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中国近海晚全新世古海啸沉积特征与序列重建研究
来源:碳中和科学与工程学院 时间:2024/04/09 浏览量:

风暴、海啸等极端事件对海岸带安全构成严重威胁。海岸沉积具备保存此类极端事件沉积层序的潜力,借助不同类型事件沉积的判别指标和沉积特征以及地质年代框架,可以恢复地质历史时期冲击海岸带灾害事件的历史序列、重现周期和影响范围等信息,对于探索海岸灾害的成因、传播过程以及海岸带规划建设和防灾减灾具有重要意义。

南海及其海岸线易受极端灾害的影响,过去对该地区的风暴灾害有充分研究,但对海啸认识较少。研究者所在团队过去对西沙群岛开展野外地质考察,在岛屿湖泊沉积序列中发现厚度约为10厘米的珊瑚砂层,该层沉积物物质组成单一,平均年龄为公元1024±50年(图1a)。沉积物中有机质含量和生物残体数量与相邻层位相比发生突变,数值接近零(图1b)。沉积颗粒较粗,为砂质沉积,代表了比较强的水动力搬运作用。结合以上沉积学证据,我们提出南海曾发生海啸,时间距今约一千年(1024±50 AD)。

在确认南海曾发生海啸的基础上,我们在南海沿海区域开展古海啸研究,以揭示海啸对海岸带的影响。在广东南澳岛东南海岸沉积层中存在一层砂质沉积,沉积物14C年代距今约一千年,沉积物粒径范围处于中砂和粗砂,其平均粒径与海滩砂接近(图2),表明其物源为海洋来源。该沉积层为单层沉积,内部没有平行层理,具备典型的海啸沉积特征;海岸带风暴沉积则为多层结构,内部具备较多平行层理或交错层理。很明显南澳岛海岸沉积不具备风暴沉积的特征,根据沉积结构可判断该事件沉积为海啸沉积。该沉积层的一个重要特点是层内夹杂大量的陶瓷器残片,经鉴定残片均为宋瓷,即年代在一千年前或附近。以上证据表明冲击西沙群岛的古海啸影响了南海北部,层内陶瓷器残片很可能是灾害影响下形成的文化遗存。

福建东山岛位于南澳岛北部,对东山岛北侧海湾沉积物的研究揭示出该地区曾遭受海啸冲击。在海岸沉积中存在一层厚度大于10厘米的事件层(图3),该层顶部样品的年代约为距今1130±50年。事件层内含有较多贝壳碎片,表明该层的物质为海洋来源,与其相邻的层位则含有较多石英颗粒,不含贝壳等海洋生物残体(图4)。与南澳岛的沉积层类似,东山岛的沉积也是单层结构,内部没有平行层理等更细的纹层,不具备风暴沉积结构,因此该事件层为海啸冲击所形成。

除沉积学和地球化学方法,数值模型也是研究古海啸的常用手段。我们利用数值模型探讨了南海古海啸可能的地震源区。马尼拉俯冲带位于南海东侧,利用前人研究中提供的板块参数和对整个俯冲带的分段,模拟了不同断层发生地震海啸的情形下海平面高度变化和到达海岸浪高的变化。结果显示俯冲带北部和中部发生地震海啸的时西沙群岛和沿海地区受影响最明显(图5),海浪高度在西沙群岛近岸海域最高约为1米。受近岸放大效应的影响,在海岸上的海啸浪高会变高数倍,产生更强烈的冲击。

 

数值模拟和海底沉积记录结合为探讨东海是否发生海啸提供了一个窗口。我们在东海闽浙沿岸设置一个监测点来记录模拟的海啸在东海引起的海面高度变化,结果显示南海海啸对东海的影响很小,不会造成破坏性冲击。闽浙沿岸的海底沉积物粒度记录了过去两千年以来在海啸发生时间附近存在一次突变,在其他时间没有更强的变化。因此初步判断该时期东海未发生过破坏性强的海啸,否则沉积记录中会有变化更明显的层位。

其他学者也在不同区域对南海古海啸开展研究,在南沙群岛、广东惠州和汕头附近海域以及越南和菲律宾海岸找到了海啸沉积证据(图6)。这些研究进一步约束了南海古海啸的发生时间,揭示出不同环境下海啸沉积的特征和影响范围,为南海海啸后续研究提供了依据。

南海古海啸未来值得深入研究的方向包括不同沉积环境下事件沉积特征和结构的差异、不同灾害类型所对应的事件沉积的判别指标、海底沉积在海啸灾害重建方面的应用和古海啸对海岸带影响的精细刻画等方面,相关成果能够为理解近海古灾害提供更深刻的视角。