夾河口西側(cè)壩附近沉積物粒度特征分析

胡興驥 李峰 王瑩

摘 要： 根據(jù)2017年12月在煙臺市夾河入海口西側(cè)壩的附近所采集的6個表層樣品的沉積物粒度分析結(jié)果，探討了本地區(qū)的粒度分布特征和沉積作用。研究結(jié)果表明，本地區(qū)的沉積物的粒度具有典型的海灘砂特征。沉積物以砂為主，幾乎沒有粉砂、黏土和比較大的礫石，分選性也比較好。大壩右側(cè)沉積物順夾河從南到北，沉積物的顆粒逐漸變粗；大壩左側(cè)的沉積物整體上從海到陸也是呈現(xiàn)變粗的趨勢，但是，在潮間帶到岸邊的中間地帶有一段出現(xiàn)顆粒物粒徑變細的情況，是近岸往復(fù)水動力和當?shù)氐匦蔚挠绊憽?/p>

關(guān)鍵詞： 粒度分析；沉積環(huán)境；T形壩；水動力條件

0引言

粒度分析是研究沉積物中不同粒度的百分比含量及粒度分布特征的一種方法，能夠反映沉積環(huán)境的水動力特征，是沉積學(xué)研究中的一種普遍使用的方法[1]。在20世紀五六十年代，許多學(xué)者都已經(jīng)利用已知環(huán)境中的沉積物粒度特征的資料，例如，粒度參數(shù)，概率值累積曲線，CM圖等等，進行了沉積相分析和古環(huán)境重建方面的大量前期研究[2-6]。沉積物或者沉積巖的粒度特征可以揭示出當?shù)氐某练e環(huán)境，粒度特征不同可以反映出不同的水動力條件，與此同時，粒度特征還受到物質(zhì)來源，當?shù)氐牡匦蔚貏菀约翱赡艿娜藶橐蛩氐挠绊?。近些年來，粒度分析得到了大量的?yīng)用，既可以將其應(yīng)用于土壤分析、沙漠環(huán)境分析，還可以用于河湖沉積分析和海洋沉積物分析等。為了更好地對古環(huán)境進行研究，需要對現(xiàn)代的沉積物粒度特征進行分析，通過古今沉積物特征的對比，為古代環(huán)境重建和沉積相分析提供研究資料。

煙臺地區(qū)的海岸帶多為砂岸和巖岸，夾河口地區(qū)是典型的砂岸，屬于小型局地河流，十分具有研究意義。本地區(qū)地處海洋和河流的交互作用地帶，受到河海的雙重水動力影響。為了解夾河口大壩左右兩側(cè)的沉積地貌和水動力條件，得到比較客觀公正的觀點。經(jīng)過實地采取河岸及海灘樣品，并對這些樣品進行了仔細的篩分稱量，對于夾河口的粒度特征有了基本的了解，對本地區(qū)的動力沉積環(huán)境和岸灘演變的研究提供一些基礎(chǔ)資料。

1研究區(qū)概況

夾河，地處煙臺市中心城區(qū)的西側(cè)郊區(qū)，由外夾河和內(nèi)夾河兩條支流組成（圖1）。東支流為干流，稱外夾河，發(fā)源于海陽市郭城鎮(zhèn)的牧牛山，全長為75 km；西支流為內(nèi)夾河（又稱清洋河），發(fā)源于棲霞市城南的小靈山一帶，全長為65 km。兩條支流在福山區(qū)東關(guān)村北1 km匯合稱大沽夾河（簡稱夾河），經(jīng)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的勝利東村注入黃海。T形壩位于夾河入海口處，地處海洋和陸地的交界地帶，既受到河流沖刷的影響，同時受到海洋潮流的沖刷，具有多樣的構(gòu)造成因和沉積狀況。

①—JHB-1 ；②—JHB-2；③—JHB-3；④—JHB-4；⑤—JHB-5；⑥—JHB-6

圖1 研究區(qū)的地理位置

2樣品采集和數(shù)據(jù)處理

2.1研究地區(qū)和采樣方法

供試的樣品取自于夾河口，自河口東側(cè)從南到北，每隔50 m左右采集一次，分別編號為JHB-1、JHB-2、JHB-3，西側(cè)在平均高潮線到平均低潮線之間進行采集，間隔5 m左右，分別編號為JHB-4、JHB-5、JHB-6。取表層2 cm的沉積物。

2.2樣品分析和數(shù)據(jù)處理

2.2.1分析方法

粒度分析方法有很多種.目前常用的有沉降法、篩分法、激光光散射法等。篩分法具有簡單方便、直觀、設(shè)備成本低的優(yōu)點，經(jīng)過慎重考慮，選擇了這種方法為本次實驗使用。經(jīng)過對粒度范圍的大致確定，全部樣品均用標準套篩進行處理分析。分析的時候選用的套篩為-2～4 Φ的范圍，其間隔為0.5 Φ。

2.2.2實驗步驟

考慮到樣品采集自沿海地區(qū)，受海水影響較大，含鹽率較高，容易板結(jié)，為使其充分分散，篩析前先將樣品進行洗鹽處理。樣品中如果有貝類或其他雜質(zhì)，預(yù)處理時將其撿出。將采集到的樣品取200～300g放入1000 ml的燒杯中，加入清水，攪拌，靜置4-6 h，待上層水澄清時，緩慢地將水倒掉，重復(fù)3次，樣品可洗凈。

將洗鹽后的樣品放進烘干機放置24 h后取出，稱量100 g干樣進行篩析。篩析后每個樣品獲得14個粒度組分的數(shù)據(jù)。

2.2.3數(shù)據(jù)處理

將不同粒級的重量在excel里面換算成重量百分比，累積百分比。粒度參數(shù)計算參照?？思拔值拢‵olk and Ward，1957）提出的粒度參數(shù)計算公式進行計算（表1）。通常采用圖解法。使用Grapher5進行制圖工作，并根據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制累積頻率曲線和頻率分布曲線，以及概率累積曲線。通過曲線讀出所需要的Φ值（表2）。利用CoreDRAW X4 SP2對制作出來的頻率曲線和累積曲線進行加工。

3 結(jié)果與討論

3.1平均粒徑

平均粒徑代表粒度分布的集中趨勢。如果用有效能來表示的話，則代表沉積介質(zhì)的平均動力能（速度）。但是，沉積物的平均粒度在一定程度上還取決于源區(qū)物質(zhì)成分的粒度。

研究區(qū)中各個采樣點的沉積物粒徑范圍在-2～4 Φ之間（0.0625～4 mm），主要粒度直徑分布在0～3 Φ之間（0.125～1 mm）。各樣品的粒徑平均值在1.37～2.12 Φ之間，平均為1.77 Φ。壩東側(cè)三個樣品，平均粒徑在1.37～2.12之間，均值為1.69；西側(cè)，平均粒徑位于1.71～2.04之間，均值為1.85。

3.2標準偏差

標準偏差（σ）表示粒徑頻率曲線的擴散程度，它的大小反映了沉積物分選的好壞?？煞譃橐韵聨讉€等級：

標準偏差介于0.41～0.73之間，平均值為0.56，分選以中等為主。本地區(qū)的顆粒分選基本上處于二三級，分選較好，σ值大都在0.5以下，沒有超過0.8。壩東側(cè)，標準偏差介于0.5～0.65，均值為0.6；西側(cè)，標準偏差介于0.41～0.73，均值為0.53。

本地區(qū)處于夾河入海口地帶，呈現(xiàn)出很明顯的濱海砂特征。河流沉積物是在單向水流的作用下，進行搬運、沉積，流速一旦發(fā)生變化，夾帶于水中的泥沙就會沉積下來，但河水流速變化的范圍較大而且比較頻繁，沉積物的粒級范圍分布也比較廣，而且河流沉積物的沉積速度也較快，時間較短，得不到后來水流對它進行充分分選的機會，所以河流沉積物的分選程度一般情況下不及海濱沉積物好，分選系數(shù)和標準偏差值和平均粒徑的變化范圍通常情況下較大。

本地區(qū)所受到的物源影響比較小，分選情況相對比較規(guī)則。

3.3偏度

偏度（SK）可以判別粒度分布的對稱性。這個概念反映了沉積過程中能量的變異情況，是用來測量頻率曲線的不對稱程度的一個數(shù)值。有學(xué)者指出[22]，它主要受沉積物屬性控制，既和沉積環(huán)境的類別有關(guān)，又和環(huán)境能量是否對應(yīng)平衡有一定關(guān)系，還受到人為因素和計算方法的影響。

我們可以判斷，除去6號樣品外，本地區(qū)屬于近對稱類型，沉積物分選較好，反映出顆粒較細，沉積物的物質(zhì)來源就比較的穩(wěn)定。6號樣品偏度略微極端，結(jié)合表2，我們不難發(fā)現(xiàn)，它的分選狀況較差一些，物質(zhì)來源較復(fù)雜。

3.5 頻率曲線

東西兩側(cè)沉積物的粒徑分布差別不大，成分均是以砂為主。不同的是，東側(cè)的頻率曲線呈近正態(tài)分布，西側(cè)曲線則有很明顯的粗尾存在。

3.6概率累積曲線

概率累積曲線可以反映出沉積物搬運方式和粒度分布之間的關(guān)系，能夠有效地認識到沉積物的搬運機制并且解釋沉積環(huán)境。沉積物的粒度成分按照它們的搬運方式的差別可以分為推移、躍移和懸移三種粗細不同的成分。

由于沉積物搬運方式的不同，我們在做概率值累積曲線圖的時候所得出的也并非是一條直線，有的可能是由幾個線段組成（圖3）。

T形壩東側(cè)2、3號樣品其曲線可以大致分為三個部分，呈現(xiàn)出“緩—陡—緩”的模式。西側(cè)4、5、6號樣品，呈現(xiàn)出“緩—陡”的模式，大致可以分為兩段。 對T形壩東西兩側(cè)部分的累積曲線進行比較，不難發(fā)現(xiàn)，相似度很大，粒度呈現(xiàn)出典型的海灘砂特征，以躍移成分為主，同時含有少量的推移和懸移成分。東側(cè)位于夾河口的位置，與T形壩的西側(cè)相比，它大致可以分為三段，反映出本區(qū)的沉積物顆粒粗細均有，沒有缺失和劇烈的變化。夾河地處低矮的丘陵地帶，沒有比較劇烈的起伏活動，所以下游沉積受到的流水作用比較穩(wěn)定。本地區(qū)還受到一定的風(fēng)力作用和海洋的潮流影響。T形壩東側(cè)斜率越離岸斜率越低，分選越差，由于T形壩的阻擋，主要受到海洋潮流作用和風(fēng)力作用。西側(cè)與東側(cè)相比，其曲線為兩段或近似一段，表現(xiàn)出良好的分選性。

4研究結(jié)論

1.夾河口T形壩東西兩側(cè)表層的沉積物顆粒都以粒徑為0.125～0.5 mm的砂為主，礫石次之，粉砂和黏土的含量幾乎為零，具有比較好的分選性。

2.T形壩東西兩側(cè)的表層沉積物粒徑表現(xiàn)出區(qū)域的差異性，T形壩西側(cè)直接與海洋接觸，所以受到海洋的影響大；東側(cè)位于河流入海口，受到河流和海洋的雙重作用比西側(cè)更加明顯。西側(cè)的標準偏差均值0.53小于東側(cè)的0.6，所以它的分選要更好，；西側(cè)偏度均值-0.13大于0.27（右側(cè)偏度均值），顯示出西側(cè)的粗粒成分比東側(cè)的粗粒成分要多一些；西側(cè)峰態(tài)均值0.9小于東側(cè)峰態(tài)均值1.02，東側(cè)的峰比較尖銳，沉積物來源更加單一。

3.T形壩地區(qū)粒度分布頻率曲線總體上以單峰為主，表現(xiàn)出研究區(qū)域表層沉積物來源的相對單一性。從粒徑變化上看，T形壩東側(cè)部分從河到岸的變化是逐漸變粗；西側(cè)部分從海到陸也是總體上呈現(xiàn)變粗的趨勢，中間的部分粗粒物質(zhì)比低潮線附近要低，是近岸往復(fù)水動力作用以及當?shù)氐匦蔚挠绊憽?/p>

參考文獻

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作者簡介：胡興驥（1994- ），男，遼寧海城人，碩士研究生，主要從事自然地理學(xué)方向研究。