王 昕 石學(xué)法 劉升發(fā) 王國慶 喬淑卿 朱愛美 高晶晶

(1.中國科學(xué)院海洋研究所 海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東青島 266071; 2.海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國家海洋局第一海洋研究所 山東青島 266061; 3.中國科學(xué)院研究生院 北京100049;4.中國地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 武漢 430074)

近百年來長(zhǎng)江口外泥質(zhì)區(qū)高分辨率的沉積記錄及影響因素探討

王 昕1,2,3石學(xué)法2劉升發(fā)2王國慶4喬淑卿2朱愛美2高晶晶2

(1.中國科學(xué)院海洋研究所 海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東青島 266071; 2.海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國家海洋局第一海洋研究所 山東青島 266061; 3.中國科學(xué)院研究生院 北京100049;4.中國地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院 武漢 430074)

通過對(duì)長(zhǎng)江口外泥質(zhì)區(qū)ZM11柱樣的粒度和常微量元素分析,結(jié)合210Pb年代測(cè)定,探討了研究區(qū)近百年來的沉積歷史及影響因素。研究表明,ZM11柱樣1950年以來平均沉積速率約為2.5 cm/a;受長(zhǎng)江深水航道建設(shè)以及水下三角洲前緣侵蝕的影響,近十年來ZM11柱樣沉積速率仍然保持3 cm/a以上;46 cm處0.3 cm厚的細(xì)砂層記錄了1998年特大洪水事件,1998-1999年前后ZM11柱樣沉積厚度高達(dá)20 cm.ZM11柱樣沉積物物質(zhì)成分較為均一,以粉砂為主;近百年來粒度變化與大通站泥沙粒徑變化趨勢(shì)不盡相同,可能主要受水下三角洲沉積環(huán)境控制。元素分析結(jié)果表明ZM11柱樣沉積物物源比較穩(wěn)定,基本來自長(zhǎng)江物質(zhì)輸入,影響巖芯沉積物元素含量變化的因素主要有沉積物粒度組成、長(zhǎng)江碎屑物質(zhì)輸入、生物作用以及人類活動(dòng)。

粒度 元素 長(zhǎng)江 輸沙 人類活動(dòng)

0 引言

河口三角洲是陸地和海洋間物質(zhì)能量交換最強(qiáng)烈的地帶,這里發(fā)生著復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)作用,是進(jìn)行陸海相互作用研究的理想?yún)^(qū)域,已經(jīng)成為當(dāng)今海洋地質(zhì)科學(xué)的前沿領(lǐng)域之一[1,2]。長(zhǎng)江流域面積達(dá)1.80 X 106km2,徑流和輸沙分別位居世界第五位和第四位,年均徑流量9 280億m3,多年平均輸沙約4.0億t/a(1951-2008年),在其入?？谔幮纬闪艘?guī)模巨大的三角洲沉積體系[3,4]。長(zhǎng)江口泥質(zhì)區(qū)位于長(zhǎng)江水下三角洲前緣斜坡的下端[5,7],其物源主要是長(zhǎng)江入海泥沙[3,5,8,9],是長(zhǎng)江泥沙的堆積中心之一,沉積速率較高可達(dá)5.4 cm/a[10,11],且沉積的連續(xù)性較好。因此,通過對(duì)長(zhǎng)江口三角洲泥質(zhì)區(qū)沉積記錄的研究,可以較連續(xù)的揭示三角洲沉積作用過程和人類活動(dòng)對(duì)河口三角洲的影響。

本文通過對(duì)長(zhǎng)江口泥質(zhì)區(qū)ZM11柱樣高密度的粒度和常微量元素分析,探討了泥質(zhì)區(qū)近百年來高分辨率的粒度和地球化學(xué)沉積記錄與長(zhǎng)江流域輸水、輸沙以及人類活動(dòng)(大壩建設(shè)、水土保持、工業(yè)發(fā)展等)的關(guān)系。

1 材料和方法

研究所用ZM11柱樣為國家海洋局第一海洋研究所2007年執(zhí)行“我國近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)專項(xiàng)課題”過程中在長(zhǎng)江口外泥質(zhì)區(qū)獲取的重力柱狀樣,水深25 m,柱長(zhǎng)3.08 m,站位分布如圖1所示。對(duì)柱狀樣進(jìn)行磁化率測(cè)試后從中間剖開,進(jìn)行顏色反射率測(cè)定和詳細(xì)描述后,以2 cm等間隔取樣,共分析了154個(gè)粒度和常量元素樣品及26個(gè)210Pb樣品。

巖芯的沉積速率測(cè)定采用210Pb法和137CS法,測(cè)試工作在中國科學(xué)院地理與湖泊研究所進(jìn)行,分析儀器為美國EG&G Ortec公司生產(chǎn)的由高純鍺井型探測(cè)器(Ortec HPCe GWL)與Ortec 919型譜控制器和IBM微機(jī)構(gòu)成的16k道多道分析器所組成的γ譜分析系統(tǒng)。

粒度室內(nèi)分析流程如下:取適量樣品置于燒杯中,加入15 ml濃度為3%的雙氧水浸泡24 h,去除有機(jī)質(zhì);然后加入5 ml 3 mol/l的鹽酸浸泡24 h去除沉積物中的碳酸鹽;其后將樣品進(jìn)行反復(fù)的離心、洗鹽直至溶液呈中性為止。處理好后的樣品經(jīng)超聲波振蕩分散后,再上機(jī)測(cè)試。粒度分析所用儀器為英國Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度儀,測(cè)量范圍為0.02～2 000μm,重復(fù)測(cè)量的相對(duì)誤差小于3%。粒度分析在國家海洋局海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中心完成。

圖1 ZM11站位分布圖Fig.1 Location of Core ZM11

常量元素分析精確稱量0.05 g樣品,加1.5 mL HNO3和1.5 mL HF在190～200℃分解48 h,冷卻后蒸干,加入1 ml HNO3蒸至濕鹽狀,加入3 ml體積分?jǐn)?shù)為50%的HNO3和1 mlRh(500 X 10-9)內(nèi)標(biāo)溶液,在150℃的烘箱中保持24 h,冷卻后定容至50 g,從中取出10 g再次定容至20 g,待進(jìn)行微量元素測(cè)試,其余樣品進(jìn)行常量元素測(cè)試。常微量元素測(cè)試所用儀器分別為美國Thermo Fisher Scientific公司生產(chǎn)的iCAP6300型ICP-AES和ICP-MS,隨機(jī)選取10%平行樣進(jìn)行測(cè)試,并采用GSD-9國際標(biāo)準(zhǔn)樣進(jìn)行校正,相對(duì)誤差小于0.5%。分析工作在國家海洋局海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中心進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 年代框架的建立

ZM11柱樣210Pb和137Cs測(cè)試結(jié)果如圖2。一般將巖芯中初次出現(xiàn)137Cs的層位對(duì)應(yīng)于1954年前后,137Cs的最大蓄積峰對(duì)應(yīng)于1964年左右(60年代初大量的核試驗(yàn))[12,13]。根據(jù)前人研究,長(zhǎng)江口沉積物還存在1959年次級(jí)蓄積峰[14]。因此如果將ZM11柱樣49 cm、25 cm和9 cm分別對(duì)應(yīng)于1954年、1959年和1964年的話,可以計(jì)算出1954-1959年間的平均沉積速率為約4.8 cm/a,1959-1964年為約3.2 cm/a,而1964年至今的平均沉積速率僅為0.21 cm/ a(圖2d)。冬季長(zhǎng)江懸沙在長(zhǎng)江沖淡水和浙閩沿岸流的攜帶下向浙閩東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)輸運(yùn)[15,16],長(zhǎng)江口外泥質(zhì)區(qū)剛好位于長(zhǎng)江物質(zhì)向南輸運(yùn)的必經(jīng)之路上。并且,122.5°～123°E是長(zhǎng)江沖淡水和陸架海水交匯的鋒面所在,絮凝作用強(qiáng)烈[17],長(zhǎng)江懸沙向東擴(kuò)散很少越過該界限,基本被限制在該界限以西的長(zhǎng)江口外泥質(zhì)區(qū)。根據(jù)沈煥庭[18]研究成果,1953-1993年間長(zhǎng)江入海泥沙大約有40%左右在杭州灣及其近海沉積,包括了ZM11柱樣所處的長(zhǎng)江口外泥質(zhì)區(qū)。1993年以來,長(zhǎng)江口外泥質(zhì)區(qū)總體上也表現(xiàn)為淤積,盡管2000-2004年該區(qū)表現(xiàn)一定的侵蝕[19],但該階段的侵蝕不足以使該區(qū)1964年以來平均沉積速率為0.21 cm/a。另外,眾所周知20世紀(jì)50-60年代是長(zhǎng)江輸沙的高值期,0.21 cm/a的沉積速率與這一事實(shí)相悖,因此本文舍棄137Cs數(shù)據(jù)而采用210Pb年齡模式。

210Pb垂直分布表明0～9 cm的表層沉積物略有混合,9～139 cm為210Pb衰減層(圖2a,b),利用該段計(jì)算所得平均沉積速率為2.5 cm/a,相關(guān)性為0.87,與前人在長(zhǎng)江水下三角洲地區(qū)的測(cè)試結(jié)果較為吻合[20～22]。因而本文采用210Pb測(cè)試結(jié)果建立ZM11柱樣的年代地層。按照平均沉積速率大致推算得140 cm深度處大致對(duì)應(yīng)于1950年左右。

2.2 ZM 11巖性和沉積物粒度分布特征

ZM11柱樣整個(gè)巖芯的巖性較為均一,以黃褐色黏土質(zhì)粉砂為主。根據(jù)粒度分析結(jié)果,本柱樣自下而上分為3段(圖3)。

Ⅲ段:308～140 cm(1950年之前),沉積物質(zhì)軟,強(qiáng)粘性,含水量中等,28.1%～32.0%左右,大量粉砂夾層,偶見貝殼碎片和蟲柱樣,平均粒徑總體上自下而上呈增高趨勢(shì),由接近底部的7.5φ增加到150 cm處6φ,而后略有減小;黏土含量呈現(xiàn)降低趨勢(shì),平均含量由30%以上降到20%左右;粉砂含量變化趨勢(shì)不明顯,在75%～67%之間波動(dòng),砂含量略微增加平均由1%增加到4%,分選逐漸變差。

圖2 ZM11柱樣210 Pb和137 Cs垂直分布Fig.2 Vertical variation of 210 Pb and 137 Cs activities in the Core ZM11

Ⅱ段:140～46 cm(1950-1998年),沉積物質(zhì)軟,含水量中等,31.0%～34.1%,強(qiáng)粘性,見少量貝殼和零星蟲柱樣構(gòu)造,偶見粉砂夾層,砂的平均含量達(dá)到整根巖芯的最大值,基本在5%以上,最大可達(dá)24.4%,大致由90 cm向上砂平均含量呈現(xiàn)一個(gè)波動(dòng)減少的趨勢(shì),頂部降到5%以下,粉砂含量變化趨勢(shì)與之相反,呈現(xiàn)波動(dòng)增加趨勢(shì),大致由93 cm處的～ 61%增加為50 cm處的～78%,沉積物粒度平均粒徑波動(dòng)幅度較大,分選較差(圖3)。

表1 ZM 11柱樣沉積物元素含量與長(zhǎng)江、黃河沉積物元素含量比較(單位:常量元素為%;微量元素為μg/g)Table1 Elements in Core ZM 11 sediments,and sediments from Changjiang and Huanghe (Unit:%for major elements andμg/g for trace elements)

圖3 ZM11柱樣210 Pb測(cè)年、巖性與粒度參數(shù)的變化Fig.3 Lithology,chronology and grain-size parameter variations of the Core ZM11

Ⅰ段:46～0 cm(1998-2007年),沉積物半流動(dòng)-質(zhì)軟,強(qiáng)粘性,含水量較高(36.2%～42.6%),自下而上逐漸增加,底部有0.3 cm厚細(xì)粉砂夾層。總體上砂含量較之前明顯減少,總體低于5%,最低達(dá)1%左右,黏土和粉砂含量相對(duì)之前增加,分選系數(shù)較50 cm以下明顯降低。46 cm處粉砂含量由77.4%降至43 cm處的70.3%,而黏土含量在45 cm處突然大幅增加,由18.5%驟增到43 cm處的28.6%。分選系數(shù)也由1.8以上降為40 cm處的1.6,且之后保持1.6～1.8范圍內(nèi)。

2.3 ZM 11巖芯常微量元素分布特征

ZM11柱樣常微量元素含量變化如表1,長(zhǎng)江、黃河沉積物中常微量元素含量一并在表中列出.aO、Na2O元素含量跟黃河沉積物的元素含量較為接近,其他元素均與長(zhǎng)江沉積物的元素含量[23]較為接近。

表2 ZM 11柱樣沉積物元素含量的因子載荷矩陣(經(jīng)過方差極大旋轉(zhuǎn))Table2 Factor loading matrix of element contents of core ZM 11 sediments(after varimax rotation)

對(duì)所分析的19種常微量元素進(jìn)行了R型因子分析,結(jié)果表明前3個(gè)因子累計(jì)方差貢獻(xiàn)為86.14% (表2),基本上能夠代表整個(gè)巖芯沉積物中元素含量的變化。第一因子F1的方差貢獻(xiàn)為63.796%,是影響巖芯沉積物元素變化的主要因素。由因子載荷矩陣(表2)可知,因子F1的正載荷主要為Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、MnO、TiO2、P2O5、Ba、Cu、Zn、Co、Cr、Ni、V,負(fù)載荷為SiO2.iO2趨于賦存在粗粒沉積物中,Al2O3、Fe2O3、MgO、Cu、Zn、Co、Cr、Ni、V等主要賦存于細(xì)粒陸源碎屑和黏土礦物中,具有明顯的親黏土性[24],因此可以認(rèn)為因子F1代表粒度和陸源輸入的共同影響。主因子F2的方差貢獻(xiàn)為16.190%,僅約為因子F1貢獻(xiàn)的1/4。因子F2的正載荷主要是SiO2、CaO、Na2O和Sr元素,其中Sr的因子載荷達(dá)0.95以上,是因子F2的主要特征元素。據(jù)其他學(xué)者研究[24,25],Ca和Sr除了受陸源物質(zhì)影響之外,還可能會(huì)受到生物沉積的影響。因此,因子F2可能代表粒度和沉積過程中生物作用對(duì)元素分布的影響。因子F3的正載荷主要為Pb,對(duì)Mn、Zn、Cu有一定的影響,無明顯的負(fù)載荷.b在沉積過程中可能受到陸源物質(zhì)和人為污染的雙重影響,因子分析的結(jié)果也表明Pb還受因子F1的較大影響。因此,可以認(rèn)為,因子F3很可能主要代表人為污染的影響。由此可見,影響巖芯沉積物元素含量變化的因素主要包括沉積物粒度、長(zhǎng)江碎屑物質(zhì)輸入、生物作用以及人為污染。其中粒度和陸源物質(zhì)供應(yīng)是主要的影響因素,幾乎控制著所有元素含量的變化。

為去除粒度變化對(duì)元素含量的影響,將ZM11柱樣微量元素含量進(jìn)行了歸一化處理(圖4)。

常微量元素垂向整體變化趨勢(shì)不明顯(圖4),與粒度參數(shù)變化趨勢(shì)相似(圖3),相鄰層位的含量變化較為劇烈,波動(dòng)幅度較大。308～140 cm,SiO2、CaO、Fe2O3、MnO、TiO2、Cu、Pb、Ni、Sr、Ba平均含量(歸一化后)分別為4.0、0.3、0.4、0.0065、0.06、2.3、1.6、2.8、10、30,無明顯變化趨勢(shì),MgO(0.18～0.19)、Na2O(0.12～0.15)、Zn(5.5～6.5)、Cr(5.4～5.7)、Co (1～1.15)、V(7.6～7.9)呈現(xiàn)微弱的增加趨勢(shì),但增幅較小,總體上所有常微量元素的含量變化不劇烈,還是落在長(zhǎng)江物源的元素特征范圍。140～46 cm, SiO2、CaO、Fe2O3、MnO、Na2O、P2O5、TiO2、Pb、Ni、Cr、Sr、Ba等元素平均含量與下段相當(dāng),亦無明顯變化, MgO、Cu、Zn、Co等元素呈現(xiàn)微弱增加趨勢(shì),變幅分別為0.19～0.195、2～2.35、6.5～7.5、1.15～1.2。其中,大致在70～50 cm處Pb(～2.5)、Zn(7.5～8)、Co(1.2～1.25)、Cu(2.4～2.6)含量基本達(dá)到整個(gè)巖芯的最高值。大約46 cm開始,除了MnO之外的其他所有常量元素以及微量元素中的Sr、Ba均出現(xiàn)減小趨勢(shì),在大致35 cm處出現(xiàn)最低值,向上又表現(xiàn)為減小趨勢(shì),微量元素中的Pb、Zn、Co、Cu仍表現(xiàn)為較高水平,分別為2～3、7.3～7.6、1.15～1.25、2.4～2.6。

2.4 ZM 11巖芯粒度和常微量元素影響因素探討

因子分析結(jié)果(表2)表明沉積物中CaO、Na2O含量除了受到粒度影響外,還受沉積過程中的生物作用影響,ZM11柱樣中CaO、Na2O元素含量偏高(表1),接近黃河來源的沉積物元素含量,主要受到生物作用影響,其他元素均與長(zhǎng)江沉積物的元素含量[23]較為接近,因此斷定ZM11柱樣沉積物主要來自長(zhǎng)江物質(zhì)輸入。

圖4 ZM11柱樣常、微量元素分布(微量元素X104/Al)Fig.4 Vertical distribution of trace elements in Core ZM11(after normalized by Al:trace elements X104/Al)

影響長(zhǎng)江口沉積物粒度的主要有物源、來水來沙和水動(dòng)力環(huán)境。長(zhǎng)江口泥質(zhì)區(qū)的沉積物主要是長(zhǎng)江入海物質(zhì)[15],元素分析結(jié)果表明ZM11柱樣沉積物主要來自長(zhǎng)江入海物質(zhì)沉積,其物源沒有發(fā)生大的變化,因此對(duì)于ZM11柱樣物源對(duì)粒度的影響基本可以忽略。泥質(zhì)區(qū)受徑流、潮汐、波浪等各種水動(dòng)力條件影響,水動(dòng)力條件的年際、年內(nèi)甚至更短時(shí)間尺度的波動(dòng)可能使得沉積物粒度相應(yīng)地發(fā)生明顯波動(dòng),在近百年來這種較長(zhǎng)時(shí)間尺度上總體保持穩(wěn)定,對(duì)沉積物粒度的變化趨勢(shì)似乎貢獻(xiàn)不大;因此長(zhǎng)時(shí)間尺度的沉積物粒度的變化可能更大程度上是對(duì)泥質(zhì)區(qū)來水來沙的反映。

210Pb測(cè)試結(jié)果表明ZM11柱樣1950年以來平均沉積速率為2.5 cm/a,本文粒度和常微量元素分析間距為2 cm,兩者的波動(dòng)可以反映該區(qū)沉積環(huán)境的年際變化,在沉積較為連續(xù)的時(shí)間段里甚至可以反映年內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜波動(dòng)。由圖3可以看出整個(gè)ZM11柱樣沉積物粒度變幅較大,變幅最大可達(dá)2φ(5.5φ ～7.5φ),尤其是200 cm以上層位(圖3),表明泥質(zhì)區(qū)的各種動(dòng)力條件,如徑流、潮流、波浪等,年際、年內(nèi)的變化較為復(fù)雜。

140 cm以下層位(1950年之前),平均粒徑自下而上由7.5φ增加到6φ,砂含量由1%增加到4%,分選逐漸變差(圖3)。1870年以來長(zhǎng)江泥沙入海主要河道逐漸的南偏[21]引起的泥質(zhì)區(qū)來沙情況變化可能是導(dǎo)致1950年前沉積物粒度變粗的主要原因,長(zhǎng)江主泓由北向南的擺動(dòng)偏轉(zhuǎn)為泥質(zhì)區(qū)帶來了更多粗粒級(jí)的泥沙沉積。同時(shí)期微量元素Zn、Co、Cr、V含量略微的增加(歸一化后),可能是對(duì)20世紀(jì)初到20世紀(jì)中50年間整個(gè)長(zhǎng)江流域輸沙逐漸增加[26]的反映。長(zhǎng)江流域火成巖分布廣泛,尤其在中上游及下游地區(qū),Fe、Cu、Pb、Zn、Nb、Mo、Be、REE等礦床廣泛發(fā)育,大多數(shù)過渡金屬元素(如鐵族元素Fe、Mn、Ti、V、Cr、Co、Ni及親銅元素Cu、Pb、Zn等)組成具有相對(duì)較高的背景值[23],流域侵蝕的增強(qiáng)使更多具有高元素背景值的長(zhǎng)江物質(zhì)被侵蝕輸入到河口地區(qū)。

46 cm以上層位的沉積物呈半流動(dòng)狀,含水量較下層沉積物的含水量要高2.1%～11.6%,底部有0.3 cm厚細(xì)粉砂夾層,表明底部發(fā)生侵蝕,該處發(fā)生一次事件沉積,上部46 cm為近年來形成的相對(duì)連續(xù)的沉積。沉積物粒度和常微量元素的含量也均在45 ～46 cm處開始發(fā)生較大變化,平均粒徑Mz由45 cm處的6.3φ增加到7.2φ,分選變好,由1.72降至1.6,粉砂含量由77.4%降至43 cm處的70.3%,而黏土含量由18.5%驟增到43 cm處的28.6%。推測(cè)ZM11巖芯46～45 cm附近一系列的突變可能受到了1998年1月開工的長(zhǎng)江深水航道的建設(shè)和同年長(zhǎng)江流域大洪水的共同影響。航道開挖產(chǎn)生的大量泥沙在長(zhǎng)江沖淡水和沿岸流的作用下被帶到10 m等深線以外的地區(qū)進(jìn)行沉積,較粗顆粒首先在靠近航道的水下淺水區(qū)沉積,而分選較好的、較細(xì)顆粒沉積被帶到更遠(yuǎn)的泥質(zhì)區(qū)沉積,同年發(fā)生的長(zhǎng)江特大洪水使這一過程快速加劇,短時(shí)間內(nèi)在泥質(zhì)區(qū)形成較厚沉積。因子分析的結(jié)果(表2)表明Pb跟人類活動(dòng)影響比較密切,長(zhǎng)江三角洲地區(qū)Pb等重金屬元素在地層中的富集主要?dú)w因于1978年改革開放以來經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展引起的工業(yè)污染[27,28],2000年前后針對(duì)Pb污染問題實(shí)施了一系列環(huán)保政策[29,30],1998年國務(wù)院辦公廳頒布了關(guān)于限期停止生產(chǎn)銷售使用車用含鉛汽油的通知[29,31],1999年電子行業(yè)也實(shí)行無鉛-環(huán)保運(yùn)動(dòng)(http://www.pcbtech.net/view/hot/0203I02007/730.tm l),由圖4可以看出大致75～27 cm間Pb元素含量為整個(gè)ZM11巖芯的最高值,平均為2.4,隨后在27 cm處急劇降為1.2,因此認(rèn)為27～29 cm處Pb含量的急劇降低跟2000年前后環(huán)保政策的實(shí)施有關(guān),將27～29 cm處大致對(duì)應(yīng)于1999年或者2000年的話,1998-1999年前后ZM11柱樣保存下來的沉積厚度達(dá) 20 cm厚,1998-2000年間沉積速率高達(dá)9.5cm/a,27 cm以上為2000年以來沉積,沉積速率為約3.9 cm/a,1998年之前的沉積速率為約2.0 cm/ a(圖2e)。

研究表明長(zhǎng)江入海輸沙(大通站)由2000年前的3.52 X106t a-1降為2001-2008年的2.61 X106t a-1[32],2003年建成的三峽大壩每年截留1.72 X106t泥沙,輸入到整個(gè)長(zhǎng)江水下三角洲地區(qū)的泥沙在逐年減少[33～36],但是ZM11柱樣2000年以來的沉積速率仍然保持在3 cm/a以上。推測(cè)ZM11柱樣2000年以來沉積的泥沙主要來自于長(zhǎng)江深水航道開挖和10～ 15 m等深線附近及其以淺的水下三角洲前緣的侵蝕。2000年長(zhǎng)江深水航道一期工程使航道由7 m增加為8.5 m,寬度增至300 m,2004年以及2006年的二期和三期建設(shè),又分別使航道加深到10 m和12.5 m,寬度增加為350～400 m,如此巨大的工程量產(chǎn)生的泥沙完全有可能使ZM11柱樣2000年以來仍然維持較高沉積速率。此外,對(duì)近10年來長(zhǎng)江水下三角洲沖淤變化的研究表明2000～2007年5 m等深線以淺區(qū)域表現(xiàn)為堆積,而10m等深線附近表現(xiàn)為侵蝕,在長(zhǎng)江入海泥沙量急劇減小的情況下10 m等深線以深的地區(qū)沒有表現(xiàn)為明顯的侵蝕[19,37]。因此我們可以推斷,2000年后驟減的長(zhǎng)江入海泥沙可能主要堆積在5 m等深線以淺的水下三角洲前緣,由于缺乏足夠的泥沙供應(yīng),10 m等深線附近表現(xiàn)為侵蝕,侵蝕泥沙被帶到更深的水下三角洲地區(qū),導(dǎo)致ZM11柱樣2000年以來沉積速率沒有顯著的降低。對(duì)長(zhǎng)江水下三角洲表層沉積物的研究表明[37,38],三角洲前緣的沉積物相對(duì)較粗,為細(xì)砂、粉砂質(zhì)砂,ZM11所在的前三角洲地區(qū)則以粉砂質(zhì)黏土為主,粒度分析表明2000年以來ZM11柱樣沉積物粒度出現(xiàn)粗化,認(rèn)為是水下三角洲前緣侵蝕的反映,可能對(duì)由于三峽大壩建設(shè)引起的入海輸沙量減少、下游河床侵蝕導(dǎo)致的泥沙粒徑變粗反映不敏感。1987年以來隨著長(zhǎng)江入海輸沙的急劇下降,通過大通站的懸沙粒徑呈明顯變粗趨勢(shì)[39],而ZM11柱樣46 cm以下(1998年以前)段沉積物粒度自下而上卻沒有明顯變粗趨勢(shì),由此可見ZM11柱樣沉積物粒度變化與長(zhǎng)江入海泥沙(大通站)粒度變化并不一致,更多受到水下三角洲沉積環(huán)境自身復(fù)雜性的影響,如水動(dòng)力條件的多變、水下不同部位的侵蝕與堆積情況等。

3 結(jié)論

(1)ZM11柱樣1950年以來平均沉積速率為2.5 cm/a,受長(zhǎng)江特大洪水和長(zhǎng)江深水航道開挖共同影響ZM11柱樣1998-1999年沉積厚度達(dá)20 cm,長(zhǎng)江深水航道二期和三期開挖產(chǎn)生的大量泥沙使ZM11柱樣近十年以來平均沉積速率仍保持3 cm/a以上。

(2)ZM11柱樣沉積物粒度對(duì)長(zhǎng)江入海泥沙(大通站)粒徑的變化反映不敏感,1950年以前受長(zhǎng)江主河道逐漸南偏的影響自下而上逐漸變粗,2000年以來接受了10 m等深線附近及其以淺長(zhǎng)江三角洲前緣的大量泥沙沉積,沉積物粒度也出現(xiàn)明顯粗化。

(3)元素分析結(jié)果表明ZM11柱樣沉積物主要來源于長(zhǎng)江泥沙,物源穩(wěn)定。因子分析結(jié)果表明,影響巖芯沉積物元素含量變化的因素可以分為:沉積物粒度、陸源物質(zhì)輸入、生物作用以及人為污染影響。其中粒度和陸源物質(zhì)供應(yīng)是主要的影響因素,幾乎控制著所有元素含量的變化。1950年之前微量元素Zn、Co、Cr、V含量略微的增加,是對(duì)20世紀(jì)初到20世紀(jì)50年間整個(gè)長(zhǎng)江流域輸沙逐漸增加的反映。2000年前后Pb含量的急劇降低,主要受到此時(shí)一系列無鉛環(huán)保運(yùn)動(dòng)的影響。

致謝 上海石油局第一海洋調(diào)查大隊(duì)“勘407”船全體船員協(xié)助進(jìn)行了海上取樣工作,審稿人提出了寶貴的意見,作者在此謹(jǐn)表謝忱。

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High Resolution Sedimentary Record W ithin a Hundred Years on the M ud Area Near the Changjiang Estuary and Discussion of Its Im pacting Factors

WANG Xin1,2,3SHIXue-fa2LIU Sheng-fa2WANG Guo-qing4QIAO Shu-qing2ZHU Ai-mei2GAO Jing-jing2
(1.Key Laboratory of M arine Geology and Environment,Institute of Oceanology,Chinese Academ y Sciences,Qingdao,Shandong 266071; 2.Key Laboratory of State Oceanic Adm inistration for M arine Sedimentology&Environmental Geology, First Institute of Oceanography,State Oceanic Adm inistration,Qingdao,Shandong 266061; 3.Graduate School,Chinese Academ y of Sciences,Beijing 100039; 4.Faculty of Earth Science,China University of Geosciences,W uhan 430074)

Based on themajor and trace elements and grain-size analysis,aswell as the210Pb isotope data,the sedimentary history within a hundred year of the Core ZM11 was reconstructed and the impacting factorswere discussed.Itwas shown that the sedimentation rate is about 2.5 cm/a starting from 1950.ecause the sediment was dredged during the construction of the Twin Jetty-Groyne Complex in the North Passage of the South Channel and was eroded from delta front,the sedimentation rate of the Core ZM11 within the last ten years was above 3 cm/a,while the Changjiang sedimentwas declining during the same period.The thickness of sediment deposited during 1998-1999 was about20 cm,possibly induced by the 1998 major flood event that is recognized by the 0.3 cm fine-sand layer at ～46 cm depth.The variation of the sediment grain size in Core ZM11,presumably controlled by the complexity of subaqueous delta,is not consistent with the sediment grain size variations of the Datong gauging station.The geochemical element analysis results showed that sediment of Core ZM11 mainly come from the Changjiang River.Grain size,terrigenousmaterial input,biological sedimentation and human activity are themajor factors that resulted the element content variations of the Core ZM11.

grain size;element;Changjiang;suspended material supply;human activity

王昕 女 1982年出生 博士研究生 海洋沉積學(xué) E-mail:wangxin@fio.org.cn

石學(xué)法 E-mail:xfshi@fio.org.cn

P512.2

A

1000-0550(2012)01-0148-10

2010-11-04;收修改稿日期:2011-01-10