羅向欣 楊世倫 張文祥 張 經(jīng)

(華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200062)

近期長江口-杭州灣鄰近海域沉積物粒徑的時(shí)空變化及其影響因素①

羅向欣 楊世倫 張文祥 張 經(jīng)

(華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200062)

為了研究長江口-杭州灣外近海沉積物粒徑的現(xiàn)狀和近期變化,于2008年4月在該區(qū)域用箱式取樣器取得了33個(gè)表層樣,用震動(dòng)活塞采樣器取得7個(gè)柱狀樣;在室內(nèi)用激光粒度儀對(duì)沉積物樣品進(jìn)行了粒度分析并與歷史時(shí)期的研究成果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明,1)表層沉積物總體上呈東粗(砂)西細(xì)(泥)的特點(diǎn),粒徑總體上的空間格局與歷史時(shí)期相似;但砂-泥區(qū)界線在研究區(qū)北部(長江口和杭州灣外)有向西遷移(蝕退)跡象(西移10～30 km),而在南部(舟山群島以南)則出現(xiàn)明顯向東遷移(淤進(jìn))現(xiàn)象(最大超過50 km)。2)當(dāng)前的表層沉積物形成一條南北連續(xù)的泥質(zhì)帶(粒徑向南逐漸變細(xì)),反映過去存在于舟山群島以東的最細(xì)組分(“黏土”)帶不連續(xù)現(xiàn)象在表層現(xiàn)已趨于消失。3)表層沉積物粒徑趨勢(shì)分析揭示長江入海泥沙的運(yùn)移方向主要是向南-東南。4)泥質(zhì)區(qū)柱狀沉積物具有粉砂和黏土為主但在垂向上(反映在時(shí)間上)有粗細(xì)多變的特點(diǎn)(侵蝕區(qū)表層沉積物有粗化跡象)。研究認(rèn)為,長江口-杭州灣鄰近海域現(xiàn)代沉積物對(duì)流域和沿海重大人類活動(dòng)有較敏感的響應(yīng)。

沉積物 粒度 人類活動(dòng)影響 氣候變化 長江口 杭州灣 東海

0 前言

近海沉積物特性的研究不僅對(duì)沉積學(xué)自身的發(fā)展十分重要,而且對(duì)海洋環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、地貌學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科的交叉發(fā)展具有促進(jìn)作用。粒度是沉積物最重要的物理參數(shù)和動(dòng)力環(huán)境指標(biāo)[1]。長江入海泥沙通量居世界河流第4位[2]。歷史上,長江入海泥沙約一半左右堆積在長江口門附近[3],其余泥沙在巨大的徑流擴(kuò)散和強(qiáng)勁的潮流、沿岸流作用下向南和向東擴(kuò)散[4],最遠(yuǎn)可達(dá)臺(tái)灣海峽[5]。長江入海泥沙向南擴(kuò)散的沉積物證據(jù)——浙閩沿海泥質(zhì)沉積帶——已趨于明了[5]。但是,長江入海泥沙的向東擴(kuò)散是否遇到一條動(dòng)力屏障,以致沉積物粒徑在空間分布上存在一條截然的界線,即界線以西是現(xiàn)代長江水下三角洲沉積,而界線以東是冰后期海平面上升以前的殘留沉積物?這類問題有待進(jìn)一步的沉積學(xué)證據(jù)。更重要的是,近期(特別是三峽工程蓄水以來)長江入海泥沙急劇下降[6],口門附近水下三角洲出現(xiàn)了侵蝕現(xiàn)象[7,8]。上海-浙江沿海近期還有很多大規(guī)模的工程建設(shè)(包括圍墾、港口和跨海大橋等)。這些重大人類活動(dòng)及其導(dǎo)致的海底地貌沖淤變化是否會(huì)在沉積物上有所反映,或海床沉積物特性是否有利于侵蝕的持續(xù)發(fā)生,也有待從沉積物的特性上做出回答。盡管近年有不少學(xué)者對(duì)長江口及其口外向浙閩近岸延伸的泥質(zhì)區(qū)的沉積物特性做過單孔[9,10]或多點(diǎn)[11～15]的取樣研究,但對(duì)大范圍的砂質(zhì)、泥質(zhì)區(qū)的綜合研究還較少。本文在約7萬km2的東海西北部進(jìn)行表層和柱狀沉積物樣采集和分析,試圖從粒度的角度認(rèn)識(shí)該區(qū)域沉積物與長江入海泥沙的關(guān)系以及是否對(duì)流域和沿岸重大人類活動(dòng)有敏感響應(yīng)。

1 取樣與樣品分析

2008年4月24日至5月1日在東海西北部的長江口鄰近淺海(122°10'E～124°E,29°30'N～32°N)用箱式取樣器采得33個(gè)表層沉積物樣,用震動(dòng)活塞采樣器取得7個(gè)柱狀樣(圖1)。柱狀樣主要采自軟泥區(qū)(砂質(zhì)區(qū)因底床堅(jiān)硬采樣未獲成功)。表層沉積物采樣深度約5～10 cm,取樣時(shí)不包括最表層極薄的那部分含水量極高的“浮泥”(某些樣品存在這種現(xiàn)象);柱狀樣長度1.4～4.8 m。除15號(hào)柱狀樣以每2 cm分層取樣外,其它柱樣每隔10 cm取2 cm厚度。

圖1 取樣點(diǎn)站位圖Fig.1 Sampling sites

在實(shí)驗(yàn)室將采集的沉積物樣品取出5～10 g放入燒杯中,先加入10 ml濃度為10%的H2O2以去除樣品中的有機(jī)質(zhì),微熱后靜置24 h,再加入10 ml濃度為4%的六偏磷酸鈉((NaPO3)6),然后用超聲波振蕩對(duì)樣品進(jìn)行分散處理,用Coulter(LS-100Q)激光粒徑儀測(cè)試各粒級(jí)的組分含量,然后根據(jù)Folk and Ward[16]公式計(jì)算平均粒徑、分選系數(shù)、偏度和峰度4種參數(shù)。黏土、粉砂和砂的粒級(jí)分類采用國際通用的分類標(biāo)準(zhǔn)[17],即砂為-1～4φ、粉砂為4～8φ、黏土為>8φ;沉積物樣品的粒徑命名依據(jù)King[18],即中值粒徑-1～0φ為極粗砂、0～1φ為粗砂、1～2φ為中砂、2～3φ為細(xì)砂、3～4φ為極細(xì)砂、4～5φ為粗粉砂、5～6φ為中粉砂、6～7φ為細(xì)粉砂、7～8φ為極細(xì)粉砂、>8φ為黏土。沉積物分選性、偏度、峭度的分類依據(jù)Folk和Ward[16]。運(yùn)用Gao-Collins模型進(jìn)行沉積物運(yùn)移趨勢(shì)分析[19,20]。

2 結(jié)果

2.1 表層沉積物特征

33個(gè)表層沉積物樣品的中值粒徑為1.62～ 7.93φ,中砂樣8個(gè)、細(xì)砂3個(gè)、極細(xì)砂3個(gè)、中粉砂3個(gè)、細(xì)粉砂5個(gè)、極細(xì)粉砂11個(gè)(表1)。這些樣品構(gòu)成中值粒徑>4φ和<5φ的兩大類(圖2),即缺失4 ～5φ的樣品,反映研究區(qū)沉積物屬于粗、細(xì)兩大類。砂、粉砂、黏土三角組分圖(圖3)反映研究區(qū)的表層沉積物基本上屬于兩大類(“殘留砂”和“現(xiàn)代長江細(xì)顆粒泥沙”),前者砂的含量占75%～97%,后者砂的含量趨于0(圖3、表1)。其它的樣品屬于兩者之間的過渡類型(圖3)。分選系數(shù)σI為0.54～2.97φ,分選中等6個(gè)、分選差17個(gè)、分選很差10個(gè)。偏度為-0.08～0.73,近對(duì)稱樣13個(gè)、正偏10個(gè)、極正偏10個(gè)。峰度為0.62～3.93,很寬平樣4個(gè)、寬平樣8個(gè)、中等峰度樣10個(gè)、尖窄樣2個(gè)、很尖窄樣7個(gè)、極尖窄樣2個(gè)(表1)。粒度頻率曲線絕大多數(shù)為單峰,但在“砂”和“泥”的過渡帶有雙峰出現(xiàn)(例如8、16、17、23、24、27、28號(hào)樣),即一個(gè)<4φ的主峰和一個(gè)6

～8φ的次峰(圖4),反映在殘留砂為主的沉積中混合了一定量的泥質(zhì)沉積。

表1 表層沉積物粒度參數(shù)Table。1 Grain size parameters of surficial sediment samples

圖2 各粒級(jí)沉積物樣品數(shù)分布圖Fig.2 Histogram of sample numbers for different size classes

圖3 表層沉積物三角組分圖(Ⅰ:2、3、4、5、9、10、11、12、18、19、23號(hào)樣;Ⅱ:8、16、17、24、27、28號(hào)樣;Ⅲ:1、6號(hào)樣;Ⅳ:7、13、14、15、20、21、22、25、26、29、30、31、32、33號(hào)樣)Fig.3 Triangular diagram of surficial sediments(Ⅰ:samples 2,3,4,5,9,10,11,12,18,19,23;Ⅱ:samples 8,16, 17,24,27,28;Ⅲ:samples1,6;Ⅳsamples7,13,14,15, 20,21,22,25,26,29,30,31,32,33)

研究區(qū)表層沉積物呈東粗西細(xì)的截然分布格局,中值粒徑為4φ的等值線大致呈NNW-SSE方向延伸(圖5)。西部泥質(zhì)帶沉積物的粒徑變化趨勢(shì)反映沉積物主要向南和東南運(yùn)移。

2.2 柱狀沉積物樣特征

圖4 表層沉積物頻率曲線圖(圖中數(shù)字代表中值粒徑)Fig.4 Frequency curves of the surficial sediment samples(The numbers in the figure representmedian size)

柱狀沉積物樣具有以下特點(diǎn):1)每根柱樣都以粉砂和黏土為主。尤其是長江口外水下三角洲的15號(hào)點(diǎn)、杭州灣口外的21號(hào)點(diǎn)和舟山島以南的30號(hào)點(diǎn),砂的含量幾乎為零;16號(hào)點(diǎn)除表層含砂外,其它部分砂的含量也幾乎為零(圖7)。2)柱樣沉積物粒徑在垂向上存在不同程度的差異。一種是頻繁的粗細(xì)相間變化,位于泥質(zhì)區(qū)核心帶的柱樣(例如自北向南依次出現(xiàn)的15、21和30號(hào)點(diǎn))粒徑垂向變化于6.5φ和8φ之間,而位于砂-泥過渡帶的柱樣(自北向南依次為1、8、27號(hào)點(diǎn))粒徑垂向變化于3φ和8φ之間。另一種是一定的粗細(xì)變化趨勢(shì)。例如,蘇北啟東嘴以東海域的1號(hào)點(diǎn)的平均粒徑從140 cm深度的約3φ增大至70 cm深度的約7.5φ,而后減小至表層的約5φ(圖7)。在柱狀樣表層或近表層出現(xiàn)最粗沉積物的樣點(diǎn)還有長江南支口外水下三角洲20 m等深線附近的15號(hào)點(diǎn)、與之相鄰的16號(hào)點(diǎn)、以及杭州灣口外的21號(hào)點(diǎn)和舟山島以南的30號(hào)點(diǎn)。

圖5 表層沉積物組分含量柱狀圖及砂、泥分界線(前人研究的沉積物類型(基于20世紀(jì)60年代的采樣分析結(jié)果)據(jù)參考文獻(xiàn)[29,30])Fig.5 Composition histograms and borderline between sand and mud(The historical type of sediment is cited from references[29]and[30])

圖6 表層沉積物中值粒徑等值線及現(xiàn)代泥質(zhì)沉積物運(yùn)移趨勢(shì)Fig.6 Median size isolines of surficial sediments and the transport trend ofmodern muddy sediments

圖7 柱狀樣粒度參數(shù)垂向分布(a.偏度,b.峰度,c.分選系數(shù))Fig.7 Vertical distribution of grain size parameters for core sediments(a.skewness,b.kurtosis,c.sorting)

3 討論

3.1 表層沉積物特征的沉積環(huán)境意義

研究區(qū)缺少4～5φ的樣品,反映沉積物基本上屬于“殘留砂”和“現(xiàn)代長江細(xì)顆粒泥沙”截然不同的兩大類。單一的海岸中、細(xì)和極細(xì)砂樣品(例如海灘和海岸沙丘)通常是分選很好或分選好[21]。本研究區(qū)雖然有14個(gè)中、細(xì)和極細(xì)砂樣品,卻沒有一個(gè)分選很好或分選好的樣品,這反映本區(qū)所有的表層“殘留砂”都或多或少地受到現(xiàn)代泥質(zhì)沉積(粉砂和黏土)的“污染”,即不受現(xiàn)代細(xì)顆粒泥沙沉積影響的純“殘留砂”是不存在的。如表1所示,每個(gè)砂質(zhì)樣品都含有不同程度的粉砂(1.6%～28%)和黏土(1.2%～ 22%)。根據(jù)冰后期中國東部海平面上升的常識(shí),本研究區(qū)“殘留砂”(現(xiàn)水深20 m以東區(qū)域)被海水淹沒至少有8 000 a的歷史。在這樣長的歷史時(shí)期,本研究區(qū)“殘留砂”大部分樣品僅混合了少量現(xiàn)代泥質(zhì)沉積,這在另一方面反映該區(qū)域受現(xiàn)代細(xì)顆粒泥沙的影響很小,即長江入海泥沙的向東擴(kuò)散受到極大限制,這種限制與東海陸架環(huán)流(特別是臺(tái)灣暖流)格局形成的屏障效應(yīng)有關(guān)[22]。在正偏態(tài)曲線上,中值和峰值分布在均值的較粗一側(cè),即在較細(xì)的一側(cè)出現(xiàn)一條拖長的“尾巴”[23]。河流砂、沙丘砂和風(fēng)坪砂通常呈正偏[24]。長江口沉積物也以正偏態(tài)為主[25]。本研究沉積物樣絕大多數(shù)呈正偏態(tài)(表1,圖4),反映了長江物源的影響以及在陸架殘留砂上疊加的細(xì)顆?！拔舶汀?。如前所述,東部的砂質(zhì)帶反映全新世海平面上升之前的殘留沉積[26,27],西部的泥質(zhì)帶則是近六千年(海平面大致處于現(xiàn)代位置)的河流(特別是長江)入海細(xì)顆粒泥沙沉積。海底地形西高東低(圖1)的顯著差異特點(diǎn)反映現(xiàn)代細(xì)顆粒沉積物覆蓋在老的陸架殘留砂之上,上覆的現(xiàn)代細(xì)顆粒沉積層越向海越薄,4φ等值線附近為過渡帶。雙峰頻率曲線正好分布在砂和泥的過渡帶(圖4),為過渡帶兩類沉積物的混合提供了證據(jù)。本研究的沉積物粒徑趨勢(shì)(圖6)支持前人長江入海細(xì)顆粒泥沙主要向南輸運(yùn)的結(jié)論[4,28]。

3.2 近期表層沉積物粒徑的變化

與上世紀(jì)60年代的調(diào)查結(jié)果(圖5中的背景圖)相比較,東粗(砂)西細(xì)(泥)的宏觀格局沒有改變,但出現(xiàn)了三種變化。一是北緯30°10'以北的砂-泥分界線有西移的趨勢(shì)。例如23號(hào)點(diǎn)原來以粉砂為主,而目前以砂為主(占81%);16號(hào)點(diǎn)也由原來的粉砂為主改變?yōu)樯盀橹?表1)。砂-泥分界線西移的趨勢(shì)反映原來的淤泥帶外緣沉積遭受侵蝕。盡管激光儀法和液移-篩析法測(cè)量的粒徑有一定差異,但根據(jù)程鵬等[37]的研究,篩析法得出的平均粒徑(Y)與激光儀法得出的平均粒徑(X)(指砂樣)的關(guān)系為Y=0.998X+0.061(φ),r=0.98,即激光法M z= 3.0時(shí),篩析法M z=3.06。仝長亮和高抒[38]基于3 ～8φ樣品的研究得出的關(guān)系為Y=0.713X+1.826 (φ),r=0.82。即激光法M z=6.0時(shí),液移法M z=6.1。換句話說,因分析方法的不同導(dǎo)致的對(duì)砂-泥分界線判別的誤差并不太大。如上所述,近期由于長江流域大壩的興建,長江入海泥沙銳減(特別是2003年三峽工程蓄水以來),長江口外水下三角洲出現(xiàn)了侵蝕跡象[8,31]。因此,砂-泥分界線西移的趨勢(shì)與近期長江流域人類活動(dòng)導(dǎo)致的入海泥沙銳減有關(guān)。二是北緯30°10'以南的砂-泥分界線有東移的趨勢(shì)。三是原來舟山島以東有“軟泥(黏土)”帶南、北斷開(即南、北較細(xì)、斷開帶較粗)的現(xiàn)象(圖5),而目前斷開帶趨于消失,>7φ的樣品南北連成一片(圖6)。該區(qū)域最細(xì)組分南北“斷開”的現(xiàn)象在過去的很多文獻(xiàn)中都提到[29,30,32,33]。被斷開成南、北兩塊的最細(xì)組分被命名為“黏土軟泥”[32]、“軟泥”[29]或“黏土”[30,33],現(xiàn)在統(tǒng)一提“泥質(zhì)區(qū)”(即粉砂質(zhì)黏土或黏土質(zhì)粉砂),“軟泥”一詞不再使用[15,28]。本文的25和26號(hào)樣正好取自原來的“斷開”帶(圖5),它們的粒徑并不比南、北兩翼大。實(shí)際上,25號(hào)點(diǎn)粒徑位于南、北兩翼之間,26號(hào)點(diǎn)甚至略細(xì)于南、北兩翼;兩點(diǎn)平均值與南、北兩翼幾乎相等(圖4)。因此,“斷開”帶消失(至少對(duì)>7φ的樣品是如此)的證據(jù)是較為充分。需要說明的是,前人的研究有的可能不僅僅是基于表層樣,還包括淺剖和柱樣的結(jié)果,即沉積物的分布圖可能是代表一定厚度的沉積層的綜合特征。例如,在前人的工作中,只有秦蘊(yùn)珊等[30]明確指出是“表層沉積物”,其它都沒有這方面的說明[29,31,32]。如前所述,我們的“表層沉積物”代表沉積層上部10 cm的樣品,基本不包括含水量極高的最表層的新鮮“浮泥”。出現(xiàn)二、三種變化的原因可能與近期杭州灣南部的高強(qiáng)度人類活動(dòng)導(dǎo)致的動(dòng)力條件變化有關(guān)。這一區(qū)域的沉積物也主要來自長江。長江入海細(xì)顆粒泥沙在冬季向南的沿岸流作用下向南搬運(yùn),并在杭州灣漲落潮流的共同作用下,在這一帶沉積。原來“斷開帶”的存在可能與舟山群島的峽道效應(yīng)[34]有關(guān)。近幾年修建的舟山群島連島大橋工程無疑縮小了島間通道的過水?dāng)嗝?從而削弱了杭州灣與外海的水體交換能力,導(dǎo)致流速降低和更有利于細(xì)顆粒泥沙落淤的環(huán)境。近期杭州灣南岸的大規(guī)模圍墾和杭州灣跨海大橋的修建也縮小了杭州灣的納潮量,從而產(chǎn)生類似的效應(yīng)。

3.3 柱狀沉積物粒徑的沉積動(dòng)力學(xué)意義

粉砂和黏土含量為主的沉積物組成特性表明泥質(zhì)區(qū)沉積層至少在取樣深度的幾米厚度內(nèi)是可以被侵蝕再懸浮成為懸沙被帶向其它區(qū)域,即原來的沉積物“匯”在環(huán)境改變的驅(qū)動(dòng)下可以轉(zhuǎn)變成為沉積物的“源”。這一點(diǎn)對(duì)于認(rèn)識(shí)今后在三峽工程等流域重大人類活動(dòng)影響下長江入海泥沙繼續(xù)減少[6]導(dǎo)致的水下三角洲持續(xù)侵蝕以及與之相關(guān)的東海生態(tài)、環(huán)境和近海工程(例如海底埋藏管線)都有重要意義。垂向上頻繁的粗細(xì)相間變化可能反映年-年代際的沉積物來源和/或海洋動(dòng)力條件的波動(dòng),其中位于砂-泥過渡帶的粗細(xì)相間變化(不時(shí)有砂的加入,見圖7中的1、8、27號(hào)點(diǎn)的組分比重%圖)反映來自流域的細(xì)顆粒泥沙和來自陸架的殘留砂在沉積歷史上此消彼長的過程,這種此消彼長可能多半與氣候變化有關(guān)。蘇北啟東嘴以東海域1號(hào)點(diǎn)平均粒徑自下向上先變細(xì)后變粗的趨勢(shì)可能反映了一段細(xì)顆粒泥沙來源逐漸增多而后又逐漸減少的沉積歷史。有研究表明, 1960s以前因流域人口增多、毀林加重而使長江入海泥沙呈增加趨勢(shì),而自那以后流域建壩導(dǎo)致入海泥沙減少[35]。其它多數(shù)柱樣(15、16、21、30點(diǎn))表層或近表層出現(xiàn)沉積物粗化的現(xiàn)象可能與近期長江入海懸沙減少和懸沙變粗[8]趨勢(shì)有關(guān)。據(jù)長江水利委員會(huì)的監(jiān)測(cè)資料,三峽工程蓄水以來的長江入海泥沙年通量(大通站)只有20世紀(jì)60年代均值的29%;1987年以來的大通年平均粒徑有一定的變粗趨勢(shì)(R= 0.27,P=0.21),盡管未達(dá)到0.05的顯著水平(注: 1986年以前和1987年以后的粒徑分析方法不同,不宜對(duì)比).an等[10]于2006年在長江口泥質(zhì)區(qū)取的柱狀樣(其位置在本文的15和16號(hào)柱樣點(diǎn)之間)測(cè)年和粒徑分析的結(jié)果也顯示近十幾年來(具體是1992-2006年)沉積物有一定的粗化趨勢(shì)(伴隨著沉積速率的下降趨勢(shì))。據(jù)該研究展示的高分辨率(0.5 cm間隔取樣,達(dá)到季節(jié)時(shí)間尺度)粒徑資料,沉積物的M z(φ)平均值在上世紀(jì)90年代初為7.1左右,而近幾年(2002-2006)只有6.6左右.ao最近在杭州灣口外取的幾根數(shù)米長的柱樣也具有最上部粗化的特點(diǎn)。

需指出:不同的柱樣代表不同的沉積歷史。例如,近百年長江口外水下三角洲的沉積速率為3～5 cm/a[28,36],即15號(hào)柱狀樣(長度240 cm)只有幾十年的沉積歷史。而在30號(hào)柱樣附近,近1500 a的沉積厚度僅200 cm,即沉積速率為0.13 cm/a左右。

3.4 泥質(zhì)區(qū)“黏土”帶的考證

在過去的一些文獻(xiàn)中,研究區(qū)的泥質(zhì)區(qū)中有南北兩個(gè)“黏土(軟泥)”帶(見圖5背景圖),它們被南北連續(xù)的“粉砂和粉砂質(zhì)軟泥”[29]或“粉砂”[30,33]所包圍。本文在這兩個(gè)“黏土”帶的采樣分析(圖5)表明:沒有一個(gè)表層沉積物樣的中值粒徑或平均粒徑(φ)>8,或黏土含量大于50%(表1),(更不用說依據(jù)我國《海洋調(diào)查規(guī)范》(2007)的>75%)即目前不存在所謂“黏土”帶。肖尚斌等[9]于2002年以及張曉東等[14]于2003年在南北兩個(gè)“黏土”帶的采樣分析結(jié)果也是如此。這種與前人研究結(jié)果的差異在理論上存在三種可能原因:一是長江入海泥沙急劇減少后[8]可能導(dǎo)致“黏土”帶被沖蝕(從而使表層沉積物變粗),或長江入海泥沙的變粗趨勢(shì)使“黏土”帶沉積物變粗。二是近期采用的激光粒度儀分析方法(基于懸浮顆粒物的體積大小原理)與過去的吸管法(基于泥沙沉降原理)對(duì)相同野外采集樣品分析結(jié)果的差異。例如,程鵬等[37]對(duì)激光粒度儀分析方法與傳統(tǒng)的沉降法進(jìn)行比較,認(rèn)為激光粒度儀測(cè)量的黏土組分(>8φ)含量較沉降法低(平均低40%),平均粒徑較沉降法偏粗。三是對(duì)“黏土”沉積物樣品的命名原則可能存在差異。例如,過去曾使用的蘇聯(lián)科學(xué)家命名原則[39]中,把<0.01 mm粒級(jí)含量占50%～70%的樣品稱為粉砂質(zhì)黏土(軟泥),把<0.01mm粒級(jí)含量>70%的樣品名為黏土(質(zhì)軟泥);20世紀(jì)70年代后期到80年代,中國多數(shù)人采用的《海洋調(diào)查規(guī)范》(1975)[40]則把砂和粉砂含量均小于20%的沉積物命名為黏土;而Shepard三角圖分類法[41](2007年我國頒布的《海洋調(diào)查規(guī)范》沿用此法)則把黏土組分含量>75%的樣品命名為“黏土”。根據(jù)第一種命名法(蘇聯(lián)科學(xué)家命名原則),本研究區(qū)有6個(gè)表層樣(樣號(hào)14、22、26、31～33)屬于“黏土(質(zhì)軟泥)”,其中3個(gè)樣(14、22、31)位于前人的“軟泥(黏土)”區(qū),比過去少5個(gè)(圖5);有趣的是,另外3個(gè)位于原來的“斷開帶”及其向海的延伸部分,與上述工程影響下的沉積物“變細(xì)”區(qū)吻合。而根據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》(1975)[40]和Shepard[41]的命名原則,本研究區(qū)沒有一個(gè)樣品可以稱為“黏土”。假如根據(jù)程鵬等[37]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果推算,若是采用沉降法,本研究區(qū)可能有3個(gè)樣(26、32、33)根據(jù)Shepard的命名法可稱為黏土,若根據(jù)仝長亮和高抒的結(jié)果,仍然只有這3個(gè)樣品可能可以命名為黏土,但如上所述,這3個(gè)樣都不在過去的“黏土(軟泥)”區(qū);而根據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》(1975)仍然沒有樣品可以命名為黏土。因此,本研究與前人在“黏土(軟泥)”區(qū)問題上的差異可能是上述三種原因的共同結(jié)果。

4 結(jié)語

研究區(qū)的表層沉積物呈現(xiàn)出東北部陸架殘留砂和西南部以現(xiàn)代長江物源為主的泥(粉砂和黏土)沉積的明顯格局,在兩者的過渡區(qū)出現(xiàn)兩種物源混合沉積的跡象。泥質(zhì)區(qū)的表層沉積物粒徑空間分布特點(diǎn)還支持了長江入海泥沙主要向南和東南方向運(yùn)移的結(jié)論。砂-泥沉積區(qū)界線反映長江入海泥沙的向東擴(kuò)散和沉積在南支(絕大部分長江來沙入海通道)口外限制在大約123°E以西(即距口門約100 km)范圍,而在杭州灣南沿則限制在大約124°E以西區(qū)域。沉積物粒徑特征還反映了近期人類活動(dòng)的影響跡象。一是長江口外砂-泥界線相對(duì)于幾十年前可能有向西退縮的趨勢(shì),它可能是與流域來沙銳減導(dǎo)致的水下三角洲蝕退有一定關(guān)系。二是泥質(zhì)區(qū)柱樣頂部沉積物有一定的粗化現(xiàn)象,可能與流域入海泥沙減少和入海懸沙有一定粗化趨勢(shì)有關(guān)。三是杭州灣南部以東的表層沉積物出現(xiàn)一定的細(xì)化跡象,可能是近期一系列重大工程建設(shè)導(dǎo)致的灣內(nèi)外水交換能力降低從而易于細(xì)顆粒懸沙落淤有關(guān)。柱樣沉積物以粉砂和黏土為主的特性表明泥質(zhì)區(qū)底床可進(jìn)一步遭受侵蝕,這對(duì)于海底埋藏管線設(shè)施的安全是潛在的威脅。另一方面,侵蝕再懸浮的泥沙又可在一定程度上削弱流域入海泥沙減少對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響。研究表明,河口鄰近海域底床沉積物對(duì)流域和沿海的重大人類活動(dòng)可以產(chǎn)生較為敏感的響應(yīng)。

致謝 野外觀測(cè)航次由朱建榮教授帶隊(duì),現(xiàn)場(chǎng)取樣得到黃德坤等同學(xué)的幫助,粒度分析由河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的吳瑞明老師完成,在此一并致謝!

References)

1 Yang S L,H Li,Ysebaert T,et al.Spatial and temporal variations in sediment grain size in tidal wetlands,Yangtze delta:On the role of physical and biotic controls[J].stuarine,Coastal and Shelf Science, 2008,77,657-671.10.1016/j.ecss。2007.10.024

2 Eisma D.Intertidal Deposits[M].oca Raton:CRC Press,1998: 459

3 Chen JY,Zhu H F,Dong Y F,et al.Development of the Changjiang Estuary and its submerged delta[J].ontinental Shelf Research, 1985,4:47-56

4 Milliman JD,Shen H T,Yang Z S,et al.Transportand deposition of river sediment in the Changjiang estuary and adjacent continental shelf [J].ontinental Shelf Research,1985,4:37-45

5 Liu JP,Xu K H,Li A C,etal.Flux and fate of Yangtze River sediment to the East China Sea[J].eomorphology,2007,85:208-224

6 Yang S L,Zhang J,Xu X J.Influence of the Three Gorges Dam on downstream delivery of sediment and its environmental implications, Yangtze River[J].eophysical Research Letters,2007,34,L10401, doi:10.1029/2007GL029472

7 Yang S L,Liu Z,Dai S B,et al.Temporal variations in water resources in the Yangtze River(Changjiang)over the Industrial Period based on reconstruction ofmissingmonthly discharges[J].ater Resources Research,2010a,46,doi:10.1029/2009WR008589

8 Yang S L,Milliman JD,Li P,et al。50,000 dams later:Erosion of the Yangtze River and its delta[J].lobal and Planetary Change, 2010b,doi:10.1016/j.gloplacha。2010.09.006。

9 肖尚斌,李安春。東海內(nèi)陸架泥區(qū)沉積物的環(huán)境敏感粒徑組分[J]。沉積學(xué)報(bào),2005,23(1):122-129[Xiao Shangbin,Li Anchun.A study on environmentally sensitive grain-size population in inner shelf of the East China Sea[J].cta Sedimentologica Sinica, 2005,23(1):122-129]

10 Fan Dejiang,QiHongyan,Sun Xiaoxia,etal.Annual lamination and its sedimentary implications in the Yangtze River delta inferred from-High-resolution biogenic silica and sensitive grain-sizerecords[J].ontinental Shelf Research,2011,31:129-137

11 Wei Taoyuan,Chen Zhongyuan,Duan Lingyun,et al.Sedimentation rates in relation to sedimentary processes of the Yangtze Estuary,China[J].stuarine,Coastal and Shelf Science,2007,71:37-46

12 Wang Zhanghua,Saito Yoshiki,Hori Kazuaki,et al.Yangtze offshore,China:highly laminated sediments from the transition zone betweensubaqueous delta and the continental shelf[J].stuarine, Coastal and Shelf Science,2005,62:161-168

13 許淑梅,張曉東,翟世奎,等。長江口及其鄰近海域表層沉積物粒度劃分及變化規(guī)律研究[J]。海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài)。2007,23(2):1-8 [Xu Shumei,Zhang Xiaodong,Zhai Shikui,etal.Division of granularity and characteristic of variation for the surface sediment in the Yangtze estuary and its adjacentwaters[J].arine Geology Letters, 2007,23(2):1-8]

14 張曉東,翟世奎,許淑梅。長江口外近海表層沉積物粒徑的級(jí)配特性及其意義[J]。中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2007,37(2):328-334 [Zhang Xiaodong,Zhai Shikui,Xu Shumei.The grain size fractions distribution characteristics and their significance of the surface sediments on the adjacent sea area off the Changjiang Estuary[J].eriod-ical of Ocean University of China,2007,37(2):328-334]

15 張瑞,汪亞平,高建華,等。長江口泥質(zhì)區(qū)垂向沉積結(jié)構(gòu)及其環(huán)境指示意義[J]。海洋學(xué)報(bào),2008,30(2):80-91[Zhang Rui, Wang Yaping,Gao Jianhua,et al.The vertical sedimentary structure and its implications for environmental evolutions in the Changjiang Estuary in China[J].cta Oceanologica Sinica,2008,30(2):80-91]

16 Folk R L,Ward W C.Brazos river bar:a study in the signification of grain size parameters[J].ournal of Sedimentary Petrology,1957, 27:3-27

17 Trefethen JM.Classification of Sediments[J].merican Journal of Science,1950,248:55-62

18 King C A M.Beaches and Coasts,2nd ed[M].ondon:Edward Arnold,1972:570

19 Gao S,CollinsM.The use of grain size trends inmarine sediment dynamics:a review[J].hinese JournalofOceanology and Limnology, 2001,19(3):265-271

20 高抒。沉積物粒徑趨勢(shì)分析:原理與應(yīng)用[J]。沉積學(xué)報(bào),2009, 27(5):826-836[Gao Shu.Grain size trend analysis:Principle and applicability[J].cta Sedimentologica Sinica,2009,27(5):826-836]

21 任明達(dá),王乃梁?，F(xiàn)代沉積環(huán)境概論[M]。北京:科學(xué)出版社, 1985:8-26[Ren Mingda,Wang Nailiang.Generality ofModern Sedimentation Environment[M].eijing:Science Press,1985:8-26]

22 郭志剛,楊作升,范德江,等。長江口泥質(zhì)區(qū)的季節(jié)性沉降效應(yīng)[J]。地理學(xué)報(bào),2003,58(4):591-595[Guo Zhigang,Yang Zuoshen,Fan Dejiang,et al.Seasonal sedimentary effect on the Changjiang estuarymud area[J].cta Geographica Sinica,2003,58 (4):591-595]

23 楊世倫。海岸環(huán)境和地貌過程導(dǎo)論[M]。北京:海洋出版社, 2003:240[Yang Shilun.An Introduction to Coastal Environments and Geomorphological Processes[M].eijing:China Ocean Press, 2003:240]

24 Komar PD.Beach Processes and Sedimentation[M].ew Jersey: Prentice-Hall,Englewood Cliffs,1976:429

25 楊世倫。長江口沉積物粒度參數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及其沉積動(dòng)力學(xué)解釋[J]。泥沙研究,1994,(3):23-31[Yang Shilun.Statistic features for grain-size parameters of the Yangtze River estuary and their hydrodynamic explanation[J].ournal of Sediment Research,1994, (3):23-31]

26 Emery K O.Relict sediments on continental shelves of world[J].APG Bulletin,1968,52(3):445-464

27 沈華悌。東海陸架殘留沉積時(shí)代和成因模式[J]。海洋學(xué)報(bào), 1985,7(1):67-77[Shen Huati.The time and genetic model of the relict sediment on the continental shelf of East China Sea[J].cta Oceanologica Sinica,1985,7(1):67-77]

28 楊作升,陳曉輝。百年來長江口泥質(zhì)區(qū)高分辨率沉積粒度變化及影響因素探討[J]。第四紀(jì)研究,2007,27(5):690-699[Yang Zuosheng,Chen Xiaohui.Centurial high resolution records of sediment grain-size variation in themud area off the changjiang(Yangtze River)estuary and its influencial factors[J].uaternary Sciences, 2007,27(5):690-699]

29 秦蘊(yùn)珊,鄭鐵民。東海大陸架沉積物分布特征的初步探討[C]∥中國科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)研究室編。黃東海地質(zhì)。北京:科學(xué)出版社,1982:31-51[Qin Yunshan,Zheng Tiemin.A study of distribution pattern of sediments on the continental shelf of the East China Sea[C]∥Department of Marine Geology,Institute of Oceanology,Academia Sinica.Ed.The Geology of the Yellow and EastChina Seas.Beijing:Science Press,1982:31-51]

30 秦蘊(yùn)珊,趙一陽,陳麗蓉,等。東海地質(zhì)[M]。北京:科學(xué)出版社,1987:29[Qin Yunshan,Zhao Yiyang,Chen Lirong,etal.Geology of the East China Sea[M].eijing:Science Press,1987: 290]

31 李鵬,楊世倫,戴仕寶,等。近10年來長江口水下三角洲的沖淤變化——兼論三峽工程蓄水的影響[J]。地理學(xué)報(bào),2007,62 (7):707-716[Li Peng,Yang Shilun,Dai Shibao,etal.Accretion/ erosion of the subaqueous delta at the Yangtze Estuary in recent 10 Years[J].cta Geographica Sinica,2007,62(7):707-716]

32 秦蘊(yùn)珊。中國陸棚海的地形及沉積類型的初步研究[J]。海洋與湖沼,1963,5(1):71-85[Qin Yunshan.Preliminary study on the terrain and type of sediment in the shelf sea of China[J].ceanologia et Limnologia Sinica,1963,5(1):71-85]

33 Saito Y,Yang Z S.Historical change of the Huanghe(Yellow River) and its impact on the sediment budget of the East China Sea[C]∥Iseki K,Koike I,Tsunogai S,etal.Eds.Proceedings of International Symposium on Global Fluxes of Carbon and its Related Substances in the Coastal Ocean Atmosphere System.Sapporo:Hokkaido University,1994:7-12

34 蔣國俊,陳吉余,姚炎明。舟山群島峽道潮灘動(dòng)力沉積特性[J]。海洋學(xué)報(bào),1998,20(2):139-147[Jiang Guojun,Chen Jiyu,Yao Yanming.Characteristics of dynamic sedimentation on tidal flat in channels of Zhoushan Islands[J].cta Oceanologica Sinica,1998, 20(2):139-147]

35 Yang S L,Zhao Q Y,Belkin IM.Temporal variation in the sediment load of the Yangtze River and the influences of the human activities [J].ournal of Hydrology。2002,263:56-71

36 張瑞,潘少明,汪亞平,等。長江河口水下三角洲210Pb分布特征及其沉積速率[J]。沉積學(xué)報(bào),2009,27(4):704-713[Zhang Rui,Pan Shaoming,Wang Yaping,et al.Sedimentation rates and characteristics of radionuclide210Pb at the subaqueous delta in Changjiang Estuary[J].cta Sedimentologica Sinica,2009,27(4): 704-713]

37 程鵬,高抒,李徐生。激光粒度儀測(cè)試結(jié)果及其與沉降法、篩析法的比較[J]。沉積學(xué)報(bào),2001,19(3):449-455[Cheng Peng, Gao Shu,Li Xusheng.Evaluation of a wide range laser particle size analyses and comparison with pipette and sievingmethods[J].cta Sedimentologica Sinica,2001,19(3):449-455]

38 仝長亮,高抒。江蘇潮灘沉積物激光粒度儀與移液管-篩析分析結(jié)果的對(duì)比[J]。沉積學(xué)報(bào),2008,26(1):46-53[Tong Changliang,Gao Shu.Comparison between grain size data by laser and pipette-sievemethods for tidal flat sediments on Jiangsu Coast[J].cta Sedimentologica Sinica,2008,26(1):46-53]

39 別茲魯柯夫ПЛ,穆爾德瑪ИО,賽多娃ХМ等。論中國東海北部的沉積物及底棲動(dòng)物區(qū)系[J]。海洋與湖沼,1958,1(3):269-291[БеэруковПЛ,МурДемаИО,DovaгонкиХМ,et al.Research on the sedimentand the fauna of benthonic animal in the northern East China Sea[J].ceanologia et Limnologia Sinica,1958,1(3):269-291]

40 國家海洋局。海洋調(diào)查規(guī)范[C]。1975[State Oceanic Administration.Specifications for Oceanographic Survey[C]。1975]

41 Shepard F P.Nomenclature based on sand-silt-clay ratios[J].ournal of Sedimentary Petrology,1954,24:151-158

Recent Spatial Pattern and Temporal Variation in Sediment Grain Size in the Inshore Area Adjacent to the Yangtze Estuary and Hangzhou Bay

LUO Xiang-xin YANG Shi-lun ZHANGWen-xiang ZHANG Jing
(State Key Lab of Estuarine&Coastal Research,East China Normal University,Shanghai 200062)

Grain size of sediment in littoral area of estuaries is vulnerable to human-induced changes in riverine sediment supply and coastal hydrodynamics.In recent years,sediment from the Yangtze River to the sea has drastically decreased,which has resulted in erosion in the subaqueous delta.Meanwhile,many coastal engineering structures have been built at themouth of the Hangzhou Bay.Less has been known of the sedimentary impacts in the inshore area adjacent to the Yangtze Estuary and Hangzhou Bay.To examine the spatial pattern of and recent changes in sediment grain size in the littoral area off the Yangtze Estuary and Hangzhou Bay,we obtained 33 surface sediment samples using a box sampler and 7 sediment cores(1.4 to 4.8 m in length)using a vibro piston corer in April 2008.hese sampleswere analyzed for grain size parameters in the laboratory using a laser particle size analyzer.Comparison of grain size wasmade between the present result and results of historical periods.The results include:1)In agreementwith the results of historical periods,the present study showed an overall spatial pattern of coarse sediment in the east(sand)and fine-grained sediment in the west(mud).evertheless,in contrast to the historical results, the borderline between the sand and mud areas has retreated landward(or westward)for 10 to 30 km in the northern portion(off the Yangtze Estuary and themain Hangzhou Bay)whereas it has advanced seaward(or eastward)for up to 50 km in the southern area(south of the Zhoushan Archipelago)。2)In comparison with the results of historical periods that the longshore distributed mud(clay)zonewas disconnected at the eastof the Zhoushan Archipelago,the spatial pattern of surface sediment grain size in the present study indicated a consecutive longshoremud zone,which suggests the historical disconnection of the longshore mud(clay)zone at the east of the Zhoushan Archipelago has disappeared at least for surface sediment.This change wasmainly attributed to the construction of large bridges across the channels between the islands of the Zhoushan Archipelago.The piers of these bridgeswere considered to have reduced thewater and sediment exchange between the Hangzhou Bay and the East China Sea and weakened the currents at the previous disconnecting area of the longshoremud(clay)zone。3)The results of grain size trend analysis of surface sediment along the longshoremud zone support the hypothesis that the sediments derived from the Yangtze River have been mainly transported southward and southeastward。4)The core sediments,sampled successfully in themud zone(we failed to sample core sediment in the sand zone),aremainly composed of silt and clay.Most of the cores show significant vertical fluctuations of grain size.These vertical fluctuations seem to reflect historical events of climate changeswhich have resulted in long-term changes in riverine sediment supply and ocean hydrodynamics.The surface sediment of the cores sampled in the recent erosion area(recognized by other authors based on bathymetric comparison)indicates a coarsening trend,which is considered to have resulted from the recent drastic decrease in riverine sediment supply.We conclude that the sediments in the littoral area of the Yangtze Estuary and Hangzhou Bay are susceptible to anthropogenic and climate impacts both from the catchment and the coastal region.

sediment;grain size;anthropogenic impact;climate change;Yangtze Estuary;Hangzhou Bay;East China Sea

羅向欣 男 1983年出生 博士研究生 河口海岸沉積動(dòng)力過程 E-mail:luoxx1983@163.om

楊世倫 E-mail:slyang@sklec.ecnu.edu.cn

P512.2 P737.12

A

1000-0550(2012)01-0137-11

①國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體項(xiàng)目(編號(hào):41021064)、國家科技部973項(xiàng)目(編號(hào):2010CB951202)、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào): 41130856)、上海市科委項(xiàng)目(編號(hào):10dz1210505)、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研業(yè)務(wù)課題(編號(hào):SKLEC-2009KYYW02)資助。

2011-03-23;收修改稿日期:2011-05-27