广东川山-阳江海区海岛潮间带表层沉积物粒度特征与沉积环境的关系

任品德，李涛，李团结，欧阳秀珍

（1.国家海洋局南海工程勘察中心，广东 广州 510300；2.广州海洋地质调查局，广东 广州 510760）

沉积物的粒度分析对于研究沉积物的来源、运移机制，了解沉积环境具有十分重要的意义。沉积物颗粒大小受流水营力的控制，粒度分布特征受物源和沉积水动力环境控制。从沉积物的粒度特征中能提取沉积环境的有关信息，或进行沉积环境的辨识（Visher et al，1969；Friedman et al，1979；MeLaren et al，1985；张存勇 等，2009），而利用沉积物参数特征探讨水动力环境使得定量研究沉积物粒度与水动力的关系成为可能（王伟等，2009；杨世伦，1994）。潮间带是指大潮期最高潮位和最低潮位之间的海岸，其上生物资源丰富，也是人类经济活动较为频繁的区域，对潮间带沉积过程和沉积环境的研究对潮间带资源环境的保护意义重大。本文综合利用粒度参数特征、粒度分布和多元统计分析结果来探讨川山—阳江海区诸海岛潮间带表层沉积物的运移方式和沉积环境。

1 研究区概况及分析方法

1.1 研究区概况

川山—阳江海区位于东经113°05′-111°25′，全区海岛以基岩海岛为主，面积在500 m2以上的海岛164 个（据广东省908 海岛调查数据），多数海岛分布在水深10m 以浅，研究区内海岛处于热带至亚热带气候带，受东亚季风影响，属季风性和海洋性气候。流入海区的河流主要是漠阳江，此外还有一些短小的山溪河流。受广东沿岸流西南行的影响，海水中悬沙量较高。潮汐类型属不规则半日潮，潮差在1.12～1.48 m（广东省海岛资源综合调查大队等，1993）。潮流性质为不规则全日潮流，受海岸和海岛地形影响，潮流运动形式多样。

1.2 分析方法

分析样品来自川山—阳江海区上川岛、下川岛、大襟岛、漭洲、盘皇岛、海陵岛和丰头岛等7个海岛。2007年12月-2008年6月在7 个海岛潮间带上共布设42 条调查剖面，分别编号1-42，采集高、中、低潮表层样品（每条剖面3 个样品），共计126 个样品，采样剖面编号示意图见图1。沉积物样品均用采样勺采集，为保证粒度分析的有效性，所有沉积物样品都在低潮剖面出露时采集，并控制在表层下0～10 cm 深度范围内。室内分析流程如下：首先利用筛析法分析大于0.063 mm 的粗颗粒物不同粒级的含量，将小于0.063 mm 的细颗粒物置于烧杯中，加入15 mL 3%的双氧水浸泡24 h，去除有机质，然后加入5 mL 3 mol/L 的稀盐酸浸泡24 h，去除沉积物中的钙质胶结物及生物贝壳，其后将样品进行反复离心、洗盐直至溶液呈中性为止。处理后的样品经超声波振荡分散后上机测试。粒度分析使用的仪器为英国Malvern 公司生产的Mastersizer 2000 型激光粒度仪，测量范围为0.02～2 000 μm。粒级统一使用尤登—温德华氏等比值粒级标准表示，中值粒径（Md）、标准偏差（σi）、偏态（Ski）、峰态（Kg） 等粒度参数采用Folk—Ward 图解法公式进行计算（Folk，1966；成都地质学院陕北队，1978）。

图1 川山—阳江海区海岛潮间带表层沉积物剖面编号

2 结果与讨论

2.1 沉积物命名

研究区沉积物的分类和命名采用Folk 等（1970） 的沉积物粒度三角图解法对不含砾和含砾沉积物分别命名。根据Folk 沉积物分类结果，研究区潮间带不含砾沉积物主要为砂和粉砂质砂；含砾沉积物主要为砾质砂，其次为含砾泥质砂和含砾砂。粉砂质砂主要发现于中潮带和低潮带，高潮带沉积物类型基本为砂。含砾泥质砂和含砾砂主要发现于中潮带和低潮带，高潮带主要沉积物类型为砾质砂（图2）。

图2 川山—阳江海区海岛潮间带表层沉积物福克分类三角图

2.2 表层沉积物粒度参数特征

沉积物粒度参数的计算，Folk—Ward 公式物理意义明确，精确度很高，应用最为广泛（Folk et al，1970；贾建军 等，2002）。计算的结果表明（图3） 研究区潮间带表层沉积物阳江—川山海区表层沉积物中值粒径介于-1.5Ø ～7.52Ø 之间，平均1.9Ø，大多数沉积物中值粒径分布在1.5Ø ～3.5Ø之间，核心频率位于2.5Ø 附近；沉积物分选系数介于1.23～11.13 之间，平均2.81，大多数沉积物分选系数分布在2～4 之间，核心频率位于2.3 附近；沉积物偏态介于-1.16～1.22 之间，平均0.13，大多数沉积物偏态分布在-0.1～-0.3 之间，核心频率在0 附近；沉积物峰态介于0.3～3.47，平均1.4，大多数沉积物峰态分布在0.4～1.8 之间，核心频率位于0.5 附近。

2.3 表层沉积物粒度频率曲线与概率累积曲线

川山—阳江海区海岛表层沉积物的粒度频率曲线以单峰态为主，双峰态次之，剩余少数为三峰态。单峰态和双峰态对应的概率曲线基本为三段式。其中三段式对应的沉积物类型主要有砂、粉砂质砂、砾质砂和砂质砾等；二段式对应的主要沉积物类型以砂、粉砂质砂和砾质砂为主。一段式对应的主要沉积物类型包括粉砂、砂质粉砂等。典型粒度频率曲线与概率累积曲线见图4。

三段式主要由跃移组分和悬移组分组成，普遍缺乏滚动组分，从跃移组分延伸的情况看，即使存在滚动组分，其含量一般在1%～2%以下；跃移组分具有明显的两段式特征；粗细两段的截点位于4Ø～6Ø 之间；粗粒段的斜率明显大于细粒段，即粗粒段分选比细粒段好。这反映了潮间带双向流沉积作用，粗粒段代表动力较强的涨潮流沉积，细粒段代表动力较弱的落潮流沉积（梁百和 等，1985）。悬移组分斜率明显地小于跃移组分，其含量一般在10%以下，跃—悬移组分分界点一般位于6Ø～8Ø 之间。

两段式主要由跃移组分和悬移组分组成，其截点变化区间较宽（一般介于2Ø～4Ø）。截点的大小可以反映搬运介质的扰动强度，强度高的在较粗粒度上发生截断。总的来说，从截点区间来看，调查区二段式曲线所对应沉积物搬运强度为中等。

图3 川山-阳江海区海岛潮间带表层沉积物平均粒径、分选系数、偏态和峰态频率分布图

一段式由单一的直线段组成，说明粒度分布为一个正态分布，故属一种方式搬运，这种直线的斜度都小于50°，在宽的区间内延伸。本类曲线可能代表水速及密度均较大，全部沉积物均呈悬浮负载。

沉积物概率累计曲线反映了沉积物主要搬运沉积方式，以上川岛、下川岛和海陵岛为例，上川岛迎浪面潮间带（剖面1-3，14，15） 沉积物基本为二段式，背浪面潮间带（剖面4-13） 沉积物以三段式为主，少量一段式；下川岛迎浪面潮间带（剖面19-23） 沉积物二段式与三段式各占一半，背浪面潮间带（剖面16-18，24，25） 沉积物以二段式居多，三段式略少于二段式；海陵岛迎浪面潮间带（剖面30-33） 沉积物以三段式居多，二段式少于三段式，背浪面潮间带（剖面34-39） 沉积物大多数为三段式，仅少量二段式和一段式。各岛迎、背浪面沉积物搬运方式的差异可能与海岛地形地貌有关。如下川岛迎、背浪面潮间带沉积物搬运沉积方式基本一致，可能因为上川岛有效地遮挡了以西南向为主的海流。海陵岛与上川岛背浪面潮间带沉积物搬运沉积方式基本一致，可能因为这两个岛的背浪面都面向较大的海湾，水动力条件相似；而两个岛迎浪面潮间带沉积物搬运沉积方式不同，可能因为上川岛东面较大的海岛—乌潴洲对西南向海流有阻挡作用。

不过，由于广东省潮滩发育很窄，不能反映高潮带、中潮带和低潮带的水动力以及沉积搬运方式空间上的变化。

2.4 表层沉积物粒度聚类分析和因子分析

2.4.1 聚类分析

为分析表层沉积物的粒级组成及其相互关系，对研究区海岛潮间带表层沉积物粒度数据进行了R型聚类分析和R 型因子分析。根据沉积物Ø 粒度聚类分析（图5），14 个粒级基本可划分为4 组：2Ø、＜-1Ø～1Ø、3Ø～4Ø 和5Ø ～＞11Ø。根据相关性又可以将粒径分为两组（表1）：一组为细颗粒组分（5Ø～＞11Ø），另一组为粗颗粒组分（＜-1Ø～4Ø）。其中，细颗粒组分之间的相关性较大，该粒径范围代表粉砂和粘土；粗颗粒组分之间的相关性较小，该粒径范围代表砾石和砂。此外，粗颗粒与细颗粒组分之间的相关性也较小。

推测粉砂和粘土为沉积物中的悬移（包括递变悬移和均匀悬移） 组分，系弱水动力沉积的产物，含量较稳定，因此相关性也很大。砾石和砂为沉积物中的推移组分，在机械搬运和沉积作用过程中，一般呈侧向加积，系较强水动力沉积的产物，可能由于海滩受海水作用而被扰动，再沉积过程中，粗粒物质来不及分异，而混杂在一起，含量变化较大，因此相关性也较小。

图4 湛江海岛潮间带表层沉积物典型粒度频率曲线与概率累积曲线

2.4.2 因子分析

对研究区海岛潮间带表层沉积物粒度数据进行R 型因子分析（表2），结果表明因子1 特征值比例占49.89%，因子2 特征值比例占16.88%，因子3 特征值比例占14.39%，因子4 特征值比例占7.84%；前4 个因子特征值比例累计占89%。

因子1 主要由5Ø ～＞11Ø 的正载荷组成，该粒径范围对应粉砂和粘土组分；因此，因子1 在粉砂和粘土上有较大的正载荷。从因子载荷图（图6）上来看，该粒径范围以悬移沉积为主，包含了均匀悬移和递变悬移沉积。

因子2 主要由0Ø～1Ø 的正载荷和3Ø 的负载荷组成，该粒径范围对应粗砂和中砂组分；因此，因子2 在粗砂上有较大的正载荷，在中砂上有较大的负载荷。从因子载荷图（图6） 上来看，正载荷代表以推移沉积为主，负载荷代表以跃移沉积为主。

图5 川山—阳江海区海岛潮间带沉积物粒度R 型聚类分析

表1 川山—阳江海区海岛表层沉积物各粒级相关系数

表2 川山—阳江海区海岛潮间带表层沉积物粒度方差极大旋转因子载荷

因子3 主要由＜-1Ø 的正载荷组成，该粒径对应砾石组分，因此，因子3 在砾石上有较大的正载荷。从因子载荷图（图6） 上来看，该粒径范围以推移沉积为主。

因子4 主要由4Ø 的正载荷组成，该粒径对应于细砂组分；因此，因子4 在细砂上有较大的正载荷。从因子载荷图（图6） 上来看，该粒径范围以跃移沉积为主。

分析表明，5Ø～＞11Ø 组分仅由单个因子（因子1） 控制，该粒径范围对应细颗粒物，在沉积物中含量稳定，沉积物沉积方式单一。＜-1Ø～4 组分由多个因子（因子2-因子4） 共同控制，该粒径范围对应粗颗粒物，组分混杂，在沉积物中含量不稳定，沉积物沉积方式多样。因子3 和因子4 各代表一种沉积方式：推移和跃移，因子2 则代表两种搬运方式的结合。从因子所对应的粒径来看，沉积物中最粗的组分只能通过推移方式沉积，而较粗的组分则能以推移和跃移两种方式沉积。

3 结论

（1） 粒度概率累积曲线反映出3 类水动力环境：第一类曲线为三段式，搬运方式包括悬移和跃移，跃—悬移分界点为6Ø～8Ø，由于潮间带双向流沉积，根据水动力强弱，分为两段，截点为4Ø～6Ø；第二类曲线为二段式，搬运方式包括悬移和跃移，跃—悬移分界点2Ø～4Ø，反映的沉积物搬运强度中等；第三类曲线为单一直线段，水动力强，仅悬浮一种搬运方式。第一、二类曲线代表强、弱水动力共同作用的沉积；第三类曲线为单一强水动力沉积。

图6 川山—阳江海区海岛潮间带表层沉积物粒度因子载荷图

（2） 粒度R 型聚类分析结果表明弱水动力沉积的细颗粒物含量稳定，不同粒级间相关性大；强动力沉积的粗颗粒物由于海水扰动，含量变化大，不同粒级间相关性小。

（3） 从粒度R 型因子分析来看，因子1 由5Ø～＞11Ø 的正载荷组成，以悬移为主；因子2 主要由0Ø～1Ø 的正载荷和3Ø 的负载荷组成，正载荷代表推移，负载荷代表跃移；因子3 由＜-1Ø 的正载荷组成，以推移为主；因子4 由4Ø 的正载荷组成，以跃移为主。因此，悬移对应的粒径为5Ø～＞11Ø；推移对应的粒径为＜-1Ø～1Ø；跃移对应的粒径为2Ø～4Ø。

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