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淤泥质海岸带研究的意义(序言)

王颖, 王宏

王颖, 王宏. 2016: 淤泥质海岸带研究的意义(序言). 地质通报, 35(10): 1-4. DOI: 10.12097/gbc.dztb-35-10-1
引用本文: 王颖, 王宏. 2016: 淤泥质海岸带研究的意义(序言). 地质通报, 35(10): 1-4. DOI: 10.12097/gbc.dztb-35-10-1

淤泥质海岸带研究的意义(序言)

详细信息
    作者简介:

    王颖,南京大学教授,中国科学院院士

    王宏,中国地质调查局天津地质调查中心研究员

  • 本专辑除长江口外海底现代沉积速率论文外,其余全部是中国地质调查局淤泥质海岸带地质调查项目成果的集成。

    ① 中国地质调杳局“长江三角洲海岸带综合地质调杳与监测(上海海岸带)”项目,2012—2015年.

    ② 中国地质调杳局“中国第四纪地质环境演化及近现代过程研究”项目,2011—2014年.

    中国18000km长的大陆岸线中,约4000km是淤泥质岸线,包括淤泥质平原海岸线与港湾淤泥质海岸线,均与河海交互作用的形成过程有关。本研究涉及的淤泥质平原海岸带由三部分组成:沿海低地,向陆可至晚更新世晚期或全新世海侵最大边界处;潮间带;水下岸坡与坏天气浪基面以上的毗邻浅海区,总面积30×104~40×104km2。淤泥质潮间带在渤海、黄海、东海宽度 3~18km,总面积至少2×104km2。淤泥质海岸带人口密度大、经济发达。中国三大经济区一珠三角-广州、长三角-上海-苏北、京津冀协同区-天津的大部分或一部分沿海平原为淤泥质海岸带地区。

    ③ 仟美锷,苏纪兰主编.中国科学院院士咨询报告.北京:科学出版社,1994.

    ④ Healy T, Wang Y, Healy J A. Muddy Coasts of the World: Processes, Deposits and Function. Elsevier, 2002.

    2013年5月,全球大气层CO2浓度达到400×10-6。而上一次是在3Ma前,当时全球气温比19 世纪中叶丁业革命前高2~3℃,海面推测比现在高25±5m。2100年,CO2可能达到1000×10-6,上一次这个浓度还是50Ma前的早始新世,当时全球无冰。过去数百万年的第四纪时期,随着冰期一间冰期的转换,海面在-130~+10m之间波动。中晚更新世5个冰期一间冰期旋回中,O同位素11阶段间冰期(411~401ka BP)温度比丁业革命前高1.5~2.0C,海面比现在高6~15m;MIS 5e(末次间冰期,130~115ka BP)温度比工业革命前高1±0.5C,海面比现在高6~9m。研究与21世纪气温相似的以往间冰期的海面变化,对今后平原海岸海面上升预测具有极为重要的意义。本专辑中有关第2海相层的研究即属于相关探索。全球气候的突然变化和海面的快速上升,对淤泥质海岸带的影响巨大。对8.2ka事件、4.2ka事件的海面加速上升或沉积环境剧变响应,本专辑也做了相关研究。

    晚更新世以来,特别是近20ka以来末次冰盛期低海面—海面上升—全新世海侵与河流加积相互作用—海水退出—沿海平原的出现,构成了中国淤泥质平原海岸带的基本轮廓。查明这一复杂过程中的沉积物构成、海陆转换、海面升降、岸线进退及人类活动(向沿海的推进与中断),是长期研究的目标。本专辑的大部分论文,从岩石与沉积地层学、多门类微体古生物地层学、年代地层学等不同侧面反映了这一研究过程。

    淤泥质岸段与砂砾质、基岩质岸段相比,地质、生态环境通常更脆弱,无论是自然因素的自身变化亦或人类活动干扰,均可对该类岸段产生明显影响。在自然与人为因素的共同作用下,淤泥质海岸带正面临着不断加剧的地质灾害(如风暴潮、地面沉降、盐渍化、岸线蚀淤等)。特别是大规模抽取地下水、围海造陆等人类活动,轻易地改变着原本需要数十年、数百年或数千年,甚至更

    长的自然进程所塑造的淤泥质海岸带的自然状态,引发岸线侵蚀、沿海低地地面下沉、潜水位向陆倾斜、风暴潮与内涝致灾危险增加等,凸显人与自然相互影响的现代地质过程的复杂性和不确定性。本专辑有多篇论文涉及淤泥质海岸带的现代过程,包括围海造陆对岸线的改造与今后岸线保护的建议、河口-潮间带与浅海区海底年轻沉积物测年、风暴潮漫滩数值模拟、岸线高程航空激光测量、地面沉降与地下潜水位现状等。

    联合国政府间气候变化专门委员会于2013年发布的IPCCAR5最新研究报告预测,21世纪末全球海面上升将达到0.52~0.98m。这被普遍认为是偏保守的预测,更有研究者将2100年海面上升量预测为1.5~2m。据海岸带地质学家的研究,英国政府提出了 21世纪海面上升的极端预测方案(H++,High-plus-plus)是93~190cm。最近,数个国际研究小组发表了近2000a来、近200a 来海面变化的厘米、甚至毫米级精细的结果。所有这些前沿成果,均基于扎实的基础研究,包括: ①思路设计;②野外调查与研究(GPS和潮汐水位测量,高精度AMS 14C、OSL和137Cs、210Pb测年, 微量元素、有孔虫、硅藻、介形虫、软体动物、有壳变形虫、孢粉和炭屑分析,Pb同位素时标(及其他时标)的确定、稳定同位素研究,烧失量、粒度分析等)建立转换函数和经贝叶斯数理统计等方法对海量原始数据的取舍等;模型研究(包括地壳因冰、水负载变化导致的均衡补偿模型的建立与经高质量实测数据验证、修正后的不断完善)。基于一流的基础研究,国外同行得以参与国家海面公报的撰写,为政府提供可靠的海岸带开发与保护的基础地学数据和建议。

    中国的淤泥质海岸带地质学已经历了半个多世纪的成长历程。20世纪50年代末扩建中的天津新港面临着建成后是否会迅速回淤的困惑。当年的海岸带动力、地貌与沉积调查研究,得出科学结论:现代黄河泥砂北上止于歧口、滦河泥砂南下不越过曹妃甸,新港回淤泥砂主要来自大沽坝及港区周围浅滩;采用完善与延长航道两侧防波堤至深水域,减轻了新港回淤,为天津新港扩建发展提供重要的科学依据。同样,20世纪60年代对渤海湾淤泥质潮滩海岸断面的多年定位观测研究,确立了的滩面微地貌分带性、贝壳堤分布与组合型式反映海岸蚀淤趋势等基本概念,沿用至今。20世纪70年代末一80年代以来,淤泥质海岸带地质研究又取得了长足的进展,涉及地层与沉积相、河海交互作用及贝壳堤、牡蛎礁等特殊地质体记录的海岸环境变化等成果大量涌现。改革开放以来,一批涉及淤泥质海岸带的综述性专著,如《海平面上升对中国三角洲地区的影响及对策》、“Definition, properties, and classification of muddy coasts ”、《中国区域海洋学》、《中国海洋地理》、《海岸海洋科学》等,全面提升了淤泥质海岸带地质学的研究程度。近年来,在诸如海面变化等专门领域,又有了新的阶段性进展,反映了当前国内海面变化研究的现状。

    ⑤ 工颖主编.中国区域海洋学.北京:海洋出版社,2012.

    ⑥ 工颖,刘瑞玉,苏纪兰主编.中国海洋地理.北京:科学出版社,2013.

    ⑦ 工颖主编.海岸海洋科学.北京:科学出版社,2016.

    ⑧ “全新世海平面变化研究”专辑.第四纪研究,2015,35(2):243-432.

    但毋庸讳言,中国在一些方面仍相对滞后。例如,在研究、制定中国沿海重要经济区带应对21世纪海面变化的对策时,必须了解当代与地质历史时期的海面上升资料,并据此对21世纪趋势变化给予定量预测。目前,中国是依据沿海台站记录及国家海洋局提供的现代海面变化的年度公报,尚缺少从地质学角度对今后趋势的预测研究。直至目前,尚无针对中国大陆18000km海岸线及重要淤泥质平原岸段(如辽东湾、渤海湾、黄河三角洲、苏北平原、长三角与珠三角等)的晚更新世一全新世海面变化新一轮系统集成数据,以及各相应岸段经地壳均衡调整、构造活动等局地因素系统校正后的海面变化曲线、模型、机理解释等。以致于近年来陆续出版的海岸带经济区带的各类环境地质图集中,多缺少这一部分内容。相关应用与基础研究,大多未能形成宏观政策的支柱。这一现状,是中国沿海地区可持续发展的隐患。邻近的马来西亚,虽然海岸线较短,却已意识到这一点的潜在重要性,近年来邀请香港大学重建全新世海面变化历史,确定冰川均衡调整造成的马来半岛东、西两侧海面上升的不同速率,从而进一步为海岸带开发利用(若开凿马来半岛地峡运河)提供基础地学数据。还有2个国际研究小组利用我们的实际观测数据做了包括中国海岸带在内的东亚晚更新世一全新世海面变化和对模型的校验研究。相比之下,我们仍缺少宏观、大局的高水平综合研究成果。

    鉴于当前的大规模开发已极大地改变了中国淤泥质海岸带的自然地质环境条件,提出“新海陆过渡带”概念,用以表征淤泥质海岸带平原及毗邻潮间带-浅海区的地质环境现状与发展变化趋势。

    “新海陆过渡带”向海一侧(原平均大潮高潮岸线以下的潮间带-浅海区)围海造陆区块、沿海高速公路、沿海狭长城镇与新丁业布局带的出现带来的新问题,包括岸线与滩面蚀淤,造陆区块及其前端和相邻浅海区海底稳定性(下沉、坍塌及水平侧向滑动)以及水流(潮流、沿岸流和波浪)影响(例如对堤坝的淘蚀)构造稳定性问题;风暴潮极端高水位(极端水头高度、强度与发生频率)及丁程设防问题,以及毗邻浅海区沉积与水动力的重新调整(例如导致海底沉积物组成变化)、趋势等。

    “新海陆过渡带”向陆一侧(沿海低地):地面下沉与构造活动问题,围海造陆区块阻隔导致地下潜水位面向陆反倾,地下水漏斗及土体、表层水体盐渍化,以及因城镇化和围海造陆造成的原沿海低地的荒废或无序开发现象等。

    我们建议,以海岸带地质调查为基础,今后亟应进一步加强围绕全球变化和海面上升对海岸带中尺度(数十年-百年)可持续发展与安全影响的基础研究,其内容涉及:淤泥质海岸带晚更新世以来地质环境演化研究:包括地层、地质结构与构造活动背景与现状,诸如第2海相层时空分布的判定及当时的相对海面高度这样的一批热点及难点问题;海面变化基础理论研究:包括全新世海面标志点、相对海面变化、虹吸作用、均衡补偿(远区大陆边缘的杠杆效应)及水动型海面变化曲线等;全球突发地质事件的海岸带记录研究:8.2ka、4.2ka事件及“西汉海侵”事件的存在及对海岸带的影响;海岸带现代地质过程研究:现代沉积与年代学、微地貌学,作为诱发因素的现代海面上升对风暴潮频率与强度、潮差变化的影响等;中国淤泥质海岸带(至少是其典型区段)21世纪变化趋势的系统预测数学模型的建立,以及在此基础上的高水平综合报告与图集的编研等。

    1953年荷兰南部特大风暴潮夺去了 1836人的生命。自那次事件后,荷兰人民积60余年的努力,建成了堪称一流的抵御海洋灾害的系统丁程(荷兰在数十年前已将重要岸段防浪堤设定至可防10000年一遇风暴浪的高度)。在这一过程中,荷兰海岸带地质学界为国家政策的制定和实行, 提供了必不可少的基础地学支撑,做出了卓越贡献,其自身水平也获得了极大的提升。近年来, 荷兰又开始了对21世纪海面上升背景下的5m极端高水位的丁程方案的预研究。这也正是我们今后努力的方向。

    早在2004年10月天津塘沽的“海岸带地质环境与城市发展”学术会议时,《地质通报》编辑部刘志刚主编就建议尽快组织海岸带论文专辑。嗣后,虽曾4次以海岸带专题在《地质通报》刊发论文,但“海岸带论文专辑”是在时隔12年后才能集成出版,反映出基础研究的审慎与积累过程。谨此,向专辑的作者们表示祝贺与敬意,并期待着新一轮成果。更希望年轻的作者们秉持认真求实的精神,亲身实践,为推动中国淤泥质海岸带地质事业发展做出新的贡献。

    (南京大学教授,中国科学院院士)

    (中国地质调查局天津地质调查中心研究员)

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-30
  • 网络出版日期:  2023-08-16
  • 刊出日期:  2016-09-30

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