環礁

環礁是海洋上呈環帶狀或馬蹄狀的一種珊瑚礁。與外海多有水道相通，低潮時礁體往往露出水面。環礁直徑數十米至數十千米，寬度一般較窄。常有灰砂(礫)島或礁岩島。 ^[1] 

環礁中間有封閉或半封閉的瀉湖或礁湖，但沒有非珊瑚礁成因的中央島嶼，這是與堡礁不同的一點。環礁露出海面的高度達幾米，呈圓形，橢圓形及馬蹄形。直徑約為1~130公里，向海堡礁一側的斜面較陡，可達45°，上部甚至達90°。 ^[2] 

1842年，達爾文根據他在小獵犬號5年的航行中所作的觀察研究資料，提出南太平洋環礁形成的理論。依據他的理論，環礁的形成與火山島有關。在海底火山噴發後所形成的火山島周圍，因環境適合珊瑚生長，於是大批珊瑚附着生長，逐漸形成裙礁。其後因故導致島嶼下沉或海平面上升，珊瑚礁仍持續堆積增長。由於堡礁或岸礁環繞的島嶼繼續下沉或海面上升，島嶼被海水淹沒，珊瑚礁繼續向上生長，原島嶼範圍成為湖，由堡礁或岸礁演變為環礁。 ^[1] 

但美國亞利桑那大學的一位地質學家表示，達爾文的環狀珊瑚島(又稱環礁)形成理論並非正確無誤，這意味着歷來達爾文理論體系的連續性將受到極大挑戰。一位名叫威廉·迪金森的地質學家。提出了一個新觀點：海平面高度變更以及侵蝕作用在環礁形成過程中具有十分重要的作用。而這些因素的輪流作用，也極大的影響了人類的遷徙活動。

迪金森指出，在達爾文提出環礁形成理論的時候，達爾文對於海平面變更現象顯然還是不瞭解的。科學家已經瞭解到，幾千年來海平面高度的交替變更，使得環礁或者沉沒於海里，或者如同峭壁般屹立在海上。在冰川時代，環礁長時間地立於海上，並將空礁湖裏的海水一起圈圍到海拔高處。迪金森還認為，也正是在如此低的海平面時期，整個珊瑚礁就暴露在空氣中，雨水的拍擊漸漸溶解了島嶼中部暴露在外的珊瑚。含有豐富碳酸鹽的雨水在經過長時間的蒸發濃縮後，最終形成了環繞島嶼的堅固壁壘，這也就是我們所看到的環礁。

關於環礁形成的真正原因，眾説紛紜，沒有一致的看法。因為科學的事實依據都還不充分，所以環礁的形成原因還有待作出進一步的深入研究。 ^[3] 

環礁內一般有厚達1000餘米的造礁石灰岩，其基座為玄武岩質海底火山。一般分佈在珊瑚易於生長的太平洋和印度洋的熱帶和亞熱帶海洋上，較典型者是馬紹爾羣島和馬爾代夫羣島。 ^[2] 

海洋上呈環狀或馬蹄狀的珊瑚礁。我國古代稱為“石塘”。其上往往堆積有由珊瑚礁碎屑組成的沙帽，即形成珊瑚島。被包圍的水面稱為礁湖，可成為優良避風港。

環礁的特點是不暴露它賴以生長的基底。環礁的環狀礁體往往是不連續的，被一些狹窄的海峽所切斷，使礁湖與大洋相通，如果連通性差或基本不通的，則稱潟湖。環礁主要由三部分組成，珊瑚生長帶，礁坪和潟湖，以潟湖為中心，兩側礁坪及生長帶一一對稱，其中礁坪結構較為複雜，礁坪中間往往分佈着由珊瑚碎屑堆積起來，高出於海平面的灰砂島，灰砂島到潟湖側的礁坪稱內礁坪，灰砂島外海側的礁坪為外礁坪，灰砂島與礁坪之間有海灘分佈，靠近潟湖及生長帶又可分出礁緣帶。

太平洋的許多環礁內緣，珊瑚藻特別發育，主要有孔石藻，石葉藻、石枝藻和新角石藻等，分佈於低潮線附近，覆蓋面積可達70%以上，厚度超過1米，這些藻堆積稱為藻脊。印度洋和太平洋西南某些礁坪上缺少藻脊，我國西沙羣島藻脊也不發育。灰砂島一般長軸平行礁邊緣，無植被覆蓋時，在季風作用下，島的位置不固定，有了植被後，灰砂島的位置比較固定，有的灰砂島規模較大，有地下淡水，如甘泉島，有的時代較老灰砂島已膠結成巖，如石島。有些巨型珊瑚礁中央沒有瀉湖；有些瀉湖中也出現一些珊瑚礁體，規模小的如柱狀體等礁，直徑達數公里。 ^[4] 

儘管環礁大小不一，但最典型的地貌結構可劃分為：礁前斜坡(向海坡)、礁坪、沙洲或島嶼、潟湖坡、潟湖盆底和潟湖潮汐通道等6個地貌單元。 ^[5] 

①礁前斜坡(向海坡)

礁前斜坡是環礁礁緣外面海一側的水下斜坡，一般坡度很陡，多數呈峭壁狀，少數呈緩坡狀，這與珊瑚生長和波浪作用有關。通常認為迎風坡面較緩，背風坡面較陡。坡角一般20°~35°，若>40°，通常稱陡坡。礁體自基座向上發育過程中，由於古海平面間歇性升降的影響，礁前斜坡往往形成了一系列寬窄不一的平緩台階(水下階地)。

②礁坪

在地質構造和海平面相對穩定的條件下，造礁珊瑚向上生長，並沿低潮面向水平方向增生擴寬，並接受來自礁緣遭波浪侵蝕產物的堆積，形成面狀堆積，成為礁坪。礁坪是環礁的最高處。環礁礁坪的形態，宏觀上是平擔的，但微觀上則是崎嶇不平的，有出露的礁塊，也有低下的凹坑，一般凹凸高差不足1m。在高潮位時，乘小艇探測，回聲測深圖象上呈微小鋸齒狀起伏；地貌聲圖上，則以麻斑狀圖象顯示。

③沙洲或島嶼

沙洲與島嶼是島礁發育的兩個階段，沙洲是礁坪上珊瑚砂屑堆積成的，未長植被，鬆散，洲緣輪廓未固定，它可隨外動力的強弱和物源的補給量而隨時改變其外部形態。

依據島嶼的組成物質，組成物的固結程度，島嶼的發育狀況等原則對生物礁島嶼劃分為灰砂島和灰礫島兩大類，又以島嶼的海拔高度與面積之比小於35劃為建設型(穩定性)島嶼，35~150劃為過渡型(平衡性)島嶼，大於150劃為破壞型(活動型)島嶼等3個亞類。 ^[5] 

④潟湖坡

指礁坪內緣至潟湖盆地邊緣的坡面。一般坡面傾斜度較向海坡平緩。一般礁坪較寬，潟湖坡較平緩，其次，潟湖坡同潟湖水深和方位也有一定關係，水淺潟湖坡很平緩，如信義礁，潟湖水深3~5m，潟湖坡四個方位均變化在0。5°~1。4°之間。其次是與礁坪面上珊瑚碎屑的多寡有關。礁坪寬，碎屑多，為潟湖坡堆積提供豐富的物源。又與風浪流等外動力作用的強弱有關，礁外緣向風一側，受強烈沖蝕，並把鬆散物質往潟湖邊推卸堆積，使背風的潟湖坡造成緩坡。

⑤潟湖盆底

潟湖底部一般比較平坦，但也常見點礁突起。在測深圖上呈鋸齒狀。環礁潟湖的形成，主要是礁體在向上增長過程中，中部生態環境較差，增長較慢，而礁緣生態環境較好，增長較快，便逐步演變成負的地形。其後，又由於礁坪物質(死亡的生物碎屑)不斷往漏湖裏堆積，點礁繼續發育和擴大，致使潟湖變線，直至消亡，而最後變成沒有潟湖的台礁。

⑥潟湖潮汐通道

環礁潟湖與外海溝通的潮汐通道俗稱“口門”。在南沙羣島42個環礁中，具有口門的環礁共有19個，佔環礁類型中近一半。它們大多屬於開放型或半封閉型的環礁。 ^[5] 

全球有環礁330～400個，大部分分佈在土阿莫土羣島(62個)、印度尼西亞東部(37個)、加羅林羣島(32個)、馬紹爾羣島(29個)和斐濟羣島(25個)，僅有大約10個分佈在印度洋-太平洋熱帶地區以外， 如中太平洋的中途島和庫雷島，紅海的兩個環礁、巴哈馬羣島的霍格斯提礁、佛羅里達的基韋斯特以西的幹龜島等。

中國南海除少數基岩島以外大多數為珊瑚島，有台地環形礁。西沙羣島，有10個，如永興、宣德及宣德東等，從漸新世以來形成了厚約1200米的珊瑚礁沉積。中沙羣島，為位於現代海面以下12～20米深的環形礁，長135千米、寬68千米，中心潟湖深75～85米。 ^[4] 

1、前人對南海現代環礁的研究已經非常系統和深入，但對古環礁及其沉積體系的研究卻很少涉及。本文利用高分辨二維地震數據，在西沙海域發現了3個晚中新世環礁體系，分別命名為A，B及C。這3個環礁體系均發育於由斷層控制的地壘之上，由環礁礁體、點礁、礁前斜坡及澙湖沉積組成。在層序地層格架下，利用礁前斜坡沉積是否發育來判定這3個環礁體系的淹沒史。環礁體系A上的大型環礁礁體一直髮育至第四紀才被淹沒，而環礁體系B及C在上新世均被淹沒。晚中新世，研究區內環礁體系發育最為廣泛和完整，表明晚中新世是西沙海域造礁生物最為繁盛的時期，這與ODP 184航次鑽探結果相一致；上新世是研究區內一個重要的生物礁淹沒期，環礁體系B及C全部被淹沒於海水之下，半遠洋沉積開始佔據優勢；第四紀是研究區內另一個生物礁淹沒期，環礁體系A上的兩個大型環礁最終被淹沒於海底之下，半遠洋沉積開始覆蓋填平晚中新世形成的環礁體系。環礁的生長與淹沒長期來看主要受構造沉降控制，而全球海平面升降在短期的某一時段內也會產生影響。 ^[6] 

2、南海珊瑚島礁資源極為豐富，實時、快速、高效、準確地獲取大範圍珊瑚島礁地貌遙感信息具有現實意義。研究提出了一種雙尺度轉化下的模型與數據混合驅動的島礁地貌信息提取框架，並設計了珊瑚島礁地貌分類體系及相應技術流程:首先採用自上而下模型驅動的GVF Snake模型進行宏觀地理分帶的粗分割，然後採用自下而上數據驅動的雲影極值抑制下多閾值OTSU分類算法進行微觀地貌類型的精細分類，最終利用區域生長算法提取離散分佈的暗沙、暗灘等淺水地貌單元。針對西沙永樂環礁利用CBERS-02B數據進行實驗，精度驗證表明:珊瑚島礁地貌遙感信息提取方法總體精度優於經典數據驅動的監督分類算法，且具有抗噪能力強、顧及空間拓撲關係、自動靈活等特點。 ^[7]