王增俊
引言
三角洲指的是河流入海（或入湖）后形成的部分出露水面的沉积体，河流输入的陆源碎屑组分是三角洲形成的物质基础。鲕粒滩是在热带浅海碳酸盐沉积环境中发育的沉积体，主要由鲕粒构成。受沉积环境、高碎屑输入通量、海水碳酸盐饱和度等因素的影响，传统观点认为这两种截然不同的沉积体很难原地（或近原地）共生。现代海洋环境下（如波斯湾），鲕粒与陆源碎屑组分的混合主要是由沿岸流或风场携带的陆源碎屑物质侵入浅海碳酸盐沉积环境后混合沉积所导致的。那么是否存在鲕粒滩直接形成于三角洲之上的情况呢？
近期，西澳大学Ulysse Lebrec及其团队成员在国际地学顶刊《Geology》上发表的文章很好地回答了这个问题。他们报道了澳大利亚西北陆架上一种直接发育于三角洲前缘的鲕粒滩，其规模达到1250平方千米，可以与著名的、无明显陆源碎屑物影响的巴哈马台地上多个鲕粒滩相媲美。这一发现以及对其形成机制的分析在深入理解鲕粒成因、发育环境以及碳酸盐组分与陆源碎屑组分混合沉积动力学机制等方面具有重要的参考价值。
研究背景
研究区De Grey River三角洲位于澳大利亚西北大陆架Pilbara海岸东侧（图1），是区域内最大的建设性三角洲（图1），宽80千米，长30千米。该三角洲形成于干旱气候条件，河水径流量主要受夏季周期性气旋和热带低压控制。De Grey River三角洲的前缘部分受到明显潮流影响（潮差超过7米），其陆源碎屑物质主要通过主河道搬运而来；三角洲平原地势低缓，靠海一侧发育沿岸堤，高10米，宽200至500米，横向延伸可超40千米。河道向海方向逐渐加宽，到入海口时最宽处可达7千米并形成一个3千米宽的河口坝。河口坝向海方向逐步过渡至潮下环境，发育三角洲前缘滩体（图2A）。
图1 研究区位置图。
该图展示了澳大利亚西北大陆架Pilbara海岸带不同水深环境以及河流径流量等信息。De Grey River三角洲位于图中红色框内。等深线数据来自Lebrec等（2021）。潮汐（红色菱形点）和径流量数据（蓝色圆圈）来自澳大利亚水文局（2022年）和水文数据库（http://www.bom.gov.au/waterdata/，访问日期2022.10.7）。
数据来源和方法
作者对海底地形和浅滩面积的分析基于高分辨率数字高程模型（DEMs），其中DEM数据包括10米分辨率的卫星影像数据与1米分辨率的激光雷达数据，空白区由30米分辨率的SRTM数据构成。通过采集不同水下部位的岩心以及沿岸沉积物样品，进行岩石学、矿物学和鲕粒年代学（放射性碳测年）分析。
图2 （A）De Grey River三角洲地貌和采样位置。不同颜色的圆圈代表样品中鲕粒所占比例，其中河道内部鲕粒含量极低，河口区鲕粒占比增加，三角洲前缘滩体中鲕粒占比极高。（B和C）卫星影像图显示De Grey River三角洲形貌的季节性变化。其中，旱季时三角洲前缘滩体发育（B）；雨季时小型洪水带来的红色羽流（C）。DFSC—三角洲前缘滩体；S—小型滩体（边界模糊）；br—沿岸堤。
鲕粒的形成环境
在研究区三角洲沉积体系中，鲕粒广泛发育。这些鲕粒的核心主要为石英（>80%），还包括少量长石、岩屑、球粒和生屑颗粒（图3）；包壳由多达60个同心状文石矿物纹层构成，局部可见生物钻孔（图3B）。尽管纹层数量存在差别，但不同鲕粒间的粒径范围较为一致，集中在250至500微米。此外，可见少量复鲕和以鲕粒为核心的偏心鲕（图3C和3D）。
受形成过程差异影响，鲕粒的颜色、丰度和保存程度存在差别（图2）。陆相环境中，鲕粒主要保存于沿岸堤，含量达90%以上；鲕粒整体呈黄至棕色，可能与风成粉尘的混染有关。在鲕粒表面碰撞痕迹明显，偶见纹层脱落的情况。一些沿岸堤内部的鲕粒已经完全胶结，新月形胶结物广泛发育（图3E）。河道沉积物中不含鲕粒，但从河口开始向海方向鲕粒含量逐渐增加（图2），至河口坝时样品中鲕粒含量可达50%（图3H），且保存完整，颜色介于灰色和黄色之间。三角洲前缘滩体中鲕粒含量达70~95%，形态保存完整，颜色在灰色至棕色之间。此外，钻孔证据显示三角洲前缘由鲕粒构成的滩体厚度达3米以上（图2）。
放射性碳测年结果显示鲕粒最早形成于距今1330~2545年前。考虑到用于分析的样品为整颗鲕粒，纹层众多，所以这些年龄数据是综合不同阶段纹层生长的混合结果。此外，由于鲕粒生长过程一般要持续数百年，从年轻样品测年数据推测研究区鲕粒发育已有千年以上历史。
图3 典型De Grey River三角洲岩相特征。
（A）三角洲前缘滩体鲕粒特征；（B）鲕粒包壳；（C）三角洲前缘滩体未固结复鲕；（D）陆上沿岸堤已部分胶结的偏心结构鲕粒；（E）陆上沿岸堤已部分胶结的鲕粒，鲕粒间可见新月形胶结物；（F）分流河道镜下特征，未见鲕粒；（G）水下分流河道，鲕粒与陆源碎屑组分共生；（H）河口坝，鲕粒与陆源碎屑组分共生；（I）三角洲前缘滩体，几乎完全由鲕粒构成。采样位置见图2。PPL—单偏光；XPL—正交偏光。
De Grey River三角洲鲕粒成因
De Grey River三角洲鲕粒滩是目前印度洋—太平洋海域已知最大的全新世鲕粒滩。但是，它的发育方式与我们传统理解的不同——不是形成于碳酸盐台地边缘环境，而是形成于三角洲前缘环境。更令人困惑的是，在澳大利亚西北大陆架Pil­bara海岸带其他三角洲体系中都未观察到这种沉积类型。这种很反常的现象引发了沉积学家的思考，什么因素造成鲕粒在三角洲环境形成？
作者认为De Grey River鲕粒“工厂”是在三角洲前缘滩体上原地形成并持续发育，之后部分鲕粒被潮汐作用搬运至海岸环境。主要证据包括：（1）整个澳洲西北大陆架以生物碎屑沉积物为主，但鲕粒却主要以河流输入的陆源碎屑颗粒为核心生长，暗示了其形成与三角洲环境密切相关；（2）从放射性碳测年结果上看，鲕粒越靠近前缘滩体越年轻，越靠近河口坝越古老，表明鲕粒并不是在三角洲不同环境同时发育，而是在远离岸线的前缘环境率先形成，之后被搬运至三角洲其他部位；（3）从近千年来气候条件、河流输出量，以及海平面变化资料来看，研究区海水化学性质和沉积环境非常稳定，意味着适合鲕粒发育的条件一直存在，不存在鲕粒滩迁移特征。
独特的潮汐和河流沉积物搬运方式共同促成了De Grey River三角洲鲕粒的发育。首先，该三角洲形成于受季风控制的干旱气候条件（图2B和C），因而季节性的沉积物输入能够维持一定的鲕粒核心供给量，但又不至于太多而掩埋鲕粒“工厂”。另一方面，在整个Pilbara海岸带，潮汐作用造成的水体动荡程度从西向东逐渐增加（图1），而De Grey River三角洲处于水体动荡程度最强的地区（Port Smith至Port Hedland之间）。在此环境下，陆源碎屑沉积物粒径、密度等性质与三角洲前缘水力学条件达到平衡，使鲕粒生长过程能够在停滞阶段和重新搅动阶段间不断切换，促使其粒径不断增大。另外，De Grey River高碱度河水条件也促进了鲕粒的生长。从河流水样中测得的碳酸盐碱度在200~265 mg/L，而在临近的海岸带测得海水碱度分别为102 mg/L和108 mg/L，这表明高碱度河水对前缘带鲕粒形成所需要的碳酸盐过饱和条件可能有促进作用。此外，河水携带的营养物质和有机质等在促进碳酸盐矿物沉淀方面可能也起到一定作用。
启示意义
当前，沉积学界对于鲕粒滩发育环境的认识很大程度上来自现代巴哈马碳酸盐台地，而本次导读论文清晰地展示了三角洲前缘也可以成为一个利于鲕粒滩发育的环境。同时，三角洲前缘鲕粒滩在发育规模上（1250平方千米）完全可以与巴哈马台地边缘众多鲕粒滩相媲美，如Tongue of the Oceans（3120平方千米）、Schooner Cays（716平方千米）、Exumas Cays（450平方千米），以及Joulter Cays（400平方千米），因此可以预见，类似的鲕粒滩发育环境可能在其他地区也存在。另一方面，现代鲕粒滩主要发育于巴哈马、波斯湾、南太平洋群岛等地，印度洋海域鲕粒滩报道少见。De Grey River鲕粒滩的发现表明，在广阔的澳洲西北大陆架浅海地区可能存在大片鲕粒发育区（ooid province），有待深入探索。此外，地质历史时期存在丰富的鲕粒岩与砂岩互层、鲕粒与陆源碎屑颗粒原地混合的记录，这项研究可为认识深时鲕粒岩与大套砂岩之间的共生关系与发育模式，以及混合沉积动力学机制方面提供思路。
知识 Box
鲕粒：由核心和围绕核心的一系列光滑、均匀纹层构成的球形或椭球形包粒，粒径一般小于2毫米，是一种典型的非骨骼碳酸盐颗粒类型。
本文作者系西南石油大学研究生，该文属作者对Ulysse Lebrec及其合作者在《Geology》发表论文的解读，相关问题交流可与本人联系（[email protected]）。欲知更多详情，请进一步阅读原文。
Lebrec, U., Lang, S.C., Paumard, V., O’Leary, M., Yokoyama, Y., Hacker, J., Webster, J. (2023) Discovery of Holocene ooid shoals in a siliciclastic delta, De Grey River, North West Shelf, Australia. Geology, 51, 366-371, https://doi.org/10.1130/G50840.1.
