任品德，李濤，李團結，歐陽秀珍

（1.國家海洋局南海工程勘察中心，廣東 廣州 510300；2.廣州海洋地質調查局，廣東 廣州 510760）

沉積物的粒度分析對于研究沉積物的來源、運移機制，了解沉積環(huán)境具有十分重要的意義。沉積物顆粒大小受流水營力的控制，粒度分布特征受物源和沉積水動力環(huán)境控制。從沉積物的粒度特征中能提取沉積環(huán)境的有關信息，或進行沉積環(huán)境的辨識（Visher et al，1969；Friedman et al，1979；MeLaren et al，1985；張存勇 等，2009），而利用沉積物參數(shù)特征探討水動力環(huán)境使得定量研究沉積物粒度與水動力的關系成為可能（王偉等，2009；楊世倫，1994）。潮間帶是指大潮期最高潮位和最低潮位之間的海岸，其上生物資源豐富，也是人類經(jīng)濟活動較為頻繁的區(qū)域，對潮間帶沉積過程和沉積環(huán)境的研究對潮間帶資源環(huán)境的保護意義重大。本文綜合利用粒度參數(shù)特征、粒度分布和多元統(tǒng)計分析結果來探討川山—陽江海區(qū)諸海島潮間帶表層沉積物的運移方式和沉積環(huán)境。

1 研究區(qū)概況及分析方法

1.1 研究區(qū)概況

川山—陽江海區(qū)位于東經(jīng)113°05′-111°25′，全區(qū)海島以基巖海島為主，面積在500 m2以上的海島164 個（據(jù)廣東省908 海島調查數(shù)據(jù)），多數(shù)海島分布在水深10m 以淺，研究區(qū)內海島處于熱帶至亞熱帶氣候帶，受東亞季風影響，屬季風性和海洋性氣候。流入海區(qū)的河流主要是漠陽江，此外還有一些短小的山溪河流。受廣東沿岸流西南行的影響，海水中懸沙量較高。潮汐類型屬不規(guī)則半日潮，潮差在1.12～1.48 m（廣東省海島資源綜合調查大隊等，1993）。潮流性質為不規(guī)則全日潮流，受海岸和海島地形影響，潮流運動形式多樣。

1.2 分析方法

分析樣品來自川山—陽江海區(qū)上川島、下川島、大襟島、漭洲、盤皇島、海陵島和豐頭島等7個海島。2007年12月-2008年6月在7 個海島潮間帶上共布設42 條調查剖面，分別編號1-42，采集高、中、低潮表層樣品（每條剖面3 個樣品），共計126 個樣品，采樣剖面編號示意圖見圖1。沉積物樣品均用采樣勺采集，為保證粒度分析的有效性，所有沉積物樣品都在低潮剖面出露時采集，并控制在表層下0～10 cm 深度范圍內。室內分析流程如下：首先利用篩析法分析大于0.063 mm 的粗顆粒物不同粒級的含量，將小于0.063 mm 的細顆粒物置于燒杯中，加入15 mL 3%的雙氧水浸泡24 h，去除有機質，然后加入5 mL 3 mol/L 的稀鹽酸浸泡24 h，去除沉積物中的鈣質膠結物及生物貝殼，其后將樣品進行反復離心、洗鹽直至溶液呈中性為止。處理后的樣品經(jīng)超聲波振蕩分散后上機測試。粒度分析使用的儀器為英國Malvern 公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000 型激光粒度儀，測量范圍為0.02～2 000 μm。粒級統(tǒng)一使用尤登—溫德華氏等比值粒級標準表示，中值粒徑（Md）、標準偏差（σi）、偏態(tài)（Ski）、峰態(tài)（Kg） 等粒度參數(shù)采用Folk—Ward 圖解法公式進行計算（Folk，1966；成都地質學院陜北隊，1978）。

圖1 川山—陽江海區(qū)海島潮間帶表層沉積物剖面編號

2 結果與討論

2.1 沉積物命名

研究區(qū)沉積物的分類和命名采用Folk 等（1970） 的沉積物粒度三角圖解法對不含礫和含礫沉積物分別命名。根據(jù)Folk 沉積物分類結果，研究區(qū)潮間帶不含礫沉積物主要為砂和粉砂質砂；含礫沉積物主要為礫質砂，其次為含礫泥質砂和含礫砂。粉砂質砂主要發(fā)現(xiàn)于中潮帶和低潮帶，高潮帶沉積物類型基本為砂。含礫泥質砂和含礫砂主要發(fā)現(xiàn)于中潮帶和低潮帶，高潮帶主要沉積物類型為礫質砂（圖2）。

圖2 川山—陽江海區(qū)海島潮間帶表層沉積物福克分類三角圖

2.2 表層沉積物粒度參數(shù)特征

沉積物粒度參數(shù)的計算，F(xiàn)olk—Ward 公式物理意義明確，精確度很高，應用最為廣泛（Folk et al，1970；賈建軍 等，2002）。計算的結果表明（圖3） 研究區(qū)潮間帶表層沉積物陽江—川山海區(qū)表層沉積物中值粒徑介于-1.5? ～7.52? 之間，平均1.9?，大多數(shù)沉積物中值粒徑分布在1.5? ～3.5?之間，核心頻率位于2.5? 附近；沉積物分選系數(shù)介于1.23～11.13 之間，平均2.81，大多數(shù)沉積物分選系數(shù)分布在2～4 之間，核心頻率位于2.3 附近；沉積物偏態(tài)介于-1.16～1.22 之間，平均0.13，大多數(shù)沉積物偏態(tài)分布在-0.1～-0.3 之間，核心頻率在0 附近；沉積物峰態(tài)介于0.3～3.47，平均1.4，大多數(shù)沉積物峰態(tài)分布在0.4～1.8 之間，核心頻率位于0.5 附近。

2.3 表層沉積物粒度頻率曲線與概率累積曲線

川山—陽江海區(qū)海島表層沉積物的粒度頻率曲線以單峰態(tài)為主，雙峰態(tài)次之，剩余少數(shù)為三峰態(tài)。單峰態(tài)和雙峰態(tài)對應的概率曲線基本為三段式。其中三段式對應的沉積物類型主要有砂、粉砂質砂、礫質砂和砂質礫等；二段式對應的主要沉積物類型以砂、粉砂質砂和礫質砂為主。一段式對應的主要沉積物類型包括粉砂、砂質粉砂等。典型粒度頻率曲線與概率累積曲線見圖4。

三段式主要由躍移組分和懸移組分組成，普遍缺乏滾動組分，從躍移組分延伸的情況看，即使存在滾動組分，其含量一般在1%～2%以下；躍移組分具有明顯的兩段式特征；粗細兩段的截點位于4?～6? 之間；粗粒段的斜率明顯大于細粒段，即粗粒段分選比細粒段好。這反映了潮間帶雙向流沉積作用，粗粒段代表動力較強的漲潮流沉積，細粒段代表動力較弱的落潮流沉積（梁百和 等，1985）。懸移組分斜率明顯地小于躍移組分，其含量一般在10%以下，躍—懸移組分分界點一般位于6?～8? 之間。

兩段式主要由躍移組分和懸移組分組成，其截點變化區(qū)間較寬（一般介于2?～4?）。截點的大小可以反映搬運介質的擾動強度，強度高的在較粗粒度上發(fā)生截斷?？偟膩碚f，從截點區(qū)間來看，調查區(qū)二段式曲線所對應沉積物搬運強度為中等。

圖3 川山-陽江海區(qū)海島潮間帶表層沉積物平均粒徑、分選系數(shù)、偏態(tài)和峰態(tài)頻率分布圖

一段式由單一的直線段組成，說明粒度分布為一個正態(tài)分布，故屬一種方式搬運，這種直線的斜度都小于50°，在寬的區(qū)間內延伸。本類曲線可能代表水速及密度均較大，全部沉積物均呈懸浮負載。

沉積物概率累計曲線反映了沉積物主要搬運沉積方式，以上川島、下川島和海陵島為例，上川島迎浪面潮間帶（剖面1-3，14，15） 沉積物基本為二段式，背浪面潮間帶（剖面4-13） 沉積物以三段式為主，少量一段式；下川島迎浪面潮間帶（剖面19-23） 沉積物二段式與三段式各占一半，背浪面潮間帶（剖面16-18，24，25） 沉積物以二段式居多，三段式略少于二段式；海陵島迎浪面潮間帶（剖面30-33） 沉積物以三段式居多，二段式少于三段式，背浪面潮間帶（剖面34-39） 沉積物大多數(shù)為三段式，僅少量二段式和一段式。各島迎、背浪面沉積物搬運方式的差異可能與海島地形地貌有關。如下川島迎、背浪面潮間帶沉積物搬運沉積方式基本一致，可能因為上川島有效地遮擋了以西南向為主的海流。海陵島與上川島背浪面潮間帶沉積物搬運沉積方式基本一致，可能因為這兩個島的背浪面都面向較大的海灣，水動力條件相似；而兩個島迎浪面潮間帶沉積物搬運沉積方式不同，可能因為上川島東面較大的海島—烏潴洲對西南向海流有阻擋作用。

不過，由于廣東省潮灘發(fā)育很窄，不能反映高潮帶、中潮帶和低潮帶的水動力以及沉積搬運方式空間上的變化。

2.4 表層沉積物粒度聚類分析和因子分析

2.4.1 聚類分析

為分析表層沉積物的粒級組成及其相互關系，對研究區(qū)海島潮間帶表層沉積物粒度數(shù)據(jù)進行了R型聚類分析和R 型因子分析。根據(jù)沉積物? 粒度聚類分析（圖5），14 個粒級基本可劃分為4 組：2?、＜-1?～1?、3?～4? 和5? ～＞11?。根據(jù)相關性又可以將粒徑分為兩組（表1）：一組為細顆粒組分（5?～＞11?），另一組為粗顆粒組分（＜-1?～4?）。其中，細顆粒組分之間的相關性較大，該粒徑范圍代表粉砂和粘土；粗顆粒組分之間的相關性較小，該粒徑范圍代表礫石和砂。此外，粗顆粒與細顆粒組分之間的相關性也較小。

推測粉砂和粘土為沉積物中的懸移（包括遞變懸移和均勻懸移） 組分，系弱水動力沉積的產(chǎn)物，含量較穩(wěn)定，因此相關性也很大。礫石和砂為沉積物中的推移組分，在機械搬運和沉積作用過程中，一般呈側向加積，系較強水動力沉積的產(chǎn)物，可能由于海灘受海水作用而被擾動，再沉積過程中，粗粒物質來不及分異，而混雜在一起，含量變化較大，因此相關性也較小。

圖4 湛江海島潮間帶表層沉積物典型粒度頻率曲線與概率累積曲線

2.4.2 因子分析

對研究區(qū)海島潮間帶表層沉積物粒度數(shù)據(jù)進行R 型因子分析（表2），結果表明因子1 特征值比例占49.89%，因子2 特征值比例占16.88%，因子3 特征值比例占14.39%，因子4 特征值比例占7.84%；前4 個因子特征值比例累計占89%。

因子1 主要由5? ～＞11? 的正載荷組成，該粒徑范圍對應粉砂和粘土組分；因此，因子1 在粉砂和粘土上有較大的正載荷。從因子載荷圖（圖6）上來看，該粒徑范圍以懸移沉積為主，包含了均勻懸移和遞變懸移沉積。

因子2 主要由0?～1? 的正載荷和3? 的負載荷組成，該粒徑范圍對應粗砂和中砂組分；因此，因子2 在粗砂上有較大的正載荷，在中砂上有較大的負載荷。從因子載荷圖（圖6） 上來看，正載荷代表以推移沉積為主，負載荷代表以躍移沉積為主。

圖5 川山—陽江海區(qū)海島潮間帶沉積物粒度R 型聚類分析

表1 川山—陽江海區(qū)海島表層沉積物各粒級相關系數(shù)

表2 川山—陽江海區(qū)海島潮間帶表層沉積物粒度方差極大旋轉因子載荷

因子3 主要由＜-1? 的正載荷組成，該粒徑對應礫石組分，因此，因子3 在礫石上有較大的正載荷。從因子載荷圖（圖6） 上來看，該粒徑范圍以推移沉積為主。

因子4 主要由4? 的正載荷組成，該粒徑對應于細砂組分；因此，因子4 在細砂上有較大的正載荷。從因子載荷圖（圖6） 上來看，該粒徑范圍以躍移沉積為主。

分析表明，5?～＞11? 組分僅由單個因子（因子1） 控制，該粒徑范圍對應細顆粒物，在沉積物中含量穩(wěn)定，沉積物沉積方式單一。＜-1?～4 組分由多個因子（因子2-因子4） 共同控制，該粒徑范圍對應粗顆粒物，組分混雜，在沉積物中含量不穩(wěn)定，沉積物沉積方式多樣。因子3 和因子4 各代表一種沉積方式：推移和躍移，因子2 則代表兩種搬運方式的結合。從因子所對應的粒徑來看，沉積物中最粗的組分只能通過推移方式沉積，而較粗的組分則能以推移和躍移兩種方式沉積。

3 結論

（1） 粒度概率累積曲線反映出3 類水動力環(huán)境：第一類曲線為三段式，搬運方式包括懸移和躍移，躍—懸移分界點為6?～8?，由于潮間帶雙向流沉積，根據(jù)水動力強弱，分為兩段，截點為4?～6?；第二類曲線為二段式，搬運方式包括懸移和躍移，躍—懸移分界點2?～4?，反映的沉積物搬運強度中等；第三類曲線為單一直線段，水動力強，僅懸浮一種搬運方式。第一、二類曲線代表強、弱水動力共同作用的沉積；第三類曲線為單一強水動力沉積。

圖6 川山—陽江海區(qū)海島潮間帶表層沉積物粒度因子載荷圖

（2） 粒度R 型聚類分析結果表明弱水動力沉積的細顆粒物含量穩(wěn)定，不同粒級間相關性大；強動力沉積的粗顆粒物由于海水擾動，含量變化大，不同粒級間相關性小。

（3） 從粒度R 型因子分析來看，因子1 由5?～＞11? 的正載荷組成，以懸移為主；因子2 主要由0?～1? 的正載荷和3? 的負載荷組成，正載荷代表推移，負載荷代表躍移；因子3 由＜-1? 的正載荷組成，以推移為主；因子4 由4? 的正載荷組成，以躍移為主。因此，懸移對應的粒徑為5?～＞11?；推移對應的粒徑為＜-1?～1?；躍移對應的粒徑為2?～4?。

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