天津古海岸牡蛎礁时空分布及成因研究

王亚明

(华北有色工程勘察院有限公司,石家庄 050021)

1 引言

天津古海岸与湿地国家级自然保护区是我国以古海岸遗迹为保护、湿地生态学的典型地区。保护区内主要位于淤泥质海岸带和淤泥质低平原带，保护对象主要为牡蛎、贝壳堤和湿地，其中牡蛎礁(oyster reef)与贝壳堤(chenier)是天津古海岸在沿海低平原自中全新世逐渐成陆过程中的两类重要产物。天津古海岸的牡蛎礁群与上覆泥质沉积物的形成、规模和时间跨度蕴含了丰富的地质环境变化信息，准确地记录了古海岸地区反复发生以海洋影响为主向以陆地影响为主的环境变化过程，在国际第四纪研究中亦占有重要位置，亦是重建该地区全新世古环境的关键，对牡蛎礁的研究也越来越受到国内外学者的重视。岳军等[1]对渤海湾西北岸的牡蛎礁的几何形态、剖面及矿物分析，总结了牡蛎礁堆积体的生长-发育-消亡的演化模式；钟新宝等[2]对渤海湾海岸带的侵蚀后退、前进以及潮汐带变化等进行了研究；王宏[3]对渤海湾全新世的贝壳堤和牡蛎礁的形成和地层序列的古环境进行了研究；方晶等[4]对渤海湾西北岸埋藏的牡蛎礁地层上下沉积物的古环境进行了重建研究；范昌福等[5]对渤海湾西北部牡蛎礁建造的间断记录及环境演化进行了研究；方晶等[6]对牡蛎礁中的水平夹层的成因进行了解释；王亚明[7]利用旁侧声呐技术对牡蛎礁进行了地质勘查，查明了礁体的生长地质环境。本文以天津古海岸与湿地国家级自然保护区为例，查明天津古海岸牡蛎礁的位置与分布范围，礁体的形成过程，分析古海岸礁体的成因及演化过程。因此，通过对天津古海岸牡蛎礁的分布特征及成因进行研究，对保护牡蛎礁具有重要的科技意义，也对适应滨海新区的开发与开放具有现实意义。

2 天津古海岸牡蛎礁平面分布特征

全新世牡蛎礁广泛分布于东亚环太平洋沿岸地区，天津古海岸地区的牡蛎礁主要位于全新世海侵沉积的上部，同时由于受海洋动力学条件的影响，贝壳堤和牡蛎礁具有较大的相互联系，都表现出亦堤亦岭的特征。天津古海岸的牡蛎礁主要受到海湾洋流影响，主要表现为与海湾相似，远离海岸呈东西向平行排列，而在越接近海岸线则与海岸线呈南西至北东向排列的分布特点(图1)。根据前人研究[1-4]与现场调查，结合贝壳堤和牡蛎礁的分布特征，将天津古海岸牡蛎礁分为9道(由老至新)牡蛎礁：第Ⅰ道～第Ⅸ道牡蛎礁(见图1)。

第Ⅰ道：北里自站、黄庄、宁河镇北由西向东一带。

第Ⅱ道：孟庄、苗庄、大吴庄、刘大官庄、东田庄由西向东一带；其又包括第Ⅱ-1道：史庄、毛毛匠、沿卫星河自西向东一带；第Ⅱ-2道：潘庄、小海北、桐城、汉沽农场自西向东一带。

图1 天津古海岸全新世牡蛎礁分布示意图 (修改自王宏等(2006)[8])

第Ⅲ道：西塘坨、俵口、岭头由西向东一带。

第Ⅳ道：北淮淀北、大苏庄、董庄子、芦台自西向东一带。

第Ⅴ道：北淮淀南、大八亩坨南、董庄子南自西向东一带。

第Ⅵ道：于家岭南村、茶淀至汉沽呈弧形分布，沿南西向北东分布。

第Ⅶ道：宁车沽、蔡家堡以北由南西至北东的分布特点。

第Ⅷ道：北塘口、蛏头沽由南西向北东方向一带分布。

第Ⅸ道：位于渤海湾潮汐带内，在大神堂南部方向，呈南西向北东分布。

在天津古海岸的牡蛎群体主要以零星牡蛎层和密集牡蛎群体分布，其类型分为：零星个体和礁体。

(1) 零星个体或小群体质沉积体。小的群体实际上可视为牡蛎礁发育的初期阶段。但此时的密集程度仍不够高，因此在死后易被再搬运。

(2) 礁体。由密集、原生(未经再搬运)的牡蛎群体组成，通过对沉积物的捕捉和粘附而不断生长的产物，由于其具有抵抗风浪的能力，从而形成了坚硬的能够抵抗风浪的构造。礁必须具备以下几个特征：①大量个体的高密度的集合，迫使年轻个体向上生长，以争取生存空间，因此形成原地向上建造的上凸体；②牡蛎本身的附着、胶结特性及个体之间的泥的胶结作用，使礁体保持良好的固结状态；③ 礁的上部可进入水体表层。

3 牡蛎礁的形成过程

牡蛎礁是由零散个体逐渐聚集形成小群体牡蛎，然后继续聚集形成礁体的过程(图2)，其具体过程如下：

(1) 初始阶段1：零星个体阶段 (Sporadic individuals)：底床上仅有零星个体。底床既可是泥质基底，又可是牡蛎礁因某种原因(如风暴潮等强力破坏、但更多的是长期不适宜建礁的缓慢变化环境)停止生长之后，在原先的牡礁顶面或水平层面上重新恢复生长的新的建礁的开始。

(2) 初始阶段2：形成牡蛎层阶段 (Oyster bed)：个体占据空间的努力使底床上布满牡蛎个体，并可形成小的凸起。

(3) 向上发育的正常建礁阶段(Reef building-up)：个体相互附着、密集簇生，向上建造，不存在间断面。礁体内牡蛎个体在垂向上相互重合部分在时间上也是重叠的，因此，在计算持续时间时，必须扣除重叠部分(即不能重复计算)，而仅以“纯”厚度计。这样，正常建礁层厚度即为生长速率的函数(～1cm/yr)。礁体是牡蛎群体发育的最高阶段，它从仅有零星个体的初始阶段1开始，逐渐地，个体占据空间的努力使底床上布满牡蛎个体，并可形成小的凸起(初始阶段2)。这在地层中即成层的牡蛎(牡蛎层)，然后个体相互附着、密集簇生，向上建造，即进入建礁阶段。

图2 牡蛎礁建礁过程

4 牡蛎礁的结构特征

天津古海岸的牡蛎礁体均被上覆泥质沉积所覆盖，形成了牡蛎礁的二元相结构(图3)。经过现场钻探调查，牡蛎礁主要可以划分为4个亚相(从地表至地下)：

(1) 地表层：主要包括人工素填土、杂填土及天然土壤层。土壤层为黄棕色(10YR 5/6)、浊黄棕色(10YR 5/4)，含植物根系，孔隙较发育，分布厚度不均。

(2) 泥质沉积层：主要形成于“黄色单元”盐沼及下伏“灰色单元”潮间带中上部沉积环境，是晚全新世海水影响减弱、陆地影响增强的逐渐成陆过程中的产物。该地层又可分为：①盐沼泥质沉积层，黄棕色(10YR 5/6)，粘土质，较地表层压实程度降低，一般不具层理，上部存在静水泥质沉积层的“蒜瓣土”，随着深度增加，物质组成逐渐变细，由黄棕色(10YR 5/6)变为棕灰色(10YR 4/1)含水量增加，压实程度降低，过渡为“马棚口湾式”淤泥质古潮间带沉积；②泥质沉积层含贝壳碎屑、黑色Fe/Mn结核和浊黄棕色(10YR 4/3)侵染条带(即分别为第一类和第二类后生氧化作用，Ox.1和Ox.2)，偶见CaCO3淀积斑块，均为从潮间带环境逐渐转变为沿海低地盐沼、泻湖环境的标志。

(3) 牡蛎礁:天津古海岸的牡蛎礁包括埋藏性牡蛎礁体和牡蛎碎片。

(4) 砂质沉积层:该层由粉细砂、中细砂或具纹层层理的粘土质与粉细砂沉积物组成，通常不具层理，形成于渤海湾的“驴驹河式”砂质潮坪沉积的潮间带环境。。随深度增加，砂质纹层逐渐增多。局部泥质含量较高时，夹有不规则、断续发育的砂质纹层或小透镜体。

在天津古海岸各牡蛎礁建造之前的沉积速率相对较低，其较低的沉积速率与较粗的泥沙沉积物为牡蛎发育提供了良好的底质；而在牡蛎礁建造过程中，其上覆海相泥质沉积的平均沉积速率会显著大于建礁前与建礁过程中的沉积速率[9]。牡蛎礁上覆的泥质沉积层的沉积速率过高时(即泥沙在礁顶的过快堆积)，将导致牡蛎无法正常呼吸而窒息死亡，持续一段时间的泥沙过快堆积直接导致了整个礁体的灭亡。随着海洋影响作用逐渐减小，沉积速率急剧减慢，便在上覆海相泥质沉积基础上沉积了以陆相影响为主的“蒜瓣土”，从而形成了牡蛎礁的二元相结构。

图3 牡蛎礁体的二元相结构

天津古海岸的牡蛎礁体内内部结构除正常的牡蛎壳堆积层外，还存在一定数量的夹层，呈壳瓣与泥和细碎的贝屑混杂性堆积，含有再搬运的牡蛎个体，其个体小，多平卧，互相附着者甚少，多为零星单个个体。其形成原因主要为：①因砂、粘土质薄层因饱水导致力学性质改变，层内牡蛎倒卧所致；②季节性突发事件(例如快速、强烈的风暴潮)产物，多由1 a或数年之内的1次或数次强动力事件所造成。

按下按键时，通常都会有抖动，表面上看来是按按键一次，但是因为按键的抖动，单片机会判断出按按键很多次，从而输入不可控。此问题可以用“软件消抖”来解决。当第一次检测到按键按下时，不采取动作，延时一段时间后，按键按下信号依然存在，则认为按键被按下，再执行相应的动作。

5 天津古海岸牡蛎礁的成因及演化过程

渤海湾地区在中全新世以来，陆地的影响逐渐增强，河流与沿岸流搬运的泥砂在海岸带大量淤积，沿海低地(泻湖和盐沼)及潮间带浅滩被淤高，逐渐裸露成陆。但是，天津古海岸与渤海湾西岸的泥砂淤积的水动力条件不同，其结果是在渤海湾西岸形成了典型的贝壳堤，而在天津古海岸却形成了众多埋藏牡蛎礁。

天津古海岸没有大河入海，且各条河流的含砂量均不大，其水文动力条件较弱。天津古海岸湿地公园保护区的西侧为永定河，是唯一较大的河流，而它在古代长期作为潮白河水系的支流，没有直接参与河口海岸带的塑造活动。流经燕山山地的蓟运河与潮白河携带的泥砂，在刚出山麓时已先行停积，造成了山前较陡较窄的洪积-冲积倾斜平原，因此到达洼地边缘时已剩不多。

在海洋动力方面，以现代水文资料为例，首先是由东向西的涨潮流的流速自湾口向蓟运河河口一带的湾顶逐渐减慢，从130 cm/s降低到40 cm/s，而潮差却相反，由湾口向湾顶递增，这样就造成了湾顶的壅水，而当退潮时，退潮流不仅流速小，而且拖长了延时，因此就在湾顶形成相对静止的水域，使潮流和沿岸流搬运的泥砂在此处停积。

图4 礁体周边沉积物沉积与成因模式图

本研究区在中全新世海侵时，海岸轮廓基本与现在的海湾形状相似。可以推知，那时在海湾内，海洋动力条件应与现在相似。由于当时的海岸线与偏东向强风斜交，风浪对海岸的侵蚀较轻，水流又处于相对静止状态，形成了海积为主的宽平浅滩；同时在流量较小、泥砂含量较少的河口地区为低平的堆积平原海岸；海岸动态相对较为稳定，岸滩增长一般较慢；海底地形较平坦，潮间带浅滩宽阔；底质为硬的泥质；潮差小，波浪、潮流和缓，具有较为安静的水动力条件，因而有利于牡蛎的大量生长和密集分布，形成由长重牡蛎组成牡蛎礁体。

通常，牡蛎适合于生长在硬的底质之上，如贝壳、岩石和硬或粘的泥土。由于砂质基底不稳定，易被搬运迁移，致使基底被破坏而引起壳体的损坏。此外，粗的砂质沉积物基底，由于水流的扰动而扬起的砂质颗粒会刮擦牡蛎幼体的外表，不利于牡蛎的繁殖生长。发育于潮间带下部环境的细颗粒沉积物，适宜于牡蛎的附着生长，为礁体的基底形成发育提供了必要的条件。当这种细颗粒物质垂向加积至当时的潮间带环境时，随着波浪引起的水动力减弱，便开始在这种细的泥质沉积基底之上发育一些零星的牡蛎个体和其它贝类。由于处在破浪带的位置，这些零星发育的贝类会很容易被搬运后再沉积，形成贝壳碎屑的堆积层，此即为礁体建造的初始阶段。随着贝壳碎屑层的不断堆积加厚，形成了适于牡蛎建礁的基底，礁体开始向上建造，进入正常建礁阶段。随后，礁体继续向上建造至潮间带中部，即海平面位置。由于涨、落潮流的变化，礁体顶部每天几乎有一半的时间暴露在空气中，在此种环境下，已不再适宜于礁体持续地向上建造。随着岸线的不断推进，河流与潮汐搬运的大量泥砂堆积于礁体所在的河口地区，此时礁体向上建造已经停止或非常缓慢，泥砂的堆积速率远大于礁体向上建造的速率，结果导致大量泥砂在河口的淤积而覆盖于礁顶之上，致使礁顶的活牡蛎个体窒息而全部死亡，礁体建造结束(图4)。

6 结论

(1) 天津古海岸带主要发育9道牡蛎礁体，其轮廓与海湾形状相似，其分布主要受到海湾洋流和河流动力学的影响，其沉积堤(岭)主要表现为与海湾相似，远离海岸呈东西向平行排列，而在越接近海岸线则与海岸线呈南西至北东向排列的分布特点。

(2) 牡蛎礁的形成是由零散个体逐渐聚集形成小群体牡蛎，形成牡蛎层阶段；然后继续聚集形成礁体的过程，向上发育的正常建礁，牡蛎相互附着、密集簇生，向上建造，即进入建礁阶段，最后形成了牡蛎礁。

(3) 天津古海岸的牡蛎礁体均被上覆泥质沉积所覆盖，形成了牡蛎礁的二元相结构，且可划分为4个亚相：表层土、泥质沉积层、牡蛎礁体层和砂质沉积层；同时牡蛎礁体层含有一定数量的夹层。

(4) 天津古海岸牡蛎礁的形成主要受海洋洋流及河流动力学的影响，在牡蛎礁形成时期的中全新世时期，渤海湾的风浪对海岸侵蚀较轻，水流又处于相对静止状态，形成的海岸动态相对较为稳定，岸滩增长一般较慢；海底地形较平坦，潮间带浅滩宽阔；底质为硬的泥质；潮差小，波浪、潮流和缓，具有较为安静的水动力条件，因此形成了以海积为主的宽平浅滩，有利于牡蛎的大量生长和密集分布，从而易于形成牡蛎礁体。

[1] 岳军,Dong Yue,张宝华,等.渤海湾西北岸的几道牡蛎礁[J].地质学报,2012,86(8):1175-1187.

[2] 钟新宝,康慧.渤海湾海岸带近现代地质环境变化[J].第四纪研究,2002,22(2):131-137.

[3] 王宏.渤海湾全新世贝壳堤和牡蛎礁的古环境[J].第四纪研究,1996,16(1):71-79.

[4] 方晶,王宏,王福,等.渤海湾西北岸埋藏牡蛎礁顶上下沉积物中硅藻对“礁泥转换”古沉积环境的重建[J].沉积学报,2012,30(5):879-890.

[5] 范昌福,高抒,王宏.渤海湾西北岸全新世埋藏牡蛎礁建造记录中的间断及其解释[J].海洋地质与第四纪地质,2006,26(5):27-35.

[6] 方晶,范昌福,王海峰,等.粘土混浊水电导率对牡蛎礁水平夹层成因的解释——以渤海湾西北岸西北岸大吴庄牡蛎礁为例[J].第四纪研究,2011,31(4):746-748.

[7] 王亚明.浅析旁侧声呐技术在天津某海区牡蛎礁地质勘查中的应用[J].勘察科学技术,2013,30(4):52-54.

[8] 王宏,范昌福,李建芬,等.渤海湾西北岸牡蛎礁研究概述[J].地质通报,2006,25(3):315-331.

[9] 范昌福,李建芬,王宏,等.渤海湾西北岸大吴庄牡蛎礁测年与古环境变化[J].地质调查与研究,2005,28(2):124-129.