江苏圆陀角附近潮滩表层沉积物粒度特征及其记录的海岸环境变化

谢 丽，张振克

河口海岸地处陆海交互地带，受陆地、海洋、大气三相交互作用，物质能量交换和信息传输丰富，沉积物组成和沉积环境变化复杂，是当前陆海相互作用（Land－ocean Interactions in the Coastal Zone，简称 LOICZ）研究的重要区域［1－3］。利用沉积物粒度等指标研究潮滩沉积环境变化是目前海洋沉积研究的热点课题［4］。

沉积物粒度可记录沉积环境、沉积物输移方式和气候演化的相关信息［5－7］。国内外对潮滩沉积体系的研究主要包括盐沼侵蚀陡坎的形成与演化［8］、潮滩植被的促淤消浪和湿地修复［9－11］、海平面变化、波浪和风暴潮等动力变化与潮滩冲淤变化的关系［12－15］、利用遥感等方法研究潮沟形态和潮滩地貌演化［16－18］等方面。圆陀角地处陆地和海洋交互地带，前人对江苏海岸沉积环境变化的研究较为深入，但对圆陀角附近潮滩沉积物及其指示的海岸环境变化并未进行精细、深入的研究。

本文选取圆陀角附近潮滩3个断面（yb1，yb2和yb3）的表层沉积物进行粒度分析，主要是用来研究恒大围垦海堤前潮滩、互花米草滩及其前缘和粉砂淤泥质光滩的沉积特征及潮滩表层沉积粒度记录的海岸沉积环境变化，可为研究本区域潮滩冲淤变化、海岸开发和滩涂围垦提供科学依据，具有重要的科学意义和经济意义。

1 研究数据与方法

1.1 研究区域概况

圆陀角位于江苏海岸东南角与长江北支岸线交互带，行政上隶属江苏启东市寅阳镇。该区域属于长江口北侧河－海相沉积平原，粉砂淤泥质海岸。季风气候特征明显，夏季炎热多雨，以东南风为主，冬季寒冷少雨，以偏北风为主。台风和寒潮是该地区主要的灾害天气系统。圆陀角附近海域平均潮差为2.5～4m，海洋动力以波浪、潮流和风暴潮为主［19］。

自20世纪50年代末修建海防公路以来，人类围垦活动不断加强，围垦海堤使圆陀角附近海岸线50年来向海推进了约6km，潮滩沉积环境发生很大的变化，特别是2006年修建的恒大围垦海堤，其前缘已达到平均海平面以下1～2m位置，对其南侧的圆陀角附近潮滩的冲淤变化影响深刻，形成一个泥质堆积中心（图1）。圆陀角附近潮滩主要由互花米草滩和粉砂淤泥质潮间带组成。

图1 圆陀角附近海岸环境和采样点位置

1.2 野外采样

2007年4月在圆陀角附近潮滩选择3个断面（yb1、yb2和yb3）采集表层样品（图1）。在圆陀角恒大集团围垦海堤前潮滩（即yb1断面），以20m间距采集24个表层沉积物样品，用于分析恒大围垦海堤前潮滩砂质海岸的沉积特征，24个表层沉积物样品编号为yb1－1—yb1－24。从圆陀角长江江堤达标纪念碑附近互花米草滩中的预制板小路东侧1.0～1.5m的距离开始，在互花米草滩中（即yb2断面），以40m间距采集9个表层沉积物样品，主要是用于分析圆陀角附近互花米草滩沉积特征，样品编号为yb2－1—yb2－9。在圆陀角恒大集团围垦海堤西南部互花米草滩前（水边线附近）至海堤前（即yb3断面），以60m间距采集13个表层沉积物样品，主要用于研究粉砂淤泥质光滩、互花米草滩及其前缘、海堤前潮滩沉积特征的差异，样品从水边线向海堤前编号顺序为yb3－1—yb3－13。所有表层沉积物样品均放在聚乙烯塑料袋中保存，运回实验室待测。

1.3 实验分析与计算

圆陀角附近潮滩表层沉积物样品粒度测量仪器为英国Malvern公司的Mastersizer2000型激光粒度仪，仪器测量粒径范围为0.01um～2000um，粒径间距为0.25Ф，粒级分辨率0.1Ф，重复测量的相对误差小于2%。表层沉积物样品测试前预处理步骤为：将2g左右的表层沉积物样品放于烧杯中，依次加入蒸馏水、10%过氧化氢和10%盐酸，分别去除样品中的盐分、有机质和碳酸盐，最后加10‰六偏磷酸钠充分分散，静置24小时，即可上机测试。测试流程如下：（1）用清水将仪器清洗3～5遍；（2）在烧杯中注入清水，开启激光粒度仪测量清水的背景值；（3）将混合均匀预处理样品加入测量烧杯中，用超声波震荡样品30s充分分散，形成均匀的悬浊液；（4）将步骤（3）的液体加入到烧杯中开始测量。3个断面表层沉积物样品粒度实验在南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室完成。

表层沉积物粒度参数的计算和分类参见文献［20］和 ［21］。

2 研究结果与分析

2.1 圆陀角恒大围垦海堤前潮滩yb1断面表层沉积物粒度特征

由图2可知，圆陀角附近潮滩恒大集团围垦海堤前潮滩yb1断面表层沉积物类型绝大部分为砂，其中砂含量为100%的表层沉积物样品数占总样品数的62.5%，除样品yb1－18砂含量为95.15%外，其它23个表层沉积物样品砂含量均超过97%；粉砂含量极少，粉砂含量的平均值为0.92%，最大值仅为4.3%；粘土含量最少，仅样品yb1－18粘土含量为0.55%，其它23个表层沉积物样品粘土含量均为0。圆陀角附近潮滩yb1断面粒度分析结果揭示了恒大围垦海堤前潮滩砂质海岸的特征。

图2 圆陀角yb1断面表层沉积物粒度组分变化

圆陀角yb1断面表层沉积物粒度参数计算结果（图3）表明：yb1断面表层样品平均粒径的范围在2.243～2.746Φ之间，平均值为2.448Φ，表层沉积物总体上呈现由岸向海变细的趋势。分选系数的最大值为0.988，最小值为0.405，平均值为0.563，分选程度属于好－较好，属于高能环境下分选的结果。偏态的变化范围为－0.094～1.426，平均值为0.423，除样品yb1－4和 yb1－19为负偏外，其它22个表层沉积物样品均为正偏，表明恒大围垦海堤附近潮滩主要为堆积环境，仅局部存在侵蚀现象。峰态最的大值为1.943，最小值为0.503，平均值为0.86，属于很窄－中等。表层样品的的分选系数、偏态和峰态的变化趋势较为一致，且波动变化较为明显，并均在样品yb1－18出现明显的峰值（图3）。

图3 圆陀角yb1断面表层沉积物粒度参数变化

2.2 圆陀角互花米草滩yb2断面表层沉积物粒度特征

圆陀角yb2断面9个表层沉积物样品粒度实验结果显示，yb2断面沉积物类型主要为粉砂，粉砂含量的范围是63.08～79.92%，平均值为73.19%；砂和粘土含量相对较少，其中砂含量的变化范围为3.66～26.57%，平均值为12.14%；粘土含量的最大值为17.31%，最小值为9.29%，平均值为14.66%，且靠近预制板小路附近的表层沉积物样品中砂含量较多，而离预制板小路较远的互花米草滩中表层沉积物样品中砂含量较少，粘土含量较多，可能主要受预制板小路附近人类活动的影响，导致预制板小路附近的表层沉积物相对较粗。yb2断面表层沉积物粒度揭示了粉砂淤泥质海岸的沉积特征。

图4 圆陀角yb2断面表层沉积物粒度组分变化

圆陀角yb2断面9个表层沉积物样品粒度参数计算结果（图5）表明，表层沉积物平均粒径的变化范围是5.314～6.449Φ，平均值为5.967Φ。分选系数的最大值为2.039，最小值为1.594，平均值为1.808，分选程度总体较差。偏态的范围为0.851～1.804，平均值是1.387，属于正偏－极正偏，指示圆陀角yb2断面附近潮滩为淤积环境。峰态和分选系数变化趋势较为一致，峰态的最大值为2.638，最小值为2.101，平均值为2.376，峰态宽。圆陀角yb2断面表层沉积物粒度参数揭示采样区域为细颗粒物质为主的沉积环境，这与作者野外观测到的互花米草滩不断淤积细颗粒物质相一致，说明分析结果可靠。

图5 圆陀角yb2断面表层沉积物粒度参数变化

2.3 圆陀角附近潮滩yb3断面表层沉积物粒度特征

圆陀角附近潮滩yb3断面表层沉积物粒度测试结果表明，yb3断面沉积物主要为粉砂，粉砂含量的最大值为79.55%，最小值为46.39%，平均值为69.62%。砂和粘土含量相对较少。其中砂含量的变化范围为1.65～48.95%，平均值为16.24%，变化较为显著；粘土含量的变化范围在4.66～20.05%之间，平均值为14.14%。以上粒度分析结果揭示yb3断面表层沉积物粉砂淤泥质潮滩特征，这与yb2断面分析结果基本一致。

由图6可知，圆陀角附近潮滩的yb3断面上，从水边线附近的光滩（yb3－1—yb3－3）到互花米草滩前 缘 （yb3－4—yb3－6）到 互 花 米 草 滩 （yb3－7—yb3－11）到海堤前潮滩（yb3－12—yb3－13），表层沉积物粒度变化较为明显，沉积物颗粒最细的为互花米草滩的5个样品，其次为粉砂淤泥质光滩的3个样品；花米草滩前缘的3个样品较粗，海堤前潮滩的2个样品最粗，尤其是海堤前的样品yb3－13，砂含量高达48.95%，而粘土含量仅为4.66%。

图6 圆陀角yb3断面表层沉积物粒度组分变化

圆陀角yb3断面表层沉积物样品平均粒径范围在4.454～6.775Ф，平均值为5.899Ф，越接近海堤，沉积物越粗。分选系数的最大值为2.006，最小值为1.468，平均值为1.761，分选程度总体较差，且离海堤越近分选程度越差，主要与海堤前滩面水动力条件更为复杂有关。峰态与偏态的变化趋势较为一致，峰态的变化范围在1.974～2.653之间，峰态宽；偏态的变化范围为0.964～1.86，平均值为1.384（图7），总体为正偏－极正偏，指示yb3断面附近为淤积环境，且越接近海堤，正偏数值越大，代表沉积物越粗，这与上述粒度变化分析结果相一致。

图7 圆陀角yb3断面表层沉积物粒度参数变化

3 讨 论

3.1 圆陀角附近潮滩表层沉积物粒度参数对沉积环境的指示意义

沉积物粒度参数在一定程度上可以指示沉积和动力环境的变化［22］。平均粒径往往可以指示动力环境的平均强度，动力条件强，沉积物较粗，动力条件弱，沉积物较细。分选系数一般可指示动力环境对碎屑沉积物的分选能力，其数值越大，分选性越差；数值越小，分选性越好。偏态可在一定程度上指示潮滩环境变化，偏态为正值代表堆积环境，正值越大，沉积物颗粒越粗；偏态为负值则指示侵蚀环境［23，24］。

圆陀角附近潮滩yb1断面表层沉积物平均粒径明显较yb3断面和yb2断面粗，说明yb1断面附近潮滩动力条件较强。圆陀角附近潮滩受长江北支径流、沿岸流、波浪和风暴潮等河海水动力的综合影响，动力环境非常复杂，因此潮滩3个断面的表层沉积物的分选性均较差。除表层沉积物样品yb1－4和yb1－19为负偏外，3个断面的其它表层沉积物样品均为正偏，指示圆陀角附近潮滩主要为堆积环境，仅局部地区为侵蚀环境，表层沉积物样品yb1－4和yb1－19出现负偏的主要原因可能是采样点位于潮水沟附近，较强的水动力增加了对潮水沟的侵蚀所致。圆陀角附近潮滩3个断面表层沉积物粒度参数变化均指示潮滩总体上属于淤积环境，仅yb1断面存在局部侵蚀现象。

3.2 圆陀角附近潮滩表层沉积物粒度记录的人与自然协同作用下的海岸环境变化

近50年来滩涂围垦等人类活动和风暴潮等自然因素均对圆陀角附近潮滩地貌演化产生了深刻的影响。互花米草是潮滩水体运动的阻碍物，潮流和波浪进入互花米草滩过程中，因植被对水流的阻挡，水动力大大减弱，从而产生了互花米草滩前缘粗化带；互花米草滩中因水动力大大被消弱，有利于细颗粒物质沉积，形成互花米草滩细化带，沉积物粒度明显比粉砂淤泥质光滩更细［25－27］。

基于野外考察和粒度分析结果，恒大围垦海堤的修建导致圆陀角附近海岸环境发生较明显的变化。恒大围垦海堤向海凸出（图1），受自北向南苏北沿岸流的影响，大量泥沙在海堤南侧的波影区沉积，形成泥质沉积区［25］。圆陀角表层沉积物yb2和yb3断面位于恒大围垦区南侧，表层沉积物类型主要为粉砂，体现了粉砂淤泥质潮滩的沉积特征。yb3断面表层沉积物样品yb3－4—yb3－6因采样点位于互花米草滩前缘粗化带，沉积物粒度明显比粉砂淤泥质光滩表层沉积物样品yb3－1—yb3－3和互花米草滩表层沉积物样品yb3－7—yb3－11更粗；表层沉积物样品yb3－12和yb3－13靠近海堤前潮滩，其水动力较强，叠加2007年3月4日南通附近海域发生的38年来最强的一次温带风暴潮的强烈影响，表层沉积物明显较粗。yb1断面附近潮滩已呈现出的砂质潮间带沉积特征（图1），可能受恒大围垦海堤和风暴潮的综合影响，海堤前水动力增强导致沉积物颗粒粗化所致。根据表层沉积物采样点与恒大围垦海堤及其南侧波影区的远近，3个的断面表层沉积物粒度由粗到细的顺序为：yb1＞yb3＞yb2。3个断面表层沉积物粒度变化体现了圆陀角附近潮滩沉积物对围垦、风暴潮和互花米草促淤的快速响应。

4 结 论

（1）圆陀角yb1断面粒度分析结果表明，恒大围垦海堤前潮滩表层沉积物绝大部分为砂，粉砂和粘土的含量非常少，体现了恒大围垦海堤前砂质海岸的沉积特征，其主要原因是海堤和风暴潮增加了堤前潮滩的水动力，粗颗粒物质因能适应高能环境得以沉积。yb1断面粒度参数计算结果揭示恒大围垦海堤前潮滩主要为堆积环境，仅在局部存在侵蚀现象。

（2）圆陀角yb2和yb3断面沉积物类型主要为粉砂，砂和粘土含量相对较少，体现粉砂淤泥质潮滩的沉积特征。yb2和yb3断面粒度参数计算结果指示采样点附近潮滩为淤积环境。

（3）圆陀角附近潮滩不同沉积区表层沉积物颗粒的粗细顺序是：海堤前潮滩＞粉砂淤泥质光滩＞互花米草滩。

［1］ Crossland C J，Kremer H H，Lindeboom H J，et al.Coastal Fluxes in the Anthropocene［M］.Berlin：Springer，2005.

［2］ Hansom J D.Coastal sensitivity to environmental change：A view from the beach［J］.Catena，2001，42（2－4）：291－305.

［3］ Syvitski J P M，Vörosmarty C J，KettnerA J，et al.Impact of humans on the flux of terrestrial sediment to the global coastal ocean［J］.Science，2005，308：376－380.

［4］ Morton B，Granham B.South China Sea［J］.Marine Pollution Bulletion，2001，42（12）：123－126.

［5］ Syvitski J P M.Principles，methods and application of particle size analysis ［M］.Cambridge：Cambridge University Press，1991.

［6］ Groger M，Henrich R，Bickert T.Glacial interglacial variability in lower North Atlantic deep water：inference from silt grain－size analysis and carbonate preservation in the western equatorial Atlantic［J］.Marine Geology，2003，201（4）：321－332.

［7］ 陈国成，郑洪波，李建如，等.南海西部陆源沉积粒度组成的控制动力及其反映的东亚季风演化［J］.科学通报，2007，52（23）：2768－2776.

［8］ Allen J R L.Evolution of salt－marsh cliffs in muddy and sandy systems：aqualitative comparison of British west coast estuaries［J］.Earth Surface Processes and Landforms，1989，14：85－92.

［9］ King S E，Lester J N.Pollution Economics：The value of saltmarshes as a sea defence［J］.Marine Pollution Bulletin，1995，30：180－189.

［10］ 任璘婧，李秀珍，杨世伦，等.崇明东滩盐沼植被变化对滩涂湿地促淤消浪功能的影响［J］.生态学报，2014，34（12）：3350－3358.

［11］ Pethick J.Estuarine and tidal wetland restoration in the U－nited Kingdom：policy versus practice［J］.Restoration E－cology，2002，10：431－437.

［12］ John P.Coastal management and sealevel rise［J］.Catena，2001，42 ：307－322.

［13］ 季子修，蒋自巽，朱季文等.海平面上升对长江三角洲和苏北滨海平原海岸侵蚀的可能影响［J］.地理学报，1993，48（6）：516－526.

［14］ 赵秧秧，高抒.台风风暴潮影响下潮滩沉积动力模拟初探——以江苏如东海岸为例［J］.沉积学报，2015，33（1）：79－90.

［15］ 张勇，虞志英，金庆祥.波浪作用下淤泥质潮滩剖面侵蚀过程的计算模式——以江苏北部淤泥质海岸为例［J］.海洋工程，1993，11：74－83.

［16］ 吴晓东，高抒.长江口潮间带九段沙浅滩潮水沟形态分析［J］.海洋学报，2012，34（6）：126－132.

［17］ 张忍顺，王雪瑜.江苏淤泥质海岸潮沟系统［J］.地理学报，1991，46（2）：195－206.

［18］ Xie L，Zhang Z K，Zhang Y F，et al.Sedimentation and morphological changes at Yuantuojiao Point，Estuary of the north branch，Changjiang River ［J］.Acta Oceanologica Sinica，2013，32（2）：24－34

［19］ 任美锷.江苏省海岸带与海涂资源综合调查报告［M］.北京：海洋出版社.1986.

［20］ Folk R L，Ward W C.Brazos river bar：a study in the signification of grain size parameters［J］.Journal of Sedimentary Petrology，1957，（27）：3－27

［21］ Mcmanus J.Grain size determination and interpretation.In：Tucker M ed.Techniques in Sedimentology ［M］.Oxford：Blackwell，1988.

［22］ 谢远云，李长安，王秋良，等.江汉平原江陵湖泊沉积物粒度特征及气候环境意义［J］.吉林大学学报（地球科学版），2007，32（3）：570－577.

［23］ Richard A S.On t he use of grain size analysis in Geomorphological studies［J］.The professional Geographer，1970，22（4）：200－203.

［24］ 弗里德曼，桑德斯.沉积学原理（中译本）［M］.北京：科学出版社，1987：82－87.

［25］ 张振克，谢丽，丛宁，等.近期长江北支口门圆陀角附近潮滩地貌动态变化［J］.地理研究，2010，29（5）：909－916.

［26］ Robert A M，James C G，Jeffrey G P.Meso－scale transfer of sand during and after storms implications for prediction of shoreline movement［J］.Marine Geology，1995，126：161－179.

［27］ 谢 丽，张振克，丛 宁，等.长江北支口门圆陀角附近潮滩沉积物粒度记录及其对环境变化的响应［J］.第四纪研究，2010，30（5）：984－993.