于　革　葉良濤,2,3　廖夢娜,2

(1.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所　南京　210008；2.中國科學(xué)院大學(xué)　北京　100049；3.安徽師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院　安徽　蕪湖　241000)

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晚更新世江蘇海岸帶沉積分布模擬研究

于革1葉良濤1,2,3廖夢娜1,2

(1.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所南京210008；2.中國科學(xué)院大學(xué)北京100049；3.安徽師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院安徽蕪湖241000)

中國邊緣海大陸架在晚更新世時(shí)期曾是海岸平原，在古長江、古黃河泥沙填充下形成了陸架堆積體，并在全新世發(fā)育了南黃海輻射沙脊群、廢黃河三角洲和長江三角洲。根據(jù)點(diǎn)狀的地質(zhì)鉆孔分析和重建，對(duì)南黃海—江蘇海岸的沉積體系的分布和變化機(jī)制尚不明了。作為動(dòng)力機(jī)制探討，基于氣候—海面—沉積系統(tǒng)，根據(jù)氣候水文學(xué)、沉積學(xué)原理以及泥沙沉積面的動(dòng)態(tài)高程計(jì)算，構(gòu)建了氣候冰川驅(qū)動(dòng)—東黃海地海系統(tǒng)響應(yīng)—河流沉積建造的數(shù)值模式，模擬了14萬年、4萬年和1萬年不同時(shí)間尺度江蘇海岸線和長江三角洲沉積的變化過程和分布，進(jìn)而對(duì)冰川氣候、構(gòu)造沉降、沉積壓實(shí)等復(fù)雜效應(yīng)下的海面特征、陸源泥沙沉積和海岸線進(jìn)行分析。模擬結(jié)果與地質(zhì)鉆孔資料揭示的層序和埋深能夠進(jìn)行對(duì)比。

氣候冰川沉積海面河流輸沙海岸—河口地理分布數(shù)值模擬

0　引言

中國邊緣海大陸架在晚更新世時(shí)期曾是海岸平原，在古長江、古黃河泥沙填充下形成了陸架堆積體，并在全新世發(fā)育了南黃海輻射沙脊群、廢黃河三角洲和長江三角洲[1-2]。關(guān)于古長江三角洲的核心—南黃海輻射沙脊群，早在1957年就有研究發(fā)現(xiàn)長江口外水下地形呈扇形分布的古代水下三角洲，前緣水深-50m，平面中心在32.3°N，面積為7 000km2[3]。此后五十多年以來，不斷有新的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)。到21世紀(jì)，根據(jù)區(qū)域的地質(zhì)鉆孔，揭示了南黃海輻射沙脊群水深0～25m，以瓊港(32°40′N，120°54′E)為中心，褶扇狀向海展布，面積22 470km2。并認(rèn)為黃洋沙潮流通道是古長江河谷，沉積體形成的時(shí)代成早于43kaB.P.[2,4]。然而，根據(jù)點(diǎn)狀分布的地質(zhì)鉆孔分析和重建，對(duì)南黃?！K海岸的沉積體系和演變的分布、規(guī)模以及機(jī)制尚不明了。陸上海侵層難以保存，重建的海面低于現(xiàn)代海面15～50m，它的海岸線在哪里？大河三角洲沉積位置受沉積基準(zhǔn)面控制，由于時(shí)間上鉆孔地層不連續(xù)、空間上海侵層不連續(xù)，特別是沉積和侵蝕基準(zhǔn)面不清楚，末次冰期古長江的河口沉積在哪里？此外，大河三角洲沉積通量受到陸源泥沙控制，而泥沙受到流域侵蝕環(huán)境和搬運(yùn)水動(dòng)力制約，在冰期和間冰期中，氣候降水變化懸殊，影響著入海泥沙量。晚更新世以來的三角洲建造和泥沙沉積與現(xiàn)代有何差異？

本研究擬進(jìn)行論證和機(jī)制探索。由于沉積體系是多種過程的產(chǎn)物，動(dòng)力過程與沉積記錄的關(guān)系十分復(fù)雜。采用物理機(jī)制進(jìn)行模擬，已成為過去20多年來包括STRATAFORM在內(nèi)的多個(gè)國際合作項(xiàng)目研究的重要內(nèi)容[5-6]。在對(duì)現(xiàn)代海洋、海岸沉積模型的基礎(chǔ)上，一些學(xué)者應(yīng)用到不同地質(zhì)時(shí)間尺度的邊緣海、海岸河口以及三角洲沉積進(jìn)行數(shù)值模擬。例如對(duì)晚第三紀(jì)[7]、末次冰盛期[8]、末次冰消期[9]以及過去1 000年[10]等不同時(shí)期的模擬嘗試，獲得了對(duì)這些重大氣候期沉積體系演變的機(jī)理認(rèn)識(shí)。由此，本文在前人基于氣候—海面—沉積系統(tǒng)的概念模型、動(dòng)力模型研究基礎(chǔ)上，根據(jù)氣候水文學(xué)、沉積學(xué)等原理以及泥沙沉積的動(dòng)態(tài)高程計(jì)算，構(gòu)建氣候冰川驅(qū)動(dòng)—東黃海地海系統(tǒng)響應(yīng)—河流沉積建造的數(shù)值模式，模擬冰川氣候、構(gòu)造沉降、沉積壓實(shí)等復(fù)雜效應(yīng)下的海面特征、陸源泥沙沉積和海岸線分布，從動(dòng)力學(xué)機(jī)制上揭示南黃海海岸沉積演變。

1　模式架構(gòu)

首先基于能量守恒定律和質(zhì)量守恒原理，構(gòu)建冰川型海面變化模式，模擬晚更新世以來不同氣候期南黃?！K海岸岸線變化和空間格局，分析制約海面與氣候相關(guān)點(diǎn)與突變點(diǎn)，以度量和刻畫太平洋邊緣海海面變化過程和特征。其次，基于水沙沉積動(dòng)力學(xué)和地貌高程學(xué)原理，構(gòu)建沉積物表層高程和物質(zhì)輸移模式，計(jì)算潮流海岸和三角洲海岸沉積通量變化，對(duì)廢黃河三角洲、江蘇潮灘和長江三角洲不同類型海岸的沉積過程進(jìn)行模擬。最后，在地質(zhì)資料重建的海岸線設(shè)置的邊界場上，應(yīng)用于晚更新世以來南黃?！K海岸地質(zhì)時(shí)期海面變化和沉積分布模擬。

該系統(tǒng)從全球海面變化模式(模式1)到江蘇海岸—長江三角洲沉積模式(模式2)分別進(jìn)行運(yùn)算，疊置海岸邊界條件后模擬海岸和三角洲的變化分布和過程。多地質(zhì)鉆孔的地層層序提供了沉積速率以及分布特征，被用來驗(yàn)證模擬晚更新世地質(zhì)海岸邊界下的江蘇海岸—長江三角洲沉積通量變化。模式流程見圖1。

圖1　海面—沉積模式流程圖Fig.1　Flow chart of sea level and depositional model

模式1的第一模塊盡管是以全球尺度進(jìn)行從輻射到冰量和水量模擬，但以點(diǎn)模式(0維模式)模擬。其結(jié)果驅(qū)動(dòng)具有三維空間的第二模塊運(yùn)行，在地形場(東黃海沉積后期海面效應(yīng)模塊)上模擬海面變化，其時(shí)間尺度采用了0.25ka步長模擬。模式2對(duì)沉積物輸移和累積的模擬設(shè)置在東黃海地形場上，采用了0.25ka時(shí)間步長。因此模式1和模式2在空間和時(shí)間尺度上能夠耦合。

2　模式功能設(shè)計(jì)

2.1冰川型海面—后期構(gòu)造沉積效應(yīng)模式

該模式基于物理學(xué)、氣候?qū)W和沉積學(xué)的基本原理，以輻射—?dú)夂蝌?qū)動(dòng)熱量與冰量熱力平衡、全球冰川型海面水量平衡、東黃海海面響應(yīng)等不同層次，構(gòu)建三個(gè)動(dòng)力模塊。

(1) 輻射—冰量熱量平衡模塊：根據(jù)全球太陽輻射溫度的能量平衡的Planck輻射定律，計(jì)算溫度變化：

T=[S(1-α) /δA ]1/4

(1)

其中T是理論計(jì)算地表溫度，α是地表反射率，δ是Stefan-Boltzmann常數(shù)(5.67×10-8W/m2K4)，A是表面積(計(jì)算全球理論溫度采用5.1×1014m2)，S是太陽輻射總量(1.74×1017W)。對(duì)晚更新世不同氣候期(冰期和間冰期)，根據(jù)陸面和海面面積變化，海陸采用不同的反射率計(jì)算。

其次，根據(jù)氣候狀況(溫度變化)和冰量(第四紀(jì)冰蓋變化)，采用冰融化能量平衡模式(能量=比熱×質(zhì)量×溫度變化)，計(jì)算溫度升高時(shí)吸收的熱量：

Q=CmΔT

(2)

其中，C是熱容量或比熱，水體比熱 Cw=4 100J/(kg·℃)，冰比熱 Ci=2 100J/(kg·℃)。m是冰質(zhì)量,kg，ΔT是冰體融化所吸收的溫度：ΔT=Ti-Tm，其中Ti冰溫度，Tm冰融化溫度(0℃)。根據(jù)溫度升高/降低時(shí)冰體吸收/釋放的熱量變化，針對(duì)晚更新世不同地質(zhì)時(shí)期期相對(duì)現(xiàn)代的變化，模擬從狀態(tài)1(地質(zhì)時(shí)期) 到狀態(tài)2(現(xiàn)代)在熱量恒定下冰體積的變化：

Cm1ΔT1=Cm2ΔT2

(3)

(2) 冰量—海水物質(zhì)平衡模塊

從冰量變化模擬海洋水體體積變化，擬采用全球固態(tài)水與液態(tài)水的水量物質(zhì)平衡：V=Vi+Vw，其中V是全球水體總量，Vi為固態(tài)水(冰量)，Vw為液態(tài)水。地質(zhì)時(shí)期可采用變化量計(jì)算，水量變化(%)和冰量變化(%)的總和為100%(V=1)。由于冰密度ρi與水密度差異(冰融化水后體積減小1/11)，固態(tài)水轉(zhuǎn)化液態(tài)水的增量ρiVi。獲得高程動(dòng)態(tài)變化的微分方程：

(4)

其中 h海面變化量,m，Vi受溫度控制的冰量(%)。ρi和ρw分別是冰密度與水密度。A(h)為模擬的海域面積，它是h的狀態(tài)函數(shù)。由此對(duì)微分方程(4)求數(shù)值解，獲得晚更新世水量變化以及不同冰量體積變化下海水體積變化。

(3) 東黃海沉積后期海面效應(yīng)模塊

依據(jù)海面與地面系統(tǒng)變化地質(zhì)學(xué)原理，分別對(duì)海侵層后期的海、陸升降效應(yīng)進(jìn)行模擬。地面系統(tǒng)(VL)與海面(VS)之間的相對(duì)海面變化(HR)，定義為古海面在沉積層中的位置[11]。它以高程計(jì)量，是冰川型海面(HS)與后期海、陸效應(yīng)(HL、HM)的平衡：HR=HS- (HL+HM)。

HS是冰量引起的海水體系變化，通過冰期—間冰期輻射與冰量能量轉(zhuǎn)換—冰量與水量的物質(zhì)平衡—地形響應(yīng)多層模式的模擬獲得。晚更新世不同氣候期(冰期和間冰期)的冰量模擬結(jié)果與現(xiàn)代相比為減少。

HL是陸面系統(tǒng)變化，主要考慮構(gòu)造沉降和沉積壓實(shí)兩個(gè)效應(yīng)：HL=HG+HP。其中HG是構(gòu)造沉降，其效應(yīng)使海侵層降低，相對(duì)海面增高；以現(xiàn)代百年級(jí)的沉降速率估計(jì)。HP為上覆沉積壓實(shí)作用，其效應(yīng)使海侵層降低，相對(duì)海面增高；以鉆孔巖芯層的孔隙率計(jì)算。

HM是海面系統(tǒng)變化，主要考慮海盆體積和陸源泥沙充填二個(gè)效應(yīng)：HM=HF+HB。其中HF為大陸河流泥沙充填邊緣海，其效應(yīng)使海洋容積減少、海面相對(duì)增高。HB是海盆構(gòu)造沉降，使海盆體積增大，引起海面相對(duì)降低。

綜合上述5個(gè)分量和變化方向，可計(jì)算古海面在沉積層中的位置：

HR=-HS-(HG+HP)-(HF-HB)

(5)

2.2晚更新世江蘇海岸—長江三角洲沉積模式

當(dāng)沉積速率大于可容空間增速下，形成加積層序，依次向盆地方向進(jìn)積，形成高位體系域和低位前積楔狀體的沉積特征。理想三角洲沉積是指由陸向海的加積沉積(包括水下沉積和水上沉積)，一般是從三角洲和潮灘海岸頂點(diǎn)沉積物在河口水流、泥沙流和重力作用下向前推移和累積[12-13]。根據(jù)泥沙運(yùn)動(dòng)公式[14]，其垂向沉降的微分方程有：

(6-1)

(6-2)

在河流泥沙向海洋輸運(yùn)的加積作用下，泥沙沉積的分布過程可采用邏輯斯諦方程(Logistic)表達(dá)[8]：

(6-3)

其中，K為Logistic方程中半飽和系數(shù)，它在沉積過程中是與河口形態(tài)高差有關(guān)的參數(shù)，可采用參數(shù)率定。輸沙量受到流量和含沙量控制，而流量受到水動(dòng)力變化控制。在地質(zhì)時(shí)期，主要考慮受到流域降水變化的控制。因此，流量變率(Q)采用降水變率(P)相關(guān)：Q=α2P；泥沙變率采用流量變率相關(guān)Qsed=α3Q，進(jìn)一步用降水變率相關(guān)：Qsed=α3Q = α3α2P，其中α2與流量、α3與含沙量相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。上式成為：

(6-4)

(6-5)

3　邊界場資料處理和設(shè)置

3.1地形和海陸岸線

地形邊界條件根據(jù)中國東部大陸—東黃海等高/等深地形圖，GIS劃分格點(diǎn)(5×5經(jīng)緯格點(diǎn)精度的數(shù)值化)以計(jì)算逐米等深線面積，以多項(xiàng)式擬合變量為深度(m) 和面積(km2)函數(shù)，用于模式的狀態(tài)變量。在地形海拔高度-20～+10m范圍內(nèi)，以它占東中國海總面積542 000km2的46.8%面積[15]，設(shè)置微分范圍和步長。通過各個(gè)格點(diǎn)微分方程數(shù)值求解，獲得不同海拔高度對(duì)應(yīng)的水域面積(圖2)。

全新世中期以來海岸線作為模擬的動(dòng)態(tài)邊界條件，采用據(jù)江蘇沿海和南黃海記錄地質(zhì)鉆孔和海岸線分布的重建資料[1-4](圖3)。根據(jù)6kaB.P.、4.5kaB.P.、2kaB.P.、1.2kaB.P.以及歷史時(shí)期海岸線和河口不同時(shí)期的位置，進(jìn)行2D的同化處理，物理量綱為岸線的高程(m)。

圖2　東黃海精度5分的海底地形(a)及海面高度與海水體積變化關(guān)系(b)Fig.2　Gridded-topography in 5×5 minute resolution (a) and relations between sea level changes and sea water volume (b)

圖3　全新世不同時(shí)期江蘇海岸和長江三角洲變化Fig.3　Changes in Yangtze delta and coastlines in Jiangsu during the Holocene

3.2邊界場和初始場設(shè)置

模式1的邊界場，采用了矢量形式的變量輸入，包括相對(duì)于現(xiàn)代的太陽輻射變率、陸地冰量變率以及研究區(qū)域的降水變率。根據(jù)文獻(xiàn)綜述[16-17]和本文分析，設(shè)置了晚更新世(約140kaB.P.)以來的主要?dú)夂蚱诘娜蜉椛?、相?duì)現(xiàn)代的大陸冰量變化、研究區(qū)降水變化等邊界閾值。表1列出140kaB.P.以來主要?dú)夂蚱谶吔鐖鲩撝岛拖鄳?yīng)的參考文獻(xiàn)。模式2邊界場主要是各個(gè)時(shí)期的海岸線分布，采用了地質(zhì)和沉積資料重建的全新世以來江蘇海岸線分布，以岸線的經(jīng)度、緯度相對(duì)0kaB.P.的位置表示。各個(gè)時(shí)期的岸線分布位置見圖3。

模擬試驗(yàn)的初始場和參數(shù)采用設(shè)置和率定獲得。模式1采用了平均區(qū)域構(gòu)造垂直升降速率、沉積物壓實(shí)率作為沉積后期高程變化的主要參數(shù)，系根據(jù)前人研究的成果設(shè)置[30-33]。模式2采用的海陸邊界高程差(H0)、與海岸和河口沉積高差、坡降有關(guān)的半飽和系數(shù)(K)，以及計(jì)算沉積通量的入海河流徑流量(Q)、入海河流輸沙量(Qsed)。由于區(qū)域地貌差異，劃分研究區(qū)為三段不同類型海岸：北部廢黃河三角洲、中部海岸潮灘和南部長江三角洲，因此初始場分三段海岸設(shè)置。對(duì)6-4式中的參數(shù)，系根據(jù)多年的江蘇長江河口段、廢黃河口段水沙資料擬合獲得。采用6-5式，當(dāng)t=1,2,…n年和年降水P=P1,P2…Pn時(shí)，設(shè)置了河口初始高程(H0)后，通過非線性最小二乘法擬合函數(shù)擬合獲得3個(gè)參數(shù)解。由于江蘇海岸中段水沙資料有限[1]，僅采用類比性設(shè)置。表2列出設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)和相應(yīng)的參考文獻(xiàn)。

表1　晚更新世以來主要?dú)夂蚱谶吔鐥l件設(shè)置

表2　初始場和參數(shù)設(shè)置

3.3沉積物埋深

多地質(zhì)鉆孔的地層層序[1-4,10,33-35]提供了沉積物埋深的實(shí)際情況，被用來驗(yàn)證模擬晚更新世地質(zhì)海岸邊界下的江蘇海岸—長江三角洲沉積通量變化。根據(jù)鉆孔沉積物測定的年齡，劃分晚更新世以來的不同氣候特征期(35±3kaB.P.、21±3kaB.P.、15±1kaB.P.、12±1kaB.P.、10±1kaB.P.、8±1kaB.P.、6±1kaB.P.、4±0.7kaB.P.、2±0.5kaB.P.、1±0.3kaB.P.)為標(biāo)志性年代。采用鉆孔樣品年代和層序計(jì)算沉積速率，利用Kringe幾何數(shù)學(xué)方法做空間內(nèi)插，確定區(qū)域空間不同時(shí)代的沉積層厚度和埋藏(圖4)。這些鉆孔沉積物顯示了自4萬年以來的分布特征，特別是在幾個(gè)變化顯著階段。在35kaB.P.時(shí)長江三角洲北部是一個(gè)大海灣，在20kaB.P.時(shí)沉積重心自西向東遷移，到了10kaB.P.時(shí)瓊港外形成面狀沉積體，在6kaB.P.時(shí)候海岸沉積帶向西推進(jìn)。

4　模擬和驗(yàn)證

地質(zhì)時(shí)期的沉積物分布特征和過程，采用上述二個(gè)模式和一個(gè)動(dòng)態(tài)邊界場，時(shí)間總長度140ka，步長為0.25ka。采用模式1模擬冰期—間冰期海面，計(jì)算冰川型海面，并對(duì)后期構(gòu)造沉降、沉積物壓實(shí)等復(fù)雜效應(yīng)下的海面高度的時(shí)間序列。輸出物理量綱為海面垂直高度(m)。同時(shí)，采用模式2中模擬河流三角洲泥沙，系根據(jù)晚更新世長江和黃河流域氣候經(jīng)歷了冰期和間冰期變化，導(dǎo)致降雨干濕并引起入海流量和泥沙巨大變化，驅(qū)動(dòng)陸源泥沙入海和海岸與河口沉積通量變化。輸出物理量綱是沉積物埋深(m)。

圖4　江蘇海岸沉積鉆孔晚更新世沉積物埋深分布a.徑向剖面；b.緯向剖面Fig.4　Longitudinal (a) and latitudinal (b) distributions of Pleistocene sediment depths from the Jiangsu coastal cores

根據(jù)黃海、東海的大陸與海底地形，沉積和構(gòu)造分量，模擬了140kaB.P. 以來區(qū)域冰川—沉積海面垂直變化，海面變化2D再現(xiàn)。模擬表明，當(dāng)海面在東黃海下降到-55m時(shí)，渤海海峽關(guān)閉。臺(tái)灣海峽在海面下降到-80m時(shí)關(guān)閉。當(dāng)海面達(dá)到-90m時(shí)，黃海成陸。在末次盛冰期的低海面(-145m)階段，對(duì)馬海峽關(guān)閉，整個(gè)東亞大陸的大陸架暴露成陸，海岸線向東推進(jìn)了1 000km(圖5a,b)。這個(gè)模擬與全球海面研究成果[20,36]對(duì)比，冰期與間冰期海面變化一致，而區(qū)域性的不同變化部分占10%～18%。

根據(jù)降雨—流量—泥沙運(yùn)動(dòng)特征和參數(shù)，模擬不同地質(zhì)時(shí)期大陸入海泥沙的沉積通量、沉積層高程以及區(qū)域空間分布。由于沉積物的堆積，岸線和河口向海推進(jìn)，改變了地形深度和分布。把黃河三角洲海岸、江蘇潮汐海岸和長江三角洲海岸不同地貌類型的沉積侵蝕與堆積模擬結(jié)果，與海面變化疊置模擬了距今140kaB.P. 以來江蘇海岸線和長江三角洲地貌與沉積長期變化過程。2D模擬輸出顯示，大陸泥沙輸移和堆積造就了海岸帶和三角洲的依次變化。在末次冰盛期ca. 19kaB.P.時(shí)海面達(dá)到最低，與琉球群島鏈呈現(xiàn)內(nèi)陸湖泊。海面在晚冰期ca. 14kaB.P.時(shí)，從低海面不斷上升，形成北黃海內(nèi)陸湖泊。從全新世早期到中期ca. 6kaB.P.，海侵到江蘇低平原地區(qū)，蘇北達(dá)到范公堤以西(圖5c，d)。

圖5　模擬晚更新世東黃海海面變化和海陸岸線分布a.6 ka B.P.；b. 20 ka B.P.；c. 沉積模式下6 ka B.P.；d. 沉積模式下20 ka B.P.Fig.5　Simulations of sea level changes and land-sea coastal lines during the Pleistocene a. 6 ka B.P.; b. 20 ka B.P.; c. 6 ka B.P. under depositional model; d. 20 ka B.P. under depositional model

根據(jù)江蘇沿海徑向8個(gè)鉆孔點(diǎn)的35±3kaB.P.海侵層記錄，對(duì)比模擬35kaB.P.沉積物分布 (圖6)。對(duì)比表明，模擬的東海和黃海海面高度在-30.2～-23.7m。沉積物經(jīng)3.5萬年以來海陸構(gòu)造沉降、上覆地層壓實(shí)、河流泥沙充填后，分布高度在-33.5～-22.8m，不同地點(diǎn)模擬誤差在±(2.5～4.5)m。對(duì)比地質(zhì)記錄，模擬誤差小于10%，結(jié)果可以接受。從區(qū)域上來看，模擬結(jié)果能夠與鉆孔層位(圖4)對(duì)比，模擬的空間分布與地質(zhì)記錄基本一致。

圖6　35 ka B.P.沉積物分布模擬與地質(zhì)鉆孔沉積物埋深的對(duì)比Fig.6　Comparisons between simulation of sediment distributions and coring-sediment depths

5　結(jié)語

本文介紹地質(zhì)時(shí)期海面和沉積分布模式設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，分別從氣候—泥沙水動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、下墊面海面—地形兩個(gè)方面構(gòu)建了模式系統(tǒng)的主要功能，并把兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)模式進(jìn)行了耦合。模式1的輻射—冰量—水量的0維模式疊加在東黃海地形場進(jìn)行3D模擬，輸出海面高度變化作為模式2邊界條件，繼續(xù)在3D區(qū)域地形場上模擬沉積物分布，較好地解決了在兩個(gè)模式在空間和時(shí)間尺度的耦合。

本研究模擬了距今14萬年、4萬年和1萬年不同時(shí)間尺度江蘇海岸線和長江三角洲地貌與沉積長期變化過程。模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)海面在東黃海下降到-55m時(shí)，渤海海峽關(guān)閉。臺(tái)灣海峽在海面下降到-80m時(shí)關(guān)閉。當(dāng)海面達(dá)到-90m時(shí)，黃海成陸。在末次盛冰期的低海面(-145m)階段，對(duì)馬海峽關(guān)閉，整個(gè)東亞大陸的大陸架暴露成陸，海岸線向東推進(jìn)了1 000km。這個(gè)模擬與全球海面研究成果對(duì)比，冰期與間冰期海面變化一致，而區(qū)域性的不同變化部分占10%～18%。該模擬與數(shù)個(gè)地質(zhì)鉆孔資料進(jìn)行的對(duì)比驗(yàn)證，表明在晚更新世以來冰期—間冰期—晚冰期—冰后期的海岸分布和沉積記錄的變化趨勢基本一致。

本研究嘗試的物理機(jī)制模式對(duì)地質(zhì)時(shí)間尺度的模擬，結(jié)果表明在晚更新世以來氣候環(huán)境下，能夠模擬由地質(zhì)推斷的沉積體系，表明在河海交互下復(fù)合動(dòng)力能夠建造大揚(yáng)子沉積系統(tǒng)。在今后的工作中，筆者將進(jìn)一步對(duì)模式進(jìn)行完善和擴(kuò)展，使其成為一個(gè)診斷和預(yù)測海面變化和我國海岸響應(yīng)研究的有效工具。

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SimulationsofCoastalSedimentPatternsduringtheLatePleistoceneinJiangsuCoasts

YUGe1YELiangTao1,2,3LIAOMengNa1,2

(1.NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,China;2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;3.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,AnhuiNormalUniversity,Wuhu,Anhui241000,China)

TherehadbeenacoastalplaininacontinentalshelfoftheYellowSeaduringthelatePleistocene,onwhichfilledabundantterrestrial-sourcedsedimentsundertransportationanddepositionofancientYangtzeRiverandYellowRiver.TheSouthYellowSeaRadialSandRidges,theYangtzeRiverDeltasandtheabandonedYellowRiverDeltasweredevelopedonthesedimentsystem.Howevertheevolutionpatternsandmechanismsarehardlyunderstoodifonlybasedondiscreteevidencefromgeologicalcores.Torecognizekeyissuesontheglaciationsealevelsandcostalsedimentationchanges,onthebasisofhydrology,sedimentology,andgeomorphologicelevations,thisstudyattemptestoconstructanumericmodeltosimulatethechangesintheprocessesandpatterns.Themodelisconstructedintwomodules:onesubmodelisbuiltfortheglacial-drivensealevelandpost-tectonicandsedimentcompaction-impactedrelativesealevel.Theothersubmodelisforcoastalsedimentationundervariedsealevelsandwithrivermud-transportation.ThreecoastaltypesintheSouthYellowSearadialsandridges,theYangtzeRiverdeltasandtheabandonedYellowRiverdeltaswereprescribed,andtheHoloceneboundariesofcoastallinesthatwerereconstructedbygeologicalevidencewerealsoprescribed.ThemodelwasrunbyglaciationandclimateforcesofthelatePleistocene,andsimulatedthepatternsandprocessesofsealevels,coastallinesandcoastal-estuariessedimentfluxsince140kaB.P., 40kaB.P.and10kaB.P.respectively.Theresultsshowedthatseallevelswerethelowestin19kaB.P.whenitwasduringthelastmaximumglaciation,whichinlandlakeswereformedbetweencontinentalcoastsandtheRyukyuIslands.Duringthelateglaciationca.14kaB.P.,thesealevelstartedtoriseandtheinlandlakeswereformedinseaareasoftheYellowSea.BetweentheearlyHoloceneandthemid-Holocene,theseatransgressionwasoccurredtothelowplainsofJiangsu,andthecoastallinesarrivedthewesttoFangongDam,ca6kaB.P..Furthermoreeffectsoftheclimaticglacial,tectonicsubsidingandsedimentcompactionwereanalyzedandresultsshowedthatthechangeswererespondedtolong-termclimatevariations,sea-landsurfaceinteraction,andterrestrialsedimenttransportations.Thesimulationsareconsistentwithgeologicalsequenceandstratadepths,whichthesimulationoftherelativesea-levelsarebetween-30.2～-23.7ma.s.l.Thesimulationerrorsinvaryinglocalitiesarebetween±(2.5～4.5)m,suggestingthattheerrorbarisrelativesmallandthemodelingresultscanbeaccepted.Thestudyisofsignificancetounderstandthecharacteristicsofsedimentationandpatternsundermultiplecomplexland-seainteractionsandtoillustratetheclimateandglacialmechanismsforchangesinJiangsucoastsandsedimentssincethelatePleistocene.

climaticglaciation;sedimentation;sealevel;riversedimenttransport;coast-estuary;geographicaldistribution;numericmodeling

1000-0550(2016)04-0670-09

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.04.007

2015-07-09； 收修改稿日期： 2015-11-27

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2013CB956501, 2012CB956103)；中科院國際合作計(jì)劃(CAS/SAFEAKZZD-EW-TZ-08-3)[Foundation:NationalKeyBasicResearchProgramsofChina(973Program),No. 2013CB956501, 2012CB956103;InternationalCooperationProgramoftheChineseAcademyofSciences,No.CAS/SAFEAKZZD-EW-TZ-08-3]

于革女1957年出生研究員湖泊沉積學(xué)與古氣候模擬E-mail:geyu@niglas.ac.cn

P736.2A