南黄海部分典型海域沉积物粒度特征

研究报告　REPOR TS 南黄海部分典型海域沉积物粒度特征蒲晓强1,2,陶小晚3(1.广东海洋大学工程学院,广东湛江524088;2.中国科学院边缘海地质重点实验室,广州地球化学研究所,广东广州510640;3.中国石油勘探开发研究院,北京100083)摘要:为了研究南黄海不同典型海域沉积物的粒度特征及其对沉积环境和水动力条件的响应特征,对南黄海海域6个柱状样沉积物进行了激光粒度测试,得到样品的粒度概率分布曲线、平均粒径、分选系数、偏度和峰度等粒度参数,初步探讨了南黄海不同海域特征水动力条件下粒度的响应特征。

结果表明,山东半岛东侧海域具有沿岸流水动力条件强,黄河物质输入量大,导致沉积物具有粒径较粗、极正偏和单峰分布的粒度特征;在山东半岛更靠东的海域,水动力条件减弱,受沿岸流和冷水团的共同作用,沉积物具有粒径较细及双峰分布的粒度特征;靠近冷水团中心的沉积物主要受冷水团的作用,沉积物具有垂向均匀且较细、负偏及单峰分布的粒度特征,与此处非常弱且单一的水动力条件相关联;老黄河口外的水下三角洲主要受到沿岸流的侵蚀与改造作用,在一定范围内,改造作用的强度随离岸距离的增加而随之增强,沉积物粒度也由细变粗;以沿岸流侵蚀作用为主的南黄海西部海域,沉积物粒度较粗,概率分布曲线呈粗端多峰分布。

因此,沉积物的粒度特征很好地记录了南黄海不同的典型沉积环境中的水动力条件状态和特征。

关键词:南黄海;沉积物;粒度;沿岸流;冷水团中图分类号:P736.21 文献标识码:A 文章编号:100023096(2009)0820063204 南黄海中西部海域沉积物主要来源于黄河输送物质[1],沉积水动力条件主要有黄海沿岸流、黄海暖流和南黄海冷水团等的作用[2,3]。

黄海环流是陆源物质向中部深水区搬运过程中的一个重要控制因素[4]。

沉积物的粒度特征是沉积物物源、水动力能量、搬运距离等综合作用的结果,在沉积物粒度中包含了水动力条件和物源的信息,因而,可以通过沉积物粒度特征的变化来反演影响沉积物粒度变化的环境因素,特别是沉积场所水动力条件和物源[5,6]。

多种粒度测试方法中,激光粒度分析具有测试时间短、测试粒径范围大、误差小、能在线测量的优点[2,7]。

为了研究南黄海不同典型海域中受到沿岸流和冷水团等特征水动力条件影响下的沉积物的粒度特征,作者利用从南黄海几个典型海域采集的6个柱状样沉积物,进行了激光粒度测试,分析了沉积物粒度概率分布特征及粒度参数特征,进而探讨了南黄海不同典型海域沉积物粒度对沉积环境和水动力条件的响应特征。

1　材料和方法1.1　材料在南黄海中西部海域6个站位(图1),首先用箱式采样器采集底质沉积物样品,在甲板上再用柱状塑料管在箱式采样器中采集短柱状沉积物样品,柱长16～40cm,水深18～74m。

返回实验室后将样品以2cm间距进行分割,并取4～5g沉积物进行冷冻干燥后保存待用。

图1　研究区域及柱状样采样位置Fig.1　Research area and location of column sediment samples1.2　分析方法取沉积物冻干样适量(1g左右),用30%双氧水收稿日期:2009204229;修回日期:2009206208基金项目:广东海洋大学引进人才科研启动基金项目(E07017);中国科学院边缘海地质重点实验室开放基金项目(MSG L06214);国家自然科学基金项目(40376038)作者简介:蒲晓强(19742),男,山东淄博人,博士,讲师,从事海洋地质学、地球化学研究,E2mail:puxq2005@和1mol/L 的盐酸去除沉积物中的有机质和碳酸盐(主要为生物钙质壳体)后,再加入0.5mol/L 的(NaPO 3)6分散剂并超声振荡分散后,采用中国科学院海洋研究所地质室的Cilas 940L 型激光粒度仪进行沉积物粒度分析。

此分析仪可获得-1Φ～12Φ(0.3～2000μm )范围内0.25Φ间隔的粒度分布。

2　结果与讨论研究区6个柱状样沉积物的粒度频率曲线在不同柱样间差异明显,而在柱样内垂向上不同深度的样品差异较小(图2)。

对获得的粒度频率数据采用矩法[8],可得到各站位沉积物粒度的中值粒径、平均粒径、分选系数、偏态和峰态等粒度参数(图3)。

多数柱状样沉积物的粒度参数与粒度组成的垂向变化较小,反映沉积物处于一个比较稳定的沉积环境。

图2　研究区各站位沉积物粒度概率分布曲线Fig.2　Probability distribution curve of sediment grain sizesin each station of researcharea图3　南黄海研究区柱状样沉积物粒度参数图Fig.3　Grain size parameters plot of sediment in research area of the Southern Yellow Sea 沉积物颗粒的粒径大小是搬运它的介质的动力大小和特征的直接指示。

各站位中11194站位沉积物粒度最细,它的样品平均粒径为6.79Φ～8.03Φ,平均7.51Φ,以粉砂组分为主,平均粉砂的体积分数为61.7%,黏土的体积分数次之,平均为37.5%。

而9162站位沉积物粒度最粗,其样品平均粒径的平均值为4.86Φ,平均砂的体积分数为50.96%,粉砂37.14%,黏土11.90%。

其他4个站位的沉积物以粉砂组分为主,粉砂的体积分数变化于57.7%～79.6%之间,除11294站位外,在8062,8594和10694站位样品中黏土组分都大于砂组分。

6个站位样品的分选系数介于1.3～2.9,代表了分选较差或分选差的特征,其中以9162站位沉积物的分选最差,分选系数平均可达2.37。

沉积物的偏态除10694站位以负偏为主外,其他站位都是以正偏为主,尤其是8062及9162站位的偏态值均大于1.6,显示了极正偏的粒度特征。

6个站位的峰度均大于1.5,表现出很尖锐的峰度特征,尤其是9162站位的峰度值几乎都大于3,极尖锐的峰度特征。

搬运介质的动力大小和搬运方式是决定沉积物粒度组成的两个基本因子。

8062与8594站位粒度组成和粒度参数都比较相近,它们均位于山东半岛东侧。

8062位于半岛沿岸的陆架堆积台地之上,属现代黄河物质显著影响区[9],全新世沉积物厚度超过10m,主要为黄河泥沙随沿岸流顺岸大量扩散、沉积所形成[1,10]。

与8062站位相比,8594站位沉积物平均粒径变小,分选变差,反应了水动力条件由强变弱。

8594位于堆积台地的边缘,受携带黄河物质的沿岸流影响较小[9],且靠近受南黄海冷水团影响的海域。

频率分布图可直观地显示样品中各粒级的相对含量及其对总样的贡献,反映了粒度分布的集中趋势,是反映其搬运介质动力大小和特征的直接标志。

它们的粒度概率分布曲线(图2)明显不同,8062呈单峰分布,而8594呈双峰分布,说明水动力条件由单一变为复杂。

单峰态表明沉积物物质来源单一或水动力条件单一,双峰态表明沉积物有两种主要成分组成,在沉积过程中有其他作用参加进来。

因此,8062站位主要受到沿岸流的影响,而8594站位受到沿岸流和冷水团的共同影响。

10694站位的粒度组成及粒度参数垂向变化较小,沉积物粒径较细,说明此处水动力条件比较弱且稳定。

与靠近黄海冷水团冷涡沉积中心的H2106孔(35°30′N,120°E)[11]具有相似的粒度概率分布曲线,均为单峰型,峰值在7Φ～8Φ之间。

它们的黏土及粉砂的体积分数均较高,但H2106的沉积物比10694的粒度更细,分选也更好。

反映了黄海冷水团冷涡沉积中心具有较弱的水动力条件[9,12],10694站位比较靠近这一中心,因此主要受到黄海冷水团的影响,沿岸流对它的影响较小。

11294与11194虽然都位于老黄河口外的水下三角洲上[1,11],但它们的粒度特征却相差较大。

与11194相比,11294离老黄河口较远,平均粒径明显增大,分选变差,更加正偏,峰态也更尖锐,粒度概率曲线主峰位置明显偏移。

这与三角洲沉积物通常距河口越远,粒度越细的一般规律似乎相违背。

造成这一现象的原因,应该是黄河改道后,河口附近海域失去了黄河物质的供应,水下三角洲沉积物受到黄海沿岸流的侵蚀与改造,原先的沉积物被沿岸流带起悬浮,或被运移带走,或者再次沉积下来。

与11194站位相比,11294站位的沿岸流应该具有较强的水动力条件,沉积物接受的改造较大。

位于11194西侧,离岸更近的H130孔[11]的沉积物更细,平均粒径8Φ,频率曲线为单峰型,峰值出现在7Φ～8Φ,说明H130孔受沿岸流的改造作用最弱。

因此,在一定的距离范围内,老黄河口水下三角洲沉积物随离岸距离的增加,受黄海沿岸流改造作用的强度也随之增强。

9162站位位于南黄海沿岸流控制的海州湾残留沉积区[12],在较强沿岸流的作用下,沉积物中的细粒物质被侵蚀带走,较粗粒的物质留在原地,从而造成了沉积物的粒度较粗,粒度概率分布曲线呈现粗端多峰分布。

9162较高的峰度值反映了沿岸流对沉积物显著的改造作用。

3　结论南黄海典型海域中,在以较强的沿岸流为主要水动力条件,并且有大量黄河物质输入时,仍然有沉积作用发生,并具有极正偏和单峰分布的粒度特征;当输入物质缺乏时,则以沿岸流的侵蚀和改造为主,沉积物中的细粒物质被侵蚀带走,造成沉积物粒度较粗,概率分布曲线呈粗端多峰分布。

在冷水团为主要控制因素的环境中,沉积物垂向均匀且具有较细粒径、负偏及单峰分布的粒度特征,反映了非常弱的单一水动力条件。

当沉积物受到沿岸流和冷水团的共同作用时,沉积物则具有粒径较细及双峰分布的粒度特征。

老黄河口外的水下三角洲海域,由于缺乏物质的输入,主要以沿岸流的侵蚀与改造作用为主,在一定的距离范围内,受黄海沿岸流改造作用的强度随离岸距离的增加而随之增强,沉积物粒度也由细变粗。

因此,南黄海沉积物的粒度特征很好地反映了沉积环境的状态及变化特征,对粒度数据的进一步深入分析可挖掘出更多的环境信息。

参考文献:[1]　陈志华,石学法.南黄海表层沉物碳酸盐及Ca、Sr、Ba分布特征[J].海洋地质与第四纪地质,2000,20(4):9216.[2]　蓝先洪,张训华,张志珣.南黄海沉积物的物质来源及运移研究[J].海洋湖沼通报,2005,4:53259.[3]　张宪军,蓝先洪,赵广涛,等.南黄海中西部表层沉积物粒度特征分析[J].海洋地质动态,2007,23(7):8213.[4]　蔡德陵,石学法,周卫健,等.南黄海悬浮体和沉积物的物质来源和运移:来自碳稳定同位素组成的证据[J].科学通报,2001,46(增刊):16223.[5]　贾建军,高抒,薛允传.图解法与矩法沉积物粒度参数的对比[J].海洋与湖沼,2002,33(6):5772582. [6]　McLaren P,Bowles D.The effects of sediment trans2port on grain2size distributions[J].Journal of Sedimen2 tary Petrology,1985,55:4572470.[7]　程鹏,高抒,李徐生.激光粒度仪测试结果及其与沉降法、筛析法的比较[J].沉积物学报,2001,19(3): 4492455.[8]　McManus J.Grain size determination and interpretation[A].Tucker M.Techniques in sedimentology[C].Oxford:Blackwell,1988.63285.[9]　赵一阳,李凤业,Demaster D J,等.南黄海沉积速率和沉积通量的初步研究[J].海洋与湖沼,1991,22(1):38243.[10]　Martin J M,Zhang J,Shi M C,et al.Actual flux ofthe Huanghe(Yellow river)sediment to the westernPacific ocean[J].N etherlands Journal of Sea R esearch,1993,31(3):2432254.[11]　秦蕴珊,赵一阳,陈丽蓉,等.黄海地质[M].北京:海洋出版社,1989.289.[12]　赵一阳,李凤业,秦朝阳,等.试论南黄海中部泥的物源及成因[J].地球化学,1991,2:1122117.G rain size character of sediments in some typical marine areas of the Southern Yellow SeaPU X iao2qiang1,2,TAO X iao2Wan3(1.Guangdong Ocean University,Zhanjiang524088,China;2.Key Laboratory of Marginal Sea Geology, Guangzhou Instit ute of Geochemist ry,t he Chinese Academy of Sciences,Guangzhou510640,China;3.Research Instit ute of Pet roleum Exploration and Develop ment,China National Petroleum Corporation, Beijing100083,China)R eceived:Apr.,29,2009K ey w ords:the Southern Yellow Sea;sediment;grain size;coastal current;cold water massAbstract:Samples of6column sediment cores taken f rom t he Sout hern Yellow Sea were analyzed for grain size data wit h a laser particle size analyzer,and t he parameters of sediment grain size were calculated from grain size p robability dist ributio n data,such as an average particle diameter,sorting coefficient,skewness, and kurto sis.The characters of grains responding to t he hydrodynamic conditions were discussed p rimarily in different typical areas of t he Sout hern Yellow Sea.The sediment grain size has characters of coarse parti2 cle size,ext remely positive deflection,and single peak dist ribution in t he eastern area off t he Shandong Pe2 ninsula,which has a relative strong hydrodynamic condition of coastal current and a great amo unt of material inp ut f rom t he Yellow River.In t he sea area more far off t he Shandong Peninsula,which has a relative weak hydrodynamic condition influenced by coastal current and cold water mass toget her,t he average particle diame2 ter of sediment becomes fine and t he grain size p ro bability dist ribution curve becomes double peaks.The sediment grain size is homogeneous and fine in vertical,negative deflection,and single peak probability dis2 t ribution in t he area near t he cold water mass center wit h a very weak hydrodynamic condition.In a certain area of under water delta near t he old Yellow River Est uary,sediment is mainly eroded and reconst ructed by coastal current and it s grain size becomes fine along wit h t he distance off shore increasing.The grain size of sediment in t he western area of t he Sout hern Yellow Sea is coarse wit h a multiple peak distribution on coarse end in t he p robability dist ribution curve,which is corresponded wit h t he corroding coastal current.So,t he characters of sediment grain size data co ntain many messages on t he hydrodynamic state and history of sedi2 ment environment in different typical sediment environment s of t he Sout hern Yellow Sea.(本文编辑:刘珊珊)。