鴨綠江口主汊道常量元素沉積記錄的特征及其意義

劉 月, 程 巖, 李紅軍, 李富祥

鴨綠江口主汊道常量元素沉積記錄的特征及其意義

劉 月, 程 巖, 李紅軍, 李富祥

(遼東學院 城市建設(shè)學院, 遼寧 丹東 118003)

本文依據(jù)鴨綠江口主汊道采集的K1和K12柱狀樣, 進行了常量元素的富集特征、相關(guān)系數(shù)、主成分分析及含量與特征參數(shù)垂向分布的討論。研究表明: 鴨綠江口屬于漲潮三角洲, 納潮海灣泥質(zhì)堆積區(qū)快速沉積的時間始于1960年。主汊道的沉積物具有多源性, K12柱狀樣受粒度控制顯著, 陸源碎屑為主; K1柱狀樣受粒度控制不顯著, 受海洋作用的影響較大。主汊道的沉積記錄以1978年為界, 分為上下2個沉積單元。主汊道的沉積物受到河口區(qū)水動力的強烈改造, 與物源區(qū)的沉積物相比已經(jīng)產(chǎn)生了很多的分異和變化。該研究通過對鴨綠江口主汊道常量元素沉積記錄的分析, 發(fā)現(xiàn)了近百年來該區(qū)域地貌演變和發(fā)育的規(guī)律, 有效補充了鴨綠江口新生陸地形成過程的全貌。

鴨綠江口; 常量元素; 沉積記錄

河口是當前國際學術(shù)界研究陸海相互作用的熱點區(qū)域, 因受波浪、徑流、潮流等多種動力的影響, 河口物質(zhì)來源和沉積過程均較為復雜。常量元素的沉積記錄是研究物質(zhì)來源和沉積過程的主要信息源, 保留了大量物源與環(huán)境變化的信息[1, 2]。

鴨綠江是中朝兩國界河, 鴨綠江口被綢緞島(朝鮮管控)分割為東汊道和西汊道, 東汊道又被近幾十年新生成的江心島(朝鮮管控)及其水下沙洲分割為中水道和東水道, 使河口呈現(xiàn)“二級分汊、三口入?！钡暮觿? 東汊道目前是鴨綠江河口的主汊道。WALLING等[3]基于1930年以來的歷史數(shù)據(jù), 對世界140余條河流的徑流量和輸沙量分析表明, 河流入海輸沙呈普遍減少趨勢, 主要原因是氣候變化和人類活動, 而人類活動越來越占據(jù)主導地位。鴨綠江入海泥沙也呈現(xiàn)同全球相似的變化趨勢[4]。但是, 作為鴨綠江入海一級分汊河口屏障的最大島嶼——綢緞島, 其東西兩側(cè)的河口淺灘, 根據(jù)多次野外觀測和幾十年遙感圖像判讀, 面積擴展十分迅速, 近40年面積增長了近3倍, 由邊境劃界時的26.5 km2擴大到60 km2[5, 6]。鴨綠江口綢緞島附近如此快速的沉積過程與鴨綠江入海泥沙減少的趨勢相矛盾。綢緞島快速擴張的大量泥沙從何而來？主汊道歷史上多次發(fā)生沉積環(huán)境的改變, 每次改變都與人類活動帶來的河口地貌變化有關(guān)[4]。主汊道不僅接受鴨綠江的入海物質(zhì), 也可能接受來自淺海的潮流脊的物質(zhì), 甚至可以接受西汊道或遼東淺灘的“返回補給”的物質(zhì)。2014年8月, 在鴨綠江口主汊道采集到編號為K1、K12的柱狀樣, 作者依據(jù)這兩個柱狀樣常量元素的地球化學沉積記錄, 進行沉積環(huán)境變化和物源變化分析。這項工作既可以揭示鴨綠江口的地貌演變和發(fā)育的規(guī)律, 又可以為綢緞島面積擴張所帶來的國土權(quán)益的相關(guān)問題提供決策參考。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 區(qū)域概況與采樣地點

鴨綠江發(fā)源于長白山天池, 年徑流量266.8×108m3, 年入海沙量159.1×104t。鴨綠江流域上游是新生代玄武巖熔巖臺地, 中下游是熔巖臺地和燕山期花崗巖, 河流經(jīng)過的部分地方切穿了臺地, 出露了以變粒巖、混合花崗巖等為主的中朝古陸基底。鴨綠江流域巖性分布的這種特點決定了河流入海沉積物常量元素的基本構(gòu)成。鴨綠江口外淺灘密布、沙洲眾生, 逐漸過渡到西朝鮮灣的輻射沙脊群。鴨綠江河口的最大渾濁帶位于斗流蒲淺灘至東汊道口門之間[7], 核心地帶鹽度小于1%[8]?？陂T地區(qū)的特殊地形引起的潮波變形以及底部沉積物強烈的泥沙再懸浮是導致本地區(qū)形成最大渾濁帶的最主要動力因素[9]。關(guān)于西朝鮮灣潮流脊的成因和物質(zhì)來源長期以來一直有所爭議, 由鴨綠江這樣一條中小型河流為上萬平方公里的輻射沙脊提供沙源, 證據(jù)顯然不足[10-11], 但潮流脊物質(zhì)對鴨綠江口常量元素的分布影響還是極為深刻的[12]。

2014年8月在鴨綠江口主汊道利用重力取樣器, 采集了長110和106 cm的巖芯沉積物K1和K12, 采樣點坐標分別為124°20′25″E、39°47′20″N和124°19′4″E、39°50′1″N。在室內(nèi)將2個柱狀樣剖開后記錄巖性, 總體為黏土質(zhì)粉砂, 黏土含量達30%左右。按每6 cm間隔取2 cm寬的樣品, K1和K12各獲得20個樣品, 將這些樣品經(jīng)過烘干、研磨后進行放射性測年、粒度、常量元素等項目分析。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 常量元素含量數(shù)據(jù)

常量元素的測試方法采用《區(qū)域地球化學樣品分析方法DZ/T0279.3-2016》[13]。其中, Al2O3、SiO2、P2O5、K2O、TiO2按照“第1部分三氧化二鋁等24個成分量測定”的方法測定, 方法為粉末壓片-X射線熒光光譜法, 測定儀器為荷蘭帕納克公司的X射線熒光光譜儀, 型號為PW4400/40, 分析結(jié)果的相對偏差為4.2%, 數(shù)據(jù)可靠。Fe2O3、Na2O、CaO、MgO、MnO按照“第2部分氧化鈣等27個成分量測定”的方法測定, 方法為電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法, 測定儀器為美國熱電公司的電感耦合等離子體光譜儀, 型號為iCAP7400, 分析結(jié)果的相對偏差為1%, 數(shù)據(jù)可靠。

1.2.2 年代和粒度數(shù)據(jù)

K1和K12的年代和粒度數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)表[14], 為鴨綠江口常量元素沉積記錄的研究提供年代支撐。利用K1和K12柱狀樣137Cs垂直剖面中1963年計年時標及其對應(yīng)的深度, 計算出的平均沉積速率, 推算出K1和K12不同深度沉積物的年代(圖1)。

圖1 K1和K12柱狀樣210Pb與137Cs剖面曲線[14]

1.3 常量元素特征參數(shù)

不同常量元素具有不同的特性, 可以通過不同元素間的組合參數(shù)或不同元素間的比值參數(shù)來衡量不同的環(huán)境特征。本項研究使用了以下常量元素的特征參數(shù):

1.3.1 富集系數(shù)

富集系數(shù)(Enrichment Factor)是判斷沉積物相對于地殼的富集程度的指標。由于元素Al在表生環(huán)境中非常穩(wěn)定, 為了減小粒度影響, 常被用來進行地球化學元素的標準化處理。

富集系數(shù)的計算公式為:

=(X/Al)樣品/ (X/Al)物源區(qū), (1)

式中:是某種化學元素的富集系數(shù), 分子是沉積物樣品中的某種化學元素X的含量與元素Al百分含量的比值, 分母是物源區(qū)中的該種化學元素X的含量與元素Al百分含量的比值[15]。

若接近1, 表示該化學元素為參考物源區(qū)來源; 若>10, 則表示該化學元素為非參考物源區(qū)來源。

1.3.2 化學蝕變指數(shù)

化學蝕變指數(shù)(Chemical Index of Alteration)是判斷物源區(qū)化學風化程度的常用指標, 與風化作用強弱成正比。

化學蝕變指數(shù)的計算公式為:

=[Al2O3/(Al2O3+CaO+K2O+Na2O)]×100%, (2)

式中:是沉積物的化學蝕變指數(shù), 各化學元素均為氧化物分子摩爾數(shù)[16]。

1.3.3 常量元素比值

鉀鈉比值: K2O與Na2O含量的比值是衡量樣品中斜長石風化程度的指標, 也可用于反映沉積物的風化程度。由于Na比K易于淋失, 因此其鉀鈉比值與沉積物的風化程度呈正相關(guān)[16]。

硅鋁比: SiO2與Al2O3含量的比值常被用作衡量風化強度的指標, 比值越大, 化學風化強度越小。巖屑成因硅鋁比值已被證實為有效的沉積物源識別指標[17, 18]。

鎂鋁比: 沉積巖層中MgO具有親海性, 而Al2O3具有親陸性的特征, 因此可以用鎂鋁比判斷水體鹽度的高低[14]。

鎂鋁比的計算公式為:

=102× (MgO/Al2O3), (3)

式中,代表鎂鋁比, MgO/Al2O3為兩種常量元素百分含量的比值。

值的增加, 表明水體鹽度的增大, 沉積環(huán)境由淡水向海水過渡;<1代表淡水沉積環(huán)境,為1～10代表陸海過渡性沉積環(huán)境,為10～500代表海水沉積環(huán)境,>500代表陸表海沉積環(huán)境[19]。

鐵錳比: 金屬元素錳主要賦存在水成因的鐵錳氧化物態(tài)中[20], Fe與Mn含量的比值可以反映水位的變化, 高比值指示了較低的水位[21]。

2 結(jié)果分析

2.1 常量元素的富集特征

K1和K12兩個沉積柱的常量元素, 富集系數(shù)EF見表1, 因Al2O3是用來標準化處理的元素其EF值都是1, 因此, 比較Al2O3時使用的是均值。

表1 常量元素富集系數(shù)對比

注: 中朝準地臺標準物質(zhì)數(shù)據(jù)來源文獻[22], 其他參照來自文獻[23]

K1和K12柱狀樣各常量元素的EF值都比較接近1。根據(jù)EF值接近1的程度, K1柱狀樣與中朝地臺(代表徑流)最為接近的是Al2O3、TiO2、MnO、MgO, 與黃海物質(zhì)最為接近的是P2O5、Na2O、Fe2O3, 與遼東淺灘最為接近的是SiO2、CaO、K2O。由此推斷K1柱狀樣與流域、淺海、遼東淺灘三者沉積聯(lián)系密切, 與西汊道沉積聯(lián)系較小。K12柱狀樣與中朝地臺最為接近的是Al2O3、Na2O、MgO, 與黃海物質(zhì)最為接近的是P2O5、Fe2O3; 與西汊道最為接近的是TiO2、MnO, 與遼東淺灘最為接近的是SiO2、CaO、K2O。說明K12的沉積物受到徑流、淺海、遼東淺灘、西汊道四者的共同影響。

主汊道的沉積記錄受到鴨綠江河口地貌劇烈變化的影響, 沉積物既有可能來自鴨綠江徑流, 也有可能來自淺海, 還有可能來自西汊道或遼東淺灘的再懸浮物質(zhì), 具有多源混合的特點。柱狀樣與各參照區(qū)域之間的EF值很好地詮釋了這一特征。

2.2 常量元素間的相關(guān)性及其與粒度的關(guān)系

K1和 K12柱狀樣常量元素之間及與粒度的相關(guān)系數(shù)見表2和表3。

沉積物常量元素之間的相關(guān)分析有助于分析物源和理解沉積環(huán)境的變化。K1柱狀樣常量元素MnO、P2O5、TiO2三者相關(guān)性最好, 在0.01水平上的相關(guān)系數(shù)可以達到0.9, 與其他元素相關(guān)性都較小, 說明這三者來源一致; 結(jié)合EF分析判斷, 沉積物可能來源于中朝地臺; Na2O、K2O、SiO2、CaO、MgO之間相關(guān)性及Al2O3與Fe2O3之間的相關(guān)性也較好, 在0.01水平上的相關(guān)系數(shù)為0.5以上, 這兩類物質(zhì)間雖不能判斷為物源一致, 但具有一定程度的相似性。

K12柱狀樣常量元素也是MnO、P2O5、TiO2之間相關(guān)性最好, 在0.01水平上的相關(guān)系數(shù)可以達到0.8以上, 進一步說明三者來源一致; 結(jié)合EF分析判斷, 沉積物可能來源于中朝地臺; Na2O、SiO2、K2O之間相關(guān)性較好, 相關(guān)系數(shù)在0.7以上, 說明這些物質(zhì)來源或沉積環(huán)境相似程度較高、其他元素的相關(guān)性較低, 反映其物質(zhì)來源復雜或沉積環(huán)境多變。

沉積物常量元素與粒度參數(shù)間相關(guān)分析反映的是其受粒度影響的程度[24]。K1的常量元素總體上受粒度控制不強, K12的常量元素的含量在一定程度上受到粒度控制。為消除粒度對常量元素含量的影響, 在后續(xù)分析中對K1、K12常量元素都進行了黏土校正。

2.3 常量元素的主成分分析

為探討鴨綠江口常量元素的組合關(guān)系及其控制因素, 對K1和K12柱狀樣的沉積記錄進行了主成分分析, 結(jié)果見表4和表5。

表4 K1柱狀樣常量元素主因子分析矩陣載荷

表5 K12柱狀樣常量元素主因子分析矩陣載荷

K1柱狀樣提取出3個主成分, 貢獻累積方差達81.59%。位于三角洲前緣的K1柱狀樣成分Ⅰ控制Si、Na、K、Mg、Al、Ca 6種元素, 貢獻方差38.12%, 其中, Si、Na、K、Mg為正載荷, 這些都是抗風化能力相對較強的變粒巖、混合巖等中朝古陸基底巖石的風化產(chǎn)物, 代表了粗粒陸源碎屑沉積; Al為負載荷與正載荷互為消長, 起稀釋作用[25], 可能代表了細粒陸源碎屑沉積, 因此這5種元素都指示了陸源碎屑的沉積。Ca有“親生物”屬性, 代表了海洋的生物碎屑沉積。成分Ⅰ指示了陸源碎屑和生物碎屑輸入對K1沉積記錄的雙重控制。成分Ⅱ控制P、Ti、Mn 3種元素, 貢獻方差為29.44%。P、Ti、Mn為黏土礦物主要成分或易受黏土礦物吸附, 同時Ti又有“親陸源”屬性[26], 成分Ⅱ可能指示了“再懸浮”的黏土類物質(zhì)的沉積因子。成分Ⅲ只控制Fe 1種正載荷元素, 貢獻方差為14.03%, 可能代表了河口的膠體化學的沉積因子。

K12柱狀樣提取出3個主成分, 貢獻累積方差達81.33%。K12柱狀樣成分Ⅰ控制Si、Na、K、P、Ti、Mn 6種元素, 貢獻方差50.16%, Si、K、Na為正載荷, 與粒度相關(guān)分析顯示它們通常富集于粗顆粒沉積中; P、Ti、Mn為負載荷, 與粒度相關(guān)分析顯示它們賦存于細粒沉積中(表3)?？梢姵煞症裰苯臃从沉薑12常量元素受到“粒度控制”的狀態(tài), 也可以認為成分Ⅰ代表了陸源碎屑沉積對沉積記錄的貢獻, 通過“粒度控制”效應(yīng)表現(xiàn)出來。成分Ⅱ控制Al、Fe、Mg 3種正載荷元素, 貢獻方差18.56%, 與粒度相關(guān)性不高, 為咸淡水混合區(qū)域膠體絮凝礦物的主要成分, 因K12更靠近最大渾濁帶的沉積中心, 可能指示了最大渾濁帶絮凝作用的貢獻。成分Ⅲ只控制Ca 1種正載荷元素, 貢獻方差為12.6%, Ca是生物碳酸鹽的重要組分, 代表了海洋性的生物碎屑沉積對沉積記錄的影響。

2.4 常量元素垂向分布

本文按210Pb和137Cs放射性測年確定的沉積速率, 將K1、K12柱狀樣深度換算成年份來討論常量元素的沉積記錄。由于常量元素時常會受到粒度的影響, 分析其垂向分布時需要“標準化”或粒度校正。Al2O3在沉積物的不同粒級中具有相近似的富集規(guī)律, 用Al2O3進行“標準化”可以在一定程度上消除沉積物粒度或礦物組成差異造成的常量元素組成變化[27, 28]; 也可用黏土粒級外推法對粒度的影響進行校正[29], K1與K12柱狀樣采用兩種方法校正后的垂向分布見圖2和圖3。

圖2 K1、K12柱狀樣Al2O3標準化后常量元素的垂向分布

圖3 K1、K12柱狀樣黏土外推法校正后常量元素的垂向分布

用Al2O3標準化后, K1各常量元素含量自下而上的垂向變化基本一致, 都呈現(xiàn)含量緩慢增加的趨勢。1978年前各元素含量低于均值, 1978年后高于均值。K12與K1表現(xiàn)雖略有差異, 但垂向變化趨勢仍然相似, 這表現(xiàn)在SiO2、TiO2、Fe2O3、MnO、P2O5含量自下而上緩慢增加, 1978年前各元素含量低于均值, 1978年后高于均值; K2O、Na2O、MgO、CaO自下而上雖然含量變化不大, 但1978年前波動很小, 1978年后波動較大。

用黏土外推法校正后, K1常量元素垂向變化與用Al2O3標準化后的規(guī)律完全一致, 自下而上含量緩慢增加, 1978年前各元素含量低于均值, 1978年后高于均值。K12常量元素垂向變化用黏土外推法校正后的結(jié)果與用Al2O3標準化后的結(jié)果不一致, 表現(xiàn)為除TiO2和MnO外, 都是1978年前高于均值, 1978年后低于均值。

2.5 常量元素特征參數(shù)的垂向分布與沉積環(huán)境

化學蝕變指數(shù)、K2O/Na2O和SiO2/Al2O3是討論沉積物化學風化程度的常用指標。由于沉積物常量元素的含量變化控制因素較多, 單一元素的含量變化具有多解性, 然而多種元素豐度的多角度分析及與各類特征參數(shù)的配合則具有成因?qū)ｉT屬性, 具有環(huán)境變化或物源響應(yīng)的指示意義[30]。分析K1和K12柱狀樣沉積記錄中的這些參數(shù)可以間接地獲取沉積環(huán)境變化的相關(guān)信息。圖4顯示K1柱狀樣這3個參數(shù)都在1978年前后發(fā)生了突變, 1978年前沉積了風化程度相對較高的沉積物; 而1978年后的沉積物風化程度相對較弱。K12柱狀樣1978年前后化學蝕變指數(shù)沒有變化, 但K2O/Na2O和SiO2/Al2O3還是顯示1978年后的沉積物風化程度相對較弱。

分析指示水深變化的Fe/Mn值(圖4)發(fā)現(xiàn), K1和K12柱狀樣都是自下而上水深逐漸加大(比值高則水淺), 在1978年前后超越了均值, K1的表現(xiàn)更為明顯。分析指示鹽度變化的鎂鋁比(圖4)發(fā)現(xiàn), K1和K12柱狀樣的表現(xiàn)不一致。K1的鎂鋁比自下而上從1.2增加到2.5左右, 1978年前小于均值, 1978年后大于均值, 表明了咸淡水過渡沉積環(huán)境鹽度緩慢增加的趨勢。K12的鎂鋁比始終圍繞2.26均值變動, 說明一直處在咸淡水過渡的沉積環(huán)境, 但1978年后的波動幅度明顯高于1978年前。

圖4 常量元素特征參數(shù)的垂向分布

3 討論

3.1 強潮河口的三角洲發(fā)育

在20世紀60年代以前, 鴨綠江口的主汊道是一個寬廣的河口灣, 沉積了與西朝鮮灣的陸架梳狀沙脊潮流脊相同的黃色細粉砂, 并形成了大面積的水下三角洲[7, 10]。隨著1940年鴨綠江修建水豐水庫以來, 人類活動的影響一直未間斷, 河口水動力發(fā)生改變, 潮流作用的強度逐漸增加[4], 這從主汊道常量元素的特征參數(shù)所顯示的受陸源和海洋雙重影響也印證了這一點。K12與K1的鎂鋁比也均顯示了陸海過渡性的沉積環(huán)境, 而K1柱狀樣的鹽度出現(xiàn)了穩(wěn)定增加的狀況, 也預示著潮汐動力有上移的趨勢, 這與前人研究提出的鴨綠江口的潮區(qū)界、潮流界幾十年來也在不斷上移[7, 31]的結(jié)論是一致的。

目前鴨綠江口主汊道已被大面積的泥質(zhì)堆積區(qū)填充, K1和K12柱狀樣都位于這樣的泥質(zhì)堆積區(qū)形成的河口淺灘。K1和K12采樣點的上游已發(fā)育成明顯的河口三角洲, 部分區(qū)域出露的高度已達3～4 m, 形成植被豐富的島嶼, 生長進程貫穿于整個納潮海灣的充填過程。根據(jù)野外觀察和采集表層樣品判斷, 未被充填的河口灣區(qū)域如今仍是黃色細粉砂, 這些黃色細粉砂也構(gòu)成了包括K1和K12柱狀樣在內(nèi)的許多泥質(zhì)區(qū)的基底。根據(jù)K1和K12放射性核素測年顯示(圖1), 這種基底的年齡絕大多數(shù)在1960年前后, 說明鴨綠江河口地貌發(fā)生重大變化的時間轉(zhuǎn)折點可能就在該時間段。

3.2 主汊道的沉積物來源

鴨綠江口主汊道的沉積物來源與沉積環(huán)境變化息息相關(guān)。這里的沉積物有4種可能來源: (1) 洪水期鴨綠江徑流攜帶的陸源碎屑, 這些陸源碎屑的推移質(zhì)部分直接堆積在口門以內(nèi), 懸移質(zhì)部分能夠被落潮流帶到口門以外, 一部分在沿岸流的影響下向西擴散, 到達淺海或在遼東淺灘沉積下來, 一部分則在漲潮流作用下回輸?shù)轿縻獾郎踔林縻獾繹23]。(2) 淺海沉積物與再懸浮物質(zhì)一道在漲潮流的作用下逆流而上。(3) 已經(jīng)輸出遼東淺灘的沉積物, 在潮汐或風暴潮的攪動下, 以再懸浮泥沙的方式重新進入主汊道。(4) 西汊道的沉積物通過綢緞島中部迎門港等眾多橫向支汊回輸送到主汊道(1978年前), 或繞過綢緞島最前端進入東汊道(1978年后)。

常量元素的富集特征顯示: 主汊道K12柱狀樣與這4種物源都有沉積聯(lián)系, K1柱狀樣只與前3種物源有沉積聯(lián)系, 與西汊道的沉積聯(lián)系不明顯。常量元素的相關(guān)性分析顯示: K1和K12柱狀樣中的MnO、P2O5、TiO2相關(guān)程度高, 結(jié)合前面富集系數(shù)綜合判斷, 常量元素應(yīng)該來源于陸源碎屑, 表明三者來源一致, 相比之下其他常量元素則具有程度不同的多源性。常量元素的主成分分析更是進一步明確了主汊道沉積的多源性及其貢獻: K12更靠近上游, 其沉積物保留了較多的推移質(zhì)陸源碎屑, 這些陸源碎屑通過沉積分異作用卸載于此, 所以K12柱狀樣受“粒度控制”顯著。這些陸源碎屑同最大渾濁帶絮凝作用產(chǎn)生的膠體沉積一道構(gòu)成了K12沉積物的主體, 但沉積物中“親海性”的Ca的表現(xiàn)證實了海洋影響已經(jīng)存在[32]。K1柱狀樣更靠近口門, 其沉積物記錄了較多的受陸源與海洋影響雙重控制下的黏土沉積特征, 沉積物應(yīng)該是“再懸浮”物質(zhì)被不同的水流帶到這里與淺海物質(zhì)混合的產(chǎn)物, 因沉積分異作用不強,“粒度控制”才不顯著。

3.3 主汊道的沉積階段

K1和K12柱狀樣常量元素含量及特征參數(shù)的垂向分布都清楚地記錄了主汊道存在1978年前后2個不同的沉積階段。常量元素含量的垂向分布顯示: K1柱狀樣無論是用Al2O3標準化還是用黏土外推法校正后, 其含量或者是在1978年前后發(fā)生突變; 或者是自下而上含量增大, 在1978年越過均值; 或者是1978年后波動明顯變大。K12柱狀樣用Al2O3標準化或是用黏土外推法校正后, 其含量也大都在1978年前后發(fā)生變化: 與K1柱狀樣不同的是, 用Al2O3標準化是自下而上先小后大, 用黏土外推法校正后是自下而上先大后小, 都是在1978年前后越過了均值。無論使用哪種粒度校正方法, K1和K12柱狀樣的沉積物在1978年前后發(fā)生顯著的改變都是不爭的事實。常量元素特征參數(shù)垂向分布也有相似的規(guī)律性: K1柱狀樣1978年前的沉積物風化程度相對較強, 水深相對較淺, 鹽度更低; 1978年后的沉積物風化程度相對較弱, 水深相對較深, 鹽度稍高。K12柱狀樣的變化規(guī)律與K1差別不大, 只是化學蝕變指數(shù)和鎂鋁比沒有類似的變化, 但1978年后的鎂鋁比波動幅度還是明顯加大。

基于鴨綠江口的前期工作[23, 24]和野外觀測, 鴨綠江主汊道的沉積環(huán)境一直處在變化之中。查閱遙感圖像、地形資料得知: 分割西汊道和主汊道的綢緞島, 地貌變化很大。在1975年以前原綢緞島和薪島中間有迎門港等許多橫向支汊, 進入主汊道的徑流可以通過迎門港等橫向支汊進入西汊道, 西汊道的“再懸浮”物質(zhì)也可以通過這些橫向支汊回輸主汊道。1975年開始連續(xù)3 a, 對迎門港等眾多橫向支汊進行了工程建設(shè), 使主汊道和西汊道之間的水流交換完全停止。所以1978年以后綢緞島的面積才迅速擴大到60 km2, 主汊道的江心島也是近30年來快速發(fā)育形成的。

3.4 1978年前后主汊道沉積物的物源變化

為了進一步分析1978年以后主汊道的沉積物來源是否有變化, 分別計算了K1和K12柱狀樣1978年前后與中朝地臺(代表陸源碎屑)、淺海、遼東淺灘、西汊道9種常量元素的EF值。將EF值劃分為3級: EF≤0.75為“貧化”, 0.751.25為“富集”[26]。從圖5中不難看出, 無論是1978年前還是1978年后, K1和K12柱狀樣, EF值“接近”的都很少, EF值“貧化”的都很多, 說明這些柱狀樣沉積物受到河口區(qū)水動力的強烈改造, 與物源區(qū)的沉積物相比已經(jīng)產(chǎn)生了很多的分異和變化。

但是, 分析1978年前后的變化, K12柱狀樣1978年前后物質(zhì)來源的占比沒有明顯的改變, 說明1978年以后主汊道的沉積物來源沒有變化。K1柱狀樣1978年后陸源物質(zhì)來源的占比略有增加, 可能是附近陸源物質(zhì)的再懸浮沉積的結(jié)果[9], 需要后續(xù)進一步深入研究。

圖5 K1、K12柱狀樣1978年前后與鄰近區(qū)域沉積物元素富集系數(shù)

4 結(jié)論

1) 鴨綠江口三角洲屬于漲潮三角洲, 生長進程就是納潮海灣泥質(zhì)堆積區(qū)不斷擴大的充填過程, 充填過程應(yīng)該始于1960年前后。

2) 常量元素的富集特征、相關(guān)分析和主成分分析都表明, 主汊道的沉積物具有多源性。K12柱狀樣受粒度控制顯著, 沉積物以陸源碎屑為主, 兼有其他來源; K1柱狀樣受粒度控制不顯著, 沉積物受海洋作用的影響較大。

3) 常量元素含量及特征參數(shù)的垂向分布都表明, 主汊道的沉積記錄以1978年為界, 分為上下2個沉積單元, 是水動力條件改變的結(jié)果。

4) 主汊道的沉積物受到河口區(qū)水動力的強烈改造, 與物源區(qū)的沉積物相比已經(jīng)產(chǎn)生了很多的分異和變化。

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Characteristics and significance of the sedimentary records of the macroelements in the main branch of the Yalu River estuary

LIU Yue, CHENG Yan, LI Hong-jun, LI Fu-xiang

(Urban Construction College, Eastern Liaoning University, Dandong 118003, China)

Yalu River estuary; macroelements; sedimentary record

Two cores were collected from the main branch of the Yalu River estuary in this study.The enrichment characteristics, correlation coefficient, principal component, vertical distribution of the content, and characteristic parameters of the macroelements in the two cores were analyzed.Results showed that the Yalu River delta belonged to the flood tidal delta, and the mud accumulation areas in the tide bay began to form in 1960.The sediments in the main branch were multisource.The K12 core was controlled by the particle size, and terrigenous clast was dominant.By contrast, the K1 core was not controlled by the particle size and was considerably affected by the ocean currents.The sedimentary records of the main branch were divided into two sedimentary units by 1978.Strongly transformed by the estuarine hydrodynamics, the sediments in the main branch exhibited many differences and variations compared with the sediments in the source region.Through the analysis of the macroelement deposition records of in the main branch of the Yalu River estuary, the landform evolution rules in the region in the past hundred years were found, and the whole picture of the new land formation process of the Yalu River Estuary was further established.

Jun.4, 2021

[The National Natural Science Foundation of China, No.41876087]

P736.4

A

1000-3096(2022)03-0036-12

10.11759/hykx20210604001

2021-06-04;

2021-09-02

國家自然科學基金項目(41876087)

劉月(1972—), 女, 遼寧丹東人, 教授, 碩士, 主要從事河口沉積與河口環(huán)境研究, 電話: 0415-3789793, E-mail: moonliudd@126.com; 程巖(1960—), 通信作者, 電話: 0415-3789793, E-mail: yancheng60@126.com

(本文編輯: 譚雪靜)