王宏月，王 洋，王紅兵，羅曉楓，麥詠欣，黃旭弘，王中波*

（1.汕頭大學(xué)海洋科學(xué)研究院，海洋災(zāi)害預(yù)警與防護(hù)廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 汕頭 515063；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局?？诤Ｑ笳{(diào)查中心，海南 ?？?570100）

障壁沉積體系是指在風(fēng)、波浪和沿岸流的共同作用下，在海上發(fā)育形成的障壁島，及其與大陸之間形成的灘涂、淺海灣、潟湖或沼澤濕地等沉積單元的統(tǒng)稱，也稱為障壁島體系[1-3].充足的沉積物供應(yīng)，適宜的海岸沉積動(dòng)力環(huán)境（潮汐、波浪等）和低緩的海岸坡度，是障壁島形成的必需條件[4-5].此外，海平面的緩慢上升對(duì)障壁島演化也起著重要作用.一般來(lái)說(shuō)，沉積物供應(yīng)充足的區(qū)域，障壁較為發(fā)育；侵蝕程度高或沉積物供應(yīng)稀少的區(qū)域，障壁沉積薄弱.總之，障壁島是通過(guò)基底地質(zhì)、氣候、沉積物、海平面變化和海洋動(dòng)力學(xué)之間復(fù)雜的相互作用而演化形成[6].此外，障壁島是障壁沉積體系的核心單元，將開(kāi)闊海域與近岸地區(qū)隔開(kāi)，其海洋作用較為活躍[7]，是海岸沉積的主要類型之一，構(gòu)成了全球10%的現(xiàn)代海岸線[6].因而，障壁島的發(fā)育和演化與海平面變化、沉積物供應(yīng)和風(fēng)暴潮等自然因素以及人類活動(dòng)有著密切的聯(lián)系，是海岸帶地質(zhì)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)[3，7].

1 障壁沉積體系理論的提出和發(fā)展

“障壁島”（Barrier island）這一術(shù)語(yǔ)最終作為通用地質(zhì)名稱，經(jīng)歷了長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程.其研究最早源自de Beaumont對(duì)外濱沙壩（Offshore bar）暴露成島的成因分析，至今已超過(guò)150年[8].“障壁”（Barrier）首次出現(xiàn)在濱海沉積研究中，是用于地形描述，且不是專用術(shù)語(yǔ)[9].Gilbert在研究晚更新世淡水冰川沉積時(shí)，開(kāi)始將“障壁”作為專用術(shù)語(yǔ)[10].Price和Shepard在研究近岸沙脊時(shí)，放棄使用“外濱沙壩”（Offshore bar）和“沙壩”（Bar），轉(zhuǎn)而使用“障壁島”[11-12].King曾使用“障壁海灘”（Barrierbeach）來(lái)描述“障壁島”或“障壁沙嘴”（Barrier spit）[13].直至Oertel才正式提出并建立了障壁沉積體系模型[1]（圖1），其核心包括陸地、障壁后潟湖、潮汐通道/潮汐三角洲、障壁島、障壁臺(tái)地、臨濱等沉積單元，沿用至今.

圖1 障壁沉積體系簡(jiǎn)圖（據(jù)文獻(xiàn)[1]修改）

2 全球障壁島分布及研究進(jìn)展

2.1 全球障壁島分布

統(tǒng)計(jì)顯示[6]，全球障壁島分布不均，主要集中于北美洲東南沿海地區(qū)、北極極地、非洲西海岸、亞歐大陸沿岸以及南美洲東部地區(qū)，大洋洲東海岸也有零星分布（圖2）.Glaeser根據(jù)海岸線的構(gòu)造背景，發(fā)現(xiàn)占全球長(zhǎng)度的49%的障壁島位于后緣拖曳陸緣海岸，24%分布于碰撞板塊邊緣，以及27%分布于邊緣海[14].而Stutz and Pilkey統(tǒng)計(jì)認(rèn)為，后緣拖曳海岸的障壁島占總數(shù)的73%，邊緣海海岸的障壁島只的18%[6].二者之間的差異在于對(duì)障壁島的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同，后者沒(méi)有考慮海灘障壁、灣口障壁以及碰撞海岸和邊緣海的沙嘴.但以上統(tǒng)計(jì)表明障壁島的發(fā)育與板塊邊緣類型直接相關(guān)，構(gòu)造差異是控制障壁島分布的主要因素[14].86%的障壁島分布在北半球，反映出5 ka以來(lái)海平面波動(dòng)對(duì)障壁島海岸的影響，其中30%的障壁島分布在美國(guó)海岸[6].在北美東部的被動(dòng)大陸邊緣、墨西哥灣海岸、美洲西部碰撞大陸邊緣分布著大量障壁島，其周圍都有低地勢(shì)沿海平原的存在，因此障壁島的分布還與鄰近沿海平原的地貌特征有關(guān)[14].

2.2 障壁島主要類型

目前全球大約存在1 500個(gè)獨(dú)立的障壁島，總長(zhǎng)15 100 km，占總海岸線的6.5%[6]（圖2），分布在除南極洲以外的所有大陸，出現(xiàn)在不同地質(zhì)環(huán)境和氣候帶.障壁島多出現(xiàn)在陸源碎屑沉積物供給充足的沿海平原，陸源沉積物是障壁島發(fā)育的直接物質(zhì)來(lái)源；而沿著大陸邊緣海和碰撞邊緣出現(xiàn)的障壁島多為現(xiàn)有岬角的侵蝕和沿岸沙嘴的進(jìn)積[14].

三角洲障壁島體系是重要的障壁島類型（圖2），占全球障壁島總長(zhǎng)度的30%，在南美洲、亞洲和非洲占據(jù)的比例達(dá)一半以上，但由于海平面不同時(shí)期的變化，北美洲和歐洲的三角洲障壁島僅占據(jù)10%[15].這類障壁島的形成條件與三角洲發(fā)育條件基本一致，都需要充足沉積物供給、低緩的地形和足夠強(qiáng)的波浪作用，且河控、潮控和浪控型三角洲均可以發(fā)育障壁島海岸[15].其中，河控型的密西西比河三角洲的研究程度最高，但由于巨量物質(zhì)供應(yīng)，全新世沉積發(fā)育了多期障壁岸線，形成障壁島鏈，形成模式主要為沙嘴沖斷和向海加積，因此其障壁島模式缺少普適性[16-17].多數(shù)三角洲障壁島的形成機(jī)制受控海平面上升引起的潮汐通道、臨濱形態(tài)和隨之改變的波浪、潮汐和河流過(guò)程.而人類活動(dòng)引起的泥沙通量、動(dòng)力環(huán)境改變，會(huì)加速海平面上升引起的障壁島演化[6，18-20].

極地障壁島主要包括位于北美西北部和亞歐大陸北部的障壁島，占據(jù)比例為25%，但其長(zhǎng)度僅占12.5%，平均長(zhǎng)度只有3 km，海拔偏低，多為海侵沉積[6，21].如阿拉斯加波弗特海岸沿線的障壁島平均海拔是1～2 m，長(zhǎng)度在100 m左右，多由礫石組成，形成動(dòng)力機(jī)制是高強(qiáng)度的波浪能、冰漂流、冰川作用以及物理風(fēng)化作用，明顯區(qū)別于低緯度地區(qū)沙質(zhì)障壁島[22].

碳酸鹽障壁島在全球障壁島中所占比例不足1%，但為豐富障壁島的演化提供重要指標(biāo)[6].波斯灣的阿布扎比群島和尤卡坦半島由于氣候干旱，形成原生碳酸鹽巖沉積物，因此障壁島沉積物組成中陸源碎屑物質(zhì)很少，多為海洋骨架和鮞狀碳酸鹽砂；阿布扎比海岸的全新世層序的特征與相鄰潟湖的受保護(hù)性質(zhì)密切相關(guān)，潟湖富含碳酸鹽沉積物，其向海岸遷移導(dǎo)致海岸沙壩的進(jìn)積[23].這些碳酸鹽巖島嶼為障壁島臨濱沉積物提供了充足的物源供給，同時(shí)也顯示出其不同的陸源物質(zhì)屬性[6].

極少數(shù)微弱成巖的更新世沙丘也可形成障壁島，該類障壁島的沉積物能體現(xiàn)其所在區(qū)域的氣候和地質(zhì)沉積環(huán)境，如喬治亞海群島[6].此外，這類障壁島沉積體還出現(xiàn)在北極地區(qū)、澳大利亞?wèn)|南部和波斯灣（圖2）.如波斯灣因哈卡島和巴扎魯托島海岸在退潮時(shí)出現(xiàn)的碳酸鹽沙洲，其表層碳酸鹽顆粒在早期成巖作用下固化，為障壁島發(fā)育創(chuàng)造利條件[23].

圖2 全球障壁島分布圖（據(jù)文獻(xiàn)[6]修改）

2.3 障壁島沉積體系研究進(jìn)展

障壁島沉積體系研究具有明顯的階段性，早期的研究集中在障壁島的定義和描述[1，14]，其后為個(gè)體障壁島的形成和演化機(jī)制[15，24]，以及障壁島的系統(tǒng)分類[25].目前的障壁島沉積的研究熱點(diǎn)主要圍繞在人類活動(dòng)對(duì)障壁島的影響[19]和極端天氣對(duì)障壁島的影響[18，26].

早期，學(xué)者根據(jù)研究區(qū)域不同提出了多種的障壁島成因認(rèn)識(shí).Curray指出障壁的形成是對(duì)于全新世晚期海平面上升速度降低的反應(yīng)[27].而其他學(xué)者則強(qiáng)調(diào)障壁島的位置變遷，認(rèn)為多數(shù)障壁海岸是從海岸位置向海遷移到現(xiàn)在位置[28-31].此外，波浪形成的階地下沉或沖積平原的淹沒(méi)[32]，及海灘與陸地分離和濱岸沙嘴向海進(jìn)積也是障壁島的成因[33].后者認(rèn)為，在寬闊平坦海岸，障壁多為海灘向海遷移；而在不規(guī)則海岸，障壁為沙嘴進(jìn)積.同時(shí)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也使部分海底沙壩出露水面形成障壁島，但其形成機(jī)制為個(gè)例不普遍適用[4].在大西洋中部海岸，沿岸沉積物的運(yùn)移也是改造障壁體系的一種作用，但也僅出現(xiàn)在局部地區(qū)[34].

Hoyt基于障壁島沉積的各種影響因素，總結(jié)了三種主要的障壁島演化理論[4]，分別是：（1）障壁是由波浪作用改造的陸架沉積物，是沉積物垂直加積高于海平面而形成[9]；（2）沿岸搬運(yùn)沉積物形成的沙嘴，隨后被風(fēng)暴浪潮沖斷而形成[14]；（3）障壁起源于沿岸沙脊的淹沒(méi)[35].

此外，多數(shù)障壁島演變模式研究主要集中地貌變化和形成過(guò)程，而對(duì)比地層中的多向變化、侵蝕和再作用變化的開(kāi)展的沉積機(jī)制研究較少[36-37].障壁島地層演化研究需要精確的年代地層分析，其是探討障壁海岸沉積過(guò)程和演化機(jī)制的基礎(chǔ).全新世時(shí)期通常由石英顆粒OSL和地層等富碳物質(zhì)14C測(cè)量進(jìn)行確定[38].Fruergaard et al.基于淺部地震地層和精確OSL年齡證實(shí)了北海瓦登海法努島主要成因?yàn)槿率赖暮Ｆ矫孀兓痆39].南非莫桑比克海岸因哈卡島和巴扎魯托島的演化過(guò)程也通過(guò)障壁島地層OSL年齡揭示出沉積物來(lái)自全新世海侵，形成于沿岸沙嘴并經(jīng)歷后期海侵過(guò)程改造[40].而人類世以來(lái)的障壁島年齡判斷相對(duì)較難，一定程度上制約了研究開(kāi)展，但近年來(lái)，OSL技術(shù)在障壁島復(fù)合體十年尺度沉積地層研究獲得了突破[41].

目前研究認(rèn)為，影響障壁島體系形成和發(fā)育的主要因素有基底斜坡地形、下覆地層沉積物性質(zhì)、區(qū)域構(gòu)造抬升或沉降、海平面相對(duì)變化、岸線演化、沉積物供應(yīng)以及水動(dòng)力環(huán)境[42].其中，短時(shí)間尺度障壁島演化主要受控于基底地形、海平面相對(duì)變化、碎屑沉積物供應(yīng)和波浪、潮流和風(fēng)場(chǎng)變化，同時(shí)人類活動(dòng)和極端天氣不容忽視[20，43].此外，先期臨濱地形和沉積物通量變化也會(huì)影響障壁島的演變，會(huì)導(dǎo)致障壁島向陸遷移、瓦解或形成海底沙壩[43].Pilkey et al.指出在波浪能量相對(duì)較低、海岸沉積物供應(yīng)缺乏的條件下，障壁島也可能形成[24].

綜上所述，目前障壁島研究主要集中在沉積體系形成和演化過(guò)程，最新研究則聚焦海平面變化、風(fēng)暴潮對(duì)于障壁島演化的影響，為海岸保護(hù)和合理開(kāi)發(fā)提供數(shù)據(jù)支持和發(fā)展策略.

3 我國(guó)障壁島研究的現(xiàn)狀及展望

我國(guó)是典型的邊緣海海岸，障壁島發(fā)育相對(duì)較少[6，14]（圖2），零星分布在渤海西北部、海南島東部和臺(tái)灣西南部海岸.在早期的研究中，障壁島體系稱為沙壩—潟湖體系，常見(jiàn)于我國(guó)廣東、廣西、臺(tái)灣、山東和河北等沿岸[44-45].山東半島海岸潟湖成因的三種模式：橫向泥沙輸送，縱向泥沙搬運(yùn)，橫縱沙源共同作用[46]；沙壩沉積具有典型海退層序，其發(fā)育受控于泥沙供給[47-48].也有學(xué)者提出，冰后海侵時(shí)期，不斷向陸遷移的古濱岸沙是現(xiàn)代沙壩的基礎(chǔ)，海平面變化控制潟湖-沙壩的海進(jìn)-海退地層轉(zhuǎn)換，而海岸地形、沉積物供給和風(fēng)暴潮也有一定影響[44，47，49].此外，粵東碣石灣潟湖沉積研究發(fā)現(xiàn)，潮汐和波浪作用控制地貌演變，人類活動(dòng)影響地形變化[50].因此，我國(guó)沙壩—潟湖海岸有多種成因，很難將不同區(qū)域海岸的演化統(tǒng)一為單一模式[51].

目前，我國(guó)障壁島研究主要集中在渤海西北岸的灤河口障壁島[7，52-54].渤海灤河三角洲障壁島原是我國(guó)發(fā)育最典型的障壁體系.然而，20世紀(jì)80年代以來(lái)，流域水利工程建設(shè)引起灤河入海輸沙量銳減，同時(shí)，海岸工程不合理開(kāi)發(fā)導(dǎo)致河口障壁島岸線的嚴(yán)重侵蝕（后退速率高達(dá)0.5 m/a），潟湖萎縮（最高速率為1～2 m/a），外側(cè)障壁島鏈破壞嚴(yán)重[52].曹妃甸障壁后潟湖造陸后，原來(lái)潮汐通道被封閉，導(dǎo)致老龍溝淤塞，天然良港已不復(fù)存在[55].近年來(lái)，人類活動(dòng)和風(fēng)暴潮作用對(duì)灤河三角洲障壁島演化的影響不斷增強(qiáng)[7].

前期工作發(fā)現(xiàn)，我國(guó)廣東省粵東地區(qū)韓江三角洲蓮陽(yáng)河河口發(fā)育了一套典型障壁島沉積體系（圖3）.目前，韓江三角洲研究多集中三角洲平原地層分布和沉積模式[56-60]，而該障壁島體系相關(guān)成因未見(jiàn)報(bào)道.由于蓮陽(yáng)河河口海岸目前是韓江三角洲最典型的自然海岸之一（圖3），被汕頭市列為“河段保護(hù)范圍”，幾乎未受到人為直接改造，很好地保持了障壁島自然發(fā)育特征.

韓江三角洲地貌研究表明，平原的上游以河流作用為主，形成天然堤、決口扇、沼澤洼地等沖積特征的建設(shè)性三角洲；下游海洋（波浪作用）動(dòng)力較強(qiáng)，形成沙堤—潟湖為特征的破壞性三角洲[57].同時(shí)，與多數(shù)三角洲障壁島不同的是，韓江三角洲障壁島風(fēng)成沉積顯著，大量風(fēng)成沙丘發(fā)育.河口障壁沉積地貌具有典型的風(fēng)成沉積特征，障壁坪表現(xiàn)出典型的向陸風(fēng)成沉積特征.因此，風(fēng)成沉積是韓江三角洲障壁體系演化的一個(gè)不可忽略的要素.

基于先期衛(wèi)星遙感影像（1986-2021）和野外地質(zhì)考察，初步判斷韓江三角洲河口障壁沉積體系形成于1988～1990年間三角洲前緣的臨濱砂席，隨海平面上升和人類活動(dòng)影響，分別發(fā)育為灣口障壁、沙嘴、障壁島（鏈）不同地貌類型，最后臨濱向陸遷移，在2000年之后，障壁島沉積體系基本穩(wěn)定，緩慢向陸遷移形成目前形態(tài)（圖3）.

圖3 韓江三角洲河口障壁島及岸線變遷

綜上所述，障壁島由于其特殊的地理位置和地貌特征，以及現(xiàn)代障壁島顯著的人類活動(dòng)和自然演化的雙重驅(qū)動(dòng)屬性，是國(guó)際河口海岸沉積過(guò)程和環(huán)境演變研究的熱點(diǎn)之一.目前，日益強(qiáng)烈的人類活動(dòng)嚴(yán)重影響了我國(guó)障壁島的地貌形態(tài)及沉積環(huán)境，一定程度上威脅到海岸帶的生態(tài)環(huán)境，且相關(guān)研究薄弱.因此，在全球變暖、海平面持續(xù)上升的背景下，以韓江三角洲障壁島及其河口作為研究區(qū)，開(kāi)展的障壁島成因及其環(huán)境演化研究，對(duì)比國(guó)內(nèi)外典型三角洲障壁島沉積體系演變，探討沉積模式轉(zhuǎn)變觸發(fā)機(jī)制，豐富和完善三角洲沉積模式，進(jìn)行10～100年不同時(shí)間尺度三角洲岸線和障壁島演化預(yù)測(cè)，以及探討我國(guó)三角洲河口海岸可持續(xù)發(fā)展具有積極的理論和現(xiàn)實(shí)意義.

4 結(jié)論

障壁沉積體系是平行海岸的沙礫島嶼，包括障壁島、潟湖、潮汐通道、潮汐三角洲、臨濱、障壁臺(tái)地和陸地，障壁島是障壁體系的核心單元.全球障壁島分布差異明顯，主要分布在后緣拖曳板塊海岸，而碰撞板塊邊緣和邊緣海海岸也有分布.全球障壁島總數(shù)約有1 500個(gè)，總長(zhǎng)達(dá)到15 100 km，占海岸線的6.5%.障壁島沉積研究具有明顯的階段性，依次從障壁島的定義、形成和演化機(jī)制、系統(tǒng)分類等研究，一直到目前的研究熱點(diǎn)，即人類活動(dòng)和極端天氣對(duì)障壁島的影響等.我國(guó)障壁島分布較少，破壞嚴(yán)重，且研究薄弱.韓江三角洲障壁島是在全球變暖、海平面持續(xù)緩慢上升的背景下，由人類活動(dòng)和自然過(guò)程共同作用下形成，因此開(kāi)展其成因及環(huán)境演化研究，對(duì)豐富和完善三角洲沉積模式、進(jìn)行岸線和障壁島演化預(yù)測(cè)，以及探討我國(guó)三角洲河口海岸可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.