南沙道明群礁珊瑚礁地貌

胡心迪 ，張永戰(zhàn) *

1. 海岸與海島開發(fā)教育部重點實驗室，南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院，南京 210023；2. 中國南海研究協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210023

1 引言

珊瑚礁是造礁珊瑚群落及其碎屑在生物和膠結(jié)共同作用下形成的一種具有抗浪性的碳酸鹽地貌體（Stoddart, 1969; Veron, 2011），是海洋核心生態(tài)區(qū)（Clark, 1996）。世界珊瑚礁呈現(xiàn)不同狀態(tài)，或出露，或沉溺，或停止發(fā)育，或持續(xù)生長，體現(xiàn)了不同的發(fā)育機(jī)制和發(fā)育階段（趙煥庭等，2016）。由于水動力由外海至礁中心逐漸減弱，珊瑚礁于不同礁區(qū)發(fā)育了與之適應(yīng)的地貌單元，依次為向海坡、外礁坪、內(nèi)礁坪、潟湖坡和潟湖盆，坡折是相鄰地貌單元的分界限，各地貌單元的形態(tài)、水深和沉積特征具有獨特地帶性（龔劍明等，2014；左秀玲，2018）。珊瑚礁地貌對全球變化響應(yīng)敏感，其階段的特征地貌是海面變化記錄的重要載體（Smith, 1978）。目前，對珊瑚礁地貌的研究多以定性為主，定量研究相對匱乏。

世界珊瑚礁大多分布于太平洋、印度洋和大西洋的赤道南北兩側(cè)熱帶淺海，集中發(fā)育于大陸和島嶼的沿岸及海洋中（Montaggioni et al., 2009; Smith, 1978）。中國珊瑚礁分布面積位列世界第八，以南海海域最多（王穎，2012），但對珊瑚礁地貌的研究較為薄弱。南海諸島基本是以珊瑚礁盤為基礎(chǔ)、珊瑚與生物碎屑堆積而成的灰沙島，整體呈珊瑚礁—沙洲—灰沙島發(fā)育演化過程，沙洲變化迅速，珊瑚礁是灰沙島重要的發(fā)育基礎(chǔ)（趙美霞等，2017）。南沙群島北部自北向南集中分布著雙子、中業(yè)、道明、鄭和、九章等幾大群礁，這些群礁形態(tài)相似，多呈NE—SW向延伸的橢圓形，雁形式排列（曾昭璇，1984）。作為區(qū)內(nèi)面積較大的群礁，道明群礁的邊緣礁發(fā)育，類型豐富，既有出露海面的珊瑚島或沙洲，又有受潮汐影響時而出露時而沉溺的干出礁，更多的是沉溺于水下0~20 m水深的暗礁。與常見的群礁不同，道明群礁形態(tài)極為狹長，對其現(xiàn)代地貌及埋藏古地貌進(jìn)行定量研究，不僅能夠豐富對南海珊瑚礁地貌特征的認(rèn)知，加深對地球構(gòu)造運動與海洋動力及珊瑚礁生物作用過程的理解，亦能一定程度上揭示過去的海面變化（時小軍等，2007）。

道明群礁礁島發(fā)育，但出露面積極小，常規(guī)探測方式較難獲取有效研究數(shù)據(jù)。遙感手段能夠較為準(zhǔn)確地對珊瑚礁現(xiàn)代地貌形態(tài)進(jìn)行定量分析，而淺層地震剖面探測是一種利用聲波在水下沉積物內(nèi)傳播和反射的特性來探測海底淺部地層結(jié)構(gòu)的地球物理方法，分辨率高，能夠高效地獲取珊瑚礁礁坪及潟湖的淺部地層沉積特征（李平等，2011）。本文以南沙北部道明群礁為研究區(qū)，基于2017年夏季采集的淺層地震剖面數(shù)據(jù)，結(jié)合Google Earth遙感影像，提取分析道明群礁珊瑚礁現(xiàn)代地貌特征，利用淺層地震剖面中的地震相與侵蝕面信息，進(jìn)一步定量分析特征埋藏古地貌，進(jìn)而探討其地貌演化主要階段。

2 研究區(qū)概況

南海諸島礁島發(fā)育過程中，不斷為自然及人工改造，若干珊瑚礁灘與沙洲已建設(shè)成島，如南薰島（2013~2014年11月）、諸碧島（2015年1~6月）、永暑島（2013年7月 —2014年）、美濟(jì)島（2015年1~8月）等，下文論及時均稱其為島。此外，2017年調(diào)查時發(fā)現(xiàn)道明群礁東北部的庫歸礁礁坪上已發(fā)育沙洲，故本文稱其為庫歸沙洲。

道明群礁系南沙群島北部一系列雁形式排列的群礁中的一個（圖1），是自水深大于2000 m的南沙臺階上發(fā)育的NE—SW向延伸的第三列（自北向南）珊瑚群礁（孫宗勛等，1996），其西北側(cè)約20海里處為近同向延伸的中業(yè)群礁，南側(cè)為區(qū)內(nèi)面積最大的鄭和群礁。道明群礁與鄭和群礁之間及四周均被NE-SW向發(fā)育的斷裂所圍限。道明群礁整體近橢圓形，狹長延伸，SW側(cè)主礁區(qū)的礁盤寬大，NE側(cè)相對狹窄，長灘為其NE部的延伸部分，與主礁區(qū)間發(fā)育南北向的深槽，將潟湖分成主礁區(qū)潟湖與長灘潟湖兩部分。道明群礁總體上是島（南玥島）、沙洲（楊信沙洲、庫歸沙洲等）、門、礁（蒙自礁等）發(fā)育的典型群礁。

圖1 中國南海南沙群島道明群礁及其鄰近海域水下地形與構(gòu)造Fig. 1 Brief topography and main faults in Daoming Reefs and its adjacent area in Nansha Islands, South China Sea

南海自白堊紀(jì)后期地殼沿18°N線一帶首先開裂并擴(kuò)張，之后擴(kuò)張軸向15°N附近轉(zhuǎn)移，同時華南古陸解體，部分古陸碎塊向南漂移。南沙地塊是從南海北部的中沙群島和西沙群島附近的華南陸塊中拉張、分離出來的微陸塊，并順時針旋轉(zhuǎn)25°，其東北部與巴拉望陸坡拼貼，形成南沙海槽，上新世至第四紀(jì)，古南海消減停止（楊勝雄等，2015）。南沙地塊以陸坡地貌為主，發(fā)育水深超過2000 m的南沙臺階，地形相對隆起，部分隆起為海臺，海臺頂面的珊瑚礁發(fā)育形成眾多島礁和淺灘，構(gòu)成南沙群島。南海地處菲律賓海板塊、印—澳板塊和歐亞板塊的交匯處，且南沙陸坡區(qū)構(gòu)造活動活躍，海底火山作用強(qiáng)烈，斷層分布廣泛，大多呈NE-SW向展布（詹文歡等，1995）。南沙群島的基底為前第三系地層，受斷裂控制，表層呈NE-SW向褶皺（曾昭璇，1984），使整個南沙臺階呈NE-SW向展布，其上海臺、海山發(fā)育方向相近，以此為基底的珊瑚礁灘也按NE—SW向呈雁行式排列分布（姚永慧等，2007）。區(qū)內(nèi)海槽、斷陷等主要受NE和NW向斷裂控制，受NE向斷裂控制的槽谷有南沙海槽、中央水道等；受NW向斷裂控制的主要有南華水道。其中，中業(yè)群礁與道明群礁之間、道明群礁與火艾礁之間的斷陷盆地均受NE向斷裂控制，水深直落2000 m（趙煥庭等，1992）。

道明群礁地處南亞季風(fēng)區(qū)，受亞洲、澳洲大陸、太平洋及印度洋之間大氣環(huán)流的影響，是中國季風(fēng)最顯著的地區(qū)（朱良生等，2005），為熱帶季風(fēng)性氣候（林錫貴等，1990），冬夏季風(fēng)交替。11月 —翌年3月為東北季風(fēng)，風(fēng)期長，風(fēng)力強(qiáng)，平均風(fēng)速可達(dá)7.2 m/s；6~9月為西南季風(fēng)，風(fēng)力相對較弱，平均風(fēng)速為6 m/s（李文波等，2010；周兆黎等，2012）。此外，臺風(fēng)與寒潮等天氣系統(tǒng)影響顯著（Morgan et al., 2014）。道明群礁海區(qū)波浪以季風(fēng)浪為主，涌浪相對較少，強(qiáng)浪以WSW、SW、NNE和NE向為主（王婷婷等，2012）。海區(qū)內(nèi)潮汐為不規(guī)則日潮，潮流受海區(qū)內(nèi)眾多島礁影響，流向受礁體地形控制，為往復(fù)流。據(jù)實測數(shù)據(jù)顯示，區(qū)域內(nèi)實測海流變化較大，以NE、SSW方向較為顯著，顯示出季風(fēng)海流的特征（朱良生等，2005）。

3 數(shù)據(jù)與方法

3.1 遙感影像收集與處理

Google Earth高清影像對照道明群礁礁島實地勘測表明，道明群礁礁島發(fā)育，既有永久出露海面的島嶼和沙洲，也有低潮出露高潮淹沒的干出礁，以及沉溺于水下的暗礁。影像中島嶼、沙洲、干出礁、暗礁的形態(tài)與顏色具有較大差異，其中，島嶼、沙洲具有相對較高的反射率，而干出礁以中等反射率為主，暗礁及潟湖反射率相對較低（鄒亞榮等，2012）。據(jù)此，本文研究中建立了針對性的影像信息解譯標(biāo)志（表1），使用ArcGIS軟件分別提取影像中的島嶼、沙洲、干出礁和暗礁，進(jìn)而提取道明群礁礁盤整體形態(tài)。

表1 島嶼、沙洲、干出礁、暗礁定義及影像解譯標(biāo)志Table 1 Definitions and interpreting symbols of island, cay, drying reef, submerged reef

3.2 淺層地震剖面數(shù)據(jù)采集與處理

2017年8~9月，使用淺層地震剖面探測系統(tǒng)，包括AAE CSP1500發(fā)射機(jī)、300 J脈沖聲源及拖體、高壓電纜、AAE 20單元水聽器、GeoAcoustics 5210A接收機(jī)、GeoAcoustics數(shù)據(jù)盒與工作站，及Trimble SPS 351信標(biāo)差分全球定位系統(tǒng)等，采用GeoProIV專用軟件對道明群礁礁坪與潟湖進(jìn)行淺層地震剖面數(shù)據(jù)采集，并記錄于工作站。數(shù)據(jù)采集過程中，調(diào)查船以3~4 kn的航速前行，發(fā)射頻率200 ms，接收頻率80 μs，工作能量100 J或200 J，獲得了測線總長度近64 km的淺層地震剖面數(shù)據(jù)。

淺層地震剖面數(shù)據(jù)處理使用專業(yè)軟件SeisImage，對剖面影像依次進(jìn)行能量均衡、色彩設(shè)置、噪聲消除等處理，調(diào)整信噪比，提高其目標(biāo)信息清晰度，并輸出影像與相應(yīng)路線圖；然后，使用CoreDRAW軟件對影像進(jìn)行解譯處理，進(jìn)而提取影像中各類地震相與侵蝕面。

3.3 地貌形態(tài)參數(shù)統(tǒng)計

基于Google Earth高清影像和淺層地震剖面影像提取與解譯結(jié)果，對表征道明群礁珊瑚礁現(xiàn)代地貌的形態(tài)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)定量統(tǒng)計，包括礁坪水深、潟湖水深、口門水深、水下階地水深、向海坡和潟湖坡坡度、坡折線水深等礁區(qū)剖面形態(tài)參數(shù)，礁區(qū)面積、礁區(qū)周長、長軸長度、短軸長度、礁坪寬度、礁坪面積和潟湖面積等礁區(qū)整體形態(tài)參數(shù)，計算形狀率、緊湊度和延伸率等幾何形態(tài)參數(shù)（鄒亞榮等，2012）及珊瑚礁礁坪發(fā)育指數(shù)（郝慶祥等，2001）。

珊瑚礁形狀率為：

其中，S為珊瑚礁礁區(qū)面積，L為珊瑚礁長軸長度。

珊瑚礁緊湊度為：

其中，p為珊瑚礁礁區(qū)周長。

珊瑚礁延伸率為：

其中，L為長軸長度，D為短軸長度。

礁坪發(fā)育指數(shù)為：

其中，S1為珊瑚礁礁坪面積，S2為珊瑚礁潟湖面積。

4 結(jié)果與討論

4.1 現(xiàn)代地貌特征

據(jù)遙感影像解譯結(jié)果統(tǒng)計表明，道明群礁目前發(fā)育有1個島、4個沙洲、7個干出礁和若干座暗礁，是一個典型的珊瑚群礁（圖2），其長軸沿NE-SW向延伸，長度約為76 km，短軸長約18 km，礁區(qū)周長172 km，礁坪面積約150 km2，潟湖面積約300 km2，礁區(qū)總面積約為650 km2。據(jù)此進(jìn)一步計算獲得其幾何形態(tài)參數(shù)（表2）。道明群礁形狀率為0.11，緊湊度為0.52，表明群礁形狀極不規(guī)則，如仙娥礁（圖1）形狀率為0.32，呈現(xiàn)為較規(guī)則的環(huán)狀。礁體延伸率極高，約為4.20，西南部礁盤寬大，最寬約20 km，東北部狹窄，最窄約8 km，整體形態(tài)狹長。道明群礁礁坪發(fā)育指數(shù)約為0.30，表明礁坪發(fā)育程度一般，整個群礁尚處于發(fā)育早期階段，為半開放型—準(zhǔn)封閉型群礁，如仙娥礁礁坪發(fā)育指數(shù)為0.27，半路礁（圖1）則為1，已完全臺礁化。

圖2 道明群礁遙感影像解譯圖Fig. 2 Interpretation of Google Earth images of Daoming Reefs

淺層地震探測斷面1和2位于道明群礁主礁區(qū)東北側(cè)庫歸沙洲附近（圖3）。斷面1自主礁區(qū)東南側(cè)礁坪至西北側(cè)礁坪，橫穿整個潟湖與礁坪至向海坡上部；斷面2先NE向探測，位于道明群礁主礁區(qū)西北側(cè)礁坪之上，至10°45′52.96″N，114°32′46.56″E處轉(zhuǎn)向SE，橫穿主礁區(qū)東北部潟湖至東南部礁前向海坡（圖3）。斷面形態(tài)顯示：道明群礁主礁區(qū)礁坪水深小于20 m，潟湖水深約為50~60 m，礁坪被眾多口門切割，口門水深與潟湖相似，約50~60 m，其形成時期可能與潟湖相近。東南側(cè)礁坪極窄，寬度可能不到100 m，向海坡水深50~60 m和80~90 m處發(fā)育二級水下階地，由于向海坡水深變化過快，礁坡陡直，以及數(shù)據(jù)采集過程中的噪聲影響，未能捕捉到更深的階地影像。道明群礁主礁區(qū)東北部向海坡上坡帶坡度約為20°，東南礁坪潟湖坡坡折處水深約45~50 m，內(nèi)礁坪礁原帶坡度約為6.0°，西北礁坪礁原帶坡度約為6.3°。

圖3 淺層地震探測斷面1和2影像及路線示意圖Fig. 3 Seismic profiles of line 1 and 2 and their survey routes

淺層地震探測斷面3和4位于道明群礁延伸部分長灘東北部的蒙自礁附近，兩個斷面近正交（圖4）。斷面3為NW-SE走向，從長灘潟湖盆中心橫穿過東南側(cè)礁坪至向海坡。斷面4為沿長灘延伸方向，自潟湖盆向東北礁坪至蒙自礁。斷面形態(tài)顯示：道明群礁長灘潟湖水深約50~60 m，礁坪水深亦小于20 m，東南礁坪寬約390 m。東北潟湖坡坡度較緩，點礁極為發(fā)育；東南潟湖坡坡度較陡，坡折處水深約為45 m，點礁極不發(fā)育，礁原帶坡度為5.7°。東南向海坡上坡帶坡度為31.4°，坡度相對主礁區(qū)較陡。

圖4 淺層地震探測斷面3和4影像及路線示意圖Fig. 4 Seismic profiles of line 3 and 4 and their survey routes

道明群礁珊瑚礁現(xiàn)代地貌剖面形態(tài)參數(shù)統(tǒng)計如表2，包括礁坪、潟湖、口門和水下階地及潟湖坡坡折處的水深、向海坡上坡帶和潟湖坡礁原帶坡度等，顯然其具有一定的規(guī)律性：潟湖和口門的水深均約為50~60 m，潟湖坡坡折處水深約45~50 m，二級水下階地水深分別約50~60 m和80~90 m，礁坪水深小于20 m，東南側(cè)礁坪寬度不到400 m（部分地區(qū)不到100 m），礁原帶坡度約為6°，主礁區(qū)東北側(cè)向海坡上坡帶坡度約為20°，而長灘東南側(cè)向海坡上坡帶坡度約為31.4°。

表2 道明群礁剖面形態(tài)參數(shù)Table 2 The morphological parameters along cross sections of Daoming Reefs

基于以上珊瑚礁現(xiàn)代地貌形態(tài)定量分析，道明群礁水下各地貌單元特征明顯，由外而內(nèi)發(fā)育了相對完整的向海坡、外礁坪、內(nèi)礁坪和潟湖，礁緣形態(tài)清晰，礁體形態(tài)狹長，礁坪相對狹窄，口門發(fā)育。其向海坡向水下延伸超過2000 m水深，探測深度范圍內(nèi)發(fā)育兩級水下階地，不同深度坡度不同，主礁區(qū)向海坡上坡帶坡度約為20°，下坡帶較為陡峭，長灘上坡帶坡度達(dá)31.4°。激浪侵蝕使向海坡局部成為內(nèi)凹形態(tài)，形成雛形海蝕穴，甚至引發(fā)邊坡滑塌，規(guī)律性的潮流沖刷不僅發(fā)育了口門，亦可強(qiáng)烈侵蝕向海坡，塑造海蝕洞（孫宗勛等，1998）?？傮w而言，道明群礁向海坡呈現(xiàn)為下陡上略緩局部內(nèi)凹的梯形階梯狀邊坡。道明群礁礁頂狹窄的礁坪區(qū)形態(tài)相對平緩，水深小于20 m，礁坪上的堆積地貌相對高程一般為2~6 m，礁坑、潮溝等低洼地的相對水深不超過20 m，礁坪區(qū)局部突起與凹陷發(fā)育，被眾多潮流通道口門切割，口門水深50~60 m。道明群礁中央潟湖區(qū)呈現(xiàn)為凹陷盆地形態(tài)，水深為50~60 m，相對平坦，局部發(fā)育隆起，相對高度小于10 m。綜上，道明群礁向海坡為下陡上略緩局部內(nèi)凹的梯形階梯狀邊坡，整個礁頂區(qū)呈現(xiàn)為兩端相對平坦（局部突起和凹陷發(fā)育）、中央為較大凹陷盆地的上截面形態(tài)，其礁體結(jié)構(gòu)總體為上截頂面的錐型，遵循Darwin所建立的“上截錐型”礁體結(jié)構(gòu)（Darwin, 1842; 趙煥庭等，2014）。

4.2 古地貌特征

4.2.1 地震相

地震相是通過分析地震反射線的外部幾何形態(tài)、內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)、振幅、頻率、連續(xù)性等參數(shù)，以識別沉積物在地震剖面上反映的主要特征（孔令輝等，2019）。地震相分析就是在劃分地震層序的基礎(chǔ)上，利用地震形態(tài)特征上的差別將其進(jìn)一步劃分為不同的地震相區(qū)，進(jìn)而做出巖相和沉積環(huán)境的推斷（陸基孟，1991）。道明群礁幾條淺層地震探測斷面影像清晰展示了礁坪與潟湖基底內(nèi)的地震層序和地震相。據(jù)Mitchum等（1997）提出的地震相與地層解譯準(zhǔn)則，以道明群礁斷面1影像為例，討論其典型地震相（圖5），進(jìn)而對其中表征埋藏古地貌的地震相進(jìn)行定量研究。

圖5 道明群礁典型地震相解譯圖（上部解譯圖中的數(shù)字與字母K與下部典型地震相編號對應(yīng)，字母A表示侵蝕面）Fig. 5 Interpretation of typical seismic facies in profile line 1 in Daoming Reefs (numbers and letter K in upper figure are corresponding to the typical seismic facies in lower figures, letter A shows the erosion interface)

相1（埋藏點礁）底部直徑約350 m，高約10 m，頂部埋深約8 m的碳酸鹽巖體，廣泛分布于潟湖基底內(nèi)，出現(xiàn)頻率相對較高。其頂部為一近圓形的透鏡形狀，頂部及底部的邊界為一致的高振幅反射，內(nèi)部反射極弱。反射線與周圍的沉積物橫向相互銜接，基于其在剖面中的形態(tài)與反射模式，相1為生物成因的埋藏點礁。該相可能是全新世適宜水深條件下發(fā)育的點礁，后因海面快速上升，礁的生長速度不及，而停止生長，并逐漸被珊瑚碎屑沉積埋藏覆蓋，發(fā)育為埋藏點礁。因此，埋藏點礁是指示珊瑚礁古地貌和歷史時期海面高度及其變化的重要指標(biāo)之一。

相2（點礁）發(fā)育于現(xiàn)今潟湖底部的平頂或丘狀結(jié)構(gòu)的地貌體，其直徑可達(dá)近400 m，高約40 m，頂部水深約20 m。該相的內(nèi)部反射模式是一系列凸?fàn)蠲妫芍械日穹姆瓷渚€組成。內(nèi)部顯示近平行沉積層理，與兩側(cè)海底沉積不斷續(xù)?；谄湫螒B(tài)和結(jié)構(gòu)，相2為生物成因的碳酸鹽巖體，即點礁。相2廣泛分布于道明群礁潟湖中，有的點礁持續(xù)發(fā)育，有的已停止生長，主要與頂部水深有關(guān)。潛水調(diào)查表明南海地區(qū)現(xiàn)代珊瑚礁在水深30 m左右仍可生長，影像中的點礁仍在發(fā)育中，其亦能夠指示當(dāng)前的海面高度，而已停止發(fā)育的點礁則會逐漸被珊瑚碎屑沉積覆蓋，成為埋藏點礁。

相3（丘脊）底部直徑約230 m，高約9 m的沉積體，廣泛分布于道明群礁潟湖內(nèi)。在剖面中表現(xiàn)為頂部凸?fàn)畹牡膹?qiáng)反射與高振幅，其下界面出現(xiàn)沉積中斷，表明與其下伏沉積相相比，其內(nèi)部沉積速率相對較高?；谶@種反射結(jié)構(gòu)與沉積層理，相3被解譯為由碎屑物質(zhì)沉積形成而非生物作用形成的脊?fàn)钋鹦误w，即丘脊。

相4（受限潟湖相）和相5（開放潟湖相）一般局限于潟湖基底內(nèi)的洼地中，前者寬約1000 m，相對水深約70~75 m，頂部埋深約10~15 m，由連續(xù)的近水平的平行反射線組成，從中振幅到低振幅不等，發(fā)育于古洼地的底部，并以上超的結(jié)構(gòu)充填古洼地。這種連續(xù)、平行且近水平的沉積層序指示了水深有限、水動力條件極弱的沉積環(huán)境；后者寬度約1000 m，水深約60~70 m，上部埋深約5~10 m，由不連續(xù)、傾斜甚至波動起伏的中等振幅反射線組成，形成古洼地充填堆積物的頂部和現(xiàn)代洼地的底部沉積，指示了相對較強(qiáng)的沉積環(huán)境。前者解譯為受限潟湖相，后者解譯為開放潟湖相。

相6（水下階地）發(fā)育于道明群礁的礁前向海坡，緩傾的階地面寬度約200 m，高約10 m，水深約為50~60 m和80~90 m。階地內(nèi)部表現(xiàn)為規(guī)則而不連續(xù)或凸?fàn)畹某练e層理。基于其形態(tài)特征和所處位置，相6被解譯為水下階地。珊瑚礁區(qū)的水下階地一般發(fā)育于低潮線以下，海面相對穩(wěn)定時期，向海坡低潮線以下珊瑚礁向海側(cè)橫向生長擴(kuò)大，加之浪蝕作用而堆積形成；或由于海面先下降后相對穩(wěn)定，珊瑚礁暴露成島，波浪侵蝕作用而成，即浪蝕平臺與浪蝕階地。水下階地能夠指示當(dāng)時海面的滯留高度（于紅兵，1999），也是道明群礁水下重要的古地貌。

相K（喀斯特相）主要表現(xiàn)為潟湖基底內(nèi)的洼地，可能是海面處于較低水平時期，珊瑚礁暴露為碳酸鹽巖灘，受風(fēng)化侵蝕作用于其表面形成的溶蝕穴或溶洞，后海面上升，發(fā)育為埋藏溶洞（趙煥庭等，1996）。其特征是反射模式變化極大，總體而言，表現(xiàn)為不連續(xù)的中等振幅反射線，反射結(jié)構(gòu)近似平行而又無序。大多數(shù)情況下，這樣的反射線描繪了洼地的形態(tài)，及內(nèi)部沉積物充填結(jié)構(gòu)。

4.2.2 侵蝕面

侵蝕面表示珊瑚礁曾出露為島，暴露在空氣中，受風(fēng)化剝蝕、化學(xué)溶蝕和流浪機(jī)械侵蝕等作用。后海面上升，侵蝕面上又開始新的沉積建造，侵蝕面逐漸被珊瑚碎屑沉積所覆蓋（趙煥庭等，1996）。侵蝕面的解譯依據(jù)主要是其與周圍其他地震反射線之間的沉積層序關(guān)系，包括上超、下超、頂超、截斷等，即它們之間具有某種橫向的連續(xù)性（Christian et al., 2015）。淺層地震剖面影像顯示，侵蝕面不僅存在于道明群礁的潟湖基底內(nèi)，也存在于礁坪基底內(nèi)。將潟湖基底內(nèi)的侵蝕面命名為侵蝕面A（A1，A2）（圖6斷面1，斷面2-1），將礁坪基底內(nèi)侵蝕面命名為侵蝕面B（圖6斷面2-2）。

圖6 淺層地震探測斷面揭示的道明群礁潟湖與礁坪基底內(nèi)的侵蝕面(A1與A2為潟湖基底中的侵蝕面，B為礁坪基底內(nèi)的侵蝕面)Fig. 6 Erosion interfaces in the basements of lagoon and reef flat of Daoming Reefs revealed by the seismic profiles (A1 and A2 are the erosion interfaces in the basement of lagoon, and B is in the basement of reef flat)

侵蝕面A1、A2位于道明群礁主礁區(qū)潟湖基底內(nèi)，侵蝕面A1相對水深60~80 m，其上松散沉積物厚度為10~20 m，平均厚度于潟湖盆內(nèi)約17 m，在潟湖盆中心區(qū)域最厚，并向兩側(cè)潟湖坡逐漸減薄，表明潟湖坡松散沉積物的沉積速率低于潟湖盆。侵蝕面A2相對水深40~70 m，其上沉積物厚度亦為10~15 m，潟湖盆內(nèi)厚而潟湖坡內(nèi)基本在10 m左右。侵蝕面B位于道明群礁礁坪基底內(nèi)，相對水深30 ~ 40 m，其上松散沉積物平均厚度約為16 m （表3）?？紤]調(diào)查設(shè)備硬件條件，侵蝕面A（A1和A2）、B之上為聲波可穿透的區(qū)域，結(jié)合其沉積構(gòu)造判定為松散珊瑚礁碎屑沉積物；侵蝕面A、B之下聲波難以穿透，僅揭示少量沉積結(jié)構(gòu)，判定其已成巖，為更新世珊瑚礁灰?guī)r。

表3 侵蝕面A (A1、A2)、B分布水深及其上松散沉積物特征Table 3 Water depth of erosion interface A (A1, A2) and B and characteristics of the above unconsolidated sediment

道明群礁礁坪與潟湖基底內(nèi)的侵蝕面和多種典型地震相揭示了一系列特征埋藏古地貌。埋藏點礁廣泛分布于潟湖基底內(nèi)，頂部相對水深約為60~65 m，底部約為70~80 m，頂部埋深約8 m；受限潟湖相和開放潟湖相埋藏于潟湖基底內(nèi)，前者相對水深約70~75 m，上部埋深約10~15 m，后者相對水深約60~70 m，上部埋深約5~10 m；水下階地發(fā)育于礁前向海坡，寬約200 m，高約10 m，水深約為50~60 m和80~90 m；侵蝕面A1和A2發(fā)育于潟湖基底內(nèi)，相對水深約40~80 m，侵蝕面B發(fā)育于礁坪基底內(nèi)，相對水深約30~40 m；喀斯特溶蝕穴與溶洞相多與侵蝕面A相關(guān)，廣泛分布于潟湖基底內(nèi)，這也表明侵蝕面曾有相當(dāng)一段時間的出露，風(fēng)化作用持續(xù)，不僅在礁坪與潟湖基底下形成了侵蝕面，同時侵蝕面下的生物礁灰?guī)r受活躍的化學(xué)溶蝕作用，發(fā)育了一系列的喀斯特地貌。

4.3 地貌發(fā)育階段性

道明群礁珊瑚礁現(xiàn)代地貌與侵蝕面和特征地震相所表征的埋藏古地貌，指示了末次冰期以來，海面變化過程中，珊瑚礁生長速度與海面上升速度對比的相對快慢發(fā)生了變化，控制道明群礁的珊瑚礁地貌發(fā)育經(jīng)歷了幾個主要演化階段。

末次冰期，南海海面下降至較低水平，整個道明群礁出露為島，造礁珊瑚死亡，風(fēng)化剝蝕作用持續(xù)，形成生物礁灰?guī)r組成的島嶼。冰后期，隨全球氣候變暖，海面逐漸回升，島嶼邊坡低潮線以下開始新的珊瑚礁沉積建造。海面上升至相對水深約80~90 m時發(fā)生了停滯，珊瑚礁側(cè)向生長，礁盤擴(kuò)大。同時，由于浪流侵蝕與溶蝕，形成道明群礁向海坡80~90 m深的浪蝕階地，并塑造了潟湖基底內(nèi)的侵蝕面A及與之相關(guān)的一系列溶蝕地貌。同期，珠江口發(fā)育了四級水下階地中80~100 m的階地，南海北部大陸架形成80 m深的古海岸線等（劉以宣等，1993）。

隨后，海面繼續(xù)上升，新一期的珊瑚礁以蝕余的早期礁體為基底開始生長，基底周邊珊瑚礁生長速度最快，形成了相對開放的早期潟湖。隨海面持續(xù)升高，潟湖水深漸增，由極淺水向淺水環(huán)境轉(zhuǎn)變，水動力由弱漸強(qiáng)，侵蝕面A上先堆積發(fā)育了受限潟湖相，隨后形成了開放潟湖相。同期，一系列點礁亦在侵蝕面A上發(fā)育。之后，海面上升速度加快，點礁生長速度不及，因礁頂水深漸增而停止生長，形成潟湖基底內(nèi)的一系列埋藏點礁。隨后，海面上升至相對水深約50~60 m處發(fā)生停滯（趙煥庭等，1996；時小軍等，2007），形成向海坡50~ 60 m的浪蝕階地。因珊瑚礁的側(cè)向生長，形成了現(xiàn)代潟湖與口門的基本格局。珠江口四級水下階地中50~60 m深的階地，永暑島東南坡50 m深的水下階地，南海北部發(fā)育的50 m深的古潟湖，以及南海北部大陸架50 m深的古海岸線等（劉以宣等，1993）均是同期形成的特征地貌。

隨海面恢復(fù)上升，全新世珊瑚礁開始生長，并持續(xù)發(fā)育至今，潟湖盆底發(fā)育了新一期的點礁，而其基底內(nèi)的點礁進(jìn)一步被埋藏，形成了厚約16 m的全新世珊瑚礁生物碎屑沉積。海南島南部三亞地區(qū)的珊瑚礁研究表明，其現(xiàn)代珊瑚礁地貌自8 kaBP開始延續(xù)至今（Wang et al., 2001; Martini et al., 2004），南部九章環(huán)礁的浪蝕平臺和脊槽地貌研究亦表明其現(xiàn)代珊瑚礁地貌可能于8 kaBP開始發(fā)育（王黎等，2018），因此，道明群礁現(xiàn)代珊瑚礁地貌可能是同一時期開始發(fā)育。全新世中期海南島南部珊瑚礁因構(gòu)造作用而抬升1~3 m（Martini et al.，2004），九章環(huán)礁脊槽地貌具有殘余地貌的特點，可能與海面的快速上升，珊瑚礁生長速度不及有關(guān)（王黎等，2018）。道明群礁目前的淺層地震探測剖面還未能識別出冰后期以來這一地區(qū)構(gòu)造活動的記錄，同時，其礁坪延伸至20 m水深，一方面與珊瑚礁生長深度有關(guān)，另一方面可能也指示了全新世的另一個海面停滯時期（王黎等，2018）。

5 結(jié)論

本文以南沙北部的道明群礁為研究區(qū)，基于淺層地震剖面數(shù)據(jù)，結(jié)合遙感影像，對道明群礁珊瑚礁現(xiàn)代地貌和古地貌進(jìn)行定量分析，獲得以下主要結(jié)論。

（1）道明群礁目前是發(fā)育有1個島、4個沙洲、7個干出礁和若干座暗礁的典型珊瑚群礁，其形狀率為0.11，緊湊度為0.52，延伸率較高，約為4.20，礁盤近似狹長的橢圓形，西南部礁盤寬大，東北部狹窄；礁坪發(fā)育指數(shù)為0.30，處于群礁發(fā)育早期階段，為半開放型—準(zhǔn)封閉型群礁，遠(yuǎn)未臺礁化。

（2）道明群礁向海坡呈下陡上略緩局部內(nèi)凹的梯形階梯狀邊坡，狹窄的礁頂區(qū)相對平坦，局部凸起與凹陷發(fā)育，被眾多潮流通道口門切割，中央為凹陷盆地，其礁體結(jié)構(gòu)總體為上截頂面的錐型，遵循Darwin建立的“上截錐型”礁體結(jié)構(gòu)。

（3）道明群礁末次冰期以來的古地貌特征揭示了其地貌演化具有階段性，經(jīng)歷了三個主要的珊瑚礁生長期和兩次停滯期，表明冰后期海面上升過程中，在相對水深80~90 m和50~60 m處發(fā)生停滯；道明群礁現(xiàn)代珊瑚礁開始發(fā)育于全新世早期。

道明群礁向海坡、礁坪和潟湖盆相關(guān)鉆孔的采集，將有助于建立可靠的年代標(biāo)尺與海面變化過程曲線，進(jìn)一步揭示冰后期南沙北部珊瑚礁地貌發(fā)育及其對海面變化的響應(yīng)。同時，亦能有效探討這一時期區(qū)域構(gòu)造活動對珊瑚礁地貌演化的影響。

致謝：研究數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院學(xué)部咨詢項目“南海海域、島礁開發(fā)與海疆權(quán)益”與中國南海研究協(xié)同創(chuàng)新中心支持的2017年8 ~ 9月的南京大學(xué)南沙考察；南京大學(xué)王黎、梁鵬等南沙考察團(tuán)成員協(xié)助進(jìn)行了淺層地震剖面野外數(shù)據(jù)采集；審稿專家和編輯部老師對論文提出了有益的修改意見，謹(jǐn)致謝忱。