高抒

海岸與海島開發(fā)教育部重點實驗室，南京大學地理與海洋科學學院，南京 210023

河流三角洲沉積體系在資源、環(huán)境、生態(tài)、氣候變化研究中占有重要地位[1]。全球海岸線長度約為3×105km，陸架寬度全球平均約為75 km，陸架外緣處平均水深約為132 m[2]，沿岸堆積的沉積物數量巨大，主要來源于河流搬運[3-4]。每年河流搬運入海的沉積物為2.4×1010t[5]，大陸面積約為1.5×108km2，陸地剝蝕率的量級為101～103t·km-2·a-1[6]，可與沉積物入海通量相對照。

河流入海物質的去向主要是深海盆地，如孟加拉灣深海扇[7]、西非大陸邊緣的滑坡體堆積[8]。大陸坡沉積物重力流既有事件性的，也有常態(tài)性的，一些大的事件，每次可以形成101～102km3的堆積體，最大者可達103km3，相當于一條大河多年的入海物質總量[9]。海底扇體積與河流入海沉積物通量密切相關，在恒河入海處，海底重力流堆積體的規(guī)模超過107km3之巨[10]；海底扇形成的起始時間相差也很大，印度河、恒河、亞馬孫河的海底扇年齡超過20 Ma，而密西西比河的海底扇只有2.4 Ma[11]。

截留在陸架區(qū)域的沉積物所形成的單個全新世沉積體系，其規(guī)模為103km3及以下，如恒河三角洲在全新世時期圈閉的沉積物為103km3量級[12-14]，而長江河口三角洲陸地部分的全新世沉積約為400 km3[15]。陸架區(qū)域截留的沉積物，有相當大的部分是以河流三角洲的形式出現的。全球流域面積達到105～107km2量級的入海河流有20 多條，其流域面積加起來約為全球陸地面積的三分之一，入海沉積物通量占全球總量的40%[16]。所搬運的沉積物都要經過河口，但這并不意味著必然導致三角洲的形成，沉積物供給是一個必要條件，卻非充分條件。在一些較小的河流，到達河口的物質被海洋水動力如波浪和陸架環(huán)流帶離，擴散到外地，因此不能在河口附近堆積。即便是較大的河流，如果其沉積物通量遠小于所在河口灣的可容空間，也不能形成三角洲，例如澳大利亞的墨累-達令河，其流域面積超過106km2，但因沉積物輸入過少，至今尚未發(fā)育明顯的三角洲形態(tài)。

河流三角洲沉積速率通常為10-1～10-3m/a 量級，因此其沉積記錄極具研究價值[17]。全新世、更新世河流三角洲記錄被廣泛應用于氣候與海面變化、地理環(huán)境變化和生態(tài)系統(tǒng)演化研究[18-20]，而構造活躍區(qū)大陸邊緣的沉積記錄，可應用于造山運動區(qū)的熱演化、構造演化、大陸變形機理分析[21]。

現代河流三角洲因其空間資源的重要性而備受關注，相關科學問題包括三角洲發(fā)育的起始時間[22-24]、沉積地貌特征[25-27]、形成演化過程[28-29]、沉積記錄完整性[17,30]、對氣候-海面變化響應[31-32]、岸線侵蝕[33-34]、人類活動影響[35-37]等。初期的研究試圖建立三角洲的一般模式[38-39]，如密西西比河鳥足狀三角洲[40]。但很快人們從三角洲對比研究中意識到，三角洲受到入海通量、河口灣形態(tài)、河流徑流、波浪、潮汐、陸架環(huán)流、風暴事件等多個因素影響，任何一個三角洲都有其獨特的控制機制和演化路徑，因此，需要從系統(tǒng)分析入手，確定其在形態(tài)連續(xù)譜中的位置。

此外，地質歷史上也有大量的三角洲地層記錄，20 世紀30 年代開始，由于三角洲沉積的煤炭、油氣資源開發(fā)而迅速得到深入研究，其方法從地層學分析轉到沉積學分析[41]，研究的主要問題有三角洲地層的識別標志、三角洲沉積體形態(tài)、三角洲古環(huán)境恢復方法、古今三角洲對比、煤炭油氣資源潛力[26,42-45]等。

本文的目的是：（1）回顧近年來河流三角洲概念的變化，重新闡述三角洲沉積時空分布的主控因素；（2）基于物質收支控制方程，闡述三角洲演化的生長極限假設，并進行古今三角洲規(guī)模的對比；（3）從三角洲形態(tài)譜系的視角，提出需進一步研究的有關過程-產物關系、物質循環(huán)、沉積記錄形成演化、資源動態(tài)等方面的科學問題。

1 河流三角洲概念的歷史發(fā)展

在歷史文獻中，三角洲的概念曾有過一些變化。古希臘人之所以使用“Delta”這一術語來表示尼羅河三角洲，是因為其平面形態(tài)與大寫希臘字母“△”相像。19 世紀后期，美國工程師Gilbert 提出了注入湖泊的河口三角洲沉積模式[38]，但這代表無潮、淡水的環(huán)境，與海洋不同。他發(fā)現入湖水流的流速控制了沉積物堆積格局，最細的顆粒隨水流飄散到較深處堆積，砂質沉積物在河口停止運動，而洪水時的渾濁水體造成砂層之上的垂向加積。因此，三角洲沉積相由底積、前積和頂積三套物質組成，分別為泥質、砂質和泥質沉積。這一特征對于油氣資源開發(fā)很重要，因為砂層可作為油氣儲層，而上下兩邊的泥層可將儲層圈閉起來。Barrell[42]根據該理論尋找美國中西部沉積巖中的三角洲沉積相，不過他也提醒海洋環(huán)境的三角洲可能有其他的特征。

Bates[39]考慮入海河流的沉積物，試圖根據河流入海徑流及其攜帶的懸沙與海水之間的密度差異來刻畫懸沙入海后的去向。河水可以輕于或重于周邊海水，分別形成漂浮于表面的沖淡水羽狀流和運動于底部的密度流。

對于地質學家而言，地層中的三角洲沉積如何識別是一個重要問題，必須要找到簡明的判別標志，用以判斷地層記錄，否則就會失去可操作性[46]。此后的一段時間，人們對河口三角洲的地貌演化、沉積相和動力過程進行了深入研究[25,47-50]，其基本概念仍然是暗指“河口三角洲”。

較近的定義是，河流三角洲是來自流域的物質在河口附近的堆積體[27]，這一定義極為簡練。然而，如果我們在更廣的時空尺度上來看“同一河流的入海沉積物堆積體”，就會看到河流三角洲的范圍并不局限于當前或某一地點的河流，“河流三角洲是同一河流入海物質所形成的集中堆積體”的表述似乎更為準確。首先，河口的位置可能發(fā)生遷移，有的是自然因素造成的，有的是人為活動的結果。黃河三角洲目前在渤海入海，但在1128—1855 年間卻是注入黃海，在江蘇海岸帶形成了巨大的三角洲體系，而且在歷史上這樣的遷移已多次發(fā)生。其次，河流沉積物的堆積地點不一定是在河口。在地中海的波河，人們發(fā)現其懸沙入海后可被陸架流系長距離搬運，沿著內陸架形成長條帶狀堆積，全新世沉積的厚度可超過40 m，且其沉積構造以斜坡沉積（或稱為楔形體，Clinoform）為特征[51]。此后，遠離河口的陸架泥質沉積被廣泛發(fā)現，我國三大河流（長江、黃河和珠江）都有各自的遠端泥沉積。因此，人們提出這是一種獨特的“遠端泥三角洲”[52-53]。最后，海面變化可使河流沉積的位置發(fā)生變化，第四紀氣候變化引發(fā)的海面變化有20 個周期，其幅度達到102m 量級，在105a 周期之下，還有次級的變化。因此，海面變化必然使河口位置發(fā)生遷移，河口三角洲和遠端泥三角洲的位置也不會是固定的。陸架淺層地球物理探測資料表明，在陸架外緣往往有斜坡沉積，被認為是陸架邊緣三角洲，即與過去海面較低時期的河流堆積相聯系[54-56]。在陸架中部，也有過去留下的河流沉積，如黃海陸架上發(fā)現的歷史時期的斜坡層理堆積體[57]。

綜上所述，河流三角洲的范圍并不局限于當前的河口區(qū)域。在陸架也有沉積物擴散形成的堆積體，其內部構造類似于河口三角洲，并且隨著海面變化河流堆積體頻繁發(fā)生位置變化。可以說，同一條河流的三角洲堆積體必然構成一個復雜的沉積體系。

2 河流三角洲構成的重新思考

2.1 河口陸上與水下三角洲

與經典的尼羅河三角洲相比，河口三角洲的形態(tài)各異，每一個河口都有自己的獨特性。為了刻畫河口三角洲的特性，研究者們提出了一個分類方案[26,48,58]，即按照水動力條件劃分出三種端元類型，即浪控、潮控、河控三角洲，其主要的動力過程分別與波浪、潮汐和河流徑流相聯系。河控三角洲受到淡水徑流的明顯影響，形成鳥足狀瓣狀體、天然堤、河漫灘等堆積體。潮控三角洲有潮汐特征的沉積，如潮灘和潮流脊。浪控三角洲以波浪作用下形成的地貌為特征，如河口沙嘴、砂礫質海灘、灘脊平原、水下沙壩、風成沙丘等。

在三端元三角洲分類圖中，河控、潮控、浪控三角洲被置于三個端元位置，三角圖的中部有各種過渡類型，即受到不同程度的波浪、潮流、徑流影響的三角洲類型。當然，也可以用平面坐標法進行分類，例如以波能（波高）為橫坐標，潮能（潮差）為縱坐標，可區(qū)分“潮汐為主”、“波浪為主”的類型，而潮差和波高均趨于很小的區(qū)域，屬于“徑流為主”類型。

在世界大河三角洲中，密西西比河、黃河、多瑙河三角洲是河控的，長江、恒河-布拉馬普特拉河三角洲是潮控的，尼羅河、湄公河、紅河、尼日爾河三角洲屬于過渡類型。由于波浪作用通常只作用于較小范圍，因此典型大河三角洲很少是浪控的，只有較小的三角洲，如非洲塞內加爾河三角洲[26]、巴西多西河三角洲[59]、海南島昌化江三角洲[60]等，其岸線動態(tài)是波浪作用控制的。圖1 定性地顯示我國部分三角洲在分類圖中的位置。

圖1 我國部分河流三角洲在分類三角圖中的位置1-黃河，2-遼河，3-灤河，4-廢黃河，5-長江，6-甌江，7-閩江，8-南渡江，9-昌化江，10-珠江（珠江三角洲是海灣充填形成的，但就物質輸運而言，潮流作用最為重要，因此暫歸入潮控類型，詳見下述）。Fig.1 The positions of some river deltas in China within the three end-member classification scheme 1-the Yellow, 2-Liaohe, 3-Luanhe, 4-Old Yellow, 5-Yangtze, 6-Oujiang, 7-Minjiang, 8-Nandu, 9-Changhua, and 10-Pearl rivers (Note: the Pearl Delta is formed by sediment infilling in a large embayment, but in terms of material transport, tidal current plays the most important role, so it is temporarily classified here as tide control type, see text for explanation).

上述三端元分類是一個簡明的體系，但在具體應用時還需考慮其他因素的影響。首先是沉積物供給的影響，沉積物來自流域，因此流域自然條件決定了沉積物入海通量的大小和物質組成，而這兩個因素深刻地影響著動力過程的宏觀效應。例如，在源近流短、粗粒沉積物為主的河口，即便潮差較大也不能形成潮灘，潮間帶地貌將以海灘為主，從而形成“浪控”特征。而如果入海物質粗、細顆粒都具備，則潮灘易于形成，從而表現為“潮控”特征，即便是波浪較大也不能改變。在無潮河口，豐富的細顆粒物質供給將導致“河控”，因為此時波浪能量被耗散，典型的波成地貌難以發(fā)育。

其次，沉積物供應還對應于一個臨界值，小于該值時河口環(huán)境將長期存在，三角洲發(fā)育不良。從沉積物收支的角度看，河口沉積物輸入量大于輸出量時堆積體才能形成，否則所有的物質都向海擴散，就不會有三角洲堆積了[61-63]。沉積物的輸出量決定于河口區(qū)域的潮流、波浪、陸架環(huán)流條件，也就是說，決定于水動力能量級別和陸架原始地形。一些較小的河流，由于入海通量過低，因此河口三角洲長期停留在初始階段，如鴨綠江和錢塘江河口。有些山溪性的清水小河，則根本沒有三角洲。臨界值也可以用“沉積物滯留指數”來表達[28,62]：

式中，QR為堆積于河口的部分，QS為入海物質總量。

值得指出，臨界入海通量和滯留指數均非常數，而是時間的函數，例如隨著三角洲前緣向海推進，面臨的水深增大，波浪潮流作用也發(fā)生變化，滯留指數值就下降了。數值實驗結果表明，在每年5×108t/a 的輸沙條件下，長江三角洲還能繼續(xù)向海推進，但最終受到水深、海面變化和地面沉降條件的制約，將進入不再繼續(xù)生長的階段，這時的河口三角洲達到其生長極限。

最后，時空尺度和三角洲演化的階段性也很重要。在尺度方面，處于端元狀態(tài)的河控三角洲通常僅限于中小規(guī)模的體系，而河控三角洲一般與大型河流相聯系，如密西西比河三角洲。這里有各種機理的作用，大型河流輸入的物質多，對地貌的影響大，大面積淺灘和低坡度區(qū)域的形成使波浪作用得到遏制。此外，文獻中描述的三角洲瓣體往往是河控三角洲、多口門三角洲的產物，其中河控三角洲可能有多個瓣體，如密西西比河三角洲就已被識別出6 個瓣體，它們與河道的遷移相關，每次遷移并在一處穩(wěn)定一段時間就可形成一個瓣體[64]。通常將多瓣體的三角洲稱為“三角洲復合體”，這一概念與本文所指的“三角洲體系”不同。

在演化階段性方面，河口三角洲形成初期和后期的主控因素可能會發(fā)生很大變化。以湄公河三角洲為例[65]，其頂端是海面上升之后淹沒的區(qū)域，那時陸架寬闊，水深較小，波浪作用相對微弱，因而表現為河控三角洲，沿岸有紅樹林分布，河道兩側形成天然堤和沼澤濕地。三角洲岸線向海推進近200 km 之后，前緣水深加大，陸架寬度降至10～30 km，因而波浪作用增強，沙丘、砂質海灘、灘脊等地貌廣為分布。

值得指出，即使考慮了這些因素，仍有一些三角洲難歸入這個分類體系，珠江三角洲就是如此。其獨特在于全新世高海面之后，東、西、北江三條河流注入了一個島嶼密布的大型海灣。在區(qū)域性潮汐、波浪作用下，沉積物傾向于在島嶼岸線附近堆積，并非只在口門附近堆積。經過數千年的演化，這些堆積體逐漸連成一體，而三條河流的河道則在堆積體上延伸，形成一個獨特的水網[66-67]。這樣的格局顯然不符合“河口附近堆積、向海推進、三角洲平原逐漸擴大”的模式。

此外，三角洲除被關注的陸上部分外，還有水下三角洲部分。亞馬孫河是世界著名大河，但其陸上三角洲規(guī)模較小，而水下三角洲規(guī)模很大，并且輸入海洋的細顆粒物質被沿岸長距離搬運，形成沿岸延伸的泥質沉積帶，最遠處離開河口達1 000 km[68]。輸運的水動力，既非沖淡水流，也不是波浪和潮流，而是陸架環(huán)流[69-70]。亞馬孫河的情形，應該是屬于“陸架環(huán)流控”的三角洲。長江三角洲的水下部分覆蓋面積約104km2，其前緣水深達50 m[71]。由于細顆粒沉積速率的沿程差異，水下地形逐漸發(fā)生變化。在目前演化階段，沉積速率最大的地點是口門外水深5～10 m 處，這里也是水下三角洲坡度最大的地方，從沉積物收支的角度來看也是垂向通量最大的地方。Rich[72]認為海洋環(huán)境中按照水深的不同，細顆粒沉積物堆積體應有不同的內部構造，其中斜坡層理被用來刻畫水下三角洲前緣坡度較大處形成的層理，在淺地層剖面上表現為向海傾斜的一系列疊復沉積層，代表了三角洲前緣沉積中心的位置和向海遷移的趨勢。

沉積中心所在的地方，水下三角洲的斜坡層理有兩種可能的形式，第一種是細顆粒物質的沉積中心位置不變而形成的。河口水下三角洲斜坡的范圍是坡折點到細顆粒沉積下限，坡折點處的床面高程受到水動力的限制，通常情況下是由于波浪作用的結果，這里水深變淺導致波浪底部切應力快速增大，再懸浮加強，從而阻礙沉積物向上加積。假定水下三角洲沉積中心始終位于斜坡中點，則隨著堆積的進行，該點以上坡度逐漸減小，而該點以下坡度逐漸變陡，前緣形成向海尖滅的斜坡層理（圖2）。此種堆積方式只能在一定時期發(fā)生，當沉積速率最大的地點淤長到頂部時終止。

圖2 河口水下三角洲向海尖滅、向海聚合、平行推進斜坡層理的形成演化圖示Fig.2 Diagram showing the occurrences of wedge shaped,seaward convergence and parallel beddings of the subaqueous delta, formed at different stages of morphological evolution

第二種形式對應于沉積中心的動態(tài)變化。沉積中心位于斜坡上部，因此必然隨著堆積的進行而向海遷移。由于斜坡上的沉積速率上高下低，因此上部的向海推進速率將高于下部，斜坡層理呈逐漸變陡的形態(tài)，可稱之為“向海聚合型”或“準平行推進型”；如果整個坡面的沉積速率處處相等，此時將形成向海平行推進的斜坡層理，此時的坡度不隨時間而變化（圖2）。

從懸沙沉降的角度看，沉積速率處處相同的情形不太可能發(fā)生。前述的沉積中心是與最大沉降通量相對應的，沉降通量可表示為：

式中，Fs為沉降通量，C為近底部懸沙濃度，ws為顆粒沉降速率，τ為近底部切應力，τcr為臨界切應力。由此可見，沉降通量是懸沙濃度和切應力的空間分布格局所控制的。在輸運方向上這些變量的綜合效應恰好使得沉積速率成為一個定值，與空間位置無關，這種現象即使可能發(fā)生，也應該是屬于小概率事件。

然而文獻中確實報道了平行推進形式的斜坡層理，這不是水層中懸沙沉降的產物，而是沉積物重力流產物。三角洲前緣的剖面形態(tài)在最初重力流作用下是微弱的，但隨著堆積的進行，坡度逐漸加大（圖2），懸沙沉降的堆積模式難以持續(xù)，而重力流越來越頻繁，從而改造水下三角洲的層理結構。床面蠕動、沉積物液化、水下滑坡作用可造成剖面變形[73-76]，高懸沙濃度的密度流可沿著底床運動[77]，甚至形成濁流[78]。因此，斜坡層理的形成有初期的懸沙沉降和后期的重力流兩種機制。

2.2 遠端泥

遠端泥的研究始于地中海（亞得里亞海）沿岸的波河[79-81]，其陸上和水下三角洲規(guī)模均較小，寬度小于50 km，入海沉積物大多被沿岸向東輸運，即沉積物滯留指數很低。其結果是在岸線之外的50～100 km 范圍內形成了一條細粒沉積物堆積帶，其最大厚度超過40 m，沉積中心在近岸的20～30 km處，離開河口有300～500 km 遠。這些特征可從懸沙輸運的動力過程得到解釋，細顆粒物質的沉速為10-5～10-7m/s 量級，而陸架環(huán)流的流速為10-1m/s 量級，因此在水深為101m 的環(huán)境中，顆粒沉降到底部所需的時間為10-1a，水平方向可以運動102km 的距離。如果考慮波浪引發(fā)的再懸浮，輸運到更遠之處也是可能的。經過多年研究，人們認識到遠端泥的發(fā)生具有相當大的普遍性[82]。

黃東海和南海以寬廣陸架為特征，黃河、長江、珠江的入海通量巨大，因此具有形成遠端泥的良好條件。浙閩沿岸泥質沉積是來自長江沉積物的輸運[83]。長江物質入海之后被沿岸流（本區(qū)域陸架環(huán)流特征之一）向南輸運，堆積于內陸架，最大厚度可達數十米[84-86]。此后，又對三大河流的泥質沉積進行了系統(tǒng)性研究，進一步了解了其遠端泥三角洲的性質[57,87-90]。

黃河的細顆粒物質通過渤海海峽向東輸運，在遠離河口約600 km 處的山東半島東部近岸區(qū)發(fā)生堆積，其堆積形式有兩種。第一種以山東半島東北端的泥質沉積為代表，其最大厚度超過40 m，內部的斜坡沉積可分為兩個階段，早期形成向下方聚合的斜坡層理，而后期形成平行推進的斜坡層理[87-88]。第二種以山東半島東南部的泥質沉積為代表，其形成年齡晚于第一種類型，最大厚度也達到了相近量級，而沉積形態(tài)卻表現為中心部位的向上加積和邊緣部位的斜坡沉積。

斜坡層理的兩種不同形態(tài)被認為是與不同的堆積過程有關[29]。在泥質沉積形成的初期，懸沙沉降是泥質沉積生長的方式。在同樣的流速條件下，懸沙濃度最大之處沉降通量也就最大；在沿岸流輸運的主軸上懸沙濃度最高，其下方就對應于加積最快的區(qū)域，離開主軸位置，懸沙濃度降低，垂向通量也下降，因而形成向海聚合式的斜坡沉積。隨著加積的進行，受到波浪基面的制約，近岸沉積物只有較粗的顆粒能夠堆積，而細顆粒物質則被向海輸運，堆積于波浪基面之外的地方。在大多數海岸區(qū)域，波浪基面的深度為20～30 m，這是陸架泥質沉積可能到達的高程。對于黃河遠端泥而言，情況正是如此，近岸泥質沉積的頂面約在水深30 m 處。向上的加積受到遏制，泥質沉積的進一步發(fā)展是向側翼方向，這就是泥質沉積發(fā)展的后期階段，以平行推進式的斜坡沉積為代表。這是陸架環(huán)境中的沉積物重力流的一種常見形式，其機制與水下三角洲前緣斜坡沉積相近。

在早期的沉積物重力流研究中，陸坡濁流事件受到特別的關注，而陸架的坡度較小，被認為不能形成事件式的沉積物重力流，但沉積物重力流也是存在的，只不過是以其他形式出現罷了。按照Bates[39]的理論，懸沙濃度高的河流是最可能產生密度流的地方，這在黃河口得到了證實[77]。然而高懸沙濃度的環(huán)境并不常見，在海岸和陸架環(huán)境，更為普遍的重力流是由海底再懸浮造成的[91]近底部懸沙濃度的提高，進而使深濁水體的密度高于周邊海水，于是在斜壓效應下這一渾濁水體便可作下坡運動。在陸架環(huán)境，浪流共同作用下的再懸浮可經常發(fā)生，而且臺風等極端事件也常造成規(guī)模較大的近底渾濁層。

以黃河遠端泥的模式來看待長江、珠江的遠端泥，可以清晰地看到它們遠端泥三角洲的基本特征。長江遠端泥遠離河口，最遠可到達800 km 以遠，泥質沉積的厚度可達40 m。其垂向結構顯示出與黃河遠端泥略有不同的特征[84-86]，年齡為7～2 kaBP 的一段厚度較大，斜坡沉積的形式局部也有聚合式和平行推式兩種；最近2 kaBP 內形成的一段厚度較小，且只有聚合式的斜坡層理。這種兩段式的沉積應與物源和堆積過程不同有關。2 kaBP 之前的沉積似乎應與陸架沉積的改造（即長江留在陸架上的早期沉積在海面上升過程中的改造）有關。數值模擬結果表明[92]，東海陸架在海面上升過程中出現了適應于潮流脊形成的流場環(huán)境。這表明早期泥質沉積受到改造，較粗沉積物形成潮流脊，而淘洗出來的物質可被長距離向岸搬運，并在杭州灣、浙閩沿岸等處發(fā)生堆積，浙閩沿岸泥的下段很可能就是這一過程的產物，其斜坡沉積的頂部水深較大，位于波浪基面之下，由此可以推論是由海向岸輸運物質的漸次堆積體。

珠江泥質沉積分布于珠江口兩側的廣大內陸架區(qū)域[89]，面積達8 000 km2。物源分析結果顯示該區(qū)的泥質物質更應與珠江有關，近岸陸架環(huán)流使得珠江懸沙入海后向西運動[93-94]。根據210Pb 分析結果，泥區(qū)的沉積速率為5 mm/a 量級，但泥質沉積的厚度普遍較薄，不足1 m，可見這一大面積泥質沉積的形成只是近102a 尺度上的過程[53,89]?？拷榻涌谔幱芯植磕噘|沉積較厚之處也有斜坡沉積，但遠端泥三角洲的主體部分顯然還尚未形成斜坡沉積。

依照地貌演化的階段性原理，具有不同沉積特征的黃河、長江、珠江遠端泥可解釋為不同演化階段的產物[53]（圖3）。珠江遠端泥處于幼年期，泥層薄，尚未形成斜坡層；長江泥處于壯年期，頂面高程接近于波浪基面，輻聚式斜坡層發(fā)育良好；黃河遠端泥在渤海海峽東南側的部分已進入老年期，頂面高程完全受波浪基面控制，斜坡層不僅有輻聚式的，也有平行推進式的。三大河流的遠端泥演化為何處于不同階段？這被認為是與河口灣填充過程有關[53,88]。珠江從全新世早期起注入現今河口三角洲所在的大海灣，此后持續(xù)充填這個海灣，直到近期珠江沉積物才較多地溢出河口灣，進入鄰近陸架和遠端泥沉積區(qū)。

圖3 珠江、長江、黃河遠端泥所處的不同演化階段[53]Fig.3 The distal mud deposits associated with the Pearl, Yangtze and Yellow rivers, at different stages of development[53]

在高海面時期，長江口也曾是一個巨大的河口灣，且長江中、下游地區(qū)還有大量的湖泊。長江攜帶的沉積物數量較大，但也需較長時間才能充填這些湖泊和河口灣區(qū)域。長江河口的充填過程大致到2 kaBP 才算完成[23]，此后長江懸沙能夠大量地越過河口進入陸架區(qū)，直接供給遠端泥區(qū)域；同時，浙閩沿岸河流輸入物質也成為遠端泥的物源[95]。

黃河的情況很不相同，它缺乏一個大型河口灣，沉積物從高海面時期起就開始補給至遠端泥區(qū)域。在全新世早期，遠端泥的物質供給與陸架物質改造有關，而到了6.5 kaBP，來自河口的物質經由渤海海峽搬運至此堆積，因此床面迅速淤高，形成完整的斜坡沉積序列。

2.3 陸架邊緣三角洲

第四紀海面變化的幅度與全球陸地的邊緣平均水深幾乎相同，二者之間是否存在因果關系尚待進一步探討，但可以肯定的是，海面變化對河流三角洲的時空分布變化產生極大的影響。若海面位于大陸架邊緣以下，則沉積物將直接進入陸坡區(qū)，陸架上不會有三角洲沉積。東海大陸架邊緣水深較淺，因此低海面時長江、黃河等區(qū)域性大河可能直接注入沖繩海槽，如此陸架邊緣便不能形成三角洲沉積體。另一方面，若陸架邊緣水深較大，則低海面時河流入海地點就會僅處于陸架范圍，就有可能形成三角洲沉積。此類沉積被定義為“陸架邊緣三角洲”。

根據淺地層探測和鉆孔分析，陸架邊緣三角洲在世界各地多有發(fā)現[22-24]。由于河流三角洲以斜坡沉積為特征，因此人們著重于陸架邊緣沉積中的斜坡沉積探測，果然在水深較大的陸架邊緣發(fā)現了許多此類沉積構造[96-98]。

在南海北部陸架，淺層地球物理探測揭示了多個斜坡沉積體，屬于末次低海面時期的三角洲沉積，它們相互疊置或者分布于不同的空間位置。根據層序地層學原理可以確定不同斜坡層形成的時間序列，進而分析其形成時代和對應的海面高程（相對海面）。每個斜坡體系的規(guī)模與沉積物供給條件、垂向構造運動等信息相結合，可以重建區(qū)域海面變化的歷史，識別每次海面相對穩(wěn)定時期的產物[99-100]。從三角洲的演化看，形成一個三角洲至少需要103a，因此海面穩(wěn)定時段達到這一時間長度的情況就是尋找相應堆積體所需的信息?？梢赃M一步推論的是，第四紀時期海面上升是快速的，然而海面下降卻是緩慢的、波動式的，既然如此，在下降的波動過程中，也必然會有海面穩(wěn)定一段時間的情形，那么陸架不同部位形成三角洲也是可能的。

與陸架邊緣三角洲一樣，陸架中部三角洲也含有大量環(huán)境變化信息。在以往對陸架上的斜坡沉積的解譯中，暗含的一個前提是，這些斜坡沉積都是代表了河口三角洲或其水下三角洲部分，而忽視了遠端泥三角洲的可能性。如前所述，遠端泥三角洲的頂面高程代表波浪基面，因此其位于海面之下的20～30 m 處；河口三角洲的頂面則更接近于海面。如果不能正確識別兩種類型，則所給出的斜坡沉積時間序列可能是錯誤的，后續(xù)的分析也就因此而出錯。

區(qū)別陸架斜坡沉積的類型不能僅僅依靠淺地層剖面上的形態(tài)特征，還應結合其他證據，如古河道的位置、斜坡沉積物質組成等。遠端泥沉積通常遠離河口，因此與古河道不應相聯；古河道的口門位置信息也很重要。在北半球陸架遠端泥沉積傾向于分布在河口的右側，似乎與科氏力有關，但也有反例，如韓國漢江等注入黃海后所形成的遠端泥位于河口左側，說明是受陸架環(huán)流控制的。

海面變化給出了河流三角洲的時間維度，前述代表空間維度的5 種類型的三角洲代表現狀，而與海面變化歷史相聯系的一系列三角洲體系使得三角洲沉積更加復雜化了[99-100]。以珠江為例，現代的情況較為簡單，只有一個河口三角洲和一個遠端泥三角洲，然而在末次冰期-間冰期，南海北部陸架上可能有數次海面變化事件足以形成類似的沉積，其數量可能要以101量級來計；第四紀期間有過20 次這樣的周期，因而可能形成過200～300 個三角洲堆積體。長江雖然可能缺失陸架邊緣三角洲，但高海面和陸架中部三角洲沉積絕不會缺少。

3 三角洲沉積體系演化

3.1 全新世三角洲的起始時間與演化周期

三角洲的起始時間可以從不同的時間尺度來考慮，甚至理解為其最初的歷史[101]。但海面變化使得三角洲演化出現中斷，這里所指的起始時間是與冰后期海面上升相聯系的。從全球范圍來看，根據36 個三角洲底部沉積的年齡測定結果，末次冰期以來三角洲沉積的起始時間有約2 ka 的差異[22]。密西西比河三角洲沉積始于8 kaBP[22]，湄公河[102]、紅河[103]、勒拿河[104]和尼羅河三角洲也是如此，起始于7 kaBP 的有長江[23]、恒河、湄公河[22]等，起始于6 kaBP 左右的有多瑙河三角洲[105]、韓國洛東江[106]以及地中海沿岸一些較小的三角洲[22,107]。

什么是起始時間不一致的機制？最初，相對海面變化[22]是最早被提出的。由于不同地點地面升降的差異，以及海面變化固有的區(qū)域性差異（如大地水準面變化造成的水位變化差異），同一高程的淹沒時間是不一致的。另一方面，沉積物供給因素也不可忽視[107]，而物源與海灣原始地形相結合，也可造成明顯的差異，如前述黃河、長江和珠江三角洲的對比所示。此處起始指標的定義有待于進一步討論，有些論文將海面上升后最早的沉積物的年齡為標志，而另一些研究者則提出了三角洲沉積的底界的定義。

推而廣之，遠端泥沉積也有起始時間問題[108]。遠端泥沉積特征的分析表明，起始時間差異可以非常大，如前述黃河、長江和珠江三角洲的對比所示。此外，河口三角洲與遠端泥起始時間的關系也有很大不同，兩者之間具有相對獨立性，但也可能有一定的關聯性。

三角洲的生長導致其陸地部分面積逐漸擴大，但如前所述，其生長是有極限的[28]。由于沉積物供給和水動力條件的差異，達到生長極限的時間很不相同。在瓣體尺度上，密西西比河三角洲全新世時期有過多個，每個的生長周期為600 a。全球范圍，伊洛瓦底江三角洲可能已接近于極限，而某些大型三角洲可能還處于初期階段，如亞馬孫河三角洲的水下和岸外部分規(guī)模大，但陸上部分多為沼澤和熱帶雨林，成陸面積較??；黑龍江注入鄂霍次克海，河口區(qū)為沼澤濕地，沉積物入海通量小，三角洲規(guī)模遠未充分發(fā)育。在亞洲區(qū)域，達到極限狀態(tài)時，較大河口三角洲的陸上部分面積為103～104km2量級，體積為101～103km3量級；在河流入海泥沙顯著減少的情形下，有些三角洲目前已停止生長，甚至進入蝕退階段[109]。

3.2 地層中的河流三角洲沉積

由于石油、天然氣、煤炭開采的需求，20 世紀中期的一段時期里人們深入研究了地質歷史上的三角洲沉積[44]。文獻記載的古老三角洲沉積以泥盆紀、古近紀—新近紀居多[110]，其他時期也有不少，如奧陶紀和石炭紀?？赏ㄟ^與現代三角洲的對比，建立地層中三角洲的基本樣式[44]，例如用三角洲平原相、前緣相、廢棄相（代表瓣體之間的轉換）來判定古代三角洲的堆積體[26]。在美國中西部地層中大量發(fā)現的三角洲沉積，其分布面積規(guī)模大多是103km2量級的，在相關文獻[43,45,111-117]中超過30×103km2的有5 個，其中石炭紀3 個、白堊紀1 個、古近紀—新近紀1 個，后者覆蓋面積最大，達61×103km2，超過現代三角洲中陸上部分的最大者。值得注意，由于沉積記錄可能包括一些水下部分，同時，沉積體系形成之后有可能遭受剝蝕，因此三角洲規(guī)模的古今對比不確定性很大。

4 討論

根據以上分析，河流三角洲是由河口陸上三角洲、水下三角洲、遠端泥三個部分所組成的，當海面位置固定時，三個堆積體依次發(fā)育，可見海面變化是三角洲沉積體系形成的首要控制因素。在任何海面位置下，波浪、潮汐、徑流、陸架環(huán)流、海灣過程均可形成三角洲的端元形態(tài)，并有多種可能的過渡狀態(tài)。水下三角洲、遠端泥發(fā)展到一定階段，沉積物重力流成為不可忽視的因素。三角洲體系何時開始發(fā)育、生長速率如何、演化的最終產物決定于陸架原始地形、水動力條件的河流沉積物供給。因此，可將三角洲體系的特征表述為以上因素的函數，每個因素對應于若干個變量，而每個變量都有各自的定義域。對應于一組變量及其定義域的每一種組合，都有一個特征性的沉積體系，這些沉積體系構成河流三角洲的形態(tài)譜系。這就是說，現實環(huán)境中觀察到的任何三角洲，均為該形態(tài)譜系所包含。在人工智能時代，在不同的時空分辨率上刻畫這個譜系，并非遙不可及。一旦構建完成，就可根據三角洲沉積體系的實測數據確定其在譜系中的位置，相關因素和演化過程的信息就可一并獲取。三角洲過程-產物關系非常復雜，然而形態(tài)譜系方法具有化繁為簡的潛力。

盡管如此，古老地層中的三角洲沉積的“實測數據”相對較少，如何將現代三角洲的信息用于古代三角洲的分析，例如，水下三角洲、遠端泥的斜坡層理的區(qū)分問題，仍然需要發(fā)展新的方法，建立新的判別指標?，F代沉積中，這兩類斜坡層理發(fā)生的地點、水深條件、物質組成不同，較易識別，但對于古老沉積，需要尋找周邊古河道充填沉積、頂面水深、物質來源等信息，建立相應的定量指標。這個問題對于陸架邊緣三角洲研究具有重要性，海面位置較低時，河流入海地點與各種條件相配時，其沉積產物有多種可能性，既有河口三角洲向外生長直達陸架邊緣的情形，也有遠端泥三角洲形成的可能。斜坡層理只是陸架邊緣三角洲的識別標志，它屬于水下三角洲或遠端泥，似乎尚無區(qū)分指標的報道。

河流三角洲沉積速率高，其產物是環(huán)境演化的重要信息來源。然而，由于三角洲所處環(huán)境的高度動態(tài)性，垂向上間斷往往遠大于堆積，沉積間斷是其基本特征[18]，因此任何單個地點的沉積記錄時間分辨率可能較好，但連續(xù)性、完整性欠佳。換一個角度來看，陸上三角洲、水下三角洲、遠端泥，對于一定的時段，總有某個地點的堆積與其相關，除非后期受到劇烈的侵蝕，該時段的沉積記錄很可能是存在的。因此，就三角洲沉積的整體而言，沉積記錄可能是完備的。將事件性的片斷按時間序列排列，可望恢復完整的演化歷史[17]。同期的三角洲是陸上三角洲、水下三角洲、遠端泥的復合體，不同期的三角洲沉積則包含一系列類似的復合體，構成一個更大、更復雜的高層次復合體。如果在年代-高程框架下確定該高層次復合體的分布（圖4），將有助于提高沉積記錄完整性。

圖4 年代-高程框架下的陸上三角洲、水下三角洲和遠端泥復合體分布示意圖Fig.4 Schematic diagram showing the spatial and temporal distribution of river mouth delta, subaqueous delta and distal mud systems

河流三角洲存在著生長極限，這是由沉積物收支所決定的。在晚第四紀到全新世，海面位置的變幅為102m 量級，決定可容空間大小的陸架寬度為100～102量級，大型河流的沉積物入海通量為107～109t/a 量級，水動力條件以潮流、波浪、陸架環(huán)流、淡水徑流為特征。在這些條件約束下，達到生長極限時的陸上三角洲面積為104km2量級[28,109]?，F有的信息似乎只能說明現代（全新世）三角洲的最大規(guī)模，在地球歷史上，由于沉積物收支條件的不同[118]，三角洲可能有不同的生長極限，例如，前寒武紀的三角洲規(guī)?？赡苁苤朴谳^少的物質供給，古生代、中生代的海面變化和海陸分布格局與現在差異很大，會影響三角洲的生長，而古近紀—新近紀的三角洲規(guī)模可能更加受到沉積物供給量增大的影響。如前所述，目前關于地質歷史上的三角洲沉積記錄的信息比較貧乏，應更多地加以挖掘。同時，為了回答“最大的三角洲曾經有多大”的問題，還需要獲取當時的收支條件信息，進行更為深入的沉積物收支模擬研究。

5 結論

本文回顧了河流三角洲概念的變化，闡述了不同時空尺度下的三角洲沉積體特征，并提出需進一步研究的科學問題，茲總結如下：

（1）河流三角洲是同一河流的入海物質所形成的集中堆積體，根據這一定義，由徑流、潮汐和波浪構建的三端元分類圖似乎是不完備的，河口灣形態(tài)、陸架環(huán)流和海面變化也有同等的重要性，形成海灣充填三角洲、遠端泥、陸架邊緣三角洲等端元形態(tài)。沉積物重力流也很重要。按照較多的維度來建立河流三角洲的連續(xù)譜系，有助于推進過程-產物關系研究。

（2）遠端泥是溢出河口的物質在陸架上的堆積體，陸架邊緣三角洲是海面位置較低且相對穩(wěn)定時期的產物。在斜坡沉積形態(tài)上，遠端泥頂面接近于波浪基面，而河口水下三角洲頂面接近于海面，因此可以加以區(qū)分。但地層中陸架邊緣三角洲的歸屬僅憑斜坡沉積形態(tài)難以確定，需要建立遠端泥和水下三角洲的判別指標。

（3）三角洲復合體不僅是同一海面位置下不同瓣體的疊加，而且要包含不同的相對穩(wěn)定海面時期的高海面、陸架中部和陸架邊緣三角洲堆積體。按照第四紀全球海面變化曲線，潛在的三角洲形成時期對應著數以百計的穩(wěn)定海面時期，而每個時期又可有多個瓣體，構成復雜的沉積記錄的時空分布格局。因此，沉積記錄的完整性應在此框架下重新考慮。

（4）河流三角洲存在著生長極限，在目前海面位置、陸架地形、沉積物供給和水動力條件下，達到生長極限的時間尺度為103～104a，三角洲面積可達104km2量級。但地質歷史上上述條件有很大不同，現有地層記錄中的最大面積為6×104km2，但三角洲的最大可能規(guī)模仍是一個懸而未決的問題。

致謝：感謝青島海洋地質研究所何起祥先生對海岸沉積體系研究給予的鼓勵和支持，謹以本文紀念何起祥先生。期刊編輯部和審稿專家對本文提出修改建議并提供圖件編輯幫助，謹此致謝。