潮滩沉积记录保存潜力与完整性的定量分析方法

Sedimentary records are concerned with the problems of both preservation potential and stratigraphic completeness. The preservation potential is defined as the probability that a layer of sediment accumulated can be preserved, while the completeness is expressed as the ratio of the time when sedimentary records are preserved in a certain period. The sedimentary records of tidal flats contain large quantities of environmental information, however, are usually incomplete and incontinuous as well. To investigate this issue, we intend to select the progradational tidal flats in the middle part of Jiangsu coast as the study area. Direct observations on the bed level changes and sediment transport under the actions of periodic tidal currents, aperiodic waves, and extreme weather events (e.g. typhoon, cold-air outbreaks) are undertaken, and compared with the sedimentary facies characters of the collected sediment box cores; under the framework of numerical modeling, the formation, reconstruction and preservation of tidal flat sedimentary records are studied. Integrating the dynamic processes, the morphological evolution and sedimentary records under various temporal and spatial scales, a quantitative measurement is thus obtained to determine the accurate time-depth relations of tidal flat sedimentary records and quantify the preservation potential and stratigraphic completeness. Finally, a new synthetic methodology to quantify the preservation potential and completeness of the tidal flat sedimentary records can be established, and the interpretations to environmental and ecological changes and the researches on the mass and biogeochemical circulations with the tidal flat sedimentary records can be benefited from these advantages.

沉积记录具有保存潜力和完整性的问题，保存潜力是指沉积层在形成之后可以被保存下来成为层序组成部分的概率，而沉积记录的完整性是指在一段时间内，能够留下沉积记录的时间的比例。潮滩沉积记录蕴藏大量环境信息，也往往是不完整和不连续的。本研究拟选取江苏中部淤涨型潮滩为研究区域，通过对周期性潮流作用、非周期性波浪作用，以及极端天气事件（例如台风、寒潮）影响下的地形变化、沉积物输运的直接观测，对比采集的沉积物柱状样品的沉积相特征，最终在数值模拟的框架下研究潮滩沉积记录的形成、改造和保存，将不同时间和空间尺度下的动力过程、地貌演化和沉积记录相联系，从而获得潮滩沉积记录准确的时间标尺和保持潜力和完整性定量化的度量。本项研究旨在对潮滩沉积记录的保持潜力和完整性问题建立起一种新颖的综合性的定量化分析方法，从而为潮滩沉积记录的环境生态解译和物质及生物地球化学循环研究提供沉积学支撑。

潮滩沉积地貌体系受到潮流、波浪的作用发生系统演化，其沉积记录存在保存潜力和完整性的问题。本项目在野外现场观测、室内分析实验和数值模拟三个主要方面针对这一问题开展工作。野外现场观测方面，分别在2013年4月底至5月初，2013年7月，2014年8月和2015年9月至10月共开展了4次现场水文泥沙过程、地形演化以及盐沼植被观测采样，完成了计划预定工作量。室内分析实验方面，配合上述历次野外观测完成了沉积物和悬沙样品的粒度分析和沉积物柱状样室内分析，包括照相、粒度分析和210Pb同位素测试。数值模拟方面，基于Delft3D开源数值模拟系统，以潮滩沉积地貌演化为切入点，开展了一系列的数值模拟研究工作。.本项目的取得了一系列研究成果，在国际知名SCI杂志上发表论文4篇，另有研究成果待发表。其中，研究了纳潮盆地地貌的尺度依存关系的特征，并发现沉积物粒度分选对于纳潮盆地地貌的尺度依存关系的影响，并给出了理论解释。建立了纳潮盆地地貌演化与粒度空间分布的内在联系，纳潮盆地中潮滩沉积物粒度平面分布格局的成因归结为主要受到与海边界距离的控制，其次是受到距附近潮沟的距离的影响。为如何正确认识潮泵效应在形成河口最大浑浊带中的作用提出了新方法，指出把水平悬沙浓度梯度导致的平流效应和海底细颗粒沉积物供给这两个影响因素去除之后，计算所得的悬沙浓度数据，再利用机制分解法得到潮泵通量，这样的潮泵通量就是真实的潮泵通量。在江苏海岸的潮滩沉积动力过程观测中，发现了导堤引起的潮流涡旋和底部浮泥层，它们对于区域的沉积动力过程和地层形成具有重要影响。.