遼南紅沿河剖面沉積物粒度特征分析

劉 暢，白玲暉

(遼寧師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116029)

1 引言

粒度作為沉積物的基本物理參數(shù)，包含著重要環(huán)境信息，其測(cè)定極具代表性且分析便捷、經(jīng)濟(jì)，基本不受生物擾動(dòng)和后期成巖作用影響等優(yōu)勢(shì)，已被成功運(yùn)用于多種類(lèi)型沉積物的古氣候研究中[1]。 湖泊水動(dòng)力是影響湖泊沉積物粒度分布特征的主要因素，一般從湖岸至湖心隨水深增大，湖水平均動(dòng)能逐漸降低，湖泊沉積物會(huì)出現(xiàn)礫—砂—粉砂—粘土的環(huán)帶狀變化規(guī)律[2]。此外，還受物源和搬運(yùn)方式(懸浮、跳躍和滾動(dòng))的影響。本文以紅沿河剖面粒度組成、頻率曲線及粒度參數(shù)的變化為基礎(chǔ)，分析其粒度特征變化。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼東半島中南部西側(cè)海岸，地處亞歐大陸東岸，海陸交互地帶，西鄰渤海(圖1)，紅沿河剖面(39.805326°N,121.493124°E,3.40 m)位于遼寧省大連市瓦房店紅沿河鎮(zhèn)西北部，剖面厚度360 cm，除去表面浮土從地表向下10 cm處開(kāi)始采集樣品，每間隔2 cm采取一個(gè)樣品，共獲得180個(gè)樣品，根據(jù)巖性特征將剖面劃分8個(gè)地層單元，如圖2。

3 研究方法

本文采用的粒度測(cè)試在遼寧師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心使用BECKMAN激光衍射粒度儀LS 13320分析完成，測(cè)量范圍0.04～2000 μm，可確保獲得完整的粒度頻率曲線。樣品前處理過(guò)程主要為，首先將自然風(fēng)干的樣品過(guò)篩得到不大于2 mm的均勻組分，使用電子秤稱(chēng)取0.25～0.28 g，放入100 mL容量的燒杯中，加入10 mL濃度30%的H2O2，放置24 h移至電熱板加熱直至沸騰得以充分反應(yīng)去除有機(jī)質(zhì)，持續(xù)2、3 min。再加入10 mL濃度10%的HCl，靜置24 h移至電熱板加熱得以充分反應(yīng)以去除碳酸鹽。加入蒸餾水稀釋?zhuān)⒏?、6 h換水，洗至中性。接著加入10 mL濃度0.05 mol/L的(NaPO3)6，最后上機(jī)測(cè)試。

圖1 研究區(qū)和采樣點(diǎn)位置

圖2 紅沿河剖面巖性柱狀圖

4 結(jié)果分析

4.1 粒度組成特征

根據(jù)吳正[3]的粒度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將沉積物劃分為粘土(<4 μm)、粉砂(4～63 μm)、極細(xì)砂(63～125 μm)、細(xì)砂(125～250 μm)、中砂(250～500 μm)、粗砂(>500 μm)6個(gè)等級(jí)(表1)。

表1 紅沿河剖面粒度組成

按此標(biāo)準(zhǔn)可知紅沿河整個(gè)剖面以粉砂和極細(xì)砂為主，平均含量分別為36.82%和21.75%。12～30 cm以中砂、粗砂為主，該層離地表最近，是整個(gè)剖面中粗砂含量最豐富的一層；30～118 cm、170～262 cm和272～326 cm都以粉砂和極細(xì)砂為主，相差不大，含條帶狀黏土條和黃色銹斑，且粘土含量較高；118～170 cm粗砂明顯增加，為疏松砂質(zhì)條帶；262～272 cm沉積單元粒度頻率曲線呈現(xiàn)三峰，中砂和粗砂持續(xù)增加明顯，其他粒級(jí)不同程度減少，該層以粉砂、中砂、粗砂為主；272～326 cm粉砂、極細(xì)砂顯著增加，粉砂增至整個(gè)剖面粉砂最豐富的一層，中砂、粗砂顯著減少，為整個(gè)剖面粗砂最少的層序，本層含黃色銹斑和黏土條；326～358 cm細(xì)砂、中砂、粗砂不同程度增加；358～370 cm中砂粗砂明顯增加，以粉砂、中砂為主。

4.2 頻率曲線特征

粒度頻率曲線可以直觀反映沉積環(huán)境信息，橫坐標(biāo)代表粒徑范圍，縱坐標(biāo)代表百分含量，多峰態(tài)反映多種沉積環(huán)境復(fù)雜，搬運(yùn)距離、搬運(yùn)方式不同，水動(dòng)力條件不同會(huì)影響偏態(tài)，即峰值分布的粒徑區(qū)間[4]。

紅沿河剖面粒度頻率曲線具有兩個(gè)明顯的峰值，分別對(duì)應(yīng)66 μm、216 μm的粒徑，極具一致性。此外，在560 μm、625 μm和950～1065 μm也存在雙峰態(tài)及三峰態(tài)的粗粒組分峰值，變化趨勢(shì)波動(dòng)，可能為不同物源搬運(yùn)、氣候變化所影響。12～30 cm、30～118 cm、272～326 cm沉積單元呈單峰態(tài)，說(shuō)明沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，而且12～30 cm明顯的砂礫質(zhì)，從而使得峰值較大，反映當(dāng)時(shí)沉積動(dòng)力條件較強(qiáng)。170～236 cm、358～370 cm主要為微弱雙峰態(tài)，一峰明顯另一峰微弱，反映該時(shí)期沉積環(huán)境為過(guò)渡階段，170～236 cm主要集中在216 μm附近為主峰值，微小峰值在250 μm附近，結(jié)合236～262 cm和262～272 cm的特征性粒度頻率曲線，可以反映出當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境逐漸變化為復(fù)雜多樣。358～370 cm主峰值集中在450 μm附近，次峰值在216 μm附近處，結(jié)合前一層主要呈明顯雙峰態(tài)可以看出，沉積環(huán)境是由不穩(wěn)定向穩(wěn)定變化，水動(dòng)力逐漸增強(qiáng)。118～170 cm、236～262 cm和326～358 cm為明顯的雙峰態(tài)，沉積環(huán)境不穩(wěn)定，118～170 cm雙峰峰值集中在216 μm和625 μm附近，說(shuō)明水動(dòng)力條件強(qiáng)弱交錯(cuò)，236～262 cm、326～358 cm雙峰峰值主要集中在216 μm和250 μm附近，反映當(dāng)時(shí)水動(dòng)力條件較弱。262～272 cm沉積環(huán)境最為不穩(wěn)定，多種因素作用，頻率曲線呈明顯三峰態(tài)，峰值主要集中在216 μm、250 μm和950～1065 μm，水動(dòng)力條件強(qiáng)弱交替復(fù)雜。

4.3 粒度統(tǒng)計(jì)參數(shù)特征

粒度參數(shù)是度量沉積物粒度特征的直接的尺度，各參數(shù)代表不同的環(huán)境意義，且相互有著密切聯(lián)系，所以分析各粒度參數(shù)及相關(guān)性以分析沉積環(huán)境具有重要意義，主要運(yùn)用圖解法，較簡(jiǎn)單便捷[5]。平均粒徑Mz代表粒度的平均水平，中值粒徑Md是頻率累積曲線上顆粒累積含量超過(guò)50%的粒徑值。標(biāo)準(zhǔn)離差δ(分選系數(shù))反映粒徑分布的分散和集中程度，偏度Sk表示粒度頻率曲線對(duì)稱(chēng)性，峰度Ku是衡量曲線的尖銳程度，峰態(tài)數(shù)值越小，說(shuō)明沉積物來(lái)源越一致(圖3)。

圖3 粒度參數(shù)垂向分布

從不同沉積單元來(lái)看，12～30 cm野外觀察為明顯的粗砂帶，平均粒徑(410.60 μm)、中值粒徑(399.02 μm)、偏態(tài)(0.47)和峰態(tài)(1.47)都為整個(gè)剖面的最大值，表現(xiàn)為偏態(tài)極正偏，峰窄，標(biāo)準(zhǔn)離差為1.28，是剖面分選最好的一層。118～170 cm、262～272 cm、358～370 cm為粒徑平均值較大的層序，標(biāo)準(zhǔn)離差較高，其中262～272 cm為剖面最大值2.23，分選差，反映該層粒徑范圍分布廣，水動(dòng)力條件變化豐富，沉積環(huán)境十分不穩(wěn)定。30～118 cm、170～236～262 cm、272～326 cm單元粒徑平均值較小，其中30～118 cm標(biāo)準(zhǔn)離差最高，其他三層分選程度相似。236～262 cm呈近對(duì)稱(chēng)形態(tài)，其他層位都為正偏和極正偏。262～272 cm、326～3558 cm和358～370 cm峰態(tài)平均值為0.93、1.06、0.95，屬中等態(tài)，為整個(gè)剖面最小的3個(gè)層位，說(shuō)明這兩層物質(zhì)沉積前受改造較少，粒徑范圍廣，其他層位范圍在1.11～1.56間，呈窄峰態(tài)，反映粒度較為集中分布。262～272 cm粉-中砂-粗砂層在整個(gè)剖面標(biāo)準(zhǔn)離差最大(2.23)，多物源、多動(dòng)力條件相互作用導(dǎo)致粒級(jí)分布廣。

5 結(jié)論

整個(gè)剖面以粉砂和極細(xì)砂為主，呈正偏態(tài)，偏向粗顆粒，12～30 cm中砂、粗砂為主，其分選性相對(duì)較好，粒徑總體先逐漸轉(zhuǎn)大后轉(zhuǎn)小，反映沉積動(dòng)力條件由大變??；30～118 cm、170～262 cm、272～326 cm、326～358 cm沉積環(huán)境穩(wěn)定，平均粒徑和中值粒徑基本一致；118～170 cm沉積環(huán)境波動(dòng)大，粒徑明顯增大趨勢(shì)，以粉砂、粗砂為主，水動(dòng)力增大，說(shuō)明此階段有強(qiáng)降水或者水流輸入，使得水動(dòng)力條件強(qiáng)弱交錯(cuò)；262～272 cm粒徑小幅增大，分選性性差，粒徑分布范圍廣，多物源、多動(dòng)力條件交互影響，呈三峰態(tài);358～370 cm以粉砂和中砂為主，沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，粒徑呈增大趨勢(shì)，其下部為基巖。紅沿河剖面總體沉積穩(wěn)定，主要有兩次波動(dòng)，反映多物源多動(dòng)力條件交互復(fù)雜。