黃河河口段與海河河口段沉積物碳酸鹽對比分析

王艷君, 金秉福

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黃河河口段與海河河口段沉積物碳酸鹽對比分析

王艷君, 金秉福

(魯東大學資源與環(huán)境工程學院, 山東煙臺 264025)

利用篩析-沉降法對黃河系及海河系沉積物進行了粒度特征分析, 黃河系沉積物以極細砂-粗粉砂為主, 分選性中等, 粒度分布正偏, 峰態(tài)曲線尖窄; 海河系沉積物以細粉砂為主, 分選性較差, 粒度分布正偏, 峰態(tài)曲線較平緩。測定黃河系及海河系沉積物碳酸鹽的粒度百分含量及碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量, 結(jié)果表明: 黃河系沉積物碳酸鹽粒度百分含量加權(quán)平均值為11.36%, 細砂碳酸鹽粒度百分含量較高(15.24%), 隨粒度越細波動式降低后逐步增加, 并在黏土富集, 達20.67%; 海河系沉積物中碳酸鹽粒度百分含量加權(quán)平均值為15.05%, 比黃河系略高, 呈兩端高中間低不對稱鞍形粒度分布。黃河系與海河系碳酸鹽粒度百分含量受粒度控制, 對全樣碳酸鹽貢獻最大的粒度黃河系為粗粉砂, 海河系為細粉砂。黃河系全巖碳酸鹽平均粒度百分含量與馬蘭黃土相近, 與黃渤海泥質(zhì)區(qū)相當, 表明黃河沉積物的主要來源是馬蘭黃土, 黃河在沉積物搬運過程中對黃土碳酸鹽沒有明顯改造, 黃河沉積物黏土組分是黃渤海泥質(zhì)區(qū)沉積物高碳酸鹽的主要影響因素。

碳酸鹽; 粒度分布; 沉積物; 黃河系; 海河系

黃河作為世界含沙量最多的河流, 其中90%以上的泥沙來源于黃土地區(qū), 沉積物來源集中, 這些物質(zhì)大部分堆積在河口三角洲地區(qū), 受黃土組分的影響, 黃河沉積物中的碳酸鹽包括原生碳酸鹽、次生碳酸鹽和自生碳酸鹽, 碳酸鹽含量較高[1-2], 以方解石為主, 白云石次之。海河系中多數(shù)支流發(fā)源和流經(jīng)黃土高原, 河流含沙量較大, 由于人工建閘、挖沙清淤, 受物源及人為影響, 海河與黃河的沉積物特征既相似也有差異。

目前, 許多學者[3-8]對黃河沉積物碳酸鹽特征研究較為深入, 而對黃河系(現(xiàn)行黃河、廢黃河、黃河故道)和海河系(海河、永定新河、獨流減河、子牙河、潮白河)沉積物不同粒度碳酸鹽含量特征研究很少, 已有研究表明, 黃河沉積物中碳酸鹽主要控制因素是物源, 楊作升等[9]研究了黃河沉積物碳酸鹽含量與粒度的關(guān)系, 指明了碳酸鹽的?？匦? 并作為黃河源沉積物的示蹤指標追蹤黃河泥沙入海后的運移方向。部分學者研究了黃河粒度組成、碳酸鹽礦物類型及其影響因素, 認為碳酸鹽礦物分布與物質(zhì)來源、沉積物類型和沉積環(huán)境有密切聯(lián)系[10-12]。顧兆炎[13]、趙景波[14]和Frakes[15]對黃土碳酸鹽含量及氧、碳穩(wěn)定同位素分析, 初步揭示了黃土-古土壤序列中碳酸鹽同位素組成與氣候和環(huán)境的關(guān)系。這些相關(guān)研究揭示了黃河沉積物碳酸鹽粒度分布特征, 指明了其物質(zhì)來源和沉積環(huán)境對碳酸鹽的影響。而對海河流域沉積物的研究大多數(shù)為生態(tài)環(huán)境、重金屬和有機質(zhì)含量、沉積物的粒度特征、沉積物組成、沉積速率及沉積物礦物學等特征[16-21]等方面, 未針對海河系沉積物不同粒度碳酸鹽含量對比進行系統(tǒng)分析研究。

本文基于黃河系和海河系13個表層沉積物, 主要利用篩析-沉降析法測定黃河系和海河系沉積物粒度特征, 通過重量分析法測定黃河系及海河系沉積物各樣品不同粒度的碳酸鹽粒度百分含量及碳酸鹽的加權(quán)粒度百分含量, 對比分析碳酸鹽的粒度分布特征, 確定和對比碳酸鹽?？匦缘牟町? 并分析其影響因素, 這將補充國內(nèi)對黃河及海河沉積物特征的認識。

1 研究區(qū)概況

黃河是世界上含沙量最多的河流, 多年平均輸沙量為8.39×109t[22], 自西向東跨過不同氣候帶和地貌單元, 在東營市河口區(qū)注入渤海的萊州灣, 干流長約5 464 km, 黃河流經(jīng)黃土高原地區(qū), 攜帶大量泥沙, 是黃河沉積物粉砂和黏土組分的主要來源, 具有沙多水少特點[23-24]。廢黃河, 又稱淤黃河, 是黃河在1128 年奪淮入海在江蘇北部形成的河流, 如今河流水量較小, 大部分幾近干涸[25]。黃河故道位于東營市河口區(qū), 是1947–1976年黃河河口段由人工截流改道, 變分流入海為獨流入海, 現(xiàn)今已廢棄的黃河河道, 河流水量小[26-27]。

海河為華北最大的水系, 主要由北運河、永定河、大清河、子牙河、南運河五大河流匯合而成, 主流河長1 036 km, 流域總面積為31.82×104km2, 年均徑流量為2.11×1011m3, 年輸沙量約6×106t[28]。海河干流由大沽口入渤海灣, 構(gòu)成一個典型的扇狀水系, 比較容易促使洪水集中。海河系水系眾多, 部分支流發(fā)源和流經(jīng)黃土地區(qū), 是海河流域主要的泥沙源地。黃河多次遷徙、改道, 幾次北上侵奪海河河道入海, 海河水系形成與黃河有密切關(guān)系, 二者沉積物之間既相似也有差異。

2 樣品與方法

2.1 樣品采集

本文以黃河系、海河系河口區(qū)13個表層沉積物樣品為分析材料, 結(jié)合粒度特征、碳酸鹽粒級百分含量, 探究分析了黃河及海河沉積環(huán)境及物質(zhì)來源。

樣品采集: 選取代表性取樣位置, 通過25 cm× 25 cm表層取樣方式, 采集河口段表層沉積物樣品?，F(xiàn)行黃河樣品(HH1、HH2、HH3)2015年12月采于黃河河口區(qū)利津大橋附近; 廢黃河樣品(FH1、FH2、FH3)2016年3月取自于江蘇省淮安市漣水縣的廢黃河大橋附近河段; 黃河故道樣品(HG8、HG9)采于2005年5月枯水期東營市河口區(qū)黃河故道段; 海河系沉積物樣品(DL4、ZY3、THH4、YD3、CB2)取自2016年4月枯水期, 分別位于海河、獨流減河、子牙河、永定新河、潮白河, 共采集13個表層樣品, 樣品的采樣位置見表1, 采樣點分布圖如圖1所示。

圖1 黃河、海河河口段表層沉積物采樣站位

2.2 粒度分析

本文采用Friedman的沉積物粒度劃分標準, 通過篩分法及Stokes沉降原理[29-30]獲得不同粒級區(qū)間的沉積物,對于粒度<4的部分采用篩析法,>4部分采用沉降法(吸管法)。實驗中所用水均為蒸餾水, 取100~150 g樣品進行烘干并稱其質(zhì)量, 將樣品浸泡, 超聲波分散處理后, 用蒸餾水過=4水篩, 樣品反復(fù)沖洗, 直至過篩后水無懸濁液為止, 將<4部分烘干后稱其質(zhì)量并記錄;<4樣品用=0.5間隔的套篩進行手工干篩, 每次干篩震蕩約10 min, 直至析出全部粒度, 并記錄各粒度質(zhì)量; 沖洗下來的懸液置于1 000 mL量筒中, 根據(jù)Stokes定律用吸管法準確吸取各粒度懸液, 烘干后稱其質(zhì)量, 并計算各粒度百分含量, 并將上述實驗步驟所得數(shù)據(jù)繪制頻率分布圖和概率累積圖, 選擇Folk-Ward(1957)公式[31]運用圖解法計算樣品的粒度參數(shù)平均粒度()、標準偏差(1)、偏態(tài)(SK)和峰態(tài)(G)[32-33]。

表1 黃河與海河河口段采樣站位

2.3 碳酸鹽含量測定

對于碳酸鹽含量的測定方法較多, 主要有容量法、氣量法、擴散法、重量法、快速定量分析法等[34], 本文采用重量分析法測定沉積物各粒度碳酸鹽含量[35], 重量分析法人為控制性較好, 具有測量迅速, 精度較高, 測試工具和步驟簡化的特點。將粒度分析中所得各粒度樣品分為細砂(<3)、極細砂(=3~4)、粗粉砂(=4~5)、細粉砂(=5~8)、黏土(>8)五部分, 在70℃下烘干8 h, 將各粒度樣品分別稱取1 g左右并記錄, 分別加入適量5 mol/L稀鹽酸溶液, 在室溫條件下(25℃)反應(yīng)30 min, 反應(yīng)過程中不斷攪動使其反應(yīng)完全, 并用蒸餾水沖洗烘干后, 分別稱其質(zhì)量, 前后質(zhì)量差為碳酸鹽含量, 據(jù)此分別計算碳酸鹽的粒度百分含量, 重復(fù)做3次平行實驗, 計算其平均值, 獲取較精確的碳酸鹽的粒度百分含量。

3 結(jié)果與分析

3.1 粒度特征

沉積物的粒度分布特征主要受控于物源和沉積環(huán)境。由粒度分析數(shù)據(jù)結(jié)果及頻率分布曲線(圖2)分析得出: 黃河系沉積物粒度集中于=3.5~6.0, 平均粒度百分含量為85.68%, 其中極細砂(=3.5~4.0)平均粒度百分含量為42.73%, 粗-中粉砂(=4~6)平均粒度百分含量為42.95%, 以極細砂-粗粉砂為主, 頻率分布曲線均為單峰正偏曲線, 曲線尖窄, 表明水動力較強, 黃河系物質(zhì)來源集中。其中黃河故道沉積物粒度集中于 =3.5~4.0, 平均粒度百分含量為61.58%, 以極細砂為主; 現(xiàn)行黃河及廢黃河沉積物均以極細砂-粗粉砂為主, 該粒度區(qū)間平均粒度百分含量分別為77.56%、66.71%。

海河系沉積物粒度集中于5~8, 平均粒度百分含量為50.31%, 粗粉砂平均粒度百分含量為24.79%,細粉砂(=6~8)平均粒度百分含量為29.51%, 各支流沉積物粒度頻率分布曲線集中度較高, 均為單峰正偏, 曲線較平緩。

本文用圖解法分別計算黃河系與海河系沉積物的粒度參數(shù), 結(jié)果見表2。黃河系沉積物屬于極細砂-粗粉砂, 除樣品HH2、HG8分選性較差外, 其余分選性好; 海河系沉積物屬于粗-細粉砂, 分選性均為中等-差。

圖2 黃河系與海河系沉積物粒度百分含量

表2 黃河系、海河系沉積物粒度參數(shù)

河流沉積物搬運方式主要有3種: 推移、躍移、懸移, 在概率累積圖中體現(xiàn)為底部推移質(zhì)、中部躍移質(zhì)、頂部懸移質(zhì)三段式, GRAPHER繪制黃河系和海河系粒度概率累積圖(圖3), 結(jié)果表明: 黃河系和海河系均呈現(xiàn)為分段式, 躍移質(zhì)和懸移質(zhì)特征比較明顯, 黃河系沉積物以極細砂和粗粉砂為主, 躍移質(zhì)部分坡度較陡, 分選較好, 說明該沉積物的水動力條件較強, 沉積動力比較單一; 海河系沉積物均以細粉砂為主, 躍移質(zhì)部分與黃河系相比坡度較緩, 分選相對較差, 總體反映海河系水動力條件較弱。

3.2 碳酸鹽含量

碳酸鹽主要指沉積物中的方解石、白云石、文石等碳酸鹽礦物[36], 伴有微量磷酸鹽礦物。研究結(jié)果見表3、表4及圖4。

黃河系沉積物碳酸鹽含量在不同粒度中差別明顯, 碳酸鹽粒度百分含量為4.12%~28.88%, 其加權(quán)平均值為11.36%, 其中現(xiàn)行黃河、廢黃河、黃河故道沉積物碳酸鹽粒度百分含量的加權(quán)平均值分別為12.4%、13.15%、7.11%。在黃河系沉積物中, 黏土(>8)碳酸鹽粒度百分含量最高, 加權(quán)平均值為20.67%, 其次為細砂, 碳酸鹽粒度百分含量加權(quán)平均值為15.24%, 極細砂碳酸鹽粒度百分含量最低, 加權(quán)平均值為9.27%。其中樣品FH1、HG9碳酸鹽粒度百分含量于細粉砂最高(分別為19.28%、12.42%),由于沉積物細砂的鈣質(zhì)結(jié)核使得該粒度碳酸鹽粒度百分含量較高, 隨粒徑變小而遞增, 呈兩端高中間低不對稱鞍形粒度分布。

黃河系沉積物碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量為0.01%~9.34%, 碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量總量平均值為11.37%, 其中現(xiàn)行黃河、廢黃河、黃河故道沉積物中碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量總量平均值分別為12.4%、13.16%、7.11%?，F(xiàn)行黃河及廢黃河沉積物碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量較高, 黃河故道沉積物碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最低。黃河系沉積物細砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最低(0.01%~0.25%), 大部分于粉砂(=4~8)最高(4.88%~8.49%)?，F(xiàn)行黃河沉積物中, 除樣品HH3極細砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最高(7.82%)外, 樣品HH1、HH2粗粉砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最高(分別為6.78%、4.88%); 廢黃河沉積物中, 樣品FH1極細砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最高(9.34%), 其次為細粉砂(=5~8)碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量較高(2.07%), 樣品FH2中-細粉砂(=5~8)碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最高(8.49%), 其次粗粉砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量較高(5.05%), 樣品FH3粗粉砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最高(6.43%), 其次為中-細粉砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量較高(4.67%);黃河故道沉積物極細砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最高(分別為3.37%、3.40%)?？傮w上黃河系沉積物中碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量呈正態(tài)分布, 表現(xiàn)為兩端低中間高, 沉積物碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量集中度較低。

圖3 黃河系與海河系沉積物概率累積圖

海河系沉積物碳酸鹽含量在不同粒度中差異較大, 碳酸鹽粒度百分含量介于6.96%~41.90%, 其加權(quán)平均值為15.05%, 除樣品ZY3極細砂中含有生物介殼較多, 碳酸鹽粒度百分含量最高(41.90%), 樣品DL4中-細粉砂碳酸鹽粒度百分含量較高(20.25%)以外, 各支流沉積物細砂碳酸鹽粒度百分含量最高(約28%), 其次為黏土, 碳酸鹽粒度百分含量加權(quán)平均值為17.18%, 粗粉砂碳酸鹽碳酸鹽粒度百分含量最低(約10%)。由于細砂中含有肉眼能辨別的生物介殼, 所測得碳酸鹽粒度百分含量較高, 沉積物碳酸鹽粒度百分含量均呈現(xiàn)隨粒徑變小先減小后緩慢上升而趨于穩(wěn)定, 呈兩端高中間低不對稱鞍形粒度分布, 與黃河系情況相近。

海河系沉積物碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量在0.05%~ 10.98%, 加權(quán)粒度百分含量總量平均值為15.05%, 各支流沉積物細砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最低(0.05%~0.67%), 中-細粉砂最高(6.82%~10.98%), 沉積物碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量曲線兩端低中間高, 集中度較高。

綜上數(shù)據(jù)分析得出, 黃河系沉積物黏土碳酸鹽粒度百分含量最高, 而粗粉砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最高, 現(xiàn)行黃河及廢黃河碳酸鹽粒度百分含量及加權(quán)粒度百分含量較高, 黃河故道碳酸鹽粒度百分含量及加權(quán)粒度百分含量最低。粒度分析數(shù)據(jù)中顯示黃河系沉積物以粗粉砂為主, 故粗粉砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量對全樣碳酸鹽貢獻最大, 在沉積物粒度分布中, 細砂所占權(quán)重最小, 碳酸鹽粒度百分含量雖然較高, 其碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最低, 對全樣碳酸鹽貢獻最低。海河系沉積物細砂因含有較多生物介殼影響, 碳酸鹽粒度百分含量最高, 其次為黏土碳酸鹽粒度百分含量較高, 而碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量均集中于中-細粉砂。海河系與黃河系相比沉積物碳酸鹽粒度百分含量較高, 碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量集中度高。

表3 黃河系與海河系沉積物碳酸鹽粒度百分含量

表4 黃河系與海河系沉積物碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量

圖4 黃河系與海河系沉積物碳酸鹽粒度百分含量和加權(quán)粒度百分含量

4 討論

4.1 物質(zhì)來源

沉積物物源是碳酸鹽的基本控制因素。碳酸鹽是黃土的重要組成部分, 既有原巖風化帶入的母巖鹽, 也有淋濾淀積遷移形成次生碳酸鹽, 并以后者為主, 具有多源性, 尤以馬蘭黃土、離石黃土中的碳酸鹽含量最高, 對現(xiàn)行黃河沉積物碳酸鹽的含量貢獻最大[37]?，F(xiàn)行黃河及海河系部分支流發(fā)源流經(jīng)黃土地區(qū), 沉積物來源集中, 黃河系及海河系沉積物中碳酸鹽組分與黃土相近。其中次生碳酸鹽是在黃土黏粒空隙中形成的粉砂粒度的次生方解石膠結(jié)物, 少部分以結(jié)核形式存在, 粒度較細, 在粗粒度中含量不高, 隨著粒度變細,方解石含量逐漸增高[9, 42-43], 表現(xiàn)為黏土碳酸鹽富集。廢黃河與黃河故道沉積物均來源于現(xiàn)行黃河, 碳酸鹽粒度百分含量及加權(quán)粒度百分含量與現(xiàn)行黃河基本吻合, 表明所受流域沉積環(huán)境影響較小。

本文研究顯示黃河系沉積物碳酸鹽粒度百分含量的加權(quán)平均值為11.36%, 黏土碳酸鹽粒度百分含量相對富集, 其加權(quán)平均值為20.67%, 其中現(xiàn)行黃河黏土碳酸鹽粒度百分含量加權(quán)平均值為24.52%。黃河系沉積物碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量中-粗粉砂貢獻最大, 集中度較低, 其中黃河及廢黃河沉積物碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量較高, 碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量總量平均值分別為12.41%, 13.16%, 黃河故道碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最低為7.11%(受淋濾作用影響)。海河系沉積物粒度相較黃河系更細, 以細粉砂為主, 其碳酸鹽粒度百分含量為15.05%, 細砂和黏土碳酸鹽粒度百分含量較高; 海河系沉積物碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量集中度較高, 細粉砂貢獻最大, 中-細粉砂碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量最高, 碳酸鹽加權(quán)粒度百分含量總量平均值為8.36%。據(jù)劉東生[38]對黃土高原3種典型黃土碳酸鈣研究(見表5), 富含碳酸鹽是黃土的一大特性, 尤以馬蘭黃土(11.96%)、離石黃土(10.70%)中的碳酸鹽含量最高, 對黃河沉積物碳酸鹽的貢獻最大, 與本文現(xiàn)行黃河碳酸鹽粒度百分含量加權(quán)平均值12.4%差異不大, 表明黃河在搬運過程中對黃土碳酸鹽沒有明顯改造, 且馬蘭黃土是現(xiàn)行黃河沉積物的主要來源, 黃河沉積物碳酸鹽粒控性受粗粉砂影響較大, 流域沉積環(huán)境對沉積物碳酸鹽影響較小。

表5 黃土高原三種典型黃土的碳酸鹽含量[38]與黃河系、海河系碳酸鹽粒度百分含量加權(quán)平均值

相關(guān)研究表明, 黃河現(xiàn)代河口區(qū)碳酸鹽粒度百分含量平均含量為13%[39], 與本文研究得出現(xiàn)行黃河碳酸鹽粒度百分含量加權(quán)平均值12.4%相近。碳酸鹽低值區(qū)(均<5%)在黃河故道口與黃河口之間的近岸區(qū)與萊州灣南部[40]。與本文分析結(jié)果黃河故道碳酸鹽粒度百分含量及加權(quán)粒度百分含量最低相吻合。長江沉積物全樣碳酸鹽粒度百分含量在4%~8%, 碳酸鹽粒度百分含量平均值為6.3%, 呈衰變型粒度分布, 與黃河情況相反, 差異明顯[8]?，F(xiàn)代黃河物質(zhì)、老黃河三角洲物質(zhì)對南黃海沉積物碳酸鹽貢獻最大, 其表層沉積物碳酸鹽含量呈現(xiàn)南高北低, 西高東低總特征[40]。由此顯示, 碳酸鹽可以作為黃河沉積物的特征成分或示蹤成分來追溯黃河沉積物在中國渤海、黃海甚至東海陸架上的分布和影響。

現(xiàn)有研究表明, 渤海泥質(zhì)區(qū)表層沉積物主要以黏土質(zhì)粉砂為主, 西北部沉積物較細, 東南部沉積物相對較粗[41], 渤海東部陸架區(qū)碳酸鹽鹽粒度百分含量平均值為8%[37], 與本文現(xiàn)行黃河碳酸鹽粒度百分含量加權(quán)平均值12.4%差異較小, 表明渤海中部地區(qū)沉積物受黃河源物質(zhì)影響較大, 除此之外海洋沉積作用對沉積物的搬運和沉積也有重要影響, 制約沉積物的擴散方向。

黃海泥質(zhì)區(qū)碳酸鹽是海洋自生的碳酸鹽與陸源輸入碳酸鹽的混合物, 受海洋生物及碳酸鹽的溶蝕與沉淀等因素影響, 碳酸鹽粒度百分含量平均值較高(21.46%)[40]與本文黃河系黏土部分碳酸鹽粒度百分含量加權(quán)平均值19.33%差異不大, 許多學者認為黃海泥質(zhì)區(qū)沉積物碳酸鹽含量高與現(xiàn)行黃河和廢黃河沉積物有關(guān)[44-45], 本文研究表明黃河沉積物的黏土部分可能是黃海泥質(zhì)區(qū)沉積物主要來源, 黃河沉積物入海以后被水動力分選, 泥質(zhì)部分經(jīng)懸浮搬運至黃海泥質(zhì)沉積區(qū)。

4.2 水動力條件

沉積物中碳酸鹽含量除物源影響外, 河流水動力條件對碳酸鹽的形成也有重要影響。水動力作用直接控制沉積物分布, 間接控制和影響碳酸鹽分布, 水動力的不斷作用下, 沉積物發(fā)生重力分異, 使細粒組分在水動力作用相對較弱的地域堆積, 細粒組分越多, 碳酸鹽含量越高[37]。根據(jù)黃河系與海河系沉積物粒度組成和粒度參數(shù)變化, 黃河系沉積物屬于極細砂-粗粉砂, 分選性中-差, 沉積環(huán)境中水動力表現(xiàn)強-弱的變化。海河系沉積物屬于粗-細粉砂, 基本由粉砂和黏土組成, 細粒的沉積物反映了海河系水動力條件較弱的環(huán)境。海河系水動力條件較弱, 沉積物粒度相比于黃河系更細, 而黃河的水動力條件遠遠大于海河, 沉積物粒度相對較大, 表現(xiàn)為海河系沉積物碳酸鹽粒度百分含量及加權(quán)粒度百分含量均大于黃河系。而黃河故道的沉積物主要來源于現(xiàn)行黃河, 該區(qū)地勢較高, 表層沉積物易受降水等因素影響, 淋濾作用顯著, 表現(xiàn)為黃河故道碳酸鹽粒度百分含量最低。

海河系沉積物碳酸鹽粒度百分含量黃河系相比較高, 富集于黏土組分, 細粒度沉積物碳酸鹽粒度百分含量與黃河系近似(海河系略高)。海河入海泥沙遠比黃河少, 對黃、渤海表層沉積物碳酸鹽影響遠遠不及黃河的影響, 但在環(huán)境變遷研究中對渤海灣小區(qū)域沉積物成分的影響不應(yīng)忽視, 據(jù)現(xiàn)行黃河與海河沉積物碳酸鹽粒度百分含量與粒度的關(guān)系, 可以作為黃渤海沉積物物源判別、沉積相識別的指標。

5 結(jié)論

1) 黃河系沉積物以粗粉砂為主, 平均粒度百分含量為42.95%, 分選性中等, 粒度分布正偏, 峰態(tài)曲線尖窄, 躍移質(zhì)特征明顯; 海河系沉積物以中-細粉砂為主, 平均粒度百分含量為50.31%, 分選性較差, 粒度分布正偏, 峰態(tài)曲線較平緩, 懸移質(zhì)特征明顯。

2) 海河系與黃河系碳酸鹽粒度百分含量較高, 海河系略高于黃河系, 它們均受粒度控制, 在其粒度主要分布區(qū)間, 碳酸鹽粒度百分含量隨粒度變細而增高, 黏土碳酸鹽粒度百分含量達到最高, 黏土碳酸鹽粒度百分含量加權(quán)平均值分別為17.18%, 20.67%。而對全樣碳酸鹽貢獻最大的粒度黃河系為粗粉砂, 海河系為細粉砂。

3) 黃河系全巖碳酸鹽與馬蘭黃土相近, 黃渤海泥質(zhì)區(qū)碳酸鹽平均含量與黃河黏土部分相當, 表明黃河在沉積物搬運過程中對黃土碳酸鹽沒有明顯改造, 黃河黏土部分是黃渤海泥質(zhì)區(qū)沉積物高碳酸鹽的主要影響因素。

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Comparative analysis of carbonates in sediments of the Yellow River and the Haihe River estuaries

WANG Yan-jun, JIN Bing-fu

(College of Resources and Environmental Engineering, Ludong University, Yantai 264025, China)

The sediment sieve settlement method is used to analyze graunulometry of sediments in the Yellow River and the Haihe River systems. Sediments in the Yellow River are very fine sand and coarse silt with medium sorting, and statistical analysis shows a positive skewness in the size distribution with a narrow kurtosis curve. The Haihe River sediment is fine silt with poor sorting, a partial size distribution, and a relatively flat kurtosis curve. The carbonate content of different grain sizes in the Yellow River and the Haihe River sediments is measured in addition to the proportion of whole carbonate; results show an average carbonate content of carbonate sediments in the Yellow River of 11.36%; the fine-sand grain content is higher at an average of 15.24% (the level of fluctuation gradually decreases with an increase in the grain size), and there is an average enrichment in the clay part of 20.67%; The average carbonate content in the Haihe River sediments is 15.05%, therefore slightly higher than in the Yellow River, and shows a low-asymmetric saddle size distribution at both ends. The proportion of carbonate in both rivers is controlled by particle size; in the Yellow River the coarse-grained silt has the greatest contribution to whole carbonate, whereas in the Haihe River the fine powder has the greatest contribution. The main rocks of the Yellow River are similar to the carbonate content of Malan loess, which is equivalent to the carbonate content in the muddy area of the Yellow Sea and the Bohai Sea, thereby indicating that the main source of the Yellow River sediments is the Malan loess. There is no evident modification of the carbonate content in the process of sediment transport in the Yellow River, and the main factors influencing the high carbonate content of the muddy area of the Yellow Sea are the fine elements from the Yellow River.

carbonate; grain size distribution; sediment; the Yellow River System; the Haihe River System

(本文編輯: 劉珊珊)

P736

A

1000-3096(2017)07-0094-11

10.11759/hykx20161208001

2016-12-08;

2017-03-15

國家自然科學基金(41576057)

[National Natural Science Foundation of China, No.41576057]

王艷君(1991-), 女, 山東淄博人, 碩士研究生, 研究方向: 河口海岸過程分析與應(yīng)用, 電話: 17862824112, E-mail: yjwangwst@ 163.com; 金秉福, 通信作者, 教授, 主要從事海洋地質(zhì)研究, E-mail: bfjin@126.com

Dec. 8, 2016