1. 引言
海滩岩是指形成于砂质海滩的潮间带内、由碳酸盐(主要是碳酸钙)胶结海滩沉积物而成的一种海岸带碳酸盐胶结岩，其胶结物通常为高镁方解石和文石 [1] [2] 。海滩岩作为海陆交互作用的直接产物之一，对于研究古海平面变化、海岸带演化以及古气候变化等海陆相互作用过程具有重要意义 [2] ，已成为国内外学者的研究热点之一。国外于20世纪50年代后开始深入开展对海滩岩的研究工作 [3] [4] [5] [6] 。国内对海滩岩研究起始于20世纪60年代，曾昭璇将我国华南沿海的海滩岩命名为“海岸砾岩”，并对其进行了初步研究 [7] 。此后我国学者不断发现新的海滩岩(主要集中在福建、广东、广西、海南、台湾沿海及西沙群岛等地) [8] - [14] ，一般认为海滩岩主要分布于热带亚热带海岸 [15] ，但是随着更多研究发现海滩岩出露地不断北移，最北可以到温带的山东沿海 [16] 。随着海滩岩的不断发现，促使更多学者对其在古气候学、古地理学、古地层学、古环境学等方面进行深人探讨 [17] ，对海滩岩的地貌、地层、成因、年代、成岩环境、胶结物特征、海滩岩分类、分期，海滩岩真伪、海岸构造升降、海平面变化、全新世气候变迁等做了大量研究和探讨工作 [18] - [24] 。总之，海滩岩研究已经成为一个多学科、综合性的领域，涉及到地质学、矿物学、岩石学、地球化学、生物学、物理学等多个学科，对于认识地球的演化过程和提高地球资源的利用价值具有重要的意义。很多学者对三门海滩岩基本特征做过诸多研究 [15] [17] [18] [25] [26] ，但是目前还没有学者对三门海滩岩的保护方面做过系统研究。本文选取浙江三门沿赤海滩岩进行调查取样，对其成岩环境、产状、形貌特征和矿物组成进行研究，从而进一步分析其面临的问题，并提出初步的保护对策。
2. 研究材料和方法
本研究对三门县沿赤的海滩岩所在地进行了野外勘探，调查了周边环境及海滩岩自身特征，并对采集样品进行了CT扫描、扫描电镜和显微镜观测、XRD矿物组成分析等分析了其形貌特征、矿物组成等(样品编号及所做测试见表1)，并进一步分析了其形成环境。本次研究位于三门县浦坝港镇东部，以分布于牛尾塘的海滩岩为例，海滩岩分布区域见图1。
Table 1. Sample number and test method
表1. 样品编号及测试方法
Figure 1. Location of the study area and distribution of beach rock
图1. 研究区位置、海滩岩分布区
3. 分析结果
3.1. 海滩岩产状
海滩岩所处海湾宽度约400米。海滩岩出露坡面中心点位于28˚56'44''N，121˚43'21''E，长约300米。海滩岩由贝类碎屑和砂胶结而成，杂有少量当地母岩砾石，粒径一般2~3厘米，个别可达8~10厘米。海滩岩产状为走向N60˚，倾向NW，斜角5˚。在海湾与山麓交界处的海滩岩露头上方，覆盖有风成砂丘，主要成分为细沙，夹少量贝壳碎屑，厚度可达1米，其下部略具板结状，并发育良好的风成斜层理 [25] [26] 。海滩岩经江苏省地震局14C测定，其同位素年龄为2936 ± 193年B.P.。本研究所在海滩岩产状及手标本照片见图2。
3.2. 形貌特征
样品基本由砂砾、黏土和生物碎屑胶结而成，利用无损的CT扫描系统对采集的5块岩心样品进行CT扫描分析，结合扫描电镜分析，后期利用计算机处理图像的技术，对样品横向和纵向的切片进行重建，给出了多个角度的三维重建图，并将孔隙用黄色进行了渲染(图3)。可知样品中主要为固体颗粒，孔隙度均在29%以上，孔隙率结果见表2。表明海滩岩的密度和强度较低，同时孔隙度高增加了透水性，使得海滩岩风化速度加快，会进一步降低海滩岩的力学强度。
海滩岩的大孔隙度还表明了颗粒一旦沉积后不再被波浪的进退流所推动，如果经过多次地来回推移式的搬运，贝壳与粗颗粒之间的空隙就不会存在 [27] 。因此，三门海滩岩反映了风暴沉积的动力过程。
Figure 2. Beach rock occurrence and photos of hand specimen
图2. 海滩岩产状及手标本照片
Figure 3. 3D reconstruction of porosity
图3. 孔隙率三维重建图
3.3. 矿物组成
3.3.1. 镜下特征
利用显微镜对以上5份样品进行观察，镜下矿物特征见图4。
样品a显微镜下观察到主要矿物是石英和方解石，还含有少量长石、文石、黄铁矿等矿物。方解石(Cal)镜下主要成长条状或呈粒状，分布约占50%。石英(Qtz)形态多为粒状、柱粒状，约占25%。少量长石类矿物，可能是钾长石(Kfs)、斜长石(Pl)等矿物，约占10%。
样品b显微镜下观察到主要矿物是石英和方解石，还含有少量长石、文石、黄铁矿等矿物。方解石(Cal)在镜下主要呈粒状，分布约占40%。石英(Qtz)呈粒状，约占20%。少量长石类矿物可能是钾长石(Kfs)、斜长石(Pl)等矿物，约占8%。
样品c显微镜下观察到主要矿物是石英和方解石，还含有少量长石、文石、黄铁矿等矿物。方解石(Cal)在镜下主要呈长柱状分布，分布约占60%。石英(Qtz)呈粒状、柱粒状，约占30%，少量长石类矿物，可能是钾长石(Kfs)、斜长石(Pl)等矿物，约占10%。
样品d显微镜下观察到主要矿物是石英和方解石，还含有少量长石、文石、黄铁矿等矿物。方解石(Cal)在镜下主要呈粒状，分布约占40%。石英(Qtz)呈粒状、柱粒状，约占30%，少量长石类矿物，可能是钾长石(Kfs)、斜长石(Pl)等矿物，约占15%。
样品e显微镜下观察到主要矿物是石英和方解石，还含有少量长石、文石、黄铁矿等矿物。方解石(Cal)在镜下主要呈粒状，分布约占50%。石英(Qtz)呈粒状、柱粒状，约占25%，少量长石类矿物，可能是钾长石(Kfs)、斜长石(Pl)等矿物，约占10%。
3.3.2. XRD矿物组成分析
对5件样品开展了XRD矿物组成分析，结果见表3。样品的主要组成矿物为石英、方解石、钾长石、斜长石、黄铁矿、文石和黏土等矿物。其中石英和方解石为主要矿物，其含量变化范围较大，分别为18.5%~34.8% (平均27.2%)和37.6%~63.4% (平均48%)；斜长石和钾长石次之，范围为4.7%~11.6% (平均7.4%)和3.2%~4.4% (平均4%)；黏土矿物含量较为稳定，分布范围为6.4%~8.5% (平均7.4%)；此外，样品中还含有少量的文石和黄铁矿，分别为1.1%~5.0% (平均3.0%)，1.1%~5.5% (平均3.1%)。
Table 3. Analysis results of tectonite minerals (absolute content of sample composition %)
表3. 构岩矿物分析结果(样品构成绝对含量%)
从矿物组成分析结果看，石英和方解石为主要成分，海滩岩中的文石含量远低于方解石含量。因此可以说明矿物不稳定状态向稳定状态转变，但是石英和方解石含量较高也有可能表明海滩岩主要来源于陆源物质。同时根据前人对浙江海滩岩岩石薄片的鉴定结果，浙江海滩岩岩石薄片中未见明显的成岩构造，表明浙江海滩岩处于成岩初期阶段，淡水对它的影响不大 [28] 。
3.4. 三门海滩岩所在环境
三门县沿赤海滩岩主要有两处，分别位于牛尾塘和牛头门附近，均分布在岬角之间的小海湾内。本次研究的海滩岩位于牛尾塘，根据现场调查情况：该处海岸带生态环境遭到破坏，沿海岸线侵蚀较严重，局部岸线存在损毁现象，导致乱石裸露；海滩岩区海漂垃圾侵袭，人为损毁严重，对当地水土保持、生态环境保护、旅游资源的开发等方面造成严重影响。
目前，牛尾塘这处海滩岩已纳入浙江省重要地质遗迹——三门沿赤海滩岩沉积相剖面，是重要的地质教育科普基地。
4. 讨论
4.1. 浙江省海滩岩形成环境
海滩岩的形成环境需要比较强烈的水动力条件和光照强、蒸发量大的气候条件。
三门海滩岩主要发育期可能为中、晚全新世大暖期。这主要根据前人研究成果：浙江海滩岩中的动物群反映了中全新世时当地海岸带及其附近浅海的动物群面貌。其中贝类有16个热带种类和相当数量的亚热带种类，有孔虫、介形类中没有冷水种出现，说明浙江中全新世的动物群与当地现生动物群有明显差别，同时也指示了中全新世气候有较强的热带色彩，比现今亚热带气候温暖 [28] 。海水温度比现今高3.25˚~4.25˚ [15] 。
根据浙江省杭嘉湖平原和宁绍平原四个海相沉积层中广泛存在的泥质粉砂表明，浙江海岸带中、晚全新世水动力条件一直较弱。而从海滩岩分布的地貌部位、环境条件以及岩石产状、结构构造特征、贝屑含量以及贝壳的形态特征等分析，浙江省海滩岩形成时应该有比较强烈的水动力条件，与浙江海岸带中、晚全新世较弱的水动力条件不符，应是高能波浪作用的结果，风暴潮应是其动力来源 [25] [27] 。
根据前人研究中、晚全新世浙江沿海气候至少存在7次以300年变化为周期的“冷–暖”旋回 [25] 。回暖过程中，灾变事件的发生频率相应增加。目前在全球变暖的大背景下，浙江沿海风暴潮事件屡见不鲜，同时海平面上升使得海滩岩更加暴露、海水酸化和淡水淋滤也将增强，这些将直接威胁到海滩岩的稳定性。
4.2. 浙江省海滩岩研究概况及面临问题
迄今为止，浙江已发现了14处海滩岩的存在。近年来，诸多学者对浙江沿海海滩岩从成因、岩石学特征、生物遗骸特征、沉积环境、古生物类型、浙江海滩岩形成时期的气候及浙江全新世海面变化进行了多方面的研究，初步揭示了浙江省海滩岩的基本特征、形成的时代以及形成时期的环境条件，对浙江全新世气候、海平面变化等进行了较全面的探讨 [14] [15] [16] [17] [18] [25] [26] [28] [29] [30] [31] [31] 。
目前，浙江省乃至全国的海滩岩的究工作面临着一系列的问题。1) 随着人类活动的增加，对沙质海滩的不断开发、利用，易造成海滩岩露头遭受破坏；2) 位于上升海岸的海滩岩，脱离了海水环境后，在大气淡水或地表淡水的影响下，胶结物以及生物碎屑被改造成为低镁方解石，致使依赖胶结物的研究无法进行或相关研究结论不可靠 [2] 。
5. 保护对策
5.1. 三门海滩岩存在的主要问题
根据以上研究结果，三门海滩岩目前面临的主要问题为：
1) 高孔隙度及成岩时间较短的特征，使得三门海滩岩容易受外力影响，比较脆弱；
2) 受人类活动和海水侵蚀影响，三门海滩岩所在岸段破坏严重。
5.2. 三门海滩岩初步保护对策
针对以上问题，对三门海滩岩的保护对策如下：
1) 保护海滩岩基地的稳定性
① 禁止在海滩岩附近采砂，防止围填海或在岸线利用过程中改变近岸带的水动力条件，隔绝地表径流对砂质基底的冲刷；
② 对侵蚀严重的边坡进行一定程度的护理和修复。
2) 海滩岩所在的岸线进行半封闭管理
基于海滩岩疏松多孔、密度小、承压能力差的特点，应当减少人类活动直接作用于海滩岩，对海滩岩所在的岸线进行半封闭管理。
3) 修筑观光步道，禁止游客踩踏和车辆碾压
4) 对海滩岩所在地及周边进行整治工作
① 对海滩岩所在地进行环境治理，环境治理长度约0.3 km，面积15,000 m2，治理内容包括岸线整理和漂浮垃圾清理，将杂物集中处理，以改善海滩岩景观。
② 对海滩岩外围沙滩进行整治，清理杂草、废弃物，以及破损的临时建筑等。清理面积为3000 m2。
5) 树立警示标志
在海滩岩附近树立警示标志，介绍海滩岩的历史及其意义，禁止破坏海滩岩的行为及处罚措施等。
6. 结语
沿赤及浙江沿海海滩岩主要形成于中、晚全新世暖期，处于基岩海岩的砂、砂砾质岬角海湾内。因浙江沿海海滩岩尚未经历剧烈的成岩活动，因此其对于揭示古气候、古环境、古海平面变化等具有重要意义 [15] 。
根据本文研究得出的三门海滩岩密度和强度较低，孔隙度高等特征以及所处受人类活动影响较大的环境等结果，同时结合前人的研究成果，在全球变暖的大背景下，不仅海平面上升、海水酸化和淡水淋滤将增强，浙江沿海风暴潮等灾变事件也将会越来越严重，直接威胁到海滩岩的稳定性，三门海滩岩亟需保护。因此本文对以沿赤为代表的三门海滩岩提出了初步的保护对策措施，希望能对其他地区的海滩岩保护提供一点借鉴经验。
NOTES
*通讯作者。