李東義 徐勇航 王愛軍 鄭斌鑫 李國剛

(1.國家海洋局第三海洋研究所海洋與海岸地質(zhì)環(huán)境開放實(shí)驗(yàn)室 福建廈門 361005;2.國家海洋局北海分局北海海洋工程勘察研究院 山東青島 266033)

0 引言

淺海港灣是海岸系統(tǒng)的重要組成部分，這些區(qū)域濕地廣布，動(dòng)、植物資源豐富，港口航運(yùn)發(fā)達(dá)，海陸相互作用最為敏感和強(qiáng)烈，具有重要的生態(tài)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也是人類活動(dòng)最為強(qiáng)烈的區(qū)域之一，其現(xiàn)代沉積環(huán)境深受河流、海洋及人類活動(dòng)的影響，沉積過程復(fù)雜［1-5］。沉積物粒度特征及其分布是沉積物的基本性質(zhì)之一，其空間分布主要受控于區(qū)域物源、水動(dòng)力、植被分布等因素［6-7］，蘊(yùn)含了豐富的海洋沉積方面的信息。不同的沉積環(huán)境有特定的沉積物粒度參數(shù)及其組合特征，因此，利用粒度參數(shù)可以提取沉積物的物質(zhì)來源信息［8］，識(shí)別沉積環(huán)境的類型［9-12］，反映沉積過程中的水動(dòng)力條件［13-15］，推斷沉積物擴(kuò)散、搬運(yùn)與沉積過程［16-17］，還可以指示底質(zhì)沉積物的輸運(yùn)方向及輸運(yùn)強(qiáng)度［18-19］。

福建省安海灣是我國東南沿海典型的小型半封閉性港灣，環(huán)灣經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，碼頭林立，海灣內(nèi)濕地廣布，海陸交互作用強(qiáng)烈。本文通過對(duì)安海灣內(nèi)表層沉積物粒度資料的詳細(xì)研究，結(jié)合系統(tǒng)聚類分析和粒徑趨勢分析模型，分析安海灣的表層沉積物的分布特征和現(xiàn)代沉積環(huán)境，嘗試探討海灣內(nèi)的沉積動(dòng)力過程及其機(jī)制，為區(qū)域開發(fā)和環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

安海灣位于福建省泉州市東南沿海，緊鄰廈門灣，與臺(tái)灣金門縣隔海相望。安海灣屬于構(gòu)造成因海灣，但因后期泥沙的沉積，已演變成東西向狹窄，南北向延伸的狹長半封閉型海灣［20］。海灣灣口發(fā)育沙嘴和砂壩，灣內(nèi)潮灘十分發(fā)育，可見眾多樹枝狀潮溝，水域面積較小，水深較淺，自北向南逐漸變深［20］。安海灣平均潮差大于4 m，屬強(qiáng)潮海灣，潮汐類型為正規(guī)半日潮，潮流為地形控制的穩(wěn)定往復(fù)流，落潮流歷時(shí)與漲潮流歷時(shí)相差不大;由于安海灣為深入陸地的狹長型海灣，灣口狹窄，波浪作用較弱［20］②國家海洋局第三海洋研究所.泉廈漳城市聯(lián)盟高速公路工程水文觀測與分析研究報(bào)告［R］.2013.。安海灣北半部有諸條小河溪注入，泥沙來源較為豐富［20］;海灣內(nèi)懸浮泥沙主要受潮流的影響，含沙量高值一般出現(xiàn)在漲、落急時(shí)段，低值一般出現(xiàn)在漲、落憩時(shí)段②。

圖1 研究區(qū)位置與調(diào)查站位Fig.1 The study area and station locations

2 研究方法

2.1 樣品采集與實(shí)驗(yàn)分析

2013年8月，利用蚌式抓斗在福建安海灣采集了62個(gè)站位的表層沉積物樣品，調(diào)查區(qū)域與站位見圖1。樣品均取自表層5 cm的沉積物，現(xiàn)場描述后裝入樣品袋密封，以備實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分析。水文數(shù)據(jù)采用研究區(qū)內(nèi)2013年8月在SW-1和SW-2站位開展的實(shí)測水文資料①國家海洋局第三海洋研究所.泉廈漳城市聯(lián)盟高速公路工程水文觀測與分析研究報(bào)告［R］.2013.。

粒度分析采用激光粒度儀和篩析法相結(jié)合的方法。將采集回來的樣品充分混合后取樣，當(dāng)樣品中含有礫石的顆粒時(shí)，對(duì)樣品過篩，將大于1 mm的樣品利用篩析法進(jìn)行粒度分析，獲得1/2 φ間隔的粒度分布數(shù)據(jù);對(duì)無礫石樣品和過篩后的細(xì)顆粒樣品加入0.5%的六偏磷酸鈉((NaPO3)6)浸泡24 h，使沉積物顆粒充分分散，利用英國Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer2000型激光粒度儀進(jìn)行粒度分析，獲得1/4 φ間隔的粒度分布數(shù)據(jù)。最后，合并激光粒度儀和篩析法的數(shù)據(jù)。樣品前處理和粒度分析均在國家海洋局第三海洋研究所海洋與海岸地質(zhì)環(huán)境開放實(shí)驗(yàn)室完成。

2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析的粒度數(shù)據(jù)，計(jì)算了礫石、砂、粉砂和黏土的顆粒組分含量［21］，利用謝帕德分類法對(duì)不含礫石的沉積物類型進(jìn)行分類，含礫石的沉積物類型采用?？朔诸惙ǚ诸?粒度參數(shù)使用矩值法計(jì)算［22］，參考國家標(biāo)準(zhǔn)劃分粒度參數(shù)的等級(jí)［21］。

由于水文觀測點(diǎn)附近沉積物均為細(xì)顆粒的黏性沉積物，因此其臨界起動(dòng)切應(yīng)力可采用適合黏性沉積物的公式(1)得到［23］。公式(1)中 τcr為底部臨界切應(yīng)力;β 是與顆粒粒徑有關(guān)的系數(shù)，取 β=0.3，s=ρs/ρw-1;ρw為海水密度;ρs為沉積物顆粒密度;W為沉積物含水量(計(jì)算采用百分?jǐn)?shù))。兩個(gè)水文觀測站位的水深都較淺，可以認(rèn)為整個(gè)水層在邊界層內(nèi)，因此可采用公式(2)計(jì)算底部切應(yīng)力［24］(Dyer，1986)。式中，Ua為垂線平均流速;u*為摩阻流速;κ=0.408為von Karman常數(shù);h為水深，z0為底部粗糙長度，根據(jù)沉積物的類型，取z0=2×10-4m。

采用Q型聚類分析方法對(duì)所有樣品進(jìn)行聚類分析［4，25］，劃分現(xiàn)代沉積環(huán)境。通過標(biāo)準(zhǔn)偏差—粒級(jí)曲線提取了環(huán)境敏感粒級(jí)［26］。利用目前比較成熟的Gao-Collins二維粒徑趨勢分析模型研究沉積物的輸運(yùn)方向和強(qiáng)度［27-28］。沉積物二維粒徑趨勢分析模型中，根據(jù)沉積物的平均粒徑、分選系數(shù)及偏態(tài)的平面分布特征，用相鄰的兩個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行比較可以定義8種粒徑趨勢，其中有兩種類型的粒徑趨勢在沉積物的凈搬運(yùn)方向上有較高的出現(xiàn)概率，將每個(gè)站位的沉積物粒度參數(shù)與周圍其他站位進(jìn)行比較，確定各采樣點(diǎn)的粒徑趨勢矢量，對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)得到的矢量進(jìn)行合成，可以得到研究區(qū)沉積物粒徑二維搬運(yùn)格局［19］。

3 研究結(jié)果

3.1 沉積物類型分布特征

根據(jù)62個(gè)站位的表層沉積物粒度分析結(jié)果，調(diào)查海域表層沉積物可分為6種類型，分別為黏土質(zhì)粉砂(YT)、粉砂(T)、含礫泥((g)M)、礫質(zhì)泥(gM)、礫質(zhì)泥質(zhì)砂(gmS)和礫質(zhì)砂(gS)。沉積物類型中以黏土質(zhì)粉砂(YT)和粉砂(T)為主，含礫石沉積物零星出現(xiàn)在調(diào)查區(qū)內(nèi)?？傮w上，沉積物類型呈現(xiàn)自海灣兩側(cè)潮灘向潮汐通道變粗的分布趨勢(圖2)。

黏土質(zhì)粉砂是研究區(qū)內(nèi)分布最廣的沉積物類型，覆蓋了大部分調(diào)查區(qū)域，尤其是海灣兩側(cè)的潮灘地貌(圖2)，該沉積物類型組分以粉砂為主，含量介于62.3%～74.9%之間，平均71.6%;黏土含量次之，含量介于20.0%～37.7%之間，平均25.6%。粉砂分布范圍僅次于黏土質(zhì)粉砂，主要出現(xiàn)在研究區(qū)的西北角和潮汐通道深槽(圖2)，該沉積物類型組分也以粉砂為主，含量介于75.0%～77.1%之間，平均76.0%;黏土含量次之，含量介于20.0%～24.4%之間，平均21.9%。其他沉積物類型均含礫石組分，主要在潮汐通道深槽內(nèi)的站位中出現(xiàn)(圖2)。

圖2 研究區(qū)表層沉積物類型分布圖Fig.2 Types of surface sediments distribution in the study area

圖3 研究區(qū)表層沉積物粒度參數(shù)分布圖Fig.3 Surface sediments grain size parameters distributions of the study area

3.2 沉積物粒度參數(shù)分布特征

研究區(qū)表層沉積物平均粒徑大體上從灣內(nèi)潮灘上向?yàn)硟?nèi)深槽內(nèi)及灣外逐漸增大，總體變化幅度不大，平均粒徑介于 0.10～7.61 φ 之間，平均 6.58 φ，整體為細(xì)粒沉積物。在灣內(nèi)潮灘上平均粒徑φ值一般大于6.5 φ;海灣東南側(cè)潮灘平均粒徑略小于西北側(cè)潮灘;在灣口南北兩側(cè)及調(diào)查區(qū)中部深槽內(nèi)最低，φ值一般小于6.0 φ。平均粒徑的空間分布與粉砂組分含量的空間分布對(duì)應(yīng)較好，表明該海域沉積物粒度分布主要受控于沉積物中粉砂含量的分布。沉積物的分選系數(shù)介于1.03～4.20之間，平均為1.88，屬于分選差到極差。在灣內(nèi)潮灘上分選系數(shù)一般小于1.8，沉積物分選相對(duì)最好;隨著水深的增大，在研究區(qū)深槽內(nèi)沉積物分選系數(shù)逐漸增大，尤其在研究區(qū)的南部5 m深槽內(nèi)。研究區(qū)內(nèi)大部分站位沉積物為正偏，偏態(tài)介于-3.94～2.72之間，平均為0.95。深槽區(qū)和海灣東部潮灘的個(gè)別站位沉積物偏態(tài)值較小，呈現(xiàn)近對(duì)稱和負(fù)偏。沉積物峰態(tài)值分布趨勢與分選系數(shù)十分相似，峰態(tài)均為寬峰(低峰)，變化范圍介于1.34～5.03之間，平均為2.42，在灣內(nèi)潮灘上峰態(tài)變化不大，在海灣南部深槽和東部潮灘可見相對(duì)較高的峰態(tài)。

3.3 現(xiàn)代沉積環(huán)境劃分

由于各項(xiàng)粒度參數(shù)之間存在不同程度的內(nèi)在聯(lián)系，采用所有的粒度參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析不能有效揭示研究區(qū)內(nèi)的沉積環(huán)境差異，故選擇研究區(qū)內(nèi)最具代表性的粒度參數(shù)進(jìn)行分析。本文選擇砂粒級(jí)含量、平均粒徑和峰態(tài)3個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行Q型聚類分析。聚類方法采用組間距離法，組間距離測定采用歐式距離平方，分析結(jié)果見圖4。根據(jù)上述聚類分析結(jié)果將研究區(qū)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四類沉積環(huán)境分區(qū)(圖5)。

Ⅰ類沉積環(huán)境占據(jù)了研究區(qū)的大部分范圍，Ⅱ類沉積環(huán)境主要出現(xiàn)在研究區(qū)北部潮汐通道內(nèi)外，Ⅲ類沉積環(huán)境呈三部分出現(xiàn)在海灣西部潮灘上，Ⅳ類沉積環(huán)境分區(qū)主要出現(xiàn)在研究區(qū)南部潮汐通道內(nèi)。Ⅰ、Ⅱ兩類沉積環(huán)境都以黏土質(zhì)粉砂沉積物類型為主，有少量粉砂沉積物類型;Ⅲ類全部為黏土質(zhì)粉砂沉積物類型;Ⅳ類沉積物類型相對(duì)復(fù)雜，沉積物均含有礫石組分。前三類沉積環(huán)境沉積物顆粒大小逐漸減小，但顆粒均較細(xì)，分選差，偏態(tài)為正偏，峰態(tài)為寬峰態(tài)(低峰態(tài));Ⅳ類沉積環(huán)境沉積物顆粒較粗，分選差，偏態(tài)以負(fù)偏為主，峰態(tài)為寬峰態(tài)(低峰態(tài))。Ⅰ類沉積環(huán)境中，除個(gè)別站位外，粒度頻率曲線均呈現(xiàn)明顯的單峰型;Ⅱ類沉積環(huán)境中，北部潮汐通道內(nèi)部樣品粒度頻率曲線均呈現(xiàn)單峰型，而潮汐通道外側(cè)部樣品則可見微弱的雙峰，細(xì)顆粒區(qū)間峰值明顯顯著;Ⅲ類和Ⅳ類沉積環(huán)境中，粒度頻率曲線多呈現(xiàn)較明顯的雙峰型，Ⅳ類沉積環(huán)境中可見多峰型粒度頻率曲線(圖6)。

4 討論

4.1 表層沉積物沉積動(dòng)力學(xué)分析

4.1.1 沉積物臨界起動(dòng)切應(yīng)力與潮流切應(yīng)力

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)2013年8月開展的實(shí)測水文資料(SW-1與SW-2站位，圖7)，利用研究方法中的切應(yīng)力計(jì)算公式可計(jì)算得到SW-1和SW-2站位沉積物臨界起動(dòng)切應(yīng)力(分別為0.113 N/m2和0.103 N/m2)和底部切應(yīng)力(圖8)。計(jì)算結(jié)果顯示，在漲急和落急階段，底部切應(yīng)力都明顯增加，而在漲憩和落憩前后，底部切應(yīng)力明顯減小，大潮期間底部切應(yīng)力強(qiáng)度和變化幅度均比小潮期間的大。

4.1.2 表層沉積物沉積動(dòng)力過程

沉積物的物質(zhì)來源和沉積過程中的海洋動(dòng)力環(huán)境(特別是水動(dòng)力環(huán)境)因子是影響表層沉積物粒度分布差異的主要控制因素。

圖6 研究區(qū)不同沉積環(huán)境分區(qū)粒度頻率曲線圖(Ⅰ類沉積區(qū)只繪制了典型樣品的頻率曲線)Fig.6 Grain-size frequency curve in different sedimentary environment zone in the study area

海灣環(huán)境中，底質(zhì)沉積物在潮流作用下不斷進(jìn)行著再懸浮、輸運(yùn)和沉降過程，長期、連續(xù)的再懸浮和沉降作用造成底床的侵蝕和堆積，而且再懸浮的泥沙可能被海流搬運(yùn)并沉積到其他區(qū)域，影響沉積物類型的分布，海底地形、地貌的發(fā)展和演化［29］。對(duì)比底部切應(yīng)力和臨界起動(dòng)切應(yīng)力可以判斷海底沉積物是否發(fā)生侵蝕或水體懸浮泥沙是否發(fā)生沉降，當(dāng)?shù)撞壳袘?yīng)力大于沉積物臨界侵蝕切應(yīng)力時(shí)，沉積物會(huì)發(fā)生侵蝕，而當(dāng)?shù)撞壳袘?yīng)力小于沉積物臨界沉降切應(yīng)力時(shí)，水體中的懸沙會(huì)發(fā)生沉降。研究區(qū)水文站位切應(yīng)力對(duì)比結(jié)果顯示，觀測站位大、小潮期間均有部分時(shí)段底部切應(yīng)力大于臨界起動(dòng)切應(yīng)力，特別在漲急和落急時(shí)刻，切應(yīng)力增大顯著，底質(zhì)沉積物可產(chǎn)生明顯的搬運(yùn)甚至再懸浮。底質(zhì)沉積物的搬運(yùn)和再懸浮能夠改變沉積物的粒度參數(shù)，因此潮流切應(yīng)力應(yīng)是控制研究區(qū)底質(zhì)沉積物粒度分布的重要因素之一。

4.2 沉積物輸運(yùn)趨勢分析

根據(jù)安海灣南部研究區(qū)內(nèi)的沉積物粒度參數(shù)，應(yīng)用Gao-Collins二維粒徑趨勢分析模型進(jìn)行了沉積物輸運(yùn)趨勢分析。為了消除因采樣邊界帶來的噪聲，在成圖時(shí)消除了邊界噪聲，圖中矢量箭頭表示沉積物凈輸運(yùn)方向，矢量長度僅表示粒徑趨勢的顯著性，不代表搬運(yùn)速率的大小［27，30］。計(jì)算結(jié)果表明(圖9)，研究區(qū)內(nèi)沉積物主要向東南、東北和西南三個(gè)方向搬運(yùn)，呈現(xiàn)出明顯的順時(shí)針方向匯聚的輸運(yùn)趨勢。研究區(qū)北部沉積物自西北向東南搬運(yùn)的趨勢最為顯著，尤其在潮汐通道內(nèi);在研究區(qū)南部，輸運(yùn)顯著性相對(duì)較弱，沉積物主要向東北輸運(yùn);而在海灣東南部潮灘上，沉積物輸運(yùn)趨勢稍有散亂，表現(xiàn)出微弱的北向和西南向輸運(yùn)趨勢。

圖9 研究區(qū)表層沉積物輸運(yùn)趨勢Fig.9 Transport trend of surface sediment in the study area

研究區(qū)表層沉積物的輸運(yùn)趨勢應(yīng)該與該區(qū)的物源輸入與潮流影響有關(guān)。安海灣潮汐通道內(nèi)(SW-1站)漲潮流主要為東北向，落潮流主要為西南向，灣口(SW-2站)漲潮流主要為西北偏北向，落潮流主要為東南偏南向(圖7);兩者余流在大潮期間主要為東北向，小潮余流很小，以東南向?yàn)橹鳍賴液Ｑ缶值谌Ｑ笱芯克?泉廈漳城市聯(lián)盟高速公路工程水文觀測與分析研究報(bào)告［R］.2013.。根據(jù)實(shí)測的水文泥沙和歷史的輸沙特征分析［20］①，泥沙自安海灣灣外隨潮流進(jìn)入安海灣后主要朝著東北方向，不斷地向海灣東側(cè)岸灘運(yùn)移，而海灣周邊陸源來沙則隨著潮流由灣頂部往灣口方向下泄，這與表層沉積物的輸運(yùn)趨勢較為接近，應(yīng)是研究區(qū)內(nèi)表層沉積物出現(xiàn)明顯的順時(shí)針方向匯聚運(yùn)移趨勢的原因之一。而研究區(qū)東側(cè)白沙頭以北岸段淺灘不斷淤積，高程高于海灣西側(cè)石井以北岸段淺灘①國家海洋局第三海洋研究所.泉廈漳城市聯(lián)盟高速公路工程岸灘沖淤及海床穩(wěn)定性分析研究報(bào)告［R］.2013.，應(yīng)與表層沉積物的輸運(yùn)趨勢以及懸浮泥沙的輸運(yùn)有關(guān)。此外，由于植被對(duì)灘面水流的阻礙作用降低了灘面水流流速和紊流程度，使水流攜帶的泥沙更易發(fā)生堆積［30-31］，研究區(qū)東側(cè)白沙頭以北岸段植被覆蓋面積相對(duì)較大，起到了一定的消能作用，也促進(jìn)了淺灘的淤積;白沙頭沙嘴的遮斷效應(yīng)也是導(dǎo)致泥沙在其北側(cè)淤積的原因之一，同時(shí)，灣口的波浪作用掀起的泥沙在潮流的作用下向西輸運(yùn)，使得白沙頭沙嘴往西延伸，進(jìn)一步加強(qiáng)了白沙頭沙嘴的遮斷效應(yīng)。

4.3 現(xiàn)代沉積環(huán)境分析

沉積物的粒度特征與其形成時(shí)的沉積環(huán)境息息相關(guān)，沉積物的粒度參數(shù)可以反映沉積物來源和沉積環(huán)境。一般認(rèn)為，沉積物平均粒徑和分選系數(shù)與沉積物來源和動(dòng)力條件關(guān)系密切，偏態(tài)和峰態(tài)則反映的是沉積環(huán)境對(duì)粒度的改造結(jié)果［32］。因此，可以利用沉積物粒度參數(shù)反演劃分沉積環(huán)境，分析不同沉積環(huán)境的沉積作用機(jī)制。

4.3.1 不同沉積環(huán)境粒度參數(shù)相關(guān)性

沉積物粒度參數(shù)隨地貌單元的變化而發(fā)生變化(圖3，10)，地貌單元和沉積環(huán)境的差異在沉積物粒度參數(shù)組合特征上也有所體現(xiàn)。將表層沉積物粒度參數(shù)(平均粒徑、分選系數(shù)、偏態(tài)、峰態(tài))分為所有沉積區(qū)、Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類沉積區(qū)5個(gè)數(shù)據(jù)組分別進(jìn)行的線性相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析(表1)，研究結(jié)果表明，各個(gè)沉積區(qū)之間的統(tǒng)計(jì)結(jié)果差異明顯，只有分選系數(shù)與偏態(tài)在所有沉積區(qū)中表現(xiàn)出顯著地正相關(guān)。對(duì)比各個(gè)沉積區(qū)之間統(tǒng)計(jì)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)同樣位于潮灘地貌的Ⅰ類沉積區(qū)和Ⅲ類沉積區(qū)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果較為相似，平均粒徑與分選系數(shù)、偏態(tài)與峰態(tài)之間表現(xiàn)出較為顯著地負(fù)相關(guān)關(guān)系，分選系數(shù)與偏態(tài)和峰態(tài)、峰態(tài)與偏態(tài)之間均表現(xiàn)為正相關(guān);而同樣位于潮汐通道地貌的Ⅱ類沉積區(qū)和Ⅳ類沉積區(qū)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果較為相似，Ⅳ類沉積區(qū)內(nèi)的平均粒徑與其他參數(shù)的相關(guān)性也要強(qiáng)于Ⅱ類沉積區(qū)，兩者與潮灘地貌沉積區(qū)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果差別明顯。

上述差異應(yīng)與兩種地貌內(nèi)的動(dòng)力條件差異相關(guān)。潮汐通道內(nèi)，水動(dòng)力作用強(qiáng)勁，沉積物在漲落潮流反復(fù)作用下，較細(xì)粒的沉積物被再懸浮帶走，使得粗顆粒的含量增大，而在動(dòng)力最強(qiáng)的潮汐通道深槽內(nèi)甚至出現(xiàn)礫石顆粒;在潮灘地貌內(nèi)，水動(dòng)力作用向岸逐漸減弱，懸浮物質(zhì)因潮流減緩而發(fā)生分選沉降，形成向岸顆粒逐漸變細(xì)的橫向分異結(jié)果。

圖10 研究區(qū)不同地貌單元表層沉積物粒度參數(shù)變化Fig.10 Surface sediment grain size variation of different geomorphic units in the study area

表1 研究區(qū)表層沉積物粒度參數(shù)之間相關(guān)性Table 1 Correlation between grain size parameters of surface sediments in the study area

4.3.2 敏感粒級(jí)及其沉積環(huán)境意義

由樣品各粒級(jí)含量的標(biāo)準(zhǔn)偏差—粒級(jí)曲線，不僅可以清楚看出沉積物樣品中粒度組成間的變化［25］，還可以提取反映環(huán)境變化的沉積物粒度特征用于古環(huán)境演化反演［33-35］，其研究理論基于沉積物沉積歷史上沉積環(huán)境變化引起的顆粒物粒度差異，這種差異在受沉積動(dòng)力和物質(zhì)來源顯著影響的現(xiàn)代沉積環(huán)境中理應(yīng)存在。由于研究區(qū)內(nèi)只有個(gè)別站位有φ值大于2 φ的粒級(jí)組分，所以本文主要討論φ值大于2 φ的粒級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)偏差變化。圖11顯示，整個(gè)研究區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)偏差—粒級(jí)分布呈現(xiàn)“雙峰”分布特征，兩個(gè)主要高峰值粒度組分分別接近砂和黏土粒級(jí)，低峰值粒度組分主要成分與第一個(gè)高峰值較為接近，為黏土質(zhì)粉砂，是研究區(qū)樣品粒度的主要組成部分?？傮w上，Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類沉積區(qū)也呈現(xiàn)“雙峰”分布，高峰值區(qū)間有所不同，標(biāo)準(zhǔn)偏差差別明顯，而低峰值區(qū)間及其標(biāo)準(zhǔn)偏差相差不大。Ⅰ類與Ⅱ類沉積區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)偏差—粒級(jí)曲線變化趨勢較為相似，但變化范圍具有顯著差異，Ⅰ類沉積區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)偏差要顯著大于Ⅱ類沉積區(qū)，而Ⅱ類沉積區(qū)的兩個(gè)高峰值差異明顯。Ⅲ類沉積區(qū)在粗粒級(jí)組分的標(biāo)準(zhǔn)偏差與其他沉積區(qū)顯著不同，呈現(xiàn)明顯的高峰值。Ⅳ類沉積區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)偏差變化最為顯著，在7 φ粒級(jí)左右呈現(xiàn)顯著地“單峰”，只在極細(xì)粒級(jí)出現(xiàn)微弱的峰值。不同沉積區(qū)的粒級(jí)—標(biāo)準(zhǔn)偏差曲線差別明顯，也是研究區(qū)沉積環(huán)境區(qū)域性差異的佐證。

圖11 研究區(qū)表層沉積物標(biāo)準(zhǔn)偏差—粒級(jí)曲線Fig.11 The standard deviation of surface sediment grain size in the study area

標(biāo)準(zhǔn)偏差大的組分，其在各樣品中的含量變化就大，可以作為指示海洋環(huán)境變化的敏感粒級(jí)。安海灣頂部有較大的九溪匯入，港灣兩側(cè)還有4條流程僅8～14 km長的小溪流和小沖溝，在洪水季節(jié)，隨著九溪開閘排洪，九溪與安海灣周邊溪流能夠攜帶陸源泥沙進(jìn)入安海灣;此外，在季風(fēng)浪和潮流的共同作用下，灣外海水?dāng)y帶一些細(xì)粒物質(zhì)隨漲潮流入港，也為安海灣增加了物質(zhì)來源［20］，2013年8月現(xiàn)場實(shí)測的水文泥沙資料也顯示外海泥沙向海灣內(nèi)輸運(yùn)。研究區(qū)中兩種主要敏感粒級(jí)的出現(xiàn)，應(yīng)是受上述兩種物質(zhì)來源的影響。整體上，研究區(qū)內(nèi)較細(xì)的敏感粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，敏感粒級(jí)范圍也較寬，較粗的敏感粒級(jí)在研究區(qū)北部標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)較細(xì)的敏感粒級(jí)變化顯著，而在海灣南部則與之相反?？梢哉J(rèn)為，不同沉積環(huán)境區(qū)敏感粒級(jí)的差別顯示出不同物源的影響程度，較細(xì)的敏感粒級(jí)主要受潮流攜帶的泥沙的影響，而較粗的敏感粒級(jí)主要受到河流入海泥沙的影響，由于安海灣頂部入海河流較小且口門建有堤壩，致使外海輸沙可能成為安海灣的主要物質(zhì)來源，繼而控制海灣內(nèi)的表層沉積物分布格局。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)表層沉積物包括黏土質(zhì)粉砂(YT)、粉砂(T)、含礫泥((g)M)、礫質(zhì)泥(gM)、礫質(zhì)泥質(zhì)砂(gmS)和礫質(zhì)砂(gS)共6種沉積物類型，以黏土質(zhì)粉砂(YT)和粉砂(T)為主，沉積物大體呈現(xiàn)自海灣兩側(cè)潮灘向潮汐通道變粗的分布趨勢。

(2)表層沉積物粒度的分布特征與水動(dòng)力條件密切相關(guān)，水動(dòng)力的機(jī)械分異作用使得灣口附近及灣內(nèi)深槽內(nèi)，細(xì)顆粒的沉積物被再懸浮帶走，粗顆粒的含量增大;在灣內(nèi)潮灘上，懸浮物質(zhì)因水動(dòng)力作用向岸逐漸減弱而發(fā)生分選沉降，形成向岸顆粒逐漸變細(xì)的橫向分異。

(3)安海灣灣外泥沙隨潮流進(jìn)入海灣后主要沿東北向不斷地向海灣東側(cè)岸灘運(yùn)移，海灣周邊陸源來沙隨潮流由灣頂部往灣口方向下泄，兩者應(yīng)是研究區(qū)內(nèi)表層沉積物出現(xiàn)明顯的順時(shí)針方向匯聚運(yùn)移趨勢的原因之一。表層沉積物的輸運(yùn)趨勢、懸浮泥沙的輸運(yùn)、潮灘植被與灣口沙嘴的遮蔽效應(yīng)共同影響了研究區(qū)內(nèi)淺灘地形的形成和變化。

(4)根據(jù)粒度分析結(jié)果，并結(jié)合系統(tǒng)聚類分析將研究區(qū)分為四類沉積環(huán)境區(qū)，研究區(qū)以潮灘和潮汐通道環(huán)境為主，不同沉積區(qū)內(nèi)粒度參數(shù)、粒級(jí)頻率分布和敏感粒級(jí)均有差異。不同沉積區(qū)內(nèi)的動(dòng)力條件差異和不同物源的影響程度是研究區(qū)現(xiàn)代沉積環(huán)境分布格局的主要影響因素。

References)

1 Turner R K，Adger W N，Lorenzoni I.Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone(LOICZ)［R］.Netherlands:LOICZ International Project Office，Netherlands Institute for Sea Research，1993:1-150.

2 Kremer H H，Martin D A，Tissier L.Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone(LOICZ)［R］.Stockholm:IGBP Secretariat，2004:66.

3 黃財(cái)賓，陳建寧，王愛軍.福建洛陽江河口濕地沉積物粒度特征及其沉積環(huán)境意義［J］.臺(tái)灣海峽，2009，28(3):410-416.［Huang Caibin，Chen Jianning，Wang Aijun.Grain size characteristics and the significance of sedimentary environments of the sediments on Luoyangjiang estuary wetlands，F(xiàn)ujian province［J］.Journal of Oceanography in Taiwan Strait，2009，28(3):410-416.］

4 方建勇，陳堅(jiān)，王愛軍，等.九龍江河口區(qū)現(xiàn)代沉積環(huán)境及其物質(zhì)輸運(yùn)趨勢［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2010，30(2):35-41.［Fang Jianyong，Chen Jian，Wang Aijun，et al.The modern sedimentary environment and transport trends in Jiulong River estuary［J］.Marine Geology ＆ Quaternary Geology，2010，30(2):35-41.］

5 沈煥庭，朱建榮.論我國海岸帶陸海相互作用研究［J］.海洋通報(bào)，1999，18(6):11-17.［Shen Huanting，Zhu Jianrong.The land and ocean interactions in the coastal zone of China［J］.Marine Science Bulletin，1999，18(6):11-17.］

6 王愛軍.淤泥質(zhì)海岸潮間帶沉積物的區(qū)域分布特征及其影響因素［C］//第十屆中國河口海岸學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，北京:海洋出版社，2007:44-50.［Wang Aijun.Sediment patterns of inter-tidal flat in the world and the affecting factors［C］//The conference proceeding articles of 10th China estuary and coast academic symposium，Beijing:China Ocean Press，2007:44-50.］

7 Yang S L，Li H，Ysebaert T，et al.Spatial and temporal variations in sediment grain size in tidal wetlands，Yangtze delta:on the role of physical and biotic controls［J］.Estuarine，Coastal and Shelf Science，2008，77(4):657-671.

8 周連成，李軍，高建華，等.長江口與舟山海域柱狀沉積物粒度特征對(duì)比及其物源指示意義［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2009，29(5):21-27.［Zhou Liancheng，Li Jun，Gao Jianhua，et al.Comparison of core sediment grain-size characteristics between Yangtze River estuary and Zhoushan islands and its significancs to sediment source analysis［J］.Marine Geology ＆ Quaternary Geology，2009，29(5):21-27.］

9 Halls J R.Significance of statistical parameters for distinguishing sedimentary environments in New South Wales，Australia［J］.Journal of Sedimentary Petrology，1967，37:1059-1069.

10 Friedman G M.Address of the retiring President of the International Association of Sedimentology:Difference in size distributions of populations of particles among sands from various origins［J］.Sedimentology，1979，26(1):3-22.

11 劉蒼字，賈海林，陳祥鋒.閩江河口沉積結(jié)構(gòu)與沉積作用［J］.海洋與湖沼，2001，32(2):177-184.［Liu Cangzi，Jia Hailin，Chen Xiangfeng.Sedimentary texture and sedimentation in the Minjiang River estuary［J］.Oceanologia et Limnologia Sinica，2001，32(2):177-184.］

12 王偉，李安春，徐方建，等.北黃海表層沉積物粒度分布特征及其沉積環(huán)境分析［J］.海洋與湖沼，2009，40(5):525-531.［Wang Wei，Li Anchun，Xu Fangjian，et al.Distribution of surface sediments and sedimentary environment in the North Yellow Sea［J］.Oceanologia et Limnologia Sinica，2009，40(5):525-531.］

13 Middleton G V.Hydraulic interpretation of sand size distributions［J］.Journal of Geology，1976，84(4):405-426.

14 楊世倫.長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.［Yang Shilun.Statistic features for grain-size parameters of the Yangtze River estuary and their hydrodynamic explanation［J］.Journal of Sediment Research，1994(3):23-31.］

15 彭曉彤，周懷陽，葉瑛，等.珠江河口沉積物粒度特征及其對(duì)底層水動(dòng)力環(huán)境的指示［J］.沉積學(xué)報(bào)，2004，22(3):487-493.［Peng Xiaotong，Zhou Huaiyang，Ye Ying，et al.Characteristics of sediment grain size and their implications for bottom hydrodynamic environment in the Pearl River estuary［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2004，22(3):487-493.］

16 Visher G S.Grain size distribution and depositional processes［J］.Journal of Sedimentary Petrology，1969，39(3):1074-1106.

17 王愛軍，陳堅(jiān).廈門吳冠海岸潮間帶沉積物粒度特征及其沉積動(dòng)力學(xué)涵義［J］.熱帶海洋學(xué)報(bào)，2006，25(6):28-32.［Wang Aijun，Chen Jian.Grain size characteristics and sedimentary dynamic significance of surface sediments in intertidal flat of Wuguan，Xiamen［J］.Journal of Tropical Oceanography，2006，25(6):28-32.］

18 McLaren P，Bowles D.The effects of sediment transport on grain size distribution［J］.Journal of Sedimentary Research，1985，55:457-470.

19 Gao S，Collins M.Net sediment transport patterns inferred from grainsize trends，based upon definition of“transport vectors”［J］.Sedimentary Geology，1992，81(1/2):47-60.

20 中國海灣志編纂委員會(huì).中國海灣志(第八分冊)［M］.北京:海洋出版社，1998.［State Oceanic Administration.Chinese Harbours and Embayments(Volume 8)［M］.Beijing:China Ocean Press，1998.］

21 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 12763.8-2007海洋調(diào)查規(guī)范-第8部分:海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查［S］.2007.［Standardization administration of the people’s republic of China.GB/T 12763.8-2007 The specification for oceanographic survey—Part 8:Marine geology and geophysics survey［S］.2007.］

22 McManus J.Grain size determination and interpretation［M］//Tucker M.Techniques in Sedimentology.Oxford:Blackwell，1988:63-85.

23 Taki K.Critical shear stress for cohesive sediment transport［M］//McAnally W H，Mehta A J.Coastal and Estuarine Fine Sediment Processes.Elsevier Science，2001:53-61.

24 Dyer K R.Coastal and Estuarine Sediment Dynamics［M］.New York:Wiley，1986:202-223.

25 李玉中，陳沈良.系統(tǒng)聚類分析在現(xiàn)代沉積環(huán)境劃分中的應(yīng)用——以崎嶇列島海區(qū)為例［J］.沉積學(xué)報(bào)，2003，21(3):487-494.［Li Yuzhong，Chen Shenliang.Application of system cluster analysis to classification of modern sedimentary environment—A case study in Qiqu archipelago area［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2003，21(3):487-494.］

26 Boulay S，Collin C，Trentesaux A，et al.Mineralogy and sedimentology of Pleistocene sediments in the South China Sea(ODP Site 1144)［J］.Proceedings of the Ocean Drilling Program Scientific Results，2003，184:1-21.

27 汪亞平，高抒，賈建軍.膠州灣及鄰近海域沉積物分布特征和運(yùn)移趨勢［J］.地理學(xué)報(bào)，2000，55(4):449-458.［Wang Yaping，Gao Shu，Jia Jianjun.Sediment distribution and transport patterns in Jiaozhou Bay and adjoining areas［J］.Acta Geographica Sinica，2000，55(4):449-458.］

28 石學(xué)法，陳春峰，劉焱光，等.南黃海中部沉積物粒徑趨勢分析及搬運(yùn)作用［J］.科學(xué)通報(bào)，2002，47(6):452-456.［Shi Xuefa，Chen Chunfeng，Liu Yanguang，et al.Trend analysis of sediment grain size and sedimentary process in the central South Yellow Sea［J］.Chinese Science Bulletin，2002，47(6):452-456.］

29 Schoellhamer D H.Sediment resuspension mechanisms in old Tampa Bay，F(xiàn)lorida［J］.Estuarine，Coastal and Shelf Science，1995，40(6):603-620.

30 王愛軍，汪亞平，楊旸.江蘇王港潮間帶表層沉積物特征及輸運(yùn)趨勢［J］.沉積學(xué)報(bào)，2004，22(1):124-129.［Wang Aijun，Wang Yaping，Yang Yang.Surface sediment characteristics and transport trends on the Wanggang intertidal flat，Jiangsu province［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2004，22(1):124-129.］

31 王愛軍，陳堅(jiān)，李東義.互花米草對(duì)福建泉州灣海岸濕地沉積環(huán)境影響［J］.海洋工程，2008，26(4):60-69.［Wang Aijun，Chen Jian，Li Dongyi.Impact of spartina alterniflora on sedimentary environment of coastal wetlands of the Quanzhou Bay［J］.The Ocean Engineering，2008，26(4):60-69.］

32 李粹中，張富元，王秀昌.東海沉積物成因環(huán)境的初步分析［J］.海洋學(xué)報(bào)，1983，5(6):753-765.［Li Cuizhong，Zhang Fuyuan，Wang Xiuchang.Primary study on the genetic environment of sediment on the East sea［J］.Acta Oceanologica Sinica，1983，5(6):753-765.］

33 Xiang R，Yang Z S，Yoshiki S，et al.East Asia Winter Monsoon changes inferred from environmentally sensitive grain-size component records during the last 2300 years in mud area southwest off Cheju Island，ECS［J］.Science in China Series D，2006，49(6):604-614.

34 肖尚斌，李安春，蔣富清，等.近2ka閩浙沿岸泥質(zhì)沉積物物源分析［J］.沉積學(xué)報(bào)，2005，23(2):268-274.［Xiao Shangbin，Li Anchun，Jiang Fuqing，et al.Provenance analysis of mud along the Min-Zhe coast since 2 ka BP［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2005，23(2):268-274.］

35 葉芳，劉志飛，拓守廷，等.南海北部中更新世0.78～1.0Ma期間的陸源碎屑粒度記錄［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2007，27(2):77-83.［Ye Fang，Liu Zhifei，Tuo Shouting，et al.Grain size record of terrigenous clast during Mid-Pleistocene transition(0.78～1.0 Ma)in the northern South China Sea［J］.Marine Geology ＆ Quaternary Geology，2007，27(2):77-83.］