（海洋化学专业论文）长江口及邻近海域沉积速率比较研究.pdf

摘要 摘要 长江每年携带约4 1 4 亿吨泥沙入海，其中约有6 0 在河口至东经1 2 3 0 以西 扩散并沉积下来。因此，对于长江口及邻近海域沉积速率的比较研究有助于了解 潮滩发育特征和近海沉积规律。 基于此，本文利用放射性核素对长江口潮滩及邻近海域柱状样进行沉积速率 的测定，并根据表层沉积物的分布特征，分析潮滩的泥沙物源。主要结果包括： ( 1 )在陆源输入和流场的共同作用下，长江口邻近海域不同的沉积环境， 具有不同的沉积速率，位于长江口三角洲的e 4 柱样，其沉积速率为3 8 c r i 以；位 于浙江沿岸的s 5 2 柱样沉积速率为1 1 c m a ；位于东海外陆架区的e 6 柱样沉积 速率为1 2 c n 妇。 ( 2 )通过不同核素得到不同时间尺度下的崇明东滩的沉积速率：从高潮 滩( 1 4 群站位) 、中潮滩( 2 7 撑站位) 到低潮滩( 4 5 撑站位) ，从过剩2 1 0 p b 得到的平 均沉积速率分别为4 6 士o 3 c m a 、1 2 士0 1c l l l a 和1 o 士o 1c 州a ；从过剩2 2 8 1 1 1 得到 的平均沉积速率分别为5 8 士0 3 c m a 、2 5 士o 1 c m a 和2 3 士0 1 c m a 。 从7 b e 得到的崇明东滩短时间尺度的沉积速率，具有明显的季节特征：在高 潮滩( 1 4 撑站位) ，夏、冬两季柱样的沉积速率分别为1 0 0c 砒和2 8c 州a ；在 中潮滩( 2 7 撑站位) ，夏季柱样得到的沉积速率为8 4 c m a ；在低潮滩( 4 5 撑站位) ， 不能得到短时间尺度的沉积速率。 ( 3 )受植被覆盖和潮汐水动力等影响，崇明东滩表层沉积物呈现出平均 粒径春季大，而秋、冬季小的季节性变化规律；空间变化规律则为：从1 4 群、2 7 撑 到4 5 样站位，表层沉积物的平均粒径依次增大，沉积物核素活度的空间分布呈现 逐渐递减的趋势。 ( 4 )崇明东滩表层沉积物中核素比值7 b e 2 1 0 p b 既和1 3 7 c s 产1 0 p b 旺，与徐六 泾样品中的对应比值变化趋势相近，与大气核素沉降通量相差较远，表明崇明东 滩沉积物主要受陆源影响，且从1 4 撑、2 7 样到4 5 撑站位，受陆源影响逐渐减弱。 关键词：东海陆架，崇明东滩，沉积速率，2 1 0 p b 眈，2 2 8 1 1 1 e 】，7 b e ，1 3 7 c s a b s t r a c t 1 ka n n l l a ls e d 洫e n ts u p p l y 矗o mt h ec h a i l 萄i a i l g 砒v e ri s4 1 4 1 0 9t o n s ，i n w h i c ha h n o s t6 0 w 鲢d e p o s i t e d 丘o mt h ec h a i l 西i a i l gm v e rm o u c l la r e at 01 2 3 0 e a r e a t h er e s e a r c ho nm es e d i i l l e n 协t i o nr a t eo f 恤c l l a l l 萄i a i l ge 咖a 1 1 di t s 删a c e n t a r e ai so fg r e a th e l pt or e a l i z et 1 1 ep r o 昏a d a t i o no fm et i d a ln a ta 1 1 dt l l ec h a r a c t e r i s t i c o f 也ed e p o s i t i o ni r i 也ea d j a c e n ta r e a t h em e a s u r e m e n t so fd e p o s “i o nr a t e 、e r ec a 玎i e do u ti 1 1c h o n 粤i l i l l gt i d a ln a t a i l d 删a c e m a r e a b yl l s i n gm u l t i - 硼i o i s o t o p e s m o r e o v e r t l l eg e o c h e 血c a l c h a r a c t e r i s t i ca i l dt l l es o u r c eo fs 1 施c es e d i m e mo ft h et i d a lf l a tw e r e 删y z e db y m u n i - r a d i o i s o t o p e t h em a i l lr e s u l t sa r e 舔f o l l o w s ： ( 1 ) d i 位r e n ts e d i i i l e n 倒o nr a t e sr e v e a l e d d i 旋r e n t 龇n p l 啦c o n d i t i o i l s ， 嬲s o c i a t e d 诵廿1t 1 1 ei n p u to ft e r r e 妤a ls e d i i l l e n t 趾d 仃a 1 1 s p o 砌t i o na c r o s st l l es h e l et 1 1 e s e d 妇e n t a t i o no fe 4 、s 5 - 2 、e 6w e r e3 7 c 州1 1 c 州a 距d1 2 c 州巩r e s p e c 曲e l y ( 2 ) f r o mm el l i 曲n a tt 0 日1 e1 0 wn a to fn l ec h o n 鲫i 1 1 9t i d a lf l a t ，廿l e s e d 疏e n _ t a t i o nr a t e sw e r ei i e c r e a s e d t 1 1 ev a l u e s 、) l ，e r eo b t a i l l e da s4 6 士0 - 3 c i n a 1 2 士0 1 c m aa 1 1 d1 0 士0 1 c m ab y2 1 0 p b 把s p e c t i v e l y ；5 8 士0 3 c m 伍2 5 士0 1 c m aa n d 2 3 士o 1c 耐ab y2 2 8 t h 麟，r e s p e c t i v e l y n l es e d i m e n t a t i o nr a t e so b t a i l l e db y7 b ep r e s e n t e ds e a s o i l a lv 撕a t i o n s i n1 1 i g h n a t ，t h es e d i m e n t a t i o nr a t eo fs e d i i n e mc o r e s ( c o l l e c t e di nj u ma n dn o v e m b e r ，2 0 0 7 ， r e s p e c t i v e l y ) w e r e10 。oc m aa n d2 8c m 饥r e s p e c t i v e l y h lm en l i d d l ef l a t o m yo s e d i i i l e n tc o r e s ( c 0 1 1 e c t e di nj u i l e ，2 0 0 7 ) s e d i m e n t a t i o nm t ec o u l db eo b t a i n e d 吐1 a ti s 8 4 c m a 。b u ti 1 1 廿1 el o wn a t ，i ti sh a r dt 0e s t m l a t et h e d i i n e n t a t i o nr a 钯f o rb o t ho f 此咖c o r e sb y7 b e ( 3 ) u n d e r 也e 砌u e n c eo f 恤v e g e 诅t i o na n d1 1 y d r o d ) r i l 乏i n l i c s ，此s e d i i i l e n tg r a i l l s i z e 证t i d a lw e t l a n ds h o w st e l n p o r a la n ds p a t i a lv a r a t i o n s c o 玎叩a r e dt o l e a ns i z eo f s ur f ：k es e d i e n l e n ti na u t 眦i l n 缸dw i i l t e r ，t 1 1 em e a i ls i z ei sm u c hs m a l l e ri i ls p r i n g t t s e d i m e mg r a i ns i z ee x h i b i t e dal 硼d 、硼帕d e c r e s i i l g 由嘲1 d ，d i dt l l ea c t i 访够o f 趴l r f a c es e d 证n 明1 t ( 4 ) t h em t i o so f7 b e 2 1 0 p b 既a n d1 3 7 c 扩1 0 p ki nc h o n 蛐i n gt i 蹦n a ta l l e x h i b 眦d o t 0 也o o fx u l 蚋i n g ，吨c hr c v e a l e dt 1 1 a tt h e d i m e n to ft h e c h o n 鲥n gt i d a ln a tw 鹤m a i l d yc o n t r o l l e db yt 1 1 es u p p l yo f t l l ec h a l l 萄i a n g & v e r o 谢j l g t 0t h ch y d r o d y 彻i i l i c s ，t h em n u e n c eo ft e 盯i a lm a t i ：r i a l st ot i d a lf l a to f c h o n 舯【崦融曲i t e d 觚。鼬o r ed e c r e 弱i i l g 仃e n d 舶m1 1 i 曲n a tt 01 0 w n a t k e yw o r d s ：e a s tc h i i l as e as h e l c h o n g m i r 培t i d a ln a t ，s e d i l n e n t a t i o nr a t e ， 2 1 0 p b 2 2 8 t l l c 】【，7 b e ，1 3 7 c s m 图表索引 附图 图1 1 三大核事件在h7 c s 柱样剖面上的表征4 图2 1 研究区与采样点分布图9 图2 2 核素测量所对应的子体的能量峰及分支比1 2 图3 12 1 0 p b 活度在岩芯中的5 种垂直分布模式1 7 图3 2 海南柱样m 3 中劭i ) p b 活度分布及拟合图1 9 图3 3九段沙柱样 7 c s 的分布图1 9 图3 4 九段沙柱样2 1 0 p b 的分布图2 0 图3 5 九段沙蔗草带柱样2 1 i ) p b 分布图2 0 图3 6 大亚湾沉积物柱样的2 1 0 p b 和过剩2 1 0 p b 随深度的变化2 l 图3 7 大亚湾沉积物柱样的2 1 0 p b 既数据的c a 和c f 模式的拟合曲线2 2 图3 8 大亚湾沉积物c f 和p f 模式的沉积通量的比较2 2 图4 1 采样点分布图2 4 图4 2e 4 柱样1 37 c s 的活度分布图2 5 图4 3e 4 柱样2 1 0 p b 的分布及整体拟合图2 5 图4 - 4e 4 柱样过剩2 1 0 p b 活度分段拟合图2 6 图4 5s 5 2 柱样2 1 0 p b 及过剩2 1 0 p b 随深度的分布及拟合图2 7 图4 6e 6 柱样1 3 7 c s 的分布图2 8 图4 7e 6 柱样2 1 。p b 和过剩玎0 p b 活度分布及拟合图2 8 图4 8 东海环流系统3 0 图4 9 长江口沉积速率分布图3l 图5 1 崇明东滩1 4 群柱样( 2 0 0 7 0 6 ) 三组分百分含量及平均粒径变化3 3 图5 - 2 崇明东滩1 4 撑柱样( 2 0 0 7 0 6 ) 7 b e 、2 1 0 p b 和2 2 8 t h 的活度随深度分布图3 3 图5 3崇明东滩2 7 撑柱样( 2 0 0 6 0 8 ) 三组分百分含量及平均粒径变化3 4 图5 - 4 崇明东滩2 7 撑柱样( 2 0 0 6 0 8 ) 7 b e 、2 1 0 p b 和2 2 s t h 的活度随深度分布图3 5 图5 5 崇明东滩2 7 撑柱样( 2 0 0 7 0 6 ) 三组分百分含量及平均粒径变化3 6 图5 - 6 崇明东滩2 7 撑柱样( 2 0 0 7 0 6 ) 7 b e 、2 1 0 p b 和2 2 8 1 1 1 的活度随深度分布图3 6 图5 7 崇明东滩2 7 撑站位两夏季柱样( 2 0 0 6 0 8 和2 0 0 7 0 6 ) 三组分和平均粒径对比3 7 图5 8 崇明东滩2 7 撑站位两夏季柱样( 2 0 0 6 0 8 和2 0 0 7 0 6 ) 沉积速率对比图3 8 图5 9 崇明东滩4 5 撑柱样( 2 0 0 7 0 6 ) 三组分百分含量及平均粒径变化3 9 图5 1 0 崇明东滩4 5 存柱样( 2 0 0 7 0 6 ) 2 1 0 p b 和2 2 8 t h 的活度随深度分布图3 9 图5 1 1 崇明东滩三站位夏季柱样三组分平均百分含量及平均粒径变化4 1 图5 1 2 崇明东滩1 4 i 、2 7 和4 5 站位夏季柱样沉积速率比较4 2 图5 1 3 崇明东滩1 4 撑柱样( 2 0 0 7 1 1 ) 三组分百分含量及平均粒径变化4 3 图5 1 4 崇明东滩l 甜柱样( 2 0 0 7 1 1 ) 7 b e 、2 1 0 p b 和2 2 的活度随深度分布图。4 3 图5 1 5 崇明东滩2 7 撑柱样( 2 0 0 7 1 1 ) 三组分百分含量及平均粒径变化4 4 图5 1 6 崇明东滩2 7 撑柱样( 2 0 0 6 1 1 ) 2 1 0 p b 和2 2 8 1 1 1 的活度随深度分布图4 5 图5 1 7 崇明东滩4 5 柱样( 2 0 0 7 1 1 ) 三组分百分含量及平均粒径变化4 6 图5 1 8 崇明东滩4 5 撑柱样( 2 0 0 7 1 1 ) 2 1 0 p b 和2 2 8 1 1 l 的活度随深度分布图4 6 图5 1 9 崇明东滩三站位冬季柱样三组分平均百分含量及平均粒径变化4 8 图5 2 0 崇明东滩1 4 拌、2 7 撑和4 5 撑站位冬季柱样沉积速率比较4 8 图5 2 l崇明东滩三站位夏、冬季柱样的三组分平均值与平均粒径对比5 0 图表索弓 图5 2 2 崇明东滩l 辅、2 7 撑和4 5 # 站位夏季和冬季柱样7 b e 得到的沉积速率对比5 l 图5 2 3崇明东滩l 删、2 7 撑和4 5 拌站位夏季和冬季柱样2 2 8 t l l 靠得到的沉积速率对比5 2 图5 2 4 崇明东滩l 错、2 7 撑和4 5 拌站位夏、冬两季柱样2 1 0 p b 既得到的沉积速率对比5 2 图6 1 崇明东滩1 4 撑表层沉积物三组分百分比及平均粒径变化( 2 0 0 7 5 2 0 0 8 4 ) 5 4 图6 - 2崇明东滩1 4 撑站位7 b e 、1 37 c s 、2 1 0 p b 和2 2 8 1 r h 季节分布图5 5 图6 3 崇明东滩2 7 拌表层沉积物三组分百分比及平均粒径变化( 2 0 0 7 5 2 0 0 8 4 ) 5 6 图6 - 4 崇明东滩2 7 撑站位7 b e 、1 3 7 c s 、2 1 0 p b 和2 2 8 1 r h 分布图5 7 图6 5 崇明东滩4 5 撑表层沉积物三组分百分比及平均粒径变化( 2 0 0 7 5 2 0 0 8 4 ) 5 8 图6 6 崇明东滩4 5 撑站位7 b e 、1 3 7 c s 、2 1 0 p b 和2 2 8 t h 分布图5 9 图6 7 崇明东滩1 4 群、2 7 拌和4 5 群站位的平均粒径分布图。6 l 图6 - 8 崇明东滩三个站位2 1 0 p b 。、2 2 8 n l e x 、7 b e 和1 3 7 c s 全年平均活度6 2 图6 9 崇明东滩1 、4 、7 、1 0 月三站位2 1 0 p b 甑、2 2 8 1 k 、7 b e 和1 3 7 c s 的活度对比。6 2 图6 1 0 各核素活度与平均粒径的关系6 4 图7 1 采样点位置图6 6 图7 - 2 大气中7 b e 沉降通量月际变化以及各季节的贡献百分比( 2 0 0 7 5 2 0 0 8 4 ) 6 8 图7 3 大气中2 1 0 p b 沉降通量月际变化及各季节的贡献百分比( 2 0 0 7 5 2 0 0 8 4 ) 6 8 图7 4 上海地区风向频率图( 据d ue ta 1 2 0 0 8 ) 6 9 图7 5 大气中h7 c s 沉降通量月际变化及各季节的贡献百分比( 2 0 0 7 5 2 0 0 8 4 ) 6 9 图7 6 上海、厦门以及青岛三地7 b e 、2 1 0 p b 及7 b 1 0 p b 沉降通量比较7 3 图7 7 徐六泾水体中颗粒态核素活度变化( 2 0 0 7 7 2 0 0 8 4 ) 7 5 图7 8 大体积过滤法7 6 图7 9 崇明东滩1 4 拌站位表层沉积物色e 通量与大气沉降通量对比7 7 图7 1 0 崇明东滩三站位表层沉积物h7 c s 通量与大气沉降通量对比7 8 图7 1 1崇明东滩三站位表层沉积物2 1 0 p b 通量与大气沉降通量对比7 8 图7 1 2 大气通量、徐六泾及表层沉积物”。7 c s 尸1 0 p k 比值变化( 2 0 0 7 7 2 0 0 8 4 ) 8 0 图7 1 3 大气通量、徐六泾及表层沉积物7 b e 尸1 0 p b 。比值变化( 2 0 0 7 7 2 0 0 8 4 ) 8 0 图7 1 4 崇明东滩表层沉积物的7 b e 尸1 0 p b 既比值与1 3 。7 c s 尸1 0 p b 既比值对比。8 1 图7 1 5 崇明东滩三站位7 b e 尸1 0 p b 既与1 37 c s 尸1 0 p b “关系图一8 2 附表 表7 1世界部分地区7 b e 、2 1 0 p b 和1 3 7 c s 大气沉降通量对比7 l v 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：叛日期：丝壁：丕：! 丕 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 学位论文作者签名：导师签名：= 俐 第一章绪论 第一章绪论 1 1 科学背景和研究意义 放射性核素测年工作的基本原理就是利用核素的衰变规律在与其核素半衰 期相应的时间尺度范围内测定岩石或沉积物的年龄，例如从2 1 0 p b 、1 4 c 到2 3 8 u 、 2 3 4 u 尸3 0 t h 、可以达到百年到上百万年的时间尺度( i v a n o v i c h & h 锄o n ，1 9 8 2 ) 。 沉积物既是生物地球化学要素的重要来源，同时也是其归宿。沉积速率和沉积通 量对于了解沉积物的迁移过程和沉积物主要组成的通量，海洋和淡水环境生物地 球化学要素的循环具有重要的意义；重大海岸工程设计、清淤防洪等人类近年来 的活动在沉积物中都有明显的痕迹，面对地面下沉、海面上升的双重地质环境恶 化的长期、缓慢而持久的压力，查明现代沉积速率，有助于科学规划海岸带和沿 海都会圈的长远发展( 李建芬等，2 0 0 3 ) 。 沉积速率是河口海岸沉积研究的重要内容，是指单位时间内沉积物形成的厚 度。它能综合体现沉积过程的特征，是确定沉积环境的定量指标。长期平均的河 口海岸区的沉积速率可以反映河口海岸地质历史的形成和发育，而短期的平均沉 积速率则可以反映本区现代沉积动力以及水体与沉积物的交换过程。相对于其他 沉积环境来说，河口海岸地区的沉积速率是很高的。将不同时期的沉积速率加以 对比，可以了解主要沉积因素在时间上的变化过程，参照历史的沉积速率，进而 推测未来的沉积速率( 王永红等，2 0 0 2 ) 。 现代沉积速率的研究主要有河流输入法、海图对比与g i s 法以及放射性核 素测年法( 包括2 1 0 p b 、1 3 7 c s 等) 。河流输入法主要是通过水文监测站得到的河 流输沙量来推求三角洲的沉积速率，但该方法由于不能确切估计三角洲体系的沉 积物与外界交换的量，而易产生误差。海图对比与g i s 法就是将海图进行网格 化，得出某一地区沉积体厚度的分布特征，从而对沉积速率进行计算和预测，由 于该方法从海图出发，与实测资料吻合，但是对于没有海图的时间和区域，则不 能得到相应的沉积速率数据。 放射性核素测年工作的基本原理就是利用核素的衰变规律，在与其核素半衰 l 长江口及邻近海域沉积速率比较研究 期相应的时间尺度范围内测定沉积物的年代、沉积速率以及沉积通量等信息。通 过不同半衰期的核素( 7 b e 、2 1 0 p b 、2 2 8 t h 和1 3 7 c s ) 在沉积物柱状样中的分布特 征，可以得到相应的不同时间尺度内的沉积速率。 半衰期最短的核素7 b e ( t 1 2 = 5 3 3d ) 一般只存在沉积物上层5 到1 0 厘米， 反映沉积过程的时间尺度为半年左右；过剩2 2 8 n l ( t l 2 = 1 9a ) 则反映出十余年 年的平均沉积过程；应用最广泛的是过剩2 1 0 p b ( t l 彪= 2 2 3a ) 测量沉积速率，它 是反映百年尺度沉积过程很好的核素；”7 c s ( t l 尼= 3 0 1 7a ) 为人为产生的放射性 核素，利用1 37 c s 散落蓄积在地层中的浓度特征值所对应得年代作为时间标记可 以估算现代沉积速率，在应用时常与2 1 0 p b 得到的沉积速率相互印证。 1 2 放射性核素的来源及其应用 1 2 17 b e 的来源及应用 7 b e 是宇宙射线轰击大气中的氮或氧而产生的放射性核素，半衰期为5 3 3 天。 它主要是在平流层中产生，由于半衰期较短，而平流层气溶胶的停留时间平均为 1 年，所以沉降到地球表面的7 b e 主要来源于平流层，只有在春季4 到5 月之间， 中纬度对流层变窄，对流层平流层交换加强，平流层中的7 b e “泄露”到对流层， 出现“春季泄露”的现象( s i l k e r ，1 9 7 2 ；y 0 n g & s i l l ( e r ，1 9 8 0 ) 。 大气中的7 b e 主要通过湿沉降清除，干沉降贡献较小。7 b e 作为大气中的天 然放射性核素，由于其具有固定的来源，合适的活度范围，而且又是颗粒性核素， 所以常被用来示踪短时间尺度的大气过程和海洋中颗粒物质的转移。针对7 b e 的 研究最初集中于大气混合过程和气溶胶行为两个方面，如云层清除和降雨过程 ( w 6 9 m 趴e ta 1 ，1 9 6 8 ；p e 幽n se ta 1 ，1 9 7 0 ；g a v i l l ie ta 1 ，1 9 7 6 ) 、气溶胶停留时间 ( p o e te ta 1 ，1 9 7 2 ；m o o r ec ta 1 ，1 9 7 7 ) 和大气污染物的沉降方式( c r e c e l i u s ， 1 9 8 1 ；渤u s t e i l l & t u r e l 【i 姐，1 9 8 3 ) 等。大气中的7 b e 通过干湿沉降到达海洋， 所以可以用来研究海气界面交换过程，水体运动和沉积物再悬浮，以及水体中颗 粒活性金属元素和化学污染物的生物地球化学循环过程( d a v i d ，2 0 0 0 ；c l a u d 试 c ta 1 ，2 0 0 0 ) ，同时也是研究河口地区2 0 0 天以内的冲淤变化过程的良好示踪剂。 2 第一章绪论 1 2 22 2 8 t h 的来源及应用 2 2 8 1 1 1 是2 3 2 t h 衰变系的子体，由于在2 2 8 i u 2 2 吼这一衰变链中，2 2 8 1 1 1 能够 强烈吸附在颗粒物上而从海水中清除，这就造成了颗粒物上2 2 8 t h 相对于2 2 8 r a 过剩。因此，从2 2 8 1 1 1 2 2 8 r a 这一衰变链中，可以得到沉积物动力学的信息。 k o i d e 等( 1 9 7 3 ) 首先将过剩2 2 8 t h 方法应用于加利福尼亚海卑的沉积速率 的测定，自此，过剩2 2 8 1 1 1 开始被广泛应用在沉积较快的区域。 1 2 32 1 0 p b 的来源及应用 2 1 0 p b 是天然放射性核素u t h 系的一个子体，具有2 2 3 年的半衰期，是百 年尺度内较为理想的测年核素。g o l d b e 唱( 1 9 6 3 ) 首先提出将2 1 0 p b 应用于永久 冰雪层的测年，k o i d e 等( 1 9 7 2 ) 在南极冰雪年龄的测定中进行应用。硒s l 哪w 吼y ( 1 9 7 1 ) 将2 1 0 p b 测年的方法引入到对湖泊沉积物的研究。其后，k o i d e 等又将 该方法推广，应用到海洋沉积物的测年研究( k o i d ee tm ，1 9 7 2 ) 。自此，2 1 0 p b 被 广泛地应用于海洋沉积物的沉积速率的测定，成为海洋沉积作用过程的有力研究 手段( d a v i de ta 1 ，1 9 8 5 ；m i l 趾e ta 1 ，1 9 9 5 ；h u h & s 屿1 9 9 9 ；l e s u e u re ta 1 ，2 0 0 1 ； a l p e 血e ta 1 ，2 0 0 2 ；o g u r ie ta 1 ，2 0 0 3 ；o 、e n & l e e ，2 0 0 4 ) 。 沉积物中的2 1 0 p b 主要有三个来源：从大气沉降到水体中的2 1 0 p b ，水体自身 含有的2 2 6 r a 衰变产生的2 1 0 p b ，与水体中的悬浮颗粒物质结合并随颗粒物质沉积 在水体底部，以及沉积物自身所含有的2 2 6 r a 原位衰变生成的2 1 0 p b 。其中，前两 个来源为沉积物中过剩的2 1 0 p b ( 眦s u p p o r t e d2 1 0 p b ，o re x c e s s2 1 0 p b ，本文中均略 为2 1 0 p b ) ，沉积物中过剩的2 1 0 p b 的物理衰变构成了2 1 0 p b 年代学的基础。 2 0 世纪8 0 年代以来，2 1 0 p b 方法开始在我国兴起并广泛应用，先后建立了多 个2 1 0 p b 实验室，开展了渤海、黄海、东海以及湖泊、河口与海湾地区沉积物的 2 1 0 p b 测定，积累了一批2 1 0 p b 分布模式及沉积速率等数据( 邹汉阳等，1 9 8 2 ；李 凤业等，1 9 8 8 ，1 9 9 0 ；林瑞芬等，1 9 8 8 ；段凌云等，2 0 0 5 ) 。 3 长江口及邻近海域沉积速率比较研究 1 2 41 3 7 c s 的来源及应用 自1 9 4 5 年第1 次核爆炸以来，尤其是5 0 年代初期美国和苏联进行了大量的 大气层核试验，1 3 7 c s 在大气中的浓度迅速上升。1 3 7 c s 可被明显检测到的最早年 份大约是1 9 5 4 年( 王爱军等，2 0 0 6 ) 。到1 9 6 l 和1 9 6 2 年，核爆炸达到高峰， 全球大气层核试验总裂变当量8 0 以上集中在1 9 6 1 1 9 6 2 年间，大气中的1 3 7 c s 经过1 0 1 2 个月的滞留期后沉降到地面，进入水体的1 3 7 c s 被细颗粒沉积物吸附 后发生沉积并被埋藏，因此在19 6 3 年左右会出现一个1 3 7 c s 的最大峰值；后来尽 管一些国家也进行了核试验，但其裂变当量仅占全球的1 0 左右，不会干扰该 峰值。自1 9 6 3 年大规模的大气层核试验停止后，7 0 年代初又进行了几次大气层 核试验，因两者在时间上相隔约1 0 年，在沉积物剖面上产生了一个可辨别的1 3 7 c s 沉降峰值；由于1 9 8 6 年苏联切尔诺贝利核电站发生了严重的核泄漏事故，对全 球1 3 7 c s 的分布产生了较大影响，在沉积物上也产生了一个沉降峰值。因此，利 用沉积物柱状样中”7 c s 垂直剖面3 个峰值深度位置( 分别对应1 9 6 3 、1 9 7 4 和1 9 8 6 年) 及检测到明显的1 3 。7 c s 出现的层位( 对应于1 9 5 4 年) 为时间标记，可以计算1 9 6 3 年以来各时期的沉积厚度和平均沉积速率。 暑 豢 氍 图1 1三大核事件在1 3 7 c s 柱样剖面上的表征( 据王爱军等，2 0 0 6 ) 4 第一章绪论 1 3 7 c s 是人工放射性核素，为核裂变产物。半衰期为3 0 1 年。在1 9 4 5 年到 1 9 8 0 年期间，全球共进行了超过4 0 0 次的核爆炸实验，并在1 9 6 3 年达到高峰。 实验产生的1 3 7 c s 在高空随大气环流分布于全球表面。1 3 7 c s 在核试验中被释放到 大气的同温层，全球分布。进入对流层后通过大气干湿沉降进入地表。其沉降地 表的空间和时间分布已有广泛报道( p a p a s t e 加1 0 ue ta 1 ，1 9 9 5 ；i b s n e re ta 1 ，1 9 9 6 ； m a t si s a k s s o n 烈a 1 ，2 0 01 ；a l o n s o h e n 】脚1 d e ze ta 1 ，2 0 0 2 ；l e ec ta 1 ，2 0 0 3 ；j o h n p f i t 跹e re ta 1 ，2 0 0 4 ；h i d e s l l if 吗i 、聊ae ta 1 ，2 0 0 7 ) 。1 3 7 c s 同其他颗粒性核素一样， 沉降到地表后会快速的被土壤的颗粒物，特别是在粘土和腐殖质强烈吸附。因此， 成为研究土壤侵蚀和泥沙沉积速率非常有用的示踪剂。 用1 37 c s 进行测年，首先是由r o b b i i l s 和e d g i i l 西o n ( r _ o b b i l l s & e d g i n 舀o ne ta 1 ， 1 9 7 5 ) 提出的，用来检验2 1 0 p b 测年的准确性。1 3 7 c s 技术是测算地层的绝对年代， 被广泛应用于湖泊、海口湾、潮间带、海岸盐沼等区域( d e l 蛐ee ta 1 ，1 9 7 8 ；m i l a n e ta 1 ，1 9 9 5 ；潘少明等，1 9 9 7 ；万国江，1 9 9 9 ) 。 1 3 沉积速率研究现状 近年来，越来越多的研究工作利用放射性核素来复合测定沉积速率，以更为 准确地计算本区的沉积速率。随着2 1 0 p b 测年技术的日益成熟，我国各海湾及陆 架区开展了一系列利用放射性核素测定沉积速率的工作( d e m a s t e re ta 1 ，1 9 8 5 ； 杜瑞芝等，1 9 9 0 ；杨松林，1 9 9 3 ；c h u l l ge ta 1 ，1 9 9 5 ；h u l le ta 1 ，1 9 9 9 ；l i ne ta 1 ，2 0 0 2 ； s ue t a 1 ，2 0 0 2 ；o g u r ie ta 1 ，2 0 0 3 ；李风业等，2 0 0 3 ；夏小明等，1 9 9 9 ；段凌云等， 2 0 0 5 ) ，随后在长江口潮滩这样的水动力变化复杂的区域，也逐渐有了2 1 0 p b 测年 数据。 段凌云等( 2 0 0 5 ) 利用过剩2 1 0 p b 测定了包括横沙岛、崇明东滩、白龙港、 南汇边滩和九段沙的中潮滩在内的1 0 根柱样，其中九段沙的柱样由于过剩2 1 0 p b 分布趋势不明显而未能得到沉积速率。谢小平等( 2 0 0 5 ) 在九段沙的潮间带和潮 上带分别采集两个短柱样，并利用过剩2 1 0 p b 求得其沉积速率。范代读等( 2 0 0 1 ) 以泥质潮滩沉积的现场观测为依据，研究单个层偶的保存率及不同时间尺度下潮 坪的沉积率，进而讨论沉积率与时间的关系，分别得到了日观测沉积速率、大小 5 长江口及邻近海域沉积速率比较研究 潮周期速率和季节平均沉积速率。许世远( 1 9 9 7 ) 等呈现了南汇边滩的高潮滩两 个采样点的数据。谢红霞( 2 0 0 6 ) 于互花米草带采集的柱样，由于过剩2 1 0 p b 的 活度从表层到底层都比较均一，因而没能给出沉积年代。杨世伦等( 1 9 9 4 ，2 0 0 1 ) 认为当潮滩表层生长了植物形成盐沼后，潮滩的沉积过程将会受到植被的影响， 其影响程度因不同植被状况对水流结构、边界层参数以及悬浮沉降和再悬浮通量 等的影响不同而产生差异。互花米草分布密集，其茎和叶对水流具有强烈的缓冲 作用，可以显著减缓流速，降低潮流搬运能力，起到捕捉悬浮泥沙的作用，从而 增加了沉积速率，对江苏现代潮滩盐沼的沉积和地貌演化过程的影响非常显著 ( 王爱军等，2 0 0 6 ) 。w r e i 等( 2 0 0 7 ) 联合利用放射性核素2 1 0 p b 和1 3 7 c s 与数字高 程模型( d i g i t a le l e v a t i o nm o d e l ，d e m ) 对长江口潮滩的沉积速率进行了研究。 由于在2 1 0 p b 方法的应用中，实验方法与数据结果表达不统一，数据处理方 法不同等情况造成了各家测定结果不一致或相互矛盾，这些情况的存在限制了 2 1 0 p b 的应用( 范德江，2 0 0 0 ) 。同时，由于长江三角洲水动力复杂，部分地区沉 积环境相对不稳定，特别是对于长江口的潮滩沉积，受到生物扰动、台风、风暴 潮以及人类活动等的影响，潮滩的冲淤变化相当大，致使百年尺度内潮滩的沉积 速率的测定仍存在许多困难。 因此，本文在崇明东滩设定一断面，对高、中、低潮滩的沉积速率进行全面 研究，并分析其空间及时间的变化规律；另外，由于潮汐的周期性，潮滩地貌演 化在较短时间尺度变化快，但2 1 0 p b 和1 3 7 c s 测量技术的限制，难以得到细微的 信息，因此，可以通过短半衰期核素7 b e 和2 2 8 t h 复合示踪得到满足，这方面在 国内研究中尚未体现；并且，本文从放射性核素的角度，对崇明东滩的物源进行 初步的分析。 1 4 本论文研究目标及主要内容 1 4 1 研究内容 ( 1 ) 借助放射性核素这一示踪手段，对长江口邻近海域沉积柱样以及崇明 东滩三个特征站位( 分别代表高潮滩、中潮滩和低潮滩) 进行柱样采集，通过四 6 第一章绪论 种核素7 b e 、1 3 7 c s 、2 1 0 p b 和2 2 8 t h ，复合示踪不同时间尺度下柱样的沉积速率， 并分别对崇明东滩的沉积速率的空间和时间变化规律进行分析； ( 2 ) 利用崇明东滩连续一年周期的表层沉积物数据，分别对粒度和核素活 度的空间和时间变化规律进行分析； ( 3 ) 结合上海地区大气沉降核素通量数据以及徐六泾水体颗粒态核素数据， 对崇明东滩的物源进行了初步的探讨。 1 4 2 研究目标 分析不同时间尺度下，长江口邻近海域典型区域、以及崇明东滩的高、中、 低潮滩沉积速率的空间和时间变化规律；从放射性核素分析的角度，对崇明东滩 发育过程和邻近海域沉积过程及物源进行初步分析。 7 长江口及邻近海域沉积速率比较研究 第二章研究区域概况与实验设计 2 1 研究区域概况 近海的柱样采集分布于长江口三角洲及东海陆架。 东海开阔，平均水深3 4 9 米，它西部为宽阔的大陆架，占东海总面积的6 6 7 ， 东部为向太平洋过渡的大陆斜坡带，占东海总面积的3 3 3 。东海大陆架北宽南 窄，海底向东南缓倾，平均水深7 2 米，但大部分海域的水深为6 0 1 4 0 米，陆架 外缘在水深1 2 0 2 0 0 米处。从东海的形态来特征来看，自岸向海可划分为三部分， 即内陆架区、外陆架区和冲绳海槽区。其中，在东海内陆架区( 水深6 嘶以内) ， 长江三角洲的形成是东海内陆架区最重要的地质事件。研究表明，从长江口向东 到水深3 0 - 4 0 米以内的砂质沉积，相当于现代长江三角洲的前积沉积区。在砂质 沉积以外，大约在水深4 0 5 0 m 之间的泥质沉积区，为现代长江三角洲的底积沉 积区。东海外陆架区( 水深6 0 2 0 0 米间) ，从沉积学的观点来看，这里的陆源物 质供应贫乏，大部分地区仍保留着晚更新世末期留下的形态特征和沉积特征。冲 绳海槽( 水深2 0 0 米以下) ，大体位置在东海大陆架钓鱼岛隆褶带与琉球岛弧之 间，自第四纪以来，海槽北部的火山活动控制着地层的形成和发育。 针对长江口潮滩的研究，是以崇明东滩为研究区域。崇明东滩位于上海崇明 岛的东端，西起奚家港，东至潮滩0 m 线的外缘，大致范围为3 1 0 2 0 一3 1 0 3 8 ，n ， 1 2 1 0 4 7 一1 2 2 0 0 5 ，e 。2 0 世纪9 0 年代以前，原为长江口北支和北港口门之间的自 然淤张滩地，高滩地被芦苇、蔗草和海三棱蔗草覆盖，中低潮滩大部分为裸露滩 地，涨落潮最大流速仅为0 5 州s ，含沙量在1 0 蚝m 3 以上，是长江口淤积速度 最大的潮滩。东滩形成的历史较短，是由长江下泄的大量泥沙在江海交互作用下， 不断积累而成。其地理位置随着滩涂的自然淤张和人工围垦，不断的向东推进， 目前仍以每年2 0 0 3 0 0 m 的速度向外延伸( 刘清玉等，2 0 0 3 ；恽才兴，2 0 0 4 ) 。 2 2 样品采集 在崇明东滩中部一个断面，设定分别选择代表滩涂不同高程、不同植被覆盖 8 第二章研究区域概况与实验设计 类型的采样地点。三个采样点分别为l 群、2 7 # 和4 5 # 站位( 固2 1 ) ，在这三个站 位，分别进行柱样和表层沉积物的采集。1 斜站位的高程( 2 0 0 6 年9 月吴淞高程) 为36 3 2 米，属于高潮滩，主要植被覆盖类型为芦苇；2 7 # 站位的高程( 2 0 0 6 年 9 月吴凇高程) 为2 4 3 7 米，属于中潮滩，主要的植被覆盖类型是蘸草，近乎于 藤草和光滩的分界地带；4 5 # 站位的高程( 2 0 0 6 年9 月吴凇高程) 为12 3 7 米 为低潮滩，即光滩，无植被覆盖，沉积物类型为砂质。 本文所采用的柱样分3 次采集，柱样共计7 个。2 0 0 6 年8 月( 夏季) 于2 7 # 站位采集柱样一个：2 0 0 7 年6 月( 夏季) 和2 0 0 7 年1 1 月( 冬季) ，分别在l 甜 站位、2 7 # 站位和4 5 # 站位采集柱样各一个。 同时，从2 0 0 7 年5 月至2 0 0 8 年4 月 表层沉积物，每月采集一次。 = 在1 4 # 站位、2 群站位和4 5 # 站位采集 图2 i 研究区与采样点分布图 2 3 实验设计 对于采集的柱样：首先对沉积物柱样进行切样，表层5 c m 每厘米一层；5 1 5 c m 则每2 厘米一层；从1 5 c m 之后，每3 c m 一层。将切好的柱样样品分别装 长江口及邻近海域沉积速率比较研究 入自封袋，用于测量沉积物的粒度和核素活度。 对于表层沉积物，则直接用于沉积物的粒度和核素活度的测量。 2 3 1 粒度测量 对所有样品采用美国库尔特( c o m t e r ) 公司生产的库尔特激光粒度分析仪 ( c o u l t e rl s - 1 0 0 ) 进行粒度测量。称取2 9 左右样品于