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地質學

福建海壇島北部海岸沖積扇地貌結構與環境演變

在全球性和區域性第四紀晚期氣候冷暖變化背景下,臺灣海峽兩岸表現為多次海侵-海退變化,從而形成海侵-海退沉積層序。海壇島位于臺灣海峽西部,第四紀晚期的海侵-海退沉積廣泛分布,但前人對包括海壇島在內的臺灣海峽西岸第四紀晚期以來的氣候和海平面變化模式存在不同的認識。海岸帶沖積扇作為海陸過渡帶中的重要沉積地貌單元,蘊藏有豐富的“陸-海-氣”耦合作用及其古地理環境變化信息,是提取海峽西岸第四紀環境演變的重要載體。在福建海壇島君山山麓帶,發育著一個獨特的海岸沖積扇(大砂山),在野外觀測大砂山地貌特征的基礎上,以探地雷達(Ground Penetrating Radar,GPR)作為主要手段,結合粒度方法和前人的研究成果,綜合分析了研究區海岸沖積扇的成因、發育過程和古環境演變意義。得到以下初步認識:研究表明,大砂山具有獨特的海岸沖積扇地質地貌特征。大砂山南北兩坡差異較大,北坡平緩而延伸長度大,表面散亂分布棱角狀火山角礫巖,地形凹凸起伏,可見多條河流侵蝕的溝槽,坡面底部發育灌叢沙堆;南坡陡峭而延伸長度短,無角礫巖分布,砂質均勻,部分區域可見細小沙波紋,受河流下切呈現三級階地地貌,階地剖面顯示出大砂山為老紅砂、沖洪積層和風砂層的堆積地貌。探地雷達測線揭示了大砂山沉積構造和沉積序列。橫剖面解譯圖主要反映層面和槽狀層理為特點,顯示為沖積扇上部特有的槽狀泥石流沉積構造。縱剖面解譯圖主要反映多條旋回的連續強反射面,傾角約15°,與現代大砂山北坡坡度一致,記錄了多次大范圍的侵蝕沉積事件。依據雷達圖像,歸納總結出9種沉積構造雷達相,并通過不整合面和層狀構造綜合分析,認為大砂山沉積以泥石流沉積、河道沉積和部分漫洪沉積為主,同時交替有海岸帶的風沙沉積,為典型的海岸帶沖積扇沉積和風成沉積組合特點。粒度研究表明,大砂山底部老紅砂層與中上部沖洪積層粒度特征有較明顯區別。老紅砂層表現為明顯的風力搬運沉積的粒度特點,并遭受后期化學風化,導致黏土、粉砂含量的增加;沖洪積層表現為不穩定紊流狀態下的洪流搬運沉積的粒度特點。風砂層表現為海灘砂在向陸運移過程中受侵蝕作用和背風坡重力滑塌作用疊加的粒度特點。C-M圖判別分析進一步肯定了沖洪積層以滾動搬運為主,顯示出高能態的水動力的存在。綜合探地雷達探測、沉積相和福建沿海第四紀地層經典劃分基礎上,認末次間冰期,海壇島北部廣泛發育風成老紅砂,形成“紅色沙漠”景觀;氣候干冷的末次盛冰期,山區物理風化強烈產生大量巖石碎屑。末次冰消期,不穩定的氣候系統條件下頻發暴雨洪流,沖刷山區風化巖石碎屑和風砂物質,在山麓帶堆積發育了沖積扇;氣候溫暖的全新世早中期,洪流由堆積作用轉為下切侵蝕作用,將沖積扇扇根部分沖刷殆盡,同時上升的高海面導致沖積扇扇緣侵蝕發育成為海蝕崖;全新世晚期,海岸帶風沙活動再次興起,塑造殘留的沖積扇為現代大砂山形態。