劉阿成，陸 琦，王百順，張 杰

（1.上海東海海洋工程勘察設計研究院，上海200137；2.國家海洋局 東海信息中心，上海200136）

0 引言

南黃海輻射沙脊區(qū)位于江蘇省岸外，南北長約200～250km，東西寬約140km，面積22 000～35 000km2［1－2］，70多條沙脊和潮流通道相間，最大水深約25m，部分沙脊已高出海面［1］。長期以來關于輻射沙脊區(qū)的研究較多，在沙脊的成因、物質來源、表層沉積物分布等方面取得了較多的認識［1－9］。但是對于淺表層沉積物的分布規(guī)律，以及個體脊槽的沉積環(huán)境演變的研究還鮮有報道。這與前人采用表層沉積物調(diào)查，且站 位稀疏 有關［1－4，9］，或者雖有鉆孔揭示較大的地層厚度，數(shù)量卻過少［5－8］。本研究布設密集底質取樣站位，結合振動活塞沉積物柱狀采樣器取樣，通過粒度分析，比較精細地研究了南黃海太陽沙西側潮流脊槽淺表層沉積物的分布特征，探討了沉積物分布的控制因素以及潮流脊槽區(qū)的沉積環(huán)境演變。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

王穎［1］將南黃海輻射沙脊區(qū)分為4個區(qū)：中南部的黃沙洋—爛沙洋樞紐部分、南部冷家沙－小廟洪地區(qū)、東北部的蔣家沙－陳家塢槽地區(qū)和北部的大北槽－西洋地區(qū)。本文研究區(qū)屬于沙脊區(qū)的樞紐部分，位于太陽沙西側，自海向陸穿越了太陽沙西南部、大洪、大洪梗子、大洪南汊、火星沙、小洪和岸灘等7個地貌單元（圖1），其中太陽沙、大洪梗子和火星沙為潮流沙脊，大洪、大洪南汊和小洪為脊間或脊岸間的潮流槽，也稱為潮流通道和潮溝。研究區(qū)分為長方形區(qū)和路由區(qū)（圖1）。長方形區(qū)位于太陽沙南部和大洪水道，長5km，寬3km，呈NWW－SEE走向；路由區(qū)從岸灘至太陽沙，長度約23km，前端長約2.5km伸入長方形區(qū)。長方形區(qū)的水下地形特征詳見圖2。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area

圖2 長方形區(qū)水深圖Fig.2 Water depth of the rectangular study area

太陽沙：為長50km以上（水深10m以淺，以下沙脊同）的大型沙脊，寬度約1.4～3.7km，處于研究區(qū)附近的沙脊中段最寬，西部為NWW－SEE走向，東部為E－W向，部分脊頂在低潮時出露海面。大洪：為太陽沙與大洪梗子之間的潮流槽，是大型船舶出入洋口港的主要通道，最大寬度約7.5km，最大水深約21m，位于研究區(qū)北部海域。大洪梗子：為相對較短的沙脊，四周被大洪和大洪南汊包圍，長約10km，寬1.0～2.5km，近E－W向，脊頂最小水深約2m。大洪南汊水道：寬約5km，最大水深13m左右。火星沙：為靠岸最近的沙脊，長度超過30km，NWW－SEE走向，寬度1.5～3.5km，脊頂水深約1～2m。小洪：為火星沙與岸灘之間的潮流槽，寬度2.0～5.5km，最大水深約13m。岸灘：水深小于0m，寬10～15km，岸灘前沿呈犬牙狀凹凸。各沙脊基本上呈平行－近平行關系。

1.2 研究方法

海上調(diào)查：上海東海海洋工程勘察設計研究院于2006年8—10月在研究區(qū)進行了某項工程的振動活塞沉積物柱狀采樣調(diào)查。一般采用振動活塞柱狀取樣，但太陽沙部分脊頂和岸灘水深過淺處，采取大潮高潮期間用小船和表層采泥器采樣。長方形區(qū)站位網(wǎng)格為300m×300m，路由區(qū)站距為500m。取得柱狀樣198站，其中長方形區(qū)和路由區(qū)各175站和23站；表層樣24站，長方形區(qū)太陽沙脊頂和路由區(qū)岸灘各7站和17站（站位分布如圖1所示）。泥樣取到船上后進行描述、登記、密封等。大部分柱樣長度超過2m，個別不到1m，有9個樣長超過3m，最長達到3.25m，平均樣長2.26m。定位精度優(yōu)于3m。

實驗室分析：海上調(diào)查結束后，泥樣送往上海海洋地質試驗測試中心，進行巖土測試分析，包括粒度分析。按照工程要求，目標取樣長度為2m，分表層、中層和底層3層進行分析，每層長度約0.7m，當樣品較長時，分為4層，即0～0.7m、0.7～1.4m、1.4～2.0m和2.0～3.0m（個別到3.25m）。將柱狀樣按上述長度分段（層）切割。取樣時，當段（層）內(nèi)巖性比較均勻時，在0～0.2m和0.5～0.7m處各取適量泥樣混合，代表該段（層）泥樣；當段（層）內(nèi)巖性變化較大時，在各有代表性處取樣，混合。粒度分析采用綜合法：粒徑大于0.063mm的用篩析法，小于0.063mm的用沉析法。泥樣的制備、分析方法、資料整理和沉積物命名等按當時的海洋地質地球物理調(diào)查規(guī)范（GB／T 13909－92）進行，其與現(xiàn)行的海洋調(diào)查規(guī)范第8部分：海洋地質地球物理調(diào)查（GB／T 12763.8－2007）也完全一致。

2 結果

2.1 沉積物的粒度特征

整個研究區(qū)的沉積物類型主要有5種，依次為：粉砂質砂、細砂、砂質粉砂、黏土質粉砂和粉砂，各占45.8%、23.8%、20.6%、6.0%和2.7%。砂、粉砂和黏土粒組平均各占49%、43%和8%。

細砂：細砂粒級（0.25～0.125mm）占70%～80%，個別可達80%～90%，極細砂（0.125～0.063 mm）含量一般為20%～30%，個別可達30%～50%，兩者含量往往可達95%以上，中砂含量很少，一般＜5%，個別樣品貝殼碎屑含量達到10%～30%；中值粒徑2.5φ～3.0φ；分選系數(shù)＜0.6φ，為分選好～極好。粉砂質砂：細砂占50%～70%，粉砂20%～40%，黏土小于10%，含少量貝殼碎屑；中值粒徑3.5φ～4.0φ；分選系數(shù)0.6φ～1.0φ，分選好～中等。砂質粉砂：細砂占30%～40%，粉砂50%～60%，黏土10%左右；中值粒徑4φ～5φ；分選系數(shù)1.0φ～1.5φ，分選中等～差。粉砂：粉砂占絕對優(yōu)勢，含量為75%～80%，砂10%～15%，黏土10%～15%。黏土質粉砂：粉砂占50%～70%，黏土20%～30%，細砂10%～20%；中值粒徑5φ～6φ；分選系數(shù)1.5φ～2.0φ，分選差。粒徑越粗的沉積物分選越好，反之亦然。

圖3 長方形區(qū)沉積物類型分布和海底等深線圖Fig.3 Sedimentary type distribution and the isobaths of the sea bottom in rectangular study area

2.2 沉積物的空間分布特征

2.2.1 長方形區(qū)沉積物類型平面和垂直分布

從表層到底層，排在前3位的主要沉積物類型的分布面積有所變化，但優(yōu)勢順序沒有改變；次要類型的黏土質粉砂和粉砂的多少則有換位。長方形區(qū)各層的沉積物類型分布見圖3。各層的分布特征主要如下：

表層（0～0.7m）：細砂、粉砂質砂、砂質粉砂、粉砂和黏土質粉砂各占23.5%、20.3%、53.5%、2.1% 和0.5% 。細砂分布于太陽沙脊頂至坡腳，距離大洪深泓線200～360m；深泓線及以南分布其它較細的類型，砂質粉砂是分布最廣的沉積類型，連片占據(jù)了大洪水道的大部分海域；粉砂質砂呈窄條狀分布于砂質粉砂的南北兩側，包括深泓主要部分，多少體顯出其作為細砂與砂質粉砂之間的過渡帶性質；粉砂和黏土質粉砂呈斑塊或斑點狀分布于大洪水道西部。

第2層（0.7～1.4m）：沉積物分布特點與表層相似，但太陽沙細砂區(qū)的中西部向南略有擴展；黏土質粉砂增加到9站（表層僅1站），占4.7%，呈斑塊或斑點狀分布于大洪西部；粉砂大體與表層相當；中部南側的粉砂質砂向南略有縮小。

第3層（1.4～2.0m）：與第2層相比較，太陽沙細砂中西部呈兩叉狀向南延伸；北部的粉砂質砂隨細砂向南延伸；砂質粉砂的優(yōu)勢為各層最低，在大洪的連片性較差，普遍為其它沉積類型斑塊或斑點狀分割；粉砂為各層之最，達到11站，占5.8%，在大洪西部呈較大的斑塊分布；黏土質粉砂約占2%。

底層（2.0～3.0m）：該層個別柱狀樣底部達到3.25m。太陽沙細砂在第3層的基礎上，西叉又向西南略有延伸，達到大洪水道深泓附近。與第2層相似，黏土質粉砂較多，約占5%。

可以看出，在平面分布的垂直變化上，主要特點是由底層到表層，太陽沙細砂區(qū)的中西部向北退縮，即該部分太陽沙南翼受到侵蝕，而砂質粉砂的分布范圍擴大比較明顯。表層沉積物的分布與地形地貌的走向有關，尤其細砂的分布更是如此，走向上與地形地貌的一致性較好。

2.2.2 剖面分布

AA’剖面：圖4所示的AA’剖面是從岸灘前部至太陽沙脊頂（位置見圖1）。由圖可見，細砂主要分布在沙脊和岸灘上，即正地形上。不同的沙脊，細砂分布范圍和垂向厚度不同，距岸越遠的沙脊，無論在平面上還是垂向上，細砂的分布范圍都越大，如太陽沙從脊頂至南翼坡腳，從柱狀樣表層到底部都為細砂；在大洪梗子，細砂縮小至水深約10m以淺的沙脊上，寬度約1.1km，但柱狀樣表層至底部仍都為細砂；而在火星沙，細砂僅分布在脊頂上部不到1m的深度范圍內(nèi)，往下以砂質粉砂為主，局部夾黏土質粉砂。在沙脊之間的潮流槽內(nèi)，沉積物較細，類型較多，以粉砂質砂和砂質粉砂為主，局部夾有黏土質粉砂和粉砂等沉積類型，分布變化比較復雜，規(guī)律性較差，但是大洪和小洪內(nèi)似有自下向上顆粒變細的趨勢。

圖4 AA’地質剖面圖Fig.4 AA’geological profile

BB’剖面：圖5所示的BB’剖面是順大洪水道深泓延伸的地質剖面圖（位置見圖1和圖2）。該剖面的上部基本上為砂質粉砂，僅中東部局部分布有粉砂質砂和粉砂；西北部（圖中左側）和中部的中層為多個粉砂質砂的透鏡體，底部為細砂；東南部（圖中右側）則以砂質粉砂為主，局部夾粉砂或粉砂質砂?？傮w上表現(xiàn)出由下向上，沉積物由粗變細的趨勢。

圖5 BB’地質剖面圖Fig.5 BB’geological profile

3 討論

3.1 沉積物分布的主要控制因素

研究區(qū)的沉積物分布明顯與潮流脊槽的地貌部位有關，沿地形走向呈條帶狀，細砂主要分布于沙脊和岸灘上，其它較細的沉積類型主要發(fā)育于潮流槽內(nèi)。殷勇等［5］研究了爛沙洋內(nèi)段通道的3個鉆孔，位于本區(qū)西側不遠，沙脊附近的鉆孔上部為極細砂和粉砂質極細砂，而潮流槽為細砂質粉砂和粉砂質黏土；王嶸等［9］在整個輻射沙脊區(qū)采集了117個站位的表層底質樣品，其主要沉積物的種類與本文是相同的，且顯示沙脊主要為砂質沉積，潮流槽多為粉砂質沉積。這些研究的沉積物主要分布特征與本文結果相吻合。

研究區(qū)的這種“脊砂槽泥”式沉積物分布特征與塑造地貌的水動力環(huán)境密切相關?，F(xiàn)代潮流沙脊常呈多列近平行出現(xiàn)，發(fā)育于開敞淺水海域［1，10－13］，也有孤立出現(xiàn)的［14］。HOUBOLT［10］研究了歐洲北海南部Southern Bight的潮流脊群，這些沙脊多列近平行，頂部已處在波浪作用深度內(nèi)，在風暴時遭到破壞，由脊頂向槽溝輸沙，但是已知有些沙脊存在了至少300 a，因此必定存在沙脊的維持機制，提出了螺旋流概念：潮流在沙脊之間的槽溝內(nèi)流動，在垂直潮流的斷面上產(chǎn)生兩個方向相反的螺旋環(huán)流：在槽內(nèi)底層流向沙脊擴散，在沙脊頂部產(chǎn)生輻聚，將物質由槽底搬向沙脊。這種雙螺旋環(huán)流也適用于南黃海輻射沙脊群［8］或者解釋沙脊群的維持機理［1］。潮流沙脊的形成或維持也有其它的解釋，但其核心的“輻聚”說與上述的原理是相似的［11，13］。SIMARRO et al［15］提出近底波浪流的切應力將砂從槽區(qū)帶到脊頂堆積。在宏觀上，南黃海輻射沙脊群的發(fā)育與東海和南黃海兩個潮波系統(tǒng)在弶港匯合形成的輻射狀潮流有關［1，16］，杜家筆等［16］成功地運用數(shù)學模型進行了驗證?，F(xiàn)代潮流脊發(fā)育的基本條件是存在較強的潮流和砂質沉積物，前者提供動力，后者提供物源；沙脊發(fā)育的動力條件是流速0.51～1.80m／s（1～3.5節(jié)），以1.03～1.54m／s（2～3節(jié)）流速為好［1，12］。大洪梗子南北兩側的大洪和大洪南汊的潮流槽內(nèi)，實測大潮期垂線平均流速各為1.28m／s和1.12m／s，小潮期為0.62 m／s和0.52m／s［1］。在研究區(qū)附近的脊槽海域，潮流流速大體在上述的動力條件范圍內(nèi)［17－18］，因此研究區(qū)的潮流具有沙脊發(fā)育的動力條件。細砂主要分布于沙脊和岸灘上也與波浪作用有關。波浪既限制了沙脊頂部增高，又通過淘洗和篩選將細顆粒帶走，使沙脊頂部物質粗化［1］。盡管 SIMARRO et al［15］的波生近底流輸沙的機理與上述有區(qū)別，但在底質分布效果上是相似的。

研究區(qū)潮流脊表層沉積物分布的另一特點是：沙脊上細砂的分布范圍大小與其距岸遠近有關：距岸遠的分布廣，反之則窄。如太陽沙的細砂分布在脊頂至南翼坡腳，而火星沙的細砂局限于脊頂（圖4）。這主要與兩個因素有關：一是潮流槽的規(guī)模（實際上也與潮流強度有關），二是波浪作用。首先，太陽沙與大洪梗子之間的大洪水道是主要的潮流通道，寬而深，在研究區(qū)最大水深達到約21m，潮流作用強；而大洪梗子與火星沙之間的大洪南汊，水深和寬度縮小；火星沙南側的小洪進一步縮窄、變淺，潮流作用相對較弱。潮流作用弱有利于細顆粒沉積，砂的分布范圍就小；潮流作用強，不利于細顆粒沉積，砂的分布范圍就大。其次，太陽沙處于研究區(qū)外側，其北面為開闊的南黃海，波浪掀沙和淘洗作用強，而且沙脊呈“潛壩”或堤壩（低潮時脊頂出露）對位于內(nèi)側的沙脊起到消浪作用，而大洪梗子又進一步對火星沙起到消浪作用，因此火星沙的細砂分布范圍最小。有研究者也指出近岸沙 脊 對 向 岸 傳 播 的 波 浪 有 消 能 作 用［15，19－20］。SIMON et al［19］對英吉利海峽的法國Aldemey島東側海域進行了數(shù)學模型計算，證實近岸的潮流沙脊消耗了向岸傳播的波浪能量，對海岸保護起到了重要作用。

3.2 沉積環(huán)境演變

上已述及，研究區(qū)表層沉積物分布有“脊砂槽泥”的特點，據(jù)此可以從柱狀樣沉積物類型的垂向變化粗略地探討潮流脊槽的沉積環(huán)境變化。

（1）潮流脊：太陽沙從脊頂至南翼坡腳，柱狀樣的沉積物類型都為細砂（圖3和圖4）。若以10m等深線作為太陽沙沙脊和大洪潮流槽的分界線，10m等深線以上為沙脊，以深為潮流槽，則太陽沙一直處于沙脊環(huán)境，而其南翼坡腳現(xiàn)在為大洪深泓附近，相當于從沙脊環(huán)境演變?yōu)楝F(xiàn)在的潮流槽，處于侵蝕后退狀態(tài)，與其較陡的坡度特征（坡度4°，圖2）也是適應的，這對于大洪作為洋口港主要進港航道是有利的。在長方形研究區(qū)，太陽沙的細砂分布與地形地貌走向一致性向上趨好（圖3），顯示表層沉積物的潮流作用增強，也反映了這種沉積環(huán)境的演變。

大洪梗子脊部柱狀樣都為細砂（圖4），沉積環(huán)境與太陽沙相似，為穩(wěn)定的沙脊環(huán)境，但沙脊（細砂）比較狹窄?；鹦巧硠t是從底部和中部的砂質粉砂（局部黏土質粉砂）過渡為上部的細砂（圖4），相當于從潮流槽演變?yōu)樯臣钩练e環(huán)境。

（2）潮流槽：總體上，潮流槽的沉積環(huán)境演變似乎沒有潮流脊的顯著，但在局部也是比較明顯的。例如，在長方形研究區(qū)，大洪水道深泓線的西北部和中部，沉積物類型從底部至表層的變化趨勢為細砂→粉砂質砂→砂質粉砂（圖5），即逐漸由粗變細的過程，底部可能曾經(jīng)為沙脊環(huán)境，經(jīng)歷了由沙脊至潮流槽的沉積環(huán)境變化，這與毗鄰的太陽沙南翼受到侵蝕退縮是相輔相成的；在其東南部，沉積環(huán)境變化似乎不太明顯，也可能與該部分柱狀樣的長度較短有一定關系（圖5）。此外，小洪水道的沉積類型從底部的砂質粉砂為主變?yōu)樯喜康酿ね临|粉砂（圖4），也是向上變細，反映水動力作用減弱，水道趨向淤積，如果進一步發(fā)展，是否會發(fā)生火星沙并岸？也是今后值得關注的。

4 結論

本研究采用密集站位的振動活塞柱狀沉積物采樣器取樣和粒度分析對南黃海太陽沙西側潮流脊槽區(qū)進行了底質調(diào)查，得到結論如下：

（1）研究區(qū)厚度約2～3m的淺表層沉積物類型主要有5種，依次為：粉砂質砂、細砂、砂質粉砂、黏土質粉砂和粉砂；粒組順序為細砂、粉砂和黏土。

（2）表層沉積物中，細砂主要分布于潮流脊和岸灘上，其它較細的沉積類型主要分布于潮流槽內(nèi)，明顯與地形地貌有關，呈現(xiàn)“脊砂槽泥”的沉積－地貌分布特征，實際上是受控于塑造潮流脊槽的潮動力條件。同時，沙脊上的表層細砂分布特征明顯地與沙脊至海岸的距離有關，這種現(xiàn)象除了潮流影響外，主要與外側沙脊的消浪作用有關。

（3）表層沉積物分布與地形地貌的關系，即 “脊砂槽泥”的分布特征，也為我們研究該區(qū)沉積環(huán)境的演變提供了可能性。

致謝上海東海海洋工程勘察設計研究院王西蒙負責海上采樣和協(xié)調(diào)實驗室分析，張樹海、吳巍、唐建忠和萬天鵬等同仁參加了海上采樣，上海海洋地質試驗測試中心承擔了泥樣分析和數(shù)據(jù)整理工作，在此一并表示衷心的感謝！

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