盤錦港海底表層沉積物粒度特征及沉積環(huán)境分析

王旭，張戈，2

（1.遼寧師范大學(xué) 大連 116029；2.黑龍江科技大學(xué) 哈爾濱 150001）

盤錦港海底表層沉積物粒度特征及沉積環(huán)境分析

王旭1，張戈1，2

（1.遼寧師范大學(xué) 大連 116029；2.黑龍江科技大學(xué) 哈爾濱 150001）

以盤錦港榮興港區(qū)海底表層沉積物為主要研究對(duì)象，通過對(duì)不同位置表層沉積物樣品的粒度特征進(jìn)行對(duì)比，探討該區(qū)的沉積環(huán)境。利用貝克曼庫爾特激光粒度儀對(duì)其粒度進(jìn)行了檢測，并計(jì)算了粒度參數(shù)，結(jié)果表明：本區(qū)7個(gè)沉積物樣品以粉砂、砂為主，樣品平均粒徑值介于3.19～5.46Φ。分選性為較差－很差。樣品偏度表現(xiàn)為正態(tài)－極正偏。峰度的等級(jí)為平坦－尖銳。借助Weibull函數(shù)計(jì)算出了樣品2個(gè)組分的眾數(shù)值和百分含量，粒度像圖顯示樣品的初始水動(dòng)能普遍較大，只是平均水動(dòng)能存在差異。說明：沉積區(qū)的物源距離較近，物質(zhì)來源比較穩(wěn)定，以陸源沉積為主，沉積主要受遼河和大遼河控制；在河流沉積作用為主的大背景下，研究區(qū)東北部的沉積環(huán)境受潮流的影響比較大，中西部則受剝蝕作用影響較大。

粒度分析；海底表層；沉積環(huán)境；盤錦港

沉積物的粒度組成是指不同粒徑的顆粒在沉積物中所占的百分比，其對(duì)于查明沉積物的物質(zhì)來源、搬運(yùn)介質(zhì)和動(dòng)力、沉積環(huán)境以及它們的變化都具有重要意義。它是沉積物最重要的特征之一，在古環(huán)境分析及古氣候重建研究中具有十分重要的地位［1－2］。而海洋沉積物的粒度分析，是海洋地質(zhì)實(shí)驗(yàn)工作的一個(gè)基本項(xiàng)目。粒度分析成果不僅是劃分海底沉積物類型，同時(shí)又是闡明海底沉積物的物質(zhì)來源、機(jī)械分異過程及沉積作用不可缺少的資料。對(duì)于粒度的使用，也從最初的簡單描述逐漸發(fā)展到定量測試和數(shù)學(xué)推演，以得到多個(gè)沉積動(dòng)力的分離，或是得到沉積輸運(yùn)的模式與趨勢［3－4］。本文對(duì)在盤錦港采取的7個(gè)海底表層沉積物樣品進(jìn)行粒度分析，總結(jié)其粒度特征，并根據(jù)粒度特征在平面上的變化，結(jié)合海底地形變化和水動(dòng)力特征，對(duì)該表現(xiàn)進(jìn)行解釋，探究古環(huán)境要素在粒度上的反映，初步了解盤錦港海區(qū)的現(xiàn)代沉積環(huán)境。

1 研究區(qū)概況

盤錦港榮興港區(qū)地理坐標(biāo)為121°57′35″E，40°42′36″N，位于遼東灣東北部，哈蜊崗子灘東側(cè)的海域內(nèi)，處于遼河口與大遼河口之間。港口背依盤錦市和遼河油田，面臨渤海。屬暖溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明、雨熱同季、干冷同期、溫度適宜、光照充裕。年平均氣溫9.4℃，極端最高氣溫35.3℃（1958年7月20日），極端最低氣溫－28.4℃（1985年1月28日）。年平均降水量650.4 mm，1個(gè)月最大降水量553 mm（1975年7月），1 d最大降水量240.5 mm（1985年8月19日）。常風(fēng)向?yàn)镾SW、S向風(fēng)，次常風(fēng)向?yàn)镹NE、N向風(fēng)，該海區(qū)全年以SSW向風(fēng)最強(qiáng)，平均風(fēng)速為5.84 m／s。本區(qū)潮流為WE方向的往復(fù)流［5］且流速較小。

2 樣品采集與分析

表1 采樣鉆孔及深度

粒度分析實(shí)驗(yàn)按海洋調(diào)查規(guī)范要求進(jìn)行。機(jī)器采用美國貝克曼庫爾特有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為LS13320激光衍射粒度分析儀，測量范圍0.04～2 000μm，儀器精度≤1%。

研究采用Manus提出的矩值法計(jì)算樣品的粒度參數(shù)［6］，它的特點(diǎn)是應(yīng)用到了樣本的總體，是最準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)分析方法［7－8］，涉及的粒度參數(shù)有平均粒徑、分選系數(shù)σΦ、偏度SkΦ和峰度KΦ，公式如下。

式中：mΦ表示中值；為各粒級(jí)的百分含量；100。粒度參數(shù)值及標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 粒度參數(shù)判斷標(biāo)準(zhǔn)

3 沉積物粒度特征

3.1 粒度分析結(jié)果

粒度參數(shù)使用激光粒度分析儀自動(dòng)輸出的原始數(shù)據(jù)。按伍登－溫德華－Φ值的標(biāo)準(zhǔn)［9］對(duì)粒徑分級(jí)。其中，Φ值由克倫賓公式轉(zhuǎn)化而來，定義為：Φ＝－log2d其中：d為直徑，單位為mm。

經(jīng)測試，得到7個(gè)沉積物樣品粒度分析結(jié)果，顯示在樣品中砂和粉砂的含量占有相當(dāng)大的比重（表3）。根據(jù)國家海洋局主持編制的《海洋地質(zhì)調(diào)查規(guī)范》中所采用的分類命名原則：當(dāng)樣品中有兩個(gè)粒組的含量分別大于20%時(shí)，按主次粒組原則命名。11號(hào)、19號(hào)、27號(hào)、30號(hào)、35號(hào)樣品為粉砂質(zhì)砂，24號(hào)、25號(hào)樣品為砂質(zhì)粉砂。

表3 各樣品組分占比

粒度參數(shù)顯示，各樣品間有較大的差異（表4）。

7個(gè)樣品的分選系數(shù)介于1.73～2.83，分選性為較差－很差。24號(hào)、25號(hào)樣品偏度整體表現(xiàn)為正態(tài)，11號(hào)、19號(hào)、27號(hào)、30號(hào)樣品整體表現(xiàn)為正偏，35號(hào)樣品表現(xiàn)為極正偏。樣品峰度介于1.73～5.16，峰度的等級(jí)為平坦－尖銳。

當(dāng)服務(wù)器數(shù)量較少時(shí)，PPVPS協(xié)議在實(shí)現(xiàn)安全Skyline查詢的條件下，計(jì)算時(shí)間與VPS協(xié)議近似，該實(shí)驗(yàn)證明了PPVPS協(xié)議的可行性。

表4 樣品粒度參數(shù)值

3.2 粒度頻率曲線

盤錦港海底表層沉積物的粒度分布曲線形態(tài)具有很大的差異性（圖1），呈明顯的單峰或多峰特征，以較高組分為中心分別向粗、細(xì)粒兩端減小，向細(xì)粒端減小的速度慢于向粗粒端減小的速度。而且，向細(xì)粒端的變化并非一個(gè)平滑的過程，在0.5～1μm間出現(xiàn)拐點(diǎn)及不規(guī)則小峰。

圖1 樣品粒度頻率分布曲線

由圖1可見，30號(hào)樣品的粒度分布曲線形態(tài)呈現(xiàn)單峰特征，主要組分出現(xiàn)在50～100μm。11號(hào)、19號(hào)、24號(hào)、25號(hào)、35號(hào)樣品呈雙峰特征，其中24號(hào)、25號(hào)樣品的粒度分布曲線形態(tài)表現(xiàn)出很大的相似性，粒度都呈正態(tài)分布，兩個(gè)含量較高的組分大體呈左右對(duì)稱分布，分別介于5～15μm和200～400μm，只是在百分含量上存在較小的差異；11號(hào)、19號(hào)、35號(hào)樣品粒度分布曲線呈主、次雙峰特征，這兩個(gè)含量較高的組分均呈偏態(tài)分布，其中主要組分普遍正偏，次級(jí)組分負(fù)偏，11號(hào)、19號(hào)樣品兩個(gè)含量較高的組分分別介于20～70μm和200～500 μm，35號(hào)樣品兩個(gè)含量較高的組分分別介于70～100μm和200～500μm。27號(hào)樣品粒度分布曲線形態(tài)呈三峰特征，最高峰出現(xiàn)在400μm左右，在20μm和100μm左右分別出現(xiàn)了兩個(gè)次級(jí)高峰。

3.3 粒度分布函數(shù)與兩個(gè)組分的分離

Weibull分布在解決沉積物粒度多組分的分布上有很好的應(yīng)用［10－12］。由于盤錦港沉積物普遍體現(xiàn)為兩個(gè)組分分布的特點(diǎn)，一個(gè)沉積樣品的粒度總分布是這兩個(gè)分量分布的和分布。利用Weibull分布計(jì)算兩個(gè)組分的眾數(shù)值和百分含量，即式（5），式中a1和b1分別為總體分布函數(shù)中第一個(gè)Weibull函數(shù)的形狀和位置參數(shù)，a2和b2分別為總體分布函數(shù)中第二個(gè)WEIBULL函數(shù)的形狀和位置參數(shù)，c為細(xì)粒組分的分布函數(shù)在總體分布函數(shù)密度中的比重，即細(xì)粒組分在全樣中的百分比。以各粒級(jí)的粒徑作為自變量，以該粒級(jí)的百分含量為分布密度函數(shù)值，并以最小殘差平方和為擬合目標(biāo)，可計(jì)算出這5個(gè)參數(shù)，得出我們需要的各參數(shù)值（表5）。

表5 樣品眾數(shù)值及百分含量

根據(jù)Weibull分布函數(shù)的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合粒度分布曲線形態(tài)，可以將7個(gè)樣品分為以下幾種情況：①30號(hào)樣品為單峰分布，眾數(shù)粒組的百分含量明顯高于其他各粒組；②11號(hào)、24號(hào)、25號(hào)樣品為雙峰分布，細(xì)峰百分含量較高，為優(yōu)勢組分；③19號(hào)、35號(hào)樣品為雙峰分布，粗峰明顯為優(yōu)勢組分；④11號(hào)、35號(hào)樣品的粗峰和細(xì)峰的百分含量相當(dāng)，相較于其他雙峰樣品，11號(hào)樣品的粗峰眾數(shù)值偏大，而35號(hào)樣品的細(xì)峰眾數(shù)值明顯偏大；⑤27號(hào)樣品為三峰特征，樣品的眾數(shù)值即為粗峰的眾數(shù)值。

3.4 粒度像圖

本文選取了兩個(gè)與沉積搬運(yùn)有著密切關(guān)系的粒度參數(shù)：C值是累積含量1%的沉積物粒度，可以反映沉積時(shí)的最大水動(dòng)能；M值是累積含量50%的沉積物粒度，可以反映沉積的平均水動(dòng)能。以C對(duì)M作C－M值圖，用來判斷沉積物可能的形成環(huán)境（圖2）。其中坐標(biāo)軸為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸。

圖2 盤錦港沉積物C—M圖

沉積物樣品的C－M圖投點(diǎn)具有很大的差異性，C值介于400～700μm，M介于10～200μm。C值較為穩(wěn)定，而M值相對(duì)變化較大，與沉積時(shí)代水動(dòng)能的變化及海陸交互作用有直接關(guān)系。根據(jù)樣品點(diǎn)的M值的變化可以將投點(diǎn)區(qū)域劃分成兩個(gè)：區(qū)域一，550μm＜C＜700μm，10μm＜M＜25μm；區(qū)域二，400μm＜C＜700μm，70μm＜M＜200μm。區(qū)域一初始水動(dòng)能較大而平均水動(dòng)能較小，說明沉積初期物質(zhì)搬運(yùn)動(dòng)能較強(qiáng)而后期沉積水動(dòng)力較弱；區(qū)域二初始水動(dòng)能較大，平均水動(dòng)能也較大，對(duì)應(yīng)初始沉積動(dòng)能對(duì)平均動(dòng)能貢獻(xiàn)較大。

4 沉積環(huán)境討論

沉積物的形成，受到物源、水動(dòng)力條件及地形地貌等因素的影響。而同一研究區(qū)域的海底表層沉積物可通過粒度特征上的分異規(guī)律，表現(xiàn)出沉積環(huán)境的空間變化。盤錦港海底表層沉積物的粒度特征表現(xiàn)出了一定的變化規(guī)律，可通過物源、水動(dòng)力條件等因素對(duì)該區(qū)的沉積環(huán)境做出初步解釋。

（1）24號(hào)、25號(hào)樣品為砂質(zhì)粉砂，沉積物平均粒徑較小，細(xì)峰組分占優(yōu)（24號(hào)：67.2%，25號(hào)：59.9%），粒度分布曲線都為雙峰特征且表現(xiàn)出極大的相似性。C－M 圖顯示為均一懸浮的沉積過程，指示了靜水環(huán)境。而在渤海灣，研究區(qū)域的潮流作用強(qiáng)度僅次于老鐵山水道附近［13］。由此說明，兩個(gè)采樣點(diǎn)河流沉積作用相對(duì)減弱，潮流改造作用增強(qiáng)，導(dǎo)致了細(xì)粒物質(zhì)增加，粗粒物質(zhì)相對(duì)減少，體現(xiàn)了受潮流作用影響的沉積水動(dòng)力條件。

（2）11號(hào)、27號(hào)和30號(hào)樣品均為粉砂質(zhì)砂，偏度表現(xiàn)為正偏，峰度等級(jí)相差較大。粒度分布曲線既有單峰形態(tài)，又有雙峰、三峰形態(tài)，差別較大。C－M圖顯示這3個(gè)樣品的沉積過程為遞變懸浮。推斷11號(hào)樣品的沉積環(huán)境受河流控制，受其他水動(dòng)力條件影響較小；27號(hào)和30號(hào)樣品沉積初期以河流作用為主，潮流在后期發(fā)揮了比較大的改造作用。

（3）19號(hào)和35號(hào)樣品為粉砂質(zhì)砂，平均粒徑比其他幾個(gè)樣品都要大，峰度等級(jí)均為尖銳，說明兩個(gè)樣品在以河流沉積為主的沉積過程中，受新環(huán)境的改造作用強(qiáng)烈。兩個(gè)樣品的曲線形態(tài)中，粗峰組分幾乎重合，細(xì)峰組分存在差距，且兩者的粗細(xì)峰百分比含量相當(dāng)。C－M圖顯示兩個(gè)樣品的沉積過程兼有滾動(dòng)躍移和遞變懸浮的特征。而根據(jù)已有研究，岬角處為剝蝕區(qū)［14］，所以推斷兩點(diǎn)的沉積物顆粒部分來自附近礁石和基巖的剝蝕。

5 結(jié)論

（1）本區(qū)7個(gè)沉積物樣品以粉砂、砂為主，分選性比較差，粗峰眾數(shù)在300～400μm（30號(hào)樣品除外），說明沉積區(qū)的物源距離較近。而C－M圖顯示沉積物的初始動(dòng)能（C為主要的替代指標(biāo)）較大，表明物質(zhì)來源比較穩(wěn)定。根據(jù)取樣鉆孔的孔口高程可以判斷取樣點(diǎn)的深度較淺，推斷取樣點(diǎn)位于水下三角洲，沉積主要受遼河和大遼河控制。

（2）在河流沉積作用為主的大背景下，研究區(qū)東北部的沉積環(huán)境受潮流的影響比較大，中西部則受剝蝕作用影響較大。

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Grain Size Characteristics and Sedimentary Environment of Surface Sediments in Panjin Harbor

WANG Xu1，ZHANG Ge1，2
（1.Liaoning Normal University，Dalian 116029，China；2.Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150001，China）

Based on the study of the surface sediments of the Panjin port，the surface sediments of different locations were compared to discuss the sedimentary environment.The particle size was measured by Beckman Kurt laser particle size analyzer，grain size parameters，and the calculation results showed that the average particle size of 7 sediment samples in this area of silt and sand samples is 3.19～5.46，whose sorting is poor－very poor，the sample’s skewness performance is normal to very positive bias and rating of flat－sharp for the kurtosis.With the help of Weibull function，the numerical values and percentage values of the 2 components of the samples are calculated.The particle size image shows that the initial kinetic energy of the sample is larger，but the average kinetic energy of the sample is different，which demonstrates that the distance between source materials of sedimentary provenance is close and relatively stable，the terrigenous sedi－ments deposited are mainly controlled by Liaohe River and Daliaohe River.Under the background of river sedimentation，the influence of sedimentary environment of the study area in the northeast by the trend is relatively large，and the midwest is greatly affected by denudation.

Particle size analysis，Sea surface layer，Depositional environment，Panjin port

P736

：A

：1005－9857（2017）07－0075－05

2017－01－03；

：2017－05－26

遼寧師范大學(xué)開放實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目.

王旭，碩士研究生，研究方向?yàn)樽匀坏乩韺W(xué)研究