山東省威海市劉公島周邊海域海底沉積物粒度特征及沉積動力環(huán)境研究

袁星芳 徐昌 李方舟 邢曉平 戰(zhàn)蓉蓉 孫萌鑫

收稿日期：20240104；修訂日期：20240125；編輯：王敏

基金項目：山東省地質勘查項目，山東省威海市劉公島及周邊海域綜合地質調查，魯勘字〔2021〕54號

作者簡介：袁星芳（1990－），女，山西大同人，高級工程師，主要從事水工環(huán)地質工作；Email：lywhyxf@163.com? *通訊作者：徐昌（1989－），男，山東寧陽人，高級工程師，主要從事水工環(huán)地質工作；Email：xuchang881115@163.com

摘要：為系統(tǒng)分析劉公島周邊海域沉積物粒度特征及沉積動力環(huán)境，本次研究在充分收集以往資料的基礎上，結合本次測試結果，對沉積物類型及粒度特征進行了總結。研究結果表明：區(qū)內沉積物類型主要有4種，分別為

含礫泥（（g）M）、礫質泥（gM）、砂質粉砂（sZ）、粉砂（Z），其中砂質粉砂與粉砂分布最廣；區(qū)內平均粒徑整體呈東南向西北遞增的趨勢，分選性整體為差，偏態(tài)屬于正偏范疇，峰態(tài)以中等型為主；區(qū)內沉積物整體位于三角圖的左上部位，黏土和粉砂兩端沉積物很少，表明區(qū)內水動力條件整體較弱。

關鍵詞：海底沉積物；粒度特征；沉積動力環(huán)境；劉公島；山東威海

中圖分類號：P736.21??? 文獻標識碼：A??? doi：10.12128/j.issn.16726979.2024.05.004

引文格式：袁星芳，徐昌，李方舟，等.山東省威海市劉公島周邊海域海底沉積物粒度特征及沉積動力環(huán)境研究［J］.山東國土資源，2024，40（5）：2430.YUAN Xingfang， XU Chang，LI Fangzhou， et al. Study on Characteristics of Grain Size and Sedimentary Dynamic Environment of Seabed Sediments in the Sea Areas around Liugong Island［J］.Shandong Land and Resources，2024，40（5）：2430.

0? 引言

沉積物類型及分布是沉積物來源、水動力條件、海平面變化及構造運動綜合作用的結果，是反映現(xiàn)代和過去沉積環(huán)境的一種標志。沉積物的粒度及礦物組成主要受物質來源、搬運介質、搬運方式等因素的共同影響，是沉積物沉積環(huán)境研究的重要方面［16］。前人對黃海海域沉積物特征及沉積環(huán)境進行了大量的研究并取得了一定成果［710］，如湯世凱等研究了煙臺芝罘灣底質沉積物粒度特征和沉積動力環(huán)境，劉春秀分析了煙臺近海海底表層沉積物粒度分布特征，韓忠等分析了桑溝灣海域表層沉積物粒度特征及其環(huán)境意義，李恒猛等進行了威海周邊海域表層沉積物沉積環(huán)境分區(qū)與元素組成控制因素分析研究。以往多為區(qū)域研究結果，尚未針對劉公島周邊海域進行系統(tǒng)分析，其周邊沉積物特征及水動力條件有待進一步探索。

本次研究在充分收集以往成果資料的基礎上，結合本次樣品測試結果，劃分了劉公島周邊海域海底沉積物類型，計算了沉積物相關粒度參數(shù)，探討了沉積物動力環(huán)境，為后期分析研究提供了參考依據(jù)。

1? 海洋氣象水文概況

劉公島周邊海域氣象水文特征受海洋調節(jié)作用比較明顯，春、夏季主導風向為南風、偏南風；秋、冬季主導風向為北風、偏北風。區(qū)內常浪向為NE向，頻率為28%；次常浪向為NW向，頻率為10%；最大波高為1.2m，主要集中在偏北方向。區(qū)內潮汐為不正規(guī)半日潮，有明顯日不等現(xiàn)象，最高水位為1.07m，最低水位為1.07m，日最大潮差為2.09m，日最小潮差為0.65m，1月份平均海平面最低為19cm，8月份平均海平面最高為25cm，年變幅44cm。區(qū)內西側海域潮差為1.75～2.00m，為弱潮海區(qū)；東側海域潮差為2.00～2.25m，為中潮海區(qū)。

2? 材料與方法

2.1? 樣品采集

本次研究于2022年5月在劉公島周邊海域布設15站位采集海底表層樣（圖1），其中B1—B7位于劉公島西北部海域，B9—B13位于劉公島東北部海域，B15—B23位于劉公島東南部海域，B25—B29位于劉公島西南部海域。采用箱式取樣器進行樣品采集，重量約500～600g，采集后樣品放置于聚乙烯塑料袋中用于分析測試沉積物的粒度。樣品登記、保存與運輸嚴格按照《海洋監(jiān)測規(guī)范 第3部分：樣品的采集、貯存和運輸（GB 17378.3—2007）》［11］中的相關要求執(zhí)行，并及時送至國土資源部海洋地質實驗檢測中心進行分析測試。

2.2? 測試方法

本次沉積物粒度分析采用篩析法和激光粒度儀法。

篩析法：利用一系列不同大小空隙的標準網(wǎng)篩進行篩選、分離砂土中的粒級組分，并通過質量大小計算各粒級組分的相對含量，進而確定粒度成分。該方法無法對黏土、粉砂等粒徑較小的組分進行分析。

激光粒度儀法：首先，取20g左右樣品，經(jīng)雙氧水和稀鹽酸處理后，采用超聲波振蕩儀振蕩；然后，利用Mastersizer 2000型激光粒度儀進行粒度分析［1215］。平均粒徑（Mz）、分選系數(shù)（σi）、偏態(tài)（Sk）、峰態(tài)（Kg）等粒度參數(shù)采用Folk＆Ward法計算［16］，分級描述見表1。

目前，國內沉積學研究主要使用2種分類方法，分別為Shepard和Folk等提出的沉積物分類方法及圖解。由于Folk分類法［17］在沉積動力及成因方面具有明顯指示意義，本次研究參照《1∶1000000海洋區(qū)域地質調查規(guī)范（DZ/T 0247—2009）》［18］中Folk等（1970）分類方法，即按粒度含量的三角形命名方法進行分類（圖2）。

2.3? 測試結果

表層沉積物的粒度分析由國土資源部海洋地質實驗檢測中心測試完成，儀器為英國馬爾文公司生產的Mastersizer 2000型激光粒度儀。該儀器具有測速快、測試范圍大、重復性、真實性高和操作簡便等優(yōu)點，同時不受溫度、介質和密度等條件影響。儀器的測量范圍為0.02～2000μm，重復測量誤差小于2%。測試結果見表2。

3? 結果與討論

3.1? 沉積物類型及分布

在以往資料收集的基礎上，結合本次測試結果，根據(jù)Folk等（1970）沉積物命名原則，將研究區(qū)海底沉積物劃分為4類：含礫泥（（g）M）、礫質泥（gM）、砂質粉砂（sZ）、粉砂（Z）。其中，砂質粉砂（sZ）與粉砂（Z）分布最廣，約占研究區(qū)總面積的75%（圖3）。

砂質粉砂（sZ）：分布在研究區(qū)西、西北部海域，面積約13.40km2，約占研究區(qū)面積的44.7%。該類型砂組分含量為10.19%～42.72%，平均值為17.48%；粉砂組分含量為40.18%～69.99%，平均值為63.10%。

粉砂（Z）：分布在研究區(qū)東部海域，面積約8.98km2，約占研究區(qū)面積的29.9%。該類型粉砂組分含量為64.21%～73.34%，平均值為69.36%。

含礫泥（（g）M）：分布相對離散，主要分布在研究區(qū)東部、西部和南部海域，面積約4.17km2，約占研究區(qū)面積的13.9%。該類型礫石組分含量為0.15%～3.81%，平均值為1.71%。

礫質泥（gM）：主要分布在研究區(qū)西部海域，與含礫泥（（g）M）分布區(qū)相鄰，面積約0.20km2，約占研究區(qū)面積的0.7%。該類型礫石組分含量為5.36%～9.21%，平均值為6.81%。

3.2? 沉積物粒度參數(shù)特征

（1）平均粒徑（Mz）

平均粒徑代表沉積物平均顆粒的大小，反映物質來源和沉積環(huán)境的變化。在強水動力條件下，細粒物質被搬運、篩選，而粗粒物質被沉積下來；反之，在弱水動力條件下，粗粒物質被搬運、篩選，而細粒物質被沉積下來。因此，根據(jù)沉積物平均粒徑大小，可以大致推測沉積環(huán)境水動力條件強弱。平均粒徑大，反映水動力條件強；平均粒徑小，反映水動力條件弱［5，15，19］。

研究區(qū)平均粒徑變化范圍為4.71Φ～6.95Φ，平均值為5.96Φ，反映水動力條件較弱。高值區(qū)分布在劉公島西北部海域，低值區(qū)分布在劉公島東南部海域（圖4）。

（2）分選系數(shù)（σi）

分選系數(shù)代表沉積物粒徑的分選程度，即顆粒大小的均勻性。若粒級小，主要粒級突出，百分含量高，則分選性好，分選系數(shù)小；反之，粒級分布范圍廣，主要粒級不突出，甚至是雙峰或多峰沉積物，則分選性差，分選系數(shù)大［5，15，19］。

研究區(qū)分選系數(shù)變化范圍為1.78～2.62，平均值為2.10，整體呈西南部海域分選性差、東北部海域分選性很差的態(tài)勢（圖5），與沉積物類型大致對應，分選性差的區(qū)域沉積物類型以砂質粉砂為主，分選性較差的區(qū)域沉積物類型以粉砂為主。說明在相同物源條件下，搬運距離越遠，越遠離物源區(qū)，分選性越明顯，進一步說明海域沉積物的來源主要為近岸侵蝕供砂以及陸源碎屑物補給等。

（3）偏態(tài)（Sk）

偏態(tài)反映沉積過程中能量的變異，可以通過判斷粒度組分分布的對稱性，來表示平均值與中位數(shù)的相對位置：負偏代表平均值將向中位數(shù)的較粗方向移動，正偏代表平均值將向中位數(shù)的較細方向移動［5，15，19］。

研究區(qū)偏態(tài)變化范圍為0.01～0.36，平均值為0.19，大部分區(qū)域偏度大于0.1，屬于正偏范疇（圖6）。從偏態(tài)平面分布圖可知，研究區(qū)東北角區(qū)域偏度普遍小于0.1，局部區(qū)域小于0.1，表明沉積物頻率曲線近對稱或負偏。

（4）峰態(tài)（Kg）

峰態(tài)用來測量頻率曲線兩端分選與曲線中央分選的比率，即衡量分布曲線的峰凸程度。峰態(tài)是發(fā)現(xiàn)雙峰曲線的重要線索，如若峰態(tài)值很低或趨于0，說明該區(qū)海底沉積物未經(jīng)改造便進入新環(huán)境，而新環(huán)境對它的改造亦不明顯［5，15，19］。

研究區(qū)峰態(tài)變化范圍為0.84～1.03，平均值為0.96，大部分區(qū)域為0.90～1.11（圖7），與砂質粉砂分布范圍大致相同，表現(xiàn)為中等的粒度頻率曲線。而研究區(qū)東北部海域峰態(tài)值小于0.90，粒度頻率曲線大致呈平坦分布。

（5）沉積物粒度參數(shù)相關性分析

J.P.Le Roux等人研究認為，沉積物的平均粒徑、分選系數(shù)與其物源母巖位置和搬運介質的運移路徑相關，偏態(tài)、峰態(tài)反映沉積環(huán)境對沉積物粒徑的二次改造［20］。由平均粒徑相關性分析圖可知，平均粒徑與分選系數(shù)相關性較好，與偏態(tài)、峰態(tài)相關性較差，反映沉積物形成時的沉積環(huán)境和水動力條件相對較復雜（圖8）。

3.3? 沉積水動力環(huán)境特征

為分析劉公島周邊海域沉積動力環(huán)境特征，本文采用Flemming三角圖式法［21］，該法定義1Φ～4Φ的顆粒為砂，4Φ～9Φ的顆粒為粉砂，＞9Φ的顆粒為黏土；并以沉積物中砂的百分含量分為S、A、B、C、D、E共6個組，以5%、25%、50%、75%、95%作為結構分類標志線，從S－E表示砂含量逐漸減少，粉砂含量逐漸增加，沉積物粒徑逐漸變細；再以沉積物中粉砂在泥質成分（粉砂+黏土）的百分含量分為Ⅰ～Ⅵ共6個區(qū)，以10%、25%、50%、75%、90%作為結構分類標志線，從Ⅰ～Ⅵ表示水動力逐漸減弱。按上述方法將三角形分為25個區(qū)：從S到E，沉積物粒徑逐漸變細；從I到Ⅵ沉積動力環(huán)境越來越弱。

圖9? 研究區(qū)海底沉積物動力分區(qū)三角圖

由圖9可知，B5、B7位于SⅥ區(qū)，B1、B3、B9、B15、B17、B19、B25、B27、B29位于AⅥ區(qū)，B11、B13、B21、B23位于BⅥ區(qū)。從S到E分區(qū)來看，沉積物大多集中在A和B區(qū)，粒徑較粗；從Ⅰ到Ⅵ分區(qū)來看，沉積物全部投于Ⅵ區(qū)，沉積動力環(huán)境較弱。

由圖10可知，研究區(qū)等深線整體呈西南至東北遞增的趨勢，在劉公島西部局部地段存在沖刷溝槽，水深較深。整體來說，在水深＜20m的區(qū)域內，受潮流和波浪的共同影響，水動力稍強，形成以砂質粉砂為主的沉積物；在水深＞20m的區(qū)域內，波浪作用減弱，水動力以潮流作用為主，水動力稍弱，形成以粉砂為主的沉積物。

綜上所述，研究區(qū)內沉積物整體位于三角圖的左上部位，黏土和粉砂兩端沉積物較少，表明該區(qū)域水動力條件整體較弱。

4? 結論

（1）研究區(qū)沉積物類型主要有4種：含礫泥（（g）M）、礫質泥（gM）、砂質粉砂（sZ）、粉砂（Z）。其中，砂質粉砂（sZ）與粉砂（Z）分布最廣，約占研究區(qū)總面積的75%。

（2）研究區(qū)平均粒徑變化范圍為4.71Φ～6.95Φ，平均值為5.96Φ，整體呈東南向西北遞增的趨勢。受潮流和波浪等多種水動力共同影響，區(qū)內沉積物分選性整體為差，偏態(tài)屬于正偏范疇，峰態(tài)以中等型為主。

（3）采用Flemming三角圖式法分析研究區(qū)沉積物的動力環(huán)境，區(qū)內沉積物整體位于三角圖的左上部位，黏土和粉砂兩端沉積物很少，表明該區(qū)域水動力條件整體較弱。

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Study on Characteristics of Grain Size and Sedimentary Dynamic Environment of Seabed Sediments in the Sea Areas around Liugong Island

YUAN Xingfang， XU Chang，LI Fangzhou， XING Xiaoping，ZHAN Rongrong，SUN Mengxi

（No.6 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources， Shandong Weihai 264209， China）

Abstract：In order to systematically analyze the characteristics of grain size and sedimentary dynamic environment of sediments around Liugong Island， on the basis of fully collecting the previous data， combining with the test results， characteristics of the sediment types and grain size have been studied summarized. It is showed that there are four main sediment types in the area， namely （g） M-gravel mud， gM-gravel mud， sZ-sandy silt and Z-silt. Among them， sandy silt and silt are the most widely distributed. The average particle size in the area increases from southeast to northwest. The sorting ability is poor， the skewness belongs to the positive skewness category， and the peak is mainly medium type. The overall sediment in the area is located in the upper left part of the triangle diagram， and there are few sediments at both ends of the clay and silt. It is indicated that the overall hydrodynamic conditions in the area are weak.

Key words：Submarine sediment；characteristics of particle size；sedimentary dynamic environment; Liugong Island；Weihai city in Shandong province