（物理海洋学专业论文）广州溺谷湾形成演变的数值模拟和地貌动力学分析.pdf

摘要 本文研究的广州溺谷湾是指东起黄埔港，西至南海平地，南以市桥台地为界， 北达石门这一区域。冰后期海平面上升至这一区域时广州溺谷湾得以形成。广州 溺谷湾具有独特的地貌动力体系，并且长期以来一直能保持其活跃的水系。为了 探讨距今6 0 0 0 年以来广州溺谷湾的地貌动力演变机制，本文从地貌动力学、河 口物理海洋学、沉积学等多学科综合理论出发，探寻广州溺谷湾与珠江三角洲各 水系的之间的关系，并借助长周期演变的动力形态模型p r d l t m m ( p e a r lr i v e r d e l t al o n g - t e r mm o r p h o d y n a m i cm o d e l ) ，对广州溺谷湾的演变过程进行量化分析 与研究；特别的，从广州溺谷湾中“门 这一控制节点的动力和地形变化作为其 中的一个主要切入点，来讨论在“门”这一独特地貌单元的作用下，距今6 0 0 0 年海进盛期以来广州溺谷湾形成演变的机制。研究表明，地处珠江三角洲北部边 缘的广州溺谷湾，是珠江三角洲有机整体的一部分，它的演变过程与珠江三角洲 的水系演变有着密切关系；广州溺谷湾上游的径流和外海传入的潮流，在不同发 育阶段不同区域均有不同表现，如在石门区，在大西洋期它受芦苞水和西南涌带 来的径流影响甚为深刻，随着上游区域的充填淤积，径流作用减弱潮流作用逐渐 占优势；石门和黄埔“门 双向射流系统对广州溺谷湾的形成演变起了控制性的 作用；广州溺谷湾的沉积物来源少，西北江带来的沉积物主要沉积在石门上游区 域；由广州溺谷湾中的1 5 个钻孔资料计算出广州溺谷湾在7 5 0 0 a - - 2 5 0 0 a 的平均 沉积速率为1 0 8m m a ，相对于整个珠江三角洲的平均沉积速率2 4 2m m a 小了 很多。根据沉积环境和沉积速率的差异，广州溺谷湾可以分为3 个沉积区：射流 口沉积区，岭大台地东南侧沉积区和溺谷湾西部沉积区。总的来说，水动力活跃、 “门 的控制作用和沉积物来源少是广州溺谷湾溺谷水系得以保持的主要因素。 关键词：广州溺谷湾；石门；黄埔“门”；长周期模拟；地貌动力 a b s t r a c t t h ed r o w n e dv a l l e yo fg u a n g z h o u ( d v g ) r e g i o ns t u d i e di nt h i sp a p e rr a n g e sf r o m h u a n g p uh a r b o ri nt h ee a s tt op i n g d in a n h a ia n dw r a y a of o s h a ni nt h ew e s t i ti s c o n f i n e dw i t h i ns h i q i a om e s ai nt h es o u t ht os h i m e ni nt h en o r t h b e c a u s eo ft h e p a r t i c u l a rp h y s i o g n o m ya n dd y n a m i c a ls y s t e md v g c a nk e e pt h es h a p eo fd r o w n e d v a l l e yb a ys i n c et h el a t e s tt r a n s g r e s s i o nm a x i m u ma b o u t6 0 0 0ab pi no r d e rt o d i s c u s st h ee v o l u t i o no fd v gs i n c e6 0 0 0ab p m o r p h o d y n a m i cs e d i m e n t o l o g y , e s t u a r yp h y s i c a lo c e a n o g r a p h ya r ea p p l i e d t o s t u d yt h er e l a t i o nb e t w e e nd v g a n dp e a r lr i v e rd e l t as y s t e m ，t h ez h u j i a n gr i v e rd e l t al o n g t e r mm o r p h o d y n a m i c m o d e l ( p r d - l t m m ) i sa l s oa d o p t e df o rq u a n t i f i e da n a l y s i sh e r e e s p e c i a l l y , d y n a m i c a la n dt o p o g r a p h i cc h a n g e so ft h ec o n t r o ln o d ew h i c hi sn a m e d g a t e ( a s p e c i a lm o r p h o l o g yu n i t ) a n di t si m p a c ta r es t u d i e da sam a i na s p e c ti nt h ee v o l u t i o n m e c h a n i s mo fd v gs i n c et h el a t e s tt r a n s g r e s s i o nm a x i m u ma b o u t6 0 0 0ab p r e s u l t s o ft h er e s e a r c hi n d i c a t et h a td v gi sp a r to ft h ep e a r lr i v e rd e l t a ，i t se v o l u t i o n p r o c e s sh a sc l o s ec o n n e c t i o nt ot h ep e a r lr i v e rd e l t as y s t e me v o l u t i o n ：r u l l o f fa n d t i d a lc u r r e n tw e r em a i nd r i v i n gf o r c i n gi nt h ee v o l u t i o no fd v g h o w e v e r , c h a r a c t e r s d i f f e r e dd u r i n gp h a s e sa n di nd i f f e r e n ta r e a s ，t a k es h i m e na r e af o re x a m p l e ，r u n o f fo f l u b a o s h u ia n dx i n a n c h o n gw a st h ed o m i n a t i n gf a c t o rb e t w e e n7 5 0 0ab pt o3 0 0 0a b p , b u tw i t ht h eu p p e r r i v e rf i l l e du pg r a d u a l l yt h el u n o f fb e c a m ew e a k ，a n dt i d e c u r r e n tb e c a m e s t r o n g e r ；w h a tr e s u l t e di ns h i m e ng a t ea n dh u a n g p ug a t ew e r es t r o n g b i d i r e c t i o ni e tc u r r e n t ，a n di tp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei nt h ee v o l u t i o no fd v g ： s e d i m e n tf r o mt h ex i j i a n gr i v e ra n db e i j i a n gr i v e rm o s t l yd e p o s i t e di nt h eu p p e r r i v e r t h em e a nd e p o s i t i o nr a t eo fd v gi s1 0 8m m a w h i c hi sm u c hl e s st h a nt h e m e a nd e p o s i t i o nr a t e2 4 4 m m ao ft h ew h o l ep e a r lr i v e rd e l t a a c c o r d i n gt ot h e d e p o s i te n v i r o n m e n ta n dd e p o s i t i o nr a t e ，d v gc a nb ed i v i d e di n t ot h r e ed e p o s i ta r e a s ： ( 1 ) a r e an e a rt h e g a t e s ，( 2 ) t h ee a s t s o u t ho ft h el i n g d ap l a t f o r ma r e a ，a n d ( 3 ) t h e w e s to ft h ed r o w n e dv a l l e yb a yo fg u a n g z h o u i ns u m ，t h es t r o n gd y n a m i cf o r c i n g ， e f f e c to ft h e g a t e s ，a n dt h el a c ko fs e d i m e n ta r et h em a i nf a c t o r st ok e e pt h ea c t i v e c h a n n e lo fd v g k e y w o r d ：t h ed r o w n e dv a l l e yb a y so fg u a n g z h o u ；s h i m e ng a t e ；h u a n g p ug a t e ； l o n gt e r mn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；m o r p h o d y n a m i c s i i 第一章绪言 溺古是海滨处的河谷或山谷由于海水面上升或地壳下降时被海水淹没而形 成的狭长海湾。现今的溺谷湾大都是全新世早、中期海平面上升侵没河谷所形成 的，所以在其水下往往保留有古河道，且越向海海湾的深度越大。受地形影响溺 谷湾具有潮差大，纳潮量大，潮流势力强，湾底地形常有潮流脊发育等特点。特 别的，在河流来沙少、动力均衡的溺谷湾能较好保持溺谷形态；相反的，对于那 些河流来沙较多、动力不均衡的溺谷湾，往往是泥沙的堆积大于冲蚀，溺谷受到 充填，改变了其溺谷形态，逐渐发育成三角洲。 本文所研究的广州溺谷湾是指黄埔港向西深入广州港内港港区附近一港道 而言，它在广州市西面伸展不远，大致北达石门，西抵瓦窑，平地一带( 曾昭璇， 1 9 7 9 ) ，具体范围如图1 - 1 所示广州溺谷湾地处珠江三角洲北部边缘，它的演 变过程与珠江三角洲有着密切联系，然而又由于广州溺谷湾具有的独特地貌特征 和动力机制使得自全新世海侵以来，即使珠江三角洲大部分区域发生了沧海桑田 的巨大变化，它却少受三角洲淤积的影响，长期以来众水辐凑、保持其活跃的水 系。也由于广州溺谷湾的独特性质，地处广州溺谷湾湾头河口区的广州成为了华 南海上丝绸之路的最早始发港，并能长期保持其交通中心的地位，也造就了一个 千年古港黄埔港。 拥有如此独特地貌动力演变机制的广州溺谷湾，是一个十分理想的研究区 域。 图1 - 1广州溺谷湾区域图 1 1 研究动态及进展 1 1 1 广州溺谷湾的研究进展 前人具体针对广州溺谷湾的研究甚少，大都只是在研究整个珠江三角洲范围 的过程中涉及一些，而并未对其地貌动力演变进行过具体研究。李平日等锄从地 质地貌和沉积学角度出发探讨了广州地区第四纪地层、海水进退、古气候和古地 理环境变迁等。真正对广州溺谷湾这一区域进行研究的学者是曾昭璇“1 ，他注意 到广州溺谷湾演变的特殊性，并从地貌学和历史地貌学角度进行了具体研究。本 文首次从广州溺谷湾“门”这一独特的地貌单元出发，利用长周期动力形态模型 对广州溺谷湾地貌动力演变过程进行量化分析和研究。 i 1 2 长周期模拟研究进展 一定空间尺度地貌过程的演进是与一定的时间尺度相联系的。1 ( 图1 2 ) ，象 大尺度河口过程的长期演变趋势，涉海工程的长时间尺度环境效应等长周期的形 态演变或环境变化问题短周期模型是难以回答的，要解决此类问题必须利用相应 的长周期动力形态模型。长周期动力形态模型是一种以过程模型为主的耦合模 型，它不仅具有一般数学模型的预测能力，还有助于我们对事件发生过程的理解 2 和辨识。此类模型是建立在基本物理原理基础上的流体动力、泥沙输运及沉积侵 蚀计算，在一定控制或约减技术的导引下，可以模拟或预测较长时间尺度上的动 力地形变化。由此长周期动力形态模型的开发与应用愈来愈受国际地貌、海岸工 程、河口海岸学、地质学、海洋科学等的关注。 对于地形演变的预测模型，最早可追溯到岸线模型之类的动力模型，不过由 于非线性多尺度的动力学问题相对来说十分复杂，因此早期模型模拟的时间尺度 一般都比较短，并且只是集中在单一尺度的线性动力学领域。之后，随着应用物 理学的发展，非线性多尺度的动力学问题在很多领域上( 像气象学，海洋物理学， 结构动力学等) 得到发展和应用，海洋沉积动力学在动力地形模拟( 也是一个非 线性动力学问题) 领域也开始了深入探讨( d ev r i e n de ta l ，1 9 9 3 ) 。在极长时间 尺度( 地质时间尺度) 形态模型方面，q l l i q u e r e z 发展了一个两相岩层扩散模型 ( d i b a f i l l ，2 0 0 0 ) ，可以模拟1 0 5 年以上的象层序边晃，海岸线变迁等地层 特征。这种带有仿真泥沙输运沉积侵蚀算子的扩散模型( d i f f u s i v em o d e l ) 适合 地质年代尺度的时间平均的分散过程( d i s p e r s i v ep r o c e s s ) 的模拟( q u i q u e r e z ， 2 0 0 0 ) 。目前，以中长时间尺度( 季节年) 的动力地形模型发展最为成熟，理 论和方法也比较完善。其中，荷兰学者d ev r i e n d 的研究较为突出，自1 9 8 6 年 他提出中尺度的2 d h 海岸模型以来，先后就模型的基本概念，整合机制，模拟 理论，约减技术与方法等多方面进行了深入研究与探讨( d ev r i e n de ta l ，1 9 8 7 ， 1 9 9 1 ，1 9 9 3 ) 。在此基础上，不断有新的成果面世，v a nd ek r e e k e 采用经验关系 和混合模型预测了潮汐通道在未来1 0 年的变化( 1 9 9 6 ) ，c a y o c c a 也在这个时间 尺度上对波潮共同驱动下的a r c a c h o n 盆地的潮汐通道进行长周期变化过程模 拟；r a n a s i n g h e 等则是在更短的时间尺度上揭示了潮汐通道的季节性封闭规律 ( 1 9 9 9 ) r a k h a 等发展了一个形态模型，预测并评价了防波堤附近海滩剖面在 反射波作用下引起的泥沙侵蚀( 1 9 9 7 ) ；n i c h o l s o n 等则比较了具有同样结构( 波、 流、泥沙输运，地形更新模块) 的5 个不同动力形态模型( d h ，h r ，d h i ，s 1 陀， u l ) 对离岸防波堤的长周期影响( 1 9 9 7 ) 。纵观国际上的长周期研究，其目标主 要集中在岸线变迁，海岸剖面的平衡调整( d e a n ，1 9 9 1 ) ，潮汐通道的封闭，经 验平衡关系，海盆充填等( o b r i a n ，1 9 6 9 ：b r u u na n dg e r r i t s e m ，1 9 6 0 ：q u i q u e r e z ， 2 0 0 0 ) ，模拟的时间尺度也多在中长( 季节年) 或极长( 地质年代) 的尺度上 国内在较长时间尺度( 千年) 上的过程模型则以应用于6k ab p 珠江三角洲地形 演变的p r d l t m m ( w ue ta l ，2 0 0 2 ) 为代表。p r d l t m m 是一个以过程模型 为主的混合模型( h y b r i dm o d e l ) ，该模型在长周期计算框架中，引入特殊的控 制技术，从而保证了混合模型在处理泥沙沉积总量与空间分布的合理性。模型的 验证方法也与一般的长周期模型不尽相同。p r d l t m m 在模拟千年尺度的地形 演变上的贡献是开创性的，在时间尺度( 千年) 和空间尺度( 三角洲演变) 上都 填补了长周期过程模型的一项空白。 图1 - 2 河口海岸动力地形模拟中，不同时间尺度与对应的空阃尺度的匹配问题图中阴影区表示一定 动力过程下对应的适合的时闻尺度而空白区则表示不适当的时空尺度的匹配( 据文献【2 0 】修改) 1 2 闯题的提出 珠江三角洲是我国一个极其复杂的大尺度河口系统，发育着独特的河网体系 和河口湾“”。全新世海水迸侵，海水深入大陆，并沿古河谷深入，这时的古珠江 河口湾可分为与河流相连的半封闭浅海湾的内湾和与海洋相连的开放浅海湾的 外湾( 外湾包括了现代的伶仃洋、黄茅海以及3 0 4 0 m 等深线的浅海) ，而内湾和 外湾之间被众多的基岩丘陵和海岛阻隔，二者仅通过若干峡口相通。现今星罗棋 布在珠江三角洲平原上的台地和山丘在6 0 0 0ab p 左右的海侵盛期是浅海中散落 的大大小小的基岩岛屿，这些基岩岛屿一方面成为了古珠江河口湾的沉积核心， 另一方面也促使了三角i i i 网河的分汉，但更为重要的是它们构成了“门”这一独 特而典型的的地貌单元。内湾和外湾二者通过这些“门”而相连。而“门”及 其相连的地形边界造成强烈的双向射流，对其上、下游平原的形成又有着重要的 控制作用( 吴超羽，2 0 0 6 ) 。 自全新世海侵以来，珠江三角洲大部分区域发生了沧海桑田的巨大变化。古 4 珠江三角洲与现今的珠江三角洲大相径庭。然而地处珠江三角洲北部边缘的广州 溺谷湾却少受珠江三角洲淤积的影响，长期以来众水辐凑且基本上能保持其活跃 的水系。也得益与此，地处广州溺谷湾湾头河口区的广州就成为了华南海上丝绸 之路的最早始发港，并能长期保持其交通中心的地位；同时也造就了千年古港一 一黄埔港。 那么是什么原因使得广州溺谷湾活跃的水系特征能够保存下来呢? 为了回 答这个问题，了解广州溺谷湾的演变机制，本文从广州溺谷湾与珠江三角洲各水 系的关系出发，通过地貌动力学、河口物理海洋学、沉积学、历史地貌学等多学 科综合理论，并借助长周期演变的动力形态模型p r d l t m m ( p e a r lr i v e rd c l i a l 0 n g t e r mm o r p h o d y n a m i cm o d e l ) ，对广州溺谷湾的演变过程进行量化分析与研 究。具体开展以下内容的研究： ( 1 ) 广州溺谷湾地貌形态特征及地貌形态对动力结构的影响； ( 2 ) 从历史地貌学角度研究珠江三角洲水系变迁对广州溺谷湾发育演变的 影响； ( 3 ) 从沉积学角度研究探讨广州溺谷湾的动力沉积演变机制； ( 4 ) 应用p r d l t m m 模型反演距今6 0 0 0 a 以来广州溺谷湾的时空演变； ( 5 ) 在合理模拟的基础上，结合地貌动力学分析周围地形及水动力变化对 广州溺谷湾演变的影响，在石门、黄埔“门”双向射流影响下广州溺 谷湾的动力结构特征和动力演变机制，探讨广州溺谷湾动力演变与沉 积的互动机制，并与沉积学相互印证。 1 3 资料与方法 1 3 1 资料 1 钻孔资料 钻孔资料是分析古环境演变、重建古水深以及验证p r d l t m m 模型输出结 果的基础。课题组已搜集整理出了1 9 7 个较为详细的钻孔资料，这些钻孔资料是 恢复海侵盛期古珠江河口湾水下地形的基础。在此基础上，作者还在广州第四 纪地质( 李平日，1 9 9 1 ) 一书中搜集整理出了2 8 个钻孔资料。所有这些钻孔资 料是对p r d - l t m m ( 长周期动力一沉积一形态模型) 输出结果验证和理解广州 溺谷湾沉积动力的关键。 5 2 地形图 地形图主要为吉水下地形的重建提供山地、岛丘、台地等陆域范围的信息， 笔者主要参考了如下地形图资料：珠江三角洲地区1 ：5 万的电子地图一套，广 州地区1 ：1 0 0 0 0 的地形图1 6 张( 广东省国土局，1 9 9 6 ) ，广州市1 ：5 0 0 0 0 的地形 图1 张( 国家测绘局，1 9 9 1 ) ，珠江三角洲地区1 ：1 0 0 0 0 0 的地形图1 9 张( 中国 人民解放军总参谋部测绘局，1 9 6 8 ) ，珠江三角洲地区1 ：2 0 0 0 0 0 的地形图9 张( 中 国人民解放军总参谋部测绘局) ，珠江三角洲地区1 ：5 0 0 0 0 0 的地形图两张( 中国 人民解放军总参谋部测绘局) 。其中地形网格化是基于1 ：5 0 0 0 0 的电子地图及 1 9 幅1 ：1 0 0 0 0 0 的地形图中的1 5 幅( 三水县、广州市、增城县、高鹤县、顺德 县、太平公社、开平县、中山县、唐家公社、台山县、斗门县、澳门、广海公社、 高栏岛及万山群岛共1 5 幅) 3 海图 海域古水深的恢复则需要参考系列历史海图，及地形的近期演变。课题组收 集的主要海图有1 8 9 8 年( 1 ：1 8 5 万) 、1 9 3 6 年( 1 ：2 0 万) 的英版海图及1 9 5 4 年 ( 1 ：5 万) 、1 9 6 4 年( 1 ：5 万) 、1 9 7 4 年( 1 ：5 万) 、1 9 8 9 年( 1 ：5 万) 、1 9 9 8 年( 1 ：5 万) 等伶仃洋海区海图，其中1 8 9 8 、1 9 3 6 、1 9 5 4 年三幅图的基准面为略最低低 潮面，1 9 6 4 、1 9 7 4 、1 9 8 9 、1 9 9 8 年四幅图的基准面为理论深度基准面或理论最 低潮面；1 9 6 3 年海图珠江口附近( 1 ：1 5 万) ，1 9 7 9 年的崖门口和崖门水道两幅 ( 1 ：1 5 万) ，1 9 8 2 年的小蒲台一小襟岛一幅( 1 ：7 5 万) ，1 9 5 1 年的上川岛至大星 簪岩( 1 ：2 5 万) 。 1 3 2 研究方法 广州溺谷湾全新世以来的发育演变机制是一个包含多过程、多尺度( 时间尺 度和空间尺度) 变化的复杂体系，它是诸多因素有机结合共同作用的结果。因此， 研究其全新世以来的发育演变机制利用单一的学科或手段是不能全面的揭示其 独特的演变过程和动力机制的，必须利用多学科( 地貌动力学、物理海洋学、数 值模拟、历史地貌学、河口动力学、沉积地质、考古研究等) 、多种手段进行综 合分析才能很好的揭示其动力地貌的演变机制。 广州溺谷湾地层中保存了较多的陆海相互作用信息，应用1 4 c 测年、古生物 6 分析等技术手段从中提出古环境及沉积动力学信息，是理解溺谷湾发育演变的基 础，同时也是恢复珠江三角洲海侵盛期时的水下地形及调试验证p r d l t m m 模 型不可缺少的一环。所以利用沉积学、河口动力学的相关知识和方法是进行研究 的基础。 广州溺谷湾发育演变过程中，它的地貌影响着动力的发展变化，而动力的演 变又塑造着它的地貌，地貌和动力相互耦合过程贯穿着广州溺谷湾发育演变的全 过程。所以要了解这些过程就得需要借助物理海洋学、历史地貌学、河口动力学、 沉积地质和数值模拟等学科知识，这是进一步研究的关键。 广州地区很早就有人类活动，因此考古资料与历史文献记载也有助于我们认 识广州溺谷湾的发育演变。 特别的，数值模拟有助于我们理解研究区域演变的机制，同时也可以预测其 未来的演变趋势。区域的发育演变受诸多因素影响，过去大都从传统的沉积学方 法去进行研究，这些往往只能做定性的研究，而要从定量的角度研究区域演进的 过程及机制，则需要对该区域进行长周期演化模拟。 吴超羽及其主持的课题组开发的p r d l t m m 模型已成功的模拟了珠江三角 洲6 k ab p 以来的时空演变，并就长周期模拟方法的代表性输入条件，地形演变 方法及验证思想进行了深入探讨。前期的p r d l t m m 模型空间步长为l k m x l k m ，空间分辨率不够，古河口湾中众多的基岩小岛不能显现出来。课题组在美 国弗吉尼亚海洋研究所和美国环保总署开发的e f d c ( e n v i r o n m e n t a lf l u i d d y n a n m i c sc o d e ) 模型的基础上，结合长周期模拟技术，将其进一步开发成应用 于珠江三角洲长周期模拟的的p r d l t m m 模型，采用正交曲线网格及动边界技 术。进一步提高了空间分辨率，并且尽可能多的保留了古河口湾中的基岩小岛。 1 4 广州溺谷湾研究的科学意义 广州溺谷湾具有独特的地貌动力演变机制，是一个十分理想的研究区域。然 而过去很少有人具体针对广州溺谷湾的水动力结构和长时间尺度的沉积动力过 程进行过研究。 本文从动力地貌学、河口物理海洋学、沉积学等多学科综合理论出发，探寻 广州溺谷湾与珠江三角洲各水系之间的关系，并借助长周期演变的动力形态模型 p r d l t m m ( p e a r lr i v e rd e l t al o n g - t e r mm o r p h o d y n a m i cm o d e l ) ，对广州溺谷湾 的演变过程进行量化分析与研究；特别的，从广州溺谷湾中“门”这一控制节点 的动力和地形变化作为切入点之一，来探讨在“门”这一独特地貌单元的作用下， 7 全新世海进以来广州溺谷湾演变的机制。 总之，多学科知识的结合、长周期动力形态模型的利用、以“门”这一独特 地貌动力单元作为切入点等，成为本论文的一个特色。 通过本文的研究可以深化对广州溺谷湾全新世海进以来演变的认识。 8 第二章广州溺谷湾概况 2 1 广州溺谷湾的形成 2 1 1 构造对溺谷湾的控制作用 广州溺谷湾形成是受太平洋和印度板块作用影响，在广宁云浮隆起和河源惠 阳隆起间形成坳陷所致。其区域构造位置上处于三水断陷盆地的东端，主体构造 为东西向，其次为北西向，由白垩系地层构成的宽缓型褶皱和燕山期、喜山期形 成的断裂所组合而成陋。经过广州溺谷湾的较大断裂有西起广州附近，经黄埔附 近至罗浮山的广州一罗浮山断裂，从高鹤古劳延至广州以北，与广一从断裂相接 的古劳一广州断裂，北起黄埔附近，经化龙至番禺、黄阁的化龙一黄阁断裂( 图 2 - 1 ) ，其中广州一罗浮山断裂近东西走向，断裂倾向s ，倾角为4 5 。- 5 5 。， 古劳一广州断裂与东西成大约3 5 。角，断裂倾向阿，倾角为4 0 。一6 0 。，化龙 一黄阁断裂近南北走向，断裂倾向n e 。其中的断裂构造以三组走向的断裂最发 育，一为近东西向，二为北西或北西西向，三为北东向。它们为北西西一东西走 向的广三断裂，总体东西走向的北山断层，近东西走向的仑头断层，北西走向的 仑头断层，北东走向的官洲断层等。除了断裂构造，溺谷湾区还有保存较好的燕 山构造阶段的褶皱伽。这些地质构造的存在深刻的影响和控制了广州溺谷湾的几 何形态和发育走向。 2 1 2 全新世海侵与溺谷湾的形成 构造作用奠定了溺谷湾的地形基础，而海平面相对上升使溺谷湾得以形成和 新的地貌发育曾昭璇( 1 9 7 9 ) 研究指出广州溺谷湾前身为一广阔的古河谷。更 新世末全新世初的冰期，海面下降和地壳上升，台地面上的汉河下切，这可从溺 谷湾底部的全新世初期冲积洪积物( 中、细砂到粘土) 看出溺谷湾前身是一条下切 于市桥台地和溺谷湾北岸台地问的古谷地，因为洪积物是和珠江三角洲前缘部分 的全新世古河床相砾石，和古冲积平原相花斑状粘土层连接的；冰期后海平面上 升，上溯海水淹没汉河，形成广阔的河谷，并沉积有砂砾层。从绝对年龄来看， 广州溺谷湾形成即为全新世海面上升到今天情况时开始，即大约开始于六千年前 1 1 1 。在广州溺谷湾形成时，即产生一序列海成地貌和海相沉积物，而突出海面的 山丘台地成为溺谷湾上的小岛屿，基岩出露处形成了。丹霞地形”和。石门”等遗传 河谷地貌。 9 2 2 广州溺谷湾的地貌概况 广州溺谷湾地处珠江三角洲北部边缘，位于北纬2 3 。0 1 2 3 。1 2 、东经 1 1 3 。0 9 1 1 3 0 2 9t 之间，总面积约5 2 0k i n 2 ( 如图1 所示) 。溺谷湾北岸总体地势为 由北向南倾斜，南岸为以低丘岗地为主的市桥台地。形态上广州溺谷湾为一东西 向古海岸地貌的溺谷湾，西宽东狭，型如漏斗；溺谷湾附近地形具有低山，丘陵、 台地、平原等多种地貌类型( 如图1 - 1 、2 - 1 ) 低山、台地主要分布在溺谷湾南 北两岸，另外在溺谷湾东部黄埔段也分布着诸如岭大台地等基岩台地。溺谷湾中 的平原海拔多在5 m 以下，地势低平，主要是由北江、西江带来的河流冲积物， 以及由广州溺谷湾的海水带来的海积物，逐渐淤积而成，其海平面为沉积基面； 平原的沉积物质细小，以灰黑色淤泥和粉砂质淤泥为主，下部和中部常出现粉砂 至中细砂层，含蚝壳、蚶、蛤、有孔虫、抱球虫、咸水硅藻等海相生物化石，也 含有蚬、淡水硅藻、腐木等河口淡水生物化石【2 i 沉积层的厚度一般由台地向珠 江河床轴部增大，在台地边缘一般仅4 - 9 m ，而在珠江干流和后航道沿岸则增大 至1 2 8 m 。在径潮流相互作用下溺谷湾中的泥沙堆积方式有两种：一种是边滩发 育，沙洲并岸方式，这种方式堆积形成的平原主要分布在溺谷湾北岸和南岸；另 一种是泥沙以基岩小岛为核心沉积堆积，这种方式堆积形成的平原主要分布在溺 谷湾东部靠近黄埔段基岩岛屿相对较多的区域。 ( 1 为古劳一广州断裂；2 为广一从断裂；3 为广州一罗浮山断裂；4 为化龙一黄阁断裂) 图2 一l 广州溺谷湾山地等值线图 2 2 1 广州溺谷湾中的海成地貌 全新世以来的海进在珠江三角洲相当深入和广泛，珠江三角洲广大地区至今 已发现海蚀遗迹1 9 处( 见表2 1 ) 。在广州溺谷湾中亦有很多海成地貌，其中海崖、 海蚀平台就是主要的浪蚀地貌。最为典型的就是广州东南七星岗海蚀崖及海蚀平 台( 图2 - 2 ) 广州溺谷湾中的堆积地貌以沙堤为主。上述七星岗海蚀平台东面松 岗脚下，即有一片沙堤存在，此外，黄埔、下沙、波罗庙，沿广州河南的赤沙、 鹭江、赤岗一带及佛山石湾石头村也有沙堤记录。从这些海成地貌不仅证实了广 州溺谷湾曾经受海浪的冲击和侵蚀，同时也表明了在历史上，海水曾深入溺谷湾， 而且海阔水深，足以产生波浪冲蚀，把坚硬的砂岩侵蚀成深阔的平台和洞穴。从 这些海成地貌即反映了广州溺谷湾古海岸线的位置所在，也是研究广州溺谷湾海 陆变迁的有力证据。 图2 - 2 广州七星岗海蚀遗迹( 吴超羽摄) 1 1 答：三竺：l 一一n 叶”崎卜a2 = 譬譬= ：2 = 2 驾2 86h。皿卅骧v 餐疑恒竹恒警姐牛昌n蠡 口19“妪曝 日2露越姐 日文坦辱，晨隧巾坦世辱 g【恒姐 go恒辱，1110【髑匮融恒警姐 巨 m 恒謦姐 目旨口般西吨nl ch氧枢姐 m9豁鹅、mh氯恒姐睁 摊罂嚣嘲甲胛 9 n 恒曙 s n口c 8 一+ n 【 + 9 一 口n l t “ a n i 弧退撑 昶谨佘岫嗣 非命 隶峰锹 昶癸驰念 求露冷锄碌 永遐撑 郭露会嗣瓤匿硷目骚 采匿冷 和阻黑 滟蒜蟮撑 瓶学套鼎 姐基雅，础西黠，曝g雅 嘿基嫩 摄豫蟊骞i姐 基嫩 察基建察基鸯骧髫耆i 姐基雅，捌基赡 露基建，姐蟊刍5，瑚基鸯 姐蟊訇c，捌基建 长基赡，姬基嶷，珊基建 辱基瓣，删簦赠 姐基建，埘基鸯i 赆蘑嶷 姐基搬，k每嫩 姐睁基建，辱基雅，趔基蜓 姐牛蟊赠 姐睁基雅，熙基瓣，埘基嫩姐牛基建，辱基避，理基蝣 啦磊嫩舔 揠靼博鞍怔婚系l 求擗。卉 幕半辕惺垛乏l 姐嫂嚣捌鬏婚善l匾匈j手鸳极芸l j鼙，j匾郸、，j哥 暑匾蟪辞鞭啜 苦退廿销霸嚣肇 訇 陋暑 罢雅譬 寻n辕赠菩嚣墅 日犯扑壬h兵建怔 苜警幕悔蝣媾 稚q1国，寻蒜峨嘶隧套j子 拓冰博职博嫩怔 铎罢丌1哒嚣h稷驻鳖 越悼夤挺趟怔嫩怔 窿恒区轻瓣怔 珏删甲赣证婚系l 毯德罨魁俺 茸v 否 恒 掣永 f 目i 糟龄基牲 否e酬牛 簧 妒2 骞 斟卿基嫩嚣援日豢隧善l _ i 乙搽 2 2 2 广州溺谷湾中的海相沉积 在广州溺古湾的沉积物中有咸水中硅藻、有孔虫、海相介行虫和牡蛎壳等海 相沉积物。其中的牡蛎为潮问带环境生长的生物，在淡水中无牡蛎生长，咸淡水 交汇处适宜牡蛎生长【2 l ，故牡蛎壳堤可作为广州溺谷湾古岸线的证据。目前在广 州溺谷湾范围内已有蚝壳层发现，在黄埔、仑头有成片天然死亡的蚝壳层分布， 或呈带条状蚝壳层。特别的，在广州市区内的蚝壳层，至少已在1 1 处钻孔f 靖海 路口、大德路口、天成路、文化公园、宝源路、一德西路、西方大厦、芳村、跃 进路、光塔路、杨巷) 中发现。海成矿物海绿石亦见于溺谷湾的沉积中，分布范 围大致以自鹅潭和广州市南半部为界，反映古代溺谷湾和海浸范围相当【1 1 。 对溺谷湾中的海相沉积物的变化、分布及其组合特征，可以判别不同时期沉 积物的沉积环境。 2 3 广州溺谷湾中的台地 广州溺谷湾及其两岸广布着多级台地，这些红岩台地是由白垩系红色碎屑岩 和震旦系变质岩经第三纪更新世长期侵蚀剥蚀而成的准平原面，在更新世至全新 世上升后形成的。这些台地的地势一般起伏不大，但往往成带成片分布。在溺谷 湾水域两侧广布l o m 左右台地。诸如石门、沥浯水道等不少汉河即直接被台地挟 持着，流水切过一行石英砂岩山岗而过，即表示它们本来就是这样地流着，它们 是台地遗传下切的古汉道，即属于地形学上的遗传河谷地形。 市桥台地市桥台地位于广州溺谷湾南部，其面积约2 0 8k m 2 ，平均海拔2 6 7 m ， 其中有若干侵蚀丘陵，较高的有大乌岗( 海拔2 2 6 6 m ) 、青萝蟑( 海拔1 9 8 2 m ) 、浮 莲岗( 海拔1 1 6 6 m ) 和莲花山( 海拔1 0 5 m ) 。台地总体地势为北高南低台地可分3 级，一级为5 - 1 5 m ，主要分布在南部地区，二级为1 5 - - 4 0 m ，这级台地主要分布 在台地的中部，三级为6 t b - 8 0 m ，这级台地主要集中分布在市桥台地西南部和东 南部。 石门台地石门台地位于广州溺谷湾北部湾头，在系列的地质构造作用下，这里 的台地显得支离破碎，不过在杂乱中也有其规律一一断裂大体呈n n e s s w 走向， 台地亦呈南北向阵列排布。台地平均海拔为2 6 5 m ，较高的丘陵有展旗岗( 海拔 1 4 1 4 m ) 、沉岗( 海拔1 2 0 5 m ) 、黄子坑( 海拔1 0 4 2 m ) 岭大台地岭大台地位于广州溺谷湾中部偏东位置，台地总体地势自西向东倾 斜，台地可分为二级：一级海拔约l o m ，分布在台地西部的南石头、沙溪、康乐、 敦和、大塘和赤岗带；二级海拔约2 0 n v 左右，主要分布在台地东部的新村、台 涌、石榴岗和仑头带。 此外，在岭大台地东部的琶洲、黄埔村等地也零星散布红岩台地。变质岩台 地分布于海珠岛东南部和官洲岛一带。台地的地势一般起伏不大，但往往成片分 布。 2 4 潮汐与径流 广州溺谷湾的潮型为不正规半日潮，落潮历时大于涨潮历时，落潮流速大于 涨潮流速，前后航道平均潮差为2 m 左右，在黄埔最大潮差可达3 m 以上。上游的 流溪河的多年平均流量为5 9 4 m v s 。 2 5 气候 广州溺谷湾地区气候属南亚热带海洋性季风气候。一年内冬夏季风交替，具 有光能充裕、暖热少寒、雨量充沛等气候特点。区内年平均气温为2 1 。c 2 2 。g 年内气温最高出现于7 月8 月，最低气温在1 月，夏长冬短，夏季长达半年之久， 而冬季却只有两个月，且日平均气温多在1 0 。c 以上；年平均降水量在1 6 0 0 m m 1 9 1 x ) m m 之间，由于冬夏季风的季节交替，年内降水量变化较大，4 月9 月为多 雨季节，降雨量一般占年降雨量的8 0 以上，其中4 月6 月为前汛期，是锋面暴 雨季节，降水量占年降水量的4 0 5 0 ，7 j q 9 月为后汛期，是热带气旋暴雨 季节，降雨量占年降雨量的3 0 4 0 ，1 0 月至翌年3 月为少雨季节，降水量占 年降水量的2 0 以下 李平日等依据2 3 个钻孔约2 0 0 个岩芯样品和6 个露头剖面的2 0 个样品的孢粉 分析，以多种喜热与喜凉植物孢粉含量的比值作为温度变化的半定量指标，绘成 珠江三角洲全新世气候变化半定量曲线( 图2 - 3 ) ，并用历史时期气候记载检验了 1 4 该曲线。并指出珠江三角洲地区存在多次约1 0 0 0 年尺度的气候变化，但总的来说， 交幅不大。广州溺谷湾为珠江三角洲的一部分，其全新世以来的气候变化特征与 珠江三角洲是大体一致的。珠江三角洲地区全新世气候变化具体概括为： 全新世早期前段暖湿，后段凉干； 全新世中期前段早时( 7 5 0 0 6 5 0 0 a b p ) 热湿，晚时( 6 5 0 0 5 0 0 0 a b p ) 略 热略湿； 全新世中期后段早时( 5 0 0 0 4 5 0 0 a b p ) 暖湿，中时( 4 5 0 0 3 4 0 0 a b p ) 炎热 潮湿，晚时( 3 4 0 0 2 9 0 0 a b p ) 略热略湿，末时( 2 9 0 0 2 5 0 0 a b p ) 热湿； 全新世晚期前段早时( 2 5 0 0 1 6 0 0 a b p ) 炎热潮湿，晚时( 1 6 0 0 1 0 0 0 a b p ) 熟湿： 全新世晚期后段早时( 1 0 0 0 4 0 0 a b p ) 热湿，晚时( 4 0 0 年以来) 略热略湿。 从气温变化曲线可以看出珠江三角洲全新世以来平均气温在1 8 。c 2 4 。c 之 间变化，而末次海侵盛期以来平均气温变幅则在2 0 。c 2 4 。c 。6 k ab p 时珠江三角 洲为湿热气候，年均气温比现在略高，之后气候出现暖一热波动，气温也发生相 应的变化。 嚣匿= 三三= 呈三! ! 竺 e 、， 雕 挺 阻 辟 t l7 5432io 年代( 一o 咿) 。、 ， v v v 一 754321o 年代日o b p ) 图2 - 3 珠江三角洲8 0 0 0 年来气温变化曲线和海平面变化曲线f 2 l 2 6 海平面变化 第四纪冰期气候旋回是造成海平面变化的最主要因素，李平日等根据珠江三 角洲地区内1 0 7 个已测年的古海平面标志物，点绘了8 0 0 0 年来的海平面变化曲 线，如图2 - 3 所示，从图中可以看出： ( 1 ) 8 0 0 0 6 0 0 0ab p ，海平面急剧上升 在距今8 0 0 0 年至距今7 4 0 0 年左右海平面急剧上升，上升速率为2 1 6 m m a 。 距今7 4 0 0 7 1 0 0 年稳定。距今7 1 0 0 5 9 0 0 年，海平面又迅速上升，在距今6 0 0 0 年前后海平面约高出现今海平面l m 。 ( 2 ) 6 0 0 0 5 5 0 0ab p ，海平面波动下降 距今5 9 0 0 5 5 0 0 年，海平面波动下降，从高出现今海平面l m 降至现今海 平面以下3 5 m 左右，下降速率为1 1 2 5 m m a ( 3 ) 5 5 0 0 2 8 0 0ab p ，海平面波动上升 5 5 0 0 5 0 0 0ab p 年海平面从- - 3 5 m 上升到0 m 左右，上升速率为7 0 m m a ； 5 0 0 0 4 5 0 0ab p 年缓慢下降，4 5 0 0 3 2 0 0ab p 缓慢上升，3 2 0 0 2 8 0 0ab p 从 大约一1 0 m 上升到+ 1 5 m 。 ( 4 ) 2 8 0 0 2 2 0 0ab p ，海平面波动下降 从+ 1 5 m 下降至一2 0 m 左右。 ( 5 ) 2 2 0 0 9 0 0ab p ，海平面波动上升 2 2 0 0 2 0 0 0ab p 从一2 0 m 上升到+ 1 s i n 左右。以后出现几次波动，在 2 0 0 0 1 8 0 0ab p 、1 5 0 0 1 3 0 0ab p 和1 1 0 0 9 0 0ab p 均高出现今海平面0 5 1 0 m 。 ( 6 ) 9 0 0 6 0 0ab p ，海平面轻微下降 地处珠江三角洲北部边缘的广州溺谷湾，其海平面变化大体是与珠江三角洲 的变化相一致的。但也有其自身特点。李平日等经过测年的海平面样品共3 8 个， 时间从距今1 1 4 0 0 4 1 7 年起，至距今l l l o 8 0 年止，绘制了广州地区全新世海 平面变化图( 图2 - 3 ) 从图中可以看出，广州地区海平面变化有下列几个特征： ( 1 ) 海平面呈逐渐上升趋势； ( 2 ) 早全新世至中全新世早期( 即距今5 0 0 0 年以前) 海平面上升速度较 快，中全新世晚期( 距今5 0 0 0 2 5 0 0 年) 海平面上升速度较慢； ( 3 ) 晚全新世海平面已基本稳定。 第三章珠江三角洲水系演变对广州溺谷湾发育演变 的影响 广州溺谷湾是珠江三角洲有机整体的部分，它的地貌动力演变与整个珠江 三角洲演变息息相关。所以要深刻的了解广州溺谷湾的独特的地貌动力演变机 制，首先就得从整体的角度出发，把握广州溺谷湾与珠江三角洲演变的主要关系 珠江三角洲是东、西、北三大干流输沙在海湾上淤浅形成的。输沙量最大的 西江，淤出的三角洲也最大，北江次之，东江也能淤成一小三角洲，发育在广州 溺谷湾东侧。历史上，西北江水主要由芦苞水和西南涌经广州溺谷湾南下广州， 然而由