钱塘江河口涌潮段沉积作用与地层形成机制

Qiantang tidal bore is one of the highest breaking bores in the world. Breaking bore induced high turbulent flows, and the subsequent bottom boundary layer dynamic characteristics, sediment transport and sedimentary morphological response are highly concentrated by both scienctists and engineers. The estuary having tidal bores is usually developed with gigantic sandbar complex which is potential reservoir for oil and gas, so it becomes a new research hotspot to seek for recognition criteria and facies model of ancient tidal-bore deposits.This study will employ multi-disciplinary methods like those of "STRATAFORM" program, including hydrological field investigations, morpho-dynamic observations, seismic profiling or ground radar probing, surface sediment sampling and borehole coring,and sediment analyses by using of sedimentological, minerological and geochemistrical methods, to study tidal-bore inducing bottom-boundary-layer dynamic features, sediment transport mechanism, producing sedimentary characteristics,diagnostic criteria, and strata formation mechanism of sandbar complexes. Extensive comparative studies with other megatidal estuaries having tidal bore will be carried out to extract a general facies model of tidal bore deposition. An elaborately studied depositional system in terms of sediment-dynamic processes and strata formation mechanism will lend us some important information on the planning a big "STRATAFORM" project in the marginal seas of China, and provide "Numerical Modeling Community" an appropriate traget to simulate sedimentary processes,stratigraphic sequence and its formation processes.

钱塘江涌潮是世界上最强的漩滚涌潮。涌潮形成强紊动流，及其作用下的底边界层动力学特征、泥沙输运和沉积地貌响应等受到科学界与工程界的共同关注。涌潮河口常形成巨大沙体，是潜在的油气储层，寻求判别古代涌潮沉积的相标志和沉积相模式成为新的研究热点。本研究拟通过综合运用"地层形成机制"研究计划的多学科交叉研究方法，包括野外水文泥沙现场观测、动力沉积地貌观察、浅地层剖面探测等，并采集表层沉积物与钻孔柱状沉积物样进行沉积学、矿物学与地球化学测试分析，探究涌潮作用下的底边界层动力学特征、泥沙输运机制、涌潮沉积特征与相标志、涌潮段河口沙体的地层形成机制。结合世界其它涌潮河口的沉积地质学研究，提出具一定普适性的涌潮沉积相模式。通过对一个特殊沉积体系的沉积动力过程与地层形成机制的精细刻画，为今后在中国边缘海开展大型的"地层形成机制"研究积累经验和为"学术共同体"开展沉积地质的数值模拟提供一个小而精致的模拟对象。

钱塘江河口发育世界上最强的漩滚涌潮，伴随强烈的湍流对河口沉积地貌产生重要影响，其水动力学和沉积动力学特征备受科学界和工程界的共同关注；涌潮河口常形成巨大的砂质沉积体，是潜在的油气储层，古涌潮沉积相研究成为当前沉积学研究的新热点。课题选择钱塘江涌潮河段开展了三次连续7天以上的固定站位水文泥沙观测，采集35根短柱状沉积物和钻探获取2口20米长的岩芯，室内开展粒度、重矿物组合和锆石U-Pb年龄测试等分析，进行沉积学和物源研究。得出以下主要结论：（1）涌潮河段涨落潮显著不对称，涨潮流最大流速、湍动能等是落潮流的数倍或超过1-2个数量级；（2）涌潮作用的湍流结构为三层，湍动能表层最大，近底层次之，而中间层最小，表明涌潮破波是能量的主要来源，其强度超过底边界因流速剪切作用，从而塑造了典型的涌潮沉积、地貌特征；（3）典型的涌潮沉积至少包含以下两种以上的沉积构造：侵蚀面、块状层理、递变层理、平等纹层和软沉积变形构造等；（4）涌潮河段形成典型的沉积相横向有序变化序列：主槽发育典型的涌潮沉积，向中潮滩过渡为混合沉积，至高潮滩发育潮汐韵律层，构成特征的沉积体系；（5）涌潮河段沉积物冲淤变化较快，沉积物源除了来自钱塘江本身外，河口湾外段的海床和北岸不断侵蚀提供了大量的粗颗粒沉积物；（6）河口湾古地理恢复，结合纳潮海岸潮汐共振理论等分析，认为钱塘江涌潮历史上最早发生时间可能在2000年前；（7）杭州湾面积巨大，科氏力影响显著，导致湾内南北两侧沉积地貌显著差别，北侧以强烈侵蚀为特征，形成潮流槽与脊相间的地貌，而南侧以细颗粒堆积作用为主并形成广阔的潮滩。研究成果发表后已引起国内外同行的高度关注，一篇论文发表两年后引用次数已达14次，近期发表的涌潮综述性论文有12处引用本课题的研究成果，提出的涌潮沉积相模式已被应用于古代涌潮沉积相与环境的研究。