海岸泥质风暴沉积物研究现状与展望

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2024.024

从前寒武纪至今，各年代地层中普遍存在风暴沉积物，它们记录了地史时期曾经发生的极端气象事件。古风暴沉积物研究被认为能在预测未来极端气象事件演变趋势方面提供关键的长时间尺度信息，而准确识别风暴沉积物是这项研究的重要基础。在先前的研究中，学者们主要关注相对容易识别的砂质风暴沉积物、碳酸盐（钙质）风暴沉积物、风暴砾石与巨砾以及风暴贝壳层，而对较难识别的泥质风暴沉积物缺乏深入研究。近年来，国内外研究人员在海岸泥质风暴沉积物的判识方法和指标、沉积过程以及古风暴历史重建等方面取得了不少重要进展。这对于完善对风暴沉积记录类型的认识以及进行高分辨率的古风暴活动历史重建十分重要。为此，着重回顾了近年来有关海岸泥质风暴沉积物判识方法体系的研究进展，发现综合运用元素地球化学、同位素地球化学和有机地球化学的敏感指标是准确识别泥质风暴沉积物的关键，但仍需深入探究泥质风暴沉积物地球化学判识指标与风暴沉积动力过程的响应机理，建议优先关注不同沉积环境泥质风暴沉积物的系统性对比研究、野外原位观测及室内沉积模拟，并强化跨学科交叉合作。

关键词: 极端天气事件, 风暴沉积物, 泥质风暴沉积物, 古风暴历史重建

Storm deposits ranging from the Precambrian era to the present day are found extensively in stratigraphic layers spanning almost all ages. These deposits serve as good records preserving information on paleo-extreme weather events that transpired throughout this extensive timeframe. Research on palaeostorm deposits is crucial for supplying vital long-term information for forecasting the evolutionary trends of future extreme weather events. The precise recognition of storm deposits is the pivotal foundation of this research. In previous research, the primary emphasis has been placed on easily discernible sandy storm deposits, carbonate (calcareous) storm deposits, storm pebbles, cobbles, and shell beds associated with storms because of their relative ease of identification. However, there has been a notable absence of investigations on muddy storm deposits, which presents challenges for identification. In recent years, significant progress has been made by researchers in refining the methods and indicators for identifying coastal muddy storm deposits, understanding depositional processes, and reconstructing paleostorm history. These advancements have played a crucial role in enhancing our comprehension of storm sediment classifications and in reconstructing the detailed history of paleostorm activity at high resolution. This study focuses on reviewing the recent advances in identification indices for coastal muddy storm deposits. We found that the integrated use of elemental, isotopic, and organic geochemistry serves as a sensitive indicator critical for the identification of muddy storm deposits. However, further research is required on the response mechanisms between the geochemical identification indicators of muddy storm sediments and the dynamics of storm deposition processes. It is emphasized that systematic comparative studies of muddy storm sedimentation in different sedimentary environments, field in situ observations, and laboratory simulations, as well as the strengthening of interdisciplinary collaboration, are worthy of priority as research focuses and directions for the future.

Key words: Extreme weather event, Storm deposit, Muddy storm deposit, Paleostorm history reconstruction

中图分类号:

P736.21

图1 全新世海洋环境背景下形成的3种类型风暴沉积物
（a）海岸湿地泥质风暴沉积物 ^{［

24
］}；（b）海岸平原下切河谷泥质风暴沉积物 ^{［

25
］}；（c）海岸砂质风暴沉积物 ^{［

26
］}；（d）潟湖风暴贝壳层 ^{［

27
］}

Fig. 1 Three types of storm sediments formed in the Holocene marine depositional environments
（a） Muddy storm deposit from coastal wetland ^{［

24
］}；（b） Muddy storm deposit from coastal plain incised valley ^{［

25
］}；（c） Coastal sand storm deposits ^{［

26
］}；（d） The storm shell bed found in a lagoon ^{［

27
］}

图2 泥质风暴沉积物中δ¹³C_org 值、δ¹⁵N_org 值及C/N值的正负偏移特征及成因解释（据参考文献［ 34 ］修改）
（a） δ ¹³C _org值和δ ¹⁵N _org值异常正偏移，C/N值异常负偏移；（b） δ ¹³C _org值和δ ¹⁵N _org值异常负偏移，C/N值异常正偏移

Fig. 2 Positive and negative shifts of δ¹³C_org， δ¹⁵N_org isotopes and C/N ratios in muddy storm sediments and their corresponding genesis （modified after reference ［ 34 ］）
（a） δ ¹³C _org and δ ¹⁵N _org showed anomalous positive shifts and C/N ratios showed anomalous negative shifts；（b） δ ¹³C _org and δ ¹⁵N _org showed anomalous negative shifts and C/N ratios showed anomalous positive shifts

图3 中国东部沿海平原晚第四纪钱塘江下切河谷古河口湾环境泥质风暴沉积物δ³⁴S_pyr 组成特征
（a）泥质风暴沉积物δ ³⁴S _pyr的垂向剖面；（b）单个风暴事件不同作用阶段对沉积物δ ³⁴S _pyr的影响模型

Fig. 3 Pyrite sulfur isotopic composition in the muddy storm deposit in the paleo-estuary setting in the Late Quaternary Qiantang River （QR） incised valley on the East China coastal plain
（a） Depth profile of δ ³⁴S _pyr in the muddy storm deposit；（b） Illustrative model depicting the impact of a storm event on the preservation of δ ³⁴S _pyr in sediment

图4 云南下寒武统筇竹寺组澄江化石产出层岩芯样品黄铁矿硫同位素垂向分布特征（据参考文献［ 94 ］修改）
（a）疑似风暴泥岩以硫同位素正异常为特征，正常沉积背景下的泥岩以硫同位素负异常为特征；（b）疑似风暴泥岩层的硫同位素垂向正偏移分布特征

Fig. 4 The vertical distribution of the pyrite sulfur （δ³⁴S） in core samples from the fossiliferous part of the Chengjiang of the Lower Cambrian Qiongzhusi Formation， Yunnan Province， China （modified after reference ［ 94 ］）
（a） Inferred muddy storm deposits are characterized by positive values and the background sediments are characterized by negative values；（b） Distribution of δ ³⁴S pyrite values across a single inferred muddy storm deposit

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Research Progress and Prospect of the Coastal Muddy Storm Deposit