江蘇圓陀角附近潮灘表層沉積物粒度特征及其記錄的海岸環(huán)境變化

謝 麗，張振克

河口海岸地處陸海交互地帶，受陸地、海洋、大氣三相交互作用，物質能量交換和信息傳輸豐富，沉積物組成和沉積環(huán)境變化復雜，是當前陸海相互作用（Land－ocean Interactions in the Coastal Zone，簡稱 LOICZ）研究的重要區(qū)域［1－3］。利用沉積物粒度等指標研究潮灘沉積環(huán)境變化是目前海洋沉積研究的熱點課題［4］。

沉積物粒度可記錄沉積環(huán)境、沉積物輸移方式和氣候演化的相關信息［5－7］。國內外對潮灘沉積體系的研究主要包括鹽沼侵蝕陡坎的形成與演化［8］、潮灘植被的促淤消浪和濕地修復［9－11］、海平面變化、波浪和風暴潮等動力變化與潮灘沖淤變化的關系［12－15］、利用遙感等方法研究潮溝形態(tài)和潮灘地貌演化［16－18］等方面。圓陀角地處陸地和海洋交互地帶，前人對江蘇海岸沉積環(huán)境變化的研究較為深入，但對圓陀角附近潮灘沉積物及其指示的海岸環(huán)境變化并未進行精細、深入的研究。

本文選取圓陀角附近潮灘3個斷面（yb1，yb2和yb3）的表層沉積物進行粒度分析，主要是用來研究恒大圍墾海堤前潮灘、互花米草灘及其前緣和粉砂淤泥質光灘的沉積特征及潮灘表層沉積粒度記錄的海岸沉積環(huán)境變化，可為研究本區(qū)域潮灘沖淤變化、海岸開發(fā)和灘涂圍墾提供科學依據(jù)，具有重要的科學意義和經濟意義。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域概況

圓陀角位于江蘇海岸東南角與長江北支岸線交互帶，行政上隸屬江蘇啟東市寅陽鎮(zhèn)。該區(qū)域屬于長江口北側河－海相沉積平原，粉砂淤泥質海岸。季風氣候特征明顯，夏季炎熱多雨，以東南風為主，冬季寒冷少雨，以偏北風為主。臺風和寒潮是該地區(qū)主要的災害天氣系統(tǒng)。圓陀角附近海域平均潮差為2.5～4m，海洋動力以波浪、潮流和風暴潮為主［19］。

自20世紀50年代末修建海防公路以來，人類圍墾活動不斷加強，圍墾海堤使圓陀角附近海岸線50年來向海推進了約6km，潮灘沉積環(huán)境發(fā)生很大的變化，特別是2006年修建的恒大圍墾海堤，其前緣已達到平均海平面以下1～2m位置，對其南側的圓陀角附近潮灘的沖淤變化影響深刻，形成一個泥質堆積中心（圖1）。圓陀角附近潮灘主要由互花米草灘和粉砂淤泥質潮間帶組成。

圖1 圓陀角附近海岸環(huán)境和采樣點位置

1.2 野外采樣

2007年4月在圓陀角附近潮灘選擇3個斷面（yb1、yb2和yb3）采集表層樣品（圖1）。在圓陀角恒大集團圍墾海堤前潮灘（即yb1斷面），以20m間距采集24個表層沉積物樣品，用于分析恒大圍墾海堤前潮灘砂質海岸的沉積特征，24個表層沉積物樣品編號為yb1－1—yb1－24。從圓陀角長江江堤達標紀念碑附近互花米草灘中的預制板小路東側1.0～1.5m的距離開始，在互花米草灘中（即yb2斷面），以40m間距采集9個表層沉積物樣品，主要是用于分析圓陀角附近互花米草灘沉積特征，樣品編號為yb2－1—yb2－9。在圓陀角恒大集團圍墾海堤西南部互花米草灘前（水邊線附近）至海堤前（即yb3斷面），以60m間距采集13個表層沉積物樣品，主要用于研究粉砂淤泥質光灘、互花米草灘及其前緣、海堤前潮灘沉積特征的差異，樣品從水邊線向海堤前編號順序為yb3－1—yb3－13。所有表層沉積物樣品均放在聚乙烯塑料袋中保存，運回實驗室待測。

1.3 實驗分析與計算

圓陀角附近潮灘表層沉積物樣品粒度測量儀器為英國Malvern公司的Mastersizer2000型激光粒度儀，儀器測量粒徑范圍為0.01um～2000um，粒徑間距為0.25Ф，粒級分辨率0.1Ф，重復測量的相對誤差小于2%。表層沉積物樣品測試前預處理步驟為：將2g左右的表層沉積物樣品放于燒杯中，依次加入蒸餾水、10%過氧化氫和10%鹽酸，分別去除樣品中的鹽分、有機質和碳酸鹽，最后加10‰六偏磷酸鈉充分分散，靜置24小時，即可上機測試。測試流程如下：（1）用清水將儀器清洗3～5遍；（2）在燒杯中注入清水，開啟激光粒度儀測量清水的背景值；（3）將混合均勻預處理樣品加入測量燒杯中，用超聲波震蕩樣品30s充分分散，形成均勻的懸濁液；（4）將步驟（3）的液體加入到燒杯中開始測量。3個斷面表層沉積物樣品粒度實驗在南京大學海岸與海島開發(fā)教育部重點實驗室完成。

表層沉積物粒度參數(shù)的計算和分類參見文獻［20］和 ［21］。

2 研究結果與分析

2.1 圓陀角恒大圍墾海堤前潮灘yb1斷面表層沉積物粒度特征

由圖2可知，圓陀角附近潮灘恒大集團圍墾海堤前潮灘yb1斷面表層沉積物類型絕大部分為砂，其中砂含量為100%的表層沉積物樣品數(shù)占總樣品數(shù)的62.5%，除樣品yb1－18砂含量為95.15%外，其它23個表層沉積物樣品砂含量均超過97%；粉砂含量極少，粉砂含量的平均值為0.92%，最大值僅為4.3%；粘土含量最少，僅樣品yb1－18粘土含量為0.55%，其它23個表層沉積物樣品粘土含量均為0。圓陀角附近潮灘yb1斷面粒度分析結果揭示了恒大圍墾海堤前潮灘砂質海岸的特征。

圖2 圓陀角yb1斷面表層沉積物粒度組分變化

圓陀角yb1斷面表層沉積物粒度參數(shù)計算結果（圖3）表明：yb1斷面表層樣品平均粒徑的范圍在2.243～2.746Φ之間，平均值為2.448Φ，表層沉積物總體上呈現(xiàn)由岸向海變細的趨勢。分選系數(shù)的最大值為0.988，最小值為0.405，平均值為0.563，分選程度屬于好－較好，屬于高能環(huán)境下分選的結果。偏態(tài)的變化范圍為－0.094～1.426，平均值為0.423，除樣品yb1－4和 yb1－19為負偏外，其它22個表層沉積物樣品均為正偏，表明恒大圍墾海堤附近潮灘主要為堆積環(huán)境，僅局部存在侵蝕現(xiàn)象。峰態(tài)最的大值為1.943，最小值為0.503，平均值為0.86，屬于很窄－中等。表層樣品的的分選系數(shù)、偏態(tài)和峰態(tài)的變化趨勢較為一致，且波動變化較為明顯，并均在樣品yb1－18出現(xiàn)明顯的峰值（圖3）。

圖3 圓陀角yb1斷面表層沉積物粒度參數(shù)變化

2.2 圓陀角互花米草灘yb2斷面表層沉積物粒度特征

圓陀角yb2斷面9個表層沉積物樣品粒度實驗結果顯示，yb2斷面沉積物類型主要為粉砂，粉砂含量的范圍是63.08～79.92%，平均值為73.19%；砂和粘土含量相對較少，其中砂含量的變化范圍為3.66～26.57%，平均值為12.14%；粘土含量的最大值為17.31%，最小值為9.29%，平均值為14.66%，且靠近預制板小路附近的表層沉積物樣品中砂含量較多，而離預制板小路較遠的互花米草灘中表層沉積物樣品中砂含量較少，粘土含量較多，可能主要受預制板小路附近人類活動的影響，導致預制板小路附近的表層沉積物相對較粗。yb2斷面表層沉積物粒度揭示了粉砂淤泥質海岸的沉積特征。

圖4 圓陀角yb2斷面表層沉積物粒度組分變化

圓陀角yb2斷面9個表層沉積物樣品粒度參數(shù)計算結果（圖5）表明，表層沉積物平均粒徑的變化范圍是5.314～6.449Φ，平均值為5.967Φ。分選系數(shù)的最大值為2.039，最小值為1.594，平均值為1.808，分選程度總體較差。偏態(tài)的范圍為0.851～1.804，平均值是1.387，屬于正偏－極正偏，指示圓陀角yb2斷面附近潮灘為淤積環(huán)境。峰態(tài)和分選系數(shù)變化趨勢較為一致，峰態(tài)的最大值為2.638，最小值為2.101，平均值為2.376，峰態(tài)寬。圓陀角yb2斷面表層沉積物粒度參數(shù)揭示采樣區(qū)域為細顆粒物質為主的沉積環(huán)境，這與作者野外觀測到的互花米草灘不斷淤積細顆粒物質相一致，說明分析結果可靠。

圖5 圓陀角yb2斷面表層沉積物粒度參數(shù)變化

2.3 圓陀角附近潮灘yb3斷面表層沉積物粒度特征

圓陀角附近潮灘yb3斷面表層沉積物粒度測試結果表明，yb3斷面沉積物主要為粉砂，粉砂含量的最大值為79.55%，最小值為46.39%，平均值為69.62%。砂和粘土含量相對較少。其中砂含量的變化范圍為1.65～48.95%，平均值為16.24%，變化較為顯著；粘土含量的變化范圍在4.66～20.05%之間，平均值為14.14%。以上粒度分析結果揭示yb3斷面表層沉積物粉砂淤泥質潮灘特征，這與yb2斷面分析結果基本一致。

由圖6可知，圓陀角附近潮灘的yb3斷面上，從水邊線附近的光灘（yb3－1—yb3－3）到互花米草灘前 緣 （yb3－4—yb3－6）到 互 花 米 草 灘 （yb3－7—yb3－11）到海堤前潮灘（yb3－12—yb3－13），表層沉積物粒度變化較為明顯，沉積物顆粒最細的為互花米草灘的5個樣品，其次為粉砂淤泥質光灘的3個樣品；花米草灘前緣的3個樣品較粗，海堤前潮灘的2個樣品最粗，尤其是海堤前的樣品yb3－13，砂含量高達48.95%，而粘土含量僅為4.66%。

圖6 圓陀角yb3斷面表層沉積物粒度組分變化

圓陀角yb3斷面表層沉積物樣品平均粒徑范圍在4.454～6.775Ф，平均值為5.899Ф，越接近海堤，沉積物越粗。分選系數(shù)的最大值為2.006，最小值為1.468，平均值為1.761，分選程度總體較差，且離海堤越近分選程度越差，主要與海堤前灘面水動力條件更為復雜有關。峰態(tài)與偏態(tài)的變化趨勢較為一致，峰態(tài)的變化范圍在1.974～2.653之間，峰態(tài)寬；偏態(tài)的變化范圍為0.964～1.86，平均值為1.384（圖7），總體為正偏－極正偏，指示yb3斷面附近為淤積環(huán)境，且越接近海堤，正偏數(shù)值越大，代表沉積物越粗，這與上述粒度變化分析結果相一致。

圖7 圓陀角yb3斷面表層沉積物粒度參數(shù)變化

3 討 論

3.1 圓陀角附近潮灘表層沉積物粒度參數(shù)對沉積環(huán)境的指示意義

沉積物粒度參數(shù)在一定程度上可以指示沉積和動力環(huán)境的變化［22］。平均粒徑往往可以指示動力環(huán)境的平均強度，動力條件強，沉積物較粗，動力條件弱，沉積物較細。分選系數(shù)一般可指示動力環(huán)境對碎屑沉積物的分選能力，其數(shù)值越大，分選性越差；數(shù)值越小，分選性越好。偏態(tài)可在一定程度上指示潮灘環(huán)境變化，偏態(tài)為正值代表堆積環(huán)境，正值越大，沉積物顆粒越粗；偏態(tài)為負值則指示侵蝕環(huán)境［23，24］。

圓陀角附近潮灘yb1斷面表層沉積物平均粒徑明顯較yb3斷面和yb2斷面粗，說明yb1斷面附近潮灘動力條件較強。圓陀角附近潮灘受長江北支徑流、沿岸流、波浪和風暴潮等河海水動力的綜合影響，動力環(huán)境非常復雜，因此潮灘3個斷面的表層沉積物的分選性均較差。除表層沉積物樣品yb1－4和yb1－19為負偏外，3個斷面的其它表層沉積物樣品均為正偏，指示圓陀角附近潮灘主要為堆積環(huán)境，僅局部地區(qū)為侵蝕環(huán)境，表層沉積物樣品yb1－4和yb1－19出現(xiàn)負偏的主要原因可能是采樣點位于潮水溝附近，較強的水動力增加了對潮水溝的侵蝕所致。圓陀角附近潮灘3個斷面表層沉積物粒度參數(shù)變化均指示潮灘總體上屬于淤積環(huán)境，僅yb1斷面存在局部侵蝕現(xiàn)象。

3.2 圓陀角附近潮灘表層沉積物粒度記錄的人與自然協(xié)同作用下的海岸環(huán)境變化

近50年來灘涂圍墾等人類活動和風暴潮等自然因素均對圓陀角附近潮灘地貌演化產生了深刻的影響。互花米草是潮灘水體運動的阻礙物，潮流和波浪進入互花米草灘過程中，因植被對水流的阻擋，水動力大大減弱，從而產生了互花米草灘前緣粗化帶；互花米草灘中因水動力大大被消弱，有利于細顆粒物質沉積，形成互花米草灘細化帶，沉積物粒度明顯比粉砂淤泥質光灘更細［25－27］。

基于野外考察和粒度分析結果，恒大圍墾海堤的修建導致圓陀角附近海岸環(huán)境發(fā)生較明顯的變化。恒大圍墾海堤向海凸出（圖1），受自北向南蘇北沿岸流的影響，大量泥沙在海堤南側的波影區(qū)沉積，形成泥質沉積區(qū)［25］。圓陀角表層沉積物yb2和yb3斷面位于恒大圍墾區(qū)南側，表層沉積物類型主要為粉砂，體現(xiàn)了粉砂淤泥質潮灘的沉積特征。yb3斷面表層沉積物樣品yb3－4—yb3－6因采樣點位于互花米草灘前緣粗化帶，沉積物粒度明顯比粉砂淤泥質光灘表層沉積物樣品yb3－1—yb3－3和互花米草灘表層沉積物樣品yb3－7—yb3－11更粗；表層沉積物樣品yb3－12和yb3－13靠近海堤前潮灘，其水動力較強，疊加2007年3月4日南通附近海域發(fā)生的38年來最強的一次溫帶風暴潮的強烈影響，表層沉積物明顯較粗。yb1斷面附近潮灘已呈現(xiàn)出的砂質潮間帶沉積特征（圖1），可能受恒大圍墾海堤和風暴潮的綜合影響，海堤前水動力增強導致沉積物顆粒粗化所致。根據(jù)表層沉積物采樣點與恒大圍墾海堤及其南側波影區(qū)的遠近，3個的斷面表層沉積物粒度由粗到細的順序為：yb1＞yb3＞yb2。3個斷面表層沉積物粒度變化體現(xiàn)了圓陀角附近潮灘沉積物對圍墾、風暴潮和互花米草促淤的快速響應。

4 結 論

（1）圓陀角yb1斷面粒度分析結果表明，恒大圍墾海堤前潮灘表層沉積物絕大部分為砂，粉砂和粘土的含量非常少，體現(xiàn)了恒大圍墾海堤前砂質海岸的沉積特征，其主要原因是海堤和風暴潮增加了堤前潮灘的水動力，粗顆粒物質因能適應高能環(huán)境得以沉積。yb1斷面粒度參數(shù)計算結果揭示恒大圍墾海堤前潮灘主要為堆積環(huán)境，僅在局部存在侵蝕現(xiàn)象。

（2）圓陀角yb2和yb3斷面沉積物類型主要為粉砂，砂和粘土含量相對較少，體現(xiàn)粉砂淤泥質潮灘的沉積特征。yb2和yb3斷面粒度參數(shù)計算結果指示采樣點附近潮灘為淤積環(huán)境。

（3）圓陀角附近潮灘不同沉積區(qū)表層沉積物顆粒的粗細順序是：海堤前潮灘＞粉砂淤泥質光灘＞互花米草灘。

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