system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 早在1930年Athy [ 1 ] [ 2 ] 首先提出自重作用下的连续沉积物孔隙度剖面随深度呈指数下降，被称为Athy定律。其后的长时期内无论是研究深部还是浅部的沉积学家们大都是以这样的Athy定律为思维指导研究沉积压实问题。2001年Bahr et al. [ 3 ] 运用三种近似法——解释法，实验法和数值法以证明简单的、频繁发生的指数关系，认为下伏沉积的压实是根本上的指数形式，但近地表是线性的。 随着海岸带国家对海平面上升引发的海岸带灾害的重视，全球很多学者开始了广泛的沉积压实研究工作。特别是对晚更新世中晚期以来的沉积，或是海岸带近地表数十米以内的沉积压实研究开展得更是蓬勃。很多研究者认为压实减小了滨海相沉积物体积，导致地面下沉，海平面上升。研究者主要通过土工技术模拟、数学模拟、实验法和仪器监测了解近地表的沉积压实。Brain et al. (2017) [ 4 ] 利用Era相对海平面的再现探索盐沼沉积压实机理。比较了美国康涅狄格州东部河流沼泽两个相对海平面RSL的重现以评价物理压实和生物递降分解作用对晚全新世盐沼沉积压实的贡献及其后对相对海平面(RSL)重现的影响。Brain et al. (2015) [ 5 ] 还应用土工技术模拟对美国北卡罗利納盐湖沼泽沉积的岩芯进行研究以确定由压实诱发的影响造成过去的沉积下沉的幅度。但他们强调，这一研究结果的认识还是不成熟的。Cahoon et al. (1995) [ 6 ] 对美国东南部微潮盐湖沼泽区的浅沉陷进行了评估，认为地表下的不同深度存在有不同的压实，地表下≤10 m的不同深度也有不同的压实造成的浅沉降。Tornqvist (2008) [ 7 ] [ 8 ] 等对密西西比三角洲的地层研究计算了一百至一千年尺度的由压实引起的下沉，认为密西西比三角洲的下沉主要是由全新世沉积压实引起。Teatini et al. (2011) [ 8 ] [ 9 ] 报道过8年间(1992~2000年)由干涉仪监测数据得出的意大利北部波河三角洲深度在地表以下30~40 m的全新世沉积的高速率(≤15 mm/a)下沉。认为是由全新世沉积压实驱动的现代陆地下沉的定量证据。Galvin (2001) [ 10 ] 报道了在美国大西洋城市后面的沼泽地区对沉积压实进行监测，在海岸砂滩具代表性的碎屑沉积物和海岸河口的泥层上，在被压实沉积物的上面埋设了潮汐夹持器(tide gages)，其显示的海平面上升高度就等于潮汐夹持器下沉的高度。Horton和Shennan (2009) [ 8 ] [ 11 ] 编制了英国东部海岸线全新世海岸沉积的海平面高程点的数据库，他们观察到年龄与高程相对应的区域海平面曲线，海平面高程点具很大的离散，认为其离散程度的评估及这种离散本身可能由沉积压实程度和速率得到解释。由此Horton和Shennan利用了Lambeck K和Johnston P (1995)做出的一个基底海平面高程点综合冰川–地壳均衡调制模式 [ 8 ] [ 12 ] ，导出改正了的区域性的，专门的去压实的晚全新世相应海平面(RSL)数据档案。Higgins et al. (2014) [ 8 ] [ 13 ] 利用雷达(无线电探测)合成孔径干涉仪(In SAR)，在孟加拉国恒河布拉马普特拉三角洲测得压实诱发的下沉，四年期间(公元2007~2011年)平均达18 mm/year。InSAR还被用于评价由于大面积(达10 3 Km 2 )抽取地下水导致疏松沉积层压实而下沉的空间模式，报道越南湄公河三角洲在公元2006~2010年期间下沉速率达10~40 mm/year。这些速率与根据在地下水监测井中测出的水文落差变化计算得到的由压实诱发的下沉相关性好。表明(压实)预测模式的有效性。认为在这样的模式中压实作用是足够独立和被充分理解。Brain还指出中国苏州(2012) [ 8 ] [ 14 ] 和黄河三角洲(2013) [ 8 ] [ 15 ] 的陆地下沉和用InSAR持续扩散器观察墨西哥城(2011) [ 8 ] [ 16 ] 的下沉，印度尼西亚下沉城市(2013) [ 8 ] [ 17 ] ，类似的这方面研究也值得参考。但是Brain (2016)明确指出，把这个(下沉)原因归于探测到的(压实)下沉，并不总是可靠的，需要经常仔细的鉴定并和监测手段、数据存在及模拟研究比较 [ 8 ]。 Brain于2016年9月在美国《当代气候变化报告》中，著文“对过去，现在由沉积压实驱动的相对海平面及海岸变化的认识和对未来的预测”。该文大量，系统地收集，总结美国东西海岸带和英国，意大利，加拿大，澳大利亚，荷兰，墨西哥，冰岛，西班牙，新西兰，印度，埃及，西班牙，孟加拉，法国，越南，中国，印度尼西亚等全球多个国家很多学者专家多年来对于沉积压实监测，模拟和研究的资料及认识。这篇文章对沉积压实研究从理论到方法的使用是肯定的。Brain认为他的文章总结了对压实的起因和效应的理解，对古环境和重要的地层，海平面，及最新的观察资料得出了一些结论性的认识。认为这些结论和认识使有可能对于由压实诱发的未来相对海平面变化及与之相联系的海岸变化作出相应的对策。文章结论提及：沉积压实是海岸沉积过程的一个重要作用，压实减小了海岸沉积物沉积的体积，导致地面下沉，引起区域相对海平面上升。并且认为，在一些地区报告压实诱发的下沉可能等于或甚至大大超过预测的全球海平面最大上升速率。认为预测未来由压实引起的下沉速率不是不重要的工作。但是Brain也指出把沉积压实这个原因归于探测到的压实下沉，不总是肯定的。认为由压实引起的下沉速率可以因为测量方法的应用，原因机制，空间分布区域，覆盖层及其分辨，观察期间的持续时间和资料报告的性质，准确度等方面而有重要的变化 [ 8 ]。 在国内对珠江三角洲，黄河三角洲及东南沿海等多地开展有压实研究 [ 18 ] - [ 24 ]。 张文英，刘尚仁(1996)设定不同土类，不同年代范围内具不同孔隙度并假定同一土层随着深度增加或年代愈老该孔隙度大致呈线性规律减少，并推导出公式计算 [ 18 ]。 杨建明(1988)提出根据沉积物平均孔隙度—厚度关系曲线计算埋藏沉积物压实量 [ 19 ]。 黄镇国等(1982)设定珠江三角洲黏土或淤泥在各地质时期的压实率分别为0.436 (40~10.1 KaB.P)，0.381 (10~2.6 KaB.P)，0.115 (<2.49 KaB.P) [ 23 ] 并据此利用滨海相沉积研究华南海岸带海岸地壳活动特征 [ 24 ]。 陈发景等(1989)通过模拟实验研究压实变化过程 [ 25 ] ，许红昆等鉴于前人采用的压实校正方法有时不收敛，提出一种从压实作用基本的数学模型和物理模型出发，提出新的稳定收敛的压实校正方法 [ 26 ]。 有的提及通过数据统计等研究孔隙度演化特征 [ 27 ]。 综上所述，国内外研究沉积压实的基本现状是，对沉积压实研究在时间和精力上持续投入了巨大的热情，采用了各种尽可能使用的方法和途径，但在研究中碰到不小这样那样难以解决的问题，研究方式还是处在模拟，实验和探索阶段。一个明显的共同的思想特点是，都认为地表下一定存在沉积压实，沉积愈深压实量一定愈大。至于压实后的孔隙水能否排出，排到哪里去？不知道。因为没有确实的物理证据或实验证据。沉积学研究的这一基本问题在这以前并没有解决。还认为相同沉积物孔隙度愈小，压实量一定愈大。高国瑞(2013)指出，地表下土的密度随深度是呈跳跃式渐增的 [ 28 ] ，这一认识比笼统地认为孔隙度随深度呈指数下降或近地表呈线性更接近实际些。但为什么跳跃式渐增？它说明了什么？不知道。在此以前没有人去追索。在工程钻探和实验中大量存在上部土柱沉积孔隙度小于下部土柱的事实，其原因没有人去解释，Brain在他的文章中提到：“实际上，确实在顺序沉积地层中，沉积在低密度具较大压缩性的有机生成沉积物顶部的密度较大的成矿沉积物被发现压实效应更大些 [ 8 ] ”。至于为什么上部沉积压实效应比下部沉积的大，下部沉积的压实效应反而小？也不知道，因为没有人去追索和解释。这一普遍存在的问题也没有解决。沉积学研究中这样的一个基本问题，一个普遍问题没有解决造成了沉积压实认识的关键盲点。带着这样的认识盲点去研究沉积压实量，去研究沉积压实对于海平面变化，海岸变迁，海岸地壳运动的影响，就必然产生这样那样难以解决的问题，就像Greensmith和Tucher (1986) [ 29 ] 那样发出计算沉积压实很难的感叹，认为：至今几乎没有其他什么知识领域中存在如此困难的数量估算问题。这些问题影响着沉积压实研究的进展和对沉积学更深度的认识。 笔者曾多年在东南沿海海岸带从事地震地质和第四纪地质的调查和和研究，曾对福建深沪湾海底古森林及晚更新世古牡蛎滩和深沪湾沿岸的龙湖，前港湖等湖泊的古地震成因进行研究。深深体会到准确认识沉积压实对于利用滨海相沉积研究海岸带的古海平面变化，构造和地壳活动性，对研究海岸带古地震等具有重要意义。本文就笔者对沉积压实研究的起因，思路，方法，及研究径迹，过程和研究获得的最新认识几方面论述。