《Geomorphology》：Advantages of integrated geophysical, sedimentary, and dating approaches for reconstructing Holocene tidal inlet evolution: A case study from offshore the Belgian coastal plain
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本研究通过整合高分辨率地震成像、沉积相分析、放射性碳定年和光致发光测年技术，揭示了比利时近海潮汐 inlet 系统中晚 Holocene 期的演变规律。发现六个主要通道历经多次侵蚀与沉积，系统在约4000年间保持位置稳定，与海平面上升及侵蚀作用形成对比，为潮汐系统演变研究提供新方法。
Víctor Cartelle|Soetkin Vervust|Wout Van Wesemael|Thomas Mestdagh|Ya??z Arda ?i?ek|Christian Schwarz|Tine Missiaen|Marc De Bie|Ruth Plets
弗兰德斯海洋研究所（VLIZ），Jacobsenstraat 1，8400，奥斯坦德，比利时
摘要
保存在大陆架上的遗迹性潮汐入口为了解过去的海岸线位置和海岸演化提供了关键证据，但其识别常常受到侵蚀、沉积物重新分布和碎片化保存的影响。在本文中，我们结合了高分辨率海底地形测绘、沉积相分析、放射性碳测年以及光释光（OSL）技术，重建了位于比利时沿海平原外的一个潮汐入口复合体的中全新世至晚全新世演化过程。通过声学测绘确定了六条主要河道（A–F），并将其与沉积物岩芯进行了关联，揭示了河道填充物、侧向堆积体以及前积平台沉积物。通过对岩芯进行光释光分析，建立了相对年代地层序列；结合放射性碳测年和地层关系后，解决了年代异常问题，并进一步完善了河道活动的年代学。结果表明，在至少四千年的时间里，这些河道经历了反复的侵蚀、迁移和再占据过程。保存下来的地层显示，该潮汐入口复合体在5600年前至1700年前大致保持在同一位置。这意味着尽管海平面上升和侵蚀作用持续存在，海岸线及其相关的屏障系统仍持续存在于距现今海岸线约2公里的海域内约4000年。这些发现为基于陆地的研究提供了补充和挑战性的证据。更广泛而言，这种方法展示了如何通过整合地球物理成像、沉积相分析、放射性碳测年和光释光技术来克服传统方法的局限性，从而更准确地重建全新世海岸变化的过程，同时还能重建古代海岸线的位置。
引言
潮汐入口是沿屏障海岸的开口，潮汐水流通过这些开口进入和流出，将泻湖、沼泽和潮汐溪流系统与开阔海域连接起来（FitzGerald等人，2012年）。这些系统具有高度动态性，潮汐、波浪和风暴的相互作用在不同时空尺度上形成了复杂的沉积物输送模式，决定了水流和沉积物的交换过程。潮汐入口-屏障系统通常出现在能量混合的海岸线上，其中波浪和潮汐的相对影响决定了系统的整体形态；当潮汐占主导地位时，会形成发育良好的潮汐入口和广阔的潮间带三角洲（Davis和Hayes，1984年）。潮汐入口的形态会随着沉积物供应、水动力条件、上游淡水输入和海平面变化而演变（De Haas等人，2018年；FitzGerald等人，2012年；FitzGerald和Miner，2013年）。它们通常是屏障-入口系统中最深的部分，因此具有较高的保存潜力，尽管相关的沉积物通常较为零散（Belknap和Kraft，1981年；Belknap和Kraft，1985年；Rieu等人，2005年）。然而，遗迹性潮汐入口往往是识别古代屏障-入口系统和重建过去海岸线位置的唯一沉积证据，因为较浅的沉积物往往被后来的侵蚀作用移除（Belknap和Kraft，1985年；Belknap和Kraft，1981年；FitzGerald等人，2012年）。因此，可靠地重建遗迹性潮汐入口至关重要：它们有助于我们理解过去海岸系统的长期发展，识别控制其地质演化的参数，并提高我们在地质记录中识别古代屏障-入口系统的能力。这些发现还有助于预测类似系统对未来环境变化的响应。在人类长期干预的地区，它们还有助于揭示自然因素与人为因素在潮汐系统发展中的相对作用，为更科学的管理和预测工作提供依据。
全球多个大陆架上都记录了遗迹性潮汐入口系统（例如，Hein等人，2012年；Hollis等人，2019年；Rieu等人，2005年；Ronchi等人，2019年；Storms等人，2008年）。然而，在沉积记录中识别这些系统仍然受到限制，对潮汐入口形态动力学和沉积相结构的理解主要基于现代类似案例，而这些现代案例所受的物理条件可能并不具有普遍适用性。由于受到侵蚀作用的影响（Allen和Posamentier，1993年；Cattaneo和Steel，2003年；Demarest和Kraft，1987年；Nummedal和Swift，1987年；Swift，1968年；Zecchin等人，2019年；Zecchin和Catuneanu，2013年），或者由于过去几个世纪的人类活动而发生改变，因此识别和描述大陆架上的古代海岸线位置十分困难。因此，地层记录往往不完整且碎片化。此外，在这种动态环境中保存的环境信号可能经历了多次重新分布的过程，大规模的变化发生在几十年到几百年的时间尺度上（Bienzobas Montávez等人，2024年；Cartelle等人，2022年；De Francesco和Hassan，2008年；Mu?oz Sobrino等人，2024年；Romans等人，2016年；Toby等人，2022年）。大多数重建工作依赖于单一的数据集，如地震地貌学、沉积相分析或放射性碳测年，每种方法只能提供部分信息。这些复杂性和挑战引入了古地理重建的不确定性，只有通过综合方法才能解决这些问题。具体来说，高分辨率地球物理成像可以确定沉积体的几何形状和空间连续性，沉积相分析可以揭示沉积环境，独立的年代数据集可以建立各层之间的时间关系。结合这些数据集可以跨方法进行验证，有助于区分原始沉积信号和重新分布的物质，并在侵蚀、数据缺失或地层不完整的情况下重建海岸线演化。
在本研究中，我们采用综合方法来重建一个遗迹性潮汐入口系统的演化过程。我们的目标是证明，结合高分辨率地球物理成像、沉积相分析和多种独立的测年方法可以显著提高古地理重建的可靠性。比利时沿海平原是一个极佳的研究案例，其近岸区域保存了完好的全新世沉积物，为我们提供了研究遗迹性潮汐入口长期演化的难得机会。我们的创新之处在于应用了光释光（OSL）技术来解析复杂的地层结构，并基于放射性碳测年建立了三维相对年代地层框架。这种基于光释光的方法在重建过程中发挥了重要作用，揭示了原本可能被忽略的地层复杂性，并帮助识别了重建海岸线演化过程中的关键不确定性和不准确性来源。
研究区域
比利时沿海平原是一个独特的景观，由自然过程和人类活动的相互作用塑造而成。这里曾经是一个充满动态的潮汐环境，包括河道、泥滩、沙丘和盐沼，但现在已转变为人口密集、高度开发的地区，海岸线也得到了加固。过去的环境条件、古地貌以及人们在这种海岸环境中生存所采取的策略，对这片地区的形成起到了关键作用。
方法
2022年1月至2024年6月期间，我们使用R/V “Simon Stevin”和研究船“Last Freedom”进行了十次海上调查，收集了声学和沉积物数据。下面将详细讨论每种类型的数据。
河道相的识别
通过对纽波特（Nieuwpoort）近岸区域的声学数据分析，我们识别出了定义近岸沉积序列整体地层结构的广泛分布的声学相（图2）。不同相的测绘显示，在10公里的海岸线上存在与河道相似的侵蚀痕迹。我们区分了两种类型的河道元素：河道填充物和侧向堆积体。
光释光技术用于评估复杂的浅海地层
重建浅海地层的年代经常受到沉积物碎片化保存、可测年材料稀缺以及沉积物频繁重新分布的影响，这些因素可能会影响放射性碳和光释光测年的准确性。在这种情况下，光释光技术提供了一种有价值的补充方法，能够快速（不到3分钟即可完成一个样本的测量）并提供高分辨率的地层信息，从而揭示出细微的地层关系。
结论
本研究展示了如何通过整合高分辨率地球物理技术、沉积物岩芯、放射性碳测年和光释光技术来重建保存在大陆架上的遗迹性潮汐入口的演化过程。比利时潮汐入口复合体记录了多代河道活动，这些活动在有限的沿海区域内反复发生侧向迁移，但至少在四千年的时间里大致保持在同一位置。这种长期稳定性非常罕见。
作者贡献声明
Víctor Cartelle：撰写——初稿撰写、可视化、数据收集、数据分析、概念化。Soetkin Vervust：撰写——审稿与编辑、数据分析。Wout Van Wesemael：撰写——审稿与编辑、数据分析。Thomas Mestdagh：撰写——审稿与编辑、数据分析。Ya??z Arda ?i?ek：撰写——审稿与编辑。Christian Schwarz：撰写——审稿与编辑。Tine Missiaen：撰写——审稿与编辑、项目管理、资金申请。Marc De Bie：撰写——
利益冲突声明
作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益和个人关系：Marc De Bie表示获得了弗兰德斯研究基金会的财务支持；Victor Cartelle表示获得了弗兰德斯研究基金会的财务支持；Tine Missiaen表示获得了弗兰德斯研究基金会的财务支持；Soetkin Vervust表示获得了弗兰德斯研究基金会的财务支持。
致谢
“TESTEREP：弗兰德斯海域的演化（5000年前至今）——为政策制定和公众参与而重建”的项目是弗兰德斯研究基金会（FWO）的战略基础研究（SBO）计划的一部分，项目时间为2021年10月1日至2025年9月30日（参考编号S007522N）。感谢RV “Simon Stevin”和DAB Vloot的研究团队以及“Last Freedom”研究船的船员在海上研究中的支持。特别感谢Jan Vermaut等人的协助。
