珠江磨刀門河口表層沉積物磁性特征及其動力沉積環(huán)境意義

陳暉，劉坤松，郭曉娟，劉鋒*，楊清書，譚超，胡進(jìn)

(1.中山大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院 河口海岸研究所，廣東 廣州 510006；2.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510610；3.華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實驗室，上海 200062)

珠江磨刀門河口表層沉積物磁性特征及其動力沉積環(huán)境意義

陳暉1，劉坤松1，郭曉娟1，劉鋒1*，楊清書1，譚超2，胡進(jìn)3

(1.中山大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院 河口海岸研究所，廣東 廣州 510006；2.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510610；3.華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實驗室，上海 200062)

基于2015年3月珠江磨刀門河口表層沉積物磁學(xué)和粒度測量結(jié)果，研究磨刀門河口磁性特征空間分布規(guī)律，分析磁性參數(shù)與沉積物粒度的關(guān)系，并探討其對沉積動力環(huán)境的響應(yīng)。磁性參數(shù)磁化率(χ)和飽和等溫剩磁(SIRM)均在攔門沙處出現(xiàn)低值區(qū)，并在10 m等深線外呈現(xiàn)向海遞減趨勢；頻率磁化率(χfd%)、非磁滯剩磁磁化率(χARM)以及比值參數(shù)χARM/SIRM和χARM/χ在攔門沙處出現(xiàn)低值區(qū)，而在攔門沙外呈現(xiàn)高值：表明研究區(qū)域磁性特征由亞鐵磁性礦物主導(dǎo)，而攔門沙區(qū)域存在一定量的不完全反鐵磁性礦物。粒度是影響沉積物磁性特征的重要因素，SIRM/χ等參數(shù)與粗顆粒組分(大于63 μm)呈顯著正相關(guān)，χfd%等參數(shù)與小于16 μm粒級組分高度相關(guān)，結(jié)果顯示χfd%、χARM、χARM/SIRM以及χARM/χ等參數(shù)可作為本區(qū)域沉積物細(xì)顆粒組分(小于16 μm)的代用指標(biāo)，而SIRM/χ則可作為粗顆粒組分(大于63 μm)的代用指標(biāo)。基于沉積物類型、動力環(huán)境等綜合考慮，選取SIRM、S-300、SIRM/χ參數(shù)聚類分析，可將磨刀門河口動力沉積環(huán)境分為4個區(qū)，結(jié)果與該區(qū)域動力環(huán)境及動力地貌格局具有一致性。本研究不僅對了解新動力格局下磨刀門河口演變模式具有重要意義，還可以豐富河口沉積動力學(xué)研究方法。

磁性特征；粒度；空間分布；動力沉積環(huán)境；磨刀門河口

1 引言

基于磁性礦物的沉積環(huán)境分析是20世紀(jì)70年代新興的一門以多學(xué)科交叉為基礎(chǔ)的研究[1]。磁性礦物廣泛分布于沉積物中，對沉積物的物理化學(xué)變化十分敏感[2]。通過對沉積物的磁性測量獲得其相關(guān)參數(shù)，可以了解物質(zhì)本身固有的磁性特征。沉積物的磁信息不僅對礦物類型、晶粒特征等具有十分顯著的響應(yīng)[3]，而且包含了豐富的沉積環(huán)境信息。因而，目前一些學(xué)者將沉積物磁性特征作為反演河口海岸沉積環(huán)境、追溯沉積物物源的重要參數(shù)[2，4—5]。

不同類型河口動力結(jié)構(gòu)存在明顯差異，造就了不同的沉積環(huán)境，勢必也會給沉積物的磁學(xué)特性留下“痕跡”。研究復(fù)雜河口動力環(huán)境下沉積物的磁學(xué)特性及其指示意義對于豐富河口沉積動力學(xué)研究方法具有重要的科學(xué)意義。

磨刀門河口是珠江主要入?？陂T之一，其水沙排泄量均居珠江八大入?？陂T之首，為珠江三角洲的發(fā)育提供重要泥沙來源[6]。近幾十年，大規(guī)模、高強(qiáng)度的口門整治工程使磨刀門河口由內(nèi)海灣演變?yōu)榍阑涌?，口門不斷向海推進(jìn)，直面來自南海的波浪作用，攔門沙迅速外推[7]，向外延伸超過16 km[8]。受徑流、潮流和波浪三者共同作用，磨刀門河口動力耦合復(fù)雜[7]，攔門沙演變模式發(fā)生顯著改變[9]。目前，國內(nèi)雖對長江口、黃河口表層沉積物磁學(xué)特性開展了研究[2，10—11]，但針對珠江口表層沉積物磁學(xué)特性鮮有研究。沉積物磁學(xué)的研究為新動力格局下磨刀門河口演變，特別是攔門沙演變新模式的探究提供了新方法。研究磨刀門河口表層沉積物磁性特征及其對沉積動力環(huán)境的響應(yīng)，可以闡明復(fù)雜河口環(huán)境中磁學(xué)特性及其對“徑-潮-波”耦合作用的響應(yīng)規(guī)律。

2 研究區(qū)域概況

珠江磨刀門河口承接上游西江來水來沙，多年平均年徑流量為923×108m3/a，多年平均年輸沙量為2 341×104t/a，分別占珠江河口總徑流量和總輸沙量的28.3%、33%[12]。徑流下泄至口門，主要由攔門沙-主(西)-支(東)兩汊入海。受潮流頂托作用影響，徑流動力減弱，攔門沙內(nèi)側(cè)為徑流作用主導(dǎo)的動力沉積環(huán)境。磨刀門河口常年受SE向混合浪作用，平均波高1.2 m，平均周期5.49 s。波浪在攔門沙淺灘處發(fā)生大規(guī)模破碎，形成了攔門沙及其周圍淺灘較強(qiáng)的波浪動力沉積環(huán)境。磨刀門河口潮汐為不規(guī)則半日混合潮，潮差較小，多年平均潮差0.86 m，為弱潮河口。潮流自外海向口門推進(jìn)時，口門表現(xiàn)為NW-SE向的往復(fù)流，落潮歷時大于漲潮歷時。受伶仃洋下泄徑流影響，磨刀門口外存在西偏南向的沿岸流[7](圖1)，形成10 m等深線附近呈現(xiàn)條帶狀分布的較強(qiáng)的動力沉積區(qū)。

圖1 珠江磨刀門河口形勢圖及采樣點(diǎn)位置Fig.1 The sketch map of Modaomen Estuary of the Pearl River and sites of samples

磨刀門河口水下地形灘槽分異顯著，河道主槽呈北西-南東走向向外海自然延伸。受磨刀門河口治導(dǎo)工程影響，其沉積地貌在近30年里發(fā)生顯著變化，治導(dǎo)工程完成后，磨刀門河口延伸至橫琴島以外，原有主槽向西南偏移，攔門沙迅速堆積。受波浪在河口幅聚效應(yīng)影響，攔門沙整體呈新月狀向外海延伸，形成了中心攔門沙、東西汊道及其兩側(cè)東灘、西灘的地貌格局(圖1)。

3 樣品與方法

2015年3月在珠江磨刀門河口采用蚌式采樣器采集表層沉積物樣品(0～5 cm)，考慮到磨刀門河口動力、地貌環(huán)境的差異性，布設(shè)采樣點(diǎn)如圖1所示，共采集98個表層沉積物樣品。采樣同時，記錄海域位置、采樣時間、采樣水深和經(jīng)緯度位置等信息。

粒度采用LS100Q型激光粒度儀進(jìn)行測試。將樣品充分混合均勻后，取適量放入燒杯，加入5 mL濃度為30%的H2O2充分反應(yīng)去除樣品中的有機(jī)質(zhì)，清洗樣品；加入5 mL體積分?jǐn)?shù)為36%～38%的HCl充分反應(yīng)去除沉積物中的貝殼等雜質(zhì)，清洗樣品；加入0.5 mol/L六偏磷酸鈉溶液5 mL，靜置24 h后放入超聲波清洗機(jī)振蕩，之后進(jìn)行測量。粒度參數(shù)采用Fork-Ward圖解法計算獲得[13]。

實驗室取混合均勻的適量樣品在40℃下低溫烘干，烘干后樣品置于研缽內(nèi)，挑出生物碎屑后磨成粉末狀，稱取10 g左右樣品裝入圓柱狀聚乙烯樣品盒內(nèi)并壓實進(jìn)行測量。測量所有樣品的低頻磁化率(χlf，0.47 kHz)、高頻磁化率(χhf，4.7 kHz)、非磁滯剩磁(ARM，交變磁場峰值100 mT，直流磁場0.04 mT)以及等溫剩磁(IRM，磁場強(qiáng)度分別為1 T、-100 mT、-300 mT)。樣品磁化率測量采用英國Bartington MS2磁化率儀，非磁滯剩磁(ARM)和等溫剩磁(IRM)利用英國Molspin公司生產(chǎn)的交變退磁儀、脈沖磁化儀和Minispin旋轉(zhuǎn)磁力儀測量完成，并根據(jù)測量結(jié)果計算頻率磁化率(χfd%)、硬剩磁(HIRM)、非磁滯剩磁磁化率(χARM)以及比值參數(shù)S-100、S-300、χARM/χ、χARM/SIRM、χARM/χfd%、L-ratio、SIRM/χ等參數(shù)[14]。

4 結(jié)果與分析

4.1 沉積物粒度特征

磨刀門河口受徑流、潮流和波浪三者共同作用，區(qū)域動力差異顯著，表層沉積物分布具有明顯的區(qū)域差異特征。徑流攜帶來的泥沙受到徑潮相互作用的影響，大量細(xì)顆粒泥沙在口門處淤積，形成口門處相對較細(xì)的沉積中心，平均中值粒徑為7.07Φ(圖2)；而較粗的細(xì)砂和部分粗粉砂以推移的方式向下搬運(yùn)，受阻于攔門沙處鹽水楔，因而攔門沙的位置成為粗顆粒推移質(zhì)泥沙搬運(yùn)終止點(diǎn)[15]，同時，沉積于攔門沙的表層沉積物因受波浪分選作用，因此在中心攔門沙處表層沉積物較粗，中值粒徑在2.28Φ～6.24Φ之間；西汊和東汊是磨刀門河口入海主要通道，少量細(xì)顆粒泥沙隨徑流向海漂浮擴(kuò)散，形成了向海延伸的細(xì)顆粒沉積帶，沉積物中值粒徑在2.57Φ～7.04Φ之間；而在東灘和西灘等位置受東南向強(qiáng)浪擾動，沉積物也相對較粗，中值粒徑在2.68Φ～6.75Φ之間；在口外，沉積物主要源于隨徑流攜帶來的細(xì)顆粒泥沙在攔門沙前緣沉積，形成較細(xì)的沉積區(qū)，沉積物中值粒徑在3.31Φ～7.47Φ之間。由此可見，磨刀門河口在徑-潮-波耦合作用下形成了口內(nèi)-口外細(xì)、中心粗的沉積格局。

圖2 磨刀門河口表層沉積物中值粒徑空間分布Fig.2 Spatial distribution of median grain size of surficial sediment in Modaomen Outlet

4.2 沉積物磁學(xué)參數(shù)空間分布特征

4.2.1 磁性礦物含量

珠江磨刀門河口承接上游西江來水來沙。西江流經(jīng)的粵西地區(qū)地質(zhì)主要為燕山期花崗巖，其主要成分包括石英、堿性長石和酸性斜長石，這些礦物主要屬于抗磁性或弱順磁性礦物[16]。

χ和SIRM常被指示亞鐵磁性礦物含量，兩者區(qū)別在于SIRM不受順磁性和抗磁性礦物的影響，主要是亞鐵磁性礦物和不完全反鐵磁性礦物所貢獻(xiàn)[17]。從磨刀門河口χ和SIRM平面分布圖來看(圖3a, 圖3b)，磨刀門河口χ和SIRM變化趨勢基本一致，高值區(qū)主要集中在口門通道及攔門沙向海延伸前緣處，低值區(qū)均集中在攔門沙附近，表明攔門沙處磁性礦物含量相對較少。10 m等深線以深的區(qū)域χ和SIRM均表現(xiàn)出向海遞減的趨勢。同時，部分區(qū)域出現(xiàn)χ的高值區(qū)，而SIRM并沒有表現(xiàn)相應(yīng)的增高，表明磨刀門河口分布有一定量的順磁性或抗磁性礦物。

圖3 磨刀門河口表層沉積物磁學(xué)參數(shù)χ、SIRM空間分布Fig.3 Spatial distribution of χ、SIRM of surficial sediment in Modaomen Outlet

圖4 磨刀門河口表層沉積物磁學(xué)參數(shù)S-100(a)和S-300(b)空間分布Fig.4 Spatial distribution of S-100 (a)and S-300 (b) of surficial sediment in Modaomen Outlet

4.2.2 磁性礦物類型

S-100、S-300反映沉積物中亞鐵磁性礦物與不完全反鐵磁性礦物的相對組成，用以排除沉積物中不完全反鐵磁性礦物對亞鐵磁性礦物鑒別的影響。S-100、S-300均隨著不完全反鐵磁性礦物的增加而降低[18]。本區(qū)域樣品S-100基本超過90%、S-300則超過92%(圖4a，圖4b)，表明本區(qū)域沉積物的磁性特征由亞鐵磁性礦物所主導(dǎo)[19]；而針對黃河和長江河口的表層沉積物磁性研究中也同樣發(fā)現(xiàn)了這一特征[11，19—21]。珠江磨刀門河口亞鐵磁性礦物低值區(qū)主要出現(xiàn)在交杯島內(nèi)緣以及口外攔門沙處，與粗顆粒沉積物分布具有一致性(圖2)，表明這些區(qū)域具有一定含量的不完全反鐵磁性礦物。

HIRM能夠直接反映不完全反鐵磁性礦物的含量，并隨著不完全反鐵磁性礦物含量的增加而增大[14]。研究區(qū)域HIRM量值較低，僅在西側(cè)攔門沙處出現(xiàn)高值區(qū)，表明磨刀門河口不完全反鐵磁性礦物含量相對較低，對磨刀門河口以亞鐵磁性礦物為主導(dǎo)的磁環(huán)境特征進(jìn)行了佐證。對珠江磨刀門河口表層沉積物中磁性參數(shù)HIRM和χ以及SIRM進(jìn)行相關(guān)性分析，HIRM與χ以及SIRM的相關(guān)性分別為0.508和0.727，表明不完全反鐵磁性礦物對珠江磨刀門河口沉積物鐵磁性具有一定的貢獻(xiàn)。

圖5 磨刀門河口表層沉積物磁學(xué)參數(shù)HIRM空間分布Fig.5 Spatial distribution of HIRM of surficial sediment in Modaomen Outlet

4.2.3 亞鐵性礦物晶粒特征

不同大小的磁性晶粒在磁性特征上存在顯著差異，根據(jù)晶粒大小，可將磁性礦物分為多疇(MD)、假單疇(PSD)、單疇(SSD)、細(xì)黏滯性(FV)晶粒以及超順磁(SP)晶粒[1]，分別代表了沉積物中磁性顆粒由粗到細(xì)的變化。但這種劃分并沒有明確的粒徑界限進(jìn)行區(qū)分，需要結(jié)合磁性參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的辨別。

χfd%主要作為沉積物中細(xì)的鐵磁晶粒的指示參數(shù)，當(dāng)沉積物中χfd%值為5%左右時，表明SP含量較多[1]，沉積物中的磁性顆粒相對較細(xì)。磨刀門河口χfd%低值區(qū)分布在交杯島內(nèi)緣和口外攔門沙淺灘，其余區(qū)域χfd%含量均超過5%，表明這些區(qū)域存在較多的超順磁顆粒(圖6a)。交杯島內(nèi)緣以及口外攔門沙淺灘沉積物中磁性顆粒最粗，其他區(qū)域磁性顆粒相對較細(xì)。

χARM受磁性礦物晶粒大小影響顯著，對SSD較為敏感[22]。比值參數(shù)χARM/χ可指示亞鐵磁性礦物晶粒大小，較高比值反映SSD較多，較低比值則反映較高比例的MD或SP晶粒。χARM/SIRM和χARM/χ類似，但χARM/SIRM不受SP晶粒的影響，較低比值能夠直接反映較高的MD含量[23-24]。本區(qū)域表層沉積物χARM、χARM/χ以及χARM/SIRM這3個參數(shù)分布大體一致(圖6b, 6c, 6d)，低值區(qū)均出現(xiàn)在交杯島附近以及攔門沙處，表明交杯島內(nèi)側(cè)以及攔門沙以MD為主導(dǎo)，沉積物中磁性顆粒相對較粗，10 m等深線附近的低值區(qū)主要為沿岸流攜帶的較粗的磁性顆粒所導(dǎo)致的；10 m等深線以深的位置，3個參數(shù)均隨水深的增加而增加，表明SP晶粒和SSD的含量均有所增加，沉積物中磁性顆粒向海逐漸變細(xì)。

4.3 磨刀門河口表層沉積物磁動力沉積環(huán)境意義

4.3.1 沉積物磁性與粒度的關(guān)系

沉積物磁性特征主要受磁性礦物的種類、含量和磁性顆粒大小控制，而這些因子往往受沉積物物源、搬運(yùn)過程的水動力條件以及沉積環(huán)境影響[3]。通過對沉積物粒度及其磁性特征關(guān)系分析，可以反演磁性特征所反映的動力沉積環(huán)境信息。

對比沉積物粒徑和磁性空間分布特征可以發(fā)現(xiàn)沉積物磁性和粒度具有一定的相關(guān)性。為了定量分析兩者的關(guān)系，分別對磁性參數(shù)和沉積物級配、粒度參數(shù)進(jìn)行Person相關(guān)性分析，結(jié)果如表1所示。χ與各組分沉積物相關(guān)性均較弱，表明磁性礦物在沉積物中分布較為均勻，而SIRM則與砂組分(大于63 μm)存在一定的正相關(guān)，表明有較多不完全反鐵磁性礦物分布在粗顆粒沉積物中。χ和SIRM相關(guān)性存在差異是χ受順磁、抗磁性礦物的影響。S-100、S-300與砂組分呈負(fù)相關(guān)，HIRM與砂組分呈較顯著的正相關(guān)，這些相關(guān)性同樣表明不完全反鐵磁性礦物主要富集在較粗的沉積物顆粒中。χfd%與小于2 μm、小于4 μm、小于8 μm、小于16 μm、小于32 μm、小于63 μm以及2～4 μm、4～8 μm、8～16 μm、16～32 μm均具有顯著的正相關(guān)性，其中與8～16 μm相關(guān)性最為顯著，χARM、χARM/SIRM和χARM/χ與之類似，但χARM、χARM/SIRM和χARM/χ最顯著粒級均為4～8 μm。此外，比值參數(shù)SIRM/χ可以作為磁性礦物粒度指標(biāo)[21]，與粗顆粒組分(大于63 μm)具有顯著的正相關(guān)性。以上研究結(jié)果表明：磁鐵礦中較細(xì)的SSD、SP晶粒在細(xì)顆粒沉積物中明顯富集，尤其是16 μm以下粒級。沉積物磁學(xué)參數(shù)χfd%、χARM、χARM/SIRM以及χARM/χ等可以作為本區(qū)域沉積物中細(xì)顆粒組分(小于16 μm)的代用指標(biāo)，而SIRM/χ則可作為沉積物中粗顆粒組分(大于63 μm)的代用指標(biāo)[10-11，19，24]。

圖6 磨刀門河口表層沉積物磁學(xué)參數(shù)χfd%(a)、χARM(b)、χARM /χ(c)、χARM /SIRM(d)空間分布Fig.6 Spatial distribution of χfd%(a), χARM(b), χARM /χ(c), χARM /SIRM (d) surficial sediment in Modaomen Outlet

表1 磨刀門河口表層沉積物磁性參數(shù)與粒度組成、粒度參數(shù)Person相關(guān)系數(shù)表

注:**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

4.3.2 沉積物磁性特征對動力沉積環(huán)境的響應(yīng)

磨刀門河口表層沉積物主要來自西江，沉積物中值粒徑在珠江網(wǎng)河區(qū)中最粗[25]。研究表明，即使在物源沒有改變的情況下，沉積物的粒度也是影響磁性特征的重要因素[10]。在徑-潮-波耦合作用下，該區(qū)域沉積物粒度和組分受水動力影響顯著，勢必會對沉積物磁性產(chǎn)生重要影響，因而沉積物磁性參數(shù)的變化在一定程度上可以反映沉積動力環(huán)境的變化。

研究區(qū)域樣品以粉砂為主，沉積物相對較粗，其中粉砂含量變化范圍在2.1%～71.1%之間，均值為45.7%，砂含量變化范圍在1.5%～96.5%之間，均值為34.1%，黏土含量變化范圍在1.4%～39.8%之間，均值為19.6%。在Flemming三角圖中，從S到E砂含量逐漸減少，表示不同的沉積類型；從Ⅰ區(qū)到Ⅵ區(qū)表示水動力逐漸減弱[26]。從磨刀門河口表層沉積物Flemming三角圖可以看出(圖7)，絕大多數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在Ⅲ區(qū)，少部分分布在Ⅱ區(qū)，表明研究區(qū)域水動力條件總體較強(qiáng)。沉積物類型從S到E均有分布，表明不同地貌單元之間水動力條件較為復(fù)雜多變。

圖7 磨刀門河口表層沉積物Flemming三角圖Fig.7 Ternary diagrams on the basis of sand，silt，clay ratios illustrating textural trends observed in surficial sediment in Modaomen Outlet

在自然狀態(tài)下，磁性礦物晶粒會遵循水力學(xué)原理，按其粒徑大小發(fā)生分異并沉積。沉積物粒徑逐漸減小，黏土含量逐漸增加，表明水動力環(huán)境逐漸減弱，指示磁性礦物粒度的磁學(xué)參數(shù)即對水動力環(huán)境產(chǎn)生響應(yīng)。Oldfield在對愛爾蘭海濱沉積物的研究中最先提出可以使用χARM、χARM/χ作為細(xì)粒級組分的代用指標(biāo)[23]，這一關(guān)系在長江口、黃河口潮灘沉積物均得到了證實[10-11，19]。同樣，這一關(guān)系也適用于珠江磨刀門河口，但相對來說珠江磨刀門河口沉積物中χARM、χARM/χ對細(xì)顆粒沉積物的響應(yīng)程度沒有長江口和黃河口高。χARM、χARM/χ較大時表明沉積物較細(xì)，指示沉積動力較弱，χARM、χARM/χ較小時表明沉積物較粗，指示沉積物動力相對較強(qiáng)，如磨刀門河口χARM、χARM/χ等參數(shù)在河口攔門沙處量值較小，與攔門沙處較強(qiáng)的波浪動力和較粗的顆粒分布具有一致性。另外，在10 m等深線附近出現(xiàn)了呈帶狀分布的χARM、χARM/χ參數(shù)低值區(qū)，與磨刀門口外沿岸流位置一致，表明該沿岸流動力較強(qiáng)，導(dǎo)致沉積物顆粒偏粗。而其他一些參數(shù)例如χ等，與水動力之間的關(guān)系比較復(fù)雜[27]。在研究區(qū)域，χ與粒度的相關(guān)性較低，因而不能夠直接用于指示研究區(qū)域的動力沉積環(huán)境特征。

4.3.3 基于磁學(xué)參數(shù)的動力沉積環(huán)境分區(qū)

河口沉積動力環(huán)境主要反映在沉積物物質(zhì)組成、粒度組分等方面，是沉積物類型、動力環(huán)境等綜合考量的結(jié)果。SIRM反映區(qū)域內(nèi)亞鐵磁性礦物和不完全反鐵磁性礦物的含量；S-300能反映亞鐵磁性礦物與不完全反鐵磁性礦物的相對組成，因而結(jié)合SIRM能夠反映亞鐵磁性礦物的分布規(guī)律；SIRM/χ則與沉積物粒度組分具有十分顯著的相關(guān)性[28—29]。因此，選取SIRM、S-300、SIRM/χ這3個參數(shù)聚類分析(圖8)，結(jié)合沉積物磁學(xué)參數(shù)與粒度間的關(guān)系，劃分磨刀門河口沉積環(huán)境，進(jìn)一步研究磁性參數(shù)對沉積動力環(huán)境的響應(yīng)[30—31]。

圖8 磨刀門河口磁學(xué)參數(shù)聚類分析樹狀圖Fig.8 The tree graph of cluster analysis based on the magnetic parameters including SIRM，S-300 ，and SIRM/χ

圖9 磨刀門河口磁學(xué)參數(shù)聚類分析結(jié)果Fig.9 The results of cluster analysis based on the magnetic parameters including SIRM，S-300 ， and SIRM/χ

根據(jù)聚類分析結(jié)果將研究區(qū)域劃分為4個類型區(qū)(圖9a)。類型1區(qū)主要分布于河口攔門沙頂部，χ、χfd%以及χARM均值最小，SIRM/χ均值最大，表明類型1區(qū)沉積物顆粒最粗，水動力作用最強(qiáng)(圖9b)。該區(qū)域水深較淺，外海波浪傳播到此處發(fā)生明顯破碎，底部泥沙被波浪掀起，并在漲落潮流的作用下發(fā)生細(xì)顆粒泥沙的搬運(yùn)；類型2區(qū)主要分布于河口攔門沙內(nèi)、外坡，χ、χfd%以及χARM均值次小，SIRM/χ均值達(dá)到次大值，表明類型2區(qū)沉積類型表現(xiàn)為過渡狀態(tài)，沉積物顆粒變細(xì)，水動力有減弱趨勢；類型3區(qū)主要分布于內(nèi)河道及河道軸線上的外海區(qū)域，參數(shù)χ、χfd%以及χARM均值在該區(qū)域達(dá)到最大值，SIRM/χ均值取得最小值，表明類型3區(qū)域沉積物顆粒最細(xì)，水動力作用最弱，表現(xiàn)為徑流動力作用下的沉積特征；類型4區(qū)主要分布于河道末端及東、西兩側(cè)外海區(qū)域，參數(shù)χ、χfd%以及χARM均值在該區(qū)域達(dá)到次大值，而SIRM/χ均值取得次小值，但和類型3區(qū)差異較小，表明類型4區(qū)域沉積物顆粒較細(xì)，水動力相對較弱，表現(xiàn)為海洋動力作用下的沉積特征。此外，以上4種類型在口門區(qū)均有分布，這與口門區(qū)域多種動力耦合作用密切相關(guān)。研究結(jié)果表明，參數(shù)SIRM、S-300以及SIRM/χ組合可以基本反映本區(qū)域沉積動力特征。

5 結(jié)論

本文研究了珠江磨刀門河口表層沉積物磁性特征及其動力環(huán)境意義，得出以下結(jié)論：

(1)磨刀門河口主要受亞鐵磁性礦物的控制。粗顆粒組分中含有一定的不完全反鐵磁性礦物，主要分布于河口攔門沙及其附近淺灘。陸源輸入的磁性礦物在河口地區(qū)主要受水動力條件所控制，較粗的MD磁性礦物堆積在攔門沙區(qū)域，而較細(xì)顆粒的SSD和SP礦物則主要向口外輸送。

(2)χfd%等指示細(xì)顆粒磁性礦物的參數(shù)與小于16 μm粒級組分高度正相關(guān)。χfd%、χARM、χARM/SIRM以及χARM/χ這4個參數(shù)可以作為本區(qū)域沉積物中細(xì)顆粒組分(小于16 μm)的代用指標(biāo)，而SIRM/χ則可作為沉積物中粗顆粒組分(大于63 μm)的代用指標(biāo)。

(3)磁性參數(shù)組合SIRM、S-300、SIRM/χ可作為珠江磨刀門河口動力沉積分區(qū)的指示性參數(shù)對動力沉積環(huán)境進(jìn)行分區(qū)，可將研究區(qū)域劃分為4個區(qū)域，各區(qū)域與水動力變化具有一致性，能初步反映磨刀門河口河道-口門汊道-攔門沙的沉積地貌特征。

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Magnetic properties of surficial sediment and its implication for sedimentation dynamic environment in the Modaomen Outlet of the Pearl River Estuary

Chen Hui1, Liu Kunsong1, Guo Xiaojuan1, Liu Feng1, Yang Qingshu1, Tan Chao2, Hu Jin3

(1.InstituteofEstuarineandCoastalResearch,SchoolofMarineSciences,SunYat-senUniversity,Guangzhou510006,China;2.GuangdongResearchInstituteofWaterResourcesandHydropower,Guangzhou510610,China;3．StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062 ,China)

Based on the magnetic measurement of surficial sediment in the Modaomen Outlet of the Pearl River Estuary in March 2015, we explored spatial distribution of magnetic properties, examined the relationship between magnetic parameters and sediment particle size, and addressed its response to the sedimentary dynamic environment. The values of susceptibility(χ)and saturation isothermal remanent magnetization(SIRM)were low in the sediment bar, and generally displayed a decreasing trend toward the sea outside the ten-meter isobaths. The values of frequency dependent susceptibility(χfd%), anhysteretic remanent magnetization(χARM),χARM/SIRMandχARM/χwere also low in the sediment bar, however, it was high outside the sediment bar. These results revealed that the magnetic properties of study area were dominated by ferrimagnetic mineral, but there were still some antiferromagnetic minerals in the sediment bar. Particle size is an important factor affecting magnetic properties,SIRM/χshows positive correlation with >63 μm fraction, magnetic parameters such asχfd%、χARM、χARM/SIRMandχARM/χdisplay significantly positive correlation with <16 μm fraction, these results indicated thatχfd%、χARM、χARM/SIRMandχARM/χcould be used as proxies for finer fraction of sediments (<16 μm fraction), andSIRM/χcould be used as proxies for percentages of coarser fraction of sediments (>63 μm fraction). In light of the sediment types, dynamic environment in the Modaomen Outlet, theSIRM,S-300andSIRM/χwere applied to carry out cluster analysis, and the result has a remarkable consistency with the sedimentary dynamic environment and the dynamic geomorphology pattern. Our study is not only of great significance to understand the new evolution mode of the Modaomen Outlet in new dynamic patterns, but also can enrich the research method of sedimentation dynamics of estuary.

magnetic properties; particle size; spatial distribution; sedimentation dynamic environment; Modaomen Outlet

2016-06-27；

2016-10-07。

廣東省水利科技創(chuàng)新項目(2016-21)；國家重點(diǎn)研發(fā)計劃(2016YFC0402601)；河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實驗室開放課題(SKLEC-KF201409)；中國博士后自然科學(xué)基金(2013M531890)。

陳暉(1992—)，男，江蘇省徐州市人，主要從事河口海岸動力沉積過程研究。E-mail：chhui2@mail2.sysu.edu.cn

*通信作者：劉鋒(1986—)，男，山東省曲阜市人，副研究員，主要從事河口海岸沉積動力、泥沙運(yùn)動研究。E-mail：liufeng198625@126.com

P736.2

A

0253-4193(2017)03-0044-11