秦皇岛近海沉积物特征研究

李娜，刘建涛，任旭光，师沙沙

（河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛066001）

秦皇岛近海沉积物特征研究

李娜，刘建涛，任旭光，师沙沙

（河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛066001）

基于对秦皇岛洋河口附近海域海底439件表层沉积物、40件柱状样进行粒度分析，了解洋河口附近海域表层沉积物以及砂层分布情况，确定调查区内西南侧浅表层沉积物主要以细砂、中细砂为主，可作为海滩养护砂源；东北侧以粘土质砂和砂·粉砂·粘土为主，不适合直接用于海滩养护工程。

沉积物；粒度特征；海砂；秦皇岛

大规模的经济建设和沿海经济开发区的飞速发展，使砂的需求量大增，特别是2008年以来秦皇岛将侵蚀岸滩修复作为重要任务予以实施，岸滩修复工程的实施使海砂的需求量剧增[1-7]。同时陆地砂资源枯竭，尤其是沿海地区河道砂开采已引起了严重的环境问题，在这一形势下，近海海砂资源成为开发利用的新目标，海砂资源调查愈来愈引起重视。笔者对秦皇岛洋河口附近海域海底沉积物开展了调查研究，以期了解洋河口附近海域表层沉积物以及砂层分布情况，为秦皇岛近海砂矿资源开发利用提供一定的依据。

1 区域概况

秦皇岛市位于河北省东北部的渤海北岸，地处39°22′N～40°37′N，118°34′E～119°51′E。东北与辽宁接壤，西与唐山相邻，北连承德地区，南临渤海，万里长城横亘东西。西距北京270 km，西南距天津220 km，是北京的东大门，为东北与华北两大经济区的咽喉要道。秦皇岛是我国著名的旅游避暑胜地，山海关古长城被列为世界文化遗产；北戴河海滨有夏都之称。秦皇岛占据十分重要的地理位置，于1979年被国务院列为甲级对外开放城市，属国家44个重点风景名胜区之一，1984年4月又被国务院列为全国14个进一步对外开放的港口城市之一。

1.1 潮汐

区内潮汐系由太平洋潮汐传入引起的表动，由日月引力引起的潮汐占的比例很小。外海潮波通过渤海海峡进入渤海湾，遇岸反射形成沿岸波潮。人造河口至山海关附近沿岸水域为正规日潮，人造河口至滦河口为不正规日潮，秦皇岛沿海平均潮差0.75 m，高潮2.36 m。

1.2 潮流

潮流是与潮汐同时产生的周期性水平运动。潮流进入渤海后分支，一支流向辽东湾，另一支沿海岸线向西南，显示半日潮流性质。涨潮流向西南，落潮流为偏东北，流速1～2节（一节为0.51 m/s）。

1.3 波浪

海浪主要以风浪为主，涌浪次之，其海浪形式主要取决于风向。平均浪高0.4～0.6 m，最大浪高3.5 m。波浪周期平均为2.6 s。

1.4 海水温度

表层水温春季9.5～19.5℃，夏季26～27.5℃，秋季12～12.5℃，冬季0.7～-1.3℃。

2 表层沉积物特征

海底沉积物是在海洋水动力及物理化学和生物条件作用下，陆源及其他物质通过搬运、扩散，并在适当的环境中沉积下来形成的不同沉积物类型。本次调查在收集已有资料的基础上，通过表层沉积物取样、底质柱状取样，对研究区沉积物粒度特征进行全面调查并确定重点调查区域（图1），在重点区内进行加密测量；地形调查工作采用RTK与测深仪配合测量，通过陆地基站校正直接获取海底高程。表层沉积物取样通过蚌式取样器与锚式取样器配合完成，柱状取样通过振动式柱状取样器完成。共采集表层沉积物样品439件，柱状样40件（见图4），室内实验首先用烘干机进行烘干，样品中粒径大于0.063 mm的采用标准筛对其进行了筛选，对于粒径小于0.063 mm的用沉降法分析，最后用电子天平称出其不同粒径范围内样品重量，计算各部分的重量百分含量，并且据此做出了频率曲线和概率累积曲线。沉积物分类与命名参考《海洋调查规范》谢帕德三角图分类法，粒组含量〈20%的不参加命名，粒度参数用福克和沃德公式计算[8]。

图1 调查区位置

2.1 沉积物分布特征

调查分析发现本海域表层沉积物主要以细砂、细中砂、粘土质砂和砂-粉砂-粘土为主。具体见图2。分述如下：

2.1.1 细砂

调查区西南以及东南部出露，黄灰色，平均粒径Mz为2.26～2.99 Φ（0.13～0.21 mm）；分选系数σi为0.29～0.58，分选好或较好；偏态Sk为-0.19～0.09，属于负偏至近对称；峰态Kg为0.96～ 1.63，大部分属于中等至窄。频率曲线呈单峰或双峰状态（图3）。

图2 表层沉积物分布

2.1.2 细中砂

细中砂在调查区内分布最广，占近一半的调查区域，分布于调查区西侧10 m等深线以内，东南侧14～16 m等深线内。沉积物以细砂、中砂为主，其中中砂含量大于50%，细砂含量在35%左右，平均粒径Mz为1.64～2 Φ（0.25～0.32 mm），分选系数分选系数σi为0.45～0.66，分选好至中等；偏态Sk为-0.42～-0.12，主要为极负偏或负偏；峰态Kg为0.68～1.19，大部分属于中等至窄。频率曲线呈单峰或双峰状态。

2.1.3 粘土质砂

分布于调查区东侧等深线9～15 m的范围内，灰褐色，表层呈半流动状态。粒度组成以粉砂和粘土粒级为主（见图3），粉砂含量占50%以上，平均粒径Mz为6.73～7.68 Φ(0.005～0.009 mm)；分选系数σi为1.18～1.59，分选较差；偏态Sk为-0.56～-0.06，主要为极负偏或负偏；峰态为0.68～1.09，大部分属于中等。频率曲线呈单峰状态。2.1.4砂-粉砂-粘土

图3 沉积物概率累计及频率曲线

表1 沉积物粒度参数统计

此类沉积物为砂、粉砂和粘土三种组分混合而成，各种组分的含量均超过20%，但粒级局限在3.0 Φ以细粒组，主要分布于调查区东北侧8～12 m水深处。平均粒径Mz为5.05～5.81 Φ（0.018～0.030 mm）；分选系数σi为2.40～2.89，分选差；偏态SK为0.11～0.58，属于正偏或极正偏；峰态Kg为0.69～0.87，属于宽峰态。频率曲线呈双峰或多峰状态。

2.2 粒度参数分布特征

根据Fock-Ward粒度参数计算公式算出工区沉积物粒度参数。

2.1 平均粒径

平均粒径反映沉积物粒度平均值的大小，表明粒度分布的趋势。在区域上系统地研究平均粒径的变化情况，可以了解沉积物的来源和运移趋势以及沉积环境的变化。调查区海域以细中砂、细砂、粘土质粉砂、砂-粉砂-粘土为主，平均粒径介于1.64～7.68 Φ（0.005～0.321 mm），调查区西侧Φ值较小，沉积物较粗，东侧沉积物较细，平均粒径一般大于5 Φ。

2.2 分选系数

分选系数表示粒径频率曲线的扩散程度，反映沉积物的分选程度。工区海域沉积物分选系数介于0.29～2.89，其中细砂与细中砂区域分选较好，而粘土质粉砂与砂-粉砂-粘土区域分选差。

2.3 偏态

偏态是用以度量频率曲线的不对称程度指示沉积物粒径的平均值与中位数的相对位置的指标。Sk=0时曲线是对称的，平均粒径等于中值粒径；Sk〉0时曲线不对称呈正偏态，此时平均粒径大于中值粒径，表示此沉积物的主要粒级集中在粗粒部分，曲线粗粒端较陡，细粒端较平缓；Sk〈0时曲线不对称呈负偏态，此时平均粒径小于中值粒径，表示沉积物的主要粒级集中在细粒部分，曲线细粒端较陡，粗粒端较平缓。工区海域沉积物偏态介于-0.56～0.58，工区偏态大部分为负偏态，说明沉积物的主要粒级集中在细粒部分。

2.4 峰态

峰态是以累积频率曲线尾部展开的比例来表示的，用以表示累计频率曲线的峰凸程度，用来说明与正态分布曲线相比，时分布曲线峰的宽窄尖锐程度，反映水动力环境对沉积物的影响程度。在一般情况下，单峰式窄性曲线代表沉积物的组成比较集中或单一，往往有较好的分选性；而宽峰或多峰曲线则代表层沉积物比较混杂，环境对其改造不充分，从某种意义上来说，说明双向水流的存在。工区海域沉积物峰态介于0.68～1.63，大部分海域峰态介于0.81～1.09，峰态为宽至中等。

3 浅层沉积物层序特征

柱状样所揭露的地层主要为细砂、中砂、粉砂质粘土和粘土质粉砂，沉积物表层大多有1～2 cm的灰色薄层浮泥，含水量大，呈半流状态，向下为灰黄色细砂或者中砂，砂层向下为灰褐色的粉砂质粘土和粘土质粉砂互层，具体见表2、图4。

4 结论

（1）洋河口附近海域表层沉积物主要以细砂、中细砂为主，仅在海域东北侧存在粘土质砂和砂-粉砂-粘土；

（2）通过柱状样分析可知，海底0～1 m范围存在较好的砂层，其分布规律与表层沉积物分布相近，砂层向下主要为灰褐色的粉砂质粘土和粘土质粉砂互层；

图4 柱状取样工程布置及成果

表2 部分柱状样岩性

（3）目前，海砂主要用于建筑业、围填海工程和海滩养护等，调查区海域浅地层主要以粘土质粉砂、粉细砂、细砂以及粗砂为主，从区域划分来看，调查区西南部细砂、中细砂矿体较多，可作为海滩养护砂源，而调查区东北则以粘土质粉砂以及砂-粉砂-粘土矿体为主，不适合直接用于海滩养护工程。

[1]包敏.人工养护后海滩地貌及沉积特征研究——以北戴河西海滩为例[D].青岛：中国海洋大学，2010.

[2]包敏，王永红，杨燕雄，等.北戴河西海滩人工养护前后沉积物粒度变化特征[J].海洋地质动态，2010，26（9）：25-34.

[3]刘修锦，王永红，杨燕雄，等.海滩养护后剖面变化过程研究——以北戴河西海滩和中海滩为例[J].海洋地质前沿，2013，29（2）：53-61.

[4]刘建涛，刘会欣，杨燕雄，等.北戴河人工喂养海滩的演化特征[J].海洋地质前沿，2013，29（2）：37-44.

[5]谢亚琼，刘松涛，刘冀闽，等.秦皇岛金梦海湾海滩生态修复设计[J].海洋地质前沿，2013，29（2）：79-86.

[6]刘建涛，刘修锦，赵友鹏，等.北戴河中海滩二浴场养滩效果分析[J].海洋地质前沿，2014，30（3）：56-63.

[7]邱若峰，庄振业，赵友鹏，等.海滩养护的功效和寿命——以北戴河海滩养护工程为例[J].海洋地质前沿，2014，30（3）：26-33.

[8]国家海洋局第二海洋研究所.GB/T 12763.9—2007海洋调查规范海洋地质地球物理调查[S].北京：中国标准出版社，2007.

（编辑：程俊）

A Study on Characteristics of Deposit Sediments in Qinhuangdao Offshore

Li Na,Liu Jiantao,Ren Xuguang,Shi Shasha
（Qinhuangdao Mineral Resource and Hydrogeological Brigade,Hebei Geological Prospecting Bureau, Qinhuangdao Hebei 066001,China）

Based on the analysis on the grain size of 439 surface sediments and 40 columnar sediments near the Yanghekou,Qinhuangdao,the distribution of surface sediments and sand layers near Yanghekou were concluded,and it was found that the surface sediments in the southwest of the investigation area were mainly composed of fine sand and medium sand,which can be used as beach nourishment,the surface sediments in the northeastern are mainly composed of the sandy soil and sand·silt sand·clay,not suitable for direct beach nourishment.

sediments,grain size characteristics,marine sand,Qinhuangdao

X37

A

1008-813X（2017）04-0057-05

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.04.15

2017-03-30

河北省国土资源厅项目《秦皇岛海滩整治修复工程监测与后评估》（2014993344）

李娜（1977-），女，河北徐水人，毕业于石家庄经济学院资源勘查工程专业，助理工程师，主要从事海洋地质方面的工作。