舟山群岛朱家尖岛以东近岸海域沉积物粒度特征

舟山群岛朱家尖岛以东近岸海域沉积物粒度特征张朝阳;杨世伦;罗向欣;何海丰【摘要】Theparticlesizecharacteristicsofsurficialseabedsedimentareimportanttobenthicorganisms,controlingtheresistanceofthebedtoerosion,andsubmarineengineering.Weanalyzedtheparticlesizesof58surfacesedimentsamplesand4coresamplesfromtheseabedoftheinshoreareaofEastZhujiajianIsland.Siltcomposed65.5%ofthesediment,claycontributedanaverageof25.8%,andsandaccountedforanaverageof8.7%.Theaverageparticlesizerangedfrom4.6to7.60,andthesortingcoefficientrangedfrom1.5to2.3.Theparticlesizedistributionsshowageneralseaward-finingtrend,butexhibitnosignificantchangefromnorthtosouth.Thesizedistributionsshowlittlechangedownto0.8mbelowtheseabed,indicatingthatsedimentationintheareahasbeensteadyandconsistent.%海底沉积物粒度对底栖生物、底床抗侵蚀能力以及海底工程等具有重要意义.本文通过对朱家尖岛以东海域58个表层沉积物样及4个柱状样的取样和分析，研究该海域海底沉积物的粒度特征.结果表明：该海域表层沉积物成分中，粉砂最多，平均占65.5%，黏土次之，平均占25.8%，砂极少，平均只占8.7%；平均粒径4.6~7.60，分选系数1.5~2.3.粒度分布上，由陆向海粒径变细，自北向南在研究区域范围内粒径变化不明显•海底沉积物在0.8m深度内垂向粒径变化很小，说明该海域沉积环境总体稳定.【期刊名称】《上海国土资源》年(卷),期】2012(000)004【总页数】5页(P39-43)【关键词】舟山群岛;朱家尖岛;海底沉积物;粒度特征;沉积环境;近海工程【作者】张朝阳;杨世伦;罗向欣;何海丰【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062【正文语种】中文【中图分类】P736.21近岸海域表层沉积物作为营养盐与有机物的载体，影响着近岸海域重金属离子等污染物的迁移［1］，而不同大小的沉积物颗粒更是对污染物有着不同的吸附作用。海底沉积物的粒度特征可以反映一定时期的海洋沉积动力环境［2~4］，对于目前近海工程底床稳定性研究是个重要参考指标［5~9］。舟山群岛位于长江口南侧、杭州湾外缘，是长江口和杭州湾水体南下的必经通道［10,11］。有不少专家学者对舟山群岛海域沉积物来源、特性和沉积过程进行过研究：长江泥沙入海后，具有一路向南扩散的现象［10,11］；舟山群岛海域泥质沉积物来源于长江南下沿岸流［11~16］,并在舟山群岛海域外还形成一条明显的砂—泥界线［17］。沉积物的粒度特征可揭示沉积动力学原因，对长江口潮间带沉积物的研究表明，表层样自海向陆、柱状样自下向上粒径变细，空间分异受水动力变化、植被分布及人类活动的影响［18］，潮下带向潮上带沉积物变细［19,20］；废黄河三角洲海域则是由陆向海粒径变细，沿岸自北向南变粗，分选较差，呈正偏峰态窄尖的粒度特征［21］。作为舟山群岛之一的朱家尖岛附近海域现有的实测资料不足，对该区域沉积物粒径特性的研究更少。针对这一问题，本文基于该岛以东近岸海域58个表层沉积物样品资料和4个柱状样资料，分析朱家尖岛以东海域表、浅层沉积物粒度及分布特征，从而深化长江口、杭州湾泥沙向南输运过程与机制研究，并为东海海底观测系统光缆铺设等近海工程的前期准备与项目设计提供技术支持。研究区概况及采样分析方法研究区概况朱家尖岛位于浙江舟山群岛东南部(图1A),是舟山群岛众多岛屿里的第五大岛，西邻舟山岛、桃花岛，北距普陀山岛约3.7km(图1B)，全岛南北最长约13km，东西最宽9km，全岛面积约73km2［22］。朱家尖岛海岸带发育有砾石滩、沙滩，其中的砾石滩乌石塘为著名的旅游景点，该区域海岸为典型基岩港湾海岸，呈不规则锯齿状，岛上基岩主要由侏罗系的凝灰岩和燕山晚期花岗岩组成［23］。研究区海域处于副热带季风区，风速风向具有明显的季节变化，冬季以西北风为主，夏季以偏南风为主；波浪以风浪为主，潮汐类型为正规半日潮，有日潮不等现象；潮流为SE-NW，平均潮差2.5~2.8m，最大潮差4.79m［24］。该海域由岸向海方向，20m等深线以内坡度较大，20m等深线往外海坡度很平缓。采样方法2011年10月20~28日，在朱家尖岛以东海域由岸向海沿经度上布置5条表层沉积物采样路线，采样区域范围122°24'~122°35'E、29°51.50'~29°55.00'N(图1C),在经度上每隔1.0'、纬度上每隔0.5~1.0'布置一个采样点，共计58个，平均采样水深19m。使用“筒式”采样器，采样深度10~20cm，采样重量约500g，采样后用密封袋封装，贴上采样点经纬度标签。柱状样采集装置为重力管采样器,Z1点(122°26.47'E,29°53.38'N)有效采样柱长83cm,Z2点(122°28.62'E,29°53.17'N)为59cm,Z3点(122°30.42'E,29°52.55'N)55cm,Z4点(122°34.78'E,29°51.57'N)79cm。图1舟山群岛朱家尖岛地理位置及采样点位Fig.1LocationofZhujiajianislandofZhoushanarchipelagoandsamplingsites样品处理分析取10g左右表层沉积物样品放入50ml烧杯里，加入10ml浓度为10%的H2O2去除样品中的有机质，微热后静置24h，加入10ml浓度为10%的盐酸去除碳酸盐（主要是钙质物），再加入10ml浓度为4%的六偏磷酸钠（［NaPO3］6），用超声波振荡对样品进行分散处理，然后用Coulter激光粒度仪（LS-100Q，适用小于2mm颗粒）测试分析沉积物粒径。Z1、Z2、Z3柱状样分样间隔5cm，每隔5cm取1cm沉积物样；Z4柱状样分样间隔1cm，每1cm均取样分析（用于高密度间隔分析垂向粒径变化），分析方法与仪器同上。分选系数（6）、偏度（SKI）和峭度（KG）由Folk、Ward公式计算；粘土（8~11®、粉砂（4~8®和砂（-1~4®粒径分类采用国际通用的e分类标准［25］。结果与讨论2.1表层沉积物58个表层沉积物样品中，平均粒径范围在4.6-7.60,其中砂样1个，粗粉砂样2个，中粉砂样12个，细粉砂样11个，极细粉砂样22个。砂样占1.7%，粉砂样占98.3%。分选系数范围为1.5-2.33，平均1.95，23个分选性差，35个分选性很差。偏度范围0.007-0.687，平均偏度0.21，近对称样9个，正偏37个，极正偏12个。峭度范围0.83-1.71，平均峭度1，宽平样10个，中等峭度41个，窄尖样5个，极窄尖样2个。从该处海域表层沉积物组分上看（图2），砂极少，大部分是粉砂和黏土，其中粉砂最多。虽然粉砂占大多数，但是分选性却比较差，说明虽然粒径集中在粉砂范围内，但粉砂段内粒径大小并不集中。朱家尖海域海岸为基岩海岸，粉砂、淤泥质从附近海岸来源极少，而表层沉积物偏度特征与长江三角洲潮滩研究结果一致［17］，VI07ST(%)書昱⑭£飞9乙P9&乙99飞上0'乙9丁1/9匸89丁上990上6•乙9乙P9上工9699(%)書昱⑭附69乙67Z97ZS■［乙上巾£丁0£90乙00乙IzVCOP乙&££&0£9・6乙(%層昱碑IIEISIZI6ITTI£11肛IZJI611■［乙I£乙117乙I台斷呼丼送I：勺LZS69E80971/0■［乙EMVC67LZ97(%)書昱⑭S999•乙9£09乙EZZZ9&WVl79029Z299・991Z699Z9(%層昱⑭附丁8乙C£6P乙乙口0•乙£匸8■［乙0乙S6192百0£0工乙8•妊(％層昱干於T969ZDSDEDIIDEIDSIDAID6TD0乙9T^D台斷呼丼送&9078P979T9P09O'TTETA'll(%)書昱⑭g£9909(XO9OZ99P9g69乙9上9飞上0'6909上(%)書昱⑭附66乙17工乙10££0£8巾£上0乙61%工19工乙9飞1(%)■昱干於13曰S3Z363113£口SISZI36T3台斷呼丼送匸上IzWIOZZWWIz乙上0丁8丁016・9丁01(%)書昱⑭0£9&0上匸上98飞90£9上飞9上巾9809匸990・99(%)書昱⑭附匸6乙£VC6・0£SZ乙8飞19•乙£09乙0£乙6'9乙9壬乙(％)書昱干F*TDEDS3ZD63TTDETDSTDAID6TD台斷呼丼送丁907V76T乙乙60Z18E乙LXTSIT(%)書昱⑭6飞90'乙9609上飞上1/乙£&乙9乙・0上&08上099・17£0・£960909£(%)書昱⑭附9飞£0飞£8飞£1/17乙&0■［匸9乙170WOHZ乙99■［乙0£0'6乙乙Diz(%)書昱干F*19E9S9Z969119EI9SI9ZI96T90乙日1^9乙乙日台斷呼丼送eajeApn^suiluaiuipas93epnspluaiuoDiuauoduuo3i列qe丄書昱B旦B岳多确逊MSI些抱I峯eajeAprilsuiluauuipasaDepnspuoiiisoduuoj乙近!：!毋畀斗B确逊出旨峯El些乙ffl。\斶阳士MY荃S倉国逊MS日愆響虫剧気矛举半気摆E母丑’舌專鄆峑幺徑莺醸田盯出牟倒㈡睦出竖敷终冑熬最I*阳□工⑨申愆鸳翅圧回T申。翠黝卫舌晋丼糜多¥觀从各采样点粒径频率分布曲线上看（图3），频率分布曲线窄尖的少，但并不呈明显扁平状，说明朱家尖岛以东海域海底表层沉积物粒径虽然大多在粉砂段粒径内，但粉砂段内粒径较分散。从频率分布曲线上看，不存在明显双峰现象，说明该区域内泥沙随时间而沉积的自然过程，泥沙来源稳定，不同历史时期泥沙的混合作用不明显或几乎没有混合作用。图3表层沉积物粒径频率分布Fig.3Frequencydistributionofthesurfacesedimentsamples根据58个站点中值粒径，运用Kriging法进行插值，所得结果如图4。由图可知，表层沉积物中值粒径，总体由陆向海方向沉积物粒径由粗变细。由于朱家尖岛东北方向白沙水道深槽峡道的束水输沙作用，白沙水道往南顺流而下方向水动力相对较强，故沉积物向南延续有一条带，沉积物粒径一致，集中在5-60,较周边其他地方粒径大。在白沙水道形成的沉积物条带往外海方向，海床坡度十分平缓，大潮采集柱状样时Z4点处实测水深在20~30m之间。因此尽管此处为开敞水域，风浪较大，水深较深情况下，底层流速依然很小，适宜细颗粒沉积物的沉降。由于平缓海床坡度和大小相近的底层流速，因此细颗粒沉积物区中值粒径变化不大。图4表层沉积物中值粒径分布Fig.4Interpolationofmediansizeofthesurfacesediment在里湾和南沙湾口内，中值粒径均处于最小范围里，位于7.0-7.50之间。这两处均在湾内，里湾两侧有基岩岬角向海延伸，向陆侧无河流入海，涨潮流和白沙水道下泄水流混合后，带入湾口内的水流流速已很小，给细颗粒泥沙沉降提供了良好条件。南沙湾为弧形湾口，沿岸流至此处时由于北侧弧形岬角，向湾内会形成一股回流，流速下降后更细颗粒泥沙开始沉降。因此，两湾内出现较小粒径是合理的。2.2柱状样沉积物4个柱状样由陆向海依次分布（Z1、Z2、Z3、Z4）,从平均粒径看，由Z2处的6.ie到Z3的6.40,再到Z4处的7.20,由陆向海粒径变化依然是由粗变细，这一点从柱状样也得到确证。从柱状样垂向变化来看（图5），除个别处粒径突变外，总体垂向粒径变化很小,平均粒径为70。同时近岸方向柱状样垂向粒径变化比离岸方向柱状样变化稍大,离岸越远柱状样垂向粒径变化越小,说明在海底表层地层至少0.8m范围内，沉积物来源比较稳定，沉积过程在相当一段时间内所受人为等扰动较小,沉积过程是一个自然的过程。四个柱状样粒径垂向变化起伏都不大,反映历史时期沉积物来源和动力环境总体上较为稳定。Z2柱样表层以下20cm处的突变点以及Z4柱表层以下40cm处出现较粗的粒度异常值,可能反映历史上某次强台风大浪的影响。这种影响在海底空间上可能不完全一致,因为有的地方发生冲刷,而另一些地方则发生淤积。由于四个柱样的沉积速率可能不同,同一风暴事件留下的记录可以出现在不同的深度。此外,分层取样方式可能也有一定影响。如前所述，分层取样时，Z4柱为每隔1cm取样，而另外三个沉积物柱为每隔5cm取1cm沉积物样。由此，Z1和Z3柱样即使有较粗层,也可能被遗漏。图5柱状样粒度参数垂向分布（a.偏度;b.峰度;c.分选系数）Fig.5Verticaldistributionofgrainsizeparametersforcoresamples（a.skewness;b.kurtosis;c.sorting）从4个柱状样的组分所占比重来看,粉砂和黏土占绝大部分,其中又以粉砂居多。由陆向海,黏土组分比重稍有增加。粉砂和黏土为主要的组分特征,也决定了该处海域海床表层沉积物的易动性,环境水动力稍增强,则海床表层泥沙极易起动再悬浮。如若在该处海域附近海底埋设光缆等,宜作深埋处理。结论本文针对舟山群岛朱家尖岛海域58个表层沉积物样和4个柱状样的粒度特征取样分析,所得主要结论如下：舟山群岛朱家尖岛以东海域海底沉积物成分中，砂含量很少，大部分是粉砂和黏土，砂、粉砂和黏土三组分中，以粉砂最多；朱家尖岛以东海域粒度特征上，由陆向海粒径变细，由北向南在研究区域范围内粒径变化不明显。白沙水道以南，表层沉积物中值粒径集中在5~6e范围，呈一条明显带状向南延伸；(3)朱家尖岛以东近岸海域，海底表层0.8m深度内的沉积物，垂向粒径变化很小，反映沉积环境总体上较为稳定。但是，个别层位出现较粗现象，可能与强风暴浪的影响有关。参考文献(References)何中发，方正，温晓华，等•长江口海域表层沉积物重金属元素赋存形态特征J]•上海国土资源,2012,33(2):69-73.HeZF,Fang乙WenXH,etal.ThegeochemicalformsofheavymetalsinsurfacesedimentsintheYangtzeRiverestuary[J].ShanghaiLand&Resources,2012,33(2):69-73.杨世伦•长江口沉积物粒度参数的统计规律及其沉积动力学解释J].泥沙研究,1994,(3):23-31.YangSL.Statisticfeaturesforgrain-sizeparametersoftheYangtzeRiverestuaryandtheirhydrodynamicexplanation[J].JournalofSedimentResearch,1994,(3):23-31.任韧希子,陈沈良•黄河三角洲的沉积动力分区J].上海国土资源,2012,33(2):62-68.RenRXZ,ChenSL.SedimentdynamicsinthelittoralzoneoftheYellowRiverdelta[J].ShanghaiLand&Resources,2012,33(2):62-68.戴志军，施伟勇，陈浩•沙坝一潟湖海岸研究进展与展望J].上海国土资源,2011,32(3):12-17.DaiZJ,ShiWY,ChenH.Researchprogressandprospectsofbarrier-lagooncoast[J].ShanghaiLand&Resources,2011,32(3):12-17.⑸汪品先•上海地学研究:从长江口到深海J]•上海国土资源,2011,32(3):1-6.WangPX.EarthscienceresearchinShanghai:fromYangtzeestuarytodeepoceanJ].ShanghaiLand&Resources,2011,32(3):1-6.赵宝成•杭州湾北岸水下岸坡微地貌特征及其海床侵蚀指示意义J].上海国土资源,2011,32(3):27-34.ZhaoBC.BedformsonnorthernHangzhouBaysubaqueousslope:itsimplicationtoseafloorerosion[J].ShanghaiLand&Resources,2011,32(3):27-34.徐俊杰，陈勇基于RS与GIS的南汇东滩围垦研究J].上海国土资源,2011,32(3):18-22.XuJJ,ChenY.StudyoftidalflatreclamationateasternNanhuibasedonRSandGIS[J].ShanghaiLand&Resources,2011,32(3):18-22.王洁，吴创收,杨世伦，等•海南博鳌玉带沙海滩冲淤演变及脆弱性分析[J].上海国土资源,2011,32(3):41-45.WangJ,WuCS,YangSL,etal.Vulnerabilityanalysisandscouring&siltingevolvementofYudaishabeachinBo'ao,Hainanisland[J].ShanghaiLand&Resources,2011,32(3):41-45.黎兵,何中发•海岸带地质环境监测体系建设与管理的构想[J].上海地质,2010,31(1):6-11,20.LiB,HeZF.Ideasofconstructionandmanagementofcoastalgeoenvironmentalmonitoringsystem[J].ShanghaiGeology,2010,31(1):6-11,20.蔡爱智•长江入海泥沙的扩散J].海洋学报,1982,4(1):78-86.CaiA乙DiffusionofsedimentoftheChangjiangRiverdischargingintothesea[J].ActaOceanologicaSinica,1982,4(1):78-86.MillimanJD,ShenHT,YangZS,etal.TransportanddepositionofriversedimentintheChangjiangestuaryandadjacentcontinentalshelf[J].ContinentalShelfResearch,1985,4(1-2):37-45.doi:10.1016/0278-4343(85)90020-2.LiuJP,XuKH,LiAC,etal.FluxandfateofYangtzeRiversedimenttotheEastChinaSea[J].Geomorphology,2007,85:208-224.doi:10.1016/j.geomorph.2006.03.023.秦蕴珊，郑铁民•东海大陆架沉积物分布特征的初步探讨[A].中国科学院海洋研究所:黄东海地质[C].北京:科学出版社,1982:39-51.QinYS,ZhengT“.PreliminarystudyofthedistributioncharacteristicsoftheEastChinaSeacontinentalshelfsediments[A].InstituteofOceanologyofChineseAcademyofSciences:GeologyoftheYellowSeaandtheEastChinaSea[C].Beijing:SciencePress,1982:39-51.YangSL,LiH,YsebaertT,etal.Spatialandtemporalvariationsinsedimentgrainsizeintidalwetlands,Yangtzedelta:Ontheroleofphysicalandbioticcontrols[J].Estuarine,CoastalandShelfScience,2008,77(4):657-671.doi:10.1016/j.ecss.2007.10.024.沙旭光•东海舟山群岛海域泥质沉积特征和物源分析[D]•吉林大学硕士学位论文,2007.ShaXG.SedimentarycharacteristicsandprovenanceofthemudsedimentsintheZhoushanareaoftheEastChinaSea[D].Master'sthesis.JilinUniversity,2007.胡日军•东海舟山群岛海域泥沙运移及动力机制分析[D].中国海洋大学博士学位论文,2009.HuRJ.SedimenttransportanddynamicmechanismintheZhoushanArchipelagoseaarea[D].PhDthesis,OceanUniversityofChina,2009.罗向欣，杨世伦,张文祥，等•近期长江口一杭州湾邻近海域沉积物粒径的时空变化及其影响因素[J].沉积学报,2012,30(1):137-147.LuoXX,YangSL,ZhangWX,etal.RecentspatialpatternandtemporalvariationinsedimentgrainsizeintheinshoreareaadjacenttotheYangtzeestuaryandHangzhouBay[J].ActaSedimentologicaSinica,2012,30(1):137-147.李华,杨世伦,YsebaertT,等•长江口潮间带淤泥质沉积物粒径空间分异机制[J].中国环境科学,2008,28(2):178-182.LiH,YangSL,YsebaertT,etal.SpatialdifferencemechanismofsludgesedimentgrainsizeintidalwetlandsofYangtzedelta[J].ChinaEnvironmentalScience,2008,28(2):178-182.杨世伦，徐海根•长江口长兴、横沙岛潮滩沉积特征及其影响机制[J].地理学报,1994,49(5):449-456.YangSL,XuHG.TidalflatsedimentsandsedimentationontheChangxinandHengshaislandsatthemouthofChangjiangRiver[J].JournalofGeographicalScience,1994,49(5):449~456.龚士良，杨世伦•长江口岸带冲淤及后备土地资源的沉降效应[J].水文2007,27(5):78-82.GongSL,YangSL.ThecaseofeastbeachonChongmingislandinShanghai:EvolutionofbankerosionanddepositionattheYa