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沉积作用和沉积环境

第三章沉积作用和沉积环境

陆源碎屑物和化学物质沿着不同的途径汇入海洋，在海洋水动力（浪、流、潮等）及物理化学和生物条件作用下，进行搬运、扩散、分解，并在适宜的环境下沉积，构成海底沉积物类型分布图式。

同时，先期沉积的物质还将经受各种海洋水动力和物理、化学、生物作用的再造形成新的沉积物。

因此，海洋沉积物类型及其分布，乃是漫长沉积作用的地质记录。

3.1现代沉积作用

渤海湾区为半封闭的渤海三大海湾之一，位于渤海的西南部。

沿岸有众多的河流注入，其中以黄河、滦河和海河等三大河系为主。

泾流量和输沙量以黄河入海的水、沙量为最大，它除影响本区外，主要影响渤海中部和莱州湾，滦河和海河的入海水、沙量相对来说较前者小的多，但它是本区陆源碎屑物质的主要来源。

陆源碎屑沉积物是区内的主要沉积物，其类型和分布受陆源物质、海底地形和水动力条件等因素控制，主要类型有粘土质砂、砂－粉砂－粘土、粘土质粉砂和粉砂质粘土（图3－1，表3.1）。

以后二种类型为主，广泛分布于渤海湾内，占取样站位的79％，粉砂仅一个站位有所分布在海湾南岸附近。

砂－粉砂－粘土混合沉积物呈带状和斑状分布滦河口外和曹妃甸南部；粘土质砂呈舌状分布于滦河口外和带状砂－粉砂－粘土类型之西南端。

各类型沉积物的分布情况详见底质图（图3－2）。

表3.1渤海湾区表层沉积物类型及其粒度组成和参数

沉积物

类型

样品

数量

粒度组成（％）

砂

（-2－4Ф）

粉砂

（4-8Ф）

粘土

（＞8.0Ф）

MdФ

Mz

δi

SkI

KG

砂－粉砂－粘土

2

33.7

砾4.2

23.5

38.6

6.2

5.99

3.14

0.07

0.75

粘土质砂

3

59.4

15.8

24.8

3.29

4.96

2.61

0.46

0.80

粉砂

1

0.4

81.6

18.0

5.15

6.01

1.62

0.74

1.02

粘土质粉砂

9

1.2

57.5

41.3

7.17

7.25

1.78

0.06

0.82

粉砂质粘土

13

5.2

40.6

54.2

8.14

7.88

1.94

-0.19

1.00

根据各类型沉积物特征、分布状况和沉积环境的差异，大致可划分三个沉积区，即：

Ⅰ、黄河废弃河口三角洲沉积区；Ⅱ、渤海湾及渤中浅海沉积区；Ⅳ、滦河口－曹妃甸沿岸沉积区。

详见图3－3（渤海南部沉积分区图）。

3.1.1表层沉积物特征与粒度组成

粒度是碎屑沉积物的主要特征和分类依据，对所采集的表层沉积物进行了全面的粒度分析，能区分上下层的分别分析。

共分析26个站位的样品。

按Ф值标准（Ф＝-log2D，D粒径mm）进行粒径分级，＜4Ф（＞0.063mm）颗粒用1Ф间隔筛分，＞4Ф（＜0.063mm）用吸管法间隔1Ф分级。

根据各粒级的重量百分含量，用优势粒级分类法按F.P.Shepard三角图解进行沉积类型分类。

现将各沉积区出现的沉积物的特征和粒度组成分述如下：

3.1.1.1黄河废弃河口三角洲沉积区（I）：

黄河自1855年改道入本区以来，尾闾和河口几经变迁，发育形成了巨大的近代黄河三角洲。

本汇编仅涉及其水深大于8－10m的水下部分。

1976年黄河改道入莱州湾以前，区内曾发育多期黄河河口三角洲，河口废弃后，三角洲遭受海洋动力改造，原三角洲沉积物普遍发生粗化，粒度组成较现代河口三角洲粗。

粉砂成为主要沉积物，向海变细过度为粘土质粉砂，平行海岸呈带状分布。

表面常覆有黄褐色浮泥，厚度小于5cm，含水量大，流塑状。

粉砂和粘土质粉砂中粉砂粒级的含量均在70％以上，MdФ分别为4.9Ф和6.03Ф，分选中等（δI为1.17和1.78），频率曲线峰形明显，众数为4.5和5.5Ф左右，分别与现代河口三角洲的粘土质粉砂和粉砂质粘土接近，概率曲线亦为两段式，以跃移组份为主，截点亦在5Ф和6Ф。

（图3－4）。

表3.2黄河废弃河口三角洲沉积区表层沉积粒度组成和粒度参数

沉积物

类型

样品

个数

粒度组成（％）

粒度参数

砂

粉砂

粘土

MdФ

Mz

δi

SKI

KG

粉砂

2

0.5

82.3

12.8

4.90

5.33

1.17

0.57

2.81

粘土质粉砂

2

0.5

71.8

27.4

6.03

6.57

1.78

0.25

0.82

3.1.1.2渤海湾浅海沉积区（Ⅱ）：

渤海湾浅海区，水深小于30－20m，海底地形平坦，在有历史记载以来，黄河多次流入本区，区内直接或间接地接受了黄河入海扩散细粒泥沙的沉积，为渤海最大的细粒泥沙沉积区，沉积物为粉砂质粘土和粘土质细砂。

海底表面浮泥厚度大，一般大于5－10cm，渤海湾区中部多为褐灰色，含水量大，呈流塑状。

粉砂质粘土和粘土质粉砂为褐灰－灰色，半流塑状，容重小，天然含水量接近或大于液限，孔隙比大于1，工程上属软土类，压缩性高，强度低，渗透系数小。

粘土物质含量高，多数超过40％，砂含量极少，均小于5％，MdФ为8.04Ф和7.14Ф（表3.3）。

概率曲线为两段，悬浮组份超过50％，最高可达95％，分选差（图3－5）。

频率曲线，粉砂质粘土分布平坦，不显峰态，粘土质粉砂呈现低峰，众数5.5Ф左右（图3－5）。

表3.3渤海湾浅海沉积区表层沉积物粒度组成和粒度参数

沉积物

类型

样品

个数

粒度组成（％）

粒度参数

砂

粉砂

粘土

MdФ

Mz

ZI

δkI

KG

粉土质粉砂

11

1.9

57.1

41.0

7.14

7.21

1.86

0.05

0.79

粉砂质粘土

13

3.5

43.8

52.6

8.04

7.77

1.96

-0.81

3.1.1.3滦河口－曹妃甸沿岸沉积区

由于受沿岸地形及河流迳流的影响，沉积物类型比较复杂，特别是滦河带来大量的碎屑物质，在沿岸海流的作用下，使沉积物平行海岸呈带状分布。

出现的沉积物类型有：

细砂、粘土质砂、砂－粉砂－粘土和粉砂质粘土（表3.4）。

粒度分布概率曲线和频率曲线示于图3－6。

表3.4滦河口－曹妃甸沿岸沉积区表层沉积物粒度组成和粒度参数

沉积物

类型

样品

个数

粒度组成（％）

粒度参数

砂

粉砂

粘土

MdФ

Mz

δi

SKI

KG

细砂

1

81.2

7.0

11.7

2.93

3.65

1.84

0.52

3.92

粘土质砂

4

59.6

15.3

24.8

3.21

4.73

2.66

0.74

0.65

砂-粉砂-粘土

2

37.5

24.4

37.9

5.98

5.97

2.84

0.03

0.65

粉砂质粘土

4

10.3

39.7

49.9

7.77

7.43

2.25

-0.25

0.97

细砂：

分布于滦河口北，水深小于15m近岸地带，与秦皇岛沿岸细砂相连。

细砂含有较多的粘土，分选较好，粗端峰形明显，众数2.5Ф左右。

粘土质砂：

分布于滦河口附近和曹妃甸浅滩外水下岸坡，表面黄色浮泥厚2－3cm，粘土质砂呈褐灰色，砂粒级含量59.6％，粘土粒级含量24.8％，MdФ3.21。

概率曲线为两段,式跃移组份超过60％，频率曲线与前述细砂相似。

砂－粉砂－粘土：

在区内分布于水深15－20米间，水下岸坡下部，平行海岸成带状，自东北向西南延伸。

表面有黄褐色浮泥，厚2－3cm。

砂－粉砂－粘土呈褐灰色，软塑，砂、粉砂、粘土的含量变化较大，平均值分别为37.5％、24.4％和37.9％，MdФ5.98Ф，分选差，δi为2.84。

概率曲线为两段式，悬浮组份大于60％，频率曲线略显双峰。

粉砂质粘土：

分布于砂－粉砂－粘土沉积带向岸一侧，水深小于15m的水下岸坡和曹妃甸浅滩，有大量细砂（10.3％）混入，粘土含量一般40－50％，个别可高达62.7％，MdФ7.77Ф。

概率曲线呈现三段，在跃移组份与悬浮组份间有一过度段，但仍以悬浮组份为主，占80％左右，频率曲线双峰明显，但均平缓，粗端峰众数3.5Ф左右，细端峰5.5Ф左右。

3.1.2表层沉积物的矿物组成

利用X射线衍射多相分析，对区内30个站位表层沉积物样品的主要矿物（造岩矿物）组份进行了研究，了解其矿物组成特征。

分析样品经烘干磨碎至小于200目后，在同一实验条件下以标准粉末法进行，Cu靶Kα、石墨滤波、管压40Kv、管流80ma、接受狭缝0.3mm、步宽0.02°2θ、扫描范围3－60°。

矿物特征签定峰（鉴定窗口）和强度因子参照DSDP资料，从衍射图谱和数据中，识别出石英、钾长石、斜长石、伊里石、方解石、绿泥石、高岭石、白云石、角闪石等矿物，据鉴定峰的强度与该矿物的强度因子，计算各矿物的重量百分含量。

鉴定结果，平均含量超过5％的矿物有：

石英（25.9%）、钾长石（22.5%）、斜长石（22.8%）伊里石（17.7%）、方解石（5.3%），其累计含量达94.2%,其中钾长石和斜长石的含量为45.3%。

绿泥石一般小于4.0%,平均2.6%，个别站位较高，处于渤海湾区中部的M9－4和M9-6站分别为5.6%和5.9%。

高岭石、白云石和角闪石大多小于2.0%，平均为1.0%、1.1%和1.2%。

各沉积区不同类型沉积物的主要矿物组成列于表3.5，并分述如下。

表3.5表层沉积物主要矿物组份含量（％）

沉积区

站号

沉积物类型

石

英

钾

长

石

斜

长

石

伊

里

石

绿

泥

石

高

岭

石

方

解

石

白

云

石

角

闪

石

伊里石／粘土

伊里石／长石

黄河废弃河口三角洲

M10-6

M9-8

平均

粉砂

粘土质粉砂

22.3

21.0

21.7

26.0

19.9

23.0

33.3

17.8

25.6

7.7

28.8

18.3

1.4

3.9

2.7

1.4

0.7

4.7

4.5

4.6

2.5

1.5

2.0

2.1

1.2

1.7

1.03

1.28

1.16

0.13

0.76

0.45

渤海湾浅海沉积

M9-2

M9-4

粉砂质粘土

粉砂质粘土

22.6

22.7

18.8

11.2

15.7

15.8

27.9

29.4

3.7

5.6

1.8

1.6

8.5

11.2

0.7

0.5

0.2

1.9

0.50

0.52

0.81

1.09

曹妃甸沿岸沉积

M3-1

M1-2

泥质

砂

32.6

25.2

35.8

40.4

24.1

20.4

4.7

8.8

0.5

1.4

0.4

0.7

1.0

1.9

0.9

1.2

0.19

0.23

0.08

0.14

3.1.2.1黄河废弃河口三角洲

沉积物经过改造粗化，与现代河口三角洲比较发生了明显的变化，粉砂中钾长石（26.0%）、斜长石（33.3%）含量增高，处于其外缘的粘土质粉砂长石含量无明显差异。

但是二者的方解石（4.7-4.5%）、绿泥石（1.4-3.9%）都明显的低于现代河口三角洲。

另外主要出现在粘土粒级中的伊里石在本区的两类沉积物中含量均高于粘土粒级的含量，二者的比值粉砂为1.03，粘土为1.28，表明河口三角洲改造过程中，矿物颗粒（主要是长石）遭受强烈风化，有新生伊里石附着于颗粒状矿物的表面或呈其假象存在。

3.1.2.2渤海湾浅海沉积区

区内分布粉砂质粘土和粘土质粉砂，均富含粘土物质，其伊里石含量（21.2-38.9%）平均值（30.0%）在全区最高，易风化的斜化石（5.4-27.3%）最低，平均16.7%，稳定矿物石英（17.2-34.5%）平均值（25.2%）接近全区的平均值（25.9%）。

与黄河现代河口三角洲的同类沉积物比较不难发现，稳定性介于石英与斜长石之间的钾长石的平均含量（11.9%）与黄河现代河口三角洲一致，后者的平均含量为11.5%，除此之外，绿泥石、方解石、白云石、角闪石几乎均具有相近的含量，另外尽管伊里石具有较高的含量，但其与粘土粒级含量的比值（平均0.60）却与黄河现代河口三角洲同类沉积物（0.62）一致。

由此不难看出区内的沉积物主要来自黄河，是黄河入海物质向海扩散沉积的结果。

3.1.2.3滦河口－曹妃甸沿岸沉积区

在所分析的三类沉积物－泥质砂、砂－粉砂－粘土和粉砂质粘土中，石英（23.8-32.6%）、钾长石（27.2-40.4%）含量都属于较高者，尤以钾长石更为明显，斜长石含量（16.9-29.0%）的平均值与全区相近。

伊里石含量除粉砂质粘土中略高（12.8%）外其它类型沉积物中含量不超过9.0%，值得一提的是，伊里石与粘土粒级含量比值小于0.40，平均0.26，表明粘土粒级中有大量非粘土矿物的微粒存在。

综合分析比较各地区沉积物中矿物组份的含量与变化后，可归纳得出：

a.调查区内的沉积物均属富含长石的沉积物，由于物源区的不同，同类沉积物之间矿物含量存在着一定的差异。

b.渤海湾浅海和近代黄河三角洲沿岸，沉积物富含方解石和伊里石。

伊里石与粘土粒级的比值大于0.45，在黄河废弃河口三角洲可大于1.0，说明伊里石在粘土粒级中的含量超过45%，甚至在非粘粒级中还有伊里石存在。

另外与易风化的长石含量比较，比值大（大于0.44），最高可达2.64，说明长石大多转化为伊里石，二者均说明这些地区的沉积物质是经过了长距离搬运，风化程度高。

结合方解石含量高这一特点，可认为沉积物主要来自黄河。

c.曹妃甸沿岸区，石英、长石含量一般在75％以上，其中长石占1／3左右，伊里石、方解石含量均低。

伊里石与粘土的比值平均0.29,粘土粒级中非粘土矿物的微粒含量很高，二者具有很好的相关关系，说明伊里石直接产生于矿物和岩屑搬运、破碎、分解的过程中。

另外伊里石与长石的比值也低，平均0.19，这也说明来源物的风化程度低，多属近源沉积。

3.1.3现代沉积速率

现代沉积速率是利用箱式取样器，采取不受扰动的表层（0－50cm）样品，通过天然210Pb放射性强度衰变的方法进行测定。

同时还引用了国家海洋局环境保护研究所1983、1984年渤海沉积速率研究的部分成果1）和中科院海洋研究所1989年近代黄河三角洲演变研究的成果2）。

3.1.3.1210Pb放射性强度的重向分布

渤海湾区内共选取2个站位箱式取样样品进行210Pb放射性强度测定。

测定时按5cm深度间距，切取2cm样品，烘干、磨碎、称样后，加入208Po示踪剂，6NHC1浸取3小时，离心后在80°水浴中自镀3小时，在α谱仪（核工业部核仪器厂，FH－451型1024道幅度分析仪）上，用Ф20金硅面垒探测器测定20小时。

沉积速率计算时，删除个别异常数据，扣除本底，据210Pb剩余放射强度的自然对数值与深度回归求取的斜率，结合210Pb半衰期（λ＝0.0311年）计算求得。

210Pb放射强度的测定结果列于表3.6至表3.7中，随深度的变化情况示于图3－7至图3－8。

其重向分布情况可分为二类。

表3.6M8－4站210Pb放射性强度（dpm/g）

深度（cm）

沉积物类型

210Pb总

210Pb余

备注

1

5

9

褐灰色粉砂质粘土

2.56

（1.36）

1.64

1.13

0.21

13

17

23

27

31

43

49

1.34

1.38

1.46

1.42

1.61

1.45

1.35

本底1.43相关系数沉积速率（cm/a）0.15

1）中国科学院海洋研究所，杨光复等，1992近代黄河三角洲演变。

2）国家海洋局环境保护研究所，1998渤海底质重金属环境背景值及污染历史研究。

表3.7M10-2站210Pb放射性强度（dpm/g）

深度（cm）

沉积物类型

210Pb总

210Pb余

备注

间断

1

5

9

13

灰色粉砂质粘土

3.75

3.54

3.29

2.88

2.15

1.94

1.69

1.28

17

23

27

31

43

3.15

2.79

2.85

2.43

1.68

1.55

1.19

1.25

0.83

0.08

本底1.60*相关0-13cm-0.97沉积速率0-13cm-0.69

系数17-43cm-0.91（cm/a）17-43cm-0.65

*参考相邻P2站本底值

a.正常分布

M8－4站210Pb放射性强度的重向分布（图3－7）能明显的分出衰变段和稳定段，根据稳定段求得本底值，过剩210Pb放射强度与深度具有良好的相关关系，相关系数＞0.900，反映自上而下均属连续沉积。

b.不连续分布

M10－2站（图3－8）210Pb放射强度衰变段，以深度13cm为界分为上、下两段，与深度的相关系数分别为0.977和0.905，表明沉积作用在13cm处有一定时间的沉积间断，分段计算沉积速率，以其平均值代表该站的现代沉积速率。

3.1.3.2现代沉积速率的分布与变化

210Pb法沉积速率的测定结果，表明本区内由于沉积环境的差异，不同海区现代沉积速率变化大。

现将测定结果列入表3.8，示于附图3－9。

a、黄河废弃河口三角洲

在河口行水时期，与现代河口三角洲一样具有很高的沉积速率，平均6.31-61.8cm/a，现今河口三角洲处在海洋环境的改造中，岸滩受冲刷，冲刷泥沙向外海运移，并在较深水部位沉积，由于各期河口三角洲废弃时间长短不一，及现代环境的差异，不同地段具有不同的沉积速率，三角洲东北水深13m的B92站为0.33cm/a（1983年调查资料），北面水深13m的1401站为1.88cm/a，（1983年资料），水深17m的3-3站为1.54cm/a（1989年资料）。

b、渤海湾浅海

河流入海泥沙不直接影响本区，区内主要为细粒悬浮泥沙沉积，沉积速率低于沿岸地带，是调查区内沉积速度最低的区域，且变化小，一般在0.15-0.19cm/a，仅在渤海湾顶部塘沽－岐口一带较高，大于0.67cm/a。

c.滦河口－曹妃甸沿岸沉积

受滦河入海泥沙和沿岸流的影响，现代沉积速率可能较大，但缺少分析数据。

据海洋局环保所资料，在滦河口附近水深10m处，沉积速率为0.43cm/a（843站）。

表3.8渤海湾浅海区现代沉积速率

沉积区

站号

水深（m）

沉积物类型

沉积速率（cm/a）

废弃河口三角洲

B92

3－3

1041

13

17

13

黄褐色粗粉砂

灰褐色粘土质粉砂

黄褐色粉砂质砂土

0.33

1.54

1.88

渤海湾浅海沉积

846

845

M10－2

P2

M8－4

5

13

24

黄褐色泥质粉砂

黄褐色泥质粉砂

灰色粉砂质粘土

黄褐色泥质粉砂及软泥

黄褐色粉砂质粘土

0.77

2.26

0.67

0.18

0.15

滦河口

843

10

粉砂质粘土

0.48

从前述分析可看出：

渤海湾区内黄河废弃河口三角洲沿岸地带的沉积速率高于浅海海域。

3.1.4物质来源和沉积物质的分布与变化

3.1.4.1物质来源

流入本海区的河流众多，迳流和输沙量较大的首当黄河，次为滦河和海河，其它的一些河流均短小，迳流，输沙量很小。

a、黄河

是我国第二大河，河长5464Km，流域面积75.2×104Km2，入海迳流量和输沙量（利津站）多年（1919－1988年）平均为430×108M3和11×108t，七十年代和八十年代，水、沙量逐渐减少，七十年代平均为304×108M3和8.9×108t，八十年代为292×108M3和6.8×108t，进入九十年代以来减少更为明显。

黄河是本海区的主要物质来源，平均含沙量约25kg/m3，入海泥沙的粒度构成以粉砂和粘土为主，1962-1987年的统计，大于0.025mm的泥沙平均占56.9%，小于0.025mm的泥沙占43.1%，前者绝大部分堆积在河口三角洲，后者多向海扩散运移。

向海扩散运移的泥沙约占黄河入海泥沙的30%，它们遍布渤海湾海域，对调查区内的沉积作用做出巨大贡献。

b、滦河

于渤海湾区西北入海，河长1200km，流域面积5.4×104Km2，年均迳流量45×108M3，输沙量0.2×108t，入海泥沙以砂质物质为主，少粘土物质，向外海扩散少，大多在滦河口－曹妃甸一带沿岸沉积。

c、海河

在天津市塘沽入渤海湾顶。

海河口已于1952年建闸，建闸前年均入海迳流量为98×108M3，输沙量0.06×108t。

入海泥沙仅对河口附近海域及沿岸地带有一定影响。

由于上游地区兴建水库，水量已大为减少，加上河口闸开起次数不多，目前入海泥、沙均远小于建闸以前。

3.1.4.2海水悬浮体的含量与分布

河流入海向外扩散的泥沙，主要以悬浮的方式向海运移，海水悬浮体的含量与变化在一定程度上反映其扩散与运移状况。

海水悬浮体的采集，在1992年7、8月份调查中与底质取样同步进行。

悬浮体含量用滤膜抽滤、洗盐、烘干、称量获得。

资料整理中还引用了1989年“近代黄河三角洲演变”调查资料。

渤海湾区内，大部分海域悬浮体含量小于10mg／l，黄河废弃河口三角洲沿岸多超过50mg／l，为区内含量最高的地区。

详见图3－10。

a、黄河废弃河口三角洲沿岸

废弃河口三角洲沿岸受海洋动力对岸滩改造，泥沙再悬浮的影响，含量普遍大于20mg／l，20mg／l等值线大致平行海岸，并向岸呈增高趋势，个别地段可超过100mg／l。

b、渤海湾

除少数测站（M11－2底层99.5mg／l，M8－2底层53.7mg／l）外一般不超过20mg／l，表层低，底层高。

表层在曹妃甸与大口河口连线以西的湾顶大于10mg／l，以东小于10mg／l，而底层10mg／l等值线东移，大于10mg／l的范围扩大至大清河口与老黄河口连线一带。

3.1.4.3表层沉积物粒度变化

表层沉积物粒度组成，砂、粉砂和粘土的含量变化（图3－11）与沉积物类型相关，其含量分布与变化具有明显的规律性，基本上反映来源物质在本区内的分布状况。

a、砂（＜4Φ）

从图3－11a中可明显看出，砂较集中分布于滦河口－曹妃甸沿岸附近，表层沉积物中砂的含量一般都大于30％。

滦河口以北最高，其中M2－1站达86.4％，向西南有逐渐降低的趋势，如大清河口外最高含量为65.9％（M7－2），曹妃甸外为32.6％（M8－3）。

b、粉砂（4－8Φ）

粉砂是渤海湾区内分布最为广泛的物质。

由于黄河入海泥沙中粉砂含量极高，因而黄河废弃河口三角洲地带粉砂含量高，多大于70％，与其有关的地区粉砂含量一般大于40％。

滦河口－曹妃甸沿岸粉砂含量低，小于30％，详见图3－11b。

c、粘土（＞8Φ）

粘土在区内的分布亦非常广泛，与粉砂一起在很多测站占沉积物组份的90％左右。

渤海湾是粘土的高含量区，粘土含量多大于45％，高者可达60％，滦河口－曹妃甸沿岸和黄河废弃河口三角洲小于30％，详见图3－11c。

d、中值粒经（MdΦ）

中值粒经（MdΦ）反映了沉积物粒度组成的总体特征，其等值线的分布和变化，表明沉积物粒度变化的趋势。

在本区，其分布与变化与