Question

基准面旋回与A/S值

Answer 1

控制沉积物在地表形成、分布和保存的诸多的物理、化学和生物作用可归纳为两个地层变量，即可容纳空间（A）和沉积物供给（S），二者以比值形式（A/S）表示。一组地表过程可以合并为变量A，其控制地表相对于地层基准面上升或下降形成的沉积物贮存的潜在能力。控制可容纳空间的地质过程包括构造运动、机械和热负载的岩石圈响应、沉积压实作用和流动分异作用、层间流体的流动以及海平面变化等。地表相对于地层基准面向下运动时，沉积物贮存潜能增大；地表在地层基准面之上向上运动时，剥蚀潜能增大。另一组地表过程合并为变量S，其控制沉积的产物及其再分布，通过增加和减少沉积物，使地表向上或向下、靠近或远离地层基准面运动。这些地表过程包括气候、地形起伏、地貌高程、植被、源区的岩石类型、营养供应、生物富集程度及生产能力、风化剥蚀速度和水动力能量等。当沉积物堆积作用致使地表向上、向地层基准面移动时，发生沉积物堆积作用的潜力逐渐降低，而发生沉积物路过不留的潜力增加。

两个变量的所有过程可用能量术语——牛顿·米表示。当能量需要地表向上或向下、靠近或远离地层基准面运动时，每个过程都是可测定的。由于两个术语的单位都是牛顿·米，两个变量可表示为无量纲的可容纳空间与沉积物供给比值（A/S）。把诸多的沉积过程组成两个变量，并用比值来表示的主要原因之一是：通常我们不能分辨每个过程对整个地层响应的贡献。没有某一地层响应归功于某一单独的地质过程，诸多响应与单种作用或作用组合的关系可能是非线性的。我们可以观察到某种地层响应，然后用A/S值分析地质过程的综合。用量化技术，如地层反演技术（Lessenger and Cross，1996），至少能够分辨某些过程对地层响应的贡献。

可容纳空间指的是地表和基准面之间可供沉积物堆积的空间体积。基准面相对于地表的升降会使可容纳空间产生变化。当基准面位于地表之上时，提供了可供沉积物堆积的空间，就会发生沉积作用，此时的任何侵蚀作用均是局部的或暂时的。随着基准面相对于地表的进一步上升，可容纳空间不断增大，可供沉积物在该可容纳空间内堆积的潜在速度增加。但此时沉积物堆积的实际速度还受控于搬运物质的地质过程。也就是说，可容纳空间控制了某一时间内，某一地理位置沉积物堆积的最大值，A/S值则决定了可容纳空间内沉积物堆积速度、保存程度和内部结构（如堆积样式）等。当沉积物补给速率大于可容纳空间增加速率（A/S＜1）时，海（湖）岸线向盆地方向推进，沉积物发生进积作用；当沉积物补给速率小于可容纳空间增加速率（A/S＞1）时，海（湖）侵作用发生，沉积物发生退积作用。当基准面位于地表之下时，可容纳空间消失，此时的任何沉积作用均是暂时的和局部的。随着基准面相对于地表进一步下降，侵蚀作用的潜在速度增加，但实际速度也受将沉积物搬离地表的地质过程所限制。当基准面与地表一致时，既无沉积作用又无侵蚀作用发生，沉积物仅仅路过而已。因而，在基准面变化的连续的时间域内，在地表的不同地理位置表现为四种地质作用状态，即沉积作用、侵蚀作用、沉积物路过时既无沉积作用出现又无侵蚀作用发生的沉积间断（非沉积作用）及沉积物非补偿（A/S→∝）产生的饥饿性沉积作用。由此造成地层记录中代表基准面旋回变化的时间-空间事件由岩石或岩石+界面（不整合面或沉积间断面）组成（图1-4）。

图1-4 岩性地层剖面及侵蚀作用、沉积物的路过、沉积作用和非补偿沉积作用的时空迁移对比图解

地层过程控制可容纳空间和沉积物供给的动态变化，从而控制了原始三维地貌要素的保存能力。有些情况下，地层的A/S值还控制着地貌要素的形成环境。保存能力可以由保存在地层中的原始三维地貌沉积体的多样性及其比例确定。在基准面上升期间可容纳空间增加时沉积物体积和地貌要素较下降期间可容纳空间减小时保存程度要完整。由此，在基准面旋回的不同位置地层特征也不同。大量的地层学和沉积学性质，包括岩石物性、相组合和相序、层组厚度、地层结构及地层不整合面出现的频率等，都记录了保存程度和A/S值条件。

A/S 值增大和减小的趋势与侧向上相关的沉积环境沿斜坡的上下迁移是一致的。通常“相模式”所描述的沉积学和地层学的特性实际上是基准面变化过程中不同位置的地层特性的混合。由图1-5可以看出，海岸线形态的变化就是 A/S 值随时间推移的变化产生的。基准面下降期间，向陆方向可容纳空间减小，盆地高部位的沉积物的存储能力降低，

图1-5 随A/S值变化的不同三角洲类型及其相组成的变化

多数沉积物经过海岸平原路过不留而堆积在滨面陆架上。基准面上升期间，向陆方向的可容纳空间增大，高部位的沉积物储存能力增加，搬运至滨面的沉积物较少（Barell，1912；Cotton，1918；Cross等，1993）。三角洲的类型变化实际上与 A/S 值变化密切相关。随着海岸部位河流作用增强，河流供给沉积物的增加，海浪和潮汐通过对河流沉积物再分配而改变海岸地形中所起的作用逐渐减小，三角洲发育成鸟足状或朵状。随着河流向海岸输入沉积物的减少，海岸线弯曲度变小，并逐渐由海浪作用所控制。当沉积物供给进一步减少时，海岸因水淹而变成港湾形，近海地区受潮流的影响更显著。海岸地貌的这些变化是沉积物供给与存储能力平衡关系变化的产物，它制约着出现在相同地貌位置的沉积环境，并因此控制了进入地层记录中的相和相组合特征。