小苏: 东山岛是沙的故乡，这里有被誉为“中国的夏威夷”的马銮湾海滩风景区，有曾经辉煌的福建东山硅砂矿，还有当年谷文昌老县长带领大家用防风林带镇服的风成沙丘。我们的海洋学前辈，曾否沿着“我是谁？我从哪里来？我要到哪里去”之灵魂三问，用科学观测成果，去追问这些沉积砂体之存在的依据，去追溯一沙一粒的来源与归宿？
老海：砂是我国东海陆架和南海北部陆架分布最广的沉积类型，几乎覆盖了水深小于160m的大部分海底。1968年美国海洋地质学家Emery提出，覆盖大部分现代陆架的沉积砂体是低海面时的残留沉积。另一位海洋地质学家Swift接着争辩道，虽然陆架砂很粗，但经过了现代潮流和波浪过程的改造和分选，应称为“变余沉积”。后来高分辨率的重复地形测量和沉积动力学长时间序列原位观测结论，多支持Swift的观点。即低海面时的残留沉积，多已经过现代陆架潮流和波浪过程的适应性改造，建造起与水波输入能量相匹配的沉积地貌状态，逐渐稳定下来。
小苏: 稳定下来的陆架沉积砂体堆在哪里呢？
老海：20世纪中期开始，沉积学家尝试用分析方法简单易行的沉积物粒度组成来识别沉积环境类型。1978年，英国海洋沉积学家McCave最早将粒度参数的平面差异定义为“粒度趋势”，并认为它是沉积物输运、堆积的结果。运用“沉积物在输运方向上分选变好”的经验判据，加拿大 McLaren于1985年提出了一维粒径趋势分析方法。1992年，海洋二所选派到英国攻读博士学位的高抒与其导师Collins教授, 提出了二维粒径趋势矢量图像的沉积输运信息提取办法，并在网站上共享了被称为“Gao-Collins方法”的计算程序，很快得到同行们的广泛应用。回顾30年来东海陆架和南海北部陆架获得的Gao-Collins方法分析成果，陆架砂的Gao-Collins粒径趋势矢量汇聚中心，多与厚层陆架潮流沉积砂体对应，比如黄海南部的苏北浅滩、台湾海峡南部的台湾浅滩（图1）、琼州海峡东西两口的潮流三角洲、海南岛西侧浅滩，等等。陆架向岸一侧，粒径趋势多指向河口拦门沙，并明显存在沿岸运动趋势。陆架向海盆一侧，粒径趋势则指向陆坡，也具沿陆架坡折运动趋势。
图1 廉耀康等《台湾浅滩沉积物粒度特征及输运趋势》论文截图（载于：《台湾海峡》2011年第30卷第1期，第125页。）
小苏: 陆架沉积砂体具有什么样的地貌特征？
老海：还是以台湾浅滩为例。1782年荷兰人出版的海图集描绘了依靠测绳水深勾划出的台湾浅滩轮廓，已是一派潮流沙脊模样。关于台湾浅滩水下沙波群的报道始于单波束回声测深断面的应用，最早见于1974年Boggs等的论文。1980年发表的闽南渔场海洋鱼类资源调查队《闽南-台湾浅滩渔场鱼类资源调查报告》，已能利用15个测深断面来反映浅滩地势与水下沙波群的分布特征。由于水下地形所调制的波浪斜面坡度分布可在水面的太阳耀光遥感图像中显示出水下地貌特征，根据多期太阳耀光遥感图像可以高分辨率地解读出台湾浅滩浅海沙波脊线群水平分布图（图2）。位于南海北部陆架坡折带内侧的台湾浅滩具有典型的陆架潮流沉积砂体特征。面向南海海盆的浅滩东南侧，发育一系列长度可达50 km，高度可达30 m的潮流沙脊，上覆波长多在400 m至750 m范围，波高多在10 m以上的沙波群。面向海峡西岸的浅滩西北侧，则以沙波群为主，沙波波长多在900 m至2000 km范围, 波高则在10 m以下。
最引人注目的是沙波群的动态特征。通过不同年份沙波脊线群水平分布遥感图的对比，厦门大学邵浩发现台湾浅滩沙波群可在20年间保持其平面形态特征的保守及稳定，年平均迁移速率小于3 m。根据海洋三所对其中一个条带的多波束地形多年重复测量成果，鲍晶晶又证明了沙波群三维形态的相对保守性: 尽管遭遇过境台风影响，沙波群海底普遍下蚀了1-2 m, 但沙波群相对形态特征还与其常态保持良好的一致性。
图2 张华国等《Observation of sand waves in the Taiwan Banks using HJ-1A/1B sun glitter imagery》论文截图（载于：《Journal of Applied Remote Sensing》2014年第8卷第083570篇，第7页。）
小苏: 台湾浅滩沉积砂体已经形成多长时间了？
老海：2012年和2015年，青岛海洋地质研究所和福建海洋研究所分别在台湾浅滩西部和西北边缘打了两个钻孔，均探及所含贝壳样品和底栖有孔虫样品碳14年龄大于3.9万年的氧同位素3期海相细颗粒沉积，上覆氧同位素1期海相砂体层厚各为20 m和10 m（经邻近的浅地层剖面探测揭示，台湾浅滩潮流沉积砂体层厚可高达40m），其中所含贝壳样品和底栖有孔虫样品碳14年龄均小于6000年。王利波等和赵东波等的研究都认为，末次冰消期以来的海侵过程形成的中粗砂层构成了台湾浅滩沉积砂体的基底部分，全新世高海平面以来，经过潮流沙脊和水下沙波群的频繁改造，其上部已经发育为相当于沙波波高厚度，由分选良好的中粗砂和含砾中粗砂组成的活动层。也就是说，台湾浅滩厚层的海侵沉积砂体基底已建造了1万多年，上层的潮流沉积砂体也已活跃了6000年了。
小苏: 台湾浅滩沉积砂体的砂粒源于哪里？
老海：2013年以来，我国几家研究单位装备了精密但昂贵的高精度锆石U-Pb年代学实验室，陆续见到基于碎屑锆石U-Pb年代谱系的陆架沙来源研究论文。他们认为，中国东南部海区的碎屑锆石年龄具有三类不同的物源端元：（1）东南沿海小流域河流具有极高的燕山期锆石峰值；（2）东南沿海中等流域河流以明显的加里东期锆石峰值为特征；（3）台湾西部小流域河流具有较高比例的前寒武纪锆石以及明显的晋宁期和吕梁期峰值年龄。根据中山大学的碎屑锆石U-Pb年代谱系分析结果，南海北部陆架砂为东南沿海河流端元与台湾西部河流端元之间的混合类型（图3）。基于海峡两岸河流和台湾海峡砂质沉积物中的骨架颗粒组成和重矿物组合分析, 厦门大学申啸天等揭示的台湾浅滩一带陆架砂物源贡献比例具有明显的垂向分异：浅滩南北两侧前缘水深大于30 m的基部沉积，岩屑居多的台湾西部河流端元贡献近半；水深小于30 m的浅滩顶部沉积则以石英砂为主，归于东南沿海河流端元的贡献。
图3 Junmin Jia等《Provenance and dispersal patterns of sediments on the continental shelf of northern South China Sea: Evidence from detrital zircon geochronology》论文截图（载于：《Marine Geology》2023年第457卷第107013篇，第10页。）
小苏: 源自台湾西部的砂粒依赖什么输运通道抵达台湾浅滩沉积砂体？
老海：沿岸运动，包括岸滩的波流输沙通道和岸上的风成输沙通道，是陆架砂大规模运动最重要的输沙通道。沿着台湾海峡两岸，10-20m等深线附近连绵分布着叠加着沙波的条带状砂体，0m等深线附近的开敞海湾也发育着带有水下沙洲的海滩砂体，陆上滨海地带还活跃着条带状沙丘群。专致海岸过程研究的厦门大学蔡爱智，曾在台湾海峡西岸最大的连岛沙坝古雷半岛上，追踪到东侧海滩砂被风吹运登岸成沙丘群后，翻越山谷和冲积扇到达西侧东山湾内海滩，再度入海在波浪作用下形成沙咀的沉积地貌证据（图4）。海峡西岸闽江口以南沿海，普遍分布着一种以红色中细砂为主且呈半固结的“老红砂”，主要在更新世由风力搬运海滩沉积砂堆积形成的，局部地方亦有冲积、风-坡积等成因，根据沉积样品的热释光合光释光年代学分析，正是氧同位素3期和5期时形成的高海面沿岸输沙通道遗迹。水深大于100m的东海陆架和南海北部陆架外缘，也普遍分布着氧同位素2期时形成的古岸堤等低海面沿岸输沙通道遗迹。
图4 蔡爱智等《闽南古雷半岛风沙的入海及其扩散》论文截图（载于：《海洋地质与第四纪地质》1989年第9卷第4期，第45页。）
小苏: 看来台湾浅滩沉积砂体基底是末次冰消期海侵时的古海岸过程从远处搬来的，可谓“一沙一世界”呀。
参考文献
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文 | 李炎
