（环境科学专业论文）厦门湾海底沉积物分布特征及其物源和沉积环境意义.pdf

、 蝣 1 ， v 国家海洋局第三海洋研究所 学位论文原创性申明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。 本人完全意识到本申明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：矽3 址忐 h ，；_ ， j l i 1 _ ， 国家海洋局第三海洋研究所 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解国家海洋局第三海洋研究所有关保留、 使用学位论文的规定。同意国家海洋局第三海洋研究所保留并向国家 主管部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权国家海洋局第三海洋研究所可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密( ) ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( ) ( 请在以上相应括号内打“ ) 作者签名： 导师签名： 日期：砷年7 月2 , o 日 日期p 矿秒月妇 t ，廿 y 一 、 j 、 一 l 0 ， 方建勇：厦门湾海底沉积物分斫i 特征及其物源和沉积环境意义 厦门湾海底沉积物分布特征及其物源和沉积环境意义 摘要 本文以厦门湾海底沉积物的时空分布特征及其与沉积环境的相互作用为研 究目标，通过分析研究区沉积物的粒度、矿物和年代学参数探讨其时空分布特征 及其与沉积环境的相互关系。依据沉积动力学方法，探讨了研究区颗粒物的物质 来源和运移特征。 运用粒度、矿物学、年代学和沉积动力学手段，对研究区表层沉积物进行 了沉积物类型、矿物组成、运移趋势、沉积物物质来源等多种分析。结合矿物学、 沉积学的方法和2 1 0 p b 测年数据，对研究区柱状沉积物样品进行了综合分析。在 此基础上进一步探讨了研究区沉积物的物质来源及其与海洋沉积环境的相互作 用。 在沉积物平面分布特征研究方面，获得了如下结果： 1 ) 表层沉积物类型有8 种，表层沉积物粒度资料的分析揭示了厦门湾各海区 沉积物颗粒的粗细、水动力条件以及沉积环境等； 2 ) 表层沉积物中发现有5 0 种矿物，其中重矿物3 8 种，轻矿物1 2 种重矿 物以磁铁矿、钛铁矿、普通角闪石、绿帘石、褐铁矿、赤铁矿、片状矿物、锆石 为主。根据重矿物分布特征，研究区可分为7 个主要矿物组合区，1 8 个亚区； 3 1 应用g s t a 模型对表层沉积物运移趋势分析结果显示：来自九龙江径流的 物质绝大部分通过厦f - j # f 港往外海输运一部分进入料罗湾沉积。少部分在涨潮 流的作用下进入厦门西港：厦门西港北部的物质往西港南部和高集海堤涵洞口方 向输运：同安湾沉积物自湾顶向湾内输运，整体有向高集海堤方向和湾口输运的 趋势：厦门岛东部海域沉积物向北输运，翔安南部海域则一部分向同安湾口和澳 头岸边输移，一部分向大、小嶝岛方向输运。围头湾沉积物有从湾外往湾内输运 的趋势，并向岸扩散：料罗湾沉积物质由东南往西北方向输运，具有逆时针旋转 的趋势。 在沉积物垂向( 时间尺度上) 分布特征方面，获得了如下结果： 方建勇：厦门湾海底沉积物分布特征及其物源和沉积环境意义 1 ) 柱状沉积物粒度特征反映了各海区间沉积环境的差异及变化，再现了各海 区受自然和人为活动的影响。 2 ) 研究区柱状沉积物优势矿物组合为金属矿物组合，金属矿物中以磁铁矿、 钛铁矿含量为主，其自身抗风化能力较强。 3 ) 各海区柱样沉积速率的计算结果表明，厦门湾近年来沉秘速率有增大的趋 势。 综合沉积物平面和垂向分布特征，有关研究区物质来源和物质运移及沉积 环境方面，获得如下结果： 1 ) 厦门湾沉积物的主要物质来源为九龙江径流和厦门湾周缘基岩风化侵蚀 产物以及部分来自浙闽沿岸流的台湾海峡物质： 2 ) 泥沙入海和周边岩性控制厦门湾的矿物组合，影响研究区沉积物重矿物分 布的因素有矿物自身抗风化能力、水动力、物源及沉积环境因素等，研究区沉积 速率普遍增大的原因米自于人类活动的结果。 3 ) 影响沉积环境的因素主要是水动力和地形地貌。 关键词：沉积物，粒度，矿物，物质来源，沉积环境，厦门湾 7 冬 f 0 一 l 一一7 方建骋：腹门潍海底沉积物分稚特征及其物源和沉积环境意义 d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，s o u r c e s ，a n d s e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n t a li n d i c a t i o n so ft h e s e d i m e n ti nx i a m e nb a y a b s t r a c t t h ep r e s e n ts t u d yi n v e s t i g a t e ds p a t i a la n dt e m p o r a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f s e d i m e n ti nx i a m e nb a y , a n dt h ei n t e r a c t i o nw i t hd e p o s i t i o n a i e n v i r o n m e n t t h r o u g ha n a l y z i n gg r a i ns i z e ，m i n e r a l ，t h ep a r a m e t e ro fc h r o n o l o g y w ea l s od i s c u s s t h es o u r c ea n dt r a n s p o r tc h a r a c t e r i s t i c so ft h eg r a i ni nt h et a r g e ta r e aa c c o r d i n gt ot h e s e d i m e n td y n a m i c st e c h n i q u e w ea n a l y z e dt h et y p e s ，m i n e r a lc o m p o n e n t ，t r a n s p o r tt r e n da n ds e d i m e n ts o u r c e t h r o u g hg r a i ns i z e ，m i n e r a l o g y , c h r o n o l o g ya n d s e d i m e n td y n a m i c s s e d i m e n tc o r e s w e r ea n a l y z e dc o m p r e h e n s i v e l yi nc o m b i n a t i o nw i t ht h ed a t ao f210 p b ，m i n e r a l o g y a n dc h r o n o l o g y , s o u s eo fs e d i m e n ta n di ti n t e r a c t i o nw i t ht h ed e p o s i t i o n a l e n v i r o n m e n to fs e aw a sd i s c u s s e do nt h eb a s i so ft h e s ed a t a w eo b t a i n e dt h ef o l l o w i n gr e s u l t so nt h eh o r i z o n t a ld i s t r i b u t i o no fs e d i m e n t ： 1 ) t h e r ea r ce i g h tt y p e so fs u r f a c es e d i m e n t t h e i rg r a n u l a r i t y r e v e a l e dt h e t h i c k n e s s ，h y d r o d y n a m i ca n de n v i r o n m e n to f s e d i m e n t 2 ) f i 耐k i n d so fm i n e r a l sw e r ef o u n di ns u r f a c es e d i m e n t , i n c l u d i n g3 8k i n d so f h e a v ym i n e r a l sa n d1 2k i n d so fl i g h tm i n e r a l s t h ed o m i n a n ta r cm a g n e t i t e ，i l m e n i t e ， h o r n b l e n d e ，e p i d o t e ，l i m o n i t e ，h e m a t i t e ，i s i n g l a s s ，z i r c o n e ta 1 s e v e nm i n e r a l a s s e m b l a g ez o n e sa n de i g h t e es u b z o n e sw e r ec l a s s i f i e da c c o r d i n g t ot h ed i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fh e a v ym i n e r a l s 3 ) t h ea n a l y s i so ft h et r e n do fs u r f a c es e d i m e n tt r a n s p o r tb yg s t am o d e l r e v e a l e dt h a tt h es u b s t a n c ef r o mj i u i o n gr i v e rw a sm o s t l yt r a n s i t e dt ot h es e at h r o u g h x i a m e no u t e rh a r b o r , s o m ew e n ti n t ol i a o l u ob a y ，a n daf e ww e n ti n t ox i a m e nw e s t h a r b o rd u r i n gh i g ht i d e t h es u b s t a n c ei nt h en o r t ho fx i a m e nw e s th a r b o rt r a n s i t e dt o 方建勇：厦门湾海底沉积物分机特征及其物源和沉积环境意义 t h es o u t ha n dt h em o u t ho fc u l v e r to fg a o q i j i m e ig a u s e w a y ；t h e yt r a n s i t e df r o mt h e t o pt o t h ei n t e r i o r i nt h et o n g a nb a y , w i t hag e n e r a lt r e n dt o w a r dg a o q i d i m e i g a u s e w a ya n dt h em o u t ho ft h et o n g a nb a y t h es u b s t a n c ei nt h ee a s to fx i a m e n i s l a n dm o v e dt ot h en o r t h ，t h o s ei nt h es o u t ho fx i a n g a nt r a n s i t e dt ot h em o u t ho f t o n g a nb a ya n da o t o u ，o rt o t h ed a d e n ga n dx i a o d e n gi s l a n d t h es e d i m e n t s u b s t a n c ei nw e i t o ub a yt e n d e dt om o v ef r o mt h eo u t s i d et ot h ei n s i d e ，a n d d i f f u s e da l o n gt h ec o a s t t h es u b s t a n c ei nl i a o l u ob a yt r a n s p o r t e df r o ms o u t h e a s tt o n o r t h w e s ti nt h ea n t i c l o c k w i s ed i r e c t i o n w ea c q u i r e dt h er e s u l to fv e r t i c a l ( t e m p o r a l ) d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f s e d i m e n t s ： 1 ) t h er e s u l to fg r a i ns i z ea n a l y s i so fc o r es e d i m e n ti n d i c a t e dt h ed i f f e r e n c ea n d t r a n s f o r m a t i o n ，r e a p p e a r a n c e dt h ee f f e c t sb yn a t u r ea n dh u m a na c t i v i t yi ne v e r ys e a a r e a 2 ) t h ed o m i n a n tm i n e r a la s s e m b l a g ez o n e sa r em e t a lm i n e r a l si nc o r es e d i m e n t t h em e t a lm i n e r a l sm o s t l yc o n s i s t e do fm a g n e t i t ea n di i m e n i t ew h i c hh a v eg o o d w e a t h e r p r o o fa b i li t y 3 ) s e d i m e n t a r yr a t ei nx i a m e ns e a a r e ah a si n c r e a s e di np a s ty e a r s w ea c q u i r e dt h er e s u l ta b o u tt h es o u r c e ，s u b s t a n c et r a n s p o r ta n dd e p o s i t i o n a l e n v i r o n m e n to nt h eb a s i so fh o r i z o n t a la n dv e r t i c a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f s e d i m e n t 1 ) t h ed e p o s i t i o n a ls u b s t a n c ei nx i a m e nb a yw a sm o s t l yf r o mj i u i o n gr i v e ra n d e f f i o r e s c e n tr o c kn e a r b yx i a m e nb a y s o m eo ft h e mc o m ef r o mf u ji a na n dz h e j i a n g l o n g s h o r ec u r r e n t s 2 ) s a n df r o ml a n da n dt h el i t h o l o g yn e a r b yx i a m e nb a yc o n t r o lt h em i n e r a l a s s e m b l a g ez o n e s t h e f a c t o r st h a ta f f e c t h e a v ym i n e r a ld i s t r i b u t i o na r et h e w e a t h e r p r o o f a b i l i t yo fm i n e r a l ，w a t e rp o w e r , s o u r c ：e ，d e p o s i t i o n a le n v i r o n m e n ta n ds o o n d e p o s i tv e l o c i t yi n c r e a s e dd u et oh u m a na c t i v i t y 3 ) t h ef a c t o rt h a te f f e c td e p o s i t i o n a le n v i r o n m e n t 玳m o s t l yw a t e rp o w e ra n d t o p o g r a p h t y , a n dp h y s i o g n o m y 7 j 唪；，入， i 方建勇：厦门湾海底沉积物分椎特征及其物源和沉积环境意义 k e y w o r d ：s e d i m e n t ，g r a i ns i z e ，m i n e r a l ，s o u r c e ，d e p o s i t i o n a le n v i r o n m e n t ， x i a m e nb a y v k ， p i i 方建勇：厦门湾海底沉积物分和特征及其物源和沉积环境意义 目录 厦门湾海底沉积物分布特征及其物源和沉积环境意义i 摘要。：i d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，s o u r c e s ，a n ds e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n t a li n d i c a t i o n so f t h es e d i m e n ti nx i a m e nb 6 i y i i i 目录 第一章前言。 v i 1 1 弓i 言l 1 2 研究意义2 1 3 国内外研究现状3 ，厚为办研笼：觅犹3 ，2 石盯撇鳟班窟观犹4 第二章研究区概况 7 2 1 地理位置7 2 2 地形地貌7 2 3 地质构造8 2 4 力：文特征8 2 t ，目穸汐8 2 4 2i i l 自惋9 2 4 3j ： i 。力意9 l i 4 4i i ! 绲9 第三章研究材料与研究方法 l i 3 1 研究材料l l 3 2 分析方法与内容l2 ，2 ，荣光慰度砂撕，2 j 2 2 毋r 篼巴纠。痧z ， 3 2 3 “o p b 善嘭争1 3 3 2 4 舞嘭挈易。顿1 4 第四章袭层沉积物特征与分布规律 1 6 4 1 沉积物类型及粒度特征1 6 t ，玩锣穗匆毪彩，6 t ，2 旋锣瑶勿必劈夥瑟。，8 4 2 袭层沉影：物碎屑矿物组成和分布特征。2 i t2 ，矽谚毵z 山沈2 1 4 2 2 矿翟勿殄有搿瑟2 2 4 2 3 矿勺鳜绍兮彳，正王2 8 4 3 表层i ) c 秘物输运趋剪。3 6 v l 方建勇：厦门湾海底沉积物分布特征及其物源和沉积环境意义 4 3 1 二维沉寥 物粒径趋势分折模型原理3 7 4 3 2 苏诒缓蟹墅绂攒蟹绁力银，7 4 3 3 袅l 岩玩簇呦嚆艇虱鸶势粥 4 4 ，j 、l 砉4i 第五章柱状样沉积环境分析4 2 5 1 柱状沉积物粒度特征及其沉积环境分析4 2 ：，。! 魏。7 s , ：g t 4 2 工，2 九搬d 矽孔。彳j 工，j 西爵孤审隧彳4 工，4 屑蟹置垮4 4 工，j 党野白旁期0 垮域= 彳5 ：f ，c f9 4 多 r g 4 6 5 2 柱状沉积物中碎屑矿物沉积特征及其环境意义4 7 j 2 ，z 0 4 蝴存铹，罗饧毙锄既4 7 5 2 2k 1 2 在钟挣钐矽锹4 篼” 5 z 31 ( 3 4 左劬瞒镏锄t 物莎i 橛粥 5 3 柱状沉积物沉积速率6 3 5 4 ，j 、结6 6 第六章物源意义与沉积环境6 7 6 1 铹谚，o 凝6 7 反，久缛黝6 7 丘，2 肋学烂笛掰越6 8 反，3 黝劲燃茹煎7 d 6 2 历谚7 j 万苑誊必7 ， 五2 ，蒯厦粼彭_ i 睁：因嚣。7 ， 6 z 2 蜃锣碗雅揪蓼鳍张光磊7 2 6 2 3 玩翟跫巷攀的丽菇索之刀 反3 彦：辑历谚弘和蟹为重雾冀复巧 反王，刀c 毒口：礁7 5 6 3 2 嵇形魈巍硝 第七章结论 参考文献8 0 致调l 8 8 v l i j 女 j 0 方建勇：厦门湾海底沉积物分布特征及j e 物源和沉积环境意义 1 1 引言 第一章前言 物质循环及其通量研究是i g b p 科学研究计划“海岸带陆海相互作用 ( l o i c z ) 和“全球海洋通量联合研究( j g o f s ) 的主要研究内容之一。我国 开展了大量调查研究，诸如全国主要海岛调查、全国海岸带和海涂资源综合调查、 全国海岛资源综合调查、中国河口主要沉积动力过程及其应用研究、海平面变化 及其影响研究、河口与陆架地球化学研究、河口与近岸生态系统和环境因素关系 的研究、以及人类活动对河口环境影响等，这些研究为开展我国陆海相互作用研 究打下了良好基础【l 】。研究入海物质在河口、近岸浅海及陆架区的搬运和转移过 程及其对环境和生态系统的影响是当前l o i c z 计划在我国的主要科学问题之一 【2 】 o 海洋沉积环境研究是河口海岸带陆海相互作用研究的重要内容之一。所谓 沉积环境就是沉积物形成过程中物理、化学、生物条件的综合过程，并以特定强 度起作用。对沉积物应用沉积学、矿物学和沉积动力学特征在平面和垂向( 时间 尺度上) 上四维的综合分析是研究沉积环境及其演化的基本和有效手段之一。沉 积物类型及分布是沉积物来源、水动力条件、海平面变化及构造运动综合作用的 结果，是反映现代和过去沉积环境的一种标志。沉积物的粒度及矿物组成主要受 物质来源、搬运介质、搬运方式等因素的控制，是沉积环境研究的重要方面。 沉积物粒度是描述沉积环境的重要参数之一，特定的沉积环境必具有特定 的沉积物粒度参数特征及其组合。长期以来，沉积学家利用沉积物的粒度特征( 包 括平均粒径、标准偏差、偏态和峰态等) 提取沉积环境的有关信息，进行沉积环 境的辨识，取得了丰富成果【卜5 1 。沉积矿物学也是进行环境分析的重要手段之一， 对矿物在表生环境下的物理、化学行为的研究是正确理解和获取一些重要的替代 性环境指标的基础，它可为认识现代地质过程、地表气候过程和海洋环境过程提 供定性和定量依据。2 0 世纪9 0 年代以来，海洋矿物学注重于以沉积矿物为指 示，研究气候、物质来源、扩散路径和运移方向以及沉积环境等相关内容，并与 方建勇：厦门湾海底沉积物分布特征及其物源和沉积环境意义 地球化学相结合，解释区域性环境变化，乃至全球性环境演变等问题，取得了重 要进展【2 1 。目前国内外常用的矿物学指标主要有五种，即用矿物组合、重矿物 含量、磁铁矿、角闪石、长石等矿物示踪物源和物流：用矿物组合、高岭石、伊 利石、方解石等指示古气候：用重矿物含量、石英特征等反映水动力条件；用海 绿石、自生黄铁矿、铁锰氧化物等揭示氧化还原环境：用火山玻璃、玄武闪石、 蒙脱石等示踪火山和热液活动【u q 5 1 。 沉积速率也是研究海洋沉积环境演变的一个重要参数，它是指由重力、沉 积物及流体的物理、化学特性与动力环境相互作用而产生的单位时间内沉积物堆 积的厚度，能综合体现沉积过程的特征，是确定沉积环境的定量指标【l “1 7 】。 1 2 研究意义 沉积环境是指特定的自然地理条件下的沉积作用及其结果【l 引，它受控于沉 积物的来源、组成、搬运作用、沉积原因和条件等。在河口海湾地区，因其环境 演化较快、受人类活动影响较大，在全球物质循环的汇源特征中具有非常重要的 作用，这一地区的沉积物不仅能提供高分辨率的环境变化信息，而且还能提供高 分辨率的物源变化信息。研究海洋沉积物沉积特征、物质来源及其搬运是海洋地 质学的一个基本内容，也是研究近代沉积作用的核心问题之一【1 9 l ，体现了沉积 物物理化学性质的本质，主导着沉积物的历史演变。有关海洋沉积方面的研究几 乎都涉及到物质来源。物源分析在海洋环境变迁、海洋矿产资源开发、海洋环境 保护、海洋工程建设，以及海洋沉积学理论的发展等方面均有特殊而重要的意义。 厦门湾位于台湾海峡西岸南口，福建省南部海岸，厦门湾是一个半封闭型 海湾，岸线曲折，地形复杂，东有大小金门岛，南有大小担岛，西有九龙江径流， 北有众多海堤。颗粒物在厦门湾海域的运移、沉积过程对该海域物质的组成和分 布、沉积环境的演化和海洋环境等都有重要的影响。厦门湾是九龙江的入海区域， 厦门湾主要承接了九龙江两大支流( 北溪、西溪) 的来水和泥沙，九龙江入海物质 是厦门及其附近海域主要物质来源，阐明以九龙江为主的入海物质在厦门湾海域 沉积作用的贡献，可以丰富和增进中小河口海域物质“源”“汇”和陆海相互 作用过程的认识。 2 _ i l 藩 、 j 方建勇：厦门湾海底沉积物分布特征及其物源和沉积环境虑义 本文尝试通过对厦门湾海域内表层和柱状沉积物进行粒度、矿物及沉积速 率等综合手段的研究，探讨其在厦门湾内的沉积特征、分布规律、输运趋势和物 质来源以及其所反映的周边自然环境、水动力条件和区域地质背景等的成因联 系，阐明以九龙江为主的陆源入海物质对厦门湾海域沉积作用的贡献及其对沉积 环境的影响，同时为厦门湾建设和发展提供了理论依据。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国内外研究现状 海洋沉积环境是指海洋沉积物的堆积环境，其特征取决于堆积环境中的水 动力条件及物理、化学与生物过程【2 0 1 。沉积环境的研究可通过沉积物的粒度、 碎屑矿物和沉积物沉积速率等来进行分析。 粒度是沉积物的主要特性之一，可以作为沉积物分类的定量指标。沉积物 的粒度特征与其所处的环境关系极为密切【2 ，我们可以利用其特点追溯沉积物 形成时的力学性质、物质来源、输送介质和沉积环境等。用沉积物的粒度特征反 演沉积环境，前人已作了较多尝试，如q m f r i e d m a n 提出的标准偏差和偏度的 离散图，r p a s s e g a 提出的c m 图，g s v i s h e r 提出的粒度概率分布曲线等均产 生较大的影响。后来m c l a r e n 等人1 2 2 1 提出运用多个参数( 平均粒径、标准偏差和 偏念系数) 的组合去描述沉积环境。沉积物粒度参数可用来提取沉积物的沉积环 境和物质来源信息，如h a l l s 2 3 1 曾利用粒度参数之间的关系进行沉积环境的判别； w a n g & k e l 2 4 l 对江苏潮滩沉积物类型及粒度参数进行了统计分析，并对它们之间 的关系做了分析，粒度参数还可以反映沉积物发生沉积时的水动力条件 2 5 】。沉 积物粒度参数在其搬运过程中由于物理化学作用，常发生沿程变化，故对研究区 粒径空间分布趋势信息进行提取和分析，可反演沉积物的净输运趋势，m c l a r e n & b o w l e s 于1 9 8 5 年提出了一个一维粒径趋势模型2 酣，g a o & c o l l i n s l 2 7 1 改进并提 出了二维粒径趋势模型，从而使粒径趋势分析技术趋于成熟【捌。近年来，粒径 趋势模型( g s t a ) 在国内也获得了较广泛的应用1 2 9 - - 3 0 1 。汪亚平等f 3 1 1 以g a o & c o l l i n s 粒径趋势分析模型为基础，获得了胶州湾及其邻近海域沉积物粒径趋势 方建勇：厦门湾海底沉积物分布特征及】e 物源和沉积环境意义 所显示的沉积物净搬运方向。王爱军等【3 2 】同样运用该粒径趋势模型计算了江苏 王港潮间带表层沉积物输运趋势。 沉积矿物学是进行环境分析和物源判识的重要的手段之一，沉积矿物记录 了丰富的物源、气候、沉积和环境等方面的信息，可为认识近代地质过程、地表 气候过程和海洋环境过程提供定性和定量依据。近些年来，海洋矿物学注重以沉 积矿物为指示，来研究气候、物质来源、扩散路径和运移方向以及沉积坏境等相 关内容，并与地球化学相结合，解释区域性环境变化乃至全球性环境演变等问题， 取得了许多令人信服的成果。应用矿物的物理化学标型特征追索日本海的封成物 源f 3 3 】并在北太平洋沉积物与亚洲物源区的比较中取得了探索性的成果；g r i g s b y ， t d 【3 4 1 和s h a f e r ，j 等【3 5 】曾用碎屑磁铁矿和锆石的标型特征示踪沉积物的来源； i r i n o 和t a d a 3 3 j 曾用矿物和矿物化学资料，采用多元回归q 型因子分析、矩阵和 倾斜旋转及因子负荷处理计算了典型黄土、风化黄土、细碎屑和粗碎屑四种物源 组分，并且再造了日本海过去2 0 0 万年以来输入贡献的变化。 沉积速率及其变化反映了在区域自然因素和人类活动影响下，入海泥沙量 和排出量之间的动态平衡经常被破坏和新平衡建立的复杂过程，是综合评价区域 环境及其变化的重要指标。测量沉积速率的方法有多种，2 1 0 p b 测年是其中一种 常用的方法。瑚p b 是天然放射性u t h 系的一个子体，具有2 2 3 a 的半衰期，是 百年尺度内测年的一个极好的核素。引o p b 测定年代最早见于南极冰雪年龄的测 定【3 6 1 ，2 0 世纪7 0 年代被广泛地应用于湖泊沉积物测年f 3 7 3 9 】，并获得极大的成 功，与此同时，2 1 0 p b 也开始用于海洋沉积物的测年【州2 。从这以后，2 1 0 p b 成为 研究海洋沉积作用过程的有力手段。 1 3 2 厦门湾海域研究现状 厦门湾海域的研究主要集中在厦门西港、同安湾以及九龙江口，尤其是对 九龙江河i ：3 的研究为甚。蔡爱智等【4 3 l 在大量观测资料的基础上，分析了九龙江 人海泥沙的基本特征，认为自2 0 世纪5 0 年代以来，九龙江入海泥沙量增加了两 倍。蔡锋等【删研究了九龙江河口湾的泥沙运动特点与沉积动力机制。罗健等【4 5 1 通过对九龙江e l 及厦门湾地区7 个时相遥感资料的处理与信息提取，从宏观上描 4 方建勇：厦门湾海底沉积物分布特征及e 物源和沉积环境意义 述了该地区表层悬浮泥沙的分布、水流形态和泥沙输移状况。王元领等【4 6 j 对九 龙江河口湾洪水期和枯水期含沙量等值线的分析，认为水流运动和水体含沙量沿 入海方向均呈现有规律的变化，河口湾内存在两个主要水流滞流区，一处位于海 门岛北部，一处位于鸡屿东倒。郭劳动等【4 7 1 对厦门西港和九龙江口悬浮颗粒中 主要元素含量及其控制因素进行了研究。温生辉等【4 8 】采用v i n c e n z oc a s u l l i 提出 的半隐式有限差分方法，模拟了厦门全海域的潮流场。郑爱榕等【4 9 】对同安湾水 质状况进行了评价。 很多学者对表层沉积物中重矿物组份进行了研究。洪辉列5 0 】通过对厦门湾 表层沉积物中细砂和极细砂重矿物的研究认为其中大部分为陆源碎屑矿物，仅见 少数自生矿物。徐茂泉【5 i j 对九龙江口表层沉积中碎屑矿物研究认为，碎屑矿物 绝大部分属陆源物质，其母岩主要为酸性中酸性火成岩及动力变质岩，主要来自 九龙江流域及河口湾周边地区。陈华胄等【5 2 】通过对九龙江入海水道、厦门西港 南部重矿物组合规律、物质来源的研究，认为九龙江细砂级以上颗粒朝外海方向 迁移，没有进入厦门西港。徐茂泉等【5 习认为九龙江口沉积物中优势和特征矿物 为磁铁矿、赤铁矿、绿帘石、钛铁矿、褐铁矿、角闪石、锆石、红柱石、黑云母 等，其物质组合类型受物源、水动力条件和沉积环境的控制。洪辉亮等【5 4 】详细 地分析了九龙江口一岩心中自生矿物的成因，推断河口区在约l o k a ，b p 中 历经了河流沉积、湖泊沉积和河口海湾沉积三种沉积环境。 程汉良等f 5 5 j 应用2 1 0 p b 测年技术测定了厦门湾六个沉积物岩心中的2 1 0 p b 的 分布，计算了其沉积速率。苏贤泽等【5 6 】应用2 。o p b 法测定了厦门高集海堤东侧航 道不同部位的泥沙沉积速率，并讨论其冲淤变化规律。李庆年等1 5 7 】对同安湾的 泥沙来源及淤积问题进行了探讨，认为同安湾泥沙主要来自海岸侵蚀、河流输沙 及海底掏蚀，海堤的兴建和滩涂的围垦是导致同安湾淤积的主要原因。刘维坤等 【5 8 1 以厦门港环境综合调查资料为基础，结合各个时期的海图分析，研究了厦门 港海底地貌及其冲淤趋势。蔡月娥等1 1 8 1 对厦f - i i q 的沉积环境进行了研究，认为 近三十年来人工围海和上游来沙是造成海湾淤积加快的重要原因。李家星【5 9 l 根 据厦门西海域现场潮流泥沙资料及整体物理模型试验成果，分析了该区的潮流， 泥沙淤积特性，并提出了改善港口通航条件及综合开发的设想方案。杜琦【6 0 l 研 究了筑堤围海、填海工程等对厦门西海域航道和水产养殖的影响，并提出了防止 s 方建勇：厦门湾海底沉积物分布特征及j e 物源和沉积环境意义 措施。 综上所述，前人对厦门湾进行了诸多研究，取得了丰硕的研究成果。但是， 以往的研究多侧重于局部海域的研究，研究区多集中在九龙江口、厦门西港、同 安湾等海域，且研究方法和手段较偏向于单一。本文尝试将研究范围扩大到厦门 外港、翔安南部及厦门岛东部、围头湾和料罗湾海域的大厦门湾，采用沉积学、 矿物学和沉积动力学等综合的研究手段对厦门湾海域沉积物分布特征及其物源 和沉积环境意义进行探讨。 6 方建勇：厦门湾海底沉积物分布特缸及其物源和沉积环境意义 2 1 地理位置 第二章研究区概况 研究区范围西至九龙江口海门岛，东至围头角，北至同安湾湾顶，南至镇 海角，主要包括厦门外港、九龙江河口、厦门西港、同安湾、翔安南部及厦门岛 东部海域、围头湾和料罗湾，见图2 1 。 2 2 地形地貌 图2 i 1 研究区位置图 f i g 2 卜l l o c a t i o no ft h es t u d yz o f l e 第四纪以来，厦门湾普遍发生新构造运动，同样循老构造格局出现以垂直 升降运动为主，并具有明显的差异性和间歇性，厦门湾周边被抬升的岩浆侵入体 和泥毓系、三叠系、侏罗系等地层遭受到各种外营力的侵蚀剥蚀，并形成低 山、丘陵、台地等各种地貌形态，而在区内低山、丘陵之自j 的小河谷和滨海地发 育了厚度不等的第四系地层。同时第四系以来还因气候变化及与此紧密相关的海 平面升降和大陆径流量的变化。近代风沙崛起，使区内出现多级红土台地及风沙 地貌体。近湾陆地属闽哼沿海花岗岩丘陵区，风化强烈湾内岸线曲折，岬湾相 方建勇：厦门湾海底沉积物分布特征及l e 物源和沉积环境意义 同，岛屿众多，受地质构造控制，形成沉溺的潮汐汉道型海湾。 2 3 地质构造 研究区大地构造属于新华夏系第二复式隆起带与南岭纬向构造带的复合部 位。该区自古以来经历了多次构造运动，其中古生代的加里东和华力西运动对本 区产生一定影响，在区内局部地方出露较老的地层前泥瓮系变质岩，到中生 代即从上三叠系开始区内发生了以断裂作用和岩浆活动为主的燕山运动。由于这 一运动的产生，区内有大型断裂活动、规模巨大次数较多的岩浆侵入和火山喷发， 而这些岩浆的侵入和火山岩地层展布大都循着巨大的北东向的深断裂方向。早新 生代以来区内又受喜马拉雅山运动影响，其表现形式为断块升降，其方向仍循老 构造线n e 、n n e 方向产生。由于这一运动结果使本区沿海岛屿和大陆分离，并 使九龙江口初具规模。 2 4 水文特征 由于受到其独特的海岸以及水下地形地貌和沿海诸岛( 厦门岛、大小金门岛 等) 的影响，水文泥沙情况比较复杂。特别是在不同的径流和潮流情况下，具有 不同的特征。九龙江是流入本区的最大河流，流域总面积为1 47 4 0 k m 2 ，年平均 径流量为1 5 0 亿m 3 。本流域属于中等大小的亚热带山地河川，流域内河床坡降 大，水流湍急，并携带大量的泥沙在河口沉积增加。 2 4 1 潮汐 厦门湾的潮汐形态数为o 3 4 ，属于正规半日潮。调和常数m 2 为1 8 2 4 c m ， s 2 为5 2 8 c m ，k i 为3 3 8 c m ，0 1 为2 7 6 c m 。据厦门海洋站1 9 6 0 - - 1 9 8 7 年2 8 年 的逐时潮位资料统计( 厦门理论最低潮面) ：多年平均潮差3 9 9 m 多年最大潮差 6 4 2 m ，多年最小潮差0 9 9 m ，最高高潮位7 2 2 m ，最低低潮位0 0 9 m ，平均高潮 位5 6 7 m ，平均低潮位1 6 9 m 。多年平均涨潮历时0 6 h l s m i n ，多年平均落潮历时 0 6 h 0 7 m i n 。 8 方建勇：厦门湾海底沉积物分布特征及j e 物源和沉积环境意义 2 4 2 潮流 潮汐振动形成的潮流时本海域的主要动力，厦门湾潮流属半日潮流，往复 流。表底( w o i