南黃海太陽(yáng)沙西側(cè)潮流脊槽的沉積物分布特征和沉積環(huán)境演變

劉阿成，陸 琦，王百順，張 杰

（1.上海東海海洋工程勘察設(shè)計(jì)研究院，上海200137；2.國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于輻射沙脊區(qū)的研究較多，在沙脊的成因、物質(zhì)來(lái)源、表層沉積物分布等方面取得了較多的認(rèn)識(shí)［1－9］。但是對(duì)于淺表層沉積物的分布規(guī)律，以及個(gè)體脊槽的沉積環(huán)境演變的研究還鮮有報(bào)道。這與前人采用表層沉積物調(diào)查，且站 位稀疏 有關(guān)［1－4，9］，或者雖有鉆孔揭示較大的地層厚度，數(shù)量卻過(guò)少［5－8］。本研究布設(shè)密集底質(zhì)取樣站位，結(jié)合振動(dòng)活塞沉積物柱狀采樣器取樣，通過(guò)粒度分析，比較精細(xì)地研究了南黃海太陽(yáng)沙西側(cè)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(gè)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(yáng)沙西側(cè)，自海向陸穿越了太陽(yáng)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(gè)地貌單元（圖1），其中太陽(yáng)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(zhǎng)方形區(qū)和路由區(qū)（圖1）。長(zhǎng)方形區(qū)位于太陽(yáng)沙南部和大洪水道，長(zhǎng)5km，寬3km，呈NWW－SEE走向；路由區(qū)從岸灘至太陽(yáng)沙，長(zhǎng)度約23km，前端長(zhǎng)約2.5km伸入長(zhǎng)方形區(qū)。長(zhǎng)方形區(qū)的水下地形特征詳見(jiàn)圖2。

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

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

太陽(yáng)沙：為長(zhǎng)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(shí)出露海面。大洪：為太陽(yáng)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(duì)較短的沙脊，四周被大洪和大洪南汊包圍，長(zhǎng)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?；鹦巧常簽榭堪蹲罱纳臣梗L(zhǎng)度超過(guò)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(guān)系。

1.2 研究方法

海上調(diào)查：上海東海海洋工程勘察設(shè)計(jì)研究院于2006年8—10月在研究區(qū)進(jìn)行了某項(xiàng)工程的振動(dòng)活塞沉積物柱狀采樣調(diào)查。一般采用振動(dòng)活塞柱狀取樣，但太陽(yáng)沙部分脊頂和岸灘水深過(guò)淺處，采取大潮高潮期間用小船和表層采泥器采樣。長(zhǎng)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(zhǎng)方形區(qū)和路由區(qū)各175站和23站；表層樣24站，長(zhǎng)方形區(qū)太陽(yáng)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(jìn)行描述、登記、密封等。大部分柱樣長(zhǎng)度超過(guò)2m，個(gè)別不到1m，有9個(gè)樣長(zhǎng)超過(guò)3m，最長(zhǎng)達(dá)到3.25m，平均樣長(zhǎng)2.26m。定位精度優(yōu)于3m。

實(shí)驗(yàn)室分析：海上調(diào)查結(jié)束后，泥樣送往上海海洋地質(zhì)試驗(yàn)測(cè)試中心，進(jìn)行巖土測(cè)試分析，包括粒度分析。按照工程要求，目標(biāo)取樣長(zhǎng)度為2m，分表層、中層和底層3層進(jìn)行分析，每層長(zhǎng)度約0.7m，當(dāng)樣品較長(zhǎng)時(shí)，分為4層，即0～0.7m、0.7～1.4m、1.4～2.0m和2.0～3.0m（個(gè)別到3.25m）。將柱狀樣按上述長(zhǎng)度分段（層）切割。取樣時(shí)，當(dāng)段（層）內(nèi)巖性比較均勻時(shí)，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(dāng)段（層）內(nèi)巖性變化較大時(shí)，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(dāng)時(shí)的海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查規(guī)范（GB／T 13909－92）進(jìn)行，其與現(xiàn)行的海洋調(diào)查規(guī)范第8部分：海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查（GB／T 12763.8－2007）也完全一致。

2 結(jié)果

2.1 沉積物的粒度特征

整個(gè)研究區(qū)的沉積物類型主要有5種，依次為：粉砂質(zhì)砂、細(xì)砂、砂質(zhì)粉砂、黏土質(zhì)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(xì)砂：細(xì)砂粒級(jí)（0.25～0.125mm）占70%～80%，個(gè)別可達(dá)80%～90%，極細(xì)砂（0.125～0.063 mm）含量一般為20%～30%，個(gè)別可達(dá)30%～50%，兩者含量往往可達(dá)95%以上，中砂含量很少，一般＜5%，個(gè)別樣品貝殼碎屑含量達(dá)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(zhì)砂：細(xì)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(zhì)粉砂：細(xì)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(duì)優(yōu)勢(shì)，含量為75%～80%，砂10%～15%，黏土10%～15%。黏土質(zhì)粉砂：粉砂占50%～70%，黏土20%～30%，細(xì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shì)順序沒(méi)有改變；次要類型的黏土質(zhì)粉砂和粉砂的多少則有換位。長(zhǎng)方形區(qū)各層的沉積物類型分布見(jiàn)圖3。各層的分布特征主要如下：

表層（0～0.7m）：細(xì)砂、粉砂質(zhì)砂、砂質(zhì)粉砂、粉砂和黏土質(zhì)粉砂各占23.5%、20.3%、53.5%、2.1% 和0.5% 。細(xì)砂分布于太陽(yáng)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(xì)的類型，砂質(zhì)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(zhì)砂呈窄條狀分布于砂質(zhì)粉砂的南北兩側(cè)，包括深泓主要部分，多少體顯出其作為細(xì)砂與砂質(zhì)粉砂之間的過(guò)渡帶性質(zhì)；粉砂和黏土質(zhì)粉砂呈斑塊或斑點(diǎn)狀分布于大洪水道西部。

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

第3層（1.4～2.0m）：與第2層相比較，太陽(yáng)沙細(xì)砂中西部呈兩叉狀向南延伸；北部的粉砂質(zhì)砂隨細(xì)砂向南延伸；砂質(zhì)粉砂的優(yōu)勢(shì)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(diǎn)狀分割；粉砂為各層之最，達(dá)到11站，占5.8%，在大洪西部呈較大的斑塊分布；黏土質(zhì)粉砂約占2%。

底層（2.0～3.0m）：該層個(gè)別柱狀樣底部達(dá)到3.25m。太陽(yáng)沙細(xì)砂在第3層的基礎(chǔ)上，西叉又向西南略有延伸，達(dá)到大洪水道深泓附近。與第2層相似，黏土質(zhì)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(diǎn)是由底層到表層，太陽(yáng)沙細(xì)砂區(qū)的中西部向北退縮，即該部分太陽(yáng)沙南翼受到侵蝕，而砂質(zhì)粉砂的分布范圍擴(kuò)大比較明顯。表層沉積物的分布與地形地貌的走向有關(guān)，尤其細(xì)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(yáng)沙脊頂（位置見(jiàn)圖1）。由圖可見(jiàn)，細(xì)砂主要分布在沙脊和岸灘上，即正地形上。不同的沙脊，細(xì)砂分布范圍和垂向厚度不同，距岸越遠(yuǎn)的沙脊，無(wú)論在平面上還是垂向上，細(xì)砂的分布范圍都越大，如太陽(yáng)沙從脊頂至南翼坡腳，從柱狀樣表層到底部都為細(xì)砂；在大洪梗子，細(xì)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(xì)砂；而在火星沙，細(xì)砂僅分布在脊頂上部不到1m的深度范圍內(nèi)，往下以砂質(zhì)粉砂為主，局部夾黏土質(zhì)粉砂。在沙脊之間的潮流槽內(nèi)，沉積物較細(xì)，類型較多，以粉砂質(zhì)砂和砂質(zhì)粉砂為主，局部夾有黏土質(zhì)粉砂和粉砂等沉積類型，分布變化比較復(fù)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(xì)的趨勢(shì)。

圖4 AA’地質(zhì)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(zhì)剖面圖（位置見(jiàn)圖1和圖2）。該剖面的上部基本上為砂質(zhì)粉砂，僅中東部局部分布有粉砂質(zhì)砂和粉砂；西北部（圖中左側(cè)）和中部的中層為多個(gè)粉砂質(zhì)砂的透鏡體，底部為細(xì)砂；東南部（圖中右側(cè)）則以砂質(zhì)粉砂為主，局部夾粉砂或粉砂質(zhì)砂?？傮w上表現(xiàn)出由下向上，沉積物由粗變細(xì)的趨勢(shì)。

圖5 BB’地質(zhì)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(guān)，沿地形走向呈條帶狀，細(xì)砂主要分布于沙脊和岸灘上，其它較細(xì)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(gè)鉆孔，位于本區(qū)西側(cè)不遠(yuǎn)，沙脊附近的鉆孔上部為極細(xì)砂和粉砂質(zhì)極細(xì)砂，而潮流槽為細(xì)砂質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)黏土；王嶸等［9］在整個(gè)輻射沙脊區(qū)采集了117個(gè)站位的表層底質(zhì)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(zhì)沉積，潮流槽多為粉砂質(zhì)沉積。這些研究的沉積物主要分布特征與本文結(jié)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(dòng)力環(huán)境密切相關(guān)。現(xiàn)代潮流沙脊常呈多列近平行出現(xiàn)，發(fā)育于開(kāi)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(fēng)暴時(shí)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(jī)制，提出了螺旋流概念：潮流在沙脊之間的槽溝內(nèi)流動(dòng)，在垂直潮流的斷面上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的螺旋環(huán)流：在槽內(nèi)底層流向沙脊擴(kuò)散，在沙脊頂部產(chǎn)生輻聚，將物質(zhì)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(jī)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(shuō)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(yīng)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(gè)潮波系統(tǒng)在弶港匯合形成的輻射狀潮流有關(guān)［1，16］，杜家筆等［16］成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證?，F(xiàn)代潮流脊發(fā)育的基本條件是存在較強(qiáng)的潮流和砂質(zhì)沉積物，前者提供動(dòng)力，后者提供物源；沙脊發(fā)育的動(dòng)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(cè)的大洪和大洪南汊的潮流槽內(nèi)，實(shí)測(cè)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(dòng)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(dòng)力條件。細(xì)砂主要分布于沙脊和岸灘上也與波浪作用有關(guān)。波浪既限制了沙脊頂部增高，又通過(guò)淘洗和篩選將細(xì)顆粒帶走，使沙脊頂部物質(zhì)粗化［1］。盡管 SIMARRO et al［15］的波生近底流輸沙的機(jī)理與上述有區(qū)別，但在底質(zhì)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(diǎn)是：沙脊上細(xì)砂的分布范圍大小與其距岸遠(yuǎn)近有關(guān)：距岸遠(yuǎn)的分布廣，反之則窄。如太陽(yáng)沙的細(xì)砂分布在脊頂至南翼坡腳，而火星沙的細(xì)砂局限于脊頂（圖4）。這主要與兩個(gè)因素有關(guān)：一是潮流槽的規(guī)模（實(shí)際上也與潮流強(qiáng)度有關(guān)），二是波浪作用。首先，太陽(yáng)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(dá)到約21m，潮流作用強(qiáng)；而大洪梗子與火星沙之間的大洪南汊，水深和寬度縮??；火星沙南側(cè)的小洪進(jìn)一步縮窄、變淺，潮流作用相對(duì)較弱。潮流作用弱有利于細(xì)顆粒沉積，砂的分布范圍就??；潮流作用強(qiáng)，不利于細(xì)顆粒沉積，砂的分布范圍就大。其次，太陽(yáng)沙處于研究區(qū)外側(cè)，其北面為開(kāi)闊的南黃海，波浪掀沙和淘洗作用強(qiáng)，而且沙脊呈“潛壩”或堤壩（低潮時(shí)脊頂出露）對(duì)位于內(nèi)側(cè)的沙脊起到消浪作用，而大洪梗子又進(jìn)一步對(duì)火星沙起到消浪作用，因此火星沙的細(xì)砂分布范圍最小。有研究者也指出近岸沙 脊 對(duì) 向 岸 傳 播 的 波 浪 有 消 能 作 用［15，19－20］。SIMON et al［19］對(duì)英吉利海峽的法國(guó)Aldemey島東側(cè)海域進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型計(jì)算，證實(shí)近岸的潮流沙脊消耗了向岸傳播的波浪能量，對(duì)海岸保護(hù)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(diǎn)，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(yáng)沙從脊頂至南翼坡腳，柱狀樣的沉積物類型都為細(xì)砂（圖3和圖4）。若以10m等深線作為太陽(yáng)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(yáng)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(dāng)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(yīng)的，這對(duì)于大洪作為洋口港主要進(jìn)港航道是有利的。在長(zhǎng)方形研究區(qū)，太陽(yáng)沙的細(xì)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(qiáng)，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(xì)砂（圖4），沉積環(huán)境與太陽(yáng)沙相似，為穩(wěn)定的沙脊環(huán)境，但沙脊（細(xì)砂）比較狹窄。火星沙則是從底部和中部的砂質(zhì)粉砂（局部黏土質(zhì)粉砂）過(guò)渡為上部的細(xì)砂（圖4），相當(dāng)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(méi)有潮流脊的顯著，但在局部也是比較明顯的。例如，在長(zhǎng)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(shì)為細(xì)砂→粉砂質(zhì)砂→砂質(zhì)粉砂（圖5），即逐漸由粗變細(xì)的過(guò)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(yáng)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(zhǎng)度較短有一定關(guān)系（圖5）。此外，小洪水道的沉積類型從底部的砂質(zhì)粉砂為主變?yōu)樯喜康酿ね临|(zhì)粉砂（圖4），也是向上變細(xì)，反映水動(dòng)力作用減弱，水道趨向淤積，如果進(jìn)一步發(fā)展，是否會(huì)發(fā)生火星沙并岸？也是今后值得關(guān)注的。

4 結(jié)論

本研究采用密集站位的振動(dòng)活塞柱狀沉積物采樣器取樣和粒度分析對(duì)南黃海太陽(yáng)沙西側(cè)潮流脊槽區(qū)進(jìn)行了底質(zhì)調(diào)查，得到結(jié)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(zhì)砂、細(xì)砂、砂質(zhì)粉砂、黏土質(zhì)粉砂和粉砂；粒組順序?yàn)榧?xì)砂、粉砂和黏土。

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

（3）表層沉積物分布與地形地貌的關(guān)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(shè)計(jì)研究院王西蒙負(fù)責(zé)海上采樣和協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室分析，張樹(shù)海、吳巍、唐建忠和萬(wàn)天鵬等同仁參加了海上采樣，上海海洋地質(zhì)試驗(yàn)測(cè)試中心承擔(dān)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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