淺海沉積物分類方法研討

劉志杰，殷汝廣

（1.中國海洋大學(xué)，山東 青島266003；2.國家海洋信息中心，天津 300171）

淺海沉積物分類方法研討

劉志杰1,2，殷汝廣2

（1.中國海洋大學(xué)，山東 青島266003；2.國家海洋信息中心，天津 300171）

淺海沉積物分類方法已比較成熟，國內(nèi)外目前普遍采用的是謝帕德分類和?？朔诸悆煞N方案。然而，通過對大量調(diào)查數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)淺海沉積物分類定名方法和方式并不完全一致。結(jié)合前人的研究，文章對兩種分類方案進(jìn)行了評述，深入探討了目前沉積物定名不統(tǒng)一的原因主要是由于分類方案引用不完整，缺少對含礫沉積物的分類以及分類手段多樣，缺乏規(guī)范的沉積物分類軟件。在深入研究的基礎(chǔ)上，提出建議的淺海沉積物分類修訂方案將含礫沉積物納入分類體系，以?？耍?970）和 Schlee（1973）修訂后的謝帕德分類為主，并對砂和粉砂進(jìn)行了細(xì)分?？紤]到福克分類的優(yōu)越性，建議將?？朔诸愖鳛槌练e物分類的主要分類方案。為實(shí)現(xiàn)沉積物定名的規(guī)范化，建議在修訂后的分類基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)、開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的沉積物分類軟件。通過對淺海沉積物分類體系深入研究，建立更加符合淺海沉積物分布規(guī)律的分類體系。

淺海沉積物；謝帕德分類；?？朔诸?；沉積物命名

Abstract: The shallow sea sediment classification scheme has been developed.At present, Both Shepard’s classification and Folk’s classification are adopted overseas and at home.However, it is resulted from checking and comparing with the abundant data that sediment classification results are separately different from different institutions.Based on the formers’ researches, two sediment classification schemes have been introduced.The major problems of the shallow sea sediment classification have been discussed.On the one hand, without gravelly sediment classification, the cited sediment classification scheme is not intact; on the other hand, the means of sediment classification are various without standard sediment classification software.By deep research, both Folk’s classification and Shepard’s classification modified by Schlee(1973) are advised to be adopted in the future specifications for oceanographic survey.Taking account of advantages of the Folk’s classification, it is recommended to be the major classification.At the same time, the sediment types of both sand and silt are separately subdivided according to the dominant grain-size grades.The standardization of sediment classification and nomenclature will be realized, by designing and developing the standard sediment classification software.On the ground of the existing classification schemes, marine geologists should make deep researches and build a new desirable sediment classification scheme which measure up to the sediment distribution better.

Keywords: shallow sea sediment; Shepard’s classification; Folk’s classification; sediment nomenclature

1 前 言

海洋沉積物分類是海洋底質(zhì)類型圖編繪的基礎(chǔ)，對于闡述沉積物的物質(zhì)來源、判別沉積環(huán)境具有重要意義。一直以來，海洋沉積物分類問題都是海洋地質(zhì)學(xué)界所關(guān)注的內(nèi)容，尤其是深海沉積物分類涉及到物質(zhì)來源和組分問題，分類更加復(fù)雜，也是海洋地質(zhì)學(xué)者挑戰(zhàn)的難題[1]。相對而言，淺海沉積物的分類已比較成熟，目前國內(nèi)外沉積學(xué)研究主要使用的是謝帕德分類和?？朔诸怺2-9]。

關(guān)于淺海碎屑沉積的兩種分類方法的比較已有學(xué)者進(jìn)行了研究[5-7]。何其祥[5]在對比兩種碎屑沉積物分類方法的基礎(chǔ)上，提出了兼顧描述性和解釋性功能的海洋碎屑沉積物多重分類系統(tǒng)。王中波等[6，7]對南黃海表層沉積物兩種分類方法進(jìn)行對比總結(jié)，認(rèn)為?？朔诸愒谀宵S海的應(yīng)用效果較好。近來，筆者在進(jìn)行大量沉積物粒度數(shù)據(jù)處理過程中，對沉積物定名結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn)和對比，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)沉積物定名結(jié)果與國外的分類定名并不完全一致。本文即在分類方案評述的基礎(chǔ)上，針對這一問題展開討論和分析，探其原因并提出解決方案和建議。

2 淺海沉積物分類體系評述

淺海沉積物主要源于陸源碎屑沉積，因此物質(zhì)組成與陸源物質(zhì)非常相似。碎屑沉積物根據(jù)其粒度特征可以分為礫、砂、粉砂和粘土四大類，這4種不同粒級組分的百分含量是沉積物分類與命名的基礎(chǔ)。粒級的劃分目前主要采用 Udden-Wentworth的方案。1954年謝帕德總結(jié)了美國工程界、土壤界以及石油界對碎屑沉積物的分類方案，并提出新的分類方法，即謝帕德（1954）分類（圖1）[8]。該方案被廣大沉積學(xué)者普遍接受，在海洋地質(zhì)學(xué)界推廣使用。1970年?？擞衷诘[石、砂和泥的分類基礎(chǔ)上提出了一種新的分類方案，即福克（1970）分類[9]。

在我國海洋沉積物的分類和定名也是一個(gè)棘手的難題。1975年，國家海洋局編制的《海洋調(diào)查規(guī)范-海洋地質(zhì)調(diào)查》[10]對沉積物分類原則進(jìn)行了系統(tǒng)的描述，國內(nèi)淺海沉積物分類才開始趨向統(tǒng)一。該分類被國家海洋局所屬各院所、中國科學(xué)院海洋研究所、地質(zhì)礦產(chǎn)部海洋地質(zhì)研究所等單位的地質(zhì)工作者使用[11]，但由于其分類原則較為復(fù)雜，不便于記憶和使用。1992年，海洋地質(zhì)工作者將國外謝帕德（1954）分類方案引入到《海洋調(diào)查規(guī)范-海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查》[2]中，并被普遍采用。近幾年，國內(nèi)一些學(xué)者考慮到沉積物動力學(xué)性質(zhì)，也正逐步向?？朔诸悾?970）方法過渡。2007年新修訂的《海洋調(diào)查規(guī)范第8部分：海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查》[3]（下同“規(guī)范”）以及908專項(xiàng)《海洋底質(zhì)調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[4]（下同“規(guī)程”）中規(guī)定了淺海沉積物的定名主要采用謝帕德分類定名，也可使用?？朔诸惗?。由此看出，兩種分類方案的提出改變了國內(nèi)外淺海沉積物分類不統(tǒng)一的現(xiàn)狀，并被廣大海洋地質(zhì)學(xué)者普遍接受。

2.1 謝帕德分類

謝帕德（1954）分類如圖1所示，以砂、粉砂和粘土為三端元，分別以含量20%，50%和75%為界限將沉積物分為10大類。其中“砂-粉砂-粘土”是三端元含量高于20%而低于60%的混合沉積物，其他沉積物類型均呈對稱狀態(tài)分布。該三角分類圖僅采用了砂、粉砂和粘土三端元體系，礫石沒有被考慮。1973年，Schlee(1973)[12]發(fā)現(xiàn)并解決了這一問題，將礫石也納入了三角端元分類體系，在謝帕德（1954）分類體系的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)三角分類（圖2）。當(dāng)?shù)[石含量大于10%時(shí)又分為了礫石和礫石質(zhì)沉積物，至此，謝帕德沉積物分類方案共包括了 12種沉積物類型。謝帕德分類的優(yōu)點(diǎn)在于以砂、粉砂和粘土為主的分類三端元等價(jià)，描述性強(qiáng)，分類簡明。但它沒有考慮沉積物的動力學(xué)特性，缺乏動力環(huán)境意義的解釋。

圖1 謝帕德（1954）沉積物分類Fig.1 Shepard’s classification system (1954)

圖2 謝帕德沉積物分類體系（Schlee修改（1973））Fig.2 Shepard’s classification system modified by Schlee (1973)

2.2 ?？朔诸?/p>

福克分類是通過利用沉積物的組分比來進(jìn)行沉積物類型的劃分，籍此可以反映沉積過程中的沉積動力變化。?？朔诸惞舶?1種沉積物類型，其中含礫沉積物有11種，不含礫沉積物類型有10種（圖3）。含礫沉積物三角分類三個(gè)頂點(diǎn)分別代表礫、砂和泥（粉砂和粘土），先以礫石含量 80%、30%、5%和 0.01%將沉積物劃分為五大類，再以砂泥比值分為三大類。無礫沉積物分類三端元分別為砂、粉砂和粘土。首先，根據(jù)砂含量90%、50%和10%分為四大類，再根據(jù)粘土與粉砂的比值2︰1和1︰2將每一大類分為3種類型。?？朔诸悘?qiáng)調(diào)了沉積物搬運(yùn)和沉積方式在分類中的意義。砂一般為推移和躍移組分，粘土和粉砂為懸浮組分，砂泥比值反映了兩種不同組分量比，因此，?？朔诸惛叱练e動力學(xué)解釋意義。

通過對比不難發(fā)現(xiàn)謝帕德和福克分類方法具有較大的差異，尤其是對含礫沉積物劃分。Schlee (1973)雖然修訂了謝帕德的分類，但對含礫沉積物（礫石含量≥10%）劃分過于簡單。相比而言，?？朔诸悓[沉積物的劃分更為詳細(xì)，可以更好地滿足沉積物分類需要。此外，考慮到沉積動力學(xué)方面的意義，目前國外更傾向于?？朔诸?。

圖3 ?？耍?970）沉積物分類Fig.3 Folk’s classification system (1970)

3 國內(nèi)沉積物分類存在的問題

3.1 現(xiàn)有分類缺少含礫沉積物的分類與命名

從我國目前頒布使用的規(guī)范及規(guī)程來看，沉積物的分類與命名依然采用的謝帕德（1954）分類，缺少對含礫沉積物的劃分。規(guī)范中規(guī)定對于少量礫石一般用文字?jǐn)⑹龌驁D上加以標(biāo)注。 至于“少量”如何界定，沒有量化指標(biāo)，這使得對含礫沉積物的界定變得模糊不清。而規(guī)程中引用的福克（1970）分類也僅有砂-粉砂-粘土三端元分類方案，同樣缺少對含礫沉積物的類型劃分。眾所周知，礫和砂一般為推移組分，是機(jī)械作用中最為活躍的組分，也是介質(zhì)運(yùn)動強(qiáng)度的重要標(biāo)志[13]。大量調(diào)查數(shù)據(jù)和野外觀測表明，雖然大部分淺海沉積物由砂、粉砂和粘土組成，但在海洋動力較強(qiáng)的近岸區(qū)，尤其是海島、海岸帶區(qū)域，礫石含量分布廣泛[14-16]，這在中國東部海域沉積物類型分布圖[17]中亦有體現(xiàn)。因此，引入含礫沉積物的分類方案，完善沉積物分類體系，十分必要。

3.2 謝帕德分類圖界限有待明確

從國外謝帕德三角分類圖（圖1）中可以看出，內(nèi)三角中“砂-粉砂-粘土”標(biāo)注的邊界是20%，即當(dāng)砂、粉砂和粘土含量皆大于20%時(shí)定為三者混合沉積物。而我國規(guī)范引用的謝帕德（1954）分類圖對“砂-粉砂-粘土”邊界沒有進(jìn)行標(biāo)注和說明。因其內(nèi)三角邊沿線與外三角邊交點(diǎn)剛好為含量為25%點(diǎn)，故一般認(rèn)為“砂-粉砂-粘土”的判讀邊界為25%。研究表明，目前“砂-粉砂-粘土”的兩種邊界劃分方案都在被采用[16,18,19]，這就容易造成沉積物分類定名的不一致。因此，筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)對謝帕德三角分類中“砂-粉砂-粘土”的界限進(jìn)行明確和統(tǒng)一，避免引起使用者的歧義。

3.3 單一優(yōu)勢粒級細(xì)分命名未納入沉積物分類體系

對單一優(yōu)勢粒級進(jìn)行細(xì)分命名，可以更好地反映沉積物的不同沉積環(huán)境及沉積物特征。1975年的海洋地質(zhì)調(diào)查規(guī)范[10]對單一優(yōu)勢粒級的類型劃分原則進(jìn)行了闡述。通過近年來大量分析數(shù)據(jù)和研究表明，盡管舊的規(guī)范已經(jīng)廢止，但優(yōu)勢粒級的細(xì)分原則仍被不少學(xué)者采用[15,20,21]。尤其是進(jìn)行大比例尺制圖或?qū)植亢Ｓ虺练e物類型特征的研究，優(yōu)勢粒級的細(xì)分更能充分表達(dá)沉積物的環(huán)境特性。而我國在引入謝帕德（1954）沉積物分類后，未再對單一優(yōu)勢粒級進(jìn)行細(xì)分命名，使得沉積物分類體系不夠完善，無法滿足海洋地質(zhì)工作者的需求。

3.4 沉積物定名手段不規(guī)范

早期沉積物的定名手段主要通過三角圖投點(diǎn)進(jìn)行人工判讀。然而，無論是謝帕德分類還是?？朔诸悾鋸?fù)雜的三角分類很難通過人工判讀準(zhǔn)確。在目前計(jì)算機(jī)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的時(shí)代，往往需要借助計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。由于目前不同單位使用的定名程序并不統(tǒng)一，甚至同一單位不同資料處理者編制的定名程序也不完全相同，其定名結(jié)果的正確與否完全取決于資料處理者對定名方法的認(rèn)知程度和計(jì)算機(jī)編程水平。因此，不規(guī)范的定名手段難以保證定名結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，也給數(shù)據(jù)集成和產(chǎn)品制作帶來很大的困難。

4 解決方案及建議

規(guī)范是在一定的科學(xué)技術(shù)發(fā)展階段為求得技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一而制定的[11]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，規(guī)范也在不斷地修訂和完善。因此，通過對上述問題的分析和探討，希望通過規(guī)范的修訂能夠?qū)⑼晟频某练e物分類體系引用進(jìn)來?？紤]到沉積物分類的普適性和綜合性，提出修訂方案及建議如下：

4.1 淺海沉積物分類體系應(yīng)考慮礫石組分含量

礫石組分是淺海沉積物中重要的組成部分，因此淺海沉積物分類方法應(yīng)將含礫沉積物納入沉積物分類體系。建議修訂方案以福克（1970）和Schlee（1973）修訂后的謝帕德分類為主，并補(bǔ)充單一優(yōu)勢粒級的細(xì)分定名，以滿足大比例尺制圖和研究需要。考慮到?？朔诸惛邇?yōu)越性，建議將?？朔诸愖鳛槌练e物分類的主要分類方案。單一優(yōu)勢粒級的細(xì)分原則根據(jù) Udden-Wentworth 對粒級劃分的簡分法，按照優(yōu)勢粒級法對砂和粉砂進(jìn)行細(xì)分命名，砂可劃分為粗砂、中砂和細(xì)砂，當(dāng)粗砂、中砂和細(xì)砂百分含量都大于20%時(shí)命名為砂；粉砂進(jìn)一步分為粗粉砂和細(xì)粉砂，當(dāng)粗粉砂和細(xì)粉砂百分含量都大于20%時(shí)命名為粉砂。此外，在綜合考慮沉積物類型和代碼使用延續(xù)性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步規(guī)范沉積物類型名稱和代碼，對福克分類中的泥、粉砂和粘土代碼進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)代碼的統(tǒng)一（圖4和表1）。沉積物類型代碼一般以英文名稱第一個(gè)字母表示?！胺凵啊焙汀罢惩痢痹诟？朔诸愔械拇a分別規(guī)定為“Z”和“C”（圖3），考慮到代碼使用的延續(xù)性，建議將其分別改為“T”和“Y”，即取英文名稱最后一個(gè)字母，這也是我國海洋沉積學(xué)者常用的代碼?！澳唷币辉~在?？朔诸愔惺怯米鞣凵昂驼惩恋幕旌衔锏膶７Q，其代碼為“M”，我國學(xué)者將其代碼直接引為“Y-T”，含義雖然明確，但使用不甚方便。為避免與已有的“中砂”代碼“MS”重復(fù)，建議“泥”的代碼采用英文名稱最后一個(gè)字母“D”來表示。

圖4 代碼修正后?？朔诸悾?970）Fig.4 Folk’s classification system with rectified sediment codes(1970)

表1 沉積物分類名稱及代碼Tab.1 Sediment classification names and codes

4.2 設(shè)計(jì)、開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的沉積物分類軟件，實(shí)現(xiàn)沉積物定名的規(guī)范化

定名方法和方式的不規(guī)范造成定名結(jié)果的不統(tǒng)一，規(guī)范化的沉積物定名軟件對廣大海洋地質(zhì)工作者極為所需。在Udden-Wentworth粒級劃分基礎(chǔ)上，基于常用的福克（1970）分類和Schlee（1973）修訂的謝帕德分類，結(jié)合砂和粉砂的單一優(yōu)勢粒級細(xì)分命名，設(shè)計(jì)、開發(fā)沉積物分類與定名可視化軟件，實(shí)現(xiàn)沉積物定名的規(guī)范和統(tǒng)一，從而也為海洋地質(zhì)工作者提供一個(gè)統(tǒng)一、規(guī)范的數(shù)據(jù)處理平臺。

4.3 淺海沉積物分類體系有待深入研究和完善

在現(xiàn)有分類基礎(chǔ)上，建議海洋地質(zhì)學(xué)家能夠繼續(xù)深入探索和研究，建立更加符合沉積物分布規(guī)律的淺海沉積物分類體系。謝帕德和福克分類體系盡管被廣大學(xué)者所接受，但也各有其優(yōu)缺點(diǎn)，謝帕德分類方法簡潔易記，但不具有動力及成因意義；?？朔诸悇t具有明顯的動力及成因意義，但對泥的定義比較混亂[4]。因此我國海洋地質(zhì)工作者有必要根據(jù)近幾年來獲取的粒度分析數(shù)據(jù)，結(jié)合沉積動力學(xué)，對淺海沉積物的分類命名進(jìn)行深入研究，制訂一套更加合理、適用的淺海沉積物分類體系在我國海洋地質(zhì)學(xué)界進(jìn)行推廣使用。

5 結(jié) 論

淺海沉積物分類方法已比較成熟，謝帕德分類和?？朔诸愂悄壳俺Ｓ玫膬煞N定名方法。通過對大量調(diào)查數(shù)據(jù)分析和研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)淺海沉積物分類定名方法和方式不完全統(tǒng)一。結(jié)合前人研究，對兩種分類方法進(jìn)行了評述，并深入探討了目前沉積物定名不統(tǒng)一的原因主要是由于現(xiàn)有沉積物分類體系不夠完善，“砂-粉砂-粘土”邊界含義不甚明確，缺少對含礫沉積物的分類和單一優(yōu)勢粒級細(xì)分命名。此外，沉積物定名手段不規(guī)范也造成了定名結(jié)果的不統(tǒng)一。

針對上述問題，建議將含礫沉積物納入沉積物的分類體系，以?？耍?970）和 Schlee(1973)修訂后的謝帕德分類為主，并將?？朔诸愖鳛槌练e物分類的主要分類方案。在此基礎(chǔ)上，增加對砂和粉砂的細(xì)分命名，規(guī)范沉積物代碼及名稱，以更好的顯示沉積物的不同沉積環(huán)境及沉積物特征。根據(jù)分類方案，設(shè)計(jì)、開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的沉積物分類軟件，實(shí)現(xiàn)沉積物定名的規(guī)范化。通過深入開展沉積物結(jié)構(gòu)的成因研究,探索更加符合淺海沉積物分布規(guī)律的分類體系。

致謝：感謝青島海洋地質(zhì)研究所王中波提供了外文文獻(xiàn)，并進(jìn)行了有益的探討。

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Discussion of the shallow sea sediment classification system

LIU Zhi-jie1,2, YIN Ru-guang2

(1.Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 2.National Marine Data and Information Service, Tianjin 300171, China）

P736.21+1

A

1001-6932(2011)02-0194-06

2010-8-31；收修改稿日期：2010-11-11

國家908專項(xiàng)資助 ( 908-01-03 )，國家海洋局局青年基金項(xiàng)目（18104001C）。

劉志杰 ( 1977－ )，女，碩士，主要從事海底數(shù)據(jù)處理及方法研究。電子郵箱：kittylzj@163.com。