时间:2024-08-31
胡心迪 ,张永战 *
1. 海岸与海岛开发教育部重点实验室,南京大学 地理与海洋科学学院,南京 210023;2. 中国南海研究协同创新中心,南京 210023
珊瑚礁是造礁珊瑚群落及其碎屑在生物和胶结共同作用下形成的一种具有抗浪性的碳酸盐地貌体(Stoddart, 1969; Veron, 2011),是海洋核心生态区(Clark, 1996)。世界珊瑚礁呈现不同状态,或出露,或沉溺,或停止发育,或持续生长,体现了不同的发育机制和发育阶段(赵焕庭等,2016)。由于水动力由外海至礁中心逐渐减弱,珊瑚礁于不同礁区发育了与之适应的地貌单元,依次为向海坡、外礁坪、内礁坪、潟湖坡和潟湖盆,坡折是相邻地貌单元的分界限,各地貌单元的形态、水深和沉积特征具有独特地带性(龚剑明等,2014;左秀玲,2018)。珊瑚礁地貌对全球变化响应敏感,其阶段的特征地貌是海面变化记录的重要载体(Smith, 1978)。目前,对珊瑚礁地貌的研究多以定性为主,定量研究相对匮乏。
世界珊瑚礁大多分布于太平洋、印度洋和大西洋的赤道南北两侧热带浅海,集中发育于大陆和岛屿的沿岸及海洋中(Montaggioni et al., 2009; Smith, 1978)。中国珊瑚礁分布面积位列世界第八,以南海海域最多(王颖,2012),但对珊瑚礁地貌的研究较为薄弱。南海诸岛基本是以珊瑚礁盘为基础、珊瑚与生物碎屑堆积而成的灰沙岛,整体呈珊瑚礁—沙洲—灰沙岛发育演化过程,沙洲变化迅速,珊瑚礁是灰沙岛重要的发育基础(赵美霞等,2017)。南沙群岛北部自北向南集中分布着双子、中业、道明、郑和、九章等几大群礁,这些群礁形态相似,多呈NE—SW向延伸的椭圆形,雁形式排列(曾昭璇,1984)。作为区内面积较大的群礁,道明群礁的边缘礁发育,类型丰富,既有出露海面的珊瑚岛或沙洲,又有受潮汐影响时而出露时而沉溺的干出礁,更多的是沉溺于水下0~20 m水深的暗礁。与常见的群礁不同,道明群礁形态极为狭长,对其现代地貌及埋藏古地貌进行定量研究,不仅能够丰富对南海珊瑚礁地貌特征的认知,加深对地球构造运动与海洋动力及珊瑚礁生物作用过程的理解,亦能一定程度上揭示过去的海面变化(时小军等,2007)。
道明群礁礁岛发育,但出露面积极小,常规探测方式较难获取有效研究数据。遥感手段能够较为准确地对珊瑚礁现代地貌形态进行定量分析,而浅层地震剖面探测是一种利用声波在水下沉积物内传播和反射的特性来探测海底浅部地层结构的地球物理方法,分辨率高,能够高效地获取珊瑚礁礁坪及潟湖的浅部地层沉积特征(李平等,2011)。本文以南沙北部道明群礁为研究区,基于2017年夏季采集的浅层地震剖面数据,结合Google Earth遥感影像,提取分析道明群礁珊瑚礁现代地貌特征,利用浅层地震剖面中的地震相与侵蚀面信息,进一步定量分析特征埋藏古地貌,进而探讨其地貌演化主要阶段。
南海诸岛礁岛发育过程中,不断为自然及人工改造,若干珊瑚礁滩与沙洲已建设成岛,如南薰岛(2013~2014年11月)、诸碧岛(2015年1~6月)、永暑岛(2013年7月 —2014年)、美济岛(2015年1~8月)等,下文论及时均称其为岛。此外,2017年调查时发现道明群礁东北部的库归礁礁坪上已发育沙洲,故本文称其为库归沙洲。
道明群礁系南沙群岛北部一系列雁形式排列的群礁中的一个(图1),是自水深大于2000 m的南沙台阶上发育的NE—SW向延伸的第三列(自北向南)珊瑚群礁(孙宗勋等,1996),其西北侧约20海里处为近同向延伸的中业群礁,南侧为区内面积最大的郑和群礁。道明群礁与郑和群礁之间及四周均被NE-SW向发育的断裂所围限。道明群礁整体近椭圆形,狭长延伸,SW侧主礁区的礁盘宽大,NE侧相对狭窄,长滩为其NE部的延伸部分,与主礁区间发育南北向的深槽,将潟湖分成主礁区潟湖与长滩潟湖两部分。道明群礁总体上是岛(南玥岛)、沙洲(杨信沙洲、库归沙洲等)、门、礁(蒙自礁等)发育的典型群礁。
图1 中国南海南沙群岛道明群礁及其邻近海域水下地形与构造Fig. 1 Brief topography and main faults in Daoming Reefs and its adjacent area in Nansha Islands, South China Sea
南海自白垩纪后期地壳沿18°N线一带首先开裂并扩张,之后扩张轴向15°N附近转移,同时华南古陆解体,部分古陆碎块向南漂移。南沙地块是从南海北部的中沙群岛和西沙群岛附近的华南陆块中拉张、分离出来的微陆块,并顺时针旋转25°,其东北部与巴拉望陆坡拼贴,形成南沙海槽,上新世至第四纪,古南海消减停止(杨胜雄等,2015)。南沙地块以陆坡地貌为主,发育水深超过2000 m的南沙台阶,地形相对隆起,部分隆起为海台,海台顶面的珊瑚礁发育形成众多岛礁和浅滩,构成南沙群岛。南海地处菲律宾海板块、印—澳板块和欧亚板块的交汇处,且南沙陆坡区构造活动活跃,海底火山作用强烈,断层分布广泛,大多呈NE-SW向展布(詹文欢等,1995)。南沙群岛的基底为前第三系地层,受断裂控制,表层呈NE-SW向褶皱(曾昭璇,1984),使整个南沙台阶呈NE-SW向展布,其上海台、海山发育方向相近,以此为基底的珊瑚礁滩也按NE—SW向呈雁行式排列分布(姚永慧等,2007)。区内海槽、断陷等主要受NE和NW向断裂控制,受NE向断裂控制的槽谷有南沙海槽、中央水道等;受NW向断裂控制的主要有南华水道。其中,中业群礁与道明群礁之间、道明群礁与火艾礁之间的断陷盆地均受NE向断裂控制,水深直落2000 m(赵焕庭等,1992)。
道明群礁地处南亚季风区,受亚洲、澳洲大陆、太平洋及印度洋之间大气环流的影响,是中国季风最显著的地区(朱良生等,2005),为热带季风性气候(林锡贵等,1990),冬夏季风交替。11月 —翌年3月为东北季风,风期长,风力强,平均风速可达7.2 m/s;6~9月为西南季风,风力相对较弱,平均风速为6 m/s(李文波等,2010;周兆黎等,2012)。此外,台风与寒潮等天气系统影响显著(Morgan et al., 2014)。道明群礁海区波浪以季风浪为主,涌浪相对较少,强浪以WSW、SW、NNE和NE向为主(王婷婷等,2012)。海区内潮汐为不规则日潮,潮流受海区内众多岛礁影响,流向受礁体地形控制,为往复流。据实测数据显示,区域内实测海流变化较大,以NE、SSW方向较为显著,显示出季风海流的特征(朱良生等,2005)。
Google Earth高清影像对照道明群礁礁岛实地勘测表明,道明群礁礁岛发育,既有永久出露海面的岛屿和沙洲,也有低潮出露高潮淹没的干出礁,以及沉溺于水下的暗礁。影像中岛屿、沙洲、干出礁、暗礁的形态与颜色具有较大差异,其中,岛屿、沙洲具有相对较高的反射率,而干出礁以中等反射率为主,暗礁及潟湖反射率相对较低(邹亚荣等,2012)。据此,本文研究中建立了针对性的影像信息解译标志(表1),使用ArcGIS软件分别提取影像中的岛屿、沙洲、干出礁和暗礁,进而提取道明群礁礁盘整体形态。
表1 岛屿、沙洲、干出礁、暗礁定义及影像解译标志Table 1 Definitions and interpreting symbols of island, cay, drying reef, submerged reef
2017年8~9月,使用浅层地震剖面探测系统,包括AAE CSP1500发射机、300 J脉冲声源及拖体、高压电缆、AAE 20单元水听器、GeoAcoustics 5210A接收机、GeoAcoustics数据盒与工作站,及Trimble SPS 351信标差分全球定位系统等,采用GeoProIV专用软件对道明群礁礁坪与潟湖进行浅层地震剖面数据采集,并记录于工作站。数据采集过程中,调查船以3~4 kn的航速前行,发射频率200 ms,接收频率80 µs,工作能量100 J或200 J,获得了测线总长度近64 km的浅层地震剖面数据。
浅层地震剖面数据处理使用专业软件SeisImage,对剖面影像依次进行能量均衡、色彩设置、噪声消除等处理,调整信噪比,提高其目标信息清晰度,并输出影像与相应路线图;然后,使用CoreDRAW软件对影像进行解译处理,进而提取影像中各类地震相与侵蚀面。
基于Google Earth高清影像和浅层地震剖面影像提取与解译结果,对表征道明群礁珊瑚礁现代地貌的形态参数进行详细定量统计,包括礁坪水深、潟湖水深、口门水深、水下阶地水深、向海坡和潟湖坡坡度、坡折线水深等礁区剖面形态参数,礁区面积、礁区周长、长轴长度、短轴长度、礁坪宽度、礁坪面积和潟湖面积等礁区整体形态参数,计算形状率、紧凑度和延伸率等几何形态参数(邹亚荣等,2012)及珊瑚礁礁坪发育指数(郝庆祥等,2001)。
珊瑚礁形状率为:
其中,S为珊瑚礁礁区面积,L为珊瑚礁长轴长度。
珊瑚礁紧凑度为:
其中,p为珊瑚礁礁区周长。
珊瑚礁延伸率为:
其中,L为长轴长度,D为短轴长度。
礁坪发育指数为:
其中,S1为珊瑚礁礁坪面积,S2为珊瑚礁潟湖面积。
据遥感影像解译结果统计表明,道明群礁目前发育有1个岛、4个沙洲、7个干出礁和若干座暗礁,是一个典型的珊瑚群礁(图2),其长轴沿NE-SW向延伸,长度约为76 km,短轴长约18 km,礁区周长172 km,礁坪面积约150 km2,潟湖面积约300 km2,礁区总面积约为650 km2。据此进一步计算获得其几何形态参数(表2)。道明群礁形状率为0.11,紧凑度为0.52,表明群礁形状极不规则,如仙娥礁(图1)形状率为0.32,呈现为较规则的环状。礁体延伸率极高,约为4.20,西南部礁盘宽大,最宽约20 km,东北部狭窄,最窄约8 km,整体形态狭长。道明群礁礁坪发育指数约为0.30,表明礁坪发育程度一般,整个群礁尚处于发育早期阶段,为半开放型—准封闭型群礁,如仙娥礁礁坪发育指数为0.27,半路礁(图1)则为1,已完全台礁化。
图2 道明群礁遥感影像解译图Fig. 2 Interpretation of Google Earth images of Daoming Reefs
浅层地震探测断面1和2位于道明群礁主礁区东北侧库归沙洲附近(图3)。断面1自主礁区东南侧礁坪至西北侧礁坪,横穿整个潟湖与礁坪至向海坡上部;断面2先NE向探测,位于道明群礁主礁区西北侧礁坪之上,至10°45′52.96″N,114°32′46.56″E处转向SE,横穿主礁区东北部潟湖至东南部礁前向海坡(图3)。断面形态显示:道明群礁主礁区礁坪水深小于20 m,潟湖水深约为50~60 m,礁坪被众多口门切割,口门水深与潟湖相似,约50~60 m,其形成时期可能与潟湖相近。东南侧礁坪极窄,宽度可能不到100 m,向海坡水深50~60 m和80~90 m处发育二级水下阶地,由于向海坡水深变化过快,礁坡陡直,以及数据采集过程中的噪声影响,未能捕捉到更深的阶地影像。道明群礁主礁区东北部向海坡上坡带坡度约为20°,东南礁坪潟湖坡坡折处水深约45~50 m,内礁坪礁原带坡度约为6.0°,西北礁坪礁原带坡度约为6.3°。
图3 浅层地震探测断面1和2影像及路线示意图Fig. 3 Seismic profiles of line 1 and 2 and their survey routes
浅层地震探测断面3和4位于道明群礁延伸部分长滩东北部的蒙自礁附近,两个断面近正交(图4)。断面3为NW-SE走向,从长滩潟湖盆中心横穿过东南侧礁坪至向海坡。断面4为沿长滩延伸方向,自潟湖盆向东北礁坪至蒙自礁。断面形态显示:道明群礁长滩潟湖水深约50~60 m,礁坪水深亦小于20 m,东南礁坪宽约390 m。东北潟湖坡坡度较缓,点礁极为发育;东南潟湖坡坡度较陡,坡折处水深约为45 m,点礁极不发育,礁原带坡度为5.7°。东南向海坡上坡带坡度为31.4°,坡度相对主礁区较陡。
图4 浅层地震探测断面3和4影像及路线示意图Fig. 4 Seismic profiles of line 3 and 4 and their survey routes
道明群礁珊瑚礁现代地貌剖面形态参数统计如表2,包括礁坪、潟湖、口门和水下阶地及潟湖坡坡折处的水深、向海坡上坡带和潟湖坡礁原带坡度等,显然其具有一定的规律性:潟湖和口门的水深均约为50~60 m,潟湖坡坡折处水深约45~50 m,二级水下阶地水深分别约50~60 m和80~90 m,礁坪水深小于20 m,东南侧礁坪宽度不到400 m(部分地区不到100 m),礁原带坡度约为6°,主礁区东北侧向海坡上坡带坡度约为20°,而长滩东南侧向海坡上坡带坡度约为31.4°。
表2 道明群礁剖面形态参数Table 2 The morphological parameters along cross sections of Daoming Reefs
基于以上珊瑚礁现代地貌形态定量分析,道明群礁水下各地貌单元特征明显,由外而内发育了相对完整的向海坡、外礁坪、内礁坪和潟湖,礁缘形态清晰,礁体形态狭长,礁坪相对狭窄,口门发育。其向海坡向水下延伸超过2000 m水深,探测深度范围内发育两级水下阶地,不同深度坡度不同,主礁区向海坡上坡带坡度约为20°,下坡带较为陡峭,长滩上坡带坡度达31.4°。激浪侵蚀使向海坡局部成为内凹形态,形成雏形海蚀穴,甚至引发边坡滑塌,规律性的潮流冲刷不仅发育了口门,亦可强烈侵蚀向海坡,塑造海蚀洞(孙宗勋等,1998)。总体而言,道明群礁向海坡呈现为下陡上略缓局部内凹的梯形阶梯状边坡。道明群礁礁顶狭窄的礁坪区形态相对平缓,水深小于20 m,礁坪上的堆积地貌相对高程一般为2~6 m,礁坑、潮沟等低洼地的相对水深不超过20 m,礁坪区局部突起与凹陷发育,被众多潮流通道口门切割,口门水深50~60 m。道明群礁中央潟湖区呈现为凹陷盆地形态,水深为50~60 m,相对平坦,局部发育隆起,相对高度小于10 m。综上,道明群礁向海坡为下陡上略缓局部内凹的梯形阶梯状边坡,整个礁顶区呈现为两端相对平坦(局部突起和凹陷发育)、中央为较大凹陷盆地的上截面形态,其礁体结构总体为上截顶面的锥型,遵循Darwin所建立的“上截锥型”礁体结构(Darwin, 1842; 赵焕庭等,2014)。
4.2.1 地震相
地震相是通过分析地震反射线的外部几何形态、内部反射结构、振幅、频率、连续性等参数,以识别沉积物在地震剖面上反映的主要特征(孔令辉等,2019)。地震相分析就是在划分地震层序的基础上,利用地震形态特征上的差别将其进一步划分为不同的地震相区,进而做出岩相和沉积环境的推断(陆基孟,1991)。道明群礁几条浅层地震探测断面影像清晰展示了礁坪与潟湖基底内的地震层序和地震相。据Mitchum等(1997)提出的地震相与地层解译准则,以道明群礁断面1影像为例,讨论其典型地震相(图5),进而对其中表征埋藏古地貌的地震相进行定量研究。
图5 道明群礁典型地震相解译图(上部解译图中的数字与字母K与下部典型地震相编号对应,字母A表示侵蚀面)Fig. 5 Interpretation of typical seismic facies in profile line 1 in Daoming Reefs (numbers and letter K in upper figure are corresponding to the typical seismic facies in lower figures, letter A shows the erosion interface)
相1(埋藏点礁)底部直径约350 m,高约10 m,顶部埋深约8 m的碳酸盐岩体,广泛分布于潟湖基底内,出现频率相对较高。其顶部为一近圆形的透镜形状,顶部及底部的边界为一致的高振幅反射,内部反射极弱。反射线与周围的沉积物横向相互衔接,基于其在剖面中的形态与反射模式,相1为生物成因的埋藏点礁。该相可能是全新世适宜水深条件下发育的点礁,后因海面快速上升,礁的生长速度不及,而停止生长,并逐渐被珊瑚碎屑沉积埋藏覆盖,发育为埋藏点礁。因此,埋藏点礁是指示珊瑚礁古地貌和历史时期海面高度及其变化的重要指标之一。
相2(点礁)发育于现今潟湖底部的平顶或丘状结构的地貌体,其直径可达近400 m,高约40 m,顶部水深约20 m。该相的内部反射模式是一系列凸状面,由中等振幅的反射线组成。内部显示近平行沉积层理,与两侧海底沉积不断续。基于其形态和结构,相2为生物成因的碳酸盐岩体,即点礁。相2广泛分布于道明群礁潟湖中,有的点礁持续发育,有的已停止生长,主要与顶部水深有关。潜水调查表明南海地区现代珊瑚礁在水深30 m左右仍可生长,影像中的点礁仍在发育中,其亦能够指示当前的海面高度,而已停止发育的点礁则会逐渐被珊瑚碎屑沉积覆盖,成为埋藏点礁。
相3(丘脊)底部直径约230 m,高约9 m的沉积体,广泛分布于道明群礁潟湖内。在剖面中表现为顶部凸状的的强反射与高振幅,其下界面出现沉积中断,表明与其下伏沉积相相比,其内部沉积速率相对较高。基于这种反射结构与沉积层理,相3被解译为由碎屑物质沉积形成而非生物作用形成的脊状丘形体,即丘脊。
相4(受限潟湖相)和相5(开放潟湖相)一般局限于潟湖基底内的洼地中,前者宽约1000 m,相对水深约70~75 m,顶部埋深约10~15 m,由连续的近水平的平行反射线组成,从中振幅到低振幅不等,发育于古洼地的底部,并以上超的结构充填古洼地。这种连续、平行且近水平的沉积层序指示了水深有限、水动力条件极弱的沉积环境;后者宽度约1000 m,水深约60~70 m,上部埋深约5~10 m,由不连续、倾斜甚至波动起伏的中等振幅反射线组成,形成古洼地充填堆积物的顶部和现代洼地的底部沉积,指示了相对较强的沉积环境。前者解译为受限潟湖相,后者解译为开放潟湖相。
相6(水下阶地)发育于道明群礁的礁前向海坡,缓倾的阶地面宽度约200 m,高约10 m,水深约为50~60 m和80~90 m。阶地内部表现为规则而不连续或凸状的沉积层理。基于其形态特征和所处位置,相6被解译为水下阶地。珊瑚礁区的水下阶地一般发育于低潮线以下,海面相对稳定时期,向海坡低潮线以下珊瑚礁向海侧横向生长扩大,加之浪蚀作用而堆积形成;或由于海面先下降后相对稳定,珊瑚礁暴露成岛,波浪侵蚀作用而成,即浪蚀平台与浪蚀阶地。水下阶地能够指示当时海面的滞留高度(于红兵,1999),也是道明群礁水下重要的古地貌。
相K(喀斯特相)主要表现为潟湖基底内的洼地,可能是海面处于较低水平时期,珊瑚礁暴露为碳酸盐岩滩,受风化侵蚀作用于其表面形成的溶蚀穴或溶洞,后海面上升,发育为埋藏溶洞(赵焕庭等,1996)。其特征是反射模式变化极大,总体而言,表现为不连续的中等振幅反射线,反射结构近似平行而又无序。大多数情况下,这样的反射线描绘了洼地的形态,及内部沉积物充填结构。
4.2.2 侵蚀面
侵蚀面表示珊瑚礁曾出露为岛,暴露在空气中,受风化剥蚀、化学溶蚀和流浪机械侵蚀等作用。后海面上升,侵蚀面上又开始新的沉积建造,侵蚀面逐渐被珊瑚碎屑沉积所覆盖(赵焕庭等,1996)。侵蚀面的解译依据主要是其与周围其他地震反射线之间的沉积层序关系,包括上超、下超、顶超、截断等,即它们之间具有某种横向的连续性(Christian et al., 2015)。浅层地震剖面影像显示,侵蚀面不仅存在于道明群礁的潟湖基底内,也存在于礁坪基底内。将潟湖基底内的侵蚀面命名为侵蚀面A(A1,A2)(图6断面1,断面2-1),将礁坪基底内侵蚀面命名为侵蚀面B(图6断面2-2)。
图6 浅层地震探测断面揭示的道明群礁潟湖与礁坪基底内的侵蚀面(A1与A2为潟湖基底中的侵蚀面,B为礁坪基底内的侵蚀面)Fig. 6 Erosion interfaces in the basements of lagoon and reef flat of Daoming Reefs revealed by the seismic profiles (A1 and A2 are the erosion interfaces in the basement of lagoon, and B is in the basement of reef flat)
侵蚀面A1、A2位于道明群礁主礁区潟湖基底内,侵蚀面A1相对水深60~80 m,其上松散沉积物厚度为10~20 m,平均厚度于潟湖盆内约17 m,在潟湖盆中心区域最厚,并向两侧潟湖坡逐渐减薄,表明潟湖坡松散沉积物的沉积速率低于潟湖盆。侵蚀面A2相对水深40~70 m,其上沉积物厚度亦为10~15 m,潟湖盆内厚而潟湖坡内基本在10 m左右。侵蚀面B位于道明群礁礁坪基底内,相对水深30 ~ 40 m,其上松散沉积物平均厚度约为16 m (表3)。考虑调查设备硬件条件,侵蚀面A(A1和A2)、B之上为声波可穿透的区域,结合其沉积构造判定为松散珊瑚礁碎屑沉积物;侵蚀面A、B之下声波难以穿透,仅揭示少量沉积结构,判定其已成岩,为更新世珊瑚礁灰岩。
表3 侵蚀面A (A1、A2)、B分布水深及其上松散沉积物特征Table 3 Water depth of erosion interface A (A1, A2) and B and characteristics of the above unconsolidated sediment
道明群礁礁坪与潟湖基底内的侵蚀面和多种典型地震相揭示了一系列特征埋藏古地貌。埋藏点礁广泛分布于潟湖基底内,顶部相对水深约为60~65 m,底部约为70~80 m,顶部埋深约8 m;受限潟湖相和开放潟湖相埋藏于潟湖基底内,前者相对水深约70~75 m,上部埋深约10~15 m,后者相对水深约60~70 m,上部埋深约5~10 m;水下阶地发育于礁前向海坡,宽约200 m,高约10 m,水深约为50~60 m和80~90 m;侵蚀面A1和A2发育于潟湖基底内,相对水深约40~80 m,侵蚀面B发育于礁坪基底内,相对水深约30~40 m;喀斯特溶蚀穴与溶洞相多与侵蚀面A相关,广泛分布于潟湖基底内,这也表明侵蚀面曾有相当一段时间的出露,风化作用持续,不仅在礁坪与潟湖基底下形成了侵蚀面,同时侵蚀面下的生物礁灰岩受活跃的化学溶蚀作用,发育了一系列的喀斯特地貌。
道明群礁珊瑚礁现代地貌与侵蚀面和特征地震相所表征的埋藏古地貌,指示了末次冰期以来,海面变化过程中,珊瑚礁生长速度与海面上升速度对比的相对快慢发生了变化,控制道明群礁的珊瑚礁地貌发育经历了几个主要演化阶段。
末次冰期,南海海面下降至较低水平,整个道明群礁出露为岛,造礁珊瑚死亡,风化剥蚀作用持续,形成生物礁灰岩组成的岛屿。冰后期,随全球气候变暖,海面逐渐回升,岛屿边坡低潮线以下开始新的珊瑚礁沉积建造。海面上升至相对水深约80~90 m时发生了停滞,珊瑚礁侧向生长,礁盘扩大。同时,由于浪流侵蚀与溶蚀,形成道明群礁向海坡80~90 m深的浪蚀阶地,并塑造了潟湖基底内的侵蚀面A及与之相关的一系列溶蚀地貌。同期,珠江口发育了四级水下阶地中80~100 m的阶地,南海北部大陆架形成80 m深的古海岸线等(刘以宣等,1993)。
随后,海面继续上升,新一期的珊瑚礁以蚀余的早期礁体为基底开始生长,基底周边珊瑚礁生长速度最快,形成了相对开放的早期潟湖。随海面持续升高,潟湖水深渐增,由极浅水向浅水环境转变,水动力由弱渐强,侵蚀面A上先堆积发育了受限潟湖相,随后形成了开放潟湖相。同期,一系列点礁亦在侵蚀面A上发育。之后,海面上升速度加快,点礁生长速度不及,因礁顶水深渐增而停止生长,形成潟湖基底内的一系列埋藏点礁。随后,海面上升至相对水深约50~60 m处发生停滞(赵焕庭等,1996;时小军等,2007),形成向海坡50~ 60 m的浪蚀阶地。因珊瑚礁的侧向生长,形成了现代潟湖与口门的基本格局。珠江口四级水下阶地中50~60 m深的阶地,永暑岛东南坡50 m深的水下阶地,南海北部发育的50 m深的古潟湖,以及南海北部大陆架50 m深的古海岸线等(刘以宣等,1993)均是同期形成的特征地貌。
随海面恢复上升,全新世珊瑚礁开始生长,并持续发育至今,潟湖盆底发育了新一期的点礁,而其基底内的点礁进一步被埋藏,形成了厚约16 m的全新世珊瑚礁生物碎屑沉积。海南岛南部三亚地区的珊瑚礁研究表明,其现代珊瑚礁地貌自8 kaBP开始延续至今(Wang et al., 2001; Martini et al., 2004),南部九章环礁的浪蚀平台和脊槽地貌研究亦表明其现代珊瑚礁地貌可能于8 kaBP开始发育(王黎等,2018),因此,道明群礁现代珊瑚礁地貌可能是同一时期开始发育。全新世中期海南岛南部珊瑚礁因构造作用而抬升1~3 m(Martini et al.,2004),九章环礁脊槽地貌具有残余地貌的特点,可能与海面的快速上升,珊瑚礁生长速度不及有关(王黎等,2018)。道明群礁目前的浅层地震探测剖面还未能识别出冰后期以来这一地区构造活动的记录,同时,其礁坪延伸至20 m水深,一方面与珊瑚礁生长深度有关,另一方面可能也指示了全新世的另一个海面停滞时期(王黎等,2018)。
本文以南沙北部的道明群礁为研究区,基于浅层地震剖面数据,结合遥感影像,对道明群礁珊瑚礁现代地貌和古地貌进行定量分析,获得以下主要结论。
(1)道明群礁目前是发育有1个岛、4个沙洲、7个干出礁和若干座暗礁的典型珊瑚群礁,其形状率为0.11,紧凑度为0.52,延伸率较高,约为4.20,礁盘近似狭长的椭圆形,西南部礁盘宽大,东北部狭窄;礁坪发育指数为0.30,处于群礁发育早期阶段,为半开放型—准封闭型群礁,远未台礁化。
(2)道明群礁向海坡呈下陡上略缓局部内凹的梯形阶梯状边坡,狭窄的礁顶区相对平坦,局部凸起与凹陷发育,被众多潮流通道口门切割,中央为凹陷盆地,其礁体结构总体为上截顶面的锥型,遵循Darwin建立的“上截锥型”礁体结构。
(3)道明群礁末次冰期以来的古地貌特征揭示了其地貌演化具有阶段性,经历了三个主要的珊瑚礁生长期和两次停滞期,表明冰后期海面上升过程中,在相对水深80~90 m和50~60 m处发生停滞;道明群礁现代珊瑚礁开始发育于全新世早期。
道明群礁向海坡、礁坪和潟湖盆相关钻孔的采集,将有助于建立可靠的年代标尺与海面变化过程曲线,进一步揭示冰后期南沙北部珊瑚礁地貌发育及其对海面变化的响应。同时,亦能有效探讨这一时期区域构造活动对珊瑚礁地貌演化的影响。
致谢:研究数据来自中国科学院学部咨询项目“南海海域、岛礁开发与海疆权益”与中国南海研究协同创新中心支持的2017年8 ~ 9月的南京大学南沙考察;南京大学王黎、梁鹏等南沙考察团成员协助进行了浅层地震剖面野外数据采集;审稿专家和编辑部老师对论文提出了有益的修改意见,谨致谢忱。
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