Wilson旋回是根據中生代以來大洋盆地的形成與演化規律而建立的,它所揭示的大陸分合與大洋開閉的演化模式,可能在古老的地質時代就已經存在。根據Wilson旋回,亦可以展望全球地表海陸未來的發展,5千萬年後,世界海陸分布大致如圖2-15所示。斜線代表目前各陸塊的位置,黑色代表經過5千萬年後的陸地位置,矢號表示大陸移動方向。
人類賴以生存的地球表麵就是由不斷合而分、分而合的大陸及不斷張開和關閉著的大洋組成的,其實質乃是地表岩石圈板塊生長、運移和俯衝活動的表現形式。地球表麵的海洋和陸地就是這樣處在永不止息的運動變化之中。
二、邊緣海盆地的形成與構造演化
邊緣海盆地是指溝-弧體係陸側具有洋殼結構的深水盆地,因其位於島弧後方,又稱弧後盆地,主要分布在西太平洋邊緣,印度洋、大西洋僅出現於局部邊緣。
大多數邊緣海盆的地殼結構與標準洋殼相同或接近,與其周緣陸殼常以突變形式呈陡崖或斷層階梯狀接觸,向海盆方向往往有正斷層發育,有些海盆底也發育有正斷層或其他拉張力形成的構造。邊緣海盆地的年齡相當年輕,大多數海盆的年齡比被島弧分隔的相鄰洋盆小得多。在大部分邊緣海盆都發現有與大洋底類似的磁異常條帶、較高的熱流值,其布格重力異常一般亦比兩側的大陸和島弧高。
Karig(1971)根據板塊構造學說提出了邊緣海盆地形成的弧後擴張模式,並按構造活動性將其分為活動的、高熱流非活動的和正常熱流非活動的三種類型。Toksoz等(1977)據邊緣海盆地的特征和構造演化將其分為未發育型、成熟型、活動型和非活動型四類。金性春等(1995)將邊緣海盆地的演化分為初生期、青年期、壯年期和老年期四個階段或類型。弧後擴張模式雖適用於大部分邊緣海盆,但其成因很難用弧後擴張的單一模式來解釋。
根據各邊緣海盆地的大地構造背景、形成時代及區域應力場特征可推測其成因,按其成因可將邊緣海盆地劃分為殘留型、大西洋型、陸緣張裂型、島弧張裂型四類(圖2-16)。殘留型邊緣海盆地是在古海洋板塊構造演化過程中,由於新的溝弧體係形成而與大洋主體分隔的古大洋的殘留部分,如菲律賓海的西菲律賓海盆和白令海的阿留申海盆。大西洋型邊緣海盆地是在被動大陸邊緣背景上由陸地裂離而成,如南海中央海盆。以上兩種類型均與板塊俯衝作用無關,即不屬於弧後擴張盆地。陸緣張裂型和島弧張裂型邊緣海盆地,是由大洋板塊分別向大陸邊緣和島弧俯衝引起的陸緣張裂或島弧分裂所致,前者如日本海盆和鄂霍次克海的千島海盆,後者如菲律賓海的四國-帕裏西維拉海盆和馬裏亞納海槽等,它們都屬於弧後擴張盆地。
海洋沉積
濱海沉積
濱海或稱近岸帶環境是指從特大高潮線至深度為淺水波半波長的區域,是海洋與非海洋過程相互作用的地帶。海洋過程受波浪、潮汐、海流等因素控製;非海洋過程則有河流徑流量、流速及固體載荷的性質和數量等因素的製約。由於這些參數具有多變性,故近岸濱海不同環境的沉積機理和沉積產物就有所不同。
一、海灘沉積作用
海灘是沿岸分布的疏鬆沉積物堆積體,在近岸沉積環境中分布廣泛。其範圍在狹義上是從海蝕崖或沙丘到平均低潮線,廣義上的下界則可延伸到表層波浪對沉積物的搬運作用已很微弱的深度(10~20m)。海灘發育主要受波浪控製,波浪破碎產生的衝流及回流塑造了海灘剖麵。典型的海灘剖麵分為後濱(平均高潮線至特大高潮線)、前濱(平均高、低潮線之間)、內濱(平均低潮線至破波帶)和濱麵(破波帶與內陸架之間)四帶。
組成海灘的物質多來自鄰近陸地,主要是河流自流域內搬運來的風化產物,海岸侵蝕是海灘物質的最直接來源,另外還有自內陸架向岸搬運的沉積物。海灘沉積物的粒度變化較大,可從粉砂到巨礫,而以砂、礫為主。沉積結構的橫向和縱向變化與波能強弱有關。在橫向上粗顆粒多分布於破波帶,由此向岸、向海均變細。在縱向上顆粒沿海岸線遞變,波能強處顆粒粗,如岬角處往往發育礫石灘;波能弱處顆粒細,如岬角間的海灣則發育沙灘。
二、潮坪沉積
潮坪是以潮汐作用為主要動力,坡度極其平緩(0°03′~0°17′),由細碎屑物質(粘土、粉砂)組成的近岸帶。潮坪多呈帶狀延伸,在開闊海的邊緣規模大;發育在海灣、河口灣和潟湖周邊的潮坪規模較小,呈斷續分布。潮坪的寬度主要取決於潮差,強潮(潮差>4m)海岸的潮坪寬闊而廣泛,中潮(潮差2~4m)海岸的潮坪狹窄。發育潮坪的條件除地形、潮差外,還必須有豐富的細粒沉積物質,並且波浪作用微弱。如物源不足或波浪作用太強,即使地形平緩、潮差很大,也很難形成潮坪。
根據潮汐漲、落時出露水麵的情況,可將潮坪分為潮上坪(平均高潮線至特大高潮線之間)、潮間坪(平均高、低潮線之間)和潮下帶(平均低潮線以下)。由於潮流的衝蝕作用,潮坪上往往發育有潮溝和潮道。潮坪的主體是潮間坪,潮間坪上碎屑物質以平行等深線的帶狀形式被反複搬運、沉積。根據搬運沉積過程可進一步劃分為三個分別與高、中、低潮坪相對應的碎屑物質搬運沉積帶(圖2-18)。高潮坪是以懸浮載荷為主的搬運沉積帶,主要是由粉砂和粘土等細粒物質組成的泥質沉積;低潮坪是以床砂載荷為主的搬運沉積帶,堆積成具有多種交錯層理的潮坪砂體;中潮坪則是床砂及懸浮載荷共存的過渡搬運沉積帶,主要是砂質和泥質混合過渡沉積物。
中國沿岸現代潮坪廣泛發育,約占中國大陸岸線總長的25%,以江蘇沿岸的潮坪最長(600km)最寬(10km)。沉積物主要來自黃河、長江和珠江等大河,大多是由粉砂組成的泥質潮坪。
三、砂壩-潟湖沉積體係
砂壩又稱障壁島、堤島、堡島等,泛指近海與海岸線延伸方向平行分布的一係列砂壩和砂島。被砂壩從毗鄰海域隔離出來,仍與海洋溝通或有限溝通的淺水域稱為潟湖。砂壩、潟湖相互依存,構成砂壩-潟湖體係。砂壩-潟湖海岸遍及全世界,約占現代岸線總長的13%。
砂壩、潟湖的形成與第四紀冰期後的海麵上升有關,其發育一般經曆四個階段。海灣潟湖是初期發育階段,此時濱外砂壩尚在水下或不連續,故與海洋聯係密切。濱外砂體變大,潮流通道聯係不暢而成為半封閉潟湖,可有淡水注入,使鹽度降低。潟湖完全被砂壩阻隔,與海洋聯係基本斷絕而成為封閉潟湖,隻有暴風浪時海水才可越過砂壩進入潟湖。封閉潟湖進一步演化為濱海沼澤,植物叢生,並為後期的河流衝積物所覆蓋,成為埋藏潟湖。
舄湖一般為低能環境,波浪、潮流的作用都不強,僅潮流信道口附近的潮流較強。通常缺乏陸源碎屑物質的大量供給,有利於生物及化學沉積作用。舄湖沉積的組成有碎屑物質和化學沉澱物,以碎屑為主,主要來自障壁、外濱,部分來自陸地。熱帶海岸潟湖可能全由碳酸鹽質的生物碎屑組成,高鹽潟湖中可形成石膏、岩鹽等化學沉澱物。
四、河口灣沉積
河口灣是與開闊海洋自由溝通的半封閉沿岸水體,與河流相接並被徑流所淡化,上限為潮流界或沉積物進行雙向搬運的上界。河口灣發育在沉積物載荷量比擴散力低的河口,一般潮差較高,具有下沉河穀的中緯度海岸帶和現代冰川活動以及砂質海岸等現代環境最有利於河口灣的發育。
河口灣內碎屑物質的搬運和沉積過程以及底質的特征受徑流、潮汐、波浪及河口環流係統等水動力要素的控製。河口灣內的擴散係統可根據主要擴散營力分為河流、河口環流及海洋作用區。在河流作用區,搬運、擴散碎屑物質的主要營力為徑流,潮流作用很弱。其沉積物以邊灘相為主,由交錯層狀砂和粘土透鏡體組成;另外還有河道沉積(砂、粘土互層並含礫石)以及沼澤沉積(富含有機質的粘土及粉砂)。在河口環流作用區,徑流量與潮流量之比為0.05~1.0,細粒物質的擴散依賴於河口環流。該作用區的沉積相以潮道相為主,由紋層狀粉砂粘土組成,夾砂質透鏡體,向海方向生物擾動程度增大;另外還有由砂組成、偶含泥礫、具波痕構造的沙灘相,由紋層狀泥和砂組成、具生物擾動構造的潮坪相以及由富含植物碎屑的粘土組成的沼澤相。海洋作用區的營力有河口環流、潮汐波浪和沿岸流,入口處的潮汐和波浪作用最強,而攜帶懸移質的河口灣則由較深的潮道中注入外海。潮道中的沉積物為粗砂,淺灘沉積物為中細砂,兩者都具有小型交錯層。
五、三角洲沉積作用
三角洲是河流攜帶的泥沙等物質在濱海(湖)地帶形成的堆積體,由陸上和水下兩部分構成,水下部分是陸上部分的延續,陸上部分是水下部分發展的必然結果。
決定三角洲發育和沉積物分布的主導因素是河口水流。河流入海,由固定河床進入開闊海域,比降減小,流幅展寬,流速降低,淡鹹水混合,自河口向海方向,沉積物發生分異沉降。近河口區的沉積物是砂、粉砂和粘土的混合物,以砂為主;遠離河口的地帶主要是粘土落淤,砂和粉砂含量甚少。膠體化學作用和生物作用促進粘土沉積,從而增加了沉積物中粘土質的含量。此外,河口以外細粒沉積物擴散甚遠,為爾後三角洲的前展奠定了基礎。
影響三角洲發育和沉積物分布的自然因素還有徑流量和輸沙量、潮汐和潮流、波浪等。徑流量和輸沙量是三角洲形成的物質基礎,一般徑流量大、輸沙量大的河流,三角洲比較寬大,如長江、亞馬孫河三角洲等。河口地區潮差的大小控製著潮流強弱及潮汐對三角洲沉積環境的影響,強潮(潮差>4m)河口有利於形成潮成砂體、潮灘和濱海鹽沼;中潮(潮差2~4m)一般發育潮成三角洲、潮流通道;弱潮(潮差<2m)河口的三角洲和濱外沙壩發育較好。河口地區波浪的作用主要是改變河流帶來的泥沙分布,在濱外形成沙體,進而改變三角洲的結構和類型。此外,河口地區的地質構造和盆地形狀可提供三角洲發育的背景,氣候可使三角洲沉積環境發生變化,海流可以使水下三角洲的位置發生遷移。
三角洲按其平麵形態通常分為四類(圖2-19):(1)鳥足狀(或伸長狀),如美國密西西比河三角洲;(2)扇狀或弧形,如黃河三角洲;(3)尖頭狀,如意大利波河三角洲;(4)島嶼三角洲,如長江三角洲。
根據水動力條件對三角洲發育的影響程度,可將其分為河控、潮控、浪控以及河流與潮汐綜合控製四種主要類型。河控三角洲的沉積主要是汊道向海沉積,如密西西比河鳥足狀三角洲和黃河三角洲。潮控三角洲發育在強潮岸段,漲潮和落潮時出現於分汊河道中的往複水流可能是沉積物擴散的主要動力,如湄公河三角洲;浪控三角洲發育在波浪活動強烈的岸段,河口沙壩沉積物被波浪不斷搬運,形成一係列沙堤,如尼羅河三角洲和海南島南渡江三角洲。在徑流和潮流綜合作用的河口區,由河流帶來的泥沙,經漲、落潮流的改造,形成沙洲或暗沙,如長江三角洲。
大陸架沉
大陸架為淺海環境,其沉積作用和沉積相受各種物理、化學、生物及地質作用等過程的控製。陸架泥沙的搬運、沉積以物理過程為主,主要作用營力是潮汐、風暴及風海流,另外還有因溫、鹽梯度和科氏力造成的密度流、地轉流以及由大洋進入陸架區的洋流。內陸架以潮流及風暴浪的作用為主,外陸架以洋流作用為主。化學過程主要發生在沉積物-海水和顆粒-孔隙水的界麵上,通過海解(最廣泛)、逆風化及沉澱作用形成各種海洋自生礦物。海洋生物、特別是底棲生物的運動、攝食、排泄、掘穴活動等使陸架底質發生擾動,可使沉積物和原始沉積構造發生變化。地質過程主要是海麵變化和構造作用。長期而緩慢的海麵變化與海底擴張作用有關,短期而快速的海麵變化與氣候變化有關。海麵變動塑造了現代陸架的地形,並決定了沉積相。構造作用決定著大陸的抬升速率、彙水盆地格局、河流載荷量及性質、海岸平原和陸架的寬度及坡度,影響陸架沉積作用的強度和範圍。