盖州滩沉积特征及其沉积动力学意义＊

陶常飞，亓发庆，王方旗，董立峰，吕京福

（国家海洋局 第一海洋研究所，山东 青岛266061）

盖州滩位于辽河（双台子河）口门外（图1），近南北走向，长13.5 km，最大宽度5 km，平面轮廓呈两端尖、中间宽的纺锤形，高潮淹没，低潮出露。滩顶表面覆盖砂质粉砂，边缘部分为砂和粉砂，其平均粒径为4.11，分选由好到差［1］。

盖州滩的形成主要是辽河及附近大凌河、小凌河等径流所携泥沙在河口海域沉积形成，其形成过程受河道变迁导致的的泥沙来源变化、辽东湾北岸流场结构等因素影响。利用研究区内的海洋油气资源开发过程中积累的大量钻孔、地球物理资料，筛选盖州滩不同区域的典型地球物理资料，以盖州滩晚更新统地层为研究对象，分析盖州滩地层沉积特征，研究盖州滩形成过程中的控制因素，为多年来关于辽东湾环流的争论提供地质意义的证据。

图1 研究区位置示意图Fig.1 Location of the sduty area

1 沉积环境演变

末次冰盛期以来，海平面上升后形成的环流结构、近现代时期辽河河口变迁是塑造盖州滩的主要因素。

1.1 末次盛冰期以来古环境演变

晚更新世的15～22 ka B.P.，属于末次冰期盛冰期，气候寒冷，海平面处于最低位置，海水退出渤海，辽东湾裸露成平原，发育大量古河道，沉积了渤海盆地的第二陆相层，由浅黄和黄色粉砂、粉砂质细砂和细砂组成。全新世冰后期，气候逐渐转暖，冰雪消融，海平面回升，发生海侵。大约在8.5 ka B.P.，海水侵入渤海和辽东湾；约在6～7 ka B.P.左右海水淹没到最大范围，此后海平面略有下降，但总体处于相对稳定状态，现今的海陆格局以及海洋流场结构形成［2］。

1.2 辽河河口变迁

海陆以及流场格局既已形成，泥沙入海口位置则成为控制塑造岸线形态、海底水深地形演变的又一重要因素。历史上，辽河河道经历多次变迁，尤其是近代以来，日益频繁的人类活动对辽河下游河道的变迁起到了重大影响，其中1894年的“减河”以及1958年的堵截外辽河便深刻的改变了辽河下游河道及河口地区的自然格局。

据《奉天通志》卷70载，清咸丰十一年（1861年）：“辽水盛涨，右岸冷家口溃决，顺双台子潮沟刷成新槽，分流入海，是为减河之起始…”。光绪二十年（1894年）疏浚开挖新河15 km，双台子河凿通，河水在盘锦湾入海。建国后1958年为了使辽河干流和浑、太河洪水能分别畅排入海，也为满足三岔河地区的排涝要求，在六间房堵截了外辽河，将辽河干流来水全部引向双台子河从盘山入海，辽河又完成一次大的西迁［3］（图2）。

谌艳珍等［3］对辽河口不同时期地形图、卫星遥感影像的研究表明（如图2所示），双台子河行水后，径流所携带大量泥沙在盘锦湾内沉积成陆，致使盘锦湾面积急剧缩小，并最终消失。入海泥沙在潮流作用下在河口地区快速堆积，形成诸多浅滩，盖州滩即是其中之一。至此，现今辽河河口地区地形、地貌格局基本形成。

图2 近百年来辽河口海岸线的变迁Fig.2 Century's changes of coastline of Liaohe Estuary

2 盖州滩浅层地层沉积特征

通过对辽河口海域大量的钻孔、地球物理等资料分析研究，并结合国内外学者的相关研究成果，盖州滩的晚更新统地层可划分为潮滩相、浅海相［1］。

潮滩相广泛出露于海底，厚度介于2～5 m，整体呈北厚南薄的趋势，即由盖州滩北部水深较浅处向南，随水深逐渐加大，厚度逐渐减小，特殊地貌区，如潮道，厚度较小，甚至缺失。该层沉积主要为青灰色、灰白色黏土质粉砂和砂质粉砂。声学剖面上反射能量强，沉积结构为水平平行层理或微斜层理，顶超于下覆浅海相地层。浅海相地层物质组成主要为青灰色粉砂质黏土和黏土质粉砂，以夹层及互层形式出现，厚度介于10～18 m。声学剖面上反射能量强，沉积结构为前积斜层理，主要表现S型层理和交错层理，总体倾角1°～2°，且不同层理间多呈斜交接触，说明地层在形成过程过程中径流输沙量在时间分布上不稳定。这与双台子河输沙量的年内分布不均、年际变化悬殊的特点相对应。双台子河口、盖州滩西侧层理倾斜角度较大，倾向E（图3a，剖面位置见图1）；至盖州滩东侧，沉积层理角度逐渐减小，且倾向因为盖州滩东侧大型潮道的存在而转向NE（图3b，剖面位置见图1）；盖州滩南侧区域斜层理倾角更小，一般小于1°，倾向亦随岸线变化而转向SE。

图3 盖州滩典型地层声学剖面Fig.3 The typical Sub-bottom profile of Gaizhou Shoal

3 盖州滩的沉积动力学意义

辽河口位于辽东湾顶部，平均潮差2.7 m，属中等潮差河口。与潮流相比，辽河口海域余流量值较小，但其具有单向流动的特征，故与河口和近岸水域的泥沙输运、地形塑造等关系密切。由于余流很弱，相应的环流也很弱。渤海表层层流受风的影响比较大，有时候环流也显得不稳定。但结合水文状况的分析，或用数值计算方法，一个相对稳定的弱的环流是确实存在的［5］，即辽东湾环流。

3.1 辽东湾环流的研究现状

“环流”系指一个海区气候式海流的平均状况，即构成该海区海水总循环的模式。早在1934年，日本学者宇田道隆就提出“黄海暖流余脉”经由渤海海峡北部进入渤海，向西可伸入到渤海西岸附近，遇到海岸受阻而分为南、北两支，其中北支沿渤海西岸北上进入辽东湾西岸，构成一个辽东湾内的顺时针式的环流。

图4 渤海环流示意图Fig.4 The ocean circulation in Bohai Sea

1958—1959年全国海洋调查也给出了相似的结论：由渤海海峡深人到渤海的高盐水，在绝大多数情况下分成南北两支，北支沿辽东湾西岸北上，而辽东湾的低盐水主要来自辽河口沿东岸南下，这样在辽东湾和渤海中部便形成一个顺时针向的环流。徐如彦等［6］根据渤海72个石油平台、站点测流资料的分析，发现辽东湾北部的顺时针向的涡旋运动，方越等［7］、赵保仁等［8］和黄大吉等［9］做运用数值模型对冬季渤海环流的生成机制进行了模拟，模拟结果表明，呈顺时针方向流动的环流确是存在的（图4），而且还认为该环流至少在冬季是风生的（如图4所示）。然而，近年来众多学者（梁书秀等［10］和王辉等［11］）对渤海余流的数值计算结果均显示辽东湾内的环流呈逆时针流动，与实测结果存在较大出入。江文胜等［12］通过分析人工水母在渤海夏季进行的底层环流的Lagrange观测，也认为在辽东湾有一个逆时针的环流。但至今关于辽东湾环流结构未得出一致结论。

3.2 盖州滩浅地层的沉积动力学指示意义

虽然对辽东湾环流的争论尚不明确，但是沉积物在余流作用下的扩散范围以及输运方向在地层中的记录可以为其提供证据。1894年双台子河凿通行水，大量泥沙在径流的携带下由双台子河口入海，在余流作用下悬浮泥沙自河口轴线向东偏移并逐渐沉积，形成盖州滩。盖州滩浅海相地层中的沉积层理倾斜特征清晰地记录了泥沙在盖州滩形成过程中的输运方向与路径。

盖州滩西侧，即双台子河口区域的浅地层声学资料显示，浅海相地层沉积层理倾向E（图3a），而盖州滩南侧区域的地层记录中斜层理倾向则转向SSE（图3b）。倾向的转变表明了泥沙在输运沉积过程中所受环境动力条件的改变。双台子河凿通行水之前，研究区内的泥沙主要来自于西侧大凌河和小凌河。两河入海泥沙中的粗粒组分在双台子河以西，主要是大凌河以西20 km岸段沉积，造成了该部分岸段岸线以150～350 m／a的速度向海淤进［13］；而细粒组分则在波浪、潮流、环流等作用下向东迁移，微弱的影响着双台子河口的沉积格局。1894年双台子河凿通行水，径流携带大量泥沙入海，泥沙入海后波浪、潮流等动力因素的作用下，自双台子河口向东输运，以粉砂为代表的粗粒物质经历较短距离即沉积，细粒沉积物保持悬浮状态而在潮流作用下缓慢而持续的向东迁移，至盖州滩东侧海域，因受岸线轮廓影响潮流流向转向东南方向，相应的余流流向亦向南偏转，细粒沉积物在南向流的作用下向南输运。

1968年，盘山闸建成，入海泥沙大部分在闸上河段淤积，加之同期水沙量偏枯，入海泥沙量骤减［3］，使得近50 a来，辽河三角洲前缘岸滩总体增长缓慢，并略有侵蚀［14］。例如，1978—1983年，盖州滩北端萎缩呈尖锥状，西侧冲刷，东南侧发生一定速度的堆积，整个沙体显示出向东南偏移的趋势［14］。这表明，泥沙入海量减少后，沉积环境发生改变，之前沉积形成的潮滩在波浪、潮流等动力条件的作用下发生垂向冲刷，部分细颗粒物质在水动力作用下会再次起动、向南输运至深水海域。这也与浅地层剖面揭露的盖州滩地层特征相吻合，即：盖州滩西侧（图3a）潮滩相与浅海相地层之间存在一不整合接触面，表明沉积过程的中断或沉积环境的改变，而盖州滩南侧（图3b）的地层剖面中仅揭露以前积层理为代表的浅海相地层，说明该区域沉积过程的连续性。此外，朱龙海通过对辽河口表层沉积物分析，发现盖州滩中部、东侧和西侧粒度百分累积曲线均为二段式，由跳跃和悬浮两部分组成，缺少滚动组分。其中，潮滩西侧，跳跃组分约占45%，悬浮组分占55%左右；潮滩中部，跳跃组分约占50%，悬浮组分占50%左右；潮滩东侧，跳跃组分约占40%，悬浮组分占60%左右［1］。表层沉积物不同组分在空间分布的变化规律亦反映出泥沙入海后的输运过程，即入海泥沙在自河口地区向东输运过程中粗粒成分的逐渐落淤致使跳跃组分质量分数相对减少，而细粒成分则在余流的作用下持续向东输运，表现为悬浮组分质量分数相对升高。

图5 渤海入海河流特征矿物分布Fig.5 Typical mineral distribution of main rivers flowing into the Bohai Sea

双台子河口沉积物的这一输运路径与辽东湾环流在该海域的运动方向相吻合，说明辽东湾内环流是沿顺时针方向流动的，至少是绝大多数情况下或泥沙运动净通量是呈顺时针方向运动。由秦蕴珊等给出的渤海各特征矿物分布图（图5）可知，辽河特征矿物钾长石主要分布辽东湾北部区域，并主要沿东岸向渤海南部输送［15］。这些特征矿物的分布范围同辽东湾环流的运动方向基本一致，也是辽东湾环流呈顺时针运动的有力佐证。至于钾长石在辽东湾中北部的广泛分布这一特征，可能与部分学者提出的辽东湾内存在2个次级环流的结论相一致，在此不做具体讨论。但是钾长石在辽东湾中南部仅呈带状分布于辽东半岛近岸海域，亦可支持辽东湾外缘整体环流呈顺时针流动的结论。

5 结 论

我们对前人的研究成果以及盖州滩典型位置浅地层剖面资料的进行了综合分析，研究结果表明，盖州滩的形成演化主要受入海泥沙以及海洋动力环境的影响。

1）自1894年双台子河口行水之始，大量泥沙由双台子河口入海，在潮流作用下在双台子河口快速沉积，形成具有前积特征的浅海相地层，盖州滩雏形基本形成；之后由于沉积物来源减少，该海域泥沙运动以海底泥沙再搬运为主，前期形成浅海相地层顶部遭受侵蚀，在波浪、潮流等因素的作用下，海底沉积物经历分选、搬运、再沉积的过程，形成潮滩相地层，顶超于下部浅海相地层。

2）盖州滩的平面分布特征及其地层中记录的沉积特征表明，入海泥沙在近岸余流作用下自双台子河口向东输运，至盖州滩东侧海域后受岸线轮廓影响转向南。这说明辽东湾北部海域余流呈顺时针方向流动的，至少是绝大多数情况下或泥沙运动净通量是由西向东运动。这可为当前关于辽东湾环流的争论提供佐证。

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