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华南港湾海岸的地貌特征
1 华南海岸形成因素
1.1陆域地质构造背景和地理条件
1.1.1主要构造方向线对海岸形态的影响
华南陆域构造方向线主要呈NE—SW向和NW—SE向。许多山脉和河流均沿这两组构造方向线发育。华南海岸线与上述构造方向线斜交,因而形成锯齿形海岸:海岸线与NE—SW向或NW—SE向山地丘陵斜交时,山地或丘陵突伸于海中形成岬角或半岛,或沉落于海中形成岛屿;海岸线与河谷斜交时形成溺谷、港湾和河口湾。
1.1.2 岩性和现代构造运动的影响
琼北、雷州半岛与广西合浦、北海地区沿岸为第四系湛江组(Q1)和北海组(Q2)的粘土、砂砾层疏松堆积物组成,它们易受水流(包括暂时水流)侵蚀。特别是低海面时期,侵蚀基面低,该区普遍发育源短流小的侵蚀沟谷体系:包括谷头汇水盆地、谷身峡谷通道和谷尾扇形堆积平原。冰后期海侵使谷尾平原沉沦海底,谷身上段和谷头集水盆地一般形成溺谷和港湾。
华南大陆和海南岛沿岸现代地殻运动的强度和幅度一般不大,多数地区每年上升或下降1.2~4mm[1]。现代地殻运动速率远较冰后期海面上升速率(6~16mm/a)为小,因而现代构造运动未能对海侵形成的现代海岸的基本轮廓和面貌发生根本的影响。
1.1.3陆域河流来沙对海岸发育的影响
现代河流来沙主要是细颗粒的悬浮泥沙,它们常在河口一侧(或两侧)的海岸带沉积使有关岸段及港湾淤浅并演化成淤泥质海岸。如珠江口以西的广海湾和镇海湾[2],韩江口以西的汕头湾和海南岛南渡江以西的海口湾等。另外,一些人曾经注意到[3](李春初,王文介.应当怎样认识海岸发育的背景和条件,海洋科技资料,1978年第7期。),低海面时期,粤东、粤西和海南岛东部不少独流入海的河流冲积物或洪积—冲积物较丰,海侵时这些物质可遭受波浪作用的破坏并随海面上升向陆搬运,因而可能为华南海岸现代沙坝的发育提供了泥沙来源。
1.2冰后期海侵影响
冰后期海侵对现代华南海岸形成的影响表现在两方面:一是海水入侵河谷形成溺谷和港湾;二是在海面上升和滨面后撤(shoreface retreat)过程中,低海面时期的古海岸泥沙——古沙坝 [barrier(barrier一词有各种译法,如离岸坝、障壁、堡岛和沙坝等.文中的沙坝,均指barrier.)]的砂亦随之向陆搬运和沉积。许多研究[4~7]证实,后一影响对现代沙坝海岸的形成具有重要的意义。作者认为,华南海岸的现代沙坝堆积体,主要的也是通过这样的途径形成。其依据是:
1)华南现代沙坝堆积体的规模宏大,一般长数公里至20 km,宽2~5km,这与现代海岸动力条件下的陆域供沙状况(现代河流供沙主要是细颗粒的淤泥物质,波浪直接侵蚀基岩海岸产生的泥沙数量有限)很不适应,说明沙坝堆积体的形成,必有其他重要的泥沙来源。
2)华南现代沙坝内侧澙湖的大陆沿岸,一般没有大陆滩(Mainland beach),即无波浪形成的海滩发育,这与美国东海岸的情况[8]相似。说明华南现代沙坝的形成,主要的不能用沙咀沿岸延伸(泥沙纵向移动)来解释,而华南现代沙坝到处可见到超覆沉积构造以及在前滨、滨面和内陆架上出露坝后沉积(back barrier deposit)——澙湖沉积现象,这是陆架上曾发育古沙坝澙湖海岸和古沙坝砂曾经横向向陆及垂向向上搬运移动的重要证据。因此,华南的现代沙坝—澙湖海岸也是海侵影响的产物,其本身——沙坝与澙湖,即是海岸(相对)沉降的标志。
应当提到,低海面时期的古海岸沙坝(砂),随着冰后期海侵向陆后撤和横向搬运,是一种世界性的地质作用和过程(虽然,对于沙坝的具体运动方式和过程,不同的人还有不同的理解),但也同时需要有其他作用和条件配合。例如:以弱潮(平均潮差1~2m)最理想,有足够的供沙,原始海岸坡度适中,不受附近河流的重大影响等。我们在此强调华南海岸现代沙坝的形成以横向泥沙搬运为主,并不排除同时仍有泥沙沿岸(纵向)运动的存在和影响。
1.3潮汐和波浪动力条件
1.3.1潮汐
南海沿岸的潮振动,主要是由巴士海峡传人的潮波所引起。潮波在向西北传播过程中,因海底摩擦和沿岸地形影响,潮差逐渐加大。总的来看,华南海岸属弱潮—中等潮海岸,其中粤东及琼东潮差最小,其平均潮差小于lm,这特别有利于沙坝海岸的发育。北部湾及广州湾(湛江)潮差最大,其平均潮差大于2m,最大潮差超过5m。
1.3.2波浪
(1)浪向:南海沿岸的海浪除粤中及粤东岸段外,一般以风浪为主,涌浪为次。因季风气候影响,沿岸浪向随季节变化。冬、春季,粤东、琼东和雷东以NE~E向浪为主,粤西大部地区以偏E向浪为主,北部湾冬季浪影响小。夏季,粤东为SW浪,粤西有SW、SE和E向浪,琼东为SW、S向浪,琼西为SSW浪,北部湾为SW浪。可见华南沿海除夏季三个月(6~8月)明显受SW浪影响外,其余大部分时间为偏E向浪(NE、E、SE)。但应指出,由于华南大陆沿岸走向主要是NEE—SWW或NE—SW向,偏E向浪在接近海岸时因折射,大都要转变为SE向。因此,华南海岸的实际常波向浪主要为SE,此对堆积性海岸,特别是沙坝海岸的形态与分布有重要影响。
(2)波高、周期和沿岸输沙:华南沿岸的波浪强度以粤东岸段为最大,琼东和粤西海岸次之,北部湾沿岸最小。如珠江口及其以东的粤东岸段,平均波高 (1/10大波波高)达0.87~1.1m,周期T5.1~6.0s,琼东与粤西海岸为0.60~0.68m,T为3.5~4.6s。北部湾沿岸仅0.1~0.5m,T为3.1~3.5s。沿岸输沙状况亦大致体现了这一波浪强度的分布顺序。如已知几个重要港湾及岸段的年平均沿岸输沙量的推算值是:粤东汕头港(中国科学院海洋研究所等, 1982.汕头港外拦江沙航道泥沙回游调查研究报告.)>50×104m3,神泉港70×104m3[9];粤中岸段(珠江口外荷包岛)52~59×104m3;琼东的新村港(中国科学院南海海洋研究所等,1980.海南岛陵水县新村港湾水文泥沙调查研究报告. )37×l04m3,粤西水东港(中山大学地理系海岸河口研究室,1983.粤西水东湾建港自然条件及其评价. ) 20~30×104m3;北部湾沿岸的铁山港(天津大学水港教研室,1979.关于铁山港航道稳定性和年淤积量的调查研究报告. )10×104m3,防城港口[10]5×104m3。洋浦港(南京大学海洋地貌与沉积研究室,1984.海南岛洋浦港地貌调查报告.) 2~4×104m3。
综观上述,可以这样认为:陆域地质构造基础为现代海岸的发育提供了一定的背景条件。现代华南海岸,特别是港湾海岸的形成,主要与冰后期海侵以及海侵影响下波浪搬运陆架方向来沙在现海岸位置的堆积有关。华南大部分地区潮差很小和具一定的波能强度,有利于沙坝澙湖海岸的发育。
2 港湾海岸类型及分布
有关华南港湾海岸类型的讨论,目前还不很多。任美锷等(1982)[11]和王文介(1984)[12]曾从潮汐通道(或称“潮汐汊道”)角度,将华南港湾海岸划分为澙湖型(或海湾型)、溺谷型和河口湾型,并分别论述了这些潮汐通道类型的地形和动力特征。但如何从成因上说明这些港湾(或潮汐通道)类型的差别、地貌特点以及它们的地理分布规律,仍可作进一步探讨。M.O.海斯(Hayes,1979)[13]根据平均潮差和平均波高以及它们的相对强度,将海岸区分为潮控型、波控型和混合能型,并标示出沙坝海岸的分布区限。图3点绘出华南十个重要港湾在Hayes海岸类型模式中的位置。由图看出,北部湾沿岸的铁山、防城和洋浦三港为非沙坝潮控型港湾,而水东、三亚、新村、神泉和甲子诸港则为潮汐与波浪混合作用或波浪作用占优势的沙坝海岸,这均与客观情况一致。仅湛江、汕头两港所居位置与实际不符。湛江港因海侵前的侵蚀沟谷的谷头盆地广大,汕头港因属“淤进型河口湾”[14],故两港湾纳潮量大,以潮汐作用占优势。可见Hayes的模式基本上适用于华南海岸。主要由于潮汐和波浪强度的不同,华南海岸有沙坝—澙湖式港湾和非沙坝的溺谷式港湾两个基本类型。
2.1沙坝—澙湖式港湾
华南沿岸大部分地区,如粤东、粤西及海南岛沿岸,平均潮差仅1m左右,平均波高达0.5~1.1m,此有利于陆架泥沙随海面上升在波浪作用下向岸转运,因而形成沙坝并随之出现坝后澙湖环境。广泛发育沙坝—澙湖式港湾,是华南海岸的最大特色。主要港口和港湾有:粤东的达濠、海门、靖海、神泉、甲子、碣石、乌坎和汕尾;粤西的三丫、北津、沙扒、博贺和水东;海南岛的博鳌、港北、新村、三亚、澄迈和广西北海等。华南沙坝—澙湖海岸的特点鲜明并普遍遵循一定的规则或模式发育(后文再作专门讨论),形式亦颇丰富多样。如按动力特性可划分为潮汐型(水东)、波浪型(港北)和过渡型(新村、神泉);按地貌形态来划分为沙岛型(博贺)、连岛沙坝型(平海—港口)、沙咀型(汕尾外港)、河口三角洲型(北津、白沙门)和多汊型(三亚、三丫)等。
2.2 溺谷式港湾
这类港湾是由于湾口沙坝不发育或发育不好,海侵时海水长驱直入淹没侵蚀沟谷体系或短小河谷而成。主要分布于广西和广东雷州半岛与琼西北等潮差较大(属中等潮)、波能较弱的沿岸地区,粤中珠江口两侧的部分港湾亦属之。主要港湾有:湛江港、洋浦港、流沙港、铁山港、龙门港、防城港、镇海港、大鹏湾和大亚湾等。其地貌特点如下:
1)港湾具沉溺河谷形态,湾内腹地大,纳潮量大(一般达10×108m3或10×108m3以上),上游河流短小,流域来沙少。
2)因湾口沙坝不发育或发育不好,湾外拦门沙水深较大,一般4~5m,有的达7m。不少港湾(如洋浦港、湛江港、流沙港、大鹏湾和大亚湾)的湾口部位,实际上是低海面时期河谷或侵蚀沟谷体系的峡谷通道的一部分,故湾口深槽一般较狭长,水深大,位置稳定。例如洋浦港,湾口深槽原为深切达26m(现海面下)的峡谷。最近对该深槽沉积物的14C测年资料表明,该深槽近六千年来位置没有变化,现水深仍达10~20m。但某些港湾的湾口宽阔,拦门沙较浅,如防城港。
应当提及,粤中珠江口两侧的海岸潮差小,波能较强,此与邻近的粤东、粤西岸段并无重大差别,但此岸段许多港湾,如大鹏湾、大亚湾、镇海湾和上、下川岛的诸多港湾的湾口均无大型沙坝发育,海湾本身亦非坝后澙湖性质,而是为溺谷式港湾。这是华南海岸地貌的一个重要现象与问题。作者推断,这可能与低海面位置时期古珠江三角洲地形(如地势平、岸坡缓)和沉积(如平原以泥质沉积为主,粗粒泥沙相对不多)的影响有关。因为本岸段外水深20~50m区域为古珠江三角洲范围[15],如果古三角洲平原上粗粒泥沙不多,可造成海侵时由陆架向岸的供砂不足。即使古三角洲海岸有若干沙脊存在,但若岸坡过于平缓,在海面较迅速上升过程中,它们有可能来不及跟随海面上升后撤被带向现海岸即已沉没。因此,现海岸缺乏大量粗粒泥沙补给,虽潮差小,波浪有一定强度,仍难以发育形成大规模的沙坝—澙湖式海岸。
3 沙坝——澙湖式港湾海岸的地貌特点与模式
华南的沙坝—澙湖式海岸,除具世界同类海岸特性外,还有如下特点。
1)华南沙坝—澙湖海岸,大多居于锯齿形海湾内,锯齿形海湾两端每有基岩岬角与邻近海湾相间隔。因此,某一沙坝—澙湖港湾,一般自成一独立体系,不与邻近的海岸体系发生联系,例如彼此不发生泥沙交换等。
2)沙坝—澙湖港湾大都背负更新世洪积—冲积阶地或侵蚀台地与山丘,不像美国东部为广阔的平原。澙湖面积一般不大,纳潮量大多在数百万立方米至几千万立方米。常有小河流注入,澙湖的淤浅与潮汐通道的冲刷可受径流的影响(主要在暴雨洪水时)。
3)沙坝、澙湖、潮汐通道(包括通道口和涨、落潮三角洲砂体)与泥坪等地形单元,构成了一个完整的体系。在此体系内,各地形单元相互依存、相互作用和相互影响。现在见到的沙坝—澙湖海岸体系,主要是冰后期海侵结束后至今经数千年时间演化发展的结果(华南沙坝—澙湖港湾有残留的更新世古海岸沙坝(老红砂)分布,这一问题,本文不予讨论.)。据对粤西水东沙坝—澙湖海岸体系的研究(李春初等, 1985.粤西水东沙坝—澙湖海岸体系的形成演化.见本书的第4篇文章.),该沙坝—澙湖海岸体系经历过如本书第29页表1所列的变化。表中有关现象实际上在华南海岸其他地区(如粤东、海南岛)也可见到。
4)许多沙坝—澙湖港湾的滨线都内凹呈弧状,即发育成所谓“Z”形海岸——对数螺线形海岸。这种岸线由切线段和弧形遮蔽带组成[16、17]: ①切线岸:即靠下游岬角的直线段,为波浪直接入射部分,与盛行波向线垂直;②弧形遮蔽带,即靠上游岬角掩护区内凹的半圆形岸段,主要为盛行波折射、绕射区域。华南大陆沿岸的常波向为SE,故许多弧形海湾的切线段位于海湾的西半部,湾顶遮蔽带居于海湾东侧。
这种海岸形态形成的原因可作如下解释:华南沙坝海岸在冰后期海侵高峰过后供砂曾较充足,沙坝曾淤积前展,岸线亦较平直(如水东、博贺地区),但是随着以后海面较长期的稳定,陆架供砂逐渐减弱和终止,为了适应这种来沙条件的变化(即供砂不足)并维持平衡,两岬角间的沙坝海岸线,最终要侵蚀后退并趋于向对数螺线形海岸形态发展。西尔维斯特(Silvester)实验[17]证明,这是一种稳定或平衡的海岸形态。华南的许多沙坝—澙湖港湾(如三亚港、澄迈港、博贺港、三丫港和海门港等)的滨线,都已接近达到这种平衡的海岸形态。这是华南沙坝—澙湖海岸的一个重要特点。
5) 海滩动力及地貌可明显分为三个不同的岸段:①海湾中段,由SE向常波浪直接入射的切线岸段,岸线走向与常波向呈鋭角相交,沿岸泥沙主要向西搬运,海滩剖面平缓和呈上凹形,滩面及前滨出现水下坝、新月形坝和滩角(cusp)地貌,滩角指向南偏西方向。②海湾西段的直线岸段与常波向垂直,海滩泥沙主要由海湾中段向西搬运的沿岸输沙补给,但海滩本身泥沙主要作横向搬运,海滩剖面陡和形成滩肩(berm)地貌。上述两种不同的海滩类型,实质上即所谓“消散型海滩体系”(前者)和“反射型海滩体系”(后者)[18]。③海湾东段的湾顶弧形岸段为常波向浪折射、绕射作用地带,沿岸泥沙向东搬运(补注:后来的进一步研究发现有两种情况:对“堆积型动态平衡”海岸,湾顶沿岸泥沙向东搬运;对“侵蚀型动态平衡”海岸,湾顶沿岸泥沙向西搬运。),其中靠近海湾中段的湾顶海滩剖面亦呈上凹形,有滩角地貌发育,滩角指向为南偏东方向。再往东则出现纵向分布的“反向沙咀”(即沙咀延伸方向与常波向相反),夏季盛行SW浪时,沙咀可得到进一步发展。
6) 潮汐通道口总是偏于遮蔽带内,位置甚稳定。原因是这里为相对侵蚀岸段,泥沙纵向搬运不很强,横向搬运更弱,沙坝易于在此被潮流和径流冲断形成缺口,如有“反向沙咀”发育,“反向沙咀”的延伸更加把潮汐通道口推向海湾上游岬角一侧。而直线段为相对堆积岸段,泥沙横向搬运强,加之此岸段的海滩迎对盛行风,低潮时海滩出露,滩面泥沙极易被风吹扬到后滨堆积,形成高大广阔的风成沙丘,故这一带的沙坝地势高,潮汐通道口极难在此出现。
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原载:地理学报,1986,41(4):311-319
本文根据作者参加华南海岸和港口调查研究的体会,对华南现代海岸的形成条件和港湾海岸的地貌特点进行分析。