欧洲大西洋及北海南部海岸全新世泥滩沼泽沉积序列‘

欧洲大西洋及北海南部海岸全新世泥滩沼泽沉积序列‘ 欧洲大西洋及北海南部海岸全新世泥滩沼 泽沉积序列‘ ISSN1009—2722MarineGeologyLetters海洋地质动态 欧洲大西洋及北海南部海岸全新世泥滩沼泽沉积 序列 AlienJRL 1全新世 Godwin(1943)早期对广泛分布于欧洲西 北部海岸中一晚全新世夹层泥炭的观测表明, 上述因子和过程(包括一些区域的显着性)已完 成对整个研究区相似地层序列的塑造.仅在主 要的潮沟和海岸离岸砂坝发育处或相对海平面 下降的稳定期的结果有明显的偏差. 通常,海岸沼泽全新世地层层序分4层. 但是在一个单独系统中,源于当地至区域尺度 作用因素的横向沉积相变化能使正常流程变得 复杂.层序开始于被气候,土壤改造过基 岩(岩床,更新世沉积)之上的基部泥炭.在泥 炭之上是淤泥和当地在全新世早期海面相当快 速上升时期形成的砂质沉积.再往上是淤泥和 泥炭夹层组成的层耦序列,其放射性碳同位元 素的年代跨越了公元前6000,2500a.泥炭 层数随环境而变,坚实层有可能在5层以上出 现.在基面上升的地方,一层泥炭夹层可能变 成一层基部泥炭,通常是向内陆方向.全新世 晚期淤泥层通常有几米厚.在DeSmet (1960)早期在德国南部工作的基础上,Strei{ (1971,1972)对德国西北部海岸系列特征进行 的细致研究具有代表性.相似的层序在德国海 岸的其他地方也有出现,还能在荷兰,比利时, 法国海岸见到.英国南部许多海岸低地有相似 的发育记录,例如LincolnshireOutmarsh, Fenland,ThamesEstuary沼泽,以及Seven EstuaryLevels. 2地层变形和转置 这些和另一些全新世海岸地层的例子,表 明沉积物自压实作用在海岸沼泽地貌形态动力 学(所有时间尺度上)中占有主要地位.尽管这 些案例中,可能所有淤泥一泥炭接触处都是年 序堆积层,仅在公里至几十公里尺度上,其穿时 性通常检测为一致,然而却不足以解释基底层 随海拔高度变化的范围.在此尺度上,沉积的 基底层(除去古潮沟充填物)水平和平坦.当前 的几何学特征(明显压实作用后形成的)是沉积 形态变形.此外,除了从基岩发育而来的层(可 假定为稳定且不被压缩)之外,其他的层还从自 身沉积位置处继续向下移位.因此,由于自压 实作用,层中的每种元素在纯剪力和普通剪力 作用下经历平移和旋转.蕴涵累积应力充分大 时,多种外延构造,包括节理,处延断层,断裂和 泥沙贯入都可能出现,如在基岩表面陡峭的坡 面或不平坦的地方. 方程(1)用于产生模拟的全新世海岸层序, 以弄清白压实作用的总体效应. T一(To—i)一exp(忌H)+i(1) 其中,指元素减小的渐进最小厚度;k (m)指经验压缩系数,视作恒定. 另一个模拟为进一步讨论提供了基础.在 此之前海平面以1.5×10m/a的稳定速度上 升,产生了容纳空间.以前用于泥炭的/ 经验值和压缩率k经验值分别为0.22和 0.537m_.,代表有机质沼泽;用于淤泥的值 (0.65,0.0361m)代表矿物质沼泽(Seven EstuaryLevels数据).沉积作用最多持续 第2O卷第5期欧洲大西洋及北海南部海岸全新世泥滩沼泽沉积序列 8000a,海平面上升数米时岩性发生变化(667 a).自下而上最厚的层序由基部泥炭(667a), 淤泥(1333a),泥炭夹层(1333a),淤泥(1333 a),泥炭夹层(2000a)和淤泥(1333a)组成. 在有沟谷和丘陵的基岩(稳定且不可压缩)上可 以堆积.岩石边界是等时的,等时线每667a 出现1次.全部或部分构成基部的泥炭取决于 它们的年代和当地基岩的高度.方程(2)包含 着沉积速率增加因子(DEF)的代表性特征. ASi+AS1}?P+?E,—— 一 下— AE为在一个合适时间增量中,沼泽表面 相对于潮汐结构变化的海拔高度变化;?Si为 矿物质沉积物增加的厚度;AS为本地生物物 质堆积增加的高度;AM为平均相对海平面变 化(上升运动视为正);?P为指定的稳定不可 压缩基岩上沉积体自压实作用引起的高度变 化. 总的来说,沉积层变厚时DEF也增加,因 为自压实是连续的,累进的,但是高度压缩的泥 炭和几乎不可压缩的淤泥在行为上有很大不 同.所有泥炭,无论地层还是夹层,其DEF值 快速向上增长可达2.35.但底层淤泥的DEF 值仅稍大于1,并且向上增长得也很和缓.因 为夹层淤泥紧邻高度压缩的泥炭,受逐渐上升 趋势放缓的影响,其起始DEF值较大.如果淤 泥持续沉积时间约为上述泥炭的两倍,低值可 能完全恢复正常. 地形倒置也可能出现.铁器时代建筑位于 高位沼泽泥炭之上,它在当时能建立在随处可 见的,略低的矿物质沼泽泥炭的圆丘上,其中潮 沟网络已经开始发育.人类活动引起地形倒置 在英吉利海峡海岸的Romney沼泽较为典型. 在Cheyne最终的高位沼 直到约90000a前, 泽沉积相中有很厚的晚更新世泥炭堆积,那时 的堆积位置可能高于周围环境,被圈围在海堤 以内.目前圈地的高程为2in,是整个区域最 低处之一.尽管远离海岸影响,荷兰Kenner— merland一处固定的全新世景观由于自压实作 用而部分压缩和变形. 某些自压实的结果以及受泥炭表层地形影 响的可能性表明,利用全新世地层和湿地考古 精确重建过去的海岸景观(地形和环境)是一种 挑战.地形精度不能单靠有孔虫和硅藻分析来 实现,因为它们仅能反映相对于潮汐水位变化 的位置.在Pizzuto等人的方法和方程(1)这 个简单模型的基础上得出的结果(至少是粗略 的)和观测紧密联系,也可能是合适的.但从实 际来讲,由于合理的采样机会一般有限,利用 种,属的地学技术指标特征值的可能是必 要的. 3显着的海面变化 用沉积物堆积平均速率作替换,通过英国 全新世海岸序列(包括放射性碳测定年代的海 进,海退交叠期泥炭)计算出中长期相对海平面 上升的速率.这种估算能在岩石基底和地层尺 度范围内使用,每种尺度都有不同的意义. Shennan在岩石或层耦下部基底估算平均相对 海平面上升速率,并区分泥炭和淤泥,基底层和 夹层.平均在百,千年尺度上,放射性碳的计 算误差可能会给估算速率导入很多不确定性. 近似准确的长时期平均速率能通过区分淤泥一 其方法是利用最 泥炭层耦的地层厚度而获得, 低和最高地层之间的年代差异.现在的相关时 间跨度通常是几千年.这种速率是合理精确 的,因为它涵盖了许多海平面波动的暗含趋势, 快速泥炭压缩效应被淤泥上DEF大值所补偿. 据Shennan(1995)的分析,平均速率随基 底泥炭(有机质盐沼),夹层泥炭(有机质盐沼) 及淤泥(矿物质盐沼/高位泥炭)厚度的增加而 增加.淤泥的最大速率被发现与层厚底有关, 具有最小速率的基底泥炭大体上比夹层要薄 些. 这些速率有明确的值.参见方程(3): ?E=aSi+aS.一?M一?P(3) 自压实在层序形成过程中持续作用,意味 着其增长速率不能准确替代海平面上升速率. 自压实效应甚至使单层水平上的替换都不能令 MarineGeologyLetters海洋地质动态2004年5月 人满意.由于泥炭被高度压缩,利用其在埋藏 之后保持的厚度做替换,可能会低估特殊时间 跨度上海平面上升的平均速率.在海平面上升 速率稳定条件下,利用方程(1)试验模拟全新世 尺度淤泥一泥炭层序已经很成熟.所有泥炭表 现的速率均比稳定速率小,一些给出的值也仅 相当于真实图形的1/3.与此对比,不易压缩 的淤泥受制于大的DEF值和方程(2),如果这 些淤泥直接紧邻仍处于压缩状态的泥炭,则会 导致速率增加2,3倍.更薄的,埋藏得更深 的层具有较小速率.在所有试验岩石学的例子 正如Shen— 中,速率随层厚度增长有一种趋势, nan(1995)观测的那样.其次,环境因素在 Shennan的类型和趋势中有重要贡献.为了说 明这一点,利用前面的不稳定模型模拟地层序 列中随机选取的层.夹层泥炭形成是薄的,缓 慢的,而淤泥堆积是厚的,快速的.但海平面变 化的瞬时速率在泥炭和淤泥时期非常一致.因 此,直到这些不同的影响被很好地定义和理解, 试图界定相对平均海平面上升速率的做法可能 还是不成熟的.Shennan(1995)指出,平均海 平面上升速率可能成为控制海岸湿地行为的地 貌阈值. 自压实作用引起的显着地层变形和转置使 得在解释海进,海退时期海平面曲线(基于放射 性碳测年的泥炭)时需要谨慎.一些指示点(尤 其是海进期)因为自压实作用,可能现在位于其 初始堆积高度以下3,4m.其海平面曲线指 示的年代一高度平面可能比真实位置低.作为 可能效应的图解,其提供了模拟自压实层序(利 用方程(1))的海平面曲线.进一步说,因为自 压实作用范围通常在地层体上部会有所减小, 曲线中暗含的海平面运动趋势将包含差异性形 变.但是如果为解压缩层序而建立的应用数字 模型能够得到改进和应用,海平面曲线(基于泥 炭)可能会得到有效改进. 李杨帆编译自《QuaternaryScience Reviews}},2000,No.19, l2O5,12lO