辽宁省海岸带主要河口区近百年沉积速率变化规律

邴智武

辽宁省地质矿产调查院，辽宁沈阳110032

辽宁省海岸带主要河口区近百年沉积速率变化规律

邴智武

辽宁省地质矿产调查院，辽宁沈阳110032

基于137Cs法和210Pb法的相互校验，利用13孔岩心663个样品，定量分析了辽宁省海岸带主要河口区近百年沉积速率变化规律.研究表明，辽宁海岸带不同地区、不同时间段沉积速率是不同的.辽河河口区沉积最快，为23.66 mm/a，属于中高速沉积区；辽西海岸带沉积最慢，且总的趋势是沉积速率逐渐减小.随深度增加，辽西海岸带沉积速率逐渐加大，辽东湾大辽河、大凌河入海口沉积速率出现多个峰值，辽东半岛黄海西北岸沉积速率则逐渐减少.

沉积速率；辽宁海岸带；河口区；近百年；137Cs法；210Pb法

0 引言

沉积速率是指单位时间内沉积物形成的厚度，是河口海岸沉积研究的一个重要方面.它能综合体现沉积过程的特征，是确定沉积环境的定量指标.长期平均的河口海岸区的沉积速率反映了河口海岸地质历史的形成和发育，而短期的平均沉积速率可以反映本区现代沉积动力以及水体与沉积物的交换过程［1］.

对不同时间尺度沉积速率的研究采用不同的研究和计算方法.在百年尺度的现代沉积速率讨论中，主要有137Cs法、210Pb法和沉积纹理计年法.137Cs是研究流域侵蚀和湖泊沉积的一个独特而有效的示踪剂，而210Pb是研究现代海洋沉积环境的沉积速率和沉积通量的一种比较理想的方法［2］.本文利用从渤海湾北部至辽东半岛黄海西北岸海岸带最新取得的沉积物柱状岩心，以百年为尺度，使用137Cs法、210Pb法分析辽宁省海岸带主要河口区的现代沉积速率，以期为探讨辽宁省近岸海区沉积环境变化、合理开发和保护自然环境提供科学依据.

1 沉积物样品采集与测试

辽宁省海岸带地处我国东北部，东临黄海，西临渤海湾，地理坐标：东经119°35′～124°30′，北纬38°40′～41°27′.海岸带水系具有海岸带陆地水文特点，即分布多条直接入海的河流.主要水系鸭绿江、大洋河、碧流河等注入黄海；辽河、大辽河、大凌河、小凌河和六股河等注入渤海［3-4］.

取样区位于渤海湾北部至辽东半岛黄海西北岸海岸带（见图1）.其中PS001、PS002、PS004位于锦州湾，PS011位于小凌河口，PS026位于大凌河入海沉积扇前缘，PS032位于辽河入海口，ZK03、PS041、PS042、PS044位于大辽河冲积扇，ZK01、ZK02位于丹东至庄河的北黄海海岸带上.

沉积物样品采用110 mm口径钻探采取，陆地及水下采取2 m，分4部分，装入110 mm口径，长50 cm的PVC管.水下取样岩心主要为灰色、灰黄色粗粉砂—细砂沉积物，有些岩心含有少量小的贝壳碎片.水上取样岩心变化较大，ZK01、ZK02以黏土为主，ZK03为粉砂质黏土，ZK04为细粉砂.

样品送中国科学院地质与地球物理研究所核素与14C年代实验室进行测量.仪器采用EURISYS®低本底光子（γ-ray）多道（214）能谱仪.测试方法：首先将岩心按1～2 cm间距分割、烘干，然后，将7～9 g的干燥样品装入内径为1.4 cm的塑料试管中，密封，20天以后在HPGe探头中测量约24 h以上，获得γ射线能谱.

2 计算研究方法

2.1 沉积物岩心中137Cs和210Pb浓度

对13孔岩心共计663个样品进行了γ射线能谱测量，分别获得了样品中137Cs、210Pb和226Ra核素的放射性活度.其结果具有如下特征：

（1）不同沉积物岩心中137Cs分布具有很大差别.首先，样品中137Cs浓度普遍较低，甚至低于仪器检出限，如PS035和ZK4岩心样品.而PS011岩心只有两个样品探测到少量的137Cs，其他岩心中137Cs也皆小于1 dpm/g.其次，137Cs在岩心中的分布深度不等，从数厘米到数十厘米不等.

（2）210Pb超额活度（210Pbex=210Pb-226Ra）严重偏低，少数岩心最高活度也只有3 dpm/g，而其他岩心最高活度一般小于1.5 dpm/g，ZK04岩心中几乎不含210Pbex.

（3）超额210Pbex主要分布在岩心80 cm的范围内，尽管其活度总体上随深度衰减，但是变化幅度较大，呈显著的锯齿状波动.

2.2137Cs事件年代和210Pb模式年龄

图1 研究区137Cs、210Pb采样点位图Fig.1 Sampling positions of137Cs and210Pb in the study area

沉积物中137Cs和210Pbex最初是从大气中沉降的.137Cs（半衰期为30.2 a）是人类活动释放到大气中的典型核素，主要来自于上世纪50-70年代地面核弹试爆和1986年切尔诺贝利（Chernobyl）核电站核泄漏事故对大气的释放.由于地面核弹试爆主要集中在1962～ 1964年期间，大气中大量的137Cs沉降同时出现在此期间，因此，沉积物中137Cs大量出现的峰值位置已被普遍视为1963/4年的精确时标.

210Pb（半衰期为22.3 a）由地表释放到大气的222Rn衰变而产生，因而在大陆近地表对流层大气中具有较高的浓度.尽管大气中210Pb的沉降在不同区域具有不同的通量，但对于特定的地区来说，长期的沉降通量平均值可视为常数.因此，沉积物中210Pbex的多少将依赖于沉积物沉积速率和时间.目前，运用210Pb定年主要有两个基本模式［5］：（1）初始210Pbex浓度恒定模式（CIC）；（2）210Pbex供给恒定模式（CRS）.CIC模式的假定前提是，沉积物沉积时单位质量沉积物携带和捕获的210Pbex数量恒定，沉积物剖面中210Pbex变化完全由依赖于时间的自身衰变引起，随深度呈单调下降的趋势，在沉积速率恒定时呈指数衰减.CRS模式的假定前提是，210Pbex沉积通量为一常数，沉积速率变化严重影响沉积物剖面中210Pbex浓度高低的变化，但沉积柱中210Pbex的总量始终是一常数.

根据210Pbex的变化特征，大部分岩心中210Pbex的分布不符合CIC模式年龄的基本条件，因此，采用的给出年代是结合137Cs峰值年代由CRS模式确定的，同时假定剖面中沉积物密度为一常数.对于既不含137Cs也不含210Pbex的岩心ZK04，其年代是根据放射性地层（226Ra）对比获得的.另外，单个样品给出的年代、误差（±1σ）和沉积柱顶部缺失的沉积物厚度为理论计算值，与实际可能存在一定的偏差.无疑年代可靠程度随误差增加而降低，但在1963年上下的年代是值得信赖的.

3 沉积速率及其变化规律

3.1 沉积速率沿垂向变化研究

本次沉积速率计算采用13个沉积样柱中226Ra、210Pb和137Cs活度（1 dpm/g=1/60 Bq/g）以及超额210PbexCRS模式年龄，用沉积厚度除以CRS模式年龄差值（相对时间间隔），得到此沉积段的沉积速率.

（1）辽西海岸带沉积速率变化特征（随深度增加而加大型）.从图2可以发现，近百年来总的趋势是沉积速率逐渐减小.其中PS001孔从老到新沉积速率共出现6个峰值，沉积速率依次为66.67、66.67、50.00、33.33、33.33、50.00 mm/a.PS003孔从老到新沉积速率共出现6个峰值，沉积速率依次为50.00、18.75、12.5、11.11、20.00、9.09 mm/a.PS004孔从老到新沉积速率共出现5个峰值，沉积速率依次为200.00、88.33、25.00、25.00、25.00 mm/a.

（2）辽东湾辽河、大凌河入海口沉积速率变化特征（随深度增加而出现多峰值型）.从图3可以看出，近百年来沉积速率呈现2～3期较快沉积时段.其中PS041孔从老到新沉积速率共出现3处较大峰值，分别为深480、230～210和 50～30 mm处，沉积速率依次为20.00、12.50和11.11～10.00 mm/a.PS042孔从老到新沉积速率共出现2处较大峰值，分别为深1060、600 mm处，沉积速率均为200.00 mm/a.PS044孔从老到新沉积速率共出现2处较大峰值，分别为深600、220～192 mm处，沉积速率依次为100.00、70.00 mm/a.比较特殊的是位于辽河口区的PS032样柱，沉积速率呈现二段式，推断与辽河上游拦河大坝有关.

图2 辽西海岸带沉积速率随深度变化曲线Fig.2 Curves of deposition rate by depth in Western Liaoning coastal zone

图3 辽东湾辽河、大凌河入海口沉积速率随深度变化曲线Fig.3 Curve of deposition rate by depth in the estuary of Liaohe and Dalinghe rivers

（3）辽东半岛黄海西北岸沉积速率变化特征（随深度增加而减少型）.图4可见，ZK01孔从老到新沉积速率共出现4处较大峰值，分别为深420、210、180～170和80～70 mm处，沉积速率依次为200.00、66.67、100.11～ 10.00和50.00 mm/a.ZK02孔从老到新沉积速率共出现3处较大峰值，分别为深640、400～380和160 mm处，沉积速率依次为200.00、50.00和100.00 mm/a.

3.2 沉积速率与年代变化研究

将本次13个沉积柱样所计算的沉积速率的高值点与年代相对应，列于表1.

从表中可以看出，近百年来，辽河河口区沉积最快，为23.66 mm/a，属于中高速沉积区；辽西海岸带沉积最慢，且总的趋势是沉积速率逐渐减小.

图4 辽东半岛黄海西北岸沉积速率随深度变化曲线Fig.4 Curve of deposition rate by depth in the northwestern shore of the Yellow Sea

分析各孔沉积速率随年代变化，位于辽西海岸带的3个沉积样柱，其沉积速率高值点相对出现于1898、1904～1905、1922～1925、1948、1951年.位于辽东半岛黄海西北岸的2个沉积样柱（ZK01、ZK02），由于ZK01孔沉积速率较快，其沉积速率高值点相对出现于1960、1980、1990、2000年；而ZK02孔则由于沉积相对缓慢，其沉积速率高值点最早出现于1930、1948年，最后为1960年.位于大小凌河冲积扇的2个沉积样柱（PS0011、PS0026），其沉积速率高值点相对出现于1930、1935～1937、1948～1950、1972～1974年.但此二地沉积速率高值点也有差异，表现为小凌河在1990、2000年均出现高值，但大凌河冲积扇不明显，而大凌河冲积扇在1910、1920年出现沉积速率高值.位于大辽河冲积扇的4个沉积样柱（PS041、PS 042、PS 044、ZK03）中，前3个在水中，仅ZK03位于陆上，其沉积速率高值点相对出现于1919、1960、2000年.但水下与陆上也存在差异，表现为陆上1960年以前沉积速率变化高值点不明显，而水下则从1891～2000年均有高值点的记录.

表1 辽宁海岸带沉积物近百年沉积速率及高值点沉积年代一览表

4 结论

利用从渤海湾北部至辽东半岛黄海西北岸海岸带最新取得的沉积物柱状岩心，以百年为尺度，使用137Cs法、210Pb法分析了辽宁省海岸带主要河口区的现代沉积速率.结果表明，辽宁海岸带不同地区、不同时间段沉积速率是不同的.辽河河口区沉积最快，为23.66 mm/a，属于中高速沉积区；辽西海岸带沉积最慢，且总的趋势是沉积速率逐渐减小.辽西海岸带沉积速率随深度增加而加大，辽东湾大辽河、大凌河入海口沉积速率随深度增加而出现多峰值，辽东半岛黄海西北岸沉积速率随深度增加而减少.

［1］王永红，沈焕庭.河口海岸环境沉积速率研究方法［J］.海洋地质与第四纪地质,2002,22（2）:115—120.

［2］张荣敏，张桂林.山东半岛近岸海区现代沉积速率分析［J］.海洋地质动态,2009,25（9）:15—18.

［3］陈曦，倪金，邴智武.辽宁省海岸线近百年变迁特征分析［J］.地质与资源,2011,20（1）:107—110.

［4］邴智武，陈曦，赵旭.辽宁省海岸带主要河口区一万年来沉积速率及海平面波动情况［J］.地质与资源,2013,22（5）:383—384.

［5］张瑞，潘少明，汪亚军，等.长江河口水下三角洲210Pb分布特征及其沉积速率［J］.沉积学报,2009,27（4）:704—713.

BING Zhi-wu

Liaoning Institute of Geology and Mineral Resources Exploration,Shenyang 110032,China

Based on testing and checking by137Cs method and210Pb method,this paper quantitatively analyses 663 core samples from 13 drill holes to study the deposition rate changes in the main coastal estuaries in Liaoning Province over a hundred years.The result shows that the deposition rates vary in different areas and times.The deposition rate of estuary of Liaohe River is the largest（23.66 mm/a）,belonging to medium-high rate deposition.The slowest rate is in the western Liaoning coastline,with gradually reducing trend.The deposition rate in the western Liaoning coast increases with depth.In Liaohe River of the Liaodong Bay and the estuary of Daling River,the deposition rate shows multi-peak.While in the LiaodongPeninsula on the northwestern shore ofthe Yellow Sea,the deposition rate reduces with depth.

deposition rate;Liaoning coastal zone;coastal estuary;last century;137Cs method;210Pb method

2015-01-28；

2015-12-11.编辑：张哲.

辽宁省海岸带地质环境调查评价项目（1212010540502）.

邴智武（1984—），男，工程师，从事水文地质方面的研究工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区宁山中路42号，E-mail//357097946@qq.com