河口湾沉积是什么？关于河口湾沉积的科普介绍

创闻用户 2022-08-07 10:03:31

河口湾是一个物理条件十分复杂的环境。是一个半封闭的近岸水体，与开阔海洋自由联通，湾内海水在一定程度上被来自陆地的径流所冲淡。河口湾是海水进入河谷的入口湾，上限是潮流达到的最高位置。通常可以划分为三部分：a下部海洋部分，与开阔海相连；b中部淡水与高盐度海水的混合带；c上部冲积部分，以淡水为主要特征但是受潮汐作用的影响。

概述

根据自然地理特征可将河口湾分为七种类型：（1）峡湾型，是下沉的冰川谷，如挪威的一些河口湾。多发生在构造活动强的、地形起伏大的海岸带，规模比较小，两臂陡峭，沉积速率低；（2）溺谷型，下沉的河谷因全新世的海侵被淹没演化而成；（3）海岸平原型，发育在潮汐活动强的海岸平原上的溺谷内，由于潮流的冲刷作用多成漏斗形，湾内有潮汐砂脊；（4）砂坝型，沉积物沿岸迁移在河口湾嘴部形成了砂坝，使河口湾部分被封闭；（5）堵塞型，河口湾的入口处被沙嘴封闭，只剩下进潮口，此中河口湾水体往往比较浅，波浪在湾内淡咸水的混合过程中起主要作用，（6）三角洲前缘型，以暂时分流的形式出现在三角洲前缘；（7）构造型，多出现在因断裂而产生下沉形成的以狭长海湾与海相连的前缘海岸。

河口湾内碎屑物质的搬运和沉积过程以及底形特征受径流、潮汐和波浪等水动力要素控制。径流搬运相当数量的碎屑物质至河口湾，并使湾内水体不断更新，保持了纵向和垂向的盐度梯度，驱动了扩散碎屑载荷的河口湾的水体环流。潮汐作用对河口湾的动力过程具有最重要的影响，是河口湾内淡、咸水混合的能量来源，使底质再悬浮以及向海或向陆搬运悬浮体。虽然河口湾是半封闭环境，但波浪仍能侵蚀海岸，使沉积物再悬浮以至影响整个沉积过程。

河口湾内湾头水体的盐度接近为零，向海方向逐渐增大，到河口湾入海口处海水盐度接近外部开阔海。

淡水径流进入河口湾后向来自外海的咸水体扩散。这两种具有不同盐度、不同密度的水体的混合速率和程度，取决与径流、潮流、波浪的相互作用，导致了河口湾特有的环流系统。不同的河口湾水文特征各不相同，湾内水体的环流类型和沉积物的运移路径也不相同。总体而言，河口湾环流类型可以分为盐水楔型、部分混合型、强混合型三种类型。

沉积模式

河口湾具有复杂多变的内部环境和沉积相类型，沉积了分选良好的纯净砂岩和泥岩。砂子的主要来源是地表径流和海洋，泥质沉积则以径流带入为主。在地层中，砂和泥往往以互层形式出现，生物扰动强烈的地方则容易形成砂质泥岩或是泥质砂岩。通常，河口湾可以由陆向海沿长轴方向划分为三个大的组成单元：

依次为河口湾河流相（以河流作用为主，受到潮流影响）、河口湾相（河流与潮流共同作用带）及河口湾海相。通过对河口湾的水动力学特征及沉积相的全面总结后建立了河口湾的模式，将河口湾划分为：(1) 潮汐作用为主的河口湾；(2) 波浪作用为主的河口湾；(3) 潮汐波浪联合作用的河口湾。

潮汐作用为主的河口湾（潮控河口湾）

潮控河口湾主要出现在的一些中潮差和大潮差海岸，嘴部潮汐能量大于波浪能量，内部的自生能量（creating energy）也要超过典型的浪控河口湾，湾内水体属于强混合型。对于潮控河口湾，河口湾相和海相组的界线难以划分，潮汐水道、潮汐砂脊是其最具代表性的骨架砂体。潮控河口湾的水文特征和沉积物的空间展布沉积模式如下图所示。典型的潮控河口湾主要有澳大利亚的Ord河口湾、法国的Gironde河口湾、英国的Severn 河口湾。

（1）河流相

潮控河口湾的顶部有河流注入，河流是陆源碎屑质点向海搬运的主要通道。受潮汐作用影响，河流末端以敞开的或漏斗状的宽阔河口为特征。河道充填物由许多叠覆的和保存情况不同的正旋回沉积单元组成，宽度和厚度沿河道向下游增大，反应了河口湾的几何形态。单个河道砂体显示周期性水位变化形成的向上变细的正旋回层序，沉积物主要为砂子，构成了河流相的砂质格架。层序底部以侵蚀面与下伏岩层接触，侵蚀面上沉积了数厘米至几十厘米厚的砾石、泥砾、撕裂状泥屑和木质碎屑组成的滞留沉积，向上逐渐过渡为分选较差的大型槽状、板状交错层理中粗砂岩。分选较好的细砂岩叠加在中粗砂岩上，显示交错层理、平行层理，有时夹有泥质薄层。泥质沉积位于层序顶部，含有大量植物根系，可能有零散分布的潜穴。发育良好的羽状交错层理并不常见，但如果对比临近的剖面，双向倾斜应该是明显的。

（2）河口湾相

河口湾相位于河口湾的中间部位，向陆方向与河流相相连，向海方向逐渐过渡为河口湾海相。此处水体受到径流和海洋的共同作用，混合能量较小，是淡咸水的会聚带。由于潮汐的周期涨落和往返侵蚀，河口湾相发育一系列的潮汐水道、潮下浅滩和潮坪沉积。

①潮道：潮汐水道受潮流控制，主要有两种形式：水下潮道（tidal channel），位于潮下带，大致与海岸垂直；潮沟或潮溪（runoff channel），发育于潮间带，呈蛇区形，上游可延伸至潮上带，下游可以到达低潮带，流入海中与潮下带的水下潮道相通。潮间带中砂坪的潮沟比较直，支流相对较少，在剖面上呈近似对称；泥坪的潮道则要曲折的多，呈树枝状，点砂坝发育。

②泥质和砂质潮下浅滩

泥质和砂质潮下浅滩沉积广布于河口湾中，厚度从几十厘米到两米不等，主要由薄层粉细砂岩、泥岩和砂泥岩韵律层组成。细砂、粉砂是潮汐周期内的牵引阶段形成的，发育浪成沙纹层理，透镜状层理，波状层理，小型交错层理；泥质沉积则是当潮流很微弱或静止阶段，带负电荷悬浮粘土颗粒遇到海水中的阳离子发生絮凝作用形成的，多呈纹层状。砂泥岩厚度的不断变化主要由潮汐的波动引起，反映了大潮小潮交替的特点。生物扰动很常见，强烈的生物扰动和潜穴往往强烈的破坏了原生沉积构造。变形构造也比较发育，特别是泥质泥质沉积中，变形构造规模从几厘米厚到数十厘米厚不等。

（3）河口湾海相组

河口湾海相位于进潮口附近，属于海洋作用区，波浪、潮汐作用最强。沉积微相由潮汐砂脊、潮道、潮坪和浅滩组成。

波浪、潮流从海洋带入大量纯净的砂子堆积于湾内形成平行于河口湾长轴方向的长条砂坝，即潮汐砂脊。潮汐砂脊长达数百米至数十千米，宽数百米，高近十米。岩性主要是分选和磨圆都很好的细砂和粉砂，有时含有不连续的泥质透镜体、泥层和碎屑层，这就意味着潮汐砂脊往往含有一个不规则的反韵律垂向层序（图9－6）。层序的底部主要由泥岩、粉砂岩组成，发育透镜状层理、沙纹层理，生物潜穴和扰动也比较常见；向上砂岩层的厚度和比例逐渐增大，波状层理、压扁层理占主导地位；层序的中部发育平行层理、双向交错层理细砂岩、中砂岩，含有泥质薄层；层序的上部发育大型槽状交错层理粗砂岩，交错层理的前积层中含有泥盖和内碎屑。潮汐砂脊的存在一方面可以削减潮汐的能量，另一方面可以压缩砂脊之间的潮流，增大潮流速度从而使潮汐达到河口湾更远的地方。

波浪作用为主的河口湾（浪控河口湾）

浪控河口湾中潮汐影响较小，河口湾的出口受到高能波浪的改造。湾内水体为部分混合型或盐水楔型。沉积物趋向于沿着海岸、滨岸向河口湾出口处搬运，并在那里形成出露海面的沙嘴（砂坝）或水下砂坝。障壁砂坝将波浪的大部分能量阻止在河口湾外部，所以障壁后面只存在内生波浪。如果潮差和潮流流速足够大，障壁砂坝可能出现一系列的进潮口。随着时间的推移，障壁砂坝可能封闭整个河口湾出口，将河口湾改造成封闭河口湾或海岸湖。由于海洋与河流过程的相对作用，浪控河口湾亦可形成多种沉积相。

河口湾的顶部河流相中，河道沉积了粗粒沉积物、沼泽沉积与河道沉积相邻。河流带来大量细粒泥质沉积物中含大量带有负电荷的粘土矿物胶，这些粘土矿物胶带有相同电荷相互排斥而不下沉，一直到达河口湾总能量最低的中心盆地。此处河水与海水混合，海水中的阳离子与粘土颗粒上的负电荷中和引起粘土的絮凝作用从而使泥质沉积作用加强，细粒物质大量沉积。泥质沉积物发育水平、近水平层理，生物遗迹比较常见，可能含有生物碎片，例如软体动物壳、树木碎屑、有机粪便。海水将来自海洋的砂粒向陆方向搬运到河口湾内离障壁砂坝很近的区域形成冲溢沉积或潮汐三角洲砂体，而障壁前方面对开阔海，往往发育浪控滨岸沉积(Boggs，1995)。现代浪控河口湾的实例有加拿大的Miramichi河口湾；澳大利亚的Hawksbuty河口湾。

波浪潮汐联合作用的河口湾

许多河口湾的特征介于浪控河口湾和潮控河口湾之间。当潮汐能量相对波浪能量增长时，浪控河口湾的障壁系统逐渐被许多的进潮口切割，原来的障壁砂坝和退潮三角洲潮道边缘的线状砂坝也逐渐被改造为潮汐砂脊。来自海洋的砂粒将被搬运到河口湾内部更远的区域，泥质中心盆地被砂质潮道取代，潮道周围则沉积了大量细粒物质。美国的St.Lawrence 河口湾、Willapa河口湾和荷兰的Oosterschelde河口湾都是典型的混合作用河口湾。

河口湾相的识别

河口湾的垂向层序

河口湾层序的横向延伸范围由其大小和物理特征决定，沉积了分选良好的砂岩和泥岩。砂子的主要来源可能是海洋，也可能是地表径流；泥质沉积则以河流带入为主。波浪和潮流的簸选作用向上游方向逐渐减弱，最细粒沉积物被潮汐有选择性的向陆地方向搬运。所以，河口湾进潮口附近沉积物主要由细粒砂岩组成；中部则以泥岩为主，颜色一般为较深；顶部径流主要是粗粒沉积，内部层序由海向陆方向有逐渐变细再变粗的趋势。综上所述，河口湾的垂相层序与河口湾的类型以及其处于河口湾的位置有关：以交错层理和生物扰动砂岩为主的岩相主要出现在河口湾的出口处或者潮汐水道；而具有强烈生物扰动泥岩和薄层泥岩主要位于河口湾中部以及靠近陆地的非河道区域。如果面积很小或是潮流循环受到限制，除了入潮口附近，沉积层序以泥质为主。

河口湾的生物特征

河口湾沉积在地理延伸上受到限制。在这种限制环境中，典型的河口湾生物为半咸水生物群，可能包含牡蛎，蚌类，瓣鳃动物以及其他腹足动物。半咸水生物群、生物化石可能成为识别河口湾沉积环境最有利的证据。但是由于古生态学参数的不确定性，用这种标准来判断古代沉积也是不可靠的，因为现代河口湾中广泛存在的动物群体，也同样生活在开阔海中。这种情况下，唯一线索就是寻找只能生活在河口湾环境，而不能在开阔海生存的限制性生物群体。