現(xiàn)代黃河三角洲南部潮間帶及附近海域沉積特征認(rèn)識(shí)與分析

黃學(xué)勇，高茂生，侯國(guó)華，張戈，劉森，黨顯璋，4

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，山東青島 266071

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

3.山東大學(xué)海洋研究院，山東青島 266237

4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境學(xué)院，武漢 430074

0 引言

黃河下游河道以“善淤、善決、善徙”著稱，有歷史記記載7 000 a B.P.以來(lái)，大規(guī)模河道變遷可歸納為6次[1]。葉青超[2]、成國(guó)棟等[3]、楊懷仁等[4]利用大量地質(zhì)鉆孔資料，結(jié)合歷史地理信息，劃分了黃河下游平原的地貌單元，客觀的厘清了黃渤海沿岸河流三角洲之間的關(guān)系，總結(jié)了第四紀(jì)以來(lái)岸線變遷規(guī)律，將黃河在黃、渤海沿海形成的三角洲沉積體劃分為10個(gè)超級(jí)葉瓣[5-6]。相關(guān)科研單位和研究人員以此為理論基礎(chǔ)開(kāi)展了一系列有關(guān)三角洲演變過(guò)程的研究[7-10]。其中以目前尚在生長(zhǎng)現(xiàn)代黃河三角洲研究最為典型[11-13]。龐家珍等[14]將1855年來(lái)黃河入海流路劃分為10期，薛春汀[15]結(jié)合這一成果將現(xiàn)代黃河三角洲劃分為2期亞三角洲，包含8個(gè)沉積葉瓣。李廣雪等[16]對(duì)黃河水下三角洲沉積單元進(jìn)行的劃分進(jìn)一步完善了現(xiàn)代黃河三角洲分區(qū)特征。Yeet al.[17]依據(jù)河道、海岸線等年代變化，運(yùn)用ArcGIS等技術(shù)手段，深入研究了每一個(gè)亞三角洲的景觀圖譜信息，明確了各時(shí)期沉積葉瓣的疊加關(guān)系和界限。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外地學(xué)工作者多以廢棄時(shí)間最近的刁口葉瓣[18-20]和正在發(fā)育的清水溝葉瓣[21-23]為研究對(duì)象，研究?jī)?nèi)容包括了北部三角洲岸線蝕退[24]和相關(guān)地質(zhì)工程實(shí)施與評(píng)價(jià)[25]；現(xiàn)代黃河口淤進(jìn)規(guī)律[26]、濕地開(kāi)發(fā)與保護(hù)[27-28]、入海物質(zhì)運(yùn)移規(guī)律[29-30]等。相比之下，萊州灣西南部黃河三角洲潮間帶及附近淺海研究?jī)?nèi)容相對(duì)偏少。這一區(qū)域的潮間帶具有形成時(shí)間早、廢棄后受外部影響小、沉積厚度薄等特點(diǎn)，調(diào)查沉積物質(zhì)量本底可最大程度節(jié)約成本、減小工作量和施工難度，且由于目前潮間帶處于弱淤進(jìn)狀態(tài)，現(xiàn)代沉積物覆蓋程度較小，對(duì)于黃河三角洲潮間帶沉積物質(zhì)量本底有很好的代表性。

本文依托在現(xiàn)代黃河三角洲南部潮間帶采集的2個(gè)柱狀樣，同時(shí)結(jié)合附近海域10個(gè)柱狀樣的粒度和地球化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)，綜合分析黃三角洲南部河海交互作用下的沉積特征。為深入分析現(xiàn)代黃河三角洲的沉積背景，本文收集了前人關(guān)于黃河三角洲和萊州灣南岸的7個(gè)鉆孔的沉積相和沉積速率的信息，結(jié)合黃河河道變遷，分析黃河三角洲潮間帶沉積特征演化過(guò)程，進(jìn)而對(duì)沉積年代進(jìn)行初步標(biāo)定。

1 研究區(qū)地理概況

潮間帶取樣地點(diǎn)位于現(xiàn)代黃河三角洲南部廣利河口附近，沖淤情況穩(wěn)定，處于弱淤進(jìn)狀態(tài)，分帶較好，順岸線變化小。淺海區(qū)取樣地點(diǎn)現(xiàn)代黃河水下三角洲的南部三角洲側(cè)緣、南部廢棄水下三角洲以及萊州灣南岸的濰河—彌河水下三角洲[31]（圖1）。近代以來(lái)，黃河曾于1897—1904年、1929—1934年、1947—1953年以及1976—1996年對(duì)萊州灣沉積環(huán)境有直接影響，目前萊州灣西部主要沉積環(huán)境包括現(xiàn)代黃河水下三角洲以及南部廢棄水下三角洲（形成于1929—1934年）。廣利河曾是黃河入海河道，黃河向北歸流后，經(jīng)多年自然和人為因素的改造，演變?yōu)楝F(xiàn)在的河道在入海過(guò)程中，溢洪河與支脈河依次匯入，從而形成了三河相通的水系[32]。萊州灣南岸的小清河、彌河、白浪河、虞河、濰河、膠萊河屬于發(fā)源于山東中部山地、丘陵，均為中小河流，共同塑造了典型的集群河流三角洲（濰河—彌河三角洲），萊州灣南岸淺海區(qū)為水下三角洲沉積環(huán)境。

圖1 研究區(qū)概況及取樣地點(diǎn)（a）底圖為L(zhǎng)andsat 8 OLI_TIRS，（b）底圖為DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，源自地理空間數(shù)據(jù)云（www.gscloud.cn），黃河舊河道變化引自文獻(xiàn)[14]，三角洲和水下沉積環(huán)境界線引自文獻(xiàn)[16]Fig.1 Location of study area and sampling sites

2 材料與方法

2.1 樣品采集

在科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)“我國(guó)典型潮間帶沉積物本底及質(zhì)量調(diào)查與圖集編研”支持下，2014年9月，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所在現(xiàn)代黃河三角洲潮間帶由南向北進(jìn)行取樣，采集的柱狀樣分別命名為DYZ1和DYZ2，其中，DYZ1為中潮區(qū)，DYZ2為低潮區(qū)。柱狀樣密封保存，用標(biāo)簽標(biāo)注取樣時(shí)間、地點(diǎn)、長(zhǎng)度、方向等信息，豎直存放在樣品庫(kù)中，用巖芯切割儀將柱狀樣沿直徑分成兩份，用刻度尺標(biāo)好刻度及標(biāo)記，拍照，對(duì)巖芯進(jìn)行巖性描述，并做好相應(yīng)記錄，依據(jù)刻度，按2 cm厚度的等間距取子樣品。LZW1～LZW10柱狀樣來(lái)源于由青島海洋地質(zhì)研究與山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院合作的“萊州灣海岸帶海陸統(tǒng)籌綜合地質(zhì)調(diào)查（試點(diǎn)）”項(xiàng)目。本次研究中10個(gè)柱狀樣的粒度與地球化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)主要用于對(duì)比分析沿岸河流和萊州灣海域?qū)S河三角洲南部潮間帶沉積環(huán)境的影響。本文所用柱狀樣信息如圖1和表1所示。

表1 柱狀樣地點(diǎn)、水深、長(zhǎng)度和取樣時(shí)間Table 1 Sampling records of the sediment cores

2.2 測(cè)試方法

根據(jù)項(xiàng)目組安排，由青島海洋地質(zhì)研究所負(fù)責(zé)測(cè)定粒度和地球化學(xué)元素，測(cè)試工作由自然資源部海洋環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。由華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)測(cè)定210Pb同位素比活度。測(cè)試前，先稱取10 g左右的濕樣，在105℃高溫下烘干后取2～5 g干沉積物研磨；用100目孔篩去除植物根莖后，入管臘封，放置3周；最后使用ORTEC高純鍺井型探頭（GWL-120210-S）進(jìn)行放射性同位素測(cè)量。每一樣品測(cè)量時(shí)間為1～3天，以46.5 keV（210Pb）能量處的峰計(jì)算總210Pb比活度，以351.92 keV（214Pb，226Ra的子體）能量處的峰值計(jì)算本底210Pb比活度，其差值即為過(guò)剩210Pb（210Pbex）的比活度?，F(xiàn)代黃河三角洲始成于1855年，距今不足200年，是210Pb同位素所適用的測(cè)年范圍[33]，本次研究根據(jù)210Pb比活度垂向分布情況，與前人關(guān)于渤海特別是黃河三角洲附近海域210Pb垂向分布情況[34-35]進(jìn)行比對(duì)，以確定能否進(jìn)行沉積速率計(jì)算并對(duì)沉積環(huán)境做出初步判斷。

粒度由英國(guó)Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度儀進(jìn)行測(cè)試，誤差≤3%，滿足實(shí)驗(yàn)要求。測(cè)試前首先取沉積物樣品放置于燒杯中，分別用過(guò)氧化氫除去有機(jī)質(zhì)，用稀鹽酸除去碳酸鹽，用蒸餾水除去Ca2+、H+等離子；然后加入分散劑后用超聲波清洗震蕩10分鐘；最后將處理后的樣品用激光粒度儀進(jìn)行測(cè)量。粒級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)用Udden-Wentworthφ值表示，間隔為0.25φ。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，計(jì)算黏土、粉砂、砂含量，利用GRADISTAT粒度處理軟件[36]計(jì)算平均粒徑（Mz）、分選系數(shù)（σ）、偏態(tài)（Sk）、峰度（Kg）等粒度參數(shù)。

地球化學(xué)測(cè)試方法嚴(yán)格依照《海底沉積物地球化學(xué)分析方法》（GB/T20260—2006）具體規(guī)定執(zhí)行控制，符合地球化學(xué)工作要求。將樣品在恒溫（<60℃）下烘干后，研磨至250目以下進(jìn)行元素分析。其中測(cè)試內(nèi)容包括10項(xiàng)常量元素和10項(xiàng)微量元素。其中，Pb、Cr、Cd和稀土元素（REE）采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS），所用儀器為美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的7500a型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀；其余常微量元素采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）測(cè)定，儀器為美國(guó)Thermo Electron Corporation公司所生產(chǎn)的optima 4300DV型，分別對(duì)不同樣品進(jìn)行了重復(fù)分析與標(biāo)樣分析以保證測(cè)試精度和準(zhǔn)確度，最終相對(duì)誤差≤5%，數(shù)據(jù)可靠。

2.3 歷史地理學(xué)方法

現(xiàn)代黃河三角洲河道變化、岸線進(jìn)積與蝕退等過(guò)程可以成為沉積年代的證據(jù)[37]。在掌握三角洲沉積體空間分布特征、河道和海岸線變遷規(guī)律等詳細(xì)歷史資料的基礎(chǔ)上，應(yīng)用歷史地理學(xué)方法并結(jié)合沉積地質(zhì)學(xué)，根據(jù)河道變遷圖[14,17]、不同年代地形圖[38-39]、基底埋深[3]等資料可以對(duì)沉積物由哪一次行水期輸送來(lái)加以判斷后，將行水期活動(dòng)年代與沉積物形成年代對(duì)應(yīng)。本次研究收集選取了前人關(guān)于現(xiàn)代黃河三角洲萊州灣南岸7個(gè)關(guān)于沉積相和沉積速率的鉆孔和柱狀樣作為參考（圖1、表2），區(qū)分現(xiàn)代黃河三角洲與以往歷史時(shí)期沉積環(huán)境差異，以求推測(cè)現(xiàn)代黃河三角洲南部潮間帶1855年來(lái)的岸線埋深，進(jìn)而對(duì)沉積年代做出判斷。

表2 相關(guān)鉆孔和柱狀樣基本信息Table 2 Basic information from related boreholes and cores

3 結(jié)果與分析

3.1 210Pbex比活度垂向變化

在對(duì)DYZ1和DYZ2的210Pbex比活度測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，中潮區(qū)的DYZ1210Pbex無(wú)法測(cè)得，可見(jiàn)由于現(xiàn)代黃河三角洲河道變化頻繁，沉積、侵蝕、再沉積交替，無(wú)法形成持續(xù)穩(wěn)定的沉積過(guò)程，從而對(duì)嚴(yán)重干擾了210Pb的沉積。低潮區(qū)的DYZ2210Pbex比活度在垂向上分布模式與黃河三角洲海域多階分布和倒置分布相比，呈現(xiàn)出多階倒置分布的特點(diǎn)（圖2）。多階段分布一般反映了沉積速率突變的現(xiàn)象，在黃河三角洲海域一般反映河道變化引起的三角洲生長(zhǎng)階段[45]。違背同位素衰減規(guī)律的倒置式現(xiàn)象在黃河三角洲海域則一般認(rèn)為與黃河斷流后沿岸的沖刷—堆積作用有關(guān)[46]。

圖2 DYZ2剩余210Pb比活度垂向分布Fig.2 210Pbexspecific activity profile of DYZ2

3.2 巖性與粒度特征

DYZ1和DYZ2整體顆粒細(xì)，多為粉砂和細(xì)粉砂，中潮區(qū)的DYZ1多生物潛穴、貝殼碎屑和生物擾動(dòng)，說(shuō)明所處沉積環(huán)境變化較大。中潮區(qū)DYZ2顏色偏暗，海洋沉積作用明顯，90 cm深度左右發(fā)育有水平層理，表明其曾經(jīng)處于相對(duì)平穩(wěn)的沉積環(huán)境之下。

DYZ1和DYZ2粒度組分中，粉砂質(zhì)含量最高，其次為砂質(zhì)，黏土質(zhì)含量較低（表3）。DYZ1和DYZ2平均粒徑范圍和平均值分別為3.48～5.63φ（4.58φ）、3.79～5.22φ（4.19φ）。按照Fork和Ward提出的粒度參數(shù)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，分選性處于分選較差（1.00～2.00）和分選中等（0.71～1.00）的范圍內(nèi)，偏態(tài)顯示數(shù)值大多為極正偏和正偏，峰度多為中等峰和窄峰。粒度組分中，砂質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)偏差最大，說(shuō)明含量變化大，離散程度高。DYZ1整體上變異系數(shù)高于DYZ2，粒度組分和粒度參數(shù)變化程度相對(duì)劇烈。

表3 DYZ1和DYZ2粒度組分與粒度參數(shù)特征值統(tǒng)計(jì)Table 3 Grain size composition and granularity of DY01 and DY02

巖性和粒度特征，DYZ1分為3個(gè)層（圖3）：Ⅰ段（0～55 cm）隨著深度增加粒逐漸變細(xì)，黏土質(zhì)和粉砂質(zhì)增加，砂質(zhì)減少。Ⅱ段（55～92 cm）粒徑隨深度增加逐漸變粗，黏土質(zhì)和粉砂質(zhì)減少，砂質(zhì)增加，在92 cm處有一明顯突變。Ⅲ段（92～120 cm）粒度隨深度增加而變粗，變化趨勢(shì)與Ⅱ段類似，但總體上粒徑偏細(xì)。DYZ2分為4個(gè)層段（圖3）：Ⅰ段（0～33 cm）和Ⅲ段（63～84 cm）粒度組分與參數(shù)呈多旋回變化，粒徑隨深度變化不大。Ⅱ段（33～63 cm）和Ⅳ段（84～108 cm）粒徑從上到下粒徑逐漸變細(xì)。

圖3 DYZ1和DYZ2樣品照片、樣品描述、粒度組分與粒度參數(shù)垂向變化Fig.3 Photograph,sample description and grain size composition and granularity parameters of DYZ1 and DYZ2

3.3 地球化學(xué)元素特征

常量元素氧化物中SiO2、Al2O3以及CaO含量較高，其余的含量均小于5%（表4），。微量元素中Rb、Th、Ba、Sr等大離子親石元素（LILE）含量最高（表5），其次為Cu、Pb、Zn、Cr、Ni等重金屬元素。稀土元素中，La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu等輕稀土元素（LREE）含量明顯高于Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu重稀土元素（HREE）（表6）。

表4 DYZ1、DYZ2常量元素氧化物含量特征值統(tǒng)計(jì)Table 4 Properties of oxides of major element contents

表5 DYZ1、DYZ2微量元素氧化物含量特征值統(tǒng)計(jì)Table 5 Properties of trace element contents

表6 DYZ1、DYZ2稀土元素含量特征值統(tǒng)計(jì)Table 6 Properties of REE contents

DYZ1、DYZ2常量元素特征值差異不大，各元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差及變異數(shù)均小于0.2（表4）。微量元素及稀土元素中，兩個(gè)柱狀樣中的Cu變異系數(shù)均大于0.2，說(shuō)明其空間分布相對(duì)不均勻，離散相對(duì)較大（表5）。除 Cu 外，DYZ1 中 Cd、Sb、Bi、Hg、U、Th、La、Ce、Pr、Nd、Sm變異系數(shù)大于0.2（表5，6），DYZ2中其他元素變異系數(shù)均小于0.2，表明DYZ2相比DYZ1而言，沉積環(huán)境和物源相對(duì)穩(wěn)定。

4 討論

4.1 岸線埋深推測(cè)

歷史時(shí)期內(nèi)，黃河與海河、淮河等華北平原河流在黃、渤海沿岸形成的諸三角沉積體相互交錯(cuò)疊加（圖4a），眾多科研人員以此為對(duì)象展開(kāi)了諸多研究，現(xiàn)代黃河三角洲與第7超級(jí)葉瓣（公元11—1048年）界線是主要研究成果之一[41-42,47-48]。這一成果結(jié)合貝殼堤、歷史文獻(xiàn)、海圖等資料，較為可信的劃定了1855年海岸線[3]?，F(xiàn)代黃河三角洲共發(fā)育有兩期亞三角洲（圖4b），其中第一期亞三角洲中的第1、2、3、4葉瓣以及第5葉瓣廣利河口以西陸地部分，均疊加在公元11—1048年超級(jí)葉瓣之上；而第二期亞三角洲的3個(gè)葉瓣以及第5葉瓣沿海至萊州灣南岸則疊加在渤海淺海沉積層之上。

圖4 黃河下游河道變遷及沉積分區(qū)（a），現(xiàn)代黃河三角洲組成（b）與基底埋深及岸線變化（c），相關(guān)鉆孔和柱狀樣沉積厚度（d）（a）底圖為DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，源自地理空間數(shù)據(jù)云（www.gscloud.cn），黃河下游河道變遷和沉積分區(qū)引自文獻(xiàn)[1,3,6]；（b）亞三角洲和沉積葉瓣引自文獻(xiàn)[15]；（c）基底埋深引自文獻(xiàn)[3]；海岸線變化引自文獻(xiàn)[38]；（d）柱狀樣信息引自文獻(xiàn)[40-44]Fig.4 (a)River channel changes and sedimentary zoning in the lower Yellow River;(b)composition;(c)substrate depth and shoreline variation of the modern Yellow River Delta;and(d)sedimentary thickness of related boreholes and cores

渤海淺海沉積層是現(xiàn)代黃河三角洲主要基底，成國(guó)棟等[3]研究發(fā)現(xiàn)，基底0高程線與1855年岸線位置大致吻合（圖4c），因此根據(jù)相關(guān)鉆孔沉積相信息推測(cè)1855年來(lái)沉積厚度是可行的。YDZ1、QSG、YDZ2和YDZ3三角洲沉積相厚度與現(xiàn)代黃河三角洲基底埋深等厚度圖相一致。沿海鉆孔所在區(qū)域在黃河入海流路發(fā)育后期多為河流相或三角洲平原相，由ZK4至YDZ2河流相/三角洲平原相形成的時(shí)間從1904—1976年不等。

YDZ3所在的潮間帶區(qū)域在1934年后再未受黃河直接影響，岸線淤進(jìn)緩慢，沉積相信息顯示1855年岸線埋深為7.9 m（圖4d）；而位于萊州灣南岸的WF1、WF2測(cè)定的1855年深度分別為2.3 m和2.18 m（圖4d）。鉆孔內(nèi)1855年岸線埋深結(jié)合基底埋深等值線分布可以發(fā)現(xiàn)，由YDZ3向南至WF1，1855年岸線埋深呈現(xiàn)較快變化趨勢(shì)，與現(xiàn)代岸線位置趨于接近，加上DYZ1、DYZ2與YDZ3位于潮間帶不同位置（表1，2），海拔高度差異，因此，DYZ1、DYZ2與YDZ3雖然位置上相近，但1855年岸線埋深可能存在較大差異，由此可以推測(cè)，DYZ1、DYZ2所在位置1855年岸線埋深大致在2～6 m間。圖4d顯示：由YDZ3向南至廣利河口，1904年岸線大致位于基底埋深-1 m和-2 m等值線之間，1929年岸線與-2 m等值線趨同，1934年岸線相比-4 m略偏南，這一深度疊加后，1934年岸線埋深<1 m?？紤]到1934—1938年黃河的宋春榮溝、甜水溝河道對(duì)這一區(qū)域間接影響，出現(xiàn)這一現(xiàn)象是合理的。

4.2 沉積環(huán)境判定與年代初步標(biāo)識(shí)

相關(guān)學(xué)者在20世紀(jì)90年代對(duì)現(xiàn)代黃河口及萊州灣海域沉積速率研究成果顯示：萊州灣西部為渤海高速沉積區(qū)，萊州灣沉積物堆積速率具有從西向東逐漸遞減的趨勢(shì)（圖5a），1976—1996年黃河口附近沉積速率>9 cm/a，至萊州灣南部沉積速率將至1 cm/a以下[49]。1996年以來(lái)隨著黃河人為改到向北，舊黃河口（1976—1996年）附近海域沉積陷于停滯[50]，而萊州灣南岸隨著濰坊港等工程建設(shè)（1997年）對(duì)海水的擾動(dòng)，沉積速率數(shù)值增大至3.5 cm/a以上[51]。根據(jù)前人對(duì)沉積速率的判定可以認(rèn)為，黃河三角洲水下沉積環(huán)境中的LZW1～LZW4可標(biāo)定的主要沉積年代為1976—1996年，而萊州灣南岸的LZW6～LZW10可標(biāo)定的沉積年代多為1997年以后。

圖5 萊州灣現(xiàn)代沉積速率分布和現(xiàn)代黃河三角洲南部沉積葉瓣變化示意圖（a）底圖源自Google Earth，沉積速率引自文獻(xiàn)[21,34,49]；（b）河道和沉積體變化引自文獻(xiàn)[17]Fig.5 Modern sedimentation rate in Laizhou Bay and evolution of lobes in the southern part of the modern Yellow River Delta

在現(xiàn)代黃河三角洲南部潮間帶這樣的比較動(dòng)蕩沉積環(huán)境下，210Pbex比活度在DYZ2中階段性倒置的分布現(xiàn)象無(wú)法求得具體沉積速率數(shù)值，而周良勇[52]等運(yùn)用示蹤棒法對(duì)黃河三角洲潮灘侵蝕和再沉積研究發(fā)現(xiàn)，潮灘地形變化雖小，但沉積物交換量非常可觀。在對(duì)比河流年代變化、岸線變遷及近現(xiàn)代黃河亞三角洲發(fā)育的景觀圖譜信息發(fā)現(xiàn)[17,39]，在這一潮間帶區(qū)域是存在一定沉積厚度的（圖5b）。

為分析現(xiàn)代黃河三角洲南部潮間帶沉積環(huán)境變化及標(biāo)定沉積的年代，本次研究在綜合分析210Pbex比活度在DYZ2中的分布情況、粒度曲線變化特征基礎(chǔ)上，運(yùn)用薩胡沉積環(huán)境判別函數(shù)[53]，結(jié)合1929年以來(lái)黃河入海流路和岸線變化等特征，對(duì)沉積年代進(jìn)行一個(gè)初步標(biāo)定（圖6）。需要注意的是，雖然相關(guān)證據(jù)可以對(duì)沉積年代進(jìn)行初步標(biāo)定，但每一個(gè)沉積年份之間經(jīng)歷了一系列沉積變化過(guò)程，有非?？捎^的物質(zhì)交換量，因此并不能進(jìn)行連續(xù)年代的標(biāo)定。

圖6 沉積年代相關(guān)證據(jù)與初步標(biāo)定示意圖Fig.6 Evidence and preliminary identification of the sedimentation age

薩胡沉積環(huán)境判別函數(shù)建立在對(duì)大量沉積物樣品進(jìn)行分析研究基礎(chǔ)上，通過(guò)平均粒徑（Mz）、分選系數(shù)（σ）、偏態(tài)（Sk）和峰度（Kg）求得。本次研究區(qū)域主要沉積環(huán)境為淺海和河流（三角洲）[53]，判定公式為：

式中：Y為判別參數(shù)，Y>-7.419 0為淺海沉積，Y<-7.419 0為河流沉積。淺海沉積物平均值為-5.316 7，河流沉積物平均值為-10.441 8。

在深度102 cm以下，210Pbex比活度分布顯現(xiàn)倒置，同時(shí)隨著深變淺，DYZ1和DYZ2薩胡Y值由-0.719 0以上降至-10以下，沉積環(huán)境由淺海沉積逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄S河為主的河流沉積。結(jié)合1929年岸線埋深接近1 m的證據(jù)，可將102 cm標(biāo)定為1929年。

在深度80～102 cm，210Pbex比活度隨深度增加而減小，薩胡Y值顯示的沉積環(huán)境為河流沉積，粒度頻率曲線尾部上揚(yáng)明顯，細(xì)粒物質(zhì)含量明顯增加，DYZ2概率累積曲線出現(xiàn)了一定的底面推移質(zhì)，這些規(guī)律符合1929—1934年黃河河道變化頻繁，向海輸沙量大，搬運(yùn)作用強(qiáng)的特點(diǎn)。在80 cm處，薩胡Y值急劇增大，岸線資料顯示，1934年岸線有一定的蝕退[39,54]，同時(shí)在80 cm向上210Pbex呈現(xiàn)短暫倒置，說(shuō)明黃河1934年在合攏決口后改道向北，對(duì)沉積環(huán)境影響減弱，因此可將80 cm處標(biāo)定為1934年。

1934—1938年后，寧?！麟p河葉瓣雖不再受黃河直接影響，但距離甜水溝河道與宋春榮溝河道不遠(yuǎn)，入海泥沙在海水搬運(yùn)作用下進(jìn)入寧?！麟p河葉瓣潮間帶，也形成了一定的沉積規(guī)模[17]。這一時(shí)期粒度頻率曲線呈對(duì)稱分布，尾部上揚(yáng)趨，粒度相比上下部分明顯偏粗。更靠近宋春榮溝河道的DYZ1受黃河影響相對(duì)較大，概率累積曲線上的躍移質(zhì)分為兩段，外部動(dòng)力變化相對(duì)較大。李鳳業(yè)等[45]研究發(fā)現(xiàn)，即使1938—1947年黃河奪淮期間，萊州灣淺海由于岸線沖刷作用，沉積速率仍然高達(dá)7.11 cm/a。在55 cm深度左右，210Pbex比活度分布模式開(kāi)始呈現(xiàn)倒置，DYZ2薩胡Y值迅速增加至-7.419 0以上，說(shuō)明這一時(shí)期在海水動(dòng)力作用下，岸線侵蝕—堆積作用強(qiáng)烈，被侵蝕的老沉積物覆蓋于新沉積物之上，使得210Pbex比活度在DYZ2垂向變化上呈現(xiàn)明顯倒置，所指示沉積環(huán)境顯示淺海沉積取代河流沉積。DYZ2概率累積曲線上出現(xiàn)大量底面推移質(zhì)，說(shuō)明沉積物搬運(yùn)作用強(qiáng)烈?？紤]到這一時(shí)期的沉積特點(diǎn)，55 cm深度雖不能明確標(biāo)明年代，但沉積物形成時(shí)間不會(huì)早于1938年。

1947年后，黃河歸流，至1953年前，宋春榮溝和甜水溝對(duì)潮間帶沉積環(huán)境仍有一定影響，以32 cm處深度為界，210Pbex比活度垂向分布由倒置轉(zhuǎn)為隨深度變淺數(shù)值變大的趨勢(shì)，說(shuō)明此時(shí)物質(zhì)來(lái)源相對(duì)穩(wěn)定，處于持續(xù)沉積的狀態(tài)，因此32 cm深度可標(biāo)定為1947年。廣利河開(kāi)挖于1951年，并在1965年進(jìn)行了大規(guī)模疏浚改道形成今天的規(guī)模[55]。在0～20 cm深度內(nèi)，210Pbex比活度呈現(xiàn)混合狀態(tài)，DYZ1薩胡Y值在-20～-10之間變化，靠近廣利河口的DYZ2薩胡Y值在經(jīng)歷了由-7.419 0左右變化后，數(shù)值持續(xù)減小至接近-20，這些證據(jù)符合這一時(shí)期廣利河的基本情況，說(shuō)明在這一深度范圍內(nèi)廣利河水系對(duì)原黃河形成的沉積環(huán)境有一定改造作用，但由于廣利河水系入海泥沙量遠(yuǎn)不如黃河，因此影響范圍有限。

4.3 常量元素化學(xué)風(fēng)化程度分析

在沉積物形成過(guò)程中，常量元素相比而言更易遷移、淋失，對(duì)于外力作用尤其是化學(xué)風(fēng)化作用反映顯著[56]。CIA指數(shù)作為一個(gè)綜合反映沉積物風(fēng)化程度的參數(shù)，常被用來(lái)分析外部環(huán)境對(duì)沉積作用的影響[57-58]。CIA又稱化學(xué)蝕變指數(shù)，其公式如下：

式中：Al2O3、Na2O、K2O和CaO*含量為摩爾含量，CaO*表示碳酸鹽礦物中的Ca含量，碳酸鈣影響根據(jù)Na2O予以消除，本文采用采用McLennan[59]提出的校正方法，即根據(jù)自然界硅酸鹽礦物中Na和Ca的平均組成，依據(jù)沉積物樣品中的CaO/Na2O摩爾比值來(lái)計(jì)算CIA；如果比值>1，以Na2O的摩爾含量代替CaO含量；而若比值<1，則直接以CaO摩爾含量來(lái)計(jì)算CIA。A-CN-K三角模型圖中，A表示Al2O3含量，CN表示CaO*+Na2O含量，K表示K2O含量，距離A端越近表示風(fēng)化強(qiáng)度越大[60]。

現(xiàn)代黃河三角洲南部潮間帶及萊州灣海域柱狀樣粒度組分三角圖和A-CN-K三角圖顯示（圖7），沉積物風(fēng)化程度隨粒度變粗而變?nèi)?。廢棄水下三角洲（LZW3、LZW4）粒徑最細(xì)，其次為現(xiàn)代水下三角洲側(cè)緣（LZW1、LZW2），萊州灣南部（LZW7～10）粒徑最粗。A-CN-K三角圖所指示的風(fēng)化程度雖然整體上風(fēng)化程度偏弱（CIA<65），但由廢棄水下三角洲至萊州灣南部，風(fēng)化程度逐漸變?nèi)酢YZ1、DYZ2粒度組分以粉砂質(zhì)為主，風(fēng)化指數(shù)分別為41.64～48.72，41.46～46.20，處于由現(xiàn)代黃河三角洲環(huán)境向萊州灣南岸沉積環(huán)境過(guò)渡之下。

圖7 Fork粒度分類三角圖（a）和A-CN-K化學(xué)風(fēng)化趨勢(shì)圖（b）Fig.7 (a)Triangle diagrams of bottom sediments based on Folk classification system;and(b)A-CN-K ternary diagram

4.4 微量元素組合與環(huán)境指示意義

沉積物中微量元素在先成巖石風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)等過(guò)程中不易遷移，幾乎可以等量轉(zhuǎn)移到沉積物中，因此可以記錄大量地質(zhì)作用信息[61]。稀土元素（REE）作為特殊的微量元素，化學(xué)性質(zhì)相似，離子半徑相近，其組成和配分模式受主要受控于源巖，因而可有效示蹤物質(zhì)來(lái)源[62-63]。用上陸殼（UCC）相關(guān)元素峰度值將Sr、Rb、Ba、Pb、V等13種微量元素標(biāo)準(zhǔn)化后的蛛網(wǎng)圖（圖8a）顯示，相比萊州灣淺海柱狀樣，現(xiàn)代黃河三角洲南部潮間帶柱狀樣中U、Sc相對(duì)富集。

圖8 沉積物微量元素蛛網(wǎng)圖（a）與Th/U、V/Sc特征值在DYZ1、DYZ2中的垂向變化（b）Fig.8 (a)Concentrations of trace elements in sediments;and(b)variations of Th/U and V/Sc values in DYZ1 and DYZ2

V、Th、U、Sc等作為微量元素中的氧化還原敏感元素，其比值關(guān)系可作為衡量沉積環(huán)境的重要依據(jù)。Th/U>2表示氧化沉積環(huán)境，V/Sc>24說(shuō)明沉積物處于還原環(huán)境[64-65]。DYZ1中Th/U、V/Sc數(shù)值分別為3.64～4.91、6.23～7.03，DYZ2 范圍為 4.21～5.07、6.30～6.79，都處于氧化沉積環(huán)境（圖8b）。Th/U、V/Sc在DYZ2中垂向數(shù)值變化較小，說(shuō)明所處沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，DYZ1中1934年前后Th/U數(shù)值先增大后減小，至1938年，數(shù)值持續(xù)減小，而V/Sc數(shù)值有所增大，說(shuō)明沉積環(huán)境有向還原環(huán)境變化的趨勢(shì)，這一現(xiàn)象符合1934—1938年，隨著黃河改道向北，廣利河口岸線有所蝕退，外部沉積動(dòng)力變化較大的事實(shí)。

稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線可以判斷物質(zhì)來(lái)源，同時(shí)也反映原生沉積環(huán)境[66]。目前的研究多以球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)配分曲線反映樣品相對(duì)于地球原始物質(zhì)的分異程度；以上陸殼（UCC）標(biāo)準(zhǔn)配分曲線來(lái)了解沉積物形成過(guò)程中物質(zhì)混合的影響[67]。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線上（圖9a），輕稀土元素（LREE）相比重稀土元素（HREE）富集，呈右傾模式。潮間帶沉積物（DYZ1、DYZ2）與萊州灣沉積物（LZW1～10）差異不大，但Eu虧損相對(duì)明顯，重稀土元素（HREE）有所上揚(yáng)。上陸殼（UCC）標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線形態(tài)顯示，相比萊州灣沉積物，潮間帶沉積物中Eu相對(duì)虧損，而Gd相對(duì)富集（圖9b）。

圖9 沉積物稀土元素配分模式Fig.9 REE distribution patterns in sediments

相比其他稀土元素，Eu在風(fēng)化和成巖過(guò)程中不易分餾，因此其虧損或富集往往反映源巖中Eu的特性[68]。因此，將球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的Eu異常值（δEuN）和稀土元素總量（ΣREEs）散點(diǎn)圖做擬合曲線可以有效區(qū)分物質(zhì)來(lái)源[69-71]。將萊州灣柱狀樣（LZW1～LZW10）δEuN和ΣREEs擬合后發(fā)現(xiàn)水下三角洲側(cè)緣（LZW1、LZW2）和廢棄水下三角洲（LZW3、LZW4）與萊州灣南部由小清河至膠萊河口的幾個(gè)柱狀樣（LZW7～10）大致以Y=0.01X直線為界，左上方受萊州灣沿岸諸河流（小清河、彌河、白浪河、虞河、濰河、膠萊河等）影響，右下方則受黃河影響。將潮間帶2個(gè)柱狀樣與萊州灣柱狀樣一起擬合后可以發(fā)現(xiàn)，潮間帶樣點(diǎn)（DYZ1、DYZ2）絕大多數(shù)落在曲線Y=-0.26ln(X)+2.01下方，可以認(rèn)為，雖然現(xiàn)代黃河三角洲南部潮間帶歷史上曾受黃河影響，但在海水動(dòng)力作用和沿岸廣利河水系影響下，與同時(shí)期形成的廢棄水下三角洲和后形成的現(xiàn)代水下三角洲側(cè)緣已有所不同（圖10）。

圖10 沉積物δEuN-ΣREEs關(guān)系圖Fig.10 Correlation between δEuN-ΣREEs for sediments

5 結(jié)論

（1）現(xiàn)代黃河三角洲南部潮間帶在黃河河道變遷和岸線沖刷—堆積作用下處于不連續(xù)沉積狀態(tài)，中潮區(qū)DYZ1未能檢出210Pbex比活度，而相對(duì)穩(wěn)定低潮區(qū)的DYZ2中的210Pbex比活度呈現(xiàn)階段性倒置分布。參考河道變遷、岸線變化、基底埋深等信息發(fā)現(xiàn)，DYZ1、DYZ2所在的南部潮灘基底埋深為2～6 m，1929年岸線埋深接近1 m，而1934年岸線埋深<1 m。對(duì)比現(xiàn)代黃河三角洲鉆孔和萊州灣南部柱狀樣1855年來(lái)沉積厚度認(rèn)為，在DYZ1、DYZ2中標(biāo)注出形成的年代（1929—1934年）可行。

（2）在運(yùn)用歷史地理學(xué)分析后，綜合210Pbex比活度分布、沉積環(huán)境判定函數(shù)、粒度曲線等信息，初步將DYZ1和DYZ2中102 cm、80 cm、55 cm和32 cm標(biāo)定為1929年、1934年、1938年和1947年。在對(duì)210Pbex比活度、薩胡函數(shù)值及相關(guān)歷史事件基礎(chǔ)上，將深度20 cm標(biāo)定為黃河沉積物與廣利河沉積物界限。這幾個(gè)年代雖然垂向上距離非常短，但中間經(jīng)歷了沉積、侵蝕、再沉積等一系列過(guò)程，具有可觀的沉積物交換量，因此標(biāo)定連續(xù)的年代還需要更加深入的理論和技術(shù)方法的研究。

（3）對(duì)地球化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)代黃河三角洲南部潮間帶總體上風(fēng)化程度相比現(xiàn)代黃河水下三角洲側(cè)緣偏弱，而略強(qiáng)于萊州灣南岸。個(gè)別微量元素富集程度相比萊州灣淺海有所不同，利用球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的δEuN和ΣREEs關(guān)系圖解，將潮間帶沉積物與淺海沉積物、黃河沉積物與沿岸河流沉積物做出了較為直觀的定量區(qū)分。δEuNΣREEs圖解顯示，雖同為黃河形成的沉積環(huán)境，南部潮間帶相比同時(shí)期形成的廢棄水下三角洲和后形成的水下三角洲側(cè)緣，沉積環(huán)境和物源不可同一而論。

致謝 感謝山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院、華東師范大學(xué)等單位提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，感謝審稿專家和編輯部老師提出的建設(shè)性修改意見(jiàn)。