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(xiàng)目：山東省地質(zhì)勘查項(xiàng)目，山東省威海市劉公島及周邊海域綜合地質(zhì)調(diào)查，魯勘字〔2021〕54號(hào)

作者簡(jiǎn)介：袁星芳（1990－），女，山西大同人，高級(jí)工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)工作；Email：lywhyxf@163.com? *通訊作者：徐昌（1989－），男，山東寧陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)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(dòng)力環(huán)境，本次研究在充分收集以往資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合本次測(cè)試結(jié)果，對(duì)沉積物類(lèi)型及粒度特征進(jìn)行了總結(jié)。研究結(jié)果表明：區(qū)內(nèi)沉積物類(lèi)型主要有4種，分別為

含礫泥（（g）M）、礫質(zhì)泥（gM）、砂質(zhì)粉砂（sZ）、粉砂（Z），其中砂質(zhì)粉砂與粉砂分布最廣；區(qū)內(nèi)平均粒徑整體呈東南向西北遞增的趨勢(shì)，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(nèi)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(nèi)水動(dòng)力條件整體較弱。

關(guān)鍵詞：海底沉積物；粒度特征；沉積動(dòng)力環(huán)境；劉公島；山東威海

中圖分類(lèi)號(hào)：P736.21??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(dòng)力環(huán)境研究［J］.山東國(guó)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(lèi)型及分布是沉積物來(lái)源、水動(dòng)力條件、海平面變化及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)綜合作用的結(jié)果，是反映現(xiàn)代和過(guò)去沉積環(huán)境的一種標(biāo)志。沉積物的粒度及礦物組成主要受物質(zhì)來(lái)源、搬運(yùn)介質(zhì)、搬運(yùn)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(duì)黃海海域沉積物特征及沉積環(huán)境進(jìn)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(tái)芝罘灣底質(zhì)沉積物粒度特征和沉積動(dòng)力環(huán)境，劉春秀分析了煙臺(tái)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(jìn)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(jié)果，尚未針對(duì)劉公島周邊海域進(jìn)行系統(tǒng)分析，其周邊沉積物特征及水動(dòng)力條件有待進(jìn)一步探索。

本次研究在充分收集以往成果資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合本次樣品測(cè)試結(jié)果，劃分了劉公島周邊海域海底沉積物類(lèi)型，計(jì)算了沉積物相關(guān)粒度參數(shù)，探討了沉積物動(dòng)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(diào)節(jié)作用比較明顯，春、夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)、偏南風(fēng)；秋、冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)、偏北風(fēng)。區(qū)內(nèi)常浪向?yàn)镹E向，頻率為28%；次常浪向?yàn)镹W向，頻率為10%；最大波高為1.2m，主要集中在偏北方向。區(qū)內(nèi)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(nèi)西側(cè)海域潮差為1.75～2.00m，為弱潮海區(qū)；東側(cè)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(shè)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(jìn)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(cè)試沉積物的粒度。樣品登記、保存與運(yùn)輸嚴(yán)格按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第3部分：樣品的采集、貯存和運(yùn)輸（GB 17378.3—2007）》［11］中的相關(guān)要求執(zhí)行，并及時(shí)送至國(guó)土資源部海洋地質(zhì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中心進(jìn)行分析測(cè)試。

2.2? 測(cè)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(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)篩進(jìn)行篩選、分離砂土中的粒級(jí)組分，并通過(guò)質(zhì)量大小計(jì)算各粒級(jí)組分的相對(duì)含量，進(jìn)而確定粒度成分。該方法無(wú)法對(duì)黏土、粉砂等粒徑較小的組分進(jìn)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(jìn)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(jì)算［16］，分級(jí)描述見(jiàn)表1。

目前，國(guó)內(nèi)沉積學(xué)研究主要使用2種分類(lèi)方法，分別為Shepard和Folk等提出的沉積物分類(lèi)方法及圖解。由于Folk分類(lèi)法［17］在沉積動(dòng)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(zhì)調(diào)查規(guī)范（DZ/T 0247—2009）》［18］中Folk等（1970）分類(lèi)方法，即按粒度含量的三角形命名方法進(jìn)行分類(lèi)（圖2）。

2.3? 測(cè)試結(jié)果

表層沉積物的粒度分析由國(guó)土資源部海洋地質(zhì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中心測(cè)試完成，儀器為英國(guó)馬爾文公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度儀。該儀器具有測(cè)速快、測(cè)試范圍大、重復(fù)性、真實(shí)性高和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)不受溫度、介質(zhì)和密度等條件影響。儀器的測(cè)量范圍為0.02～2000μm，重復(fù)測(cè)量誤差小于2%。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

3? 結(jié)果與討論

3.1? 沉積物類(lèi)型及分布

在以往資料收集的基礎(chǔ)上，結(jié)合本次測(cè)試結(jié)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(lèi)：含礫泥（（g）M）、礫質(zhì)泥（gM）、砂質(zhì)粉砂（sZ）、粉砂（Z）。其中，砂質(zhì)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(zhì)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(lèi)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(lèi)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(duì)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(lèi)型礫石組分含量為0.15%～3.81%，平均值為1.71%。

礫質(zhì)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(lèi)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(zhì)來(lái)源和沉積環(huán)境的變化。在強(qiáng)水動(dòng)力條件下，細(xì)粒物質(zhì)被搬運(yùn)、篩選，而粗粒物質(zhì)被沉積下來(lái)；反之，在弱水動(dòng)力條件下，粗粒物質(zhì)被搬運(yùn)、篩選，而細(xì)粒物質(zhì)被沉積下來(lái)。因此，根據(jù)沉積物平均粒徑大小，可以大致推測(cè)沉積環(huán)境水動(dòng)力條件強(qiáng)弱。平均粒徑大，反映水動(dòng)力條件強(qiáng)；平均粒徑小，反映水動(dòng)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(dòng)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(jí)小，主要粒級(jí)突出，百分含量高，則分選性好，分選系數(shù)?。环粗?，粒級(jí)分布范圍廣，主要粒級(jí)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(shì)（圖5），與沉積物類(lèi)型大致對(duì)應(yīng)，分選性差的區(qū)域沉積物類(lèi)型以砂質(zhì)粉砂為主，分選性較差的區(qū)域沉積物類(lèi)型以粉砂為主。說(shuō)明在相同物源條件下，搬運(yùn)距離越遠(yuǎn)，越遠(yuǎn)離物源區(qū)，分選性越明顯，進(jìn)一步說(shuō)明海域沉積物的來(lái)源主要為近岸侵蝕供砂以及陸源碎屑物補(bǔ)給等。

（3）偏態(tài)（Sk）

偏態(tài)反映沉積過(guò)程中能量的變異，可以通過(guò)判斷粒度組分分布的對(duì)稱(chēng)性，來(lái)表示平均值與中位數(shù)的相對(duì)位置：負(fù)偏代表平均值將向中位數(shù)的較粗方向移動(dòng)，正偏代表平均值將向中位數(shù)的較細(xì)方向移動(dòng)［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(xiàn)近對(duì)稱(chēng)或負(fù)偏。

（4）峰態(tài)（Kg）

峰態(tài)用來(lái)測(cè)量頻率曲線(xiàn)兩端分選與曲線(xiàn)中央分選的比率，即衡量分布曲線(xiàn)的峰凸程度。峰態(tài)是發(fā)現(xiàn)雙峰曲線(xiàn)的重要線(xiàn)索，如若峰態(tài)值很低或趨于0，說(shuō)明該區(qū)海底沉積物未經(jīng)改造便進(jìn)入新環(huán)境，而新環(huán)境對(duì)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?yàn)?.90～1.11（圖7），與砂質(zhì)粉砂分布范圍大致相同，表現(xiàn)為中等的粒度頻率曲線(xiàn)。而研究區(qū)東北部海域峰態(tài)值小于0.90，粒度頻率曲線(xiàn)大致呈平坦分布。

（5）沉積物粒度參數(shù)相關(guān)性分析

J.P.Le Roux等人研究認(rèn)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(yùn)介質(zhì)的運(yùn)移路徑相關(guān)，偏態(tài)、峰態(tài)反映沉積環(huán)境對(duì)沉積物粒徑的二次改造［20］。由平均粒徑相關(guān)性分析圖可知，平均粒徑與分選系數(shù)相關(guān)性較好，與偏態(tài)、峰態(tài)相關(guān)性較差，反映沉積物形成時(shí)的沉積環(huán)境和水動(dòng)力條件相對(duì)較復(fù)雜（圖8）。

3.3? 沉積水動(dòng)力環(huán)境特征

為分析劉公島周邊海域沉積動(dòng)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(gè)組，以5%、25%、50%、75%、95%作為結(jié)構(gòu)分類(lèi)標(biāo)志線(xiàn)，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(xì)；再以沉積物中粉砂在泥質(zhì)成分（粉砂+黏土）的百分含量分為Ⅰ～Ⅵ共6個(gè)區(qū)，以10%、25%、50%、75%、90%作為結(jié)構(gòu)分類(lèi)標(biāo)志線(xiàn)，從Ⅰ～Ⅵ表示水動(dòng)力逐漸減弱。按上述方法將三角形分為25個(gè)區(qū)：從S到E，沉積物粒徑逐漸變細(xì)；從I到Ⅵ沉積動(dòng)力環(huán)境越來(lái)越弱。

圖9? 研究區(qū)海底沉積物動(dòng)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(lái)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(lái)看，沉積物全部投于Ⅵ區(qū)，沉積動(dòng)力環(huán)境較弱。

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

綜上所述，研究區(qū)內(nèi)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(dòng)力條件整體較弱。

4? 結(jié)論

（1）研究區(qū)沉積物類(lèi)型主要有4種：含礫泥（（g）M）、礫質(zhì)泥（gM）、砂質(zhì)粉砂（sZ）、粉砂（Z）。其中，砂質(zhì)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(shì)。受潮流和波浪等多種水動(dòng)力共同影響，區(qū)內(nèi)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(dòng)力環(huán)境，區(qū)內(nèi)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(dòng)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