任 鵬,孫志高，王傳遠(yuǎn)，趙全升，祝 賀

(1. 青島大學(xué) 化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266071；2. 福建師范大學(xué)地理研究所 濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350007；3. 中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所 海岸帶環(huán)境過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺(tái) 264003；4. 魯東大學(xué) 地理與規(guī)劃學(xué)院，山東 煙臺(tái) 26402)

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人工島建設(shè)對(duì)龍口灣表層沉積物粒度及黏土礦物組成特征的影響*

任 鵬1,2,3,孫志高2,3，王傳遠(yuǎn)3，趙全升1*，祝 賀4

(1. 青島大學(xué) 化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266071；2. 福建師范大學(xué)地理研究所 濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350007；3. 中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所 海岸帶環(huán)境過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺(tái) 264003；4. 魯東大學(xué) 地理與規(guī)劃學(xué)院，山東 煙臺(tái) 26402)

通過對(duì)2013年采自龍口灣的表層沉積物樣品進(jìn)行激光粒度分析和X-射線衍射(XRD)分析，根據(jù)其表層沉積物粒度及黏土礦物組成分布特征，來探討大規(guī)模人工島建設(shè)對(duì)龍口灣表層沉積物粒度分布及黏土礦物組成特征的影響。結(jié)果表明，龍口灣沉積物粒度以粉砂為主(62.90%)，黏土(18.05%)和砂(19.05%)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相近。龍口灣表層沉積物的黏土礦物組成與萊州灣整體沉積物組成相近，其不同組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為伊利石>蒙皂石>綠泥石>高嶺石，但個(gè)別礦物的含量仍存在一定差異。表層沉積物粒度分布及黏土礦物的組合特征表明，盡管龍口灣的沉積物仍以沿岸河流輸沙、風(fēng)沙和島岸侵蝕為主，但沿岸大規(guī)模人工島建設(shè)已對(duì)其組合特征產(chǎn)生重要影響。粒度組成上黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有升高，砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有下降；黏土礦物組成上表現(xiàn)為蒙皂石的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高24.55%，綠泥石和高嶺石的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)均下降35%左右，而伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高且變化不大。通過對(duì)龍口灣表層沉積物粒度分布及黏土礦物組成特征的研究，可在一定程度上揭示大規(guī)模人工島建設(shè)對(duì)龍口灣的沉積環(huán)境的影響。

沉積物；粒度；黏土礦物；組成特征

龍口市入選山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)核心區(qū)，但其發(fā)展明顯受到陸域狹小、空間資源不足的限制，為解決該問題,保持經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定增長,采用了人工島式填海和區(qū)塊組團(tuán)式填海相結(jié)合的方式建設(shè)離岸人工島群[1]。離岸人工島群的建設(shè)勢必會(huì)改變龍口灣的自然岸線,對(duì)龍口灣內(nèi)水動(dòng)力及泥沙運(yùn)移環(huán)境的造成很大影響，從而引發(fā)灣內(nèi)及周邊海區(qū)潮流場和沖淤特性的變化[1-2]。通過研究海洋沉積物的粒度分布及黏土礦物的組成特征可獲得沉積物物源、水動(dòng)力環(huán)境、搬運(yùn)距離等諸多環(huán)境信息[3-8]，無論對(duì)研究海區(qū)的沉積物來源和特征,還是對(duì)探討陸源物質(zhì)入海后的輸送運(yùn)移、沉降規(guī)律都有重要意義的[9]。對(duì)龍口灣表層沉積物粒度分布及黏土礦物組成特征的研究，能夠反映出龍口灣的沖淤特性對(duì)人工島建設(shè)的響應(yīng)，并對(duì)人工島的填海選址、填海土量具有指導(dǎo)意義，且對(duì)人工島的島岸防護(hù)、港池選址、航道疏浚、島內(nèi)功能區(qū)定位及污染物的排放有重要經(jīng)濟(jì)意義。當(dāng)前關(guān)于海洋沉積物粒度分布及黏土礦物組成特征的研究已取得許多重要成果，且研究區(qū)域已覆蓋渤海、黃海、東海、南海等中國近海[10-16]，以及長江、黃河等河流[16-19]。

就萊州灣而言，前人的研究主要側(cè)重萊州灣沉積動(dòng)力條件、懸浮泥沙分布特征、海岸地貌以及海岸侵蝕[20-25]等方面，而對(duì)萊州灣沉積物粒度分布及黏土礦物組成特征的研究涉及較少，且集中在受黃河口影響的萊州灣海域，很少涉及萊州灣東部海域。隨著龍口人工島群建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,許多學(xué)者對(duì)龍口灣的海洋水質(zhì)[26-27]、資源現(xiàn)狀、潮汐潮流特征和沖淤積現(xiàn)狀[28-30]等進(jìn)行了大量實(shí)地調(diào)查，而關(guān)于大規(guī)模離岸人工島群建設(shè)對(duì)龍口灣沉積物粒度分布與黏土礦物組合特征的影響的研究還鮮有報(bào)道。因此，我們對(duì)2013年采自龍口灣的表層沉積物樣品進(jìn)行鑒定，以探討大規(guī)模離岸人工島群建設(shè)對(duì)龍口灣沉積物黏土礦物組成與分布特征的影響。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

龍口灣位于萊州灣東北隅，是指屺坶島連島大沙壩與界河口連線以東、呈對(duì)數(shù)螺線型半敞開的海灣,為萊州灣的一個(gè)附屬海灣[1,31]。龍口灣地勢東南高、西北低，地貌為沖洪積平原或淺海平原,其海岸為基巖海岸或砂礫質(zhì)平原海岸[32]，人工島群以北岸段以基巖海岸或人工岸線為主,以南主要為砂質(zhì)海岸[1]。龍口市規(guī)劃設(shè)計(jì)的人工島群位于山東省龍口市的渤海龍口灣南部海域，在注入龍口灣的北馬南河和界河之間海域，工程?hào)|起現(xiàn)有岸線，北起龍口港主航道南約2 km處，西側(cè)、南側(cè)至龍口、招遠(yuǎn)海域分界線，是山東半島“集中集約用?！本糯蠛诵膮^(qū)之一。自2011年離岸人工島建設(shè)以來，當(dāng)年累計(jì)完成圍填海工程量6 300多萬m3，2012年上半年完成圍堰長度120 km，完成總工程量12 000萬m3，至2015年填海造地面積47 km2，圍填海工程巨大[33]。

1.2 樣品采集與研究方法

2013-09-10，利用東營黃河口水文水資源勘測局的“黃測A110”測量船，運(yùn)用箱式取樣器在龍口灣及周邊海域采集15個(gè)代表性表層沉積物樣品(由灣內(nèi)向?yàn)惩庋由?。龍口灣南部采樣點(diǎn)略有缺失，選取10個(gè)代表性表層沉積物樣品進(jìn)行粒度及黏土礦物分析(圖1)。

圖1 龍口灣環(huán)流示意圖[8,34]及采樣點(diǎn)站位圖Fig.1 The sketch map of circulation and sampling locations in the Longkou Bay

表層沉積物粒度分析過程如下：取適量樣品，加入30%的雙氧水和0.25 mol/dm3的鹽酸去除碳酸鹽和有機(jī)質(zhì)，離心后用超聲波震蕩充分分散，在中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所測試分析中心用Mastersizer 2000激光粒度儀進(jìn)行測試。表層沉積物黏土礦物組成分析過程如下：取適量的全巖樣品，去離子水浸泡后，超聲分散30 min過250目篩；將篩下部分樣品轉(zhuǎn)入800 mL燒杯中，加入去離子水至固定界面；玻璃棒攪拌均勻后靜置；依照Stokes定律提取出黏土粒級(jí)(<2 μm)組分；將上述提取液離心、去上清液、制作定向片。自然沉降法制取定向樣品；自然定向樣品在60 ℃乙二醇蒸汽中12 h，制成乙二醇飽和定向片；乙二醇飽和定向片490 ℃加熱2 h后制成加熱定向片，在中國科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室使用X-射線衍射儀(XRD)進(jìn)行測試分析。

使用Origin 8.0軟件繪制沉積物粒度和黏土礦物組成三角圖式，Excel軟件分析獲取沉積物粒度組成以及黏土礦物組成數(shù)據(jù)，Arcgis 10.0軟件對(duì)樣點(diǎn)的粒度組成和黏土礦物組成進(jìn)行反距離權(quán)重(IDW)插值處理，并繪制粒度與黏土礦物組分分布圖。

2 研究結(jié)果

2.1 沉積物粒度的空間分布特征

研究區(qū)內(nèi)表層沉積物按粒徑大小可分為黏土(<4 μm)、粉砂(4～63 μm)和砂(>63 μm)三個(gè)粒級(jí)組分，通過以沉積物粒度黏土-粉砂-砂為三端元的三角圖式可以看出沉積物的粒度組成特征(圖2)，其粒度組成以粉砂為主(平均約占62.90%)，其次是砂(平均約占19.05%)，黏土組分相對(duì)較少(平均約占18.05%)。樣點(diǎn)分布較為分散說明各樣點(diǎn)間的粒級(jí)組成差異較大，研究區(qū)在沉積物粒度組成上呈現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性(圖3)。

圖2 沉積物粒度三角圖式Fig.2 Triangular schema of the grain sizes in sediments

圖3 沉積物不同粒級(jí)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.3 Contents of the different graded components in sediments

由圖3可知，黏土和砂的分布特征整體呈相反變化，而粉砂的分布特征與二者均不相同。研究區(qū)沉積物粒度組成盡管均存在高值和低值中心(均呈現(xiàn)出一定的空間差異性)，但這種差異性的強(qiáng)度并不一致。具體而言，黏土的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在龍口灣近岸以及龍口灣最外側(cè)小范圍海域相對(duì)較低，在整個(gè)龍口灣灣內(nèi)海域質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高；砂的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在龍口灣近岸和龍口灣最外側(cè)小范圍海域較高，在整個(gè)龍口灣灣內(nèi)海域質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。與之相比，粉砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)在整個(gè)研究海域均較高，而在龍口灣近岸和龍口灣最外側(cè)小范圍區(qū)域質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。龍口灣近岸海域和龍口灣最外側(cè)小范圍海域?yàn)樯百|(zhì)量分?jǐn)?shù)高值區(qū)(>20%),同時(shí)也是粉砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)低值區(qū)(<60%)和黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)低值區(qū)(<15%)；砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)低值區(qū)(<20%)主要呈帶狀從龍口灣灣內(nèi)一直延伸至龍口灣灣外海域，同時(shí)也是黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)高值區(qū)(>15%)和粉砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)高值區(qū)(>60%)的主要分布范圍。粉砂在研究區(qū)除龍口灣近岸小范圍低值區(qū)外，總體上呈現(xiàn)出由近岸向海遞增趨勢；黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)在龍口灣灣內(nèi)呈現(xiàn)由近岸向海遞增趨勢，在灣外則呈遞減趨勢。在龍口灣灣內(nèi)，砂組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于9%～36%，除近岸存在小范圍高值區(qū)外，其整體呈現(xiàn)出由近岸向?yàn)硟?nèi)遞增的趨勢；在龍口灣灣外，砂組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)出現(xiàn)明顯高值區(qū)，其值介于20%～35%。

2.2 沉積物黏土礦物組成的分布特征

根據(jù)XRD分析結(jié)果，研究區(qū)內(nèi)沉積物中的黏土礦物主要由蒙皂石族、伊利石族、高嶺石族、綠泥石族四族黏土礦物組成。從以黏土礦物組分伊利石、蒙皂石和高嶺石+綠泥石為三端元的三角圖式可以看出，龍口灣研究海域表層沉積物的黏土礦物組分主要為蒙皂石和伊利石，其中又以伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(圖4)，其中伊利石是研究區(qū)海底表層沉積物黏土礦物中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于44.1%～67.2%，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57.04%，占整個(gè)黏土礦物組分的一半以上。比較而言，龍口灣灣內(nèi)伊利石的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)(55.9%)明顯低于灣外(58.2%)。蒙皂石是研究區(qū)海底沉積物中較為普遍的黏土礦物，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于11.9%～39.4%，平均值為24.91%；蒙皂石在龍口灣灣內(nèi)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(27.0%)，特別是在Lk03站位，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)39.4%。與伊利石和蒙皂石質(zhì)量分?jǐn)?shù)相比，研究區(qū)海底表層沉積物中的綠泥石和高嶺石質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較低，其值分別介于7.4%～12.4%和5.5%～8.8%，平均值為10.23%和7.82%。大部分樣點(diǎn)在沉積物黏土礦物三角圖式中的分布較為集中，說明大部分樣點(diǎn)間沉積物中黏土礦物組分分異較小，但不同黏土礦物組分在研究區(qū)內(nèi)的空間分布卻存在明顯的差異性(圖5)。研究表明，伊利石和蒙皂石在研究海區(qū)的分布特征幾乎完全相反，即伊利石的高值區(qū)對(duì)應(yīng)蒙皂石的低值區(qū)，反之亦然(圖5a)。在屺坶島西側(cè)海域以及人工島建設(shè)海域的蒙皂石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，其值介于20.9%～39.4%，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)(28.67%)高于整個(gè)研究海域的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)(24.91%)。伊利石在上述海域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，約為44.1%～60.8%，其平均值(53.89%)低于整個(gè)研究海域的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)(57.04%)。同樣，蒙皂石在龍口灣灣內(nèi)及近岸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低(約為11.9%～21.7%)，而伊利石在此海域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻相對(duì)較高(64.8%～67.2%)。整體而言蒙皂石在屺坶島西南側(cè)海域及人工島建設(shè)海域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布呈現(xiàn)出由近岸向海逐漸升高趨勢，而在龍口灣內(nèi)呈現(xiàn)出由岸向海逐漸降低趨勢。伊利石在屺坶島西南側(cè)海域及人工島建設(shè)海域的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布呈現(xiàn)出由近岸向海逐漸降低趨勢，而在龍口灣內(nèi)側(cè)則呈現(xiàn)出由岸向海逐漸升高趨勢。綠泥石和高嶺石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布特征相似(圖5b)，但不盡相同。二者均在龍口灣灣近岸海域存在小范圍低值區(qū)，而在灣內(nèi)以及屺坶島西南側(cè)海域出現(xiàn)高值區(qū)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布均呈現(xiàn)出由近岸向海逐漸升高趨勢。不同的是，高嶺石在人工島建設(shè)海域出現(xiàn)較大范圍的低值區(qū)，且其中心達(dá)到研究海域該礦物組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最低值(僅有5.5%)。盡管人工島建設(shè)海域的綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)亦出現(xiàn)明顯低值區(qū)，但范圍較小且質(zhì)量分?jǐn)?shù)降幅不大(9%左右)。

圖4 沉積物黏土礦物的三角圖式Fig.4 Triangular schema of the clay components in sediments

圖5 沉積物黏土礦物各組分相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.5 Contents of the different clay components in sediments

3 討 論

龍口灣及其附近海域的沉積物具有明顯的親陸性和區(qū)域性，其物質(zhì)來源除本區(qū)河流、風(fēng)積和人工物質(zhì)外，還受沿岸流攜帶的現(xiàn)代黃河物質(zhì)[32,35]的影響。黃河物質(zhì)入海后大致可分為3個(gè)方向搬運(yùn)，其中一個(gè)方向是進(jìn)入萊州灣，并借助海峽南出之水把黃河物質(zhì)送入外海[3]。據(jù)國家海洋局第一海洋研究所2006-03-01—06在龍口港附近海區(qū)的調(diào)查數(shù)據(jù)，龍口灣海底沉積物主要有中砂、中細(xì)砂、細(xì)砂、粉砂質(zhì)砂、粉砂質(zhì)黏土，且分布規(guī)律明顯。龍口灣內(nèi)灣和沙壩沉積物普遍較細(xì)，且分選良好，為細(xì)砂和粉砂質(zhì)黏土；外灣為粉砂質(zhì)砂，屺坶島頭附近為中砂和中細(xì)砂。龍口灣屬渤海灣-萊州灣礦物省，就其黏土礦物組成而言，高嶺石與綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，伊利石結(jié)晶度較好[11]。該礦物省受黃河影響最大，黃河沉積物黏土礦物為伊利石-綠泥石-高嶺石-蒙皂石組合，而以黃土為主要成分的黃河入海物質(zhì)大部分沉積在此礦區(qū)，因而龍口灣黏土礦物也屬于伊利石-綠泥石-高嶺石-蒙皂石組合(表1)。龍口灣現(xiàn)代岸線與水下地形經(jīng)多年水動(dòng)力調(diào)整,加上干旱降雨量偏少,河流攜沙少,其海底沉積環(huán)境已基本處于動(dòng)態(tài)平衡和相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)[9,18]。而自2010年以來，龍口灣大規(guī)模離岸人工島的建設(shè)在某種程度上已對(duì)這種穩(wěn)定狀態(tài)產(chǎn)生深刻影響。據(jù)表1可知，就沉積物黏土礦物組分而言，整個(gè)渤海灣表層沉積物黏土礦物為伊利石-蒙皂石-綠泥石組合，主要有伊利石、蒙皂石、綠泥石和高嶺石，且伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，蒙皂石次之，綠泥石和高嶺石較低。萊州灣北岸表層沉積物中的黏土礦物組成分與渤海灣和龍口灣相近，其不同種類礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化均不大。與未進(jìn)行大規(guī)模離岸人工島建設(shè)前的研究結(jié)果相比，龍口灣表層沉積物的黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)已發(fā)生了一定變化，表現(xiàn)為蒙皂石質(zhì)量分?jǐn)?shù)(24.91%)升高，綠泥石(10.23%)和高嶺石(7.82%)質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有所降低，而伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)(57.04%)最高且變化不大，與黃河及黃河近岸黏土礦物相比，仍屬于黃河型。

表1 龍口灣、黃河、黃河近岸、渤海灣和萊州灣沉積物粒度及黏土礦物組成對(duì)比Table 1 Comparison of the composition of grain size and clay in sediments of Longkou Bay, The Yellow River, the inshore area of the Yellow River, Bohai Sea and Laizhou Bay

萊州灣海區(qū)內(nèi)存在一個(gè)大順時(shí)針向的余環(huán)流，黃河口沙嘴前緣存在一個(gè)較強(qiáng)的潮流，在萊州灣東南存在一個(gè)較弱的潮流區(qū)(圖1),萊州灣東南部的較弱潮流區(qū)與龍口灣人工島建設(shè)海區(qū)較為接近，上述環(huán)流和潮流對(duì)沉積物在龍口灣內(nèi)的分布可能會(huì)產(chǎn)生一定影響[39-41]。龍口灣是一個(gè)對(duì)數(shù)螺旋型半敞開的海灣，灣內(nèi)地貌主要為淺海平原，北部近10 km的連島沙壩形成了天然波堤，屺坶島和連島沙壩的存在使龍口灣較為封閉，灣內(nèi)水深大部分在10 m以內(nèi)，由東向西逐漸加深，灣內(nèi)波浪不強(qiáng)，流速很小，水動(dòng)力較弱，灣內(nèi)有少量淤積[32]。由于屺坶島北側(cè)的泥沙不會(huì)繞過連島沙壩進(jìn)入南側(cè)[1,36]，說明在屺坶島南側(cè)西部呈弱侵蝕狀態(tài)。陸源入海泥沙在自右向左輸運(yùn)過程中逐漸落淤，而這從尖子沙咀及其附近岸灘的緩慢增長得到證實(shí)。由于鴨灘阻擋泥沙不會(huì)進(jìn)入龍口灣灣內(nèi)，因此在龍口灣頂部基本無泥沙進(jìn)出，其始終處于動(dòng)態(tài)平衡。整體而言，龍口灣的泥沙運(yùn)動(dòng)大致可分為兩部分,一是屺姆島以東連島沙壩以北的泥沙作東西向運(yùn)動(dòng),僅有少量泥沙懸移質(zhì)繞過屺姆島影響龍口灣；二是灣內(nèi)河流,如界河、河抱河、龍口河等向龍口灣輸入少量泥沙。因此,灣內(nèi)無明顯泥沙交換,這也是龍口灣泥沙淤積微弱的主要原因。伊利石是黏土礦物中最穩(wěn)定的礦物之一[37]，無論是在中國近海還是世界大洋，都在組合上占優(yōu)勢，因而龍口灣沉積物黏土礦物中伊利石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大。而蒙皂石是黏土礦物中比較細(xì)小的礦物，較容易隨水搬運(yùn)，由此使得本研究的蒙皂石在龍口灣灣內(nèi)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。由于細(xì)粒級(jí)泥沙的淤積，使得龍口灣內(nèi)的黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有所上升。黏土礦物的分布不僅與物源有關(guān)，而且水動(dòng)力等海洋沉積環(huán)境在黏土礦物入海后對(duì)表層沉積物中黏土礦物分布也有較大影響。在海洋中由于自身粒徑和比重等因素，黏土礦物在隨洋流輸運(yùn)過程中沉積分異作用明顯。根據(jù)Gibbs的數(shù)據(jù)，四種黏土礦物中蒙皂石粒徑最小(平均粒徑0.4 μm)、比重最輕(2.10 g/cm3)；綠泥石粒徑最大(平均粒徑10 μm)、比重最重(2.50 g/cm3)[38]。顆粒最小，易于懸浮的伊利石隨水流沉降，而顆粒較大的高嶺石和綠泥石則在灣外存在較多的沉降。

自2011年龍口灣大規(guī)模離岸人工島正式開工建設(shè)至今，已完成約50 km2的圍堰工程，大量的土石堆積在海岸，在海潮的沖刷作用下進(jìn)入近岸海區(qū)，并在水動(dòng)力作用下進(jìn)行初步沉積分異。陸源物質(zhì)入海后，要面臨一個(gè)搬運(yùn)、混合、沉積以及沉積后的改造過程，高能河水入海后能量逐漸減弱，入海沉積物在水動(dòng)力作用下經(jīng)過初步的沉積分異作用，泥沙粗粒級(jí)組分堆積在河口附近，細(xì)粒級(jí)組分受到往復(fù)潮流的影響，向河口兩側(cè)運(yùn)移。然而，由于人工島建設(shè)，入海泥沙粗粒級(jí)組分堆積在人工島海岸附近，細(xì)粒級(jí)組分受海流的影響逐漸向萊州灣中部和龍口灣運(yùn)移。龍口灣灣內(nèi)海底沉積物普遍較細(xì)，除沙壩外海底沉積物由灣內(nèi)向?yàn)惩庵饾u變粗，而蒙皂石質(zhì)量分?jǐn)?shù)在細(xì)粒沉積物中要比在粗粒沉積物中高。龍口灣灣內(nèi)的蒙皂石質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于灣外，主要原因是水動(dòng)力作用，大規(guī)模的人工島建設(shè)可對(duì)龍口灣水流的流動(dòng)以及泥沙的輸運(yùn)產(chǎn)生很強(qiáng)的阻隔作用，進(jìn)而影響了龍口灣海域的水動(dòng)力環(huán)境。龍口灣北面有屺姆島和連島沙壩阻擋,灣內(nèi)風(fēng)浪小,流速也小,水流趨于平緩，由此導(dǎo)致了黏土礦物顆粒性質(zhì)在龍口灣海區(qū)存在較大差異。在近岸物質(zhì)運(yùn)輸過程中潮流對(duì)泥沙運(yùn)移也有很大影響，黃河入海的懸浮泥沙的分布與擴(kuò)散受到萊州灣內(nèi)高速潮流場的影響，潮流場對(duì)海洋沉積物的擴(kuò)散有著重要作用[21-22,40]。安永寧等[1]運(yùn)用MIKE21數(shù)學(xué)模型模擬了人工島群建設(shè)前后海域潮流場和海底沖淤的變化特征，認(rèn)為龍口灣大規(guī)模離岸人工島群建設(shè)在改變海底地貌和岸線的同時(shí)，會(huì)改變龍口灣內(nèi)的水動(dòng)力條件和沖淤特征，由此對(duì)龍口灣海區(qū)的沉積環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生重要影響。由于大規(guī)模人工島圍填海工程的實(shí)施,導(dǎo)致龍口灣北側(cè)海域在各種典型風(fēng)況下的淤積量均有所增加[42]，這就使得水動(dòng)力性能較弱的礦物(如伊利石和蒙皂石)在龍口灣附近明顯增加。另外，受人工島群建設(shè)的影響，龍口灣的流速和有效波高變小，不利于泥沙的啟動(dòng)和運(yùn)移[2]。人工島建設(shè)前緣由于挑流和破浪作用，潮流和波浪作用較強(qiáng)，有利于泥沙的啟動(dòng)和運(yùn)移，最大沖刷深度增大，由此導(dǎo)致泥沙隨海流進(jìn)入水動(dòng)力較弱的萊州灣，進(jìn)而使得灣內(nèi)的高嶺石和綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。

4 結(jié) 論

通過對(duì)龍口灣的表層沉積物樣品進(jìn)行的激光粒度分析和X-射線衍射(XRD)分析，得到其表層沉積物粒度分布及粘土礦物組成特征，可在一定程度上揭示大規(guī)模人工島建設(shè)對(duì)龍口灣的沉積環(huán)境的影響。得出結(jié)論如下：

1)龍口灣表層沉積物的粒度組成主要以粉砂為主，砂次之，黏土組分相對(duì)較少，與渤海和萊州灣沉積物的粒度組成差異不大；沉積物粒徑變化不大，但是黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有升高，砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有下降。

2)龍口灣海域的黏土礦物中各礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)生變化，高嶺石和綠泥石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，蒙皂石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升。其不同組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體表現(xiàn)為伊利石>蒙皂石>綠泥石>高嶺石。

3)盡管龍口灣的沉積物仍以沿岸河流輸沙、風(fēng)沙和島岸侵蝕為主，但沿岸大規(guī)模人工島建設(shè)已對(duì)其組合特征產(chǎn)生重要影響，粒度組成上黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有升高，砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有下降；黏土礦物組成上表現(xiàn)為蒙皂石的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高24.55%，綠泥石和高嶺石的最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)均下降35%左右，而伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高且變化不大。相對(duì)萊州灣海域大范圍的研究，對(duì)龍口灣海域的小范圍研究更能揭示龍口灣的沉積環(huán)境變化及影響因素。

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Received:November 27, 2015

Impacts of Construction of Artificial Islands on the Flow-sediment Regulation Scheme on Grain and Clay Compositions in the Longkou Bay

REN Peng1,2,3, SUN Zhi-gao2,3, WANG Chuan-yuan3, ZHAO Quan-sheng1, ZHU He4

(1.CollegeofChemicalScienceandEngineering,QingdaoUniversity, Qingdao 266071, China; 2.InstituteofGeograpy,KeyLaboratoryofHumidSubtropicalEco-geographicalProcess,MinistryofEducation,FujianNormalUniversity, Fuzhou 350007, China; 3.KeyLaboratoryofCoastalZoneEnvironmentalProcessesandEcologicalRemediation,YantaiInstituteofCoastalZoneResearch, Yantai 264003, China; 4.InstituteofGeographyandPlanning,LudongUniversity, Yantai 264025, China)

Based on the laser particle size and X-ray diffraction (XRD) analysis, sediment samples collected from the Longkou Bay in 2013 were determined to discuss the impacts of large-scale offshore construction of artificial islands on the distributions of grain size and clay components in sediments. Results showed that, silt was predominated(59.1%), clay(18.05%) and sand(19.05%) components were closer. The clay components in sediments of the Longkou Bay were close with those in the Laizhou Bay, and the clay components were in the order of illite>smectite>chlorite>kaolinite, but there still exists certain differences between individual mineral content. Surface sediment particle size distribution and the combination of the clay mineral characteristics showed that although local river , wind sediment and the shore erosion is given priority to the Longkou Bay sediments, the construction of coastal large-scale artificial island also has an important influence on its combination features. Grain size of clay content on the slightly elevated, sand content declined slightly; Clay mineral composition on the show is about 24.55% increase in the maximum content of smectite, chlorite and kaolinite have the maximum content decreased about 35%, and the highest levels of illite haven't changed much. Through the research of the surface sediment particle size distribution and composition of clay mineral characteristics in the Longkou Bay, can reveal large-scale artificial island construction has given a certain extent influence on the sedimentary environment of the Longkou Bay.

sediment; grain; clay; composition characteristics

2015-11-27

中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目——北方典型海岸帶水動(dòng)力變化和復(fù)合污染機(jī)制及其生態(tài)損害評(píng)估課題I:人工填海、造島對(duì)近岸水動(dòng)力及物質(zhì)輸運(yùn)的影響機(jī)制與數(shù)值模擬任務(wù)-填海工程影響下潮間帶及鄰近海域沉積環(huán)境變化研究(KZZD-EW-14);中國科學(xué)院“一三五”規(guī)劃生態(tài)突破項(xiàng)目——黃河三角洲陸海界面過程、生態(tài)演 變與修復(fù)技術(shù)課題I:黃河水沙運(yùn)移、沉積與生態(tài)演變(Y254021031);國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——黃河口生態(tài)恢復(fù)工程對(duì)濕地氮循環(huán)關(guān)鍵生物地球化學(xué)過程的影響(41171424)和黃河口新生濕地系統(tǒng)碳氮循環(huán)關(guān)鍵過程隊(duì)外源氮輸入的響應(yīng)(41371104)

任 鵬(1989-)，男，山東煙臺(tái)人，碩士研究生，主要從事河口海岸沉積環(huán)境方面研究.E-mail:qdrp2013@163.com

*通訊作者：趙全升(1963-)，男，山東濰坊人，教授，博士，主要從事鹽湖水文地質(zhì)方面研究.E-mail:zqs0811@sina.com

P736

A

1671-6647(2016)04-0578-10

10.3969/j.issn.1671-6647.2016.04.014