李娜，劉建濤，任旭光，師沙沙

（河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊(duì)，河北秦皇島066001）

秦皇島近海沉積物特征研究

李娜，劉建濤，任旭光，師沙沙

（河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質(zhì)大隊(duì)，河北秦皇島066001）

基于對(duì)秦皇島洋河口附近海域海底439件表層沉積物、40件柱狀樣進(jìn)行粒度分析，了解洋河口附近海域表層沉積物以及砂層分布情況，確定調(diào)查區(qū)內(nèi)西南側(cè)淺表層沉積物主要以細(xì)砂、中細(xì)砂為主，可作為海灘養(yǎng)護(hù)砂源；東北側(cè)以粘土質(zhì)砂和砂·粉砂·粘土為主，不適合直接用于海灘養(yǎng)護(hù)工程。

沉積物；粒度特征；海砂；秦皇島

大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和沿海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的飛速發(fā)展，使砂的需求量大增，特別是2008年以來秦皇島將侵蝕岸灘修復(fù)作為重要任務(wù)予以實(shí)施，岸灘修復(fù)工程的實(shí)施使海砂的需求量劇增[1-7]。同時(shí)陸地砂資源枯竭，尤其是沿海地區(qū)河道砂開采已引起了嚴(yán)重的環(huán)境問題，在這一形勢下，近海海砂資源成為開發(fā)利用的新目標(biāo)，海砂資源調(diào)查愈來愈引起重視。筆者對(duì)秦皇島洋河口附近海域海底沉積物開展了調(diào)查研究，以期了解洋河口附近海域表層沉積物以及砂層分布情況，為秦皇島近海砂礦資源開發(fā)利用提供一定的依據(jù)。

1 區(qū)域概況

秦皇島市位于河北省東北部的渤海北岸，地處39°22′N～40°37′N，118°34′E～119°51′E。東北與遼寧接壤，西與唐山相鄰，北連承德地區(qū)，南臨渤海，萬里長城橫亙東西。西距北京270 km，西南距天津220 km，是北京的東大門，為東北與華北兩大經(jīng)濟(jì)區(qū)的咽喉要道。秦皇島是我國著名的旅游避暑勝地，山海關(guān)古長城被列為世界文化遺產(chǎn)；北戴河海濱有夏都之稱。秦皇島占據(jù)十分重要的地理位置，于1979年被國務(wù)院列為甲級(jí)對(duì)外開放城市，屬國家44個(gè)重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)之一，1984年4月又被國務(wù)院列為全國14個(gè)進(jìn)一步對(duì)外開放的港口城市之一。

1.1 潮汐

區(qū)內(nèi)潮汐系由太平洋潮汐傳入引起的表動(dòng)，由日月引力引起的潮汐占的比例很小。外海潮波通過渤海海峽進(jìn)入渤海灣，遇岸反射形成沿岸波潮。人造河口至山海關(guān)附近沿岸水域?yàn)檎?guī)日潮，人造河口至灤河口為不正規(guī)日潮，秦皇島沿海平均潮差0.75 m，高潮2.36 m。

1.2 潮流

潮流是與潮汐同時(shí)產(chǎn)生的周期性水平運(yùn)動(dòng)。潮流進(jìn)入渤海后分支，一支流向遼東灣，另一支沿海岸線向西南，顯示半日潮流性質(zhì)。漲潮流向西南，落潮流為偏東北，流速1～2節(jié)（一節(jié)為0.51 m/s）。

1.3 波浪

海浪主要以風(fēng)浪為主，涌浪次之，其海浪形式主要取決于風(fēng)向。平均浪高0.4～0.6 m，最大浪高3.5 m。波浪周期平均為2.6 s。

1.4 海水溫度

表層水溫春季9.5～19.5℃，夏季26～27.5℃，秋季12～12.5℃，冬季0.7～-1.3℃。

2 表層沉積物特征

海底沉積物是在海洋水動(dòng)力及物理化學(xué)和生物條件作用下，陸源及其他物質(zhì)通過搬運(yùn)、擴(kuò)散，并在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中沉積下來形成的不同沉積物類型。本次調(diào)查在收集已有資料的基礎(chǔ)上，通過表層沉積物取樣、底質(zhì)柱狀取樣，對(duì)研究區(qū)沉積物粒度特征進(jìn)行全面調(diào)查并確定重點(diǎn)調(diào)查區(qū)域（圖1），在重點(diǎn)區(qū)內(nèi)進(jìn)行加密測量；地形調(diào)查工作采用RTK與測深儀配合測量，通過陸地基站校正直接獲取海底高程。表層沉積物取樣通過蚌式取樣器與錨式取樣器配合完成，柱狀取樣通過振動(dòng)式柱狀取樣器完成。共采集表層沉積物樣品439件，柱狀樣40件（見圖4），室內(nèi)實(shí)驗(yàn)首先用烘干機(jī)進(jìn)行烘干，樣品中粒徑大于0.063 mm的采用標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)其進(jìn)行了篩選，對(duì)于粒徑小于0.063 mm的用沉降法分析，最后用電子天平稱出其不同粒徑范圍內(nèi)樣品重量，計(jì)算各部分的重量百分含量，并且據(jù)此做出了頻率曲線和概率累積曲線。沉積物分類與命名參考《海洋調(diào)查規(guī)范》謝帕德三角圖分類法，粒組含量〈20%的不參加命名，粒度參數(shù)用?？撕臀值鹿接?jì)算[8]。

圖1 調(diào)查區(qū)位置

2.1 沉積物分布特征

調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)本海域表層沉積物主要以細(xì)砂、細(xì)中砂、粘土質(zhì)砂和砂-粉砂-粘土為主。具體見圖2。分述如下：

2.1.1 細(xì)砂

調(diào)查區(qū)西南以及東南部出露，黃灰色，平均粒徑Mz為2.26～2.99 Φ（0.13～0.21 mm）；分選系數(shù)σi為0.29～0.58，分選好或較好；偏態(tài)Sk為-0.19～0.09，屬于負(fù)偏至近對(duì)稱；峰態(tài)Kg為0.96～ 1.63，大部分屬于中等至窄。頻率曲線呈單峰或雙峰狀態(tài)（圖3）。

圖2 表層沉積物分布

2.1.2 細(xì)中砂

細(xì)中砂在調(diào)查區(qū)內(nèi)分布最廣，占近一半的調(diào)查區(qū)域，分布于調(diào)查區(qū)西側(cè)10 m等深線以內(nèi)，東南側(cè)14～16 m等深線內(nèi)。沉積物以細(xì)砂、中砂為主，其中中砂含量大于50%，細(xì)砂含量在35%左右，平均粒徑Mz為1.64～2 Φ（0.25～0.32 mm），分選系數(shù)分選系數(shù)σi為0.45～0.66，分選好至中等；偏態(tài)Sk為-0.42～-0.12，主要為極負(fù)偏或負(fù)偏；峰態(tài)Kg為0.68～1.19，大部分屬于中等至窄。頻率曲線呈單峰或雙峰狀態(tài)。

2.1.3 粘土質(zhì)砂

分布于調(diào)查區(qū)東側(cè)等深線9～15 m的范圍內(nèi)，灰褐色，表層呈半流動(dòng)狀態(tài)。粒度組成以粉砂和粘土粒級(jí)為主（見圖3），粉砂含量占50%以上，平均粒徑Mz為6.73～7.68 Φ(0.005～0.009 mm)；分選系數(shù)σi為1.18～1.59，分選較差；偏態(tài)Sk為-0.56～-0.06，主要為極負(fù)偏或負(fù)偏；峰態(tài)為0.68～1.09，大部分屬于中等。頻率曲線呈單峰狀態(tài)。2.1.4砂-粉砂-粘土

圖3 沉積物概率累計(jì)及頻率曲線

表1 沉積物粒度參數(shù)統(tǒng)計(jì)

此類沉積物為砂、粉砂和粘土三種組分混合而成，各種組分的含量均超過20%，但粒級(jí)局限在3.0 Φ以細(xì)粒組，主要分布于調(diào)查區(qū)東北側(cè)8～12 m水深處。平均粒徑Mz為5.05～5.81 Φ（0.018～0.030 mm）；分選系數(shù)σi為2.40～2.89，分選差；偏態(tài)SK為0.11～0.58，屬于正偏或極正偏；峰態(tài)Kg為0.69～0.87，屬于寬峰態(tài)。頻率曲線呈雙峰或多峰狀態(tài)。

2.2 粒度參數(shù)分布特征

根據(jù)Fock-Ward粒度參數(shù)計(jì)算公式算出工區(qū)沉積物粒度參數(shù)。

2.1 平均粒徑

平均粒徑反映沉積物粒度平均值的大小，表明粒度分布的趨勢。在區(qū)域上系統(tǒng)地研究平均粒徑的變化情況，可以了解沉積物的來源和運(yùn)移趨勢以及沉積環(huán)境的變化。調(diào)查區(qū)海域以細(xì)中砂、細(xì)砂、粘土質(zhì)粉砂、砂-粉砂-粘土為主，平均粒徑介于1.64～7.68 Φ（0.005～0.321 mm），調(diào)查區(qū)西側(cè)Φ值較小，沉積物較粗，東側(cè)沉積物較細(xì)，平均粒徑一般大于5 Φ。

2.2 分選系數(shù)

分選系數(shù)表示粒徑頻率曲線的擴(kuò)散程度，反映沉積物的分選程度。工區(qū)海域沉積物分選系數(shù)介于0.29～2.89，其中細(xì)砂與細(xì)中砂區(qū)域分選較好，而粘土質(zhì)粉砂與砂-粉砂-粘土區(qū)域分選差。

2.3 偏態(tài)

偏態(tài)是用以度量頻率曲線的不對(duì)稱程度指示沉積物粒徑的平均值與中位數(shù)的相對(duì)位置的指標(biāo)。Sk=0時(shí)曲線是對(duì)稱的，平均粒徑等于中值粒徑；Sk〉0時(shí)曲線不對(duì)稱呈正偏態(tài)，此時(shí)平均粒徑大于中值粒徑，表示此沉積物的主要粒級(jí)集中在粗粒部分，曲線粗粒端較陡，細(xì)粒端較平緩；Sk〈0時(shí)曲線不對(duì)稱呈負(fù)偏態(tài)，此時(shí)平均粒徑小于中值粒徑，表示沉積物的主要粒級(jí)集中在細(xì)粒部分，曲線細(xì)粒端較陡，粗粒端較平緩。工區(qū)海域沉積物偏態(tài)介于-0.56～0.58，工區(qū)偏態(tài)大部分為負(fù)偏態(tài)，說明沉積物的主要粒級(jí)集中在細(xì)粒部分。

2.4 峰態(tài)

峰態(tài)是以累積頻率曲線尾部展開的比例來表示的，用以表示累計(jì)頻率曲線的峰凸程度，用來說明與正態(tài)分布曲線相比，時(shí)分布曲線峰的寬窄尖銳程度，反映水動(dòng)力環(huán)境對(duì)沉積物的影響程度。在一般情況下，單峰式窄性曲線代表沉積物的組成比較集中或單一，往往有較好的分選性；而寬峰或多峰曲線則代表層沉積物比較混雜，環(huán)境對(duì)其改造不充分，從某種意義上來說，說明雙向水流的存在。工區(qū)海域沉積物峰態(tài)介于0.68～1.63，大部分海域峰態(tài)介于0.81～1.09，峰態(tài)為寬至中等。

3 淺層沉積物層序特征

柱狀樣所揭露的地層主要為細(xì)砂、中砂、粉砂質(zhì)粘土和粘土質(zhì)粉砂，沉積物表層大多有1～2 cm的灰色薄層浮泥，含水量大，呈半流狀態(tài)，向下為灰黃色細(xì)砂或者中砂，砂層向下為灰褐色的粉砂質(zhì)粘土和粘土質(zhì)粉砂互層，具體見表2、圖4。

4 結(jié)論

（1）洋河口附近海域表層沉積物主要以細(xì)砂、中細(xì)砂為主，僅在海域東北側(cè)存在粘土質(zhì)砂和砂-粉砂-粘土；

（2）通過柱狀樣分析可知，海底0～1 m范圍存在較好的砂層，其分布規(guī)律與表層沉積物分布相近，砂層向下主要為灰褐色的粉砂質(zhì)粘土和粘土質(zhì)粉砂互層；

圖4 柱狀取樣工程布置及成果

表2 部分柱狀樣巖性

（3）目前，海砂主要用于建筑業(yè)、圍填海工程和海灘養(yǎng)護(hù)等，調(diào)查區(qū)海域淺地層主要以粘土質(zhì)粉砂、粉細(xì)砂、細(xì)砂以及粗砂為主，從區(qū)域劃分來看，調(diào)查區(qū)西南部細(xì)砂、中細(xì)砂礦體較多，可作為海灘養(yǎng)護(hù)砂源，而調(diào)查區(qū)東北則以粘土質(zhì)粉砂以及砂-粉砂-粘土礦體為主，不適合直接用于海灘養(yǎng)護(hù)工程。

[1]包敏.人工養(yǎng)護(hù)后海灘地貌及沉積特征研究——以北戴河西海灘為例[D].青島：中國海洋大學(xué)，2010.

[2]包敏，王永紅，楊燕雄，等.北戴河西海灘人工養(yǎng)護(hù)前后沉積物粒度變化特征[J].海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài)，2010，26（9）：25-34.

[3]劉修錦，王永紅，楊燕雄，等.海灘養(yǎng)護(hù)后剖面變化過程研究——以北戴河西海灘和中海灘為例[J].海洋地質(zhì)前沿，2013，29（2）：53-61.

[4]劉建濤，劉會(huì)欣，楊燕雄，等.北戴河人工喂養(yǎng)海灘的演化特征[J].海洋地質(zhì)前沿，2013，29（2）：37-44.

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[7]邱若峰，莊振業(yè)，趙友鵬，等.海灘養(yǎng)護(hù)的功效和壽命——以北戴河海灘養(yǎng)護(hù)工程為例[J].海洋地質(zhì)前沿，2014，30（3）：26-33.

[8]國家海洋局第二海洋研究所.GB/T 12763.9—2007海洋調(diào)查規(guī)范海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

（編輯：程?。?/p>

A Study on Characteristics of Deposit Sediments in Qinhuangdao Offshore

Li Na,Liu Jiantao,Ren Xuguang,Shi Shasha
（Qinhuangdao Mineral Resource and Hydrogeological Brigade,Hebei Geological Prospecting Bureau, Qinhuangdao Hebei 066001,China）

Based on the analysis on the grain size of 439 surface sediments and 40 columnar sediments near the Yanghekou,Qinhuangdao,the distribution of surface sediments and sand layers near Yanghekou were concluded,and it was found that the surface sediments in the southwest of the investigation area were mainly composed of fine sand and medium sand,which can be used as beach nourishment,the surface sediments in the northeastern are mainly composed of the sandy soil and sand·silt sand·clay,not suitable for direct beach nourishment.

sediments,grain size characteristics,marine sand,Qinhuangdao

X37

A

1008-813X（2017）04-0057-05

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.04.15

2017-03-30

河北省國土資源廳項(xiàng)目《秦皇島海灘整治修復(fù)工程監(jiān)測與后評(píng)估》（2014993344）

李娜（1977-），女，河北徐水人，畢業(yè)于石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院資源勘查工程專業(yè)，助理工程師，主要從事海洋地質(zhì)方面的工作。