象山近海表层沉积物特征及成因

Characteristics and Sedimentary Origin of the Surface Sediment in the Xiangshan Offshore Area

摘要: 根据象山近海沉积物现场地质采样和粒度分析成果，对其特征和成因进行了探讨。结果表明，研究区表层沉积类型以粘土质粉砂为主，砂、粉砂和粘土粒级含量分别为5%~10%、65%~75%和20%~25%，平均粒径大多数在6.00 φ~7.00 φ (0.016~0.008 mm)之间，分选较差。沉积物由近岸到外海呈现粗–细–粗的总体分布格局，西北近岸海域沉积物类型变化稍大，东南侧外部海域沉积物较为统一。频率曲线呈弱正偏态到常态，峰态较宽平的单峰型为主，峰值在4 φ~7 φ之间。概率曲线可分2~4段。沉积动力分区图显示水动力条件较弱。粒级–标准差曲线识别出四个峰值区，6 μm和29 μm附近峰值突出，说明研究区沉积物主要来源于长江入海物质向南输运沉积；460 μm和1 μm附近峰值较弱，分别代表本地海岸岛屿侵蚀物质和外海物质漂移的影响。

Abstract: According to the data of grain size and characteristics of the surficial sediments in the Xiangshan offshore sea area, the type, distribution pattern and possible origin of the surface sediments are discussed. Surface sedi-ments are mainly clayey silt, in which the sand, silt and clay particles portions weight 5%~10%, 65%~75% and 20%~25%, respectively. With mean diameter of about 6.00 Φ~7.00 Φ (0.016 mm~0.008 mm, fine silt), stand deviation coefficient of about 1.60 Φ~2.10 Φ, frequency analysis displays poor sorting and weak-positive skewness with one-dominant peak value (4 Φ~7 Φ) curve. Probability distribution may be discerned 2~4 sections represented as rolling, skip and suspended sediment transportationpatterns. The Pejrup ternary diagram for sedimentary environment classi-fication shows a weak dynamics condition. Distinguished the environmental sensitive groups from the sediments by particle size standard deviation method, the dominant deposits is silt which is widespread in subaqueous delta and adjacent sea areas transported by modern coastal currents systems, while the coarse sandy and fine muddy components show the influence of local lands-islands erosion and marine transportation.

1. 引言

近岸海域的沉积物是海洋开发利用和工程建设的载体，其类型、分布特征反映了海域水动力条件、海底地形地貌等沉积环境因素的影响 [1] [2] ，通过对海域表层沉积物采样分析，可以了解海域沉积物特征，并在一定程度上推测其搬运沉积过程及其变化，评估现状工程条件和影响因素。

象山近海处于浙江中部近岸开阔海域(图1)，位于宁波地区以东和舟山群岛以南。主要来自长江入海物质南向运移沉积形成浙闽泥质区 [3] ，研究区位于该区域内；同时，来自附近杭州湾、宁波和舟山地区的泥沙以及外海物质也必然会对研究区表层沉积物造成影响。研究区外侧为泥沙混合沉积和东海残留砂质沉积 [4] ，内侧为海岸基岩或潮滩沉积。沿岸人类活动和工程建设较多，受潮流、波浪、风暴以及沿岸流等水动力条件的影响，沉积物类型分布和成因来源也较为复杂。2007年宁波市海洋环境监测中心对研究区附近海域进行了调查研究，发现沉积物以泥质为主，局部的水动力条件较为复杂 [5] ，郭志刚等通过表层细粒级沉积物的级配参数的特征分析了其环境意义 [6] ，很多学者根据沉积物粒度特征，建立粒径趋势分析模型，探讨了区域性的沉积物宏观输运格局 [1] [7] ，这些研究揭示了大区域沉积物的总体特征，而研究区处于相对开放的近海海域，既受到沿岸流驱动的大区域沉积物搬运沉积模式的控制，又很大程度上受到近岸的潮汐、波浪等复杂水动力条件的影响，海底表层沉积特征及其成因的研究不够深入。

本文根据2022年表层沉积物测试分析资料，分析象山近海海域沉积特征、来源及影响因素，为该区域海洋工程建设和海洋管理提供资料和依据。

2. 样品采集和测试

沉积物来源于浙北海域海洋生态环境监测2022年8月航次和2022年9月海上风电调查项目。共选取其中56个站位表层沉积物样品分析资料(图1)。研究区表层沉积物沉积速率约为1 cm/年 [7] ，沉积物采样的具体层位和扰动情况可能会对分析造成影响。现场使用静力取样器采原状样，去除浮泥，四分法取最表层(0~2 cm)的样品，保证样品的代表性，并严格按照规范的要求置于聚乙烯袋中密封冷藏保存运输至室内实验室 [8] 。

Figure 1. Investigated area and sampling position

图1. 研究区域位置和采样站位

样品的测试分析在宁波海洋环境监测中心站实验室使用激光粒度仪完成。近海的细粒沉积物由于含有有机质、盐分和颗粒的絮凝作用，在使用激光粒度仪进行粒度分析时会对测试结果造成影响 [9] ，因此需要进行前处理。使用双氧水和稀盐酸去除沉积物中的有机质和贝壳碎屑，使用蒸馏水洗去盐分。加入分散剂六偏磷酸钠溶液静置，上机测试前使用超声波振荡15分钟，使沉积物颗粒充分分散。粒度分析使用英国Malvern公司生产的Mastersizer 2000型激光粒度仪进行，采用平行样品进行质量控制，平行样误差小于5%。采用等比Φ值粒级标准(Φ = −log2D，D为用mm表示的粒径值)表示测试结果各粒级含量分数 [8] 。采用三角图对沉积物分类命名，图解法进行粒度参数的计算。

3. 结果与讨论

3.1. 沉积物粒度分布特征

根据测试结果，研究区表层沉积物以粘土质粉砂(YT)为主，西侧近岸个别站为粉砂质粘土(TY)，北部有个别站位为粉砂(T)。粉砂(T)粒级(4.00~8.00 φ，0.063~0.004 mm)含量一般为65%~75%，平均68.2%，砂(S)粒级(<4.00 φ，>0.063 mm)含量一般5%~10%，平均8.2%，粘土(Y)粒级(>8.00φ，<0.004 mm)含量15%~45%，平均23.6%，平均粒径(Mz)大多数在6.00~7.00 φ (0.016~0.008 mm)之间，平均6.6 φ。根据粘土含量和平均粒径(φ值)分布(图2)，沉积物由近岸到外海呈现粗–较细–粗的总体分布格局，近岸沉积物类型变化稍为明显，东南侧外部海域沉积物较为统一。

3.2. 粒度参数和沉积动力特征

研究区西部和北部近岸靠近陆地和北部舟山群岛各水道，西北部为象山港口门，中部为韭山列岛，地形地貌和水动力条件比较复杂，沉积物成分变化比较大。从西北侧到东侧，粗粒的砂含量逐渐减少，粘土含量逐渐增加，沉积物分选逐渐变好。沉积物的典型频率曲线形态多呈双峰型(图3)，峰值在3~6 φ之间，弱正偏态到常态较常见，概率曲线(图4)上有两段跃移段，截点4 φ左右，悬移段以及部分样品推移段也比较明显，截点分别在2 φ和9 φ左右，说明沉积物可能有多个来源，成因较为复杂。

东南部开阔海域表层沉积基本上为分选较好的粘土质粉砂，呈现峰态较尖的单峰型频率曲线(图3)，在4~7 φ之间取得峰值粒径。沉积物质量分数累积概率曲线呈现2~4段形式，跃移组分为两段，大致相当(图4)，截点4φ左右，悬移段较弱，推移段更弱，这些特征与长江入海泥沙形成的现代水下三角洲沉积以及浙闽泥质带沉积相似 [2] [6] ，表明长江入海物质在研究区沉积物来源中起控制作用。

Figure 2. Distribution of clay particle percentage (%) (A) and mean grain-size (Φ) (B) of the surface sediments in the study area

图2. 研究区表层沉积物粘土颗粒含量(%)分布(A)和平均粒径(φ值)分布(B)

Figure 3. Sediment frequency curves of the surface sediments in the study area

图3. 研究区表层沉积物频率曲线

Figure 4. Sediment accumulation-frequency curves of the surface sediments in the study area

图4. 研究区典型表层沉积概率曲线

研究区表层沉积物按照各粒组含量投射到Pejrup动力分区图上，结果显示沉积物基本上落在III-C区内(图5)，表明研究区沉积的水动力条件流动性不是太强 [10] ，而介质紊动性较强，这可能是由于研究区处于近岸海域，受到多种水流、波浪等动力条件的影响，造成沉积物质的紊动。

Figure 5. Sedimentary environment dynamic partition of the surface sediments in the study area

图5. 研究区表层沉积物沉积环境动力分区

3.3. 沉积环境和物源成因分析

研究区近岸没有大的径流输入，北侧长江和杭州湾、宁波舟山沿岸的陆源入海物质和岛屿冲刷物质为本区沉积物主要来源，悬浮物质在闽浙沿岸流的控制下主要向南输运 [3] ，在研究区近岸和东南部海域形成表层泥质沉积，近岸和外海稍粗，中部稍细。研究区海域西部和北部为陆地和岛屿阻隔，主要受到偏东南向的风浪影响 [5] ，在近岸海域，水深较浅，潮汐和波浪动力条件较强，形成比较粗的沉积物。在研究区中部，由于西北部的象山港落潮流占优势 [11] ，泥沙被向东南侧方向净输运，在韭山列岛附近海域，涨落潮流的交汇促使悬沙沉降落淤，同时波浪和潮流由于岛屿的阻隔，水动力条件较弱，因此，在该区域形成较细的表层沉积物。

研究区位于泥质沉积区，表层沉积物以粘土质粉砂为主，典型沉积物的粒级–标准差曲线(图6)显示出460 μm、29 μm、6 μm和1 μm附近四个峰值区，6 μm峰值区最为突出，其次为29 μm的峰值，460 μm和1 μm附近峰值弱。

Figure 6. Grain size-standard deviation diagram of the surface sediment in the study area

图6. 研究区表层沉积物粒级–标准偏差曲线

粒度分析成果表明，研究区沉积以粉砂粒级为主，分选较差。粒级–标准差曲线中29 μm、6 μm附近峰值，代表本区沉积物两个主要的环境敏感粒组 [12] 。研究表明，近正态分布的粉砂粒级，基本为东海沿岸流以悬移方式输送而沉积，研究区沉积物最大来源为现代研究区近岸和长江入海泥沙，经过现代流系悬浮搬运，沉积于本区，并对原来沉积进行了改造。本区峰值460 μm所代表的粗粒组分(中砂)，来源于本地岸岛侵蚀物质入海，对应的水动力条件比较强，可能为风浪沉积。1 μm附近的弱峰值表明少量物质来源于外海的漂移，或者本地自生生物化学沉积。

4. 结论

象山东部海域水动力条件较为复杂，最新的表层沉积物采样和测试分析资料表明，表层沉积以粘土质粉砂(YT)为主，砂、粉砂和粘土粒级含量分别为5%~10%、65%~75%和20%~25%，平均粒径大多数在6.00~7.00 φ (0.016~0.008 mm)之间，与区域水动力和地形地貌条件相符合。沉积物由近岸到外海呈现粗–较细–粗的总体分布格局，西北近岸海域沉积物类型变化稍大，东南侧外部海域沉积物较为统一。频率曲线呈弱正偏态到常态，峰态较宽平的单峰型为主，峰值在4~7 φ之间。概率曲线可分2~4段。沉积动力分区图显示水动力条件较弱。粒级–标准差曲线识别出四个峰值区，6 μm和29 μm附近峰值突出，说明研究区沉积物主要来源于长江入海物质向南输运沉积；460 μm和1 μm附近峰值较弱，分别代表本地海岸岛屿侵蚀物质和外海物质漂移的影响。