江蘇北部條子泥潮灘波痕沉積物粒度特征

侯國(guó)偉

(中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司，上海 200335)

張志垚, 陳哲, 張昌民, 尹太舉, 馮文杰

(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100)

張金亮

(北京師范大學(xué)資源學(xué)院，北京 100875)

徐發(fā)

(中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司，上海 200335)

沉積物粒度分布受源區(qū)的母巖成分、沉積物搬運(yùn)距離和沉積環(huán)境的水動(dòng)力條件等多重因素影響。同一區(qū)域內(nèi)沉積物的粒度差異受沉積水動(dòng)力方式和水動(dòng)力強(qiáng)度影響，因而沉積物的粒度分布與水深、流速的關(guān)系十分密切[1～7]。長(zhǎng)期以來(lái)，沉積學(xué)家進(jìn)行了大量的現(xiàn)代沉積調(diào)查，通過(guò)研究不同沉積環(huán)境中現(xiàn)代沉積物的粒度特征，結(jié)合相關(guān)參數(shù)的對(duì)比分析，定性和定量地推測(cè)古代沉積物的沉積古環(huán)境特征[8～19]。下面，筆者通過(guò)對(duì)江蘇北部條子泥潮灘的沉積構(gòu)造觀察，采集典型波痕沉積物樣品進(jìn)行粒度分析，研究不同波痕的粒度特征，分析形成不同波痕的水動(dòng)力條件差異因素，為研究類似的地下潮汐成因砂體提供可供對(duì)比的實(shí)例。

1 沉積背景

條子泥潮灘位于江蘇北部東臺(tái)縣弶港鎮(zhèn)海岸外輻射狀沙洲中心區(qū)(見(jiàn)圖1)，陸界范圍北起梁垛河口外(N32.94°)，南至川港口外(N32.69°)，西界為蘇北中部沿海墾區(qū)外堤線(E120.86°)，東至江家塢外緣(E121.26°)，南北長(zhǎng)約40km，東西寬約40km[20]。潮灘平均寬度為10～13km，灘面地勢(shì)平坦，平均坡度為0.3°，平均地面高程為4.0～4.4m。該區(qū)為我國(guó)典型的季風(fēng)氣候地區(qū)，全年平均氣溫為14～15℃；盛行風(fēng)向以東南、東北風(fēng)為主，東北風(fēng)強(qiáng)勁，東南風(fēng)頻繁，風(fēng)力約在4～5級(jí)，大者7～8級(jí)，臺(tái)風(fēng)平均每年3.73次[21]。整個(gè)輻射狀沙洲水域?qū)僬?guī)半日潮流，沙洲區(qū)的輻射中心和中部漲潮流一般強(qiáng)于落潮流，而在沙洲外圍則相反，落潮流強(qiáng)于漲潮流，整個(gè)沙洲區(qū)最大潮流流速為1.53～2.04m/s。研究區(qū)全年盛行偏北向浪，波高低于1m的出現(xiàn)率為85%，大于1m、小于2m的出現(xiàn)率為10%，大于2m的出現(xiàn)率為5%左右。研究區(qū)位于條子泥景點(diǎn)中心區(qū)，為觀察潮坪沉積的理想場(chǎng)所。

圖1 條子泥潮灘地理位置圖

2 波痕類型

條子泥潮灘波痕十分發(fā)育，主要有梳狀波痕、平行波痕、不連續(xù)波痕、干涉波痕、平頂波痕、流水波痕等6種。筆者采集了6種波痕的沉積物進(jìn)行粒度分析。

1)梳狀波痕 為浪成波痕的一種，波痕細(xì)小，波長(zhǎng)2～3cm，波高小于0.5cm，波痕基本對(duì)稱，波脊低矮且密集分布，波脊間相互平行，局部分叉(見(jiàn)圖2(a))，波痕表層常被退潮形成的薄泥層覆蓋。

2)平行波痕 同為浪成波痕的一種，規(guī)模比梳狀波痕大，波脊比較寬緩，相互平行，波長(zhǎng)5～10cm，波高1～2cm，波脊處主要為極細(xì)砂和粉砂，波谷披覆泥質(zhì)沉積(見(jiàn)圖2(b))。

3)不連續(xù)波痕 一般呈舌型或者新月形，波脊不連續(xù)，波長(zhǎng)7～10cm，波高2～3cm(見(jiàn)圖2(c))。

4)干涉波痕 不同方向的波浪干涉形成，波痕波脊和波谷的延伸方向不固定，波痕呈四邊形、五邊形等多邊形，波脊尖銳度一般，波長(zhǎng)2～4cm，波高小于0.5cm(見(jiàn)圖2(d))，對(duì)稱性一般較弱，主要發(fā)育在堤壩坡腳附近水動(dòng)力較弱的部位。

5)平頂波痕 平頂波痕波長(zhǎng)5cm左右，波高0.5～1cm，表現(xiàn)為波峰平坦寬闊，沉積物較粗，波谷狹窄，沉積物較細(xì)(見(jiàn)圖2(e))。該波痕是水位下降過(guò)程中，強(qiáng)風(fēng)產(chǎn)生的表面張力波將波痕露出水面部分削平后造成的。

6)流水波痕 流水波痕是退潮期間潮溝里流水形成的波痕，波痕規(guī)模和形態(tài)受潮溝深度和潮溝內(nèi)水流速度的控制。采樣處潮溝較小，深20cm，寬3m左右，潮溝內(nèi)水深5～10cm，波痕呈舌型，波長(zhǎng)3～8cm，波高0.5～1cm(見(jiàn)圖2(f))。

3 樣品采集與分析

圖2 條子泥潮灘波痕特征

筆者在潮灘上共采集波痕

沉積物粒度樣品10個(gè)。為了研究波痕波峰和波谷處粒度的差異性，對(duì)識(shí)別的6種波痕分別采集樣品1份，并針對(duì)浪成波痕分別采集波峰和波谷樣品各1份。為了研究不同波痕粒度分布的差異性，選取梳狀波痕、平行波痕、不連續(xù)波痕、干涉波痕、平頂波痕各1份，在小型潮溝內(nèi)采集流水波痕2份。采集的樣品采用激光粒度分析儀進(jìn)行分析，獲取粒度分布和粒度參數(shù)數(shù)據(jù)。

4 粒度分析結(jié)果

粒度分析結(jié)果顯示，所采樣品以極細(xì)砂和粉砂為主，10個(gè)樣品中有5個(gè)樣品為砂質(zhì)粉砂，1個(gè)樣品為砂質(zhì)粗粉砂，1個(gè)樣品為含砂粗粉砂，3個(gè)樣品為粉砂質(zhì)砂(見(jiàn)表1)，粒度平均值為0.045～0.064μm，粒度M值(粒度概率累積曲線上顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%處對(duì)應(yīng)的粒徑)為46.779～66.049μm(見(jiàn)表2)。粒度頻率曲線皆呈不對(duì)稱單峰型，粒度峰值分布范圍為0.048～0.072μm；曲線略顯粗偏，偏度為0.014～1.445，峰度為3.505～6.133(見(jiàn)圖3，表2)，中砂及以上粗粒沉積物含量較少。粒度概率累積曲線基本呈兩段式，個(gè)別樣品呈現(xiàn)細(xì)尾特征(見(jiàn)圖4)，粒度標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.466～0.632(見(jiàn)表2)，顯示分選中等到較好。粒度C值(粒度概率累積曲線上顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%處對(duì)應(yīng)的粒徑)為121.111～244.343μm(見(jiàn)表2)，粒度概率累積曲線上顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%處對(duì)應(yīng)的粒徑為14.946～34.044μm(見(jiàn)表3)。

表1 條子泥潮灘波痕粒度組分特征

表2 條子泥潮灘波痕粒度參數(shù)

圖3 條子泥潮灘波痕粒度頻率曲線特征 圖4 條子泥潮灘波痕粒度概率累積曲線特征

波痕類型不同顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的粒徑/μm1%5%10%14%25%75%86%90%95%99%浪成波痕160.152 113.536 96.270 87.634 73.675 34.068 20.530 14.946 8.715 3.662 浪成波痕波峰168.603 117.917 99.751 91.823 77.339 41.146 30.485 24.258 13.945 5.147 浪成波痕波谷149.326 105.709 89.681 83.030 69.981 35.459 23.355 17.011 9.353 3.626 流水波痕1214.274 155.013 127.383 113.588 92.066 46.322 36.027 30.957 21.341 8.633 流水波痕2244.343 167.077 126.944 109.029 84.017 40.693 30.794 25.224 14.589 4.722 梳狀波痕198.795 131.779 104.333 93.001 74.690 36.204 27.154 22.611 14.819 6.062 平行波痕150.285 100.561 84.665 76.752 64.616 36.992 30.891 27.879 22.636 13.441 不連續(xù)波痕232.648 165.872 132.769 117.459 93.299 44.509 33.439 27.631 17.074 6.165 干涉波痕243.278 169.004 132.296 115.442 89.982 45.685 37.562 34.044 27.473 15.606 平頂波痕121.111 88.945 77.007 71.696 60.896 35.335 28.833 25.560 19.417 9.927

5 粒度分布差異性分析

圖5 樣品粒度參數(shù)比較圖

比較10個(gè)樣品的粒度參數(shù)(見(jiàn)圖5)可見(jiàn)：①所有樣品粒度平均值和M值的變化趨勢(shì)基本一致，平均值高的波痕粒度M值也比較高；②浪成波痕波峰處的粒度明顯粗于波谷，這與浪成波痕形成時(shí)的水流分離作用有關(guān)；③不連續(xù)波痕的M值大于一般波痕，流水波痕1、不連續(xù)波痕和干涉波痕的M值在60μm以上，平行波痕和平頂波痕的粒度M值小于50μm；④粒度平均值最大的是干涉波痕，這與其形成過(guò)程波浪的多次篩選有關(guān)，波浪將較細(xì)的泥質(zhì)篩選帶走，遺留了較粗的顆粒；流水波痕1的粒度平均值僅次于干涉波痕，可能與流水對(duì)潮灘沉積物再次分選有關(guān)；⑤梳狀波痕、平行波痕、平頂波痕和浪成波痕之間的粒度平均值差異不大，水動(dòng)力差異不顯著；⑥M值和平均值都表明干涉波痕、流水波痕、不連續(xù)波痕的粒度總體較粗，梳狀波痕、平行波痕、平頂波痕、浪成波痕的粒度較細(xì)。

對(duì)比各樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差可以發(fā)現(xiàn)，所采樣品分選性總體較好。平頂波痕、平行波痕、干涉波痕以及流水波痕1的標(biāo)準(zhǔn)偏差較低，分選性較好；流水波痕、浪成波痕和浪成波痕波谷處樣品的標(biāo)準(zhǔn)偏差大于1，分選性較差，與浪成波痕波谷間發(fā)育泥質(zhì)披覆有關(guān)；梳狀波痕、不連續(xù)波痕和流水波痕2的標(biāo)準(zhǔn)偏差介于上述2類之間，也與波痕表面沉降的泥質(zhì)沉積有關(guān)。流水波痕1、不連續(xù)波痕、浪成波痕波峰和浪成波痕峰值較粗，其他樣品峰值相差不大且較細(xì)，說(shuō)明前4種波痕形成時(shí)水動(dòng)力較強(qiáng)。上述樣品的峰度較大，峰態(tài)較尖銳。干涉波痕、平行波痕的偏度較小，浪成波痕波峰和波谷的偏度較大。

沉積物的粒度特征與沉積環(huán)境和沉積物源區(qū)的供給有關(guān)，該次采集的潮灘樣品皆呈單峰特征，說(shuō)明沉積物總體分選好，沉積水動(dòng)力方式單一，與鴨綠江口沉積的雙峰態(tài)粒度曲線具有明顯差異；與穩(wěn)定湖相沉積物和風(fēng)成黃土的粒度分布特征也明顯不同[22，23]。條子泥潮灘地區(qū)的沉積物是長(zhǎng)江和黃河搬運(yùn)的沉積物被沿岸流和潮流再次搬運(yùn)而堆積的，沒(méi)有明顯近岸沉積物注入，與福建深滬灣海灘SSZ1孔的巖石粒度相比明顯較細(xì)，但與大豐潮灘懸沙的粒徑組成相比則明顯較粗[24，25]。該區(qū)的波痕粒度頻率曲線具單峰、細(xì)偏、對(duì)稱性較好的特征，與福建省漳州市第四紀(jì)古河道沉積物的雙峰、粗偏和強(qiáng)烈不對(duì)稱形態(tài)完全不同[26]。區(qū)內(nèi)波痕粒度概率累積曲線呈兩段式，缺乏明顯的粗粒滾動(dòng)總體，與河流沉積多段式曲線和日照近海表層沉積物的對(duì)段型粒度曲線差異明顯[27，28]。

各種波痕的粒度參數(shù)表明，在供給條件總體變化不大的情況下，局部水動(dòng)力方式、水動(dòng)力強(qiáng)度對(duì)沉積物粒度的變化具有重要影響。沉積物分選性不僅與水動(dòng)力強(qiáng)弱有關(guān)，水動(dòng)力作用時(shí)間也是其重要的影響因素之一?？傮w看來(lái)，干涉波痕、流水波痕1、不連續(xù)波痕的粒度較粗，但形成的機(jī)理存在一定差異：干涉波痕受不同方向波浪的作用，作用時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)沉積物篩選越徹底，容易將細(xì)粒沉積物篩選出去；流水波痕1樣品采自潮溝中流水波痕的脊部，該處水流動(dòng)力最強(qiáng)，對(duì)潮灘沉積物進(jìn)一步篩選，使得泥質(zhì)沉積物進(jìn)入流水中呈懸浮質(zhì)搬運(yùn)，遺留下較粗的顆粒，但分選性不一定最好；不連續(xù)波痕規(guī)模較大，可能是漲潮或落潮時(shí)強(qiáng)潮流的產(chǎn)物，其沉積物顆粒較粗，分選一般；波峰處是水動(dòng)力最強(qiáng)的部位，受波浪篩選作用時(shí)間長(zhǎng)且徹底，因此分選較好，粒度較粗。

6 結(jié)論

1)條子泥潮灘發(fā)育有梳狀波痕、平行波痕、不連續(xù)波痕、干涉波痕、平頂波痕、流水波痕等6種類型。

2)條子泥潮灘沉積物組分主要為極細(xì)砂和粉砂，有5個(gè)樣品為砂質(zhì)粉砂，1個(gè)樣品為砂質(zhì)粗粉砂，1個(gè)樣品為含砂粗粉砂，3個(gè)樣品為粉砂質(zhì)砂。粒度頻率曲線皆呈不對(duì)稱單峰型，峰值為0.048～0.072μm，曲線略顯粗偏，偏度為0.214～1.445，峰度3.505～6.133；粒度概率累積曲線基本呈兩段式，個(gè)別樣品呈現(xiàn)細(xì)尾特征。

3)在供給條件總體變化不大的情況下，局部水動(dòng)力方式、水動(dòng)力強(qiáng)度對(duì)沉積物的粒度參數(shù)變化具有重要的影響。水動(dòng)力強(qiáng)不一定分選性好，而水動(dòng)力弱時(shí)沉積物也可形成良好的分選，水動(dòng)力作用時(shí)間在其中起到重要作用，以彌補(bǔ)水動(dòng)力強(qiáng)度的不足。