吳超羽，韋惺

( 1.中山大學(xué) 近岸海洋科學(xué)與技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510275；2.中國科學(xué)院南海海洋研究所 熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室，廣東 廣州 510301；3.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（廣州），廣東 廣州 511458)

1 引言

入海三角洲是河流注入海洋產(chǎn)生的沉積體，是地球上水圈、大氣圈、巖石圈、生物圈、土壤圈和人類圈等圈層交匯的極其復(fù)雜的“自然?社會”系統(tǒng)?，F(xiàn)代科學(xué)對其研究取得不斷進展和多次跨越。然而毫不夸張地說，其復(fù)雜性仍不斷突破研究者的觀念和預(yù)期。三角洲演變具有廣域多時空尺度的特點，其研究不僅具有重要的科學(xué)意義，而且隨著人類活動強度在三角洲地區(qū)不斷增強，它對于海岸工程、能源開發(fā)、海岸帶管理、生態(tài)系統(tǒng)以及可持續(xù)發(fā)展也具有重要意義，三角洲研究仍繼續(xù)是改變地球面貌幾代人應(yīng)對全球變化的關(guān)鍵前沿。

科學(xué)發(fā)展時至今日，許多傳統(tǒng)學(xué)科的邊界模糊了。為了更深入認(rèn)識世界，需要從多學(xué)科共同研究同一客體，即重于解決科學(xué)問題而不囿于學(xué)科界限?，F(xiàn)代科學(xué)研究的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是尺度選擇，這對許多科學(xué)問題的界定具有重要意義。尺度既是學(xué)科劃分的依據(jù)，也是跨越學(xué)科的關(guān)鍵。由此可能產(chǎn)生新學(xué)科理論、方法的需求和探索。

現(xiàn)代科學(xué)研究涉及的時間標(biāo)度從壽命約為10?25s的亞原子粒子到150億年的宇宙年齡—約1018s，跨越了大約43個數(shù)量級，不同時空層次呈現(xiàn)出獨特的運動規(guī)律，由此構(gòu)成了不同的專業(yè)學(xué)科。多尺度是物質(zhì)世界的內(nèi)稟特性，也是現(xiàn)代科學(xué)學(xué)科劃分的基本依據(jù)。多尺度包含對象的時空跨度以及時空結(jié)構(gòu)的多層次性。雷諾數(shù)表明具有不同流動結(jié)構(gòu)的層流和湍流并不僅取決于其空間尺度。

三角洲是復(fù)雜的開放系統(tǒng)，三角洲演變不可避免涉及到從宏觀到顯微觀的尺度[1]。探索其多層次的時空沉積結(jié)構(gòu)是認(rèn)識三角洲形成演變不可或缺的關(guān)鍵。

IGBP、PAGES、LOICZ、EMPHASYS等一系列國際地學(xué)研究計劃均把海岸帶環(huán)境演變視為研究重點。21世紀(jì)初，在眾多歐共體和美國啟動的大型海岸演變研究計劃中，筆者認(rèn)為PACE（Predicting Ag-gregate-scale Coastal Evolution）[2]仍然是突出而值得注意的一項。因為不僅其研究成員包括了西方國家眾多最為杰出、思想活躍的海岸科學(xué)工程師和學(xué)者，而且其研究區(qū)域還包括西北歐、太平洋、大西洋和澳大利亞東南海岸帶。部分成果集中刊登在Journal of Coastal Research并可追溯到20世紀(jì)90年代一系列論文中，從概念、理論以至方法論等層面，提出海岸系域（Coastal Track）是多層遞階系統(tǒng)（Multi-layer Hierarchical System）的系統(tǒng)性科學(xué)理念[2–3]。認(rèn)為無論從實體或抽象的意義上，海岸系域是多時空尺度的系統(tǒng)組合，低層次（第四紀(jì)和海侵盛期以來，千年尺度）地貌為高層次的地貌單元提供了邊界條件[2]，不同層次地貌單元以系統(tǒng)的方式相互作用。PACE的研究成員在眾多跨地域具體研究的基礎(chǔ)上提出了一系列根本性問題和解決思路。雖然其理念和方法并非完美，例如較重視模型和泥沙動力，而對沉積地質(zhì)學(xué)、地貌動力等交叉學(xué)科重視不足，但他們從現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的視角和學(xué)術(shù)思想，對海岸帶包括三角洲研究提出富有新意的研究范式和具體成果，拓展了研究視野，深化了學(xué)科的理論,當(dāng)有以襄進學(xué)術(shù)于將來。

本文主要內(nèi)容：

（1）始于“西學(xué)東漸”大背景下以現(xiàn)代科學(xué)對珠江三角洲形成演變的研究已逾百年。借用托馬斯·庫恩提出的科學(xué)范式（paradigm）概念[4]，分析百余年來珠江河口三角洲演變的若干研究范式，并簡要探究其成因。

（2）基于筆者及其團隊研究，對海侵盛期以來珠江三角洲形成演變?nèi)舾申P(guān)鍵問題與現(xiàn)有文獻有較大差異，就此提出筆者觀點并作簡要辨析：

a.珠江三角洲千年尺度岸線位置變化過程辨析。三角洲岸線變化直接反映了三角洲沉積成陸過程，對其認(rèn)識直接影響到三角洲形成演變及沉積地層學(xué)等分析研究。

b.珠江三角洲沉積演變模式辨析。針對現(xiàn)有文獻中珠江三角洲演變模式的不足，提出珠江“三角洲—子三角洲—沉積體”沉積結(jié)構(gòu)及其演變模式。

c.三角洲河網(wǎng)干道形成過程及其機理辨析。以三角洲西江干流為例，分別討論西江干流北、南、中各段河道的形成過程、影響因素和沉積動力機理。

2 百年珠江河口三角洲研究主要范式及其范例

隨著百年以來整體科學(xué)、技術(shù)、學(xué)科理論和科學(xué)思想的發(fā)展，珠江三角洲的研究經(jīng)歷了各種階段，不斷取得認(rèn)知的進展[5]。從單一學(xué)科定性研究到多學(xué)科綜合量化研究三角洲逐步成為可能，出現(xiàn)了若干研究范式及代表范例。本文范式指科學(xué)思想、學(xué)科理論、研究方法和觀測技術(shù)等的綜合。范式分析不以后來者的角度判斷先前出現(xiàn)的范式，力圖將其放到自身時代，探討該成果對當(dāng)時學(xué)科的推動。一個概念的意義在于它作為事例的具體應(yīng)用，不在于它的抽象屬性。我們將對每一范式舉若干范例以說明。

2.1 歷史描述范式

2.1.1 學(xué)術(shù)思想

此范式源于現(xiàn)代科學(xué)“東漸”之前，并非所有關(guān)于自然的知識都來源于現(xiàn)代科學(xué)?；谟^察和史志記載，加以常理思考，國人對珠江三角洲演變時有杰出的認(rèn)識，至今不失其意義?？梢愿爬闅v史描述范式。

2.1.2 范例

1853年羅家政[6]總纂的咸豐《順德縣志?卷三》有“昔者五嶺以南皆大海爾，漸為洲島，漸成鄉(xiāng)井，民亦藩焉”。注意這里提出了三角洲的發(fā)展是“漸為洲島”的立論。同卷“山川”條目下，列出境內(nèi)河道的位置和名稱，幾全以“?！泵?，如碧鑒海、桂畔海、疊石海、磨刀海、逆流海、北潮海、錦鯉海、倒蘊海、石頭海、橫流海、潭州海等數(shù)十條。這些“海”對照現(xiàn)今河道，絕大部分不過是數(shù)十米或更狹窄的小河涌。編纂者復(fù)語：今“順德距海尚遠，······明以前所謂支流者類皆遼闊，帆檣沖波而過，當(dāng)時卒謂之‘?！ぁぁぁぁぁそ陝t滄桑閱久，有前通而后淤者，有舊廣而近狹者，而沿其故名，則仍統(tǒng)稱曰‘?！?。從河川名稱的變遷和歷史記載，編纂者注意到三角洲陸地面積不斷淤積擴大，對諸多曾經(jīng)寬闊如海的河道逐漸收窄做了生動準(zhǔn)確的記錄和正確的解釋。又如屈大均[7]在《世說新語》中卷二“地語·海門”一節(jié)對珠江口附近各“門”的位置形勢有詳細的描述。這些豐富的郡縣志、筆記和史籍為歷史地貌學(xué)等現(xiàn)代三角洲研究提供了有價值的資料，也為筆者研究提供了寶貴歷史佐證。

2.2 實地考察—學(xué)術(shù)推理范式

2.2.1 學(xué)科與學(xué)術(shù)思想

這是以現(xiàn)代科學(xué)—主要是地質(zhì)地理學(xué)以及水利學(xué)—開始研究珠江三角洲的第一個范式。發(fā)軔于清末民初而影響至今。在較短時間內(nèi)，由于東西文化交流較為充分和研究者傳統(tǒng)文化修養(yǎng)等歷史原因，研究水平已可以視為世界科學(xué)共同體研究成果。部分成果成為研究現(xiàn)代珠江三角洲開山奠基之作。

2.2.2 問題和觀測方法

這個時期科學(xué)問題主要來源于西方各學(xué)科問題的本土化。實地考察往往是對研究對象的觀測重要方法，繼以學(xué)科基本原則為依據(jù)，以國際學(xué)術(shù)研究為范例，進行推理論證，得出結(jié)論。此時已有大比尺軍用地形圖、個別水文站記錄等基本器測資料和地質(zhì)考察報告、科學(xué)論文作為研究輔助與支撐。

2.2.3 范例 1

瑞典籍工程少校兼測量員柯維廉（W.Olivecrona）于1915?1916年受托對西江自梧州至出海河道進行水文及防洪工程踏勘、測量。1916年在《督辦廣東治河事宜處報告書》第一期[8]寥寥數(shù)百字自然地理背景中提出“廣州三角洲”的概念。直言“廣州三角洲，面積約九千三百方基羅米達①Kilometer 的音譯。。為西北東三江合力所成之大平原?！备赋觥柏灤┤侵拗疅o數(shù)水道，半為自然生成，半為人工所制造?！辈⒆⒁獾饺侵奚稀肮律近c綴”，由此推斷“且于未有歷史以前時代，其海岸線，當(dāng)必深入以抵羚羊峽。而于今日廣利圍所在之處，成一海灣，并從此引申至廣州城北白云山止?！鼻姨岢觥艾F(xiàn)時澳門所常發(fā)現(xiàn)之一種貝殼，在廣利圍之地下，亦恒見之”。認(rèn)為是海灣曾深入該地的佐證。

以上數(shù)語要言不煩地勾勒出柯維廉認(rèn)識“廣州三角洲”的邏輯脈絡(luò)：海相三角洲是河流泥沙入海時沉積成陸的結(jié)果（這是一個古老然而至今是三角洲定義的核心），把廣利圍地下埋藏與澳門海邊相同的貝殼作為三角洲存在的佐證而沒有因三角洲平原上有若干“孤山”而否認(rèn)其為三角洲。由此據(jù)綜合實地考察得出珠江河口存在三角洲的結(jié)論，并指出其重要特色?？戮S廉率領(lǐng)了對三角洲的河道地形和水文狀況進行前所未有的大規(guī)模測量并提出整治方案。

2.2.4 范例 2

這是一個值得略作探討的范例。1929?1930年間瑞士籍地質(zhì)學(xué)家，時任中山大學(xué)地質(zhì)系主任Heim教授考察廣州附近的地質(zhì)后，從地質(zhì)專業(yè)角度提出因所見沉積層過薄，故“珠江口無三角洲存在”[9]。稱所謂珠江三角洲者乃第三紀(jì)準(zhǔn)平原沉降后，由西江等沖積而成的河流泛濫平原。

1934年中山大學(xué)地質(zhì)系學(xué)生陳國達[10]著文《廣州三角洲問題》，否認(rèn)珠江口存在三角洲。依據(jù)是“山嶺之存在與否為三角洲名稱能否成立之關(guān)鍵?！?“反觀現(xiàn)在之所謂“廣州三角洲”者，有1/3面積為時代古遠之各種巖石所成之山岳?！庇纱说贸鼋Y(jié)論“如此高低起伏，儼然成一山岳地景。若謂之為一三角洲，誠不知何所據(jù)而云然！故“廣州三角洲”之名稱，不得不為顯然之事實所否定?！?/p>

陳國達進一步探討珠江河口不能形成三角洲的原因“為海底之沉降較速于泥沙之堆積，遂致河口雖有多量之沉積物，終不能露出水面以成三角洲。” “茲篇所述，乃數(shù)年來觀察所得之事實與所下之結(jié)論也?！?/p>

同年中山大學(xué)地理系教授蔡源明[11]撰文反對陳否認(rèn)珠江三角洲的觀點，開宗明義言：“珠江三角洲因其地形與構(gòu)造特別，固有主張無三角洲存在者，（參考《科學(xué)》第十八卷第三期陳國達學(xué)士論文《廣州三角洲問題》）此乃不明三角洲定義所致?！保淘疵鬟M一步指出：“珠江三角洲之生成地帶為沉降海岸，島嶼甚多，因有此種島嶼存在，三角洲之發(fā)展常為其左右。故三角洲面之河道亦因此種島嶼而生變化?！弊钥戮S廉提出廣州三角洲至此時已歷經(jīng)20年，但珠江河口是否存在地質(zhì)地理學(xué)意義上的三角洲仍然各執(zhí)一詞。

2.2.5 范例 3

1935年，中山大學(xué)吳尚時教授帶領(lǐng)助教羅開富[12]在流溪河下游左岸平原考察，分析了太和鎮(zhèn)東南一條溝谷的細粒沉積交錯層和泥炭層，由此判斷海水曾到達附近，因潮水頂托至使河水瀠滯而堆積。半個世紀(jì)后為古生物和沉積學(xué)研究證實[5]。

1937年Wu[13–14]在廣州東南七星崗發(fā)現(xiàn)老第三紀(jì)紅色巖系古海蝕崖?海蝕穴?海蝕平臺地貌，數(shù)日后又發(fā)現(xiàn) “襄大②襄大在七星崗東南約1 km。之東鄰，亦有含義相同之地貌。地質(zhì)為向北傾斜之紅色砂巖，惟海洞更為發(fā)達，一隅之地，共有4個之多。其北約1 km之地，更有海堆之沙堤（fléche littorale），保存完好。沙堤由松崗向東走，長約400 m，寬100余m，構(gòu)成之物質(zhì)，全屬沙礫，與目前珠江沉積物之全屬泥質(zhì)者迥殊，且高出河面不下5～6 m，故絕非成于河流之沖積。堤北有山崗成列，崗與堤間為狹長形之閉塞洼地，是乃當(dāng)時之濱海湖③潟湖。（lagune）也，今已為稻田所據(jù)?！边@一系列海蝕海積地形的發(fā)現(xiàn)明確無誤地表明廣州附近平原的三角洲性質(zhì)，而非“河流泛濫平原”。有力地支持了柯維廉的海水曾深入珠江下游形成海灣，其后在古海灣充填成三角洲的觀點。

1941年，Wu[15]執(zhí)筆廣東省政府編纂出版的《廣東年鑒?廣東地形》專章，其中“珠江三角洲”一節(jié)不足千字即扼要描述了珠江三角洲的范圍、地質(zhì)地形、水系、口門、泥沙淤積、田畝、構(gòu)造類型、水患與人文經(jīng)濟等。指出“珠江三角洲，由東西北江合力沖積而成。” “珠江三角洲實則可分而為二，一為西北兩江合力而成，一拜東江之沖積物之賜?！?“前者以三水為頂點，河流向東南放射，有若折扇之骨骼，分流出海，出口之處稱曰門，崖門、虎跳門、磨刀門、橫門等，尤以虎門為最著?！敝赋觥叭灰院０段粼邢鲁林\動”，故存在“珠江口之三角灣（Estuaire）?！?/p>

1947年，吳尚時與其學(xué)生曾昭璇合著《珠江三角洲》[16]，提綱如下：“區(qū)域概說?人文地理個性?自然個性?自然單位分劃?珠江三角洲問題?三角洲概觀?東江三角洲?東江三角洲附近平原?石龍至惠陽間平原?增江平原?西北兩江三角洲?西北江三角洲附近平原?北江附近平原?四會三水間平原?清遠平原?廣花平原?潭江平原?三角洲內(nèi)丘陵區(qū)域?！痹撐膹木C合地理學(xué)角度對珠江三角洲及其周邊平原的自然與人文現(xiàn)象做了相當(dāng)全面的論述。是1915年提出廣州三角洲以來最重要的文獻。論者認(rèn)為是珠江三角洲認(rèn)知飛躍之一[5]。

該文對否認(rèn)珠江三角洲存在的若干觀點提出反駁：“哈安姆 (Heim)氏以為珠江三角洲所在之地，為一第三紀(jì)之準(zhǔn)平原，最近適下沉海面少許。沖積層由是至薄，普通只及一二米，故不足以稱為三角洲。實則沖積物之厚薄，并非為鑒定三角洲之標(biāo)準(zhǔn)，吾人從未見有何著作，指定沖積層需達某種厚度，始得稱為三角洲。” “珠江三角洲之一重要特性是即有若干零星散布之小山，存在于三角洲之內(nèi)部。且每以孤立隆起于平原之上。是亦使若干人士因此而倡珠江三角洲不存在之論，是不啻言麻臉子不是人之見解?！?/p>

當(dāng)年國際上尚未有第四紀(jì)以來海平面變化的具體研究，吳氏根據(jù)對三角洲上多級臺地、河流階地的地貌學(xué)觀察，認(rèn)為“自從李?；舴遥≧ichthofen）以來，華南為下沉海岸之特性，已為一般所信奉······然無論如何，較詳細之研究，其情形亦不是如此簡單?！?“蓋大陸時升時降，為常見之現(xiàn)象，故吾人可假定此一帶大陸曾作多次上升下降運動······而溺谷、漏斗灣及里亞斯式（Rias）海岸，亦可同時產(chǎn)生。故吾人謂本區(qū)海岸之升降運動，絕不簡單，而實有深長之歷史?！盵16]

2.2.6 范例 4

鉆孔及測年技術(shù)應(yīng)用前，珠江三角洲演變的研究仍多著重實地考察及地質(zhì)地貌學(xué)描述與推理。例如葉匯[17–18]對北江下游河道變遷，徐俊鳴[19]提出珠江三角洲形成“鑲嵌”模式，Ying等[20]關(guān)于思賢滘X形河道研究，以及諸多對珠江三角洲演變的研究，基本延續(xù)了民國以來的研究范式。

與范式1相比，兩者均重視實地觀察，關(guān)鍵區(qū)別是范式2具有前者所沒有的現(xiàn)代科學(xué)理論和學(xué)術(shù)思想。

從范式2不同范例之爭可見“跟隨性思維，臨摹性研究”與“理解性思維，創(chuàng)造性研究”并存。一方面是“西學(xué)東漸”的正常現(xiàn)象，另一方面則源于珠江河口三角洲的特殊與復(fù)雜性。

2.3 器測—學(xué)科理論范式

2.3.1 學(xué)科與學(xué)術(shù)思想

隨著科學(xué)進步，與珠江三角洲演變相關(guān)的學(xué)科不斷取得進展和突破。主要的相關(guān)學(xué)科有沉積學(xué)、層序地層學(xué)、河口動力學(xué)和地理學(xué)等。

1946年，國際沉積學(xué)會（International Association of Sedimentologists）成立。1951年，美國學(xué)者Doeglas提出了以沉積學(xué)作為沉積巖石學(xué)發(fā)展的一個新階段，為地球科學(xué)開拓了一個新的領(lǐng)域。其主要任務(wù)是應(yīng)用包括物理、化學(xué)、生物學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科的原理，研究沉積物搬運和堆積過程，為解釋沉積巖和沉積物的成因提供基礎(chǔ)。1962年，Sedimentology創(chuàng)刊，沉積過程意味著沉積學(xué)研究需要納入時間框架，1966年Sedimentary Geology創(chuàng)刊。我國《沉積學(xué)報》創(chuàng)刊于1983年。

20世紀(jì)50年代，莫斯科大學(xué)地理系教授，名著《河口學(xué)》的作者И.В.薩莫伊洛夫來華，開設(shè)河口學(xué)研討班。由此中國地理界醞釀籌建河口學(xué)研究室。與此同時，美國的Pritchard[21–22]完成了一系列河口物理學(xué)奠基性的論文，在河口潮汐動力學(xué)、河口環(huán)流及鹽淡水混合等方面的研究取得了顯著的進展。歐美學(xué)界的成果與學(xué)術(shù)思想在70年代末80年代初才得以為中國河口學(xué)界認(rèn)識。

地理學(xué)是一門古老而復(fù)雜的學(xué)科，在傳統(tǒng)上即跨越自然與人文科學(xué)。在三角洲演變范式2已有明顯的體現(xiàn)[8,16]。有論者認(rèn)為“地理實證科學(xué)研究范式”是當(dāng)前地理學(xué)主流范式，“地理系統(tǒng)科學(xué)研究范式很重要，但是方法、技術(shù)、理論尚不成熟”[23]。另有論者認(rèn)為“若用嚴(yán)格的、廣義的范式理論來界定地理學(xué)的話，它應(yīng)該還處于前科學(xué)階段。因為，到目前為止，地理學(xué)還沒有自己獨特的理論核心、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)?！币虼瞬淮嬖诘乩韺W(xué)學(xué)科的統(tǒng)一范式[24]。筆者以為，自然地理學(xué)的各分支學(xué)科，如水文地理學(xué)、地貌學(xué)以及相關(guān)學(xué)科沉積學(xué)、河口海岸學(xué)，已具有各自學(xué)科研究對象、觀測技術(shù)與方法、自洽的基本理論以及論證、驗證和預(yù)測框架，難以認(rèn)為是處于前科學(xué)階段。

2.3.2 觀測技術(shù)

本范式的資料基礎(chǔ)主要源于兩項關(guān)鍵觀測技術(shù)的廣泛應(yīng)用：20世紀(jì)70年代末80年代初，14C測年和流速測量技術(shù)均開始大規(guī)模應(yīng)用于珠江三角洲鉆孔沉積物絕對年齡確定和河道水位流速測量。此范式的研究提供了第3維度和更準(zhǔn)確的第4維度（時間）觀察。沉積體的第3維度特性來自對一定數(shù)量深鉆的分析，而第4維度主要基于14C測年技術(shù)和層序年代學(xué)研究。范式3的產(chǎn)生建立在這些技術(shù)所提供的相關(guān)資料之上，均為范式2所無?！耙粫r代之學(xué)術(shù)，必有其新材料與新問題。取用此材料，以研求問題，則為此時代學(xué)術(shù)之新潮流?！盵25]綜上所述，姑稱為“器測—學(xué)科理論范式”。

2.3.3 范例 1

1975年吳文中等[26]根據(jù)鉆孔資料，首次報道發(fā)現(xiàn)了珠江三角洲堆積物中，普遍分布1層花斑狀黏土，厚約0.2～2.0 m，并判斷為埋藏風(fēng)化殼?；ò郀铕ね翆又舷戮鶠楹Ｏ嗟貙?。其后陸續(xù)有研究證實此發(fā)現(xiàn)[27–28]。作者以掌握的400多個地質(zhì)鉆孔資料，據(jù)此作出珠江三角洲沉積厚度圖，初步提供了三角洲第3維特性。限于當(dāng)時尚無測年資料，研究者把這兩套沉積旋回推斷為全新世沉積。但研究揭示了珠江三角洲沉積具有上、下兩套沉積旋回，是突破性科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

2.3.4 范例 2

20世紀(jì)70年代末，珠江三角洲整治辦公室（珠三辦）廖遠祺總工等通過廣東省科委等啟動組織了一系列珠江三角洲的基礎(chǔ)研究，為整治提供科學(xué)依據(jù)。1979?1982年，廣州地理研究所黃鎮(zhèn)國、李平日等接受珠三辦和省科委任務(wù)（與李平日個人交流），對第四紀(jì)以來珠江三角洲形成演變進行一系列沉積地質(zhì)與地貌學(xué)研究。為此成立年代實驗室（14C，熱釋光等）。期間在66個地點鉆孔，總進尺約1 700 m，取樣489個；對30個鉆孔51個樣品做了14C年齡測定。對若干樣品進行了粒度、孢粉、有孔蟲、介形蟲、硅藻、貝類、礦物、微量元素和電測深等分析[28]，在這些工作基礎(chǔ)上發(fā)表多篇標(biāo)志性研究論文[28–29]，并于1982年出版專著《珠江三角洲形成發(fā)育演變》[30]。

本范例首次根據(jù)獲得的測年鉆孔資料，認(rèn)為珠江三角洲地區(qū)的沉積階段始于晚更新世中期（）。根據(jù)300余個鉆孔和測年資料，提出全新世以來珠江三角洲以來經(jīng)歷6個沉積階段，發(fā)生3次海侵；初步定出各個階段海侵、海退范圍。期間發(fā)育了3個不同時代的三角洲，提出歷史時期三角洲濱線推移等[30]。其后李平日和馮炎基等[31–32]的多項研究，進一步推動了珠江三角洲形成演變的進展。

對上述成果某些結(jié)論，如沉積旋回次數(shù)等存在不同意見，但整體研究具有突破性，把對珠江三角洲形成演變的認(rèn)識向前推進了重要的一步。

2.3.5 范例 3

與黃鎮(zhèn)國、李平日等同時，趙煥庭[33–34]從沉積學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)、自然地理學(xué)和河口學(xué)角度，收集和鑒定了大量生物地層和14C測年資料和引用豐富的古籍及郡縣方志，對珠江三角洲形成演變、岸線推移和提出創(chuàng)見。認(rèn)為珠江三角洲地區(qū)存在著晚更新世晚期老三角洲與全新世中期以來現(xiàn)代三角洲（即本文“現(xiàn)代珠江三角洲”之意），并呈疊復(fù)關(guān)系。明確指出距今約8 000年，海進導(dǎo)致本區(qū)再度淪為溺谷灣河口，在此構(gòu)造和古地理環(huán)境上形成現(xiàn)代三角洲。其后研究者多持類同的見解[35–40]。

龍云作和霍春蘭[41–42]從沉積地質(zhì)學(xué)角度對珠江三角洲演變的研究深化了學(xué)界的認(rèn)識。

本范式研究眾多，20世紀(jì)70?80年代珠江河口進行了一系列大規(guī)模的水文泥沙觀測，其后趙煥庭、徐君亮等根據(jù)上述大量測量調(diào)查資料，對珠江河口的水文、泥沙和動力地貌綜合特性的研究取得豐富的成果[43–47]。趙煥庭進一步在上述研究基礎(chǔ)上完成區(qū)域河口學(xué)專著《珠江河口演變》[48]。

此外，曾昭璇、黃少敏等[49–51]將我國豐富的史籍與現(xiàn)代地貌科學(xué)結(jié)合，創(chuàng)造性應(yīng)用歷史地貌學(xué)對珠江三角洲有史以來的形成演變，特別是河道與水系變遷進行了開創(chuàng)性的研究，自成范式。限于本文內(nèi)容與篇幅，茲不詳述。

2.4 “動力?沉積?地貌”跨尺度范式

2.4.1 學(xué)術(shù)思想

地球科學(xué)的綜合思想至少可以追溯到近代地質(zhì)和地理學(xué)建立之初。洪堡把自然作為一個整體，意味涉及所有自然科學(xué)分支。萊伊爾同樣認(rèn)同自然的整體性，并意識到認(rèn)識自然的整體性的困難。他在《地質(zhì)學(xué)原理》緒論指出：“地質(zhì)學(xué)幾乎和所有的自然科學(xué)都有密切關(guān)系，······但是如此廣博的學(xué)識，決不是一個人的能力所能全面掌握，所以凡是畢生致力于各個學(xué)科的學(xué)者，應(yīng)當(dāng)通力合作。”

當(dāng)科學(xué)研究與觀測技術(shù)發(fā)展到一定程度，以多學(xué)科融合與跨尺度為特點的新范式就從需要變?yōu)榭赡?。“動?沉積?地貌”范式的思想是我國河口海岸學(xué)奠基人陳吉余20世紀(jì)60年代提出，并可以追溯到他學(xué)術(shù)生涯的開端和體現(xiàn)在他大量工程實踐中[52]。這個學(xué)術(shù)思想指導(dǎo)和影響了我國數(shù)代的科學(xué)工作者，并且在國際河口海岸科學(xué)領(lǐng)域中成為富有特色和生命力的研究方向，其重要學(xué)術(shù)思想是多學(xué)科交融，其實質(zhì)是跨尺度問題。

跨尺度的現(xiàn)象可以文字語言或數(shù)學(xué)語言描述。跨尺度是不同學(xué)科共同面臨的橫斷學(xué)科，用數(shù)學(xué)符號語言描述更具一般性。一些跨尺度問題可以在學(xué)科實質(zhì)特點方面迥然不同，但在抽象水平卻有某些共同結(jié)構(gòu)，那些共同結(jié)構(gòu)可用相同的數(shù)學(xué)語言表達。且利于不同學(xué)科跨尺度方法互相啟發(fā)，參照應(yīng)用。

把一般意義上的場定義為函數(shù)f(x,t),x為位置矢量，t為時間變量。設(shè)外部影響因素為函數(shù)g(x,t)。于是一般意義上的支配結(jié)構(gòu)微觀機理的演化方程和平衡方程可以寫成[53]：

結(jié)構(gòu)作為粗視化的特征，為了使結(jié)構(gòu)凸現(xiàn)出來，我們需忽視場的細節(jié)而抽出場的主要特征。作為一般意義上的粗視化，可以考慮從原始的場f到粗視化后的場F的投影P，即

式中，F(xiàn)是與結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系的函數(shù)。對應(yīng)的粗視化演化方程和平衡方程可以寫成

上述是跨尺度關(guān)系一般性數(shù)學(xué)描述，投影P的形式目前在學(xué)界并沒有發(fā)展起來，協(xié)同學(xué)等非線性動力學(xué)理論在通過粗視化序參量方程獲取結(jié)構(gòu)特征方程已取得了一定的進展。但應(yīng)用上存在若干根本性未解決的問題。通過投影從微觀場方程得到粗視化方程，并不能解決多尺度結(jié)構(gòu)是如何由微觀機理引起的。目前通過非線性動力學(xué)理論的粗視化序參量方程獲得結(jié)構(gòu)的情形非常有限。筆者不認(rèn)為存在統(tǒng)一性的投影P，這等同于建立“統(tǒng)一的科學(xué)”。但對于不同學(xué)科，已經(jīng)發(fā)展了諸多具體的跨尺度量化方法，取得不同程度的成功。本范式是這一思想在三角洲形成演變的嘗試。

三角洲沉積物質(zhì)的基本獨立組成是泥沙顆粒，需要了解泥沙進入河口后的分解、重構(gòu)、懸浮、沉降與再懸浮、輸運和沉積以及它們的沉積形態(tài)和沉積后的變化。為了認(rèn)識泥沙在細觀尺度的運動，下行相關(guān)時間尺度到達湍流尺度，即10?2s。這已經(jīng)觸及了力學(xué)兩個未解決的核心難題之一。從末次海侵盛期現(xiàn)代三角洲開始發(fā)育的時間計算，其時間跨度達1013量級。從泥沙顆粒到整個三角洲的空間尺度跨度大致是1012量級。但是各種尺度不可能具有同等重要性，而需要隨著研究對象而作出選擇判斷。多學(xué)科和跨尺度問題解決對于當(dāng)代三角洲研究的發(fā)展至關(guān)重要。自20世紀(jì)初以來自然科學(xué)與科學(xué)理念的整體進展以及各種技術(shù)的迅速研發(fā)應(yīng)用，三角洲研究面臨機會和挑戰(zhàn)，催生了新范式以提出和解決新的科學(xué)問題。

2.4.2 技術(shù)應(yīng)用

20世紀(jì)末21世紀(jì)初，海洋觀測技術(shù)迅速發(fā)展，許多新型海洋儀器相繼使用。僅以流速觀測為例，從旋漿直讀，旋漿自記（如ENDECO）到水流無干擾的聲學(xué)流速儀（如ADP/ADCP），從數(shù)十秒平均流到1/100 s或更高的現(xiàn)場湍流觀測儀（ADV）相繼使用。觀測時空尺度跨度大，從毫米級的湍流，到百千米的中小尺度渦；長期連續(xù)性，變化周期數(shù)月到數(shù)年的動力學(xué)系統(tǒng)的觀測成為可能。對于河口海岸研究，有幾項技術(shù)進步很關(guān)鍵：自計、無干擾和相對高頻率的水流觀測。各種應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展大大加強人們對河口海岸各種現(xiàn)象，如沉積物啟動、輸運、沉積、固結(jié)、性狀及其與水流相互作用等相對直觀的認(rèn)識。計算機和計算技術(shù)的飛速發(fā)展使計算和處理海量數(shù)據(jù)成為可能。

2.4.3 范例 1

入海河口三角洲是地球上各圈層相互作用，極其復(fù)雜的巨系統(tǒng)，從機理和過程量化地研究、再現(xiàn)和解釋三角洲千年尺度實際演變過程是地學(xué)科學(xué)面對的重大課題與挑戰(zhàn)。需要科學(xué)思想、資料與分析、對多學(xué)科（地質(zhì)學(xué)、沉積學(xué)、流體力學(xué)、地貌動力學(xué)、計算科學(xué)等）有深層次理解后的結(jié)合。本范式的核心不僅是模型和編程技術(shù)的應(yīng)用。PACE計劃對海岸系域的各種尺度量化模擬從技術(shù)細節(jié)到學(xué)術(shù)思想有深入而實際的前沿探討和階段總結(jié)。20世紀(jì)90年代初長周期模型仍在初始階段，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出不少應(yīng)用廣泛的模型，如Delft3D、ROME、TELEMAC、MIKE ZERO和ECOMSED等基于流體力學(xué)、沉積物輸運和連續(xù)方程的離散化技術(shù)和各種跨尺度方法計算長尺度沉積系統(tǒng)演變，Dastgheib等[54]應(yīng)用Delft3D對荷蘭Wadden Sea 潮灣系統(tǒng)2000年來變化進行模擬，并將計算結(jié)果與基于平衡理論的經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛯Ρ?。但至今未見對大型三角洲系統(tǒng)從綜合動力、多時空尺度大型沉積系統(tǒng)形成過程和地貌形態(tài)相互作用的千年跨度演變的模擬并對其結(jié)果以實際鉆孔資料驗證的深入研究。珠江三角洲在這方面做了首次有實質(zhì)性進展的探討[55–68]。研究從“動力?沉積?形態(tài)”角度切入，盡可能考慮到多種尺度跨度巨大而緊密關(guān)聯(lián)的自然因素，包括海侵盛期古河口灣水下地形、海平面變化、受水盆地容量、新構(gòu)造運動、不同沉積物壓實率、潮汐、河流流量與輸沙量、湍流應(yīng)力及波浪等對河口三角洲演變有重要影響的因素及其間非線性相互作用，開發(fā)長周期混合機理模型PRD-LTMM并對6～2.5 ka BP結(jié)果應(yīng)用測年鉆孔進行統(tǒng)計學(xué)驗證和相關(guān)學(xué)科互證。

2.4.4 范例 2

波羅的海是無潮海，海岸演變的動力主要是波浪、風(fēng)海流與構(gòu)造升降。張文彥等[69–70]對波羅的海千年尺度的沉積侵蝕過程的研究是本范式另一成功案例。

2.4.5 范例 3

百年尺度演變的模型算法處理與千年尺度相似。以現(xiàn)在計算機速度直接計算宏尺度三角洲演變在時間上沒有問題，但仍需考慮誤差積累。與千年尺度的演變研究面對的因素有明顯的不同。其一是工業(yè)革命后進入了器測年代，諸多作用因素已經(jīng)有直接的觀測數(shù)據(jù)。另一方面，人類活動成為百年尺度演變不可忽略、甚至主導(dǎo)的因素。人地理念和人類改變自然的能力進入全新的時代，從而產(chǎn)生諸多全新的關(guān)系和現(xiàn)象，涉及不同的學(xué)科領(lǐng)域。研究者需要對上述兩種尺度的異同進行深入思考并提出各自科學(xué)問題。此范式珠江三角洲百年尺度演變已有一定進展[71–75]。

2.4.6 范例 4

三角洲千、百年演變主要關(guān)注宏尺度現(xiàn)象。關(guān)鍵之一是在復(fù)雜環(huán)境背景下沉積物在水動力作用下反復(fù)啟動、輸運、沉積過程。這是一個復(fù)雜、多維和動態(tài)反饋過程，由此涉及湍流。

懸移質(zhì)含沙量和河床演變的計算第一原理均基于泥沙物質(zhì)守恒。在流體中，應(yīng)用于基元體積法，在湍流平均后，得到泥沙含量c的控制方程，通常簡化為平流?擴散方程：

式中，?為三維梯度算子，c為含沙量，t為時間，u為流速矢量。左側(cè)各項分別是懸浮泥沙濃度變化的時間速率和平流通量引起的濃度變化速率。Ws為沉降速度，z為垂向坐標(biāo)。注意湍流擴散通量是根據(jù)梯度擴散假設(shè)得到。kc為考慮分子擴散和湍流擴散的泥沙總擴散系數(shù)，一般情況下分子擴散小數(shù)個量級，可忽略。最后，Sc是一個可能的泥沙源/匯項。

上式各項在理論和實際上都與湍流密切相關(guān)。量化三角洲演變一般關(guān)注時空尺度較大的宏觀過程，但出于對沉積物運動現(xiàn)有基本認(rèn)識，即各種尺度地形對湍流與能耗有數(shù)量級的重大作用，必須面對湍流尺度現(xiàn)象并加適當(dāng)處理。而不能將其視為“噪聲”[2]。河口三角洲的研究，一方面必須處理湍流與沉積物對宏觀尺度演變的相互作用，例如采用雷諾平均方程（RANS），而非N?S方程。目前參數(shù)化是跨尺度處理的必要和實際采用的方法；另一方面，能量是物理世界的本質(zhì)特性。研究需要在認(rèn)識當(dāng)前湍流理論基礎(chǔ)上，從此視角提出問題與認(rèn)識河口三角洲。例如，從能量的來源、分布、變化與耗散角度認(rèn)識三角洲演變，均離不開對河口湍流現(xiàn)象的觀測與探索。劉歡等[76–78]和倪培桐等[79–80]基于三維湍流精細模型，建立島嶼和“門”等地貌單元的能耗分區(qū)模式，研究了不同分區(qū)的動力結(jié)構(gòu)、湍流特性、能量轉(zhuǎn)化、能量耗散特征及其驅(qū)動機制。研究成果有助于理解珠江河口及三角洲的現(xiàn)代動力過程及其發(fā)育演變過程。

綜上所述，從研究范式角度對近百年來珠江三角洲形成演變研究的初步分析表明：

（1）判斷新范式必要條件是一定程度尋求到解決前此范式不能解決問題的方法，并提出對學(xué)科進展有重要意義的新的科學(xué)問題。不同范式出現(xiàn)有序，但可并存而互補。新范式的出現(xiàn)或得益于新的觀察方法而獲取前此未有的資料，或源于新的學(xué)術(shù)思想等，或兼而有之。從而促進解決新問題的理論、途徑和規(guī)范產(chǎn)生。

（2）不同學(xué)科交匯會產(chǎn)生不可通約性（incommensurability），不可通約不僅存在于不同學(xué)科的概念系統(tǒng)，并根植于深層的學(xué)科理念和取向。為了達到學(xué)科之間交融，必須要消除學(xué)科間不可通約性。這有異于庫恩的范式不可通約性。

（3）由于觀測技術(shù)的巨大進步，野外作業(yè)的艱苦和敏銳的推理能力缺失等各方面原因，范式2在許多研究者中未得到應(yīng)有重視，逐漸式微。筆者以為，就河口三角洲研究而言，任何先進的觀測儀器和技術(shù)都無法取代研究者置身其間的實地考察、直觀感受以及基于此的啟發(fā)與推理判斷。誠如陳吉余先生所言：“終日冥想，不如須臾之所見，而須臾所見又必須有一定的理論基礎(chǔ)”[52]。對范式2的忽視并非科學(xué)的進步。相反，基于實地考察和學(xué)科基礎(chǔ)理論的推理判斷能力與直觀反應(yīng)的缺失，有礙于找到研究問題的切入點，或?qū)е潞暧^把握與微觀分析失衡。

3 現(xiàn)代珠江三角洲形成演變過程和模式辨析

3.1 海侵盛期珠江溺谷灣地形特點

距今1萬多年到6千年的時間里，海平面以遠大于現(xiàn)在的速率上升。約6～7千年前，在目前珠江三角洲的位置形成一片開闊的淺海。

現(xiàn)代珠江三角洲演變量化研究，古水深是必不可少的起始邊界條件。前人對現(xiàn)代三角洲海侵盛期的工作集中在整體平面二維濱線位置的探討和局部水深。因問題復(fù)雜，涉及學(xué)科與觀測方法眾多，至今未取得完全一致看法。但經(jīng)數(shù)十年的研究，積累了相當(dāng)?shù)馁Y料和成果。在一定置信度基礎(chǔ)上重建珠江溺谷灣水深的三維形態(tài)不僅是進一步研究的必需，也有了可能。

筆者團隊基于外業(yè)和收集的鉆孔資料分析、現(xiàn)有地形和前人工作基礎(chǔ)上重建了距今約6 000 年前后海侵盛期古河口灣的水下地形（圖1）。除了直接使用測年鉆孔，還從約1 700個鉆孔挑選出可以確定最大海泛面的鉆孔193個[63]。確定水深時考慮的因素包括鉆孔標(biāo)高、沉積物埋深、計算面上下的壓實率、海平面高程和構(gòu)造升降等[55–58,68]，古河床沉積亦適當(dāng)考慮[30]。

重建的6 ka BP珠江河口溺谷灣海侵盛期的邊界和水下地形是一個等時面。整體上看，受地形阻隔，溺谷灣可以分為相通的內(nèi)、外河口灣，兩者間通過虎門、磨刀門和古橫門等幾個峽口相連。珠江帶來的泥沙，將內(nèi)古河口灣逐漸充填堆積，形成了現(xiàn)代珠江三角洲。東、西兩側(cè)還有伶仃洋和黃茅海兩個較開闊的外河口灣，也在逐漸淤積。

圖1 海侵盛期珠江溺谷灣水深（鉆孔具體位置見文獻[63]）Fig.1 Water depth of the Pearl River drowned valley during the period of high transgression（see reference [63] for detailed core locations）

古河口灣的元尺度縱橫約為100 km量級。在包括宏尺度、大尺度、中尺度的復(fù)雜地形邊界和構(gòu)造因素作用下，河流、潮流、風(fēng)浪等動力因素形成各種尺度的水沙動力結(jié)構(gòu)。導(dǎo)致珠江三角洲及河網(wǎng)復(fù)雜并極具特色的形成演變過程。

3.2 現(xiàn)代三角洲千年尺度岸線位置變化辨析

3.2.1 現(xiàn)代三角洲千年尺度岸線變遷的兩類意見及述評

岸線位置演變的劃定貌似簡單，實際上是認(rèn)識珠江三角洲演變的關(guān)鍵之一。它提供了整個三角洲“動力–沉積–地貌”形成演變的重要信息。既是研究成果的概括，也是進一步研究的出發(fā)點和基礎(chǔ)。因此有必要明確岸線位置變化的事實和理據(jù)，量化具體方法。本文所指“岸線”是隨時間變化的具體的水陸交界線或狹窄的潮間帶，不包括潮汐達到的狹窄河道。經(jīng)確證的海蝕、海積地貌是指示當(dāng)時岸線位置的充分而不是必要條件。

現(xiàn)有文獻對于珠江三角洲岸線變化可以概括為兩類意見：

第1類意見散見于早期的文獻，主要基于野外考察和地貌學(xué)原理。如前述咸豐《順德縣志》“漸為洲島”的見解，吳尚時等在辯論珠江三角洲是否存在時所指出：“丘陵之分布······有助長其發(fā)展之速率，蓋散立之岡陵，足以防礙水流之運行，減低其攜帶沙泥之能力，堆積作用，倍形活躍”。從地形學(xué)對水流輸沙能力角度對山地島嶼對三角洲形成的作用做了生動的描述。直言“以上所云，盡屬平平之論，稍有地形學(xué)識而曾作實地考察者，罔不知之?！盵16]。其后徐俊鳴[19]進一步認(rèn)為“這些山丘本是海中孤島，以后被沖積平原所包圍，就成為平原中的島丘。所以珠江三角洲陸地的發(fā)展不像一般三角洲那樣簡單地由頂端向海順序推進，而是各部分環(huán)繞著島丘逐漸擴大，慢慢地湊合而成，也就是呈鑲嵌式的發(fā)展”。

第2類意見是海侵盛期后，三角洲岸線大體平行地“由頂端向海順序推進”。這一意見在最近數(shù)十年的研究中頗為普遍，幾成定論[81]（圖2B）。第2類意見出現(xiàn)晚于第1類意見。主要是14C技術(shù)應(yīng)用，將若干成陸年代相同的鉆孔位置連接，便可得出三角洲岸線演變年代與過程，并在空間和時間上有直觀量化顯示。在當(dāng)時是一種進步?？紤]到鉆孔距離往往遠大于沉積砂體變化的空間尺度，若應(yīng)用不當(dāng)，結(jié)果并不可靠。

圖2A1和圖2A2均為范例4成果，但模型的模塊算法與參數(shù)等不同，河流輸沙量、初始地形也有差別。圖2A1海平面變化依據(jù)文獻[31]有數(shù)米起伏，圖2A2海平面保持當(dāng)代海平面高度不變。兩者結(jié)果有一定差異，但岸線整體結(jié)構(gòu)變化相當(dāng)一致，與測年鉆孔比較，誤差均保持在合理范圍[58,67]。圖2B是文獻[81]結(jié)果，岸線“平行”推進。分析詳見正文。

首先，從統(tǒng)計學(xué)看，近萬平方千米的珠江三角洲，而所據(jù)測年鉆孔數(shù)目有限。至今所有持此意見的文獻確定岸線變化僅列出若干地點測年鉆孔位置，沒有給出確定岸線位置演變的統(tǒng)計學(xué)論證和插值方法，甚至缺乏定性的說明。不妨以數(shù)學(xué)方法對其基礎(chǔ)略加分析。

根據(jù)若干測年鉆孔資料，在平面上確定不同年代岸線，其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)為二維插值①辨析也適用于擬合，插值和擬合是數(shù)值分析的基礎(chǔ)方法。一般意義上它們的區(qū)別在于：擬合是已知數(shù)據(jù)點列，從整體上接近點列；插值是已知點列并且完全經(jīng)過點列。：已知一個數(shù)據(jù)表，選定一種簡單的函數(shù)形式f(x)，（確定性法）或通過統(tǒng)計學(xué)得到的經(jīng)驗函數(shù)（地統(tǒng)計法）等，以f(x)對給定節(jié)點進行插值。即用各種函數(shù)為離散數(shù)組建立連續(xù)模型。以確定某年代岸線為例，已知m×n個插值節(jié)點（已有成陸年代相同的測年鉆孔數(shù)目和位置）

式中，x、y為鉆孔平面坐標(biāo)；z為從測年數(shù)據(jù)確定的指定年份，其中，xi、yj互不相同，對此構(gòu)造一個二元函數(shù)Z=f（x，y）通過全部已知節(jié)點，即

再用f(x,y)插值，即Z*=f（x*，y*），其中x*，y*為被插值點。無論內(nèi)插或外插，均須考慮函數(shù)的變化，例如依據(jù)與插值點距離賦予不同權(quán)值。而在各類洲島、臺地岸線附近的被插值點往往超出已知節(jié)點范圍，從沉積學(xué)與實際觀測不難判斷插值點與岸線之間的函數(shù)與開闊水面的插值函數(shù)存在極大差異。筆者所檢視主張岸線平行推移現(xiàn)有文獻，對插值方法及統(tǒng)計分布特性的合理性全無涉及。

其次，海侵高海面的實際岸線應(yīng)包括溺谷灣中大片低山、臺地的所形成的岸線，而不應(yīng)省略至僅包括三角洲北沿的岸線。尤其并未考慮大小島嶼，岸線曲折所形成各種尺度的結(jié)構(gòu)性地形邊界。在初始地形極其復(fù)雜的珠江三角洲提出岸線平行推移的模式而不考慮復(fù)雜地形對河流與海洋動力、能量分布、泥沙沉積和湍流的影響，忽視地形致動力沉積，有悖于沉積物輸運與沉積的基本原理。難以采信。

依據(jù)測年鉆孔資料，一些學(xué)者已認(rèn)識到島嶼周邊往往成陸較早，并指出：“珠江三角洲除了以沖缺三角洲的形式發(fā)育和擴大外，還以凝結(jié)核形式即以山丘為核心聚積擴淤”[30]，惜未在岸線演變研究中加以足夠重視。

岸線近于平行推進的觀點，實際上不能反映珠江三角洲演變過程的實際岸線位置的復(fù)雜變化。不加限制地接受此等結(jié)論，阻礙了對珠江三角洲形成演變和各種復(fù)雜砂體、沉積學(xué)和層序地層學(xué)的進一步研究。應(yīng)引起足夠重視。

第1類意見提出時尚缺乏測年資料，基于實際觀察、地貌學(xué)原理和常識性的推理，注意到珠江古溺谷灣復(fù)雜地形對河口沉積動力的作用和對三角洲岸線演變基本特點。咸豐縣志的觀察難能可貴即在于此?！拌偳墩f”從地貌學(xué)原理對珠江三角洲演變模式的見解是正確的。限于技術(shù)手段，這種觀點未能進一步深化和給出量化的結(jié)果，在很長時間內(nèi)為第2類意見所掩蓋。

由此，第1種意見在定性上是正確的，但沒有量化的結(jié)果。第2種意見給出某種量化的結(jié)果，從統(tǒng)計和多學(xué)科角度審視，在定性和定量上均不足采信。

3.2.2 珠江三角洲千年尺度岸線位置變化特點

圖2A1和圖2A2是筆者團隊提出的一定置信度上現(xiàn)代珠江三角洲岸線位置的變化。具體方法與論證可參考筆者文章[55–67]。與意見2文獻比較可以看出若干顯著區(qū)別和特點。

1）復(fù)雜性與非線性

首先，珠江三角洲海侵盛期以來岸線的演變遠較上述第2類近于平行推進的模式復(fù)雜。珠江三角洲具體岸線的演變顯然是高度非線性的。上述性質(zhì)得到測年鉆孔資料驗證以及沉積學(xué)和地貌動力學(xué)原理的支持，更接近事實。

2）初始地形作用和形態(tài)?動力反饋

結(jié)果量化反映了古河口灣初始岸線曲折、島嶼眾多的地形對于三角洲沉積過程的作用，包括“門”對珠江河網(wǎng)“八口出海”的控制和干流河道形成，也顯示了其后沉積地形與地形致動力沉積的正負(fù)反饋的關(guān)系。

3）多尺度結(jié)構(gòu)性

筆者提出的岸線演變看似雜亂無章，但明顯存在各種尺度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。實際上有其內(nèi)在“動力?沉積?地貌”關(guān)聯(lián)。

4）符合地貌動力學(xué)等學(xué)科原理

岸線演變的宏觀描述和上述第一類模式是一致的，但應(yīng)用了動力學(xué)機理的計算和多學(xué)科詮釋，一定程度上為三角洲岸線演變提供了基于第一性原理的基礎(chǔ)和量化的細節(jié)。

圖2 海侵盛期以來珠江三角洲岸線位置變化研究比較[55,68,81]Fig.2 A comparison of the evolution of shore line changes in Zhujiang River Delta since last gransgreesion maximum from different studies[55,68,81]

這一岸線位置變化特點與筆者提出的珠江三角洲形成模式一致，有助于啟發(fā)對珠江三角洲從元尺度到大、中尺度演變過程和機理的進一步思考。

3.2.3 千年尺度岸線位置變遷論證

上述千年尺度三角洲岸線位置變遷特點可從統(tǒng)計學(xué)驗證和多學(xué)科互證。前者通過數(shù)據(jù)收集及相關(guān)驗證結(jié)果的可信程度，后者基于“我們不可能把科學(xué)分割成若干獨立的、無關(guān)的部分”，而可以從相關(guān)學(xué)科得到一定程度“原因—結(jié)果”的理論支撐。但最終基礎(chǔ)是實測資料。

1）基礎(chǔ)資料

收集的鉆孔數(shù)據(jù)源于：（1）各類公開出版物，包括56個鉆孔241個全新世測年數(shù)據(jù)[30,38,42]，有較為詳細的沉積物描述；（2）李平日教授提供的1 600多個工程鉆孔，其中有全新世測年數(shù)據(jù)134個；（3）順德建筑勘探設(shè)計院提供的記錄比較詳盡的80個工程鉆孔。3個部分共計1 700余個鉆孔資料。

筆者團隊在三角洲中部部鉆取PRD系列鉆孔18個。取樣總長334.49 m。對鉆孔沉積物做了較高分辨的采樣進行14C測年、古生物鑒定、沉積物粒度分析及顏色反射率等測定①14C委托廣州地化所測定。AMS測年由波蘭GADAM Centre，Silesian University of Technology測定，其余項目在中山大學(xué)地質(zhì)系實驗室完成。。測年數(shù)據(jù)210個。

2）實測鉆孔分析

20世紀(jì)80年代初，珠江三角洲開始有較多的14C鉆孔資料。研究者根據(jù)鉆孔年代與高程分布特性，已經(jīng)注意到珠江三角洲邊緣和低山、臺地周邊與中部平原相比形成年代較老，認(rèn)為這并不是偶然現(xiàn)象。李平日等[28]撰文指出“三角洲形成發(fā)育，在邊緣和山丘周圍開始較早，中部、南部和平原本體開始較晚?！?“Q42是珠江三角洲的一個主要沉積時期。23個樣品皆為海相標(biāo)志物或含海相標(biāo)志物·····樣品的埋深也頗有規(guī)律，邊緣地帶為?1.4～?7 m，平原本部則達?7.7～?21.0 m。反映了當(dāng)時沉積的地形面及海侵的形勢?！币陨详愂鲋苯踊跍y年鉆孔，表明溺谷灣地形對沉積和岸線演變復(fù)雜性的作用。

圖3 顯示連孔剖面自三角洲西南向東北延伸約100 km，包括9個測年鉆孔。測年鉆孔6 ka BP及2.5 ka BP等時線與同一連線地形剖面比較，兩者整體符合較好。最大海泛面地形復(fù)雜。高程極差近20 m。如果以0～?2 m為成陸標(biāo)志，對照圖中等時線，岸線位置推進方向復(fù)雜多變，誠不可以平行向海推進視之。

3）模型的統(tǒng)計學(xué)驗證

基于不同物理作用因素的量值和組合，包括流量、含沙量、輸沙總量、潮汐組合、泥沙性質(zhì)、壓實率、海平面變化和新構(gòu)造運動等，以及采用不同數(shù)值計算和跨尺度方法，如基于起動拖曳力和起動流速模式等算法，筆者團隊對現(xiàn)代珠江三角洲6～2.5 ka BP的演變應(yīng)用不同模塊組合的PRD-LTMM模型進行了反復(fù)多次計算和各種敏感性分析，驗證鉆孔30～40余個不等，相對誤差在19%～30%之間，平均絕對誤差為2.2～3.5 m。而岸線演變模式整體上基本一致[55–67]，當(dāng)沉積物積累到到達或超過潮間帶時，該處成陸。機理模型顯示的岸線演變得到測年鉆孔統(tǒng)計意義上的支持。

4）多學(xué)科論證

千年尺度三角洲演變是地學(xué)的重要尺度。沉積學(xué)、古氣候?qū)W、地貌學(xué)、沉積動力學(xué)和層序地層學(xué)等多學(xué)科理論和規(guī)律的檢驗，可從宏觀和中觀上定性和定量上支持或質(zhì)疑模型計算結(jié)果?，F(xiàn)代三角洲時空演變跨越了超過10個數(shù)量級，無論是否意識到，希望深入認(rèn)識并量化其基本演變過程的研究者均需要提出與應(yīng)用各種跨尺度的方法。而從不同學(xué)科角度審視針對同一對象提出的觀點有助于對其“證偽”或支持，不同科學(xué)方法陳述同一過程有助于加深對問題的理解。

圖3 鉆孔位置（a），模型計算水深（b）和聯(lián)孔剖面及等時線（c）（圖 c修改自文獻 [82]）Fig.3 Locations of setiment cores (a), profile of water depth from PRD-LTMM (b), and bore hole cross section and isochron(c) (figure c modified according to reference [82])

從地貌動力學(xué)觀點看，現(xiàn)代珠江三角洲經(jīng)歷了從溺谷灣淺海到河網(wǎng)三角洲一系列自宏尺度到中小尺度的地形和水動力之間重大性質(zhì)的變化。波浪、潮流和河流最終均表現(xiàn)為各種時空尺度的地形致動力流場。筆者對此做了初步探討。各種沉積模式有其較為穩(wěn)定的、明確的驅(qū)動力和不同尺度的沉積動力結(jié)構(gòu)[62,66,83–84]。

“泥沙運動力學(xué)研究泥沙在流體中沖刷、搬運和沉積的規(guī)律，同時也注意到泥沙對流體的作用”[85]。流體力學(xué)是定量研究三角洲演變的核心組成。長周期模型實際上是通過各種跨尺度方法數(shù)值求解ARNS方程、泥沙輸運方程和連續(xù)方程組。在多學(xué)科領(lǐng)域下提出和解決處理邊值與初值、跨尺度等一系列計算方法。應(yīng)用機理模型再現(xiàn)三角洲演變的關(guān)鍵在于找到關(guān)聯(lián)不同學(xué)科各種方法并構(gòu)建有效的算法。

信息是世界的根本屬性。在形態(tài)動力模型PRDLTMM基礎(chǔ)上選取水深?面積作為系統(tǒng)表征變量，筆者計算了子三角洲水深信息熵的時間序列。通過比較沉積三角洲演變過程與地貌信息熵序列，兩者變化趨勢有內(nèi)在的一致性，表明地貌信息熵可以作為在給定意義上的子三角洲系統(tǒng)“形態(tài)動力平衡”的狀態(tài)函數(shù)[86]。

以上各學(xué)科對珠江三角洲研究均支持“鑲嵌式”岸線發(fā)展的認(rèn)識，卻難以納入平行推進的框架。不同學(xué)科層次的驗證和檢驗不是選項而是必須，以上是對目前珠江三角洲岸線演變研究的初步辨識。

3.3 現(xiàn)代珠江三角洲形成演變模式辨析

1978年Walker[87]認(rèn)為沉積模式“是對沉積環(huán)境的綜合地質(zhì)特征、發(fā)展演化及其空間組合形式進行的全面概括?！惫P者認(rèn)為模式應(yīng)包括兩個方面的內(nèi)容：一是其沉積特征的總結(jié)；二是對其形成機理的概括，具有解釋性的成因意義。至于在此基礎(chǔ)上提取關(guān)鍵因素，或可成為分類之基礎(chǔ)。

本文所謂演變模式本質(zhì)上有別于分類。分類是依據(jù)一套或簡單或復(fù)雜的指標(biāo)體系，將某對象或個體劃為不同的類別，如Galloway[88]依據(jù)波浪、河流和潮汐強度提出的動力分類法。對給定的指標(biāo)進行觀測便可完成分類。分類可以采用不同的指標(biāo)體系，分類可以是非本質(zhì)的，例如沉積砂體分類可以是形態(tài)或走向與沉積盆地關(guān)系等。模式實則需要研究系統(tǒng)中各種要素、關(guān)系和結(jié)構(gòu)，找出關(guān)鍵要素之間的基本關(guān)系?？梢詺w結(jié)為“沉積?動力?形態(tài)”三者的關(guān)系，這是“原因?結(jié)果”正負(fù)反饋的復(fù)雜過程。演變模式則突顯系統(tǒng)隨時間的變化。

始于20世紀(jì)30年代的研究，特別是Fisk[89–90]的工作，奠定了當(dāng)代對全新世密西西比河三角洲建造機理的認(rèn)識[91]。首次嘗試將整個沖積盆地歷史上的密西西比河河道及其支流與三角洲沉積建立關(guān)聯(lián)。在1944年的報告中展現(xiàn)了第一張顯示全新世期間密西西比河沉積位置轉(zhuǎn)移的地圖。即密西西比河主干河流沖決天然堤不斷形成時間與空間上均不重合的子三角洲或三角洲扇，其演變可以歸結(jié)為“沖決”模式。

眾多學(xué)者討論了長江三角洲的形成演變模式[92–97]，并在整體演變模式上有較為一致的意見。李從先等[95]提出7 500年以來，長江三角洲可分若干時間上連續(xù)，空間上基本不疊合的若干亞三角洲：紅橋期，黃橋期，金沙期，海門期和崇明期等。認(rèn)為砂體的外部形態(tài)、內(nèi)部特征、展布方向、接觸關(guān)系等均與水動力條件有密切關(guān)系，并依據(jù)砂體形成的主要因素進行成因分類。陳吉余等[92–94]歸納出兩千年來長江河口發(fā)育模式，并以此作為長江航道治理的科學(xué)依據(jù)。

不同學(xué)者曾提出珠江三角洲形成演變?nèi)舾裳葑兡Ｊ?，但對此至今未取得較為一致的意見。限于篇幅僅對兩種較有代表性的模式做簡要討論并提出筆者的見解，余者可參考相關(guān)文獻。西北江三角洲和東江三角洲均有復(fù)雜河網(wǎng)，但兩者成因有重大區(qū)別，演變模式各異。本文僅討論前者。

3.3.1 沖缺說

曾昭璇和黃少敏[51,98–99]以地貌學(xué)家的直覺首次提出珠江三角洲的“沖缺”說，黃鎮(zhèn)國等[30]亦持此說。“沖缺”說有較廣泛的影響，也有不同意見[100]?！皼_缺”說注意到不同時期三角洲內(nèi)的眾多峽口對水流產(chǎn)生的作用，認(rèn)為“河流切過北東向嶺地，成為口門或缺口，沖開缺口之后成為扇狀的三角洲平原”[30]。產(chǎn)生一系列由陸向海推進的“沖缺三角洲”。筆者曾就此向黃鎮(zhèn)國教授當(dāng)面請教，三角洲內(nèi)的峽口地形無疑對水流動力結(jié)構(gòu)有重要影響，需要深入研究?！皼_缺”存在若干問題：其一，溺谷灣中除了若干“峽口”外，還有諸多大小島嶼、臺地與丘陵，“沖缺”說對此未予足夠注意，過于簡單化。其次，“沖缺”所說海退階段河道從上游向下游逐步“切”過“門檻”，但并無實證。反之，峽口地形能量輻聚，水流湍急。故河道水深最大之處大都在“峽口”內(nèi)。未必存在所謂“下切門檻”的過程。據(jù)筆者研究，河網(wǎng)干河道并非完全自北而南推進，詳見下文。

具體而言，“中山?jīng)_缺三角洲的形成開始于唐代以前。唐代己有坦田形成。但成陸大部是在宋代”[98]。但據(jù)鉆孔資料，距今5 000年前后五桂山北麓的沉積體已接近潮間帶，在距今2 500年前后成陸面積已達數(shù)百平方千米[58,63–64]（圖2）。

“沖缺”模式注意到地形對珠江三角洲形成的重要作用，應(yīng)予肯定。從現(xiàn)有研究看，此說很大程度將地形對沉積動力的作用過于簡單化，且缺乏沉積學(xué)和鉆孔資料支持。難以概括整個珠江三角洲形成演變的復(fù)雜機制和過程。

3.3.2 斷塊說

張虎男[101]和黃玉昆等[102]提出珠江三角洲的“斷塊說”。地質(zhì)構(gòu)造對于珠江三角洲的形成演變的重要作用至少表現(xiàn)在3個方面：（1）燕山期和喜山期的斷塊構(gòu)造活動奠定了珠江三角洲元尺度的地貌邊界，對海洋與河流能量重塑起到關(guān)鍵作用；（2）三角洲西江干道、北江干道、雞啼門和崖門水道等均沿斷裂帶發(fā)育；（3）珠江三角洲存在新構(gòu)造抬升區(qū)和沉降區(qū)，其抬升速率每年可達毫米級。陳偉光等[103]認(rèn)為全新世以來各區(qū)平均構(gòu)造升降率在?1.56～0.5 mm/a。此數(shù)據(jù)與現(xiàn)代珠江三角洲平均淤積厚度2～3 mm/a接近同一數(shù)量級，研究三角洲形成演變時不可忽略。筆者團隊運行PRD-LTMM長周期模型時，新構(gòu)造運動均是輸入變量之一；（4）現(xiàn)有研究顯示新構(gòu)造運動平面空間在數(shù)百至逾千平方千米。

但斷言在珠江三角洲形成演變中，“新構(gòu)造運動起了決定性作用，既影響三角洲的沉積又控制河道的演變”[104]，則言過其實，有忽視其他作用因素之嫌，也缺乏觀測數(shù)據(jù)和相關(guān)學(xué)科的理論支持。

地質(zhì)構(gòu)造與新構(gòu)造運動是控制現(xiàn)代珠江三角洲形成演變的重要但非唯一重要因素。首先，三角洲上的沉積物是河流攜帶的泥沙進入溺谷灣后在河流、潮汐和波浪等動力與地形邊界等相互作用下，遵循一定規(guī)律輸運和沉積的結(jié)果，忽略這些作用不可能深入認(rèn)識三角洲形成演變，其理甚明。再者，三角洲存在時空上不斷變化的各類沉積體，不少沉積速率在一定時間上超過平均速率一個數(shù)量級，即垂直尺度遠超過已知新構(gòu)造運動的升降速率，空間尺度卻遠小于“斷塊”作用尺度，難以用“斷塊”模式解釋。多學(xué)科研究帶來較全面認(rèn)識三角洲演變的可能，忽視各自學(xué)科外的重要作用因素的學(xué)術(shù)思想并不可取。

3.3.3 “門”控多核心分級結(jié)構(gòu)沉積模式

依據(jù)前人和筆者團隊研究提出上述珠江三角洲末次海侵以來沉積演變模式。首先對模式名稱略加說明：

“門”控：“三江匯流，八口入海”常被用以描述珠江網(wǎng)河?，F(xiàn)代珠江三角洲發(fā)育在半封閉的溺谷灣，古河口灣僅通過燕山期和喜山期形成的虎門、崖門等7個基巖峽口入海?！伴T”基本控制了河流出口以及很大程度影響三角洲形成發(fā)育的沉積動力環(huán)境。

多核心：現(xiàn)在珠江三角洲平原上大約有超過800個基巖丘陵、臺地和殘丘，總面積約占三角洲的1/5，海侵盛期均是古溺谷灣中大小島嶼。三角洲平原上的丘陵主要有中山的五桂山（505 m）、斗門的黃楊山（591 m）、新會市的牛轱嶺（379 m）、珠海的鳳凰山（437 m）、廣州的白云山（382 m）、番禺的蓮花山(108 m)、南海的西樵山（344 m），僅南部的五桂山和黃楊山面積達1 141 km2。還有高度約100 m、40 m、20 m和10 m左右各級大小臺地總面積逾500 km2。見1∶50 000 地形圖和相關(guān)文獻[30–31,48]。

這些島嶼依其大小、形狀和位置等通過重塑潮汐、河流和波浪能量分布對三角洲沉積動力各有不同的復(fù)雜作用。面積較大者，如五桂山、番禺臺地等多成三角洲沉積核心。單獨之基巖小丘，雖不足影響演變大局，對于流態(tài)、河網(wǎng)分叉與沉積也多有重要作用。

分級結(jié)構(gòu)：三角洲均可視為復(fù)雜的開放系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)的本質(zhì)方面，標(biāo)志著系統(tǒng)的組織化、有序化程度。系統(tǒng)的演變以一定的結(jié)構(gòu)為依據(jù)。密西西比河和長江等三角洲均有各自的沉積結(jié)構(gòu)。筆者提出存在珠江三角洲獨特的“三角洲?子三角洲?沉積體”結(jié)構(gòu)。

以上重點刻畫了珠江三角洲形成演變的基本性質(zhì)，由此導(dǎo)致珠江三角洲在沉積動力學(xué)和層序地層學(xué)諸多關(guān)鍵特性上有別于海岸平原河口三角洲。以下概述海侵盛期至距今2 500年沉積演變模式。

1）三角洲

現(xiàn)在三角洲平原已經(jīng)連成一片，其上河網(wǎng)主干河道和眾多丘陵、臺地與殘丘仍可成為我們追溯其發(fā)育演變歷史的蹤跡，沉積動力學(xué)理論和PRD-LTMM模型揭示了、測年鉆孔等實測資料證實了珠江三角洲存在復(fù)雜的多級沉積系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2）子三角洲

珠江三角洲形成過程中，一個重要的模式是在大尺度地形與各種內(nèi)、外動力復(fù)雜相互作用下形成若干子三角洲沉積砂體。圖4概括了子三角洲平原時空演變特點。它們在空間互不重疊，而時間上同時存在[58]。這一判斷不僅是模型模擬的結(jié)果，符合地貌動力原理；且有相當(dāng)數(shù)量測年鉆孔資料、沉積物分析支持。

圖4 珠江（a）與密西西比河（b）子三角洲演變比較示意圖（圖b據(jù)文獻[91]）Fig.4 Evolution of sub-delta of the Zhujiang River Delta (a) and sub-delta cycle of the Mississipi River Delta (figure b is based on reference [91])

珠江三角洲與密西西比河、長江和多瑙河三角洲的子三角洲形成機理和特點明顯不同，可以簡略歸結(jié)如表1。

筆者提出子三角洲的主要依據(jù)是：（1）海侵盛期以來三角洲并非整體平行向海推進，形成演變過程中，溺谷灣中各處均有沉積砂體在一定沉積動力結(jié)構(gòu)下獨立形成發(fā)展，我們將其中若干較大者，一般數(shù)百平方千米，稱為子三角洲。開始時其間皆有較廣闊水域分隔。（2）其后子三角洲面積基本上不斷擴大，而其間水面則相應(yīng)縮小，最終形成河網(wǎng)的若干主干河道，兩者同步發(fā)展成完整的現(xiàn)代三角洲平原。（3）子三角洲開始形成的時間可能有一定先后，但與三角洲整體經(jīng)歷了大致相若的演變時間（圖4）。子三角洲由若干尺度較小、動力成因各異的沉積砂體構(gòu)成。與密西西比河的子三角洲或三角洲葉的顯著區(qū)別源于兩者形成機理之異。

目前對珠江諸多子三角洲研究還在開始階段，其具體界線等尚未有較嚴(yán)格界定，成因機理更有很大探討研究空間。

以中部平原為例：中部平原是珠江三角洲的主要構(gòu)成部分, 南北長約50 km，東西寬超過70 km，面積近4 000 km2，沉積量占整個三角洲的 30%[58]。筆者依據(jù)上述原則將中部平原劃分為番禺平原、順德平原和大鰲子平原[58,64]。至2.5 ka BP，珠江上溺谷灣各個子三角洲之間還有廣闊的水域分隔。

珠江的子三角洲沉積發(fā)育主要與溺谷灣上若干較大的地形單元相關(guān)聯(lián)。如五桂山、市橋臺地、西樵山等，這些地形能夠很大程度地控制或影響附近的沉積動力系統(tǒng)。其后各子平原分別與沉積地形致動力場相互反饋，同步演進。珠江三角洲中部幾個子平原，主要泥沙來源均為西江和北江。番禺平原面臨強勁的虎門雙向射流系統(tǒng)，沉積物供應(yīng)主要是北江和西江的東向分流，較之經(jīng)馬口南下的西江干流為少。雖地處較北，早期沉積速度反而不及遠在其南面的大鰲子三角洲。影響大鰲平原的主要海洋動力是五桂山山體及其造成的古橫門和磨刀門漲潮匯流，落潮分流和古磨刀門雙向射流系統(tǒng)。順德平原形成略晚，與西江干流中段和古橫門同步演進。

3）沉積體與快速沉積體

沉積砂體是三角洲沉積結(jié)構(gòu)中重要和基本的一個層次，珠江三角洲形成演變中對沉積體的研究至今仍有許多基本問題有待研究或恰當(dāng)?shù)靥岢?。沉積學(xué)家對沉積砂體的分類進行了長期不懈的研究。1961年里頓豪斯系統(tǒng)地提出了砂體的成因分類[95]，克服了形態(tài)分類中多解性的弱點。

珠江三角洲沉積砂體研究相對滯后，雖然已有眾多關(guān)于岸線演變、沉積相、沉積環(huán)境、指相生物標(biāo)志的研究，但對沉積砂體不僅成因分類，甚至形態(tài)分類的研究也甚少。早期地質(zhì)地貌學(xué)的研究揭示了珠江三角洲存在各種沉積砂體并有明確成因[15]。

筆者認(rèn)為對于珠江古溺谷灣的復(fù)雜沉積環(huán)境，砂體的成因分類如果僅歸結(jié)為河口水流、波浪和潮流成因，抑或進一步在此構(gòu)架內(nèi)細分，仍不足以深入闡明各類砂體形成的沉積動力機理和過程。主要原因是復(fù)雜的里亞式珠江古溺谷灣對河流和海洋動能、位能和能耗存在重大的結(jié)構(gòu)性再分配，分析各種尺度的地形致動力結(jié)構(gòu)較之簡單歸結(jié)為河口水流或潮流能夠更準(zhǔn)確地揭示各類沉積砂體的成因。例如，如果我們分析馬口峽或虎門上下的沉積動力和沉積砂體，把它簡單劃為潮控、河控等均不能揭示其關(guān)鍵性的漲落潮射流沉積動力系統(tǒng)特點，其理甚明。以下僅列數(shù)例，以期更多深入研究于未來。

表1 若干三角洲沉積環(huán)境、過程及其子三角洲時空模式比較Table 1 Comparision of the sedimentary enviroments, processes and sub-delta modes in several deltas

本文所討論的沉積砂體均可歸因于明確沉積物源和較單一的中尺度沉積動力結(jié)構(gòu)，如五桂山北的“漲潮匯流，落潮分流點”沉積體、磨刀門的大鰲沙漲潮沉積體、江門丘陵和五桂山北麓邊沿沉積[64,66]以及虎門的海鷗沙漲潮沉積體等[106]。新范式可以從機理上詮釋和時空量化這些沉積體的形成動力和過程。

筆者把五桂山西北的三角洲平原劃為大鰲平原的一部分，由一系列成因不同的沉積體組成，至少包括上述匯流?分流點沉積體，五桂山麓邊沿沉積體，還有更接近山麓的沖積洪積扇。塊狀圖示意其形成過程（圖5）。

由此珠江三角洲沉積同相異時、同時異相是常態(tài)而非特例；海退陸進時沉積物向上細化而非粗化有多種沉積動力原因，而不像三角洲在平緩陸架的海進、海退模式。把概念化的模式代替實際三角洲的研究在珠江三角洲研究舉步維艱。

快速沉積體是珠江三角洲沉積砂體重要一類，據(jù)現(xiàn)有測年鉆孔分析，其沉積總量超過三角洲總沉積量的50%?，F(xiàn)代珠江三角洲6 000年來的平均沉積速率約為2 mm/a[30]。主要根據(jù)課題PRD系列高密度采樣18孔210個樣本測年鉆孔和公開發(fā)表測年較密的鉆孔資料統(tǒng)計，指示珠江三角洲存在一系列在空間和時間上不斷變化的快速沉積期。其中，沉積速率大于10 mm/a的比例約為47%，大于5 mm/a的約為63%（表2）。據(jù)鉆孔位置并借助長周期模型和沉積動力學(xué)知識，可以初步判斷已知的快速沉積體面積不大，一般數(shù)十平方千米。有的相鄰不足10 km的鉆孔同期沉積速率差異甚大?？焖俪练e時間持續(xù)一般在三四百年，也有些僅存在百年左右。

示意圖5基于14C測年鉆孔、地形圖、PRD-LTMM模型、地貌動力學(xué)分析和現(xiàn)場考察繪制。a.海侵盛期，五桂山西北存在漲潮匯流和落潮分流區(qū)，泥沙易于在此淤積；b.5 000 a BP前后，匯潮點附近迅速淤積，已接近潮間帶；c.2 500 a BP前后，匯流、分流區(qū)沉積體、邊沿沉積體和五桂山麓的沖積、洪積扇沉積體的發(fā)育令古河口灣水域逐漸收縮，初步形成磨刀門水道。但其北面仍有較寬闊水面，漲潮射流形成大鰲沙漲潮沉積體；d.現(xiàn)代三角洲平原。

圖5 大鰲子三角洲平原部分沉積砂體組合示意圖Fig.5 A block diagram showing the evolution of different sand-bodies in Daao sub-delta

造成快速沉積體的原因很多，不排除洪水、風(fēng)暴潮等突發(fā)事件。但從鉆孔剖面各項數(shù)據(jù)變化看，絕大部分是連續(xù)沉積而不是一次性的突發(fā)事件所形成。筆者僅有初步研究。圖6是長周期模擬的每500年沉積厚度，顯示了珠江三角洲快速沉積體的存在和時空變化特點。

3.4 三角洲河網(wǎng)干流形成過程辨析

3.4.1 三角洲河網(wǎng)干流形成特點

曾有研究者認(rèn)為西江干道隨時間不斷自北向南延伸，這是岸線平行推進模式所導(dǎo)致的自然推論，然則實際情況并非如此。西江干道的形成演變復(fù)雜，與上述珠江三角洲多尺度結(jié)構(gòu)性沉積特點密切相關(guān)。以下簡述北、中、南3段西江干流河道形成演變。需要明確：

表2 全新世以來各鉆孔快速沉積時段統(tǒng)計Table 2 The rapid deposition periods of boreholes since Holocene

（1）海侵盛期，現(xiàn)在的三角洲是一片寬廣的淺水海灣，其上并無河道。西、北江網(wǎng)河干道與珠江三角洲形成是同一演變過程的兩個方面，經(jīng)歷了從淺水溺谷灣向三角洲的演變。

（2）研究從機理上探討并量化再現(xiàn)珠江三角洲主干河道形成演變的時空過程，從不同尺度層次解釋其形成的各種層次結(jié)構(gòu)，尋求并得到現(xiàn)有鉆孔資料和沉積學(xué)等多學(xué)科的交互驗證。

通過PRD?LTMM模擬，結(jié)合14C測年資料、地貌動力學(xué)和沉積動力學(xué)分析，大致可以反映出現(xiàn)代珠江三角洲形成演變第一階段早期一些特征，部分特征可以延續(xù)到以后的階段：（1）海侵盛期后，河流帶來的泥沙逐漸在溺谷灣沉積，圖6可以清楚看到沉積活躍區(qū)自北向南推進的整體趨勢，但非平行推進；（2）沉積過程時空分布很不均勻，呈現(xiàn)高度的多尺度時空結(jié)構(gòu)性，主要源于水動力和沉積動力結(jié)構(gòu)隨著三角洲演變的迅速調(diào)整。模型已考慮了中尺度的新構(gòu)造升降，但圖中反映的小尺度沉積結(jié)構(gòu)主要是岸線和島嶼等地形的邊界效應(yīng)，而無法僅用現(xiàn)有構(gòu)造升降資料解釋。模型再現(xiàn)五桂山、市橋臺地、爛柯山、西樵山以及眾多島嶼對河流和海洋動力的重塑，在海陸演變過程中對珠江三角洲形成演變有控制性作用；（3）各時期存在一系列在時空上不斷變化的沉積砂體與快速沉積砂體（≥5 mm/a），主要是動力與三角洲不斷變化的邊界相互作用的結(jié)果；（4）正是由于各類地形致沉積砂體的存在，教科書上海退進積，沉積物向上粗化等概念性沉積相，并不可以直接套用于珠江溺谷灣這樣復(fù)雜的三角洲演變過程。一些學(xué)者已經(jīng)從沉積學(xué)角度注意到這一現(xiàn)象[28,36]，需要從沉積環(huán)境和動力成因機制對沉積砂體進行進一步探討；（5）虎門、磨刀門、崖門、馬口、石門等峽口，由于射流作用，前期基本表現(xiàn)為沖刷，并持續(xù)保持沖淤平衡或微沖。與下古河口灣連接的峽口成為后來珠江出?？陂T[60]；（6）模擬結(jié)果經(jīng)過測年鉆孔的統(tǒng)計驗證，較好地體現(xiàn)了地貌動力學(xué)原理，揭示了珠江三角洲千年演變的一些特征，可啟發(fā)不同學(xué)科進一步研究。

圖6 全新世海侵盛期以來若干階段每500年沉積厚度圖Fig.6 Thickness of 500 year’s deposition since last transgression maximum

3.4.2 西江北段與思賢窖的形成演變

本文所謂西江北段是從羚羊峽出口至富灣附近一段河道，長約43 km。思賢滘是西江和北江下游第一條相通汊道，現(xiàn)代地圖上西、北兩江正干相交成“X”型，西江自西向東，至思賢滘西口主河道突然以90°南折出海，部分水流繼續(xù)西向過滘。北江自北而南，至思賢滘東口河道以90°東折接?xùn)|平水道?，F(xiàn)在的思賢滘位于兩江相交位置，長約1.5 km。滘內(nèi)水流不定，西江水位高則過北江，北江水大則過西江，有天然調(diào)節(jié)流量作用。這種奇特的水道格局，很早就吸引了學(xué)者的研究[18,20,50]。

據(jù)文獻[49]，鄒豹君首次用河流襲奪說解釋思賢滘的形成。趙煥庭[48]認(rèn)為西江河口的歷史位置在羚羊峽附近，思賢滘區(qū)古代是古海灣。有思賢滘區(qū)多個測年鉆孔資料和沉積相分析證實[63,107–109]。目前學(xué)界對此仍有不同見解，筆者擬另文討論。西、北江北段與思賢滘的形成演變密切關(guān)聯(lián)，可從同一沉積動力系統(tǒng)整體考察。

1）海侵盛期四會溺谷灣地形邊界

據(jù)14C測年鉆孔資料、沉積相分析和現(xiàn)在地形，西、北江北段和思賢滘在海侵盛期是古河口灣北部的一個半封閉的小海灣，姑名四會溺谷灣或豐樂灣。河口灣面積約360 km2，水深相對較淺，唯峽區(qū)水深較大，羚羊峽和馬口峽水深均逾60 m。

河口灣北面是走向為NEE?SWW的鼎湖山系，主峰雞籠山高達千米。海灣西南為爛柯山（898.9 m）所限。東面為一片20～40 m的臺地限制。

現(xiàn)在的思賢滘南面是若干東西向排列的30～40 m切割強烈臺地。西滘口南面是數(shù)個30～40 m的孤丘（黑墨崗，40.8 m）。其東 40～60 m（昆都山，58.2 m）切割強烈臺地構(gòu)成東滘口和東平水道上段的右岸。

2）四會溺谷灣沉積動力環(huán)境

西江西出羚羊峽和旱峽進入海灣。北江出飛來峽過蘆苞、西南沖南下海灣，綏江出鼎湖山系自NNW?SSE方向入流。三江水文、泥沙特性懸殊，交匯于此，復(fù)為海侵北沿，海陸相沉積交織斑駁。多有全新世泥炭腐木層，其下為黏土或粉砂黏土，不排除為復(fù)雜的海陸交互相沉積。

峽口地形是珠江三角洲形成過程中一大特色。海侵盛期，海洋動力主要通過南面馬口峽和現(xiàn)東平水道峽口，姑名為三水峽—南為掛榜嶺（53.0 m），北為下崗丘（12.0 m）—進入古海灣，峽寬約1 200 m，出峽入海灣后迅速放寬至20 km，基本成自由射流。早期海潮還可通過蘆苞涌經(jīng)北江進入海灣。馬口峽寬不足500 m，南北迅速放寬至約3 000 m。因此，海侵盛期海洋動力以漲潮射流形式進入海灣，早期漲潮流場可以到達古海灣各個角落。而河流動力無論出羚羊峽、馬口峽和三水峽，均與落潮流共同形成落潮射流。隨著古海灣不斷充填，馬口峽、三水峽的兩股漲潮射流很快衰減。落潮流速變化相對不大[109–110]。

3）四會子三角洲與西江上段河道同步形成演變

三江泥沙在溺谷灣沉積合力形成四會子三角洲[110]。西江淤積速率遠大于北江和綏江。三江交匯，水勢混亂，攜帶泥沙在此迅速淤積。由于三江攜帶入灣的沉積物性質(zhì)、流量變化，特別是洪水時間有很大差異，加以溺谷灣中存在不少基巖島嶼，所成沉積體相互交錯。

據(jù)鉆孔資料及PRD?LTMM模擬，隨著四會子三角洲面積不斷擴大，西江水流在灣內(nèi)逐步收窄，此時思賢滘仍為開闊的通道。西江水道分為兩支，一支經(jīng)馬口峽南流。另一支過古思賢滘取道東平水道。至漢代仍稱牂牁大江。兩者在2 500 a BP已成河道形態(tài)。隨著四會子三角洲在西、北兩江挾持下不斷向SSE方向推進，思賢滘不斷縮窄，至明清兩代，王公圍、角尾圍相繼成圍。思賢滘大體成今日態(tài)勢。

Ye[18]從地貌與水文角度對思賢滘成因曾有專門研究。歷史時期思賢滘演變有較為深入研究[111]。筆者結(jié)論可與之相互參照。河流襲奪發(fā)生在兩條獨立河流之間，海侵盛期西江和北江兩江分別從西、北入注豐樂灣。此時灣中未有河道，“河流襲奪”無從談起。

3.4.3 西江南段磨刀門水道的形成演變

自大鰲洲北至出海為西江南段。河道依其形成過程主要影響因素不同可以分為兩段。北段主要是隨大鰲洲與五桂山北沉積體擴展，水面收窄而成河道形態(tài)。南段西江大斷裂作用顯著。東面是連續(xù)的五桂山西麓、西側(cè)有諸多寒武系及少量侏羅系變質(zhì)砂巖殘丘，綜合地形圖、外業(yè)考察、鉆孔資料分析和數(shù)值模擬等方法，五桂山西北沉積體群、江門丘陵邊沿沉積體、大鰲洲漲潮沉積體是北段河道形成演變的主要沉積動力控制因素。據(jù)鉆孔PRD04和PRD05，6 000 a BP之前磨刀門漲潮沙體已經(jīng)開始發(fā)育，約在2 200 a BP出露成洲[64]。至此磨刀門水道北段略呈河道型態(tài)[55,64]。南段形成河道形態(tài)主要可歸結(jié)為：（1）五桂山西側(cè)為西江斷裂帶所經(jīng)，且形成諸多寒武紀(jì)變質(zhì)巖、燕山期花崗巖和侏羅紀(jì)的細砂巖等破碎殘丘，如竹洲山、禾豐山、布洲山、蛇地山、高坦山等，山丘之間相距寬者3 km，窄者數(shù)百米，射流等地形致沉積動力系統(tǒng)，造成復(fù)雜的沖刷?淤積流系；（2）此段西江也是繼承古三角洲的河道，末次冰期河谷所經(jīng)，水流易于沿古河道下切；（3）西江是珠江三角洲主要沉積物源（表3），南段少量邊緣沉積即具河道形態(tài)。

3.4.4 西江中段水道形成演變

西江中段自富灣至大鰲洲北端，總長約60余千米。其間有甘竹溪和東海水道向東分流。西江北段和南段形成河道形態(tài)時，西江中段仍處于較為開闊的水域，河道形態(tài)尚未形成[64]。圖7是2 500 a BP溺谷灣的余流圖?？梢钥吹酱藭r順德子平原還有開闊水域，西江中段河道尚未形成。此段河道形成即順德子三角洲發(fā)育過程。這個階段本區(qū)主要沉積動力系統(tǒng)是古橫門的漲落潮流系統(tǒng)，它與北面馬口射流系統(tǒng)，南面五桂山北匯潮分流動力系統(tǒng)及磨刀門漲潮射流之間復(fù)雜的相互作用為順德子平原演變、中段河道和東海水道等的形成提供了沉積動力學(xué)解釋。這一解釋為長周期模擬及考古證據(jù)所支持[58]。

表3 珠江下游徑流量（1956?1979年）Table 3 Downstream runoff of the Zhujiang River (1956?1979)

圖7 2 500 a BP 珠江河口的余流流場和西江干流河道形態(tài)Fig.7 The main network channels of the Zhujiang River and residual current in 2 500 a BP

從“三角洲?子三角洲?沉積體”結(jié)構(gòu)性沉積體系角度，在多學(xué)科研究驗證基礎(chǔ)上進行分析綜合，對西江干流形成演變的分析表明，西江干流河道并非以進積形式自陸向海延伸，而要復(fù)雜得多。各河段形成需從各要素所致的沉積動力結(jié)構(gòu)進一步探討解釋。

筆者曾計算對西江干流各段地形信息熵的變化[86]。較有規(guī)律的河道形態(tài)在古河口灣逐漸形成導(dǎo)致其發(fā)展方向的確定性增大，表現(xiàn)為地貌信息熵不斷減小。西江干流北、中、南3段信息熵的變化顯示了這一過程。即北、南形成河道形態(tài)時，信息熵減?。恢胁咳匀惶幱谳^為開闊的水域，信息熵明顯高于南、北河段。

4 討論和結(jié)論

4.1 討論

本文對珠江三角洲海侵盛期以來形成演變?nèi)舾蓡栴}提出的辨析主要基于范式4的研究，但也高度重視和考慮參照了其他范式的成果。范式4的核心是多學(xué)科、跨尺度與量化，這些顯然不是一篇論文可以展開深入討論的議題，因本文辨析之性質(zhì)，謹(jǐn)陳筆者體會一二以就教于讀者。

（1）近百年前，Poincaré[112]認(rèn)為科學(xué)研究需要對現(xiàn)實或?qū)ο蠹右院喕暗?，簡單的事實在哪里呢？科學(xué)家在兩種極端情況下尋求它，其一是無窮大，其二是無窮小。天文學(xué)家找到了它，因為星球之間的距離極其遙遠，遠到它們中的每一個都看來好像一個點，遠到質(zhì)的差別可以忽略不計，由于一個點比一個具有形狀和質(zhì)地的物體簡單。另一方面，物理學(xué)家找到了基元現(xiàn)象，他們想象把物體分割為無限小的立方體，因為問題的條件在從物體的一點到一點是經(jīng)受了緩慢而連續(xù)的變化，在這些小立方體的每一個間隔內(nèi)，條件可以認(rèn)為是恒定?！?/p>

Poincaré[112]從空間尺度的方向指出科學(xué)家如何尋求簡化的研究對象。與上述兩個極端相比，三角洲研究的尺度更為接近“人的尺度”。研究的對象是可以直接感觸到的賴以生存的周圍環(huán)境，但同時，深入的研究又涉及到極小與極大的時空尺度。天文學(xué)家和物理學(xué)家所作的簡化對于地學(xué)家來說全然無法接受。一般來說，地學(xué)的對象包含了最豐富，而且密切關(guān)聯(lián)的多尺度現(xiàn)象。在三角洲研究中，尺度、層次和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)是如此密切和重要，難以強行分離而不極大的導(dǎo)致問題回答的局限和失敗。例如沉積物的運動必然會牽涉到湍流的作用，底床或沙波的演變，以至沉積體乃至整個三角洲的形成。時空尺度上的巨大差異并不能消除尺度之間的緊密關(guān)聯(lián)，對此地學(xué)家的感受更加直接。如果我們被迫忽略或無視這些關(guān)聯(lián)—在過去很長時間內(nèi)，限于觀測手段和科學(xué)發(fā)展水平而非理念。

另一方面，如果承認(rèn)世界事物是“任何一處都不能被打斷的鏈條”，正是由于“人類認(rèn)識能力的局限性”[113]導(dǎo)致的學(xué)科局限，我們能看到的僅是多處斷裂的“鏈條”，至今地球科學(xué)或科學(xué)家只能用各種跨尺度的方法—因為不存在某種統(tǒng)一的跨尺度方法—嘗試把斷裂散落的鏈條逐一焊接起來，并盡可能地恢復(fù)原來的大小與形狀。此項工作必須諸多學(xué)科合作無間才有希望成功。這是筆者及其團隊在過去20余年試圖完成的工作，也是本文辨析的基本學(xué)術(shù)思想。

（2）如前所言，新范式需要提出或解決此前范式不能解決的問題，除了上述辨析，復(fù)舉二例。

a.沉積地質(zhì)學(xué)家很早就注意到珠江三角洲地區(qū)第四紀(jì)沉積層中的垂向堆積序列的特殊性。例如1985年龍云作等[36]即注意到：“根據(jù)我們揭露的廿多口鉆井，絕大多數(shù)表現(xiàn)為下粗上細的正向序列，而不是下細上粗的反向序列，后者被認(rèn)為是進積型三角洲的經(jīng)典模式序列，其原因究竟是什么，確實是耐人尋味的?！?/p>

這是珠江溺谷灣三角洲層序地層特點之一。從整體看，海侵盛期溺谷灣面積大，潮汐動力強，隨著海灣逐漸充填，容積減小，納潮量以及進入海灣總體能量降低，導(dǎo)致粗粒泥沙輸送距離減小，其余水域沉積物隨時間細化，諸多鉆孔表現(xiàn)為下粗上細的正向序列，與通常所謂進積型三角洲的經(jīng)典模式序列相反，其理自明。

如果從更具體沉積動力導(dǎo)致沉積物序列變化看，沉積物顆粒垂向變化是一個復(fù)雜的多變量函數(shù)，并非只是海平面變化的單一函數(shù)。范式4可以給出以一定時間分辨率整個河口灣不同時期存在的各種尺度的沉積動力結(jié)構(gòu)，包括在所謂“退積”、“加積”和“進積”時期沉積物輸運與沉積的量化時空分布并提出具體的機理，從而為認(rèn)識此層序地層學(xué)問題提供可行和可驗證的手段。

b.以Cross領(lǐng)導(dǎo)的科羅拉多礦業(yè)學(xué)院成因地層研究組為代表的高分辨率層序地層學(xué)派的崛起[114]，在美國和眾多國家，包括我國石油與油氣勘探、開發(fā)中發(fā)揮了顯著作用和重要影響。Cross提出“地層基準(zhǔn)面”的概念，該基準(zhǔn)面是受海平面、構(gòu)造沉降、沉積負(fù)荷補償、沉積物補給、沉積地形等綜合因素制約的抽象（非物理）等時地層基準(zhǔn)面。本文范式4從不同方法考慮到所有上述因素，與高分辨層序地層學(xué)成為互補學(xué)。同時為珠江三角洲形成演變研究從多元視野提出新的問題和解決方法。

4.2 結(jié)論

（1）現(xiàn)代科學(xué)傳入至今百余年，整體科學(xué)、技術(shù)、學(xué)科理論和科學(xué)思想不斷發(fā)展。珠江三角洲的研究經(jīng)歷了各種階段，不斷取得認(rèn)知的進展。從單一學(xué)科定性研究到多學(xué)科綜合量化研究三角洲逐步成為可能。借用范式的概念，本文提出4個主要研究范式并以若干范例說明。新范式必須一定程度尋求到解決前此范式不能解決的問題之方法，提出對學(xué)科進展有重要意義新的科學(xué)問題。

（2）從統(tǒng)計學(xué)和地貌動力學(xué)分析了目前文獻關(guān)于珠江三角洲岸線位置變化兩種觀點，第一種觀點在定性上是正確的，但沒有量化的結(jié)果；第二種觀點給出了量化的結(jié)果，經(jīng)統(tǒng)計和多學(xué)科角度辨析，在定性定量上均不足采信。海侵盛期以來珠江三角洲從溺谷灣到河網(wǎng)三角洲過程，岸線位置變化并非如眾多文獻所言，自河口向海洋大體平行推進，實際變化遠為復(fù)雜。筆者提出的岸線演變的宏觀描述和上述第一種意見一致，并提出量化的方法、結(jié)果與驗證。為三角洲演變提供了基于第一性原理的基礎(chǔ)和量化的普遍進路。

（3）目前關(guān)于現(xiàn)代珠江三角洲演變的兩種主要模式“沖缺說”與“斷塊說”均未能把握其演變基本機理。本文在多年工作基礎(chǔ)上提出“‘門’控多核心分級結(jié)構(gòu)沉積模式”，該模式以“三角洲—子三角洲—沉積體”多級沉積結(jié)構(gòu)形式演變。沉積結(jié)構(gòu)有別于密西西比河、長江等大河三角洲，有其獨特的時空變化。

（4）西、北江河道與三角洲的形成是同一演變過程的兩個方面。干道的形成經(jīng)歷了從河口灣向河道的轉(zhuǎn)變過程。三角洲段西江干流的形成不是單純的進積型河道自陸向海延伸，存在各種中小尺度復(fù)雜變化。北、中、南各河段處于沉積動力結(jié)構(gòu)不同的沉積區(qū)。

（5）國際社會對各大三角洲均投入大量研究力量，一方面是三角洲演變基礎(chǔ)研究的關(guān)鍵，另一方面三角洲沉積往往有重大的經(jīng)濟資源價值。珠江三角洲的子三角洲和沉積砂體的再研究值得引起重視。