遼寧省海岸帶主要河口區(qū)近百年沉積速率變化規(guī)律

邴智武

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧沈陽110032

遼寧省海岸帶主要河口區(qū)近百年沉積速率變化規(guī)律

邴智武

遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧沈陽110032

基于137Cs法和210Pb法的相互校驗(yàn)，利用13孔巖心663個(gè)樣品，定量分析了遼寧省海岸帶主要河口區(qū)近百年沉積速率變化規(guī)律.研究表明，遼寧海岸帶不同地區(qū)、不同時(shí)間段沉積速率是不同的.遼河河口區(qū)沉積最快，為23.66 mm/a，屬于中高速沉積區(qū)；遼西海岸帶沉積最慢，且總的趨勢是沉積速率逐漸減小.隨深度增加，遼西海岸帶沉積速率逐漸加大，遼東灣大遼河、大凌河入?？诔练e速率出現(xiàn)多個(gè)峰值，遼東半島黃海西北岸沉積速率則逐漸減少.

沉積速率；遼寧海岸帶；河口區(qū)；近百年；137Cs法；210Pb法

0 引言

沉積速率是指單位時(shí)間內(nèi)沉積物形成的厚度，是河口海岸沉積研究的一個(gè)重要方面.它能綜合體現(xiàn)沉積過程的特征，是確定沉積環(huán)境的定量指標(biāo).長期平均的河口海岸區(qū)的沉積速率反映了河口海岸地質(zhì)歷史的形成和發(fā)育，而短期的平均沉積速率可以反映本區(qū)現(xiàn)代沉積動力以及水體與沉積物的交換過程［1］.

對不同時(shí)間尺度沉積速率的研究采用不同的研究和計(jì)算方法.在百年尺度的現(xiàn)代沉積速率討論中，主要有137Cs法、210Pb法和沉積紋理計(jì)年法.137Cs是研究流域侵蝕和湖泊沉積的一個(gè)獨(dú)特而有效的示蹤劑，而210Pb是研究現(xiàn)代海洋沉積環(huán)境的沉積速率和沉積通量的一種比較理想的方法［2］.本文利用從渤海灣北部至遼東半島黃海西北岸海岸帶最新取得的沉積物柱狀巖心，以百年為尺度，使用137Cs法、210Pb法分析遼寧省海岸帶主要河口區(qū)的現(xiàn)代沉積速率，以期為探討遼寧省近岸海區(qū)沉積環(huán)境變化、合理開發(fā)和保護(hù)自然環(huán)境提供科學(xué)依據(jù).

1 沉積物樣品采集與測試

遼寧省海岸帶地處我國東北部，東臨黃海，西臨渤海灣，地理坐標(biāo)：東經(jīng)119°35′～124°30′，北緯38°40′～41°27′.海岸帶水系具有海岸帶陸地水文特點(diǎn)，即分布多條直接入海的河流.主要水系鴨綠江、大洋河、碧流河等注入黃海；遼河、大遼河、大凌河、小凌河和六股河等注入渤海［3-4］.

取樣區(qū)位于渤海灣北部至遼東半島黃海西北岸海岸帶（見圖1）.其中PS001、PS002、PS004位于錦州灣，PS011位于小凌河口，PS026位于大凌河入海沉積扇前緣，PS032位于遼河入?？冢琙K03、PS041、PS042、PS044位于大遼河沖積扇，ZK01、ZK02位于丹東至莊河的北黃海海岸帶上.

沉積物樣品采用110 mm口徑鉆探采取，陸地及水下采取2 m，分4部分，裝入110 mm口徑，長50 cm的PVC管.水下取樣巖心主要為灰色、灰黃色粗粉砂—細(xì)砂沉積物，有些巖心含有少量小的貝殼碎片.水上取樣巖心變化較大，ZK01、ZK02以黏土為主，ZK03為粉砂質(zhì)黏土，ZK04為細(xì)粉砂.

樣品送中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所核素與14C年代實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測量.儀器采用EURISYS?低本底光子（γ-ray）多道（214）能譜儀.測試方法：首先將巖心按1～2 cm間距分割、烘干，然后，將7～9 g的干燥樣品裝入內(nèi)徑為1.4 cm的塑料試管中，密封，20天以后在HPGe探頭中測量約24 h以上，獲得γ射線能譜.

2 計(jì)算研究方法

2.1 沉積物巖心中137Cs和210Pb濃度

對13孔巖心共計(jì)663個(gè)樣品進(jìn)行了γ射線能譜測量，分別獲得了樣品中137Cs、210Pb和226Ra核素的放射性活度.其結(jié)果具有如下特征：

（1）不同沉積物巖心中137Cs分布具有很大差別.首先，樣品中137Cs濃度普遍較低，甚至低于儀器檢出限，如PS035和ZK4巖心樣品.而PS011巖心只有兩個(gè)樣品探測到少量的137Cs，其他巖心中137Cs也皆小于1 dpm/g.其次，137Cs在巖心中的分布深度不等，從數(shù)厘米到數(shù)十厘米不等.

（2）210Pb超額活度（210Pbex=210Pb-226Ra）嚴(yán)重偏低，少數(shù)巖心最高活度也只有3 dpm/g，而其他巖心最高活度一般小于1.5 dpm/g，ZK04巖心中幾乎不含210Pbex.

（3）超額210Pbex主要分布在巖心80 cm的范圍內(nèi)，盡管其活度總體上隨深度衰減，但是變化幅度較大，呈顯著的鋸齒狀波動.

2.2137Cs事件年代和210Pb模式年齡

圖1 研究區(qū)137Cs、210Pb采樣點(diǎn)位圖Fig.1 Sampling positions of137Cs and210Pb in the study area

沉積物中137Cs和210Pbex最初是從大氣中沉降的.137Cs（半衰期為30.2 a）是人類活動釋放到大氣中的典型核素，主要來自于上世紀(jì)50-70年代地面核彈試爆和1986年切爾諾貝利（Chernobyl）核電站核泄漏事故對大氣的釋放.由于地面核彈試爆主要集中在1962～ 1964年期間，大氣中大量的137Cs沉降同時(shí)出現(xiàn)在此期間，因此，沉積物中137Cs大量出現(xiàn)的峰值位置已被普遍視為1963/4年的精確時(shí)標(biāo).

210Pb（半衰期為22.3 a）由地表釋放到大氣的222Rn衰變而產(chǎn)生，因而在大陸近地表對流層大氣中具有較高的濃度.盡管大氣中210Pb的沉降在不同區(qū)域具有不同的通量，但對于特定的地區(qū)來說，長期的沉降通量平均值可視為常數(shù).因此，沉積物中210Pbex的多少將依賴于沉積物沉積速率和時(shí)間.目前，運(yùn)用210Pb定年主要有兩個(gè)基本模式［5］：（1）初始210Pbex濃度恒定模式（CIC）；（2）210Pbex供給恒定模式（CRS）.CIC模式的假定前提是，沉積物沉積時(shí)單位質(zhì)量沉積物攜帶和捕獲的210Pbex數(shù)量恒定，沉積物剖面中210Pbex變化完全由依賴于時(shí)間的自身衰變引起，隨深度呈單調(diào)下降的趨勢，在沉積速率恒定時(shí)呈指數(shù)衰減.CRS模式的假定前提是，210Pbex沉積通量為一常數(shù)，沉積速率變化嚴(yán)重影響沉積物剖面中210Pbex濃度高低的變化，但沉積柱中210Pbex的總量始終是一常數(shù).

根據(jù)210Pbex的變化特征，大部分巖心中210Pbex的分布不符合CIC模式年齡的基本條件，因此，采用的給出年代是結(jié)合137Cs峰值年代由CRS模式確定的，同時(shí)假定剖面中沉積物密度為一常數(shù).對于既不含137Cs也不含210Pbex的巖心ZK04，其年代是根據(jù)放射性地層（226Ra）對比獲得的.另外，單個(gè)樣品給出的年代、誤差（±1σ）和沉積柱頂部缺失的沉積物厚度為理論計(jì)算值，與實(shí)際可能存在一定的偏差.無疑年代可靠程度隨誤差增加而降低，但在1963年上下的年代是值得信賴的.

3 沉積速率及其變化規(guī)律

3.1 沉積速率沿垂向變化研究

本次沉積速率計(jì)算采用13個(gè)沉積樣柱中226Ra、210Pb和137Cs活度（1 dpm/g=1/60 Bq/g）以及超額210PbexCRS模式年齡，用沉積厚度除以CRS模式年齡差值（相對時(shí)間間隔），得到此沉積段的沉積速率.

（1）遼西海岸帶沉積速率變化特征（隨深度增加而加大型）.從圖2可以發(fā)現(xiàn)，近百年來總的趨勢是沉積速率逐漸減小.其中PS001孔從老到新沉積速率共出現(xiàn)6個(gè)峰值，沉積速率依次為66.67、66.67、50.00、33.33、33.33、50.00 mm/a.PS003孔從老到新沉積速率共出現(xiàn)6個(gè)峰值，沉積速率依次為50.00、18.75、12.5、11.11、20.00、9.09 mm/a.PS004孔從老到新沉積速率共出現(xiàn)5個(gè)峰值，沉積速率依次為200.00、88.33、25.00、25.00、25.00 mm/a.

（2）遼東灣遼河、大凌河入?？诔练e速率變化特征（隨深度增加而出現(xiàn)多峰值型）.從圖3可以看出，近百年來沉積速率呈現(xiàn)2～3期較快沉積時(shí)段.其中PS041孔從老到新沉積速率共出現(xiàn)3處較大峰值，分別為深480、230～210和 50～30 mm處，沉積速率依次為20.00、12.50和11.11～10.00 mm/a.PS042孔從老到新沉積速率共出現(xiàn)2處較大峰值，分別為深1060、600 mm處，沉積速率均為200.00 mm/a.PS044孔從老到新沉積速率共出現(xiàn)2處較大峰值，分別為深600、220～192 mm處，沉積速率依次為100.00、70.00 mm/a.比較特殊的是位于遼河口區(qū)的PS032樣柱，沉積速率呈現(xiàn)二段式，推斷與遼河上游攔河大壩有關(guān).

圖2 遼西海岸帶沉積速率隨深度變化曲線Fig.2 Curves of deposition rate by depth in Western Liaoning coastal zone

圖3 遼東灣遼河、大凌河入海口沉積速率隨深度變化曲線Fig.3 Curve of deposition rate by depth in the estuary of Liaohe and Dalinghe rivers

（3）遼東半島黃海西北岸沉積速率變化特征（隨深度增加而減少型）.圖4可見，ZK01孔從老到新沉積速率共出現(xiàn)4處較大峰值，分別為深420、210、180～170和80～70 mm處，沉積速率依次為200.00、66.67、100.11～ 10.00和50.00 mm/a.ZK02孔從老到新沉積速率共出現(xiàn)3處較大峰值，分別為深640、400～380和160 mm處，沉積速率依次為200.00、50.00和100.00 mm/a.

3.2 沉積速率與年代變化研究

將本次13個(gè)沉積柱樣所計(jì)算的沉積速率的高值點(diǎn)與年代相對應(yīng)，列于表1.

從表中可以看出，近百年來，遼河河口區(qū)沉積最快，為23.66 mm/a，屬于中高速沉積區(qū)；遼西海岸帶沉積最慢，且總的趨勢是沉積速率逐漸減小.

圖4 遼東半島黃海西北岸沉積速率隨深度變化曲線Fig.4 Curve of deposition rate by depth in the northwestern shore of the Yellow Sea

分析各孔沉積速率隨年代變化，位于遼西海岸帶的3個(gè)沉積樣柱，其沉積速率高值點(diǎn)相對出現(xiàn)于1898、1904～1905、1922～1925、1948、1951年.位于遼東半島黃海西北岸的2個(gè)沉積樣柱（ZK01、ZK02），由于ZK01孔沉積速率較快，其沉積速率高值點(diǎn)相對出現(xiàn)于1960、1980、1990、2000年；而ZK02孔則由于沉積相對緩慢，其沉積速率高值點(diǎn)最早出現(xiàn)于1930、1948年，最后為1960年.位于大小凌河沖積扇的2個(gè)沉積樣柱（PS0011、PS0026），其沉積速率高值點(diǎn)相對出現(xiàn)于1930、1935～1937、1948～1950、1972～1974年.但此二地沉積速率高值點(diǎn)也有差異，表現(xiàn)為小凌河在1990、2000年均出現(xiàn)高值，但大凌河沖積扇不明顯，而大凌河沖積扇在1910、1920年出現(xiàn)沉積速率高值.位于大遼河沖積扇的4個(gè)沉積樣柱（PS041、PS 042、PS 044、ZK03）中，前3個(gè)在水中，僅ZK03位于陸上，其沉積速率高值點(diǎn)相對出現(xiàn)于1919、1960、2000年.但水下與陸上也存在差異，表現(xiàn)為陸上1960年以前沉積速率變化高值點(diǎn)不明顯，而水下則從1891～2000年均有高值點(diǎn)的記錄.

表1 遼寧海岸帶沉積物近百年沉積速率及高值點(diǎn)沉積年代一覽表

4 結(jié)論

利用從渤海灣北部至遼東半島黃海西北岸海岸帶最新取得的沉積物柱狀巖心，以百年為尺度，使用137Cs法、210Pb法分析了遼寧省海岸帶主要河口區(qū)的現(xiàn)代沉積速率.結(jié)果表明，遼寧海岸帶不同地區(qū)、不同時(shí)間段沉積速率是不同的.遼河河口區(qū)沉積最快，為23.66 mm/a，屬于中高速沉積區(qū)；遼西海岸帶沉積最慢，且總的趨勢是沉積速率逐漸減小.遼西海岸帶沉積速率隨深度增加而加大，遼東灣大遼河、大凌河入?？诔练e速率隨深度增加而出現(xiàn)多峰值，遼東半島黃海西北岸沉積速率隨深度增加而減少.

［1］王永紅，沈煥庭.河口海岸環(huán)境沉積速率研究方法［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2002,22（2）:115—120.

［2］張榮敏，張桂林.山東半島近岸海區(qū)現(xiàn)代沉積速率分析［J］.海洋地質(zhì)動態(tài),2009,25（9）:15—18.

［3］陳曦，倪金，邴智武.遼寧省海岸線近百年變遷特征分析［J］.地質(zhì)與資源,2011,20（1）:107—110.

［4］邴智武，陳曦，趙旭.遼寧省海岸帶主要河口區(qū)一萬年來沉積速率及海平面波動情況［J］.地質(zhì)與資源,2013,22（5）:383—384.

［5］張瑞，潘少明，汪亞軍，等.長江河口水下三角洲210Pb分布特征及其沉積速率［J］.沉積學(xué)報(bào),2009,27（4）:704—713.

BING Zhi-wu

Liaoning Institute of Geology and Mineral Resources Exploration,Shenyang 110032,China

Based on testing and checking by137Cs method and210Pb method,this paper quantitatively analyses 663 core samples from 13 drill holes to study the deposition rate changes in the main coastal estuaries in Liaoning Province over a hundred years.The result shows that the deposition rates vary in different areas and times.The deposition rate of estuary of Liaohe River is the largest（23.66 mm/a）,belonging to medium-high rate deposition.The slowest rate is in the western Liaoning coastline,with gradually reducing trend.The deposition rate in the western Liaoning coast increases with depth.In Liaohe River of the Liaodong Bay and the estuary of Daling River,the deposition rate shows multi-peak.While in the LiaodongPeninsula on the northwestern shore ofthe Yellow Sea,the deposition rate reduces with depth.

deposition rate;Liaoning coastal zone;coastal estuary;last century;137Cs method;210Pb method

2015-01-28；

2015-12-11.編輯：張哲.

遼寧省海岸帶地質(zhì)環(huán)境調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目（1212010540502）.

邴智武（1984—），男，工程師，從事水文地質(zhì)方面的研究工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)寧山中路42號，E-mail//357097946@qq.com