福建閩江口和九龍江口外線狀沉積沙體特征

許艷，蔡鋒，2＊，盧惠泉，吳承強(qiáng)，鄭勇玲，鮑晶晶

（1.國家海洋局 第三海洋研究所，福建 廈門 361005；2.國家海洋局海島研究中心，福建 平潭 350400）

1 引言

全新世海侵時期，歐洲北海、美國、中國沿海等陸架受潮流作用，廣泛發(fā)育了各種類型的潮成地貌［1—3］，具體表現(xiàn)為沙脊、沙席、淺灘、沙波和沖刷槽等形態(tài)。1968年，Emery［4］在研究陸架殘留沉積物時就已提及我國淺海陸架分布的潮流沉積沙體，Boggs［5］于1973年通過回聲測深技術(shù)發(fā)現(xiàn)了臺灣西部和西北部淺海陸架的沙波底形。我國海洋地質(zhì)學(xué)家們在潮流沙脊地貌研究領(lǐng)域也已取得了較為突出的成就［6—11］，研究較多的潮流沙脊主要為南黃海江蘇岸外弶港輻射沙脊群、渤海的遼東淺灘和東海的長江口外潮流沙脊。我國近海潮成地貌主要分布在海灣（河口灣）內(nèi)部，入海水道（河口灣口門）附近，以及海峽兩側(cè)位置，而河口灣外側(cè)線狀沉積沙體的研究則鮮有報道，國外對此類沙體目前已有相關(guān)研究成果，如澳大利亞東北部Keppel灣外Jabiru淺灘上分布有大量線狀水下沙丘［12］；朝鮮海峽南部蟾津江河口外分布有線性水下沙脊群［13］。因此，基于較新多波束勘測結(jié)果對閩江口和九龍江口外線狀沉積沙體的研究可為我國該類型沙體研究提供參考依據(jù)。

福建沿海近岸潮差較大，閩江口和九龍江口屬于強(qiáng)潮性河口，兩大河流（閩江、九龍江）均為山溪性河流，入海泥沙量少。前人對閩江口和九龍江口內(nèi)發(fā)育的潮流沉積沙體已有較多研究［14—17］，但對于河口外沉積沙體特征尚無研究參考。本文基于908專項(xiàng)中閩江口和九龍江口外海底地形地貌、淺地層剖面和沉積物等方面的資料，分析了閩江口和九龍江口外線狀沉積沙體的特征，并結(jié)合前人對近海潮流沉積沙體的研究成果，對這種河口外線狀沉積沙體的發(fā)育情況進(jìn)行了初步探討。

2 研究區(qū)概況

閩江是福建省沿海第一大河流，發(fā)源于武夷東麓，在淮安處受南臺島阻隔分為南北兩支，閩江口位于福建省東北部，屬于山溪性強(qiáng)潮三角洲型河口。閩江口外研究區(qū)位于近岸淺海陸架平原區(qū)內(nèi)（圖1），南北兩端分別為馬祖島和西犬島，閩江口外研究區(qū)潮流主導(dǎo)方向?yàn)镹E－SW向，底層潮流最大流速為0.3～0.6m/s，M2分潮橢圓率在0.5～0.8之間［18］。

圖1 閩江口研究區(qū)位置示意圖

九龍江是福建省沿海第二大河流，由北溪、南溪和西溪組成，其中以北溪為主，流經(jīng)包括龍巖、漳平、廈門等7個縣市，九龍江口位于福建省東南部，屬于山溪性沉溺河口。九龍江口外研究區(qū)位于近岸水下岸坡區(qū)內(nèi)，廈門灣口外，鎮(zhèn)海角東側(cè)（見圖2），潮流主導(dǎo)方向?yàn)镹W－SE向，底層最大流速為0.3～0.7m/s，M2分潮橢圓率為0.57［18］。

閩江口和九龍江口外潮汐均為正規(guī)半日潮，研究區(qū)均位于河口外側(cè)，距離河口口門較遠(yuǎn)，不受河口地形約束，最大可能潮差在7～8m，屬于強(qiáng)潮性河口［19］。閩江口和九龍江口外海流受閩浙和閩粵沿岸流影響，區(qū)內(nèi)海面開闊，風(fēng)高浪大，海區(qū)受熱帶風(fēng)暴影響較大，閩江口（福州站）1955－1980年間受風(fēng)暴影響平均次數(shù)為5.5次；九龍江口（龍海站）1955－1980年間受風(fēng)暴影響平均次數(shù)為5.7次［20］。

3 調(diào)查研究材料與方法

本文水下地形數(shù)據(jù)來源為“我國近海海洋綜合調(diào)查與評價專項(xiàng)項(xiàng)目”全覆蓋多波束測深數(shù)據(jù)，野外測量設(shè)備采用英國GeoAcoustics公司生產(chǎn)的GeoSwath Plus多波束條帶測深系統(tǒng)。同時還結(jié)合了沉積物調(diào)查和淺剖調(diào)查等數(shù)據(jù)資料，對研究區(qū)線狀沉積沙體進(jìn)行綜合分析。海底三維地形地貌成圖分別采用Fledermaus、Surfer和Arcgis等軟件，并運(yùn)用其相應(yīng)模塊功能對沙體形態(tài)等特征進(jìn)行定量分析。粒度分析中平均粒徑、中值粒徑等粒度參數(shù)采用?？耍值鹿竭M(jìn)行計(jì)算［21］。

4 研究結(jié)果

圖2 九龍江口研究區(qū)位置示意圖

近岸河口和淺海區(qū)的潮流是塑造沉積沙體的主導(dǎo)因素。通過分析閩江口和九龍江口的潮場模擬數(shù)據(jù)可知［20，22—24］，閩江口外線狀沉積沙體與潮流主軸夾角約為7°～29°符合Zimmerman［25］潮流沙脊發(fā)育模式；九龍江口外線狀沉積沙體與潮流主軸夾角約為31°～52°，與 Hulscher［26］提出的潮流沙脊發(fā)育模式近似，此類沙脊與潮流主軸夾角約為60°，沙脊規(guī)模小于成熟沙脊，屬于發(fā)育不完全的沙脊類型。因此初步認(rèn)為，閩江口外和九龍江口外線狀沉積沙體均屬于潮流沙脊。以下將分別對這兩個研究區(qū)的沙脊特征進(jìn)行闡述。

4.1 閩江口外潮流沙脊特征

閩江口外研究區(qū)沙脊距岸邊約11km，沙脊走向與岸線傾斜相交。研究區(qū)海底水深為15～23m，等深線圍成近SW－NE向的不規(guī)則橢圓圈閉，海底地貌表現(xiàn)為脊槽相間的水下潮流沙脊群，面積約為122km2。沙脊群中沙脊局部連片，由南向北將研究區(qū)內(nèi)完整沙脊標(biāo)注為1～6號（見圖3）。1號沙脊向6號沙脊頂部水深逐漸變淺，沙脊群整體地形呈現(xiàn)北高南低的趨勢。沙脊長約7～13km，寬為0.5～2km，脊槽高差約3～6m，相鄰間距約0.8～2 km。沙脊兩側(cè)坡度數(shù)據(jù)顯示，沙脊整體表現(xiàn)為東南翼較西北翼陡，東南翼坡度約0.42°～1.23°，西北翼坡度約0.26°～0.8°，沙脊表面呈波狀起伏形態(tài)，具有不對稱性（見圖4）。3、4號沙脊西南端和1號沙脊東北端出現(xiàn)分支，其中3、4號沙脊中間呈現(xiàn)彎曲分裂趨勢。

研究區(qū)沉積物調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，沙脊表層沉積物組成主要為中砂，西北和西南部分布有粗砂，沉積物含砂量均在90%以上，與閩江口現(xiàn)代水下三角洲前緣的砂質(zhì)粉砂和粘土質(zhì)粉砂等細(xì)粒沉積物［27—28］具有明顯的分界。沙脊群表層沉積物粒度分布顯示（見圖5），沙脊的粒度分布區(qū)間均在0至1Φ之間，懸移質(zhì)總體含量基本為零，推移質(zhì)和躍移質(zhì)之間存在混合，總體含量在90%以上，其中以推移質(zhì)為主。沉積物分選性較差，分選系數(shù)大于1.8。

4.2 九龍江口外潮流沙脊特征

九龍江口外研究區(qū)沙脊位于鎮(zhèn)海角外側(cè)約5km處，沙脊走向與岸線近似呈8°～15°夾角分布，在沙脊西北約3km處存在一深約35m的水下沖刷槽。研究區(qū)海底水深為14～20m，地形表面由等深線呈ENE－WSW向的不規(guī)則橢圓圈閉組成，海底地貌表現(xiàn)為線性排列的水下潮流沙脊群，面積約為110km2。個別沙脊末端分叉，由南向北將研究區(qū)沙脊標(biāo)注為1～8號（見圖6）。1號沙脊向8號沙脊頂部水深逐漸變淺表明，研究區(qū)整體地形呈現(xiàn)近岸側(cè)高離岸側(cè)低的趨勢，沙脊長約3～13km，寬約0.2～1.7km，頂?shù)赘卟罴s0.9～5.5m，相鄰沙脊間距約0.9～2.3km。沙脊兩側(cè)坡度數(shù)據(jù)顯示，離岸側(cè)沙脊表現(xiàn)為東南翼較西北翼陡，東南翼坡度約0.31°～0.47°，西北翼坡度約為0.16°～0.3°；近岸側(cè)沙脊表現(xiàn)為近似對稱特征（見圖7），其中部分沙脊西南末端有分叉現(xiàn)象。

研究區(qū)沉積物調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，沙脊表層沉積物組成主要為含礫質(zhì)砂和中砂，沙脊分布外圍主要為粉砂或黏土質(zhì)粉砂，研究區(qū)沉積物含砂量在80%以上。沙脊表層沉積物粒度分布顯示（見圖8），沙脊的粒度分布區(qū)間集中在－1至2Φ之間，九龍江口屬于基巖性河口，沉積物中含有礫石成分，表現(xiàn)為粒度分布中偏粗組分的出現(xiàn)，沉積物分布主要表現(xiàn)為推移質(zhì)和躍移質(zhì)，總體含量在90%以上，其中推移質(zhì)為主，懸移質(zhì)含量較少，沉積物粒度分布呈現(xiàn)明顯的三段式，即推移質(zhì)、躍移質(zhì)和懸移質(zhì)均有分布，以推移質(zhì)和躍移質(zhì)為主。沉積物分選系數(shù)大于0.7，分選性中等至較差。

圖3 閩江口研究區(qū)潮流沙脊特征圖

圖4 閩江口研究區(qū)潮流沙脊橫切剖面圖

圖5 閩江口研究區(qū)沉積物粒度分布情況

5 討論

5.1 沙脊沉積物源

我國一些大河口因復(fù)雜的水動力條件至今仍存在殘留砂沉積區(qū)［29］，沉積物粒度一般較粗，具有古環(huán)境特征。在現(xiàn)代閩江和九龍江河口灣內(nèi)均發(fā)育有水下三角洲的砂質(zhì)淺灘，例如閩江口川石水道內(nèi)沙淺灘，其北岸鐵板沙和南岸佛手沙之間的外沙淺灘［30］以及九龍江口門淺灘等［31］。研究表明［20，32—33］，玉木冰期結(jié)束后，大約從距今9ka至今，古閩江口附近海平面急劇上升，海面高程在－20m以上，古閩江口水下三角洲范圍迅速擴(kuò)展，沉積體可達(dá)口外濱海區(qū)，閩江口研究區(qū)沙脊處于古閩江口三角洲分布范圍內(nèi)；而早全新世，在距今5～6ka，九龍江河口海侵范圍侵入到距今河口10km的漳州平原，九龍江研究區(qū)沙脊亦處于古九龍江三角洲分布范圍之內(nèi)。因此推測，全新世海侵時期，閩江口和九龍江口發(fā)育的砂質(zhì)淺灘為現(xiàn)今研究區(qū)潮流沙脊的主要物源。

閩江口外沙脊沉積物以中砂和粗砂為主，與現(xiàn)代閩江口水下三角洲沉積物類型迥異，沙脊分布范圍與馬祖島和西犬島距離較遠(yuǎn)，該處閩浙沿岸流影響尚未能供給如此粗的砂；且沉積物粒度分布情況（圖5）亦表明沙脊水動力較強(qiáng)，不屬于河口水下三角洲前緣沉積動力環(huán)境，其與波浪潮流相互作用帶的沉積環(huán)境相近。

九龍江口外沙脊沉積物組成主要為砂，位于九龍江口外近廈門灣口附近，沿岸無較大河流，沉積物粒度分布情況（見圖8）表明沙脊沉積環(huán)境復(fù)雜，具有波浪潮流相互作用帶和入潮口沉積環(huán)境特點(diǎn)。

圖6 九龍江口研究區(qū)潮流沙脊特征圖

圖7 九龍江口研究區(qū)潮流沙脊橫切剖面圖

研究區(qū)的淺地層剖面探測也支持了上述的物源分析。閩江口外研究區(qū)淺地層剖面資料顯示（見圖9），沙脊下部地層保留有古河道相沉積，河道內(nèi)部充填具有斜交前積結(jié)構(gòu)的水下三角洲相沉積物，因此，研究區(qū)沙脊應(yīng)為局部埋藏古河道的河口淺灘在水動力作用下形成的線狀結(jié)構(gòu)。在南黃海輻射沙脊群中亦存在大量與潛伏之下古河道走向一致的溝槽，例如北部的西洋深槽［34］，朝鮮海峽南部蟾津江（Seomjin）口外發(fā)育的古殘留沙脊群下同樣埋藏有古河道［35］。

九龍江口淺地層剖面資料顯示（見圖10），廈門灣口內(nèi)海底地層由現(xiàn)代河流三角洲沉積、古河道和淺層氣組成，灣外沙脊下埋藏有古河道，海底沙脊間溝槽略微平緩。由于沙脊所處位置具有較強(qiáng)的潮流和近岸余流，沉積物來源相對豐富，不僅為古砂質(zhì)淺灘，還有現(xiàn)代河流和沿岸沖刷槽。

5.2 沙脊現(xiàn)代水動力

閩江口和九龍江口外潮流沙脊均位于河口口門外的東南側(cè)，即入海徑流流向的右側(cè)，顯然科氏力對于該處沙脊的形成動力有一定的貢獻(xiàn)作用。羅健等［37］研究表明，受科氏力影響九龍江高能量徑流水可影響到大擔(dān)島東南和浯嶼以東區(qū)域。兩河口沙脊均為西北翼坡度緩于東南翼，亦與南向泥沙輸運(yùn)方向相吻合。然而，兩區(qū)潮流沙脊的具體分布位置也有著各自的特點(diǎn)，閩江口外潮流沙脊群距岸邊約11km，沙脊走向與岸線近似呈38°～45°夾角分布；九龍江口外研究區(qū)沙脊群位于浯嶼以東鎮(zhèn)海角外側(cè)約5km處，沙脊走向與岸線近似呈8°～15°夾角分布，其西北向約3km處存在一深約35m的水下沖刷槽，顯然九龍江口沉積沙體受近岸余流影響較大。

現(xiàn)代水動力環(huán)境決定了潮流沉積沙體的能否穩(wěn)定存在，而研究區(qū)泥沙啟動流速是反映水動力條件至關(guān)重要的因素之一。本文采用張瑞瑾［38］考慮顆粒間粘結(jié)力后的啟動流速公式（1）和沙莫夫［39］根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料獲得較粗顆粒泥沙啟動流速公式（2）分別計(jì)算：

圖8 九龍江口研究區(qū)沉積物粒度分布情況

圖9 閩江口外潮流沙脊淺地層剖面PP′（修改自蔡鋒等［36］，剖面位置見圖3）

圖10 九龍江口外潮流沙脊淺地層剖面QQ′（引自蔡鋒等［36］，剖面位置見圖6）

式中，Uc為啟動流速，g為重力系數(shù)，ρ為水體密度，ρs為泥沙密度，h取平均水深，D取沉積物中值粒徑。計(jì)算結(jié)果表明，閩江口研究區(qū)Uc分別為0.53～0.6 m/s和0.49～0.61m/s；九龍江口研究區(qū)Uc分別為0.53～0.63m/s和0.5～0.66m/s。閩江口和九龍江口大潮底層平均流速約為0.6m/s和0.7m/s，滿足沉積物啟動條件，因此在現(xiàn)代水動力作用下，研究區(qū)潮流沙脊表層沉積物可以發(fā)生移動，與表面發(fā)育沙波情況相吻合。

5.3 沙脊發(fā)育探討

淺水地貌過程主要受海底底形、流場和沉積物的輸運(yùn)3方面影響［40］。本文研究區(qū)潮流沙脊位于強(qiáng)潮河口外淺海環(huán)境，海底地形平坦開闊，流場復(fù)雜，盡管沙脊與現(xiàn)代潮流主軸夾角符合其發(fā)育模式，底層流速可以啟動沙脊表面沉積物，但尚不能充分說明研究區(qū)現(xiàn)代水動力環(huán)境符合沙脊主體的生長需要。沙脊主體生長期水深和現(xiàn)代水深的變化可以反映出沙脊的演化階段，根據(jù)Huthnance模型［41］，沙脊形成最優(yōu)條件為其間距（波長）大約是水深的250倍。閩江口研究區(qū)沙脊間距為0.8～2km，九龍江研究區(qū)沙脊間距為0.9～2.3km，通過計(jì)算得出沙脊主生長期的水深分別為3～8m和4～9m，而研究區(qū)現(xiàn)今水深（閩江口15～23m；九龍江口14～20m）明顯大于沙脊主體發(fā)育水深，表明研究區(qū)沙脊主生長期并非現(xiàn)代，沙脊目前可能處于退化階段的動力平衡狀態(tài)。

沙脊規(guī)模大小對于研究沙脊發(fā)育程度至關(guān)重要。Snedden和Dalrymple［42］考慮沙脊遷移將沙脊按發(fā)育程度劃分為完全發(fā)育沙脊、部分發(fā)育沙脊和雛形沙脊。因研究區(qū)沙脊所處動力環(huán)境較近岸環(huán)境復(fù)雜，本文從水動力相關(guān)因子與沙脊規(guī)模大小關(guān)系的角度來探討沙脊發(fā)育程度。能夠反映河口外水動力環(huán)境的因子有很多，如沉積物粒度、海流的流速和流向、水深以及沙脊相對河口位置等，基于研究數(shù)據(jù)有限，本文僅對水深和沙脊相對河口位置與沙脊規(guī)模的關(guān)系進(jìn)行討論。

現(xiàn)有的研究顯示，針對沙脊規(guī)模通?？紤]沙脊的長度和波長，但我們認(rèn)為其不能很好地反映每個沙脊的形態(tài)，特別是沙脊橫截面的面積。為了更好地反映單個沙脊的形態(tài)規(guī)模，本文嘗試將沙脊平均截面面積，即體積與長度的比（圖11）用以表示沙脊的發(fā)育規(guī)模。

通過分析，沙脊相對河口位置與沙脊發(fā)育規(guī)模關(guān)系見圖12a，沙脊發(fā)育水深與沙脊發(fā)育規(guī)模關(guān)系見圖12b。

圖11 沙脊規(guī)模表示方法

圖12表明，兩地沙脊規(guī)模與口門相對位置的數(shù)據(jù)分布具有一定相似性，即距離口門近的位置均有一較大規(guī)模沙脊發(fā)育，在距口門一定范圍內(nèi)，沙脊集中發(fā)育，閩江口沙脊集中發(fā)育于距口門10～13km范圍內(nèi)，九龍江口沙脊發(fā)育于距離灣口10～13.5km范圍內(nèi)。沙脊規(guī)模與水深數(shù)據(jù)分布也具有一定的相似性，即閩江口沙脊集中發(fā)育在河口外水深18～20m之間，九龍江口沙脊集中發(fā)育在水深14～16m之間。

通過上述沙脊規(guī)模與水動力相關(guān)因子分析表明，研究區(qū)沙脊主體發(fā)育與其相對現(xiàn)今河口距離遠(yuǎn)近和所處位置水深無明顯的相關(guān)關(guān)系。并且沙脊主體發(fā)育水深小于現(xiàn)今水深，從形態(tài)上看，沙脊坡度較緩，表面脊頂線不突出，脊槽結(jié)構(gòu)亦不分明。以上均表明，現(xiàn)代水動力對研究區(qū)沙脊生長發(fā)育作用有限，推測沙脊沉積物是以粒度較粗的古淺灘改造沉積物為主，沙脊本身為古河口淺水環(huán)境的砂質(zhì)淺灘受潮流、沿岸流和波浪改造作用而形成的地貌體。

6 結(jié)論

通過對研究區(qū)及其附近海域的多波束地形、沉積物和淺剖等調(diào)查數(shù)據(jù)分析，結(jié)合前人研究資料，得出以下結(jié)論：

（1）閩江口外和九龍江口外潮流沙脊位于河口口門外側(cè)、近岸的水下岸坡之上，瀕臨陸架環(huán)境，水下地形平坦開闊；受科氏力的影響，沙脊均發(fā)育于河口口門右側(cè)。在潮流、沿岸流和波浪等海流的共同作用下，沙脊表面發(fā)育沙波，兩翼坡度較緩，西北翼坡度緩于東南翼。因水動力環(huán)境、地理位置和物源等條件的限制，初步認(rèn)為閩江口外沙脊屬發(fā)育成熟的沙脊類型，九龍江口外沙脊屬發(fā)育不完全的沙脊類型。

圖12 沙脊規(guī)模與口門距離關(guān)系（a）和沙脊規(guī)模與平均水深關(guān)系（b）

（2）研究區(qū)沙脊沉積物以粒度較粗的砂為主，物源主要為古河口砂質(zhì)淺灘和少量現(xiàn)代泥沙輸運(yùn)。結(jié)合沙脊規(guī)模與水深和河口相對位置關(guān)系的動力環(huán)境研究顯示，沙脊規(guī)?；痉€(wěn)定，主體生長受現(xiàn)代水動力影響較小，為全新世海平面上升時期，古水下三角洲遭受潮流等水動力侵蝕而成，經(jīng)現(xiàn)代水動力改造后保持基本穩(wěn)定。

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