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海灘沉積環(huán)境質(zhì)量演變調(diào)查評價方法初探
——以欽州市大環(huán)村海灘為例

2022-05-10 08:26
南方自然資源 2022年4期
關(guān)鍵詞:物源環(huán)境質(zhì)量沉積物

朝 魯

廣西海洋地質(zhì)調(diào)查院,廣西 北海 536000

海灘作為寶貴的旅游資源越來越受到關(guān)注,海灘環(huán)境質(zhì)量的變化情況可以間接反映一段時間內(nèi)當?shù)貙Νh(huán)境的管理情況,通過綜合研究確定海灘環(huán)境質(zhì)量改變的原因,可為后續(xù)海洋環(huán)境管理提供意見。

此次研究筆者采用地層同位素210Pb、137Cs測年技術(shù)、沉積物環(huán)境質(zhì)量檢測、粒度分析測試等方法,對欽州市大環(huán)村海灘沉積環(huán)境質(zhì)量演變進行調(diào)查與評價,得到了良好的效果,該調(diào)查評價方法可為地方政府今后在海灘資源保護和開發(fā)利用等方面提供技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

欽州市大環(huán)村位于欽州市三娘灣風景區(qū)西側(cè),地理坐標為東經(jīng)108°42′39″,北緯21°38′59″。海灘剖面取樣位置如圖1 所示。調(diào)查區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風氣候,高溫多雨,多年平均風速為2.6 m/s,其中2 月的平均風速最大,達3.1 m/s,8—9 月最小,為2.1 m/s。受臺風和寒潮影響,大風較多。其中12 月和1 月多寒潮大風,夏秋兩季多臺風、西南大風和雷雨大風,在沿海地區(qū)龍卷風等風災時有發(fā)生。潮汐性質(zhì)屬非正規(guī)全日潮,潮流呈往復流性質(zhì)。落潮平均流速和最大流速較漲潮大。該地海區(qū)波浪以風浪為主,常浪向為SSW 向,頻率為17.67%,其次為NNE 向,頻率為17.2%;強浪向為SSW 向,次浪向為S 向和NE 向;海區(qū)實測最大波高為3.4 m,波向為ESE 向;實測最大周期為6.8 S。據(jù)統(tǒng)計該區(qū)波級<0.5 m 發(fā)生頻率為66.37%,波級<1.0 m 發(fā)生頻率為96.21%,波高>1.5 m 發(fā)生頻率僅為1.1%。剖面位置出露地層以海積層(Qh3-m)為主,巖性有淤泥、粘土質(zhì)砂、砂—粉砂—粘土、粗砂、中砂、細砂和粉砂,根據(jù)鉆孔資料揭露其厚度在1.70~13.0 m 之間。

圖1 海灘剖面取樣位置圖

2 海灘剖面資料及調(diào)查評價方法

2.1 海灘剖面資料

此次研究的海灘剖面數(shù)據(jù)資料為實測,海灘剖面由專業(yè)技術(shù)人員人工挖掘深槽,挖掘位置位于海灘中—高潮灘位置,挖掘時間在退潮期。挖掘后,用木鏟切平,得到完整的連續(xù)海灘剖面,海灘剖面深度1.0 m,并進行連續(xù)采樣,采樣間隔10 cm,樣品重量2 kg。

2.2 調(diào)查評價方法

筆者采用210Pb、137Cs 同位素測年、沉積物環(huán)境質(zhì)量檢測和粒度分析測試等方法,在210Pb 年代框架中獲得大環(huán)村海灘近30 年來沉積環(huán)境質(zhì)量演變特征,通過海灘沉積物粒度、環(huán)境質(zhì)量分析來研究沉積物物源、沉積速率、沉積年代及沉積環(huán)境的演變趨勢。

筆者選擇典型的海灘(大環(huán)村海灘)進行調(diào)查評價,根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果對方法的可行性和有效性進行研究,總結(jié)調(diào)查評價方法的適用性。

3 沉積速率及年代學分析

當前通過沉積層中賦存的年代信息反演近現(xiàn)代沉積過程的研究方法,已被廣泛用于湖泊、河口海岸和海洋現(xiàn)代沉積速率的估算[1]。此次海灘剖面樣品通過210Pb、137Cs 同位素測年,來確定海灘樣品年齡。由210Pbex 擬合得到0~100 cm 沉積速率為2.8±0.6 cm/yr。按照此計算,該樣品年齡在30 年左右,是短期內(nèi)較快沉積導致。從上到下年代從最上層的采樣時刻2019 年到最下1.0 m 左右的1983 年。沉積物中的137Cs 未檢出(<1 Bq/kg),以210Pb的分析結(jié)果為沉積速率和測年依據(jù),其中Z-1樣品年代為2019—2015 年,Z-2 樣品年代為2015—2012年,Z-3樣品年代為2012—2008年,Z-4 樣品年代為2008—2005 年,Z-5 樣品年代為2005—2001 年,Z-6 樣品年代為2001—1998 年,Z-7 樣品年代為1998—1994 年,Z-8樣品年代為1994—1990 年,Z-9 樣品年代為1990—1987 年,Z-10 樣品年代為1987—1983年。根據(jù)年代學分析樣品沉積連續(xù),年齡在30年前后,沉積速率為2.8±0.6 cm/yr,根據(jù)分析結(jié)果該沙灘樣品可以做年代學測試來研究其沉積速率及沉積年代。

4 沉積物物源分析

物源分析是通過各種方法確定沉積物物源位置、性質(zhì)及沉積物搬運路徑,甚至整個盆地的沉積構(gòu)造演化的過程[2]。此次海灘柱狀樣品沉積物物源分析主要通過海灘物質(zhì)組分(成分及粒徑)及Gamma 核素分析。

大環(huán)村沙灘上柱狀樣品貝殼的含量從上到下有所增加,整體粒度均勻(最上層除外)。沉積物累積曲線(見圖2)顯示,從上到下沉積物物源穩(wěn)定,為單一來源。另外通過其他幾種Gamma核素測試分析結(jié)果來看,核素活度相關(guān)性離散度不大,這進一步確認了沉積物物源的單一性。柱狀沉積物不同層次238U、228Th、228Ra 活度變化如圖3 所示,柱狀沉積物不同層次40K 活度變化如圖4 所示。分析結(jié)果顯示,沉積物物源分析結(jié)果和其他幾種Gamma 核素活度相關(guān)性離散度分析結(jié)果相吻合,證明此次分析沉積物物源的研究方法較為可靠。

圖2 柱狀沉積物不同層次粒徑譜的累積曲線圖

圖3 不同層次238U、228Th、228Ra 活度變化圖

圖4 不同層次40K 活度變化圖

5 沉積物環(huán)境質(zhì)量分析

筆者把此次海灘剖面縱向沉積物環(huán)境質(zhì)量變化特征的研究結(jié)果與周邊海域沉積物環(huán)境質(zhì)量變化特征相對比,發(fā)現(xiàn)研究結(jié)果中石油類含量有明顯上升趨勢,與區(qū)域沉積物環(huán)境質(zhì)量變化特征一致,從而驗證了此次調(diào)查評價的準確性。

5.1 周邊海域沉積物近10 年環(huán)境質(zhì)量變化特征

研究區(qū)周邊海域沉積物環(huán)境質(zhì)量變化特征主要通過實測對比研究,數(shù)據(jù)來源于北部灣大學和廣西海洋地質(zhì)調(diào)查院。2009 年北部灣大學在欽州海域采集本底數(shù)據(jù)時,在研究區(qū)周邊海域采集了4 個站位海域底質(zhì)樣品,并做了沉積物環(huán)境質(zhì)量分析。2019 年廣西海洋地質(zhì)調(diào)查院對4 個站位樣品進行了監(jiān)測采集,做了沉積物環(huán)境質(zhì)量分析。通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn),研究區(qū)海域沉積物里有機碳含量和硫化物含量變化較?。皇皖惡孔兓黠@,在金鼓江里和三墩外港東南側(cè)海域明顯上升,在金鼓江口門和三墩外港西南海域明顯下降;鎘含量基本不變;鉛的含量小幅上升;汞的含量升高;鋅的含量在三墩外港西南側(cè)海域明顯下降,其他3 個站位小幅升高;銅的含量小幅下降。10 年里這4 個站位及附近海域海底沉積物質(zhì)量在逐漸變差,其中石油類、汞的含量增高。

5.2 海灘剖面縱向沉積物環(huán)境質(zhì)量變化特征

此次柱狀樣品沉積物環(huán)境質(zhì)量分析的主要內(nèi)容為重金屬(總汞、銅、鉛、鎘、砷、鋅、鉻)、石油類、硫化物、有機碳等,在得到Z-1 至Z-10樣品各項測試內(nèi)容數(shù)據(jù)結(jié)果后,筆者繪制了時間及各項測試內(nèi)容含量相關(guān)柱狀及曲線圖(見圖5、圖6)。根據(jù)數(shù)據(jù)離散性及數(shù)值變化分析隨時間尺度變化各要素的變化關(guān)系,結(jié)果顯示,總體上海灘環(huán)境質(zhì)量良好,符合《海洋沉積物質(zhì)量標準》(GB 18668-2002)第一類標準。鉛≤60.0 mg/kg、銅≤3 5.0 mg/kg、汞≤0.2 mg/kg、砷≤2 0.0 mg/kg、鋅≤150.0 mg/kg、鎘≤0.50 mg/kg、總鉻≤80.0 mg/kg、石油類≤500.0 mg/kg、硫化物≤300.0 mg/kg、有機碳≤2.0%,沒有超標項目,但是環(huán)境污染參數(shù)總石油烴類隨著年代增加近年來增加明顯。

圖5 沉積物環(huán)境質(zhì)量隨時間分布柱狀圖

圖6 沉積物環(huán)境質(zhì)量隨時間分布曲線圖

隨時間變化硫化物數(shù)據(jù)波動較平穩(wěn),數(shù)值在1.4~3.0 mg/kg 之間;有機碳變化波動不大,數(shù)值在1.35%~2.06%之間;總汞變化不明顯,數(shù)值在0.028~0.036 mg/kg 之間;銅變化波動不大,數(shù)值在5.4~9.6 mg/kg之間;鉛的含量隨時間變化無明顯相關(guān)性,數(shù)值變化在3.0 L~13.3 mg/kg 之間(當檢測結(jié)果小于檢出限或未檢出時,以檢出限并加標志位“L”表示);鎘低于檢出限,變化不明顯;砷變化不明顯,數(shù)值在17.7~33.5 mg/kg 之間;鋅變化不明顯,數(shù)值在78.5~92.7 mg/kg之間;鉻的含量變化不明顯,數(shù)值在2.5~3.7 mg/kg 之間;石油類數(shù)值變化明顯,有明顯上升趨勢,數(shù)值在3.0~17.2 mg/kg之間。通過綜合分析研究區(qū)周邊海域沉積物近10 年環(huán)境質(zhì)量變化特征及海灘剖面縱向沉積物環(huán)境質(zhì)量變化特征,筆者發(fā)現(xiàn)石油類含量變化明顯,有明顯上升趨勢,海灘沉積物質(zhì)量符合《海洋沉積物質(zhì)量標準》(GB 18668-2002)第一類,目前無不良影響,與區(qū)域沉積物環(huán)境質(zhì)量變化特征一致。

6 沉積環(huán)境的年代變化趨勢分析

筆者在研究了沉積物物源、沉積年代以及沉積物環(huán)境質(zhì)量的基礎(chǔ)上,在縱向時間尺度上進一步分析研究,得到沉積環(huán)境的年代變化趨勢,這個趨勢反映了在一定時間和空間尺度上環(huán)境要素變化的特點;在綜合分析影響因素的基礎(chǔ)上,可以得到某項環(huán)境因子變化的原因,為今后地方政府環(huán)境治理及防范提供參考依據(jù)。

大環(huán)村海灘沉積柱從上到下沉積物物源穩(wěn)定,為單一來源,由210Pbex 擬合得到沉積速率為2.8±0.6 cm/yr。按照此計算,該柱子年齡在30 年左右,為短期內(nèi)較快沉積。大環(huán)村海灘從20 世紀80 年代到21 世紀20 年代,大部分環(huán)境參數(shù)變化不大,總石油烴類增加明顯,這可能與周邊的船舶數(shù)量及人類活動(海上船舶修理廠)增加有關(guān)。同時,筆者通過各環(huán)境參數(shù)的相關(guān)系數(shù)分析發(fā)現(xiàn),重金屬鉻與硫化物的含量變化之間存在較高的正相關(guān)性,表明二者可能具有相同的來源或者高硫環(huán)境下更利于鉻元素的保存,這一結(jié)果需要引起關(guān)注和重視。

7 結(jié) 語

通過此次研究,筆者認為欽州市大環(huán)村海灘沉積環(huán)境質(zhì)量總體上較好。海灘沉積物中石油烴類含量雖未超標,但有明顯的上升趨勢,希望政府對海上修船廠、碼頭及海上輸油、儲油、煉油設(shè)備加強管理,定期監(jiān)測,對海上溢油事件積極預防和治理。另外,高硫環(huán)境下鉻元素含量明顯增高,希望政府能夠防范重金屬鉻元素的污染風險。

研究結(jié)果顯示,此次采用的調(diào)查評價方法具有可行性,技術(shù)條件及分析方法具有可實現(xiàn)性,準確性較高,效果良好,為海灘保護提供了新的研究思路,可在海灘沉積物環(huán)境質(zhì)量評價中推廣應用。

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