水涌浪,深水涌浪的剖面形态十分接近正弦曲线,水质点只是围绕一个近封闭或椭圆运动,并无明显的前后移动。当逼近海滨的深水涌浪在水深大约是波长的1/2处“触及海底”时就演化为浅水波和孤波。孤波属浅水推移波,其波谷平坦,仅有波峰单突起于水面上,孤波的水质点仅朝波浪传播方向运动而没有回流。当H/L=0.78时波浪破碎形成破波,破波是波峰处水质点向前的轨道速度超过波浪速度的结果。破波区水流具环流性质。破波向岸进一步演化为激浪和高出静水位的冲流。当其能量耗尽后,即形成离岸流。
与沉积物搬运和沉积关系最密切的是:
① 中等水深度的波和浅水波近底面处水质点运动的最大水平分速度;
② 孤波近底面处水质点的运动速度;
③ 破波区水流中的环流及;
④冲流和离岸流的能量。
孤波、破波区的波痕轨迹运动及冲流把砂粒向陆搬运,离岸流则相反,它们向海搬运沉积物。
波浪摆动形成的波痕有长的脊线,它们或者分叉或者以单线型式中止。波痕剖面是对称又圆滑的,极少是尖的,随着水深变浅,定向水流与波痕运动叠加,使波脊变得弯曲和不连续。到了冲流/离岸流带,砂受到良好的分选,并形成典型的低角度冲洗交错层理。
2.潮汐
潮汐运动具有周期性,其能量大小取决于潮差,潮差越大潮汐能量越强。潮流中水质点运动的最大特点是具有双向性和周期性。涨潮时,潮水向岸运动,当潮水上涨达到最高潮时,产生高潮平潮期(憩水期)。随后的落潮时期,潮水向海运动,落到最低水位时产生落潮平潮期。潮汐涨落总有一主(能量强的)一次(能较弱的),每次运动都有搬运和沉积过程,但搬运方向和沉积物厚度随潮流性质而不同。涨潮期沉积物向岸搬运,落潮期向海搬运,主潮流期的沉积物厚度大且对下伏沉积物造成较严重的冲刷,次潮流期则相反。在涨潮平潮期和落潮平潮期各有一次悬浮沉积物的沉积过程。
羽状交错层理,再作用面和双黏土层等是潮流作用的典型结果。
除波浪和潮汐作用外,持续的沿岸流及短期的风暴潮流作用亦不容忽视。
海滩面
海滩是一种与大海连通的无障壁海岸带,由陆向海依次出现风成沙丘→后滨→前滨→临滨,再向外过渡为远滨或称陆架体系。
1.临滨沉积
临滨又称近滨,是指从平均低潮线至波基面之间经常淹没在海水中的地带。根据临滨沉积的结构、物理构造和生物特征将其区分为下临滨、中临滨和上临滨沉积。
下临滨通常由砂、粉砂和泥的薄互层组成,每个沉积作用单元(几厘米厚)被认为是与风暴事件有关。典型的
遗迹化石包括直立管,如 Asterosoma(海星迹),以 及 食 悬浮 物 和 食 沉 积 物 的 遗 迹 组 合,如 Thalassinoides(海 生 迹 )和Teichichnus(墙迹);中临滨受到更强大的波浪及其伴生的沿岸流和离岸流的作用,留下更复杂的沉积记录。在好天气时形成向岸或斜交岸线倾斜的、中等规模的前积层和近于平行的纹层。在古代沉积物中存在平行于海岸的单向或双向的重要的沿岸流沉积物。中临滨的风暴沉积比下临滨的厚,而且构成透镜状,每个沉积单元可达 1m。Skolithos(石针迹)和 Rosselia、Diplocraterion和 Ophiomorpha(蛇形迹)是常见的遗迹化石;上临滨相当于破波带的上部,受强大的向岸流、离岸流和沿岸流的控制。好天气时,向海倾斜的槽状交错层是特征性的构造,但随着沿岸流的增强,槽轴倾向变为平行于岸线方向。遗迹化石以 Skolithos(石针迹)居多。
2.前滨沉积
前滨位于平均高潮线与平均低潮线之间,相当于波浪冲流带,是海滩的主要部分。前滨带的主要层理类型是平行层理和大型低角度海滩冲洗交错层理。但也可以看到一些向陆倾向的较陡的纹层砂。沿滩肩顶部的贝壳富集层记录了波浪上冲的界线。
前滨带可有一个或多个大致平行于岸线分布的沿岸沙坝,其发育程度与海岸波浪的能量大小有关,波能愈弱沙坝愈不发育。在横剖面上,沙坝呈不对称状,向海坡度较缓,与其相应的纹层倾角也极平缓;而向陆一侧坡度较陡,主要由倾角 16~20°的
板状交错层理组成。
3.后滨沉积
后滨是海滩的上部,位于平均高潮线以上,只有在特大风暴或异常高潮期间才会受到海水作用。最主要的沉积物是水平纹层的砂,有时也有低角度的交错层理。
后滨地区通常发育有滩肩,滩肩一般位于高潮线附近,它可以单独出现或平行成排出现,高一般为几米,宽几十米,长几百米至几千米。主要由砂、砾和介壳碎屑等粗粒沉积物组成。
4.滨岸的风成沙丘沉积
指后滨带以上经风的改造作用而成的沙丘堆积,它们沿海岸可占据相当的宽度。在砂供应充足,并且向岸有盛行强风地区经常发育风成沙丘。风成沙丘以分选好的中 -细砂为特征,具大型的风成沙丘交错层理,前积纹层相当陡(倾角可达 30~40°)。
5.海滩面体系各成因相时空分布规律
海滩面体系各成因相之间分布特点有:
① 在沉积倾向上,各种成因相随水动力条件和水深的改变而呈有序排列,成因相之间均为过渡关系;
② 在沉积走向上,各成因相可延伸很远,且平行岸线分布;
③ 在时间序列上,最容易保存下来的是向海进积的海滩面体系。这种推进层序的特点是,临滨沉积覆盖在远滨沉积之上,前滨沉积覆盖在临滨沉积之上,而前滨沉积又被后滨沉积所覆盖。总的来说,具有由下向上粒度变粗、生物扰动减弱,而波浪成因的沉积构造相应增多,沉积物分选向上变好的特点。
潮坪体系
潮坪沉积体系出现在波浪能量低的中潮差和大潮差地区。该体系主要包括了潮下带沉积、潮间带沉积(狭义的潮坪或潮间坪)、潮上带沉积和潮道等四种成因相。
1.潮道沉积
潮道通常发育于潮间带和潮下带,其底部是具介壳碎屑的粗砂岩和大量泥砾的滞留沉积物,向上砂泥质增多。在潮坪体系的不同地带,潮道的特征也不同。由海向陆,根据岩性特征可分为砂质潮道、砂泥质混合潮道和泥质潮道。在同一方向上,潮道的形态也有变化:潮下部分,潮道较直,潮汐脊和纵向沙坝、斜向沙坝等比较发育,侧向迁移能力强;在砂质潮间带,潮道也较直,分支较少,剖面上的形态比较对称;在泥质潮间带,潮道呈树枝状,剖面形态极不对称,弯曲度增高,有发育很好的曲流沙坝,并以向潮道缓倾斜的侧向加积层理为特征。在潮道砂质沉积物中,作为涨、退潮流的反映,一般具有
羽状交错层理,但由于通常只有一个方向的主潮流,其结果出现了由单向交错层理组成的具多个再作用面的砂层。
2.潮下带沉积
潮下带位于平均低潮线以下,主要由潮道中的沙坝和浅滩沉积物组成,是以砂质为主的沉积区。由于潮流能量大,再加上波浪的作用,发育大型交错层理,也有波痕纹理、平行纹理和双黏土层出现。
3.潮间带沉积
潮间带位于平均高潮线与平均低潮线之间。由海向陆依次出现砂坪、混合坪和泥坪沉积。
砂坪位于低潮线附近,以砂质沉积为主,其构造以发育大型板状或楔状交错层理和羽状交错层理为特征,有时可见再作用面和冲刷 -充填构造。混合坪由薄层的砂泥互层组成,其中发育脉状层理、波状层理、透镜状层理和砂泥互层层理及各种面状构造。黄逎和等(1985)通过对我国东海现代潮坪的考察,发现潮间带广泛发育有潮汐周期层序,如递变式周期层序和规律间隔层组式周期层序。这类周期层序在我国西南晚二叠世含煤岩系(黄逎和等,1985)和华北石炭 -二叠含煤岩系中都有发现(陈钟惠等,1985)。泥坪位于高潮线附近,沉积物主要为泥和粉砂,发育水平纹理或块状层理和波状层理,并可见泥裂和植物根痕。
4.潮上带沉积
潮上带位于平均高潮线之上,为咸水沼泽(盐沼)沉积与粉砂和黏土的互层状结构。由于生物扰动、植物根系穿插和发育结核等使
原生沉积构造遭到严重破坏。
5.潮坪体系各成因相时空分布规律
潮坪体系中,沿沉积倾向由海向陆依次出现潮下带→潮间带(沙坪→混合坪→泥坪)→潮上带沉积,各带之间为渐变过渡关系。各带的沉积走向平行岸线,且在走向上延伸较远;潮道对潮间带和潮下带沉积形成明显的改造,其支流和主干潮道的走向总体垂直沉积倾向。在时间序列上,最为常见的是进积型的碎屑潮坪体系,自下而上依次为潮下带砂质沉积、潮间带的沙坪、混合坪和泥坪沉积以及潮上带的泥质沉积,总的趋势是沉积物粒度向上变细。其中潮间带沉积物厚度通常可以反映该区古潮差的大小。
障壁岛
障壁岛-潟湖沉积体系共有九种成因相,即障壁岛、冲越扇、入潮口、潮汐三角洲、潟湖、潟湖三角洲、潮坪和沼泽。其中平行岸线的障壁岛、封闭的潟湖和促进水体交换的入潮口是该体系的主要成因相组合。
1.障壁岛
障壁岛是一些高出水面的狭长形砂体,主要由海滩面(临滨、前滨、后滨和风成沙丘)砂体构成,海滩面位于障壁岛朝海一侧。关于障壁岛的成因,至少已提出了三种不同的机理:① 滨外沙坝垂向生长并露出水面;② 沙嘴的生长;③ 由于海平面上升使滩脊与大陆分离(Nummedal等,1977)。
2.冲越扇
冲越扇位于障壁岛朝潟湖一侧。其成因是风暴涌浪越过障壁岛(尤其是薄弱地带)延伸至潟湖中而形成的一种朵状或席状砂。冲越扇多数是复合体,每次风暴事件所形成的沉积物均较薄,底部有平坦的侵蚀面,宽数百米。而由多次事件组成的冲越扇复合体厚度较大,宽度可达数公里。冲越扇主要由中—细砂构成,具近水平的纹理和小到中型的交错层理,在冲越扇的末端可见前积层理。
3.入潮口
入潮口的方向与障壁岛垂直。大多数入潮口的最底部为深切的侵蚀面,其上不规则地分布着砾石和介壳。入潮口深部受退潮流控制,由于沙波的向海移动,形成了大型低角度的交错层,并受到涨潮作用的改造而出现再作用面。在中等深度的地方,以双向的底形和交错层理为特征。再向上则是潮汐和波浪相互作用的产物,以冲洗交错层理为特征。入潮口通常受沿岸流的影响而发生侧向迁移。持续的侧向迁移会使相当一部分
障壁岛沉积层序被入潮口充填层序所取代。
4.潮汐三角洲
在入潮口朝潟湖一侧通常发育涨潮三角洲,由于受波浪和风的作用较小,所以以单向的或双向的交错层理占优势。三角洲平原上具有分流河道。退潮三角洲堆积在朝海一侧,除涨、退潮流影响外,还受到沿岸流、波浪等多种因素的影响,常出现多方向的交错层理。
潮汐三角洲因潮差的不同,其发育程度较大。在中潮差地区,涨潮和退潮三角洲的发育程度相当,但规模不大;在小潮差地区,涨潮三角洲的发育程度明显地高于退潮三角洲,并可达到相当的规模。
5.潟湖
潟湖是障壁岛后在低潮时仍充满残留海水的地区。潟湖沉积以泥和粉砂为主,通常含较多的钙质,以水平纹理为主,有时层理不明显,常见菱铁矿结核及星散状黄铁矿。能保存完整的
植物化石。动物群有明显的异化现象,和正常海比较显得单调,而且出现生物畸形,这主要是受水体含盐度的影响所致。
6.潟湖三角洲
偶尔在潟湖向陆一侧可以发育小型的潟湖三角洲,它们除了是建造在低能的潟湖中外,与河控三角洲的内部构成相似。