田動會，馮秀麗，姜波，滕珊，姜建新，王曉明，王曉磊

（中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東青島266100）

埕北海域底質(zhì)沉積物粒度分布特征及其動力環(huán)境意義

田動會，馮秀麗，姜波，滕珊，姜建新，王曉明，王曉磊

（中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東青島266100）

通過分析181個埕北海域底質(zhì)沉積物樣品的粒度資料，并應(yīng)用Flemming三角圖示法對研究區(qū)進(jìn)行沉積動力環(huán)境分區(qū)，結(jié)果表明：研究區(qū)底質(zhì)沉積物主要為粉砂質(zhì)砂、砂質(zhì)粉砂、粉砂和黏土質(zhì)粉砂4種類型，整體上由岸向海粒度呈現(xiàn)細(xì)-粗-細(xì)的分布特征，且呈條帶狀與岸線平行；粒度相對較粗，粒徑頻率曲線多以單峰為主，分選中等偏差，多為正偏；沉積動力環(huán)境分區(qū)表明該海域沉積物多以懸浮和躍移為主；粒度特征和沉積動力強(qiáng)度以6 m和12 m等深線為軸對稱分布，12 m水深等值線兩側(cè)沉積物的分布類型和運(yùn)移趨勢主要受季節(jié)的風(fēng)浪變化控制，6 m水深等值線兩側(cè)沉積物分布和運(yùn)移趨勢主要受波浪破碎的紊流作用控制。

埕北海域；底質(zhì)沉積物；粒度分布；沉積動力環(huán)境

埕北海域沉積動力環(huán)境較為復(fù)雜，因其蘊(yùn)含豐富油氣資源，歷來頗受專家學(xué)者關(guān)注。1953年黃河改道流經(jīng)該區(qū)注入渤海，來自黃土高原的大量泥沙及各種沉積物在此沉積，形成了較為復(fù)雜的沉積環(huán)境。至1976年黃河人工改道之后，物源供給迅速減少，沉積格局由原來的淤積變?yōu)榍治g，沉積動力環(huán)境發(fā)生改變，存在著諸多不穩(wěn)定因素。針對本區(qū)域，前人研究資料相對較少，馮秀麗等（2007）根據(jù)埕北海域的調(diào)查資料，結(jié)合底質(zhì)沉積物的分布，對研究海域進(jìn)行了波浪作用下的液化分區(qū)。趙廣明等（2013）結(jié)合實(shí)地取樣資料和歷史數(shù)據(jù)總結(jié)了現(xiàn)代黃河三角洲底質(zhì)沉積物類型和沉積環(huán)境，并將沉積環(huán)境進(jìn)行了分區(qū)。張衍濤等（2009）通過實(shí)測資料，對黃河口埕島海域底質(zhì)沉積物土性的區(qū)域變化及其機(jī)理進(jìn)行了分析。目前，針對埕北海域沉積動力環(huán)境的研究相對較少，因此有必要對埕北海域底質(zhì)沉積物的粒度分布特征和沉積動力環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行探討。

沉積物的粒度分布特征是反映沉積動力環(huán)境重要指標(biāo)之一，尤其是海底底質(zhì)沉積物的粒度參數(shù)很大程度上表征了沉積環(huán)境的水動力條件和沉積物的來源與運(yùn)移趨勢，是目前研究水體動力環(huán)境的主要手段。而水體動力環(huán)境的改變，一定會在沉積物的粒度參數(shù)上有所展現(xiàn)，前人根據(jù)底質(zhì)沉積物的粒度參數(shù)及其組合特征對沉積動力環(huán)境進(jìn)行了相關(guān)研究（李安龍，2012；許國輝，2012；彭俊，2014；王桂芝，2002；曹兵，2011；丁艷峰，2008）。現(xiàn)利用埕北海域181個站位海底表層沉積物的粒度資料，分析了埕北海域底質(zhì)沉積物的類型與粒度參數(shù)的平面展布特征，并結(jié)合各分區(qū)典型站位對其動力環(huán)境進(jìn)行了研究。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于埕島油田中心一號平臺附近海域，水深范圍0～20 m，海底地形復(fù)雜多變，岸線曲折，地勢西南高東北低，水深等值線大致平行于岸線。潮流性質(zhì)屬于正規(guī)半日潮，以往復(fù)運(yùn)動為主，方向與岸線平行。波浪類型為風(fēng)生浪，周期短，根據(jù)長年統(tǒng)計(jì)資料，強(qiáng)浪方向?yàn)镹NE向，次浪方向?yàn)镹W向（馮秀麗等，2007）。調(diào)查范圍及取樣站位如圖1所示。

圖1 研究區(qū)及取樣站位圖

2 樣品來源與研究方法

2014年在埕島附近海域通過取樣器獲得181個海底表層沉積物樣品。樣品于室內(nèi)通過馬爾文MS-2000激光粒度分析儀進(jìn)行粒度分析。首先將樣品混合均勻后取樣，通過添加適量雙氧水去除有機(jī)質(zhì)、添加適量0.25 mol/L稀鹽酸去除碳酸鹽，然后經(jīng)過洗酸處理，添加適量0.5 mol/L的六偏磷酸鈉浸泡24 h，上機(jī)測試前再經(jīng)過超聲儀充分分散樣品20 min，最后利用激光粒度儀分析測試樣品。粒度分級標(biāo)準(zhǔn)采用Uddeh-Wentworth等比制椎值（Uddeh，1922）。根據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》第8部分：海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查（GB/T12763.8-2007）規(guī)定，對沉積物粒度分析結(jié)果采用Shepard分類法（shepard，1954）進(jìn)行分類定名。采用Folk-Ward圖解法（Folk et al，1957）計(jì)算沉積物粒度參數(shù)。

采用Flemming三角圖示法（Flemming，2000）分析研究海域的沉積動力環(huán)境，該方法根據(jù)沉積物中黏土、粉砂和砂相對含量的多少，把整個三角圖劃分為25個不同的區(qū)域，以此來指示不同的介質(zhì)運(yùn)動形式和水動力條件，進(jìn)而劃分為不同的沉積動力環(huán)境。

3 底質(zhì)沉積物分布特征

3.1 海底底質(zhì)沉積物類型

根據(jù)研究區(qū)底質(zhì)沉積物粒度分析結(jié)果可知海底底質(zhì)沉積物主要有粉砂質(zhì)砂、砂質(zhì)粉砂、粉砂和黏土質(zhì)粉砂4種類型，沉積物底質(zhì)類型分布見圖2。從圖2中可以明顯看出，研究區(qū)的底質(zhì)沉積物粒度由岸向海呈現(xiàn)細(xì)-粗-細(xì)的特征。其中，研究區(qū)的北部區(qū)域底質(zhì)類型為黏土質(zhì)粉砂，占整個研究區(qū)的49.7%，東北角有一小區(qū)域的粉砂；研究區(qū)的中北部以及沿岸區(qū)域底質(zhì)類型主要為粉砂，占整個研究區(qū)的19.9%，中間夾雜零星分布的砂質(zhì)粉砂和黏土質(zhì)粉砂；研究區(qū)中南部區(qū)域底質(zhì)類型主要為砂質(zhì)粉砂，占整個研究區(qū)的25.4%，中間有兩塊對稱分布的區(qū)域底質(zhì)類型為粉砂質(zhì)砂，占整個研究區(qū)的5%。

圖2 研究區(qū)底質(zhì)沉積物底質(zhì)類型分布圖

3.2 海底沉積物粒度分布特征

沉積物的粒度參數(shù)特征包括平均粒徑、中值粒徑、峰態(tài)、偏態(tài)和粘粒含量等，這些參數(shù)很大程度上反映了物源、水動力條件和沉積環(huán)境的演化，采用Folk-Ward圖解法計(jì)算沉積物粒度參數(shù)—中值粒徑、分選系數(shù)、偏態(tài)、峰態(tài)和粘粒含量，并繪制沉積物粒度參數(shù)特征分布圖（圖3），具體分析如下：

（1）中值粒徑：研究區(qū)底質(zhì)沉積物的中值粒徑分布與其底質(zhì)類型的分布有良好的對應(yīng)關(guān)系。從圖中可以看出，由岸向海沉積物的中值粒徑呈細(xì)-粗-細(xì)的對稱分布特征，且大致呈條帶狀分布，與岸線基本平行。沿岸沉積物的中值粒徑在整個研究區(qū)最大，最大值為0.064 mm，等值線的兩個極大值區(qū)正好對應(yīng)的底質(zhì)類型為粉砂質(zhì)砂；研究區(qū)的東北部沉積物的中值粒徑最小，最小值為0.004 mm，對應(yīng)的底質(zhì)類型為黏土質(zhì)粉砂；研究區(qū)中部過渡區(qū)域的沉積物中值粒徑范圍介于0.014～0.042 mm之間，對應(yīng)的底質(zhì)類型主要為粉砂和砂質(zhì)粉砂。

圖3 研究區(qū)沉積物粒度參數(shù)分布特征

（2）分選系數(shù)：研究區(qū)底質(zhì)沉積物分選系數(shù)的分布與中值粒徑分布對應(yīng)關(guān)系良好，中值粒徑較大的區(qū)域其分選系數(shù)一般較小。整個研究區(qū)底質(zhì)沉積物的分選系數(shù)介于1.02～2.20之間，平均值為1.776，分選為中等—差，說明了研究區(qū)水動力條件的復(fù)雜多變，其中粗顆粒沉積物的分選優(yōu)于細(xì)顆粒的分選。

（3）偏態(tài)：研究區(qū)底質(zhì)沉積物的偏態(tài)與其中值粒徑的分布對應(yīng)關(guān)系良好，大致呈條帶狀分布，與岸線平行，且由岸向海其偏態(tài)數(shù)值逐漸減小。整個研究區(qū)底質(zhì)沉積物的偏態(tài)最大值為0.62，最小值為0.04，平均值為0.32，屬于近對稱—正偏—極正偏。

（4）峰態(tài)：研究區(qū)底質(zhì)沉積物的峰態(tài)數(shù)值分布由岸向海呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在研究區(qū)中部形成若干極大值區(qū)。整個研究區(qū)峰態(tài)的最大值為1.99，最小值為0.82，平均值為1.16，屬于中等尖銳—尖銳峰態(tài)。

（5）粘粒含量：粘粒含量是指沉積物中粒徑小于0.004 mm的部分占總含量的百分比，對研究沉積物的來源、水動力的搬運(yùn)能力和沉積環(huán)境的變化有著極其重要的作用。研究區(qū)海底沉積物的粘粒含量介于3.57%～43.8%之間，平均含量為18.58%。從整體分布來看，離岸邊越遠(yuǎn)，底質(zhì)沉積物的粘粒含量越高。研究區(qū)大部分區(qū)域沉積物的粘粒含量并不高，水深小于13 m的研究區(qū)域粘粒含量均低于20%。分析認(rèn)為，沿岸區(qū)域由于波浪和海流的簸選作用，將細(xì)顆粒的物質(zhì)帶向遠(yuǎn)海，粗顆粒的物質(zhì)沉積下來，所以粘粒含量不高，而遠(yuǎn)離岸邊區(qū)域粘粒含量變大，所以研究區(qū)北部區(qū)域粘粒含量均都大于24%。

綜上分析，研究區(qū)底質(zhì)沉積物整體上粒度相對較粗，各站位粒度頻率分布曲線多以單峰為主，屬于中等尖銳—尖銳峰態(tài)，分選程度為中等—差，偏態(tài)為近對稱到正偏態(tài)，粘粒平均含量低于20%。說明研究區(qū)底質(zhì)沉積物物源比較單一，主要是歷史時期黃河入海所攜帶的巨量泥沙沉積，水動力環(huán)境較為復(fù)雜，波浪和潮流作用劇烈，沉積物經(jīng)過篩選，細(xì)顆粒較少，粗顆粒含量較高，有明顯粗化的趨勢。從表層沉積物的平面分布上看，有兩個沖刷嚴(yán)重的中心，粒徑較粗，分選較好，主要為三角洲建造期間河口砂壩附近及后期黃河入?？诘纳匙觳糠帧?/p>

4 沉積動力環(huán)境分析

4.1 沉積動力環(huán)境分區(qū)

Flemming三角圖根據(jù)底質(zhì)沉積物中砂、粉砂和黏土相對含量的多少將整個三角圖劃分為25個不同的區(qū)域，這25個區(qū)域是由S、A、B、C、D、E和I—VI的不同組合構(gòu)成，不同的區(qū)域其介質(zhì)運(yùn)動組合方式和水動力條件不同，進(jìn)而指示不同的沉積環(huán)境?；诟髡疚猾@得的底質(zhì)沉積物各組分相對含量的多少，運(yùn)用Flemming三角圖示法對埕北海域研究區(qū)進(jìn)行沉積動力環(huán)境分區(qū)，結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 Flemming三角圖

圖5 沉積動力環(huán)境分區(qū)

由圖4、圖5分析可知，研究區(qū)底質(zhì)沉積物的粒度組分落點(diǎn)主要分布在B-玉、C-域、D-域、E-域和E-芋五個區(qū)域，只有少數(shù)的幾個站位的粒度組分參數(shù)分布在D-玉和D-III區(qū)域。同時可以看出其沉積動力環(huán)境分布的趨勢和底質(zhì)沉積物的類型及其粒度參數(shù)分布特征有很強(qiáng)的相關(guān)性。為研究每個分區(qū)的沉積環(huán)境特征，選取5個主要分區(qū)中的典型站位資料，繪制其粒度概率累積曲線，并對其運(yùn)動組合特征加以分析。

4.2 典型站位的沉積環(huán)境響應(yīng)

根據(jù)Flemming三角圖示法對研究區(qū)進(jìn)行沉積動力環(huán)境分區(qū)，其與底質(zhì)沉積物的粒度累積曲線密切相關(guān)，將各分區(qū)典型站位的粒度概率累積曲線繪于圖6，從圖6中可以明顯看出，B-玉、C-域、D-域、E-域和E-芋的粒度概率累積曲線呈現(xiàn)明顯的三段式，但是小于2椎粒徑的組分含量基本為零，說明研究區(qū)的底質(zhì)沉積物運(yùn)動方式基本上是躍移式和懸移式，基本不含有滾動組分，而懸浮組分又分為兩段直線，屬于分級懸浮。并且從圖中可以明顯看出，從玉區(qū)到芋區(qū)水動力逐漸減弱，躍移組分的含量逐漸減少，懸浮組分含量逐漸增加，同時躍移組分的直線斜率逐漸減小，也印證了水動力的逐漸變?nèi)?，與Flemming三角圖的分類結(jié)果有很好的對應(yīng)關(guān)系。

由于選取的B-玉、C-域和D-域典型站位位于埕北海域研究區(qū)的中部以及近岸區(qū)域，水深12 m以內(nèi)，波浪以及潮流的動力作用較強(qiáng)，其中B-玉分區(qū)沉積物中值粒徑平均值為0.072 mm，分選系數(shù)均值為1.643，峰態(tài)均值為1.581，偏態(tài)均值為0.524，砂含量均值為56.77%，粉砂含量均值為35.74%，粘粒含量均值為7.49%；C-域分區(qū)沉積物中值粒徑平均值為0.043 mm，分選系數(shù)均值為1.855，峰態(tài)均值為1.299，偏態(tài)均值為0.454，砂含量均值為31.89%，粉砂含量均值為56.76%，粘粒含量均值為11.35%；D-域分區(qū)沉積物中值粒徑平均值為0.029 mm，分選系數(shù)均值為1.781，峰態(tài)均值為1.295，偏態(tài)均值為0.413，砂含量均值為14.23%，粉砂含量均值為72.22%，粘粒含量均值為13.55%。這三個分區(qū)典型站位的粒度概率累積曲線表現(xiàn)基本一致，躍移組分的含量均大于70%，表現(xiàn)為多搬運(yùn)、少懸浮、無滾動的運(yùn)動組合特征，懸浮組分又進(jìn)一步分為兩部分，屬于分級懸浮，隨粒度變化反映水動力強(qiáng)度變化最劇烈。

E-芋分區(qū)遠(yuǎn)離海岸，位于研究區(qū)的北部區(qū)域，波浪和潮流的動力作用在整個研究區(qū)最弱，水深一般大于18 m。該分區(qū)沉積物中值粒徑平均值為0.007 mm，分選系數(shù)均值為1.706，峰態(tài)均值為1.002，偏態(tài)均值為0.136，砂含量均值為1.55%，粉砂含量均值為65.53%，粘粒含量均值為32.92%。從其典型站位的粒度概率累積曲線來看，也是三段式分布，但是躍移組分占的含量比較少，僅僅只有7%左右，懸浮組分所占比例較多，也是進(jìn)一步分為兩段直線，屬于分級懸浮，并且隨粒度大小的改變反映水動力條件變化中等，同時不含有滾動組分，主要表現(xiàn)為多懸浮、少搬運(yùn)、無滾動的運(yùn)動組合特征。這與該區(qū)域底質(zhì)沉積物類型主要為黏土質(zhì)粉砂相對應(yīng)，粒徑較細(xì)，分選較差。

E-域分區(qū)主要位于研究區(qū)的西部，波浪和潮流的動力作用在整個研究區(qū)屬于中等強(qiáng)度，水深介于8～20 m范圍之內(nèi)。該分區(qū)沉積物中值粒徑平均值為0.016 mm，分選系數(shù)均值為1.828，峰態(tài)均值為1.008，偏態(tài)均值為0.291，砂含量均值為4.64%，粉砂含量均值為75.15%，粘粒含量均值為20.21%。從其典型站位的粒度概率累積曲線來看，大致也是三段式分布規(guī)律，無滾動組分，躍移組分占總含量的50%左右，其余為懸浮組分，懸浮組分也是進(jìn)一步分為兩段直線，屬于分級懸浮，兩段直線斜率相差較大，說明水動力條件變化較大。分析認(rèn)為該分區(qū)由岸向海分布范圍較大，因此水動力環(huán)境變化比較劇烈。整體上該分區(qū)底質(zhì)沉積物表現(xiàn)為無滾動、半搬運(yùn)、半懸浮的運(yùn)動組合特征，這與該分區(qū)底質(zhì)沉積物為粉砂、黏土質(zhì)粉砂、砂質(zhì)粉砂等多種類型相一致，粒徑分布范圍較大，有粗有細(xì)，分選較差。

圖6 典型站位粒度概率累積曲線

5 結(jié)果與討論

由研究區(qū)沉積動力環(huán)境分區(qū)（圖5）和各分區(qū)典型站位粒度概率累積曲線分布（圖6）綜合分析，從研究區(qū)北部離岸一側(cè)到研究區(qū)南部，底質(zhì)沉積物的粒徑表現(xiàn)為細(xì)-粗-細(xì)的對稱分布特征。而沉積動力環(huán)境分區(qū)同時也表現(xiàn)為E-III、E-域、D-域、C-域、B-玉、C-域、D-域的分布，表現(xiàn)為水動力強(qiáng)度弱-強(qiáng)-弱的對稱變化趨勢，對稱軸大致位于12 m等深線和6 m等深線附近，與粒徑分布相一致。據(jù)馮秀麗等（2011）研究發(fā)現(xiàn)埕島海域以12 m等深線（參照當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面）為界，近岸一側(cè)的底質(zhì)沉積物有離岸搬運(yùn)的趨勢，而離岸一側(cè)的沉積物有向岸搬運(yùn)的趨勢，深水區(qū)沉積物輸運(yùn)主要受冬季風(fēng)浪控制，12 m以淺水域沉積物輸運(yùn)主要受夏季風(fēng)浪控制。據(jù)鹿洪友等（2003）和馮秀麗等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，埕北海區(qū)以16 m等深線為界，16m等深線以深區(qū)域基本沖淤平衡或略淤。據(jù)陳沈良等（2006）的研究，飛雁灘海域波浪破碎位于水深6.5 m等值線左右，波浪破碎帶附近為最大侵蝕帶。綜合前人研究（劉杰等，2015；常方強(qiáng)等，2008；馮秀麗等，2004；2003），以波浪破碎帶為中心，波浪破碎引起的強(qiáng)烈紊流作用使得研究區(qū)的底質(zhì)沉積物懸浮起來，細(xì)顆粒沉積物進(jìn)入波浪和潮流隨之向兩側(cè)搬運(yùn)，粗顆粒遺留下來。在向岸運(yùn)動的過程中，由于波浪和潮流的動力逐漸減弱，懸浮的沉積物由于重力作用發(fā)生機(jī)械分異沉降，所以離岸邊越近，沉積物粒徑反而越細(xì)，導(dǎo)致由海向岸形成以6 m等深線為對稱軸，沉積物的粒度呈現(xiàn)細(xì)-粗-細(xì)的變化趨勢，而水動力呈現(xiàn)弱-強(qiáng)-弱的變化趨勢。由以上分析可以看出，研究區(qū)12 m水深等值線兩側(cè)的沉積物的分布類型和運(yùn)移主要受季節(jié)的風(fēng)浪變化控制，6 m水深等值線兩側(cè)的沉積物分布和運(yùn)移主要受波浪破碎的紊流作用控制。

6 結(jié)論

（1）研究區(qū)底質(zhì)沉積物主要為粉砂質(zhì)砂、砂質(zhì)粉砂、粉砂和黏土質(zhì)粉砂4種類型，粒度整體上由岸向海呈現(xiàn)細(xì)-粗-細(xì)的變化。整體上粒度相對較粗，各站位粒度頻率分布曲線多以單峰為主，屬于中等尖銳—尖銳峰態(tài)，分選程度為中等—差，多為正偏。

（2）采用Flemming三角圖示法得到研究區(qū)底質(zhì)沉積物的粒度組分落點(diǎn)主要分布在B-玉、C-域、D-域、E-域和E-芋5個區(qū)域，只有少數(shù)的幾個站位的粒度組分參數(shù)落點(diǎn)分布在D-玉和D-III區(qū)域。

（3）沉積動力環(huán)境分區(qū)典型站位的粒度概率累積曲線分析表明，研究區(qū)底質(zhì)沉積物主要以懸浮和躍移為主，不含滾動組分，懸浮部分屬于分級懸浮。

（4）研究區(qū)沉積物粒度細(xì)-粗-細(xì)的對稱分布和沉積動力環(huán)境的對稱分布表明，該區(qū)域12 m水深等值線兩側(cè)的沉積物的分布類型和運(yùn)移主要受季節(jié)的風(fēng)浪變化控制，6 m水深等值線兩側(cè)的沉積物分布和運(yùn)移主要受波浪破碎的紊流作用控制。

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Surface sediment distribution and dynamic environment characteristics in the Chengbei sea area

TIAN Dong-hui,FENG Xiu-li,JIANG Bo,TENG Shan,JIANG Jian-xin,WANG Xiao-ming,WANG Xiao-lei

(College of Marine Geosciences,Ocean University of China,Qingdao 266100,China)

Based on the analysis of 181 grain size testing data which sampled in Chengbei sea area,and the application of Flemming triangular diagram method in the study area,the results show that the sediments are mainly composed of silty sand,sandy silt,silt and clayey silt.Grain size is comparatively coarse,and the grain size frequency curves are mostly unimodal pattern.Dynamic environment analysis shows that the sediments in the study area are mostly suspensible and saltatory.Grain size characteristics and sedimentary response strength are symmetrical along the water depth of 6 m and 12 m.Distribution and transport of sediments along the water depth of 12 m are mainly controlled by the seasonal variation of wind wave,and controlled by the zone of wave breaking along the water depth of 6 m.

Chengbei sea area;surface sediment;sediment distribution;dynamic environment

P736.21

A

1001原6932（圓園17）05原園554原07

10.11840/j.issn.1001-6392.2017.05.011

2016-05-09；

2016-06-19

田動會（1990-），碩士研究生，主要從事海洋工程環(huán)境研究工作。電子郵箱：18765951032@163.com。

馮秀麗，教授，主要從事海洋工程環(huán)境研究工作。電子郵箱：fengxiuli@ouc.edu.cn。

（本文編輯：袁澤軼）