舟山群島朱家尖島以東近岸海域沉積物粒度特征

舟山群島朱家尖島以東近岸海域沉積物粒度特征張朝陽(yáng);楊世倫;羅向欣;何海豐【摘要】Theparticlesizecharacteristicsofsurficialseabedsedimentareimportanttobenthicorganisms,controlingtheresistanceofthebedtoerosion,andsubmarineengineering.Weanalyzedtheparticlesizesof58surfacesedimentsamplesand4coresamplesfromtheseabedoftheinshoreareaofEastZhujiajianIsland.Siltcomposed65.5%ofthesediment,claycontributedanaverageof25.8%,andsandaccountedforanaverageof8.7%.Theaverageparticlesizerangedfrom4.6to7.60,andthesortingcoefficientrangedfrom1.5to2.3.Theparticlesizedistributionsshowageneralseaward-finingtrend,butexhibitnosignificantchangefromnorthtosouth.Thesizedistributionsshowlittlechangedownto0.8mbelowtheseabed,indicatingthatsedimentationintheareahasbeensteadyandconsistent.%海底沉積物粒度對(duì)底棲生物、底床抗侵蝕能力以及海底工程等具有重要意義.本文通過對(duì)朱家尖島以東海域58個(gè)表層沉積物樣及4個(gè)柱狀樣的取樣和分析，研究該海域海底沉積物的粒度特征.結(jié)果表明：該海域表層沉積物成分中，粉砂最多，平均占65.5%，黏土次之，平均占25.8%，砂極少，平均只占8.7%；平均粒徑4.6~7.60，分選系數(shù)1.5~2.3.粒度分布上，由陸向海粒徑變細(xì)，自北向南在研究區(qū)域范圍內(nèi)粒徑變化不明顯?海底沉積物在0.8m深度內(nèi)垂向粒徑變化很小，說明該海域沉積環(huán)境總體穩(wěn)定.【期刊名稱】《上海國(guó)土資源》年(卷),期】2012(000)004【總頁(yè)數(shù)】5頁(yè)(P39-43)【關(guān)鍵詞】舟山群島;朱家尖島;海底沉積物;粒度特征;沉積環(huán)境;近海工程【作者】張朝陽(yáng);楊世倫;羅向欣;何海豐【作者單位】華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200062;華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200062;華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200062;華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200062【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】P736.21近岸海域表層沉積物作為營(yíng)養(yǎng)鹽與有機(jī)物的載體，影響著近岸海域重金屬離子等污染物的遷移［1］，而不同大小的沉積物顆粒更是對(duì)污染物有著不同的吸附作用。海底沉積物的粒度特征可以反映一定時(shí)期的海洋沉積動(dòng)力環(huán)境［2~4］，對(duì)于目前近海工程底床穩(wěn)定性研究是個(gè)重要參考指標(biāo)［5~9］。舟山群島位于長(zhǎng)江口南側(cè)、杭州灣外緣，是長(zhǎng)江口和杭州灣水體南下的必經(jīng)通道［10,11］。有不少專家學(xué)者對(duì)舟山群島海域沉積物來(lái)源、特性和沉積過程進(jìn)行過研究：長(zhǎng)江泥沙入海后，具有一路向南擴(kuò)散的現(xiàn)象［10,11］；舟山群島海域泥質(zhì)沉積物來(lái)源于長(zhǎng)江南下沿岸流［11~16］,并在舟山群島海域外還形成一條明顯的砂—泥界線［17］。沉積物的粒度特征可揭示沉積動(dòng)力學(xué)原因，對(duì)長(zhǎng)江口潮間帶沉積物的研究表明，表層樣自海向陸、柱狀樣自下向上粒徑變細(xì)，空間分異受水動(dòng)力變化、植被分布及人類活動(dòng)的影響［18］，潮下帶向潮上帶沉積物變細(xì)［19,20］；廢黃河三角洲海域則是由陸向海粒徑變細(xì)，沿岸自北向南變粗，分選較差，呈正偏峰態(tài)窄尖的粒度特征［21］。作為舟山群島之一的朱家尖島附近海域現(xiàn)有的實(shí)測(cè)資料不足，對(duì)該區(qū)域沉積物粒徑特性的研究更少。針對(duì)這一問題，本文基于該島以東近岸海域58個(gè)表層沉積物樣品資料和4個(gè)柱狀樣資料，分析朱家尖島以東海域表、淺層沉積物粒度及分布特征，從而深化長(zhǎng)江口、杭州灣泥沙向南輸運(yùn)過程與機(jī)制研究，并為東海海底觀測(cè)系統(tǒng)光纜鋪設(shè)等近海工程的前期準(zhǔn)備與項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。研究區(qū)概況及采樣分析方法研究區(qū)概況朱家尖島位于浙江舟山群島東南部(圖1A),是舟山群島眾多島嶼里的第五大島，西鄰舟山島、桃花島，北距普陀山島約3.7km(圖1B)，全島南北最長(zhǎng)約13km，東西最寬9km，全島面積約73km2［22］。朱家尖島海岸帶發(fā)育有礫石灘、沙灘，其中的礫石灘烏石塘為著名的旅游景點(diǎn)，該區(qū)域海岸為典型基巖港灣海岸，呈不規(guī)則鋸齒狀，島上基巖主要由侏羅系的凝灰?guī)r和燕山晚期花崗巖組成［23］。研究區(qū)海域處于副熱帶季風(fēng)區(qū)，風(fēng)速風(fēng)向具有明顯的季節(jié)變化，冬季以西北風(fēng)為主，夏季以偏南風(fēng)為主；波浪以風(fēng)浪為主，潮汐類型為正規(guī)半日潮，有日潮不等現(xiàn)象；潮流為SE-NW，平均潮差2.5~2.8m，最大潮差4.79m［24］。該海域由岸向海方向，20m等深線以內(nèi)坡度較大，20m等深線往外海坡度很平緩。采樣方法2011年10月20~28日，在朱家尖島以東海域由岸向海沿經(jīng)度上布置5條表層沉積物采樣路線，采樣區(qū)域范圍122°24'~122°35'E、29°51.50'~29°55.00'N(圖1C),在經(jīng)度上每隔1.0'、緯度上每隔0.5~1.0'布置一個(gè)采樣點(diǎn)，共計(jì)58個(gè)，平均采樣水深19m。使用“筒式”采樣器，采樣深度10~20cm，采樣重量約500g，采樣后用密封袋封裝，貼上采樣點(diǎn)經(jīng)緯度標(biāo)簽。柱狀樣采集裝置為重力管采樣器,Z1點(diǎn)(122°26.47'E,29°53.38'N)有效采樣柱長(zhǎng)83cm,Z2點(diǎn)(122°28.62'E,29°53.17'N)為59cm,Z3點(diǎn)(122°30.42'E,29°52.55'N)55cm,Z4點(diǎn)(122°34.78'E,29°51.57'N)79cm。圖1舟山群島朱家尖島地理位置及采樣點(diǎn)位Fig.1LocationofZhujiajianislandofZhoushanarchipelagoandsamplingsites樣品處理分析取10g左右表層沉積物樣品放入50ml燒杯里，加入10ml濃度為10%的H2O2去除樣品中的有機(jī)質(zhì)，微熱后靜置24h，加入10ml濃度為10%的鹽酸去除碳酸鹽（主要是鈣質(zhì)物），再加入10ml濃度為4%的六偏磷酸鈉（［NaPO3］6），用超聲波振蕩對(duì)樣品進(jìn)行分散處理，然后用Coulter激光粒度儀（LS-100Q，適用小于2mm顆粒）測(cè)試分析沉積物粒徑。Z1、Z2、Z3柱狀樣分樣間隔5cm，每隔5cm取1cm沉積物樣；Z4柱狀樣分樣間隔1cm，每1cm均取樣分析（用于高密度間隔分析垂向粒徑變化），分析方法與儀器同上。分選系數(shù)（6）、偏度（SKI）和峭度（KG）由Folk、Ward公式計(jì)算；粘土（8~11?、粉砂（4~8?和砂（-1~4?粒徑分類采用國(guó)際通用的e分類標(biāo)準(zhǔn)［25］。結(jié)果與討論2.1表層沉積物58個(gè)表層沉積物樣品中，平均粒徑范圍在4.6-7.60,其中砂樣1個(gè)，粗粉砂樣2個(gè)，中粉砂樣12個(gè)，細(xì)粉砂樣11個(gè)，極細(xì)粉砂樣22個(gè)。砂樣占1.7%，粉砂樣占98.3%。分選系數(shù)范圍為1.5-2.33，平均1.95，23個(gè)分選性差，35個(gè)分選性很差。偏度范圍0.007-0.687，平均偏度0.21，近對(duì)稱樣9個(gè)，正偏37個(gè)，極正偏12個(gè)。峭度范圍0.83-1.71，平均峭度1，寬平樣10個(gè)，中等峭度41個(gè)，窄尖樣5個(gè)，極窄尖樣2個(gè)。從該處海域表層沉積物組分上看（圖2），砂極少，大部分是粉砂和黏土，其中粉砂最多。雖然粉砂占大多數(shù)，但是分選性卻比較差，說明雖然粒徑集中在粉砂范圍內(nèi)，但粉砂段內(nèi)粒徑大小并不集中。朱家尖海域海岸為基巖海岸，粉砂、淤泥質(zhì)從附近海岸來(lái)源極少，而表層沉積物偏度特征與長(zhǎng)江三角洲潮灘研究結(jié)果一致［17］，VI07ST(%)書昱?￡飛9乙P9&乙99飛上0'乙9丁1/9匸89丁上990上6?乙9乙P9上工9699(%)書昱?附69乙67Z97ZS■［乙上巾￡丁0￡90乙00乙IzVCOP乙&￡￡&0￡9?6乙(%層昱碑IIEISIZI6ITTI￡11肛IZJI611■［乙I￡乙117乙I臺(tái)斷呼丼送I：勺LZS69E80971/0■［乙EMVC67LZ97(%)書昱?S999?乙9￡09乙EZZZ9&WVl79029Z299?991Z699Z9(%層昱?附丁8乙C￡6P乙乙口0?乙￡匸8■［乙0乙S6192百0￡0工乙8?妊(％層昱干於T969ZDSDEDIIDEIDSIDAID6TD0乙9T^D臺(tái)斷呼丼送&9078P979T9P09O'TTETA'll(%)書昱?g￡9909(XO9OZ99P9g69乙9上9飛上0'6909上(%)書昱?附66乙17工乙10￡￡0￡8巾￡上0乙61%工19工乙9飛1(%)■昱干於13曰S3Z363113￡口SISZI36T3臺(tái)斷呼丼送匸上IzWIOZZWWIz乙上0丁8丁016?9丁01(%)書昱?0￡9&0上匸上98飛90￡9上飛9上巾9809匸990?99(%)書昱?附匸6乙￡VC6?0￡SZ乙8飛19?乙￡09乙0￡乙6'9乙9壬乙(％)書昱干F*TDEDS3ZD63TTDETDSTDAID6TD臺(tái)斷呼丼送丁907V76T乙乙60Z18E乙LXTSIT(%)書昱?6飛90'乙9609上飛上1/乙￡&乙9乙?0上&08上099?17￡0?￡960909￡(%)書昱?附9飛￡0飛￡8飛￡1/17乙&0■［匸9乙170WOHZ乙99■［乙0￡0'6乙乙Diz(%)書昱干F*19E9S9Z969119EI9SI9ZI96T90乙日1^9乙乙日臺(tái)斷呼丼送eajeApn^suiluaiuipas93epnspluaiuoDiuauoduuo3i列qe丄書昱B旦B岳多確遜MSI些抱I峯eajeAprilsuiluauuipasaDepnspuoiiisoduuoj乙近!：!毋畀斗B確遜出旨峯El些乙ffl。\斶陽(yáng)士MY荃S倉(cāng)國(guó)遜MS日愆響蟲劇気矛舉半気擺E母丑’舌專鄆峑幺徑鶯醸田盯出牟倒㈡睦出豎敷終冑熬最I(lǐng)*陽(yáng)□工⑨申愆鴛翅圧回T申。翠黝衛(wèi)舌晉丼糜多￥觀從各采樣點(diǎn)粒徑頻率分布曲線上看（圖3），頻率分布曲線窄尖的少，但并不呈明顯扁平狀，說明朱家尖島以東海域海底表層沉積物粒徑雖然大多在粉砂段粒徑內(nèi)，但粉砂段內(nèi)粒徑較分散。從頻率分布曲線上看，不存在明顯雙峰現(xiàn)象，說明該區(qū)域內(nèi)泥沙隨時(shí)間而沉積的自然過程，泥沙來(lái)源穩(wěn)定，不同歷史時(shí)期泥沙的混合作用不明顯或幾乎沒有混合作用。圖3表層沉積物粒徑頻率分布Fig.3Frequencydistributionofthesurfacesedimentsamples根據(jù)58個(gè)站點(diǎn)中值粒徑，運(yùn)用Kriging法進(jìn)行插值，所得結(jié)果如圖4。由圖可知，表層沉積物中值粒徑，總體由陸向海方向沉積物粒徑由粗變細(xì)。由于朱家尖島東北方向白沙水道深槽峽道的束水輸沙作用，白沙水道往南順流而下方向水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)，故沉積物向南延續(xù)有一條帶，沉積物粒徑一致，集中在5-60,較周邊其他地方粒徑大。在白沙水道形成的沉積物條帶往外海方向，海床坡度十分平緩，大潮采集柱狀樣時(shí)Z4點(diǎn)處實(shí)測(cè)水深在20~30m之間。因此盡管此處為開敞水域，風(fēng)浪較大，水深較深情況下，底層流速依然很小，適宜細(xì)顆粒沉積物的沉降。由于平緩海床坡度和大小相近的底層流速，因此細(xì)顆粒沉積物區(qū)中值粒徑變化不大。圖4表層沉積物中值粒徑分布Fig.4Interpolationofmediansizeofthesurfacesediment在里灣和南沙灣口內(nèi)，中值粒徑均處于最小范圍里，位于7.0-7.50之間。這兩處均在灣內(nèi)，里灣兩側(cè)有基巖岬角向海延伸，向陸側(cè)無(wú)河流入海，漲潮流和白沙水道下泄水流混合后，帶入灣口內(nèi)的水流流速已很小，給細(xì)顆粒泥沙沉降提供了良好條件。南沙灣為弧形灣口，沿岸流至此處時(shí)由于北側(cè)弧形岬角，向?yàn)硟?nèi)會(huì)形成一股回流，流速下降后更細(xì)顆粒泥沙開始沉降。因此，兩灣內(nèi)出現(xiàn)較小粒徑是合理的。2.2柱狀樣沉積物4個(gè)柱狀樣由陸向海依次分布（Z1、Z2、Z3、Z4）,從平均粒徑看，由Z2處的6.ie到Z3的6.40,再到Z4處的7.20,由陸向海粒徑變化依然是由粗變細(xì)，這一點(diǎn)從柱狀樣也得到確證。從柱狀樣垂向變化來(lái)看（圖5），除個(gè)別處粒徑突變外，總體垂向粒徑變化很小,平均粒徑為70。同時(shí)近岸方向柱狀樣垂向粒徑變化比離岸方向柱狀樣變化稍大,離岸越遠(yuǎn)柱狀樣垂向粒徑變化越小,說明在海底表層地層至少0.8m范圍內(nèi)，沉積物來(lái)源比較穩(wěn)定，沉積過程在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)所受人為等擾動(dòng)較小,沉積過程是一個(gè)自然的過程。四個(gè)柱狀樣粒徑垂向變化起伏都不大,反映歷史時(shí)期沉積物來(lái)源和動(dòng)力環(huán)境總體上較為穩(wěn)定。Z2柱樣表層以下20cm處的突變點(diǎn)以及Z4柱表層以下40cm處出現(xiàn)較粗的粒度異常值,可能反映歷史上某次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)大浪的影響。這種影響在海底空間上可能不完全一致,因?yàn)橛械牡胤桨l(fā)生沖刷,而另一些地方則發(fā)生淤積。由于四個(gè)柱樣的沉積速率可能不同,同一風(fēng)暴事件留下的記錄可以出現(xiàn)在不同的深度。此外,分層取樣方式可能也有一定影響。如前所述，分層取樣時(shí)，Z4柱為每隔1cm取樣，而另外三個(gè)沉積物柱為每隔5cm取1cm沉積物樣。由此，Z1和Z3柱樣即使有較粗層,也可能被遺漏。圖5柱狀樣粒度參數(shù)垂向分布（a.偏度;b.峰度;c.分選系數(shù)）Fig.5Verticaldistributionofgrainsizeparametersforcoresamples（a.skewness;b.kurtosis;c.sorting）從4個(gè)柱狀樣的組分所占比重來(lái)看,粉砂和黏土占絕大部分,其中又以粉砂居多。由陸向海,黏土組分比重稍有增加。粉砂和黏土為主要的組分特征,也決定了該處海域海床表層沉積物的易動(dòng)性,環(huán)境水動(dòng)力稍增強(qiáng),則海床表層泥沙極易起動(dòng)再懸浮。如若在該處海域附近海底埋設(shè)光纜等,宜作深埋處理。結(jié)論本文針對(duì)舟山群島朱家尖島海域58個(gè)表層沉積物樣和4個(gè)柱狀樣的粒度特征取樣分析,所得主要結(jié)論如下：舟山群島朱家尖島以東海域海底沉積物成分中，砂含量很少，大部分是粉砂和黏土，砂、粉砂和黏土三組分中，以粉砂最多；朱家尖島以東海域粒度特征上，由陸向海粒徑變細(xì)，由北向南在研究區(qū)域范圍內(nèi)粒徑變化不明顯。白沙水道以南，表層沉積物中值粒徑集中在5~6e范圍，呈一條明顯帶狀向南延伸；(3)朱家尖島以東近岸海域，海底表層0.8m深度內(nèi)的沉積物，垂向粒徑變化很小，反映沉積環(huán)境總體上較為穩(wěn)定。但是，個(gè)別層位出現(xiàn)較粗現(xiàn)象，可能與強(qiáng)風(fēng)暴浪的影響有關(guān)。參考文獻(xiàn)(References)何中發(fā)，方正，溫曉華，等?長(zhǎng)江口海域表層沉積物重金屬元素賦存形態(tài)特征J]?上海國(guó)土資源,2012,33(2):69-73.HeZF,Fang乙WenXH,etal.ThegeochemicalformsofheavymetalsinsurfacesedimentsintheYangtzeRiverestuary[J].ShanghaiLand&Resources,2012,33(2):69-73.楊世倫?長(zhǎng)江口沉積物粒度參數(shù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及其沉積動(dòng)力學(xué)解釋J].泥沙研究,1994,(3):23-31.YangSL.Statisticfeaturesforgrain-sizeparametersoftheYangtzeRiverestuaryandtheirhydrodynamicexplanation[J].JournalofSedimentResearch,1994,(3):23-31.任韌希子,陳沈良?黃河三角洲的沉積動(dòng)力分區(qū)J].上海國(guó)土資源,2012,33(2):62-68.RenRXZ,ChenSL.SedimentdynamicsinthelittoralzoneoftheYellowRiverdelta[J].ShanghaiLand&Resources,2012,33(2):62-68.戴志軍，施偉勇，陳浩?沙壩一潟湖海岸研究進(jìn)展與展望J].上海國(guó)土資源,2011,32(3):12-17.DaiZJ,ShiWY,ChenH.Researchprogressandprospectsofbarrier-lagooncoast[J].ShanghaiLand&Resources,2011,32(3):12-17.⑸汪品先?上海地學(xué)研究:從長(zhǎng)江口到深海J]?上海國(guó)土資源,2011,32(3):1-6.WangPX.EarthscienceresearchinShanghai:fromYangtzeestuarytodeepoceanJ].ShanghaiLand&Resources,2011,32(3):1-6.趙寶成?杭州灣北岸水下岸坡微地貌特征及其海床侵蝕指示意義J].上海國(guó)土資源,2011,32(3):27-34.ZhaoBC.BedformsonnorthernHangzhouBaysubaqueousslope:itsimplicationtoseafloorerosion[J].ShanghaiLand&Resources,2011,32(3):27-34.徐俊杰，陳勇基于RS與GIS的南匯東灘圍墾研究J].上海國(guó)土資源,2011,32(3):18-22.XuJJ,ChenY.StudyoftidalflatreclamationateasternNanhuibasedonRSandGIS[J].ShanghaiLand&Resources,2011,32(3):18-22.王潔，吳創(chuàng)收,楊世倫，等?海南博鰲玉帶沙海灘沖淤演變及脆弱性分析[J].上海國(guó)土資源,2011,32(3):41-45.WangJ,WuCS,YangSL,etal.Vulnerabilityanalysisandscouring&siltingevolvementofYudaishabeachinBo'ao,Hainanisland[J].ShanghaiLand&Resources,2011,32(3):41-45.黎兵,何中發(fā)?海岸帶地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系建設(shè)與管理的構(gòu)想[J].上海地質(zhì),2010,31(1):6-11,20.LiB,HeZF.Ideasofconstructionandmanagementofcoastalgeoenvironmentalmonitoringsystem[J].ShanghaiGeology,2010,31(1):6-11,20.蔡愛智?長(zhǎng)江入海泥沙的擴(kuò)散J].海洋學(xué)報(bào),1982,4(1):78-86.CaiA乙DiffusionofsedimentoftheChangjiangRiverdischargingintothesea[J].ActaOceanologicaSinica,1982,4(1):78-86.MillimanJD,ShenHT,YangZS,etal.TransportanddepositionofriversedimentintheChangjiangestuaryandadjacentcontinentalshelf[J].ContinentalShelfResearch,1985,4(1-2):37-45.doi:10.1016/0278-4343(85)90020-2.LiuJP,XuKH,LiAC,etal.FluxandfateofYangtzeRiversedimenttotheEastChinaSea[J].Geomorphology,2007,85:208-224.doi:10.1016/j.geomorph.2006.03.023.秦蘊(yùn)珊，鄭鐵民?東海大陸架沉積物分布特征的初步探討[A].中國(guó)科學(xué)院海洋研究所:黃東海地質(zhì)[C].北京:科學(xué)出版社,1982:39-51.QinYS,ZhengT“.Preliminarystudyofthedistributioncharacter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