夏 真， 林進清， 梁 開， 張順枝， 潘 毅， 石要紅， 黃向青， 陳太浩

(廣州海洋地質調查局，廣州 510760)

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廣西典型近岸海域表層沉積物碎屑礦物分布及其物源意義

夏 真， 林進清， 梁 開， 張順枝， 潘 毅， 石要紅， 黃向青， 陳太浩

(廣州海洋地質調查局，廣州 510760)

基于“我國重點海岸帶濱海環(huán)境地質調查與評價”項目，分析了廣西典型岸段20 m以淺的海域表層沉積物和地貌類型及其分布特征，并在此基礎上探討了碎屑礦物含量和種類的分布、變化以及組合。研究結果表明： 研究區(qū)水動力較強，作用方式多樣，有近30種碎屑礦物，其中主要有石英、長石、鈦鐵礦、云母、鋯石、黃鐵礦以及海綠石等，重礦物較為豐富； 自全新世早期海侵以來，研究區(qū)先后進入了淺海海灣相沉積環(huán)境，但碎屑礦物種類與之前基本相似，其含量變化是由于氣候和海平面的波動而致； 研究區(qū)碎屑礦物在以沉積物和地貌類型為單位的各類地質單元中，其含量和種類均有所不同，尤以重礦物的變異性最為突出； 各研究區(qū)重礦物組合可分為2～3個亞分區(qū)，均反映出與沉積環(huán)境關系密切。結果表明，研究區(qū)碎屑物質主要源于周緣陸區(qū)風化剝蝕、海岸侵蝕和河流輸入，碎屑物質具有陸源性。

廣西近岸； 碎屑礦物； 分布； 物源

0 引言

位于北回歸線以南、北部灣北部的廣西海岸屬東亞低緯度季風區(qū)，地貌自陸向海方向呈現山地、丘陵和臺地的逐級變化，地勢崎嶇，岸線曲折，沿岸發(fā)育海積階地和海積平原。區(qū)域降水豐沛，風化強烈，河流發(fā)育，巖石化學類型多為硅酸鹽巖和硅酸鹽碎屑巖。沿海地區(qū)地層展布明顯受NE向、NW向斷裂帶控制，出露基巖有古生界志留系和中生界侏羅系，巖性主要為砂巖和頁巖等，局部地區(qū)零星發(fā)育有花崗巖、石英斑巖及其巖脈，底部存在沉積底礫巖，河流流域主要巖體為碎屑巖和碳酸鹽巖等。第四系廣泛分布，但比較分散，西部和中部沿岸全新統地層(Q4)之下有上更新統江平組(Q3j)和下更新統湛江組(Q1z)，東部有江平組(Q3j)和北海組(Q2b)。出露地層受到風化、剝蝕和搬運作用[1]。

近岸碎屑礦物是海洋沉積物的重要組成部分，其種類豐富且來源多樣，對指示環(huán)境演變和沉積物運移具有積極的意義。已有學者對廣西一些海灣進行了沉積物取樣和碎屑礦物分析，但對近岸海域的區(qū)域性和系統性調查研究尚未開展[2]。在了解華南鄰區(qū)主要海灣和河口碎屑礦物的基礎上，本文基于“我國重點海岸帶濱海環(huán)境地質調查與評價”項目，以廣西典型岸段即欽州灣(外灣)、北海西部海域和東部鐵山港灣口20 m以淺的近岸海域為研究區(qū)，分析其表層沉積物中碎屑礦物的分布、變化及其物源意義，以掌握廣西典型近岸地質環(huán)境的變化規(guī)律[3-5]。

1 研究區(qū)概況

廣西典型近岸海域的水動力作用較強。研究區(qū)自西向東，潮流平均流速20～40 cm/s，平均波高0.30～0.80 m，年平均潮差2.40～2.46 m[1]。欽州灣位于廣西海岸中段，為山地型溺谷海岸，是廣西最大的海灣，分有內灣和外灣，兩者通過欽州海峽而貫通。內灣有欽江和茅嶺江注入，外灣范圍較大； 北海西部近岸海域西與欽州灣相毗鄰，其中南流江口三角洲是廣西最大的河口三角洲，大風江口則為溺谷海岸，兩者之間分布有基巖海岸、砂質海岸和泥質海岸等，以上2個研究區(qū)的欽州灣口和南流江—大風江口水深4～20 m，自北向南逐步加深，平均坡降1.0×10-3； 鐵山港為臺地溺谷海岸，其間分布有基巖海岸、砂質海岸、泥質海岸和生物海岸等[6-8]。該海灣周邊屬于濱海平原，入海徑流微小，呈南北走向，形態(tài)為狹長喇叭形，灣口典型的潮成沙脊十分發(fā)育。灣口外水深5～20 m，平均坡降1.4×10-3。3個研究區(qū)海域面積為580～700 km2不等。研究區(qū)位置如圖1所示。

2 研究方法

各研究區(qū)按照1∶10萬比例尺布設沉積物站位，2006—2009年間自西向東逐年完成取樣測試工作。采用抓斗取樣和箱式取樣方式采集表層沉積物，基本網格為5 km×5 km。在區(qū)內再布設1～2個地質鉆孔，鉆探設備為國產GY型鉆機，其中黏土層取心率大于80%，砂土取心率約為60%，按照20 cm等距原則進行分樣，上部層段適當加密。

沉積物粒度分析和碎屑礦物鑒定依照標準“海洋地質地球物理調查”(GB/T 12763.8—2007)。粒度采用沉析法，碎屑礦物的分析粒級為0.063～0.250 mm。碎屑礦物鑒定設備采用MZ8實體顯微鏡，每件樣品的干重為6.00 g。地貌類型劃分則依據同步取得的綜合物探水深、測掃聲吶等資料的解釋結果[1]。

3 調查結果

3.1 表層沉積物和地貌特征

3.1.1 表層沉積物

由于水動力作用較強，研究區(qū)表層沉積物多為砂或者砂質沉積物。在波浪和潮流影響下，欽州灣近岸表層沉積物有砂、粉砂質砂、黏土質砂、粉砂質黏土等。其中以黏土質砂分布最為廣泛，其組成為砂含量41%～70%，黏土含量18%～37%，含少量粉砂，在該研究區(qū)內調查站顯示中值粒徑不同，變化范圍在1.83～6.06 φ(φ為粒徑單位，下同)之間，分選極差，極正偏分布，大多出現于灣口的水下斜坡； 粉砂質黏土是本區(qū)最細的一種沉積物，黏土含量45%～61%，粉砂含量32%～39%，含少量砂，中值粒徑變化范圍在7.53～9.08 φ之間，分選差，主要分布在灣口外約10 m以深，以潮流作用為主，水動力弱，該類型沉積物亦具有代表性。

北海西部近岸表層沉積物類型較為豐富，有礫砂、砂、粉砂質砂、黏土質砂、砂-粉砂-黏土和粉砂質黏土6種，其中以砂和黏土質砂最為常見。砂中見有礫石，砂含量79%～99%，有極少量粉砂，幾乎不含黏土，中值粒徑變化范圍為0.22～3.44 φ，分選中等偏好，大多數負偏，廣泛分布于研究區(qū)北部和東南部； 黏土質砂的砂平均含量45%，黏土含量30%，其他為粉砂，其中值粒徑變化范圍為2.49～5.24 φ，分選極差，主要分布于研究區(qū)南部，該處河流動力消減，以潮流控制為主。

鐵山港近岸表層沉積物同樣廣泛分布砂和黏土質砂。前者砂含量76%～99%，常有粉砂，零星出現黏土，中值粒徑變化范圍為0.58～3.15 φ，受到波浪和潮流共同作用，分布于灣口至灣外水下斜坡； 后者砂含量40%～73%，黏土平均含量為26%，其中值粒徑變化范圍為1.66～5.44 φ，分選差或極差，頻率曲線呈單峰和雙峰，分布于水下斜坡和相鄰水深最深的中央淺槽之處，主要受到潮流的影響。

3.1.2 海底地貌

地貌是動力塑造和物質再分配的結果。欽州灣近岸水深總體上自北向南逐漸增大，海底地貌有淺灘、槽溝、潮流沙脊和水下斜坡等。淺灘廣泛分布于海灣東西兩側，呈帶狀分布； 槽溝位于海灣中部，呈指狀分叉，水深7～15 m，最長約20 km； 潮流沙脊接近灣口； 相鄰水下斜坡發(fā)育于灣口內外水深7～16 m范圍，坡降先大后小，其變化范圍為0.1×10-3～1.2×10-3。

北海西部近岸淺灘發(fā)育，攔門淺灘發(fā)育于大風江口外，廉州灣深溝沿北海半島頂端呈長弧條狀，水深較深； 水下三角洲位于南流江口水下三角洲堆積體，由三角洲前緣和前三角洲組成，以舌狀向海方向突出； 海底平原(包括古濱海平原)緊接著三角洲繼續(xù)向海延展，地勢寬廣平坦，坡降低于1.0×10-3。

鐵山港近岸水下地貌有淺灘、水下斜坡、槽溝、潮流沙脊和海底平原(含古濱海平原)。槽溝窄長，淺灘沿海岸呈帶狀分布于灣口兩側且向外延伸，兩者之間即為較大規(guī)模的潮流沙脊； 水下斜坡主要分布于雷州半島以西，與中部海底平原毗鄰； 海底平原一般自10 m以深延至外海，坡降平緩。

3.2 全新統海相地層碎屑礦物分布

鉆孔全新統底界采用氧同位素1/2期界線，約為11.6 ka BP，劃分方案參考廣西第四紀地層劃分方法[1]。研究區(qū)內鉆孔揭示，全新統之下為更新統，自西往東依次為北海組/湛江組、湛江組、江平組/北海組。各研究區(qū)自全新世以來，早期為沼澤或河漫灘環(huán)境，自大規(guī)模海侵之后，于9.0～6.0 ka BP即全新世早期—中期先后進入淺海灣沉積環(huán)境，最大沉積深度為6.10 m，出現于北海西部近岸海域ZK4鉆孔。

為便于比較，圖2給出了ZK4鉆孔碎屑礦物平均含量及其在ZK8鉆孔的對應含量。

圖2可見，ZK4鉆孔所顯示的北海西部海域全新統海相沉積物常見的碎屑礦物包括海綠石、黃鐵礦、云母、石英和長石等，其中石英含量特別高，長石、海綠石次之； 對于北海東部海域的鐵山港ZK8鉆孔海相沉積物碎屑礦物來說，同樣具有石英占絕對優(yōu)勢、其次為長石的基本特征，但其他常見礦物(鋯石、鈦鐵礦和角閃石等)含量則有所變化，且由于水動力作用較強、海水交換通暢而缺乏還原條件，少有黃鐵礦發(fā)育。ZK8鉆孔沒有ZK4鉆孔所含有的金紅石、鉻鐵礦，即含量為0。但如上所述，由于水動力作用強烈，碎屑礦物種類更多一些，比ZK4鉆孔多了鈦鐵礦、輝石、赤鐵礦和電氣石等不同種類，含量為0.002%～0.019%?？傮w上，進入較為穩(wěn)定的海灣相沉積環(huán)境之后，重礦物(比重大于2.89的碎屑礦物)種類大同小異，各區(qū)均以輕礦物石英最為豐富，其次是長石，海綠石穩(wěn)定出現。

3.3 表層碎屑礦物種類及其對比

研究區(qū)表層沉積物總計近30種，其中輕礦物主要有石英、長石、海綠石和云母等； 重礦物有磁鐵礦、赤鐵礦、鉻鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦、角閃石、石榴石、鋯石、金紅石、銳鈦礦、褐鐵礦、鉻鐵礦和橄欖石等。偶見火山玻璃、榍石、褐簾石和錫石。由于沉積環(huán)境不同，研究區(qū)內不同位置的礦物種類和含量存在差異，其中研究區(qū)西部出現石榴石和金紅石等，東部出現赤鐵礦、褐鐵礦、白鈦石和電氣石等。

上述礦物主要屬硅酸鹽礦物、氧化物礦物，與陸區(qū)廣泛分布的硅酸鹽碎屑巖有關。海底表層沉積物與全新世以來海相地層的碎屑礦物對比顯示： ①礦物種類近乎一致，但含量存在差異，這與氣候變化及海平面波動有關； ②自生礦物海綠石、云母、長石和石英等同為優(yōu)勢礦物； ③由于受到波浪機械淘洗作用，均出現鋯石和鈦鐵礦等。表明碎屑礦物總體上具有繼承性。

3.4 碎屑礦物在不同地質單元中的分布

3.4.1 碎屑礦物在主要表層沉積物中的分布

上述石英、長石、海綠石、角閃石、鋯石、鈦鐵礦和云母出現頻率均在50%以上，具有一定代表性和廣泛性，故著重研究這些礦物的分布特點。各類主要表層沉積物同樣以輕礦物石英和長石含量最高，含量范圍分別為39.76%～80.43%和6.17%～48.25%，合計80.14%～95.54%，海綠石含量范圍為1.928%～7.432%，變化范圍較大。在水深較深、水動力較弱的粉砂質黏土中，重礦物黃鐵礦含量最高。這是由于具備一定還原條件的結果。在砂和黏土質砂這類含砂量高的沉積物中，由于受較強水動力作用，沉積環(huán)境不穩(wěn)定，故黃鐵礦偏低，這一特征與前人研究結果相符[9-10]。此外，密度偏大的鈦鐵礦滯留下來而出現高值，鋯石和角閃石含量比較穩(wěn)定(表1)。

由于水動力強度和海底地形的變化，碎屑礦物分布不均。在各主要沉積物之中，輕礦物以海綠石和云母變異性較大，變異系數分別為2.15和3.80，石英和長石相對穩(wěn)定，變異系數范圍為0.11～0.71，但個別可達1.97(北海西部近岸黏土質砂沉積物)。重礦物由于含量低、比重大，其搬移具有一定的隨機性，變異系數范圍為0.67～4.12，多分布于1.00～2.50之間，明顯高于輕礦物(表2)。

3.4.2 碎屑礦物在主要海底地貌中的分布

石英、長石、海綠石和云母等輕礦物在各主要地貌類型中均較為常見，其中以石英含量最高，尤其在潮流沙脊和河流動力作用較強的水下三角洲，但在欽州灣近岸水下斜坡則與長石含量相近，海綠石較石英和長石含量偏低； 重礦物以角閃石含量較為穩(wěn)定，而鈦鐵礦、黃鐵礦和鋯石含量變化較大，鈦鐵礦在海底平原出現高值。鈦鐵礦和鋯石在北海西部近岸海底平原最高，推測海侵過程中古濱海平原受到了較強水動力作用[11]。但在鐵山港近岸海底平原并非如此，該處可能海侵速度較快，原古濱海平原范圍狹窄，反而角閃石含量較高。黃鐵礦和云母則多在水動力較弱、水深逐步加深的水下斜坡含量較高，與水下三角洲中的分布相似(表3)，這是由于河道水動力能量集中，但在出口之外能量快速分散而使得礦物隨懸沙沉積。

碎屑礦物變異系數在各主要地貌類型中變化不等。輕礦物除了海綠石、云母之外，石英和長石變化明顯較小，尤其是石英，其變異系數介于0.04～0.24，在北海西部近岸水下三角洲達到最低，其次是鐵山港近岸潮流沙脊和水下斜坡； 長石在欽州灣近岸水下斜坡的變化最為穩(wěn)定，可能是沉積環(huán)境比較穩(wěn)定有利于硅酸鹽礦物風化所致； 重礦物變異系數多在1.00～2.90之間，遠高于輕礦物(表4)。

4 重礦物分區(qū)及其物源意義

由于重礦物不易搬遷、變異性較大即集中性較好，能指示研究區(qū)沉積環(huán)境和動力條件，同時重礦物組合分區(qū)也對示蹤物源區(qū)具有實際意義。

4.1 欽州灣近岸研究區(qū)

欽州灣近岸研究區(qū)共分為2個分區(qū)： ①東部礦物區(qū)，為灣口東部海域，重礦物屬電氣石-鋯石-鈦鐵礦組合類型，特征礦物黃鐵礦和海綠石含量遠高于其他區(qū)域，其沉積物質可能主要來自東岸出露的志留系與侏羅系母巖殘余，東南岸犀牛腳一帶北海組/湛江組的侵蝕物質和花崗巖風化物； ②外灣西南部礦物區(qū)，重礦物屬電氣石-鈦鐵礦-鋯石組合，礦物種類較多，物源較為復雜。以上與前人的研究結果基本一致[10]。

4.2 北海西部近岸研究區(qū)

北海西部近岸研究區(qū)共分為3個分區(qū)： ①三角洲前緣水深10 m以淺，重礦物為鈦鐵礦-鋯石組合，沉積物為粉砂質黏土、砂-粉砂-黏土及黏土質砂，云母占絕對優(yōu)勢，重礦物在該處含量低； ②前緣水下斜坡及前三角洲區(qū)，屬灣口變性水、沿岸流及陸架水團的交匯區(qū)域，沉積速率相對較慢，有利于海綠石的形成和富集，礦物組合為鈦鐵礦-輝石； ③殘留砂礫古濱海平原區(qū)，重礦物為鈦鐵礦-鋯石-角閃石組合，云母含量明顯降低，而鈦鐵礦含量相對較高，源于曾經受到強水動力的淘選作用，具有在原濱海堆積平原沉積物基礎上再改造的特點。

4.3 鐵山港近岸研究區(qū)

鐵山港近岸研究區(qū)共分為3個分區(qū)： ①潮間淺灘及水下岸坡區(qū)，大致為10 m以淺的近岸海域，重礦物屬鈦鐵礦-角閃石-鋯石組合，主要海底沉積物普遍偏粗，特別是鈦鐵礦-角閃石組合占優(yōu)，重礦物含量較高； ②殘留砂礫古濱海平原區(qū)，重礦物仍然以鈦鐵礦-角閃石-鋯石為組合類型，主要沉積物為砂和礫砂，其特征是石英占據優(yōu)勢，重礦物含量較高； ③海底平原區(qū)，即中部約15 m以深海域，重礦物以鈦鐵礦-角閃石為組合類型。

可以看出，欽州灣、北海西部和鐵山港近岸3個研究區(qū)，鈦鐵礦-鋯石為基本組合礦物，這一點與前人研究結果一致[12]。此外，這3個區(qū)域還出現了特征礦物，如欽州灣近岸的電氣石、北海西部近岸的云母和鐵山港近岸的角閃石，均伴隨出現。

4.4 物源意義

以上重礦物組合特征反映研究區(qū)物源主要來自沿岸第四系北海組/湛江組等地層的風化侵蝕作用，部分來自周邊和流域內志留系、泥盆系、石炭系古老地層以及花崗巖等侵入體剝蝕物等。全新世海侵形成淺海灣以來，廣泛接受陸源供給，加以水動力改造和分配，并伴有海洋自生礦物海綠石的生成和富集。全新世以來海相地層重礦物含量的變化，與氣候變化和海平面波動有關，顯示研究區(qū)自全新世海侵以來總體上有較為一致和穩(wěn)定的物源。

5 結論

(1)研究區(qū)自全新世以來，陸續(xù)進入淺海海灣相環(huán)境。由于水動力較強，物源豐富，表層碎屑礦物有近30種，輕礦物石英等含量最高，變化性較小。碎屑礦物在不同的地質單元即不同類型沉積物和地貌中含量存在差異，與沉積動力變化和周緣物源條件有關。

(2)表層碎屑礦物與全新統海相地層碎屑礦物種類相同，具有延續(xù)性，顯示具有相似的來源，但受到氣候和海平面波動的影響在含量上有所變化。各研究區(qū)劃分出2～3個重礦物組合分區(qū)，其差異性均指示源于周邊風化剝蝕、海岸侵蝕和河流輸入作用。

(3)分析顯示，碎屑礦物尤其是重礦物具有變異性大的特點，后續(xù)還需要加強其結構和形態(tài)方面的研究，以提取更為豐富的環(huán)境變化信息。

[1] 廣州海洋地質調查局.北部灣廣西近岸海洋地質環(huán)境與地質災害調查報告[R].廣州：廣州海洋地質調查局,2013.

[2] 黎廣釗,梁文,劉敬合.廉州灣重礦物組合區(qū)與泥沙來源[J].廣西科學,2002,9(2):119-123.

[3] 夏真,林進清,鄭志昌,等.珠江口近岸海洋地質環(huán)境綜合研究[M].北京:科學出版社,2015.

[4] 夏真,林進清,鄭志昌,等.珠江三角洲近岸海洋地質環(huán)境與地質災害調查主要進展及成果[J].中國地質調查,2014,1(2):51-57.

[5] 夏真,林進清,鄭志昌,等.北部灣廣西海岸帶地質環(huán)境綜合監(jiān)測進展及成果[J].中國地質調查,2016,3(1):52-57.

[6] 廣州海洋地質調查局.北部灣廣西近岸(欽州灣)海洋地質環(huán)境與地質災害調查成果報告[R].廣州：廣州海洋地質調查局,2007.

[7] 廣州海洋地質調查局.北部灣廣西近岸(北海)海洋地質環(huán)境與地質災害調查報告[R].廣州：廣州海洋地質調查局,2008.

[8] 廣州海洋地質調查局.北部灣廣西鐵山港近岸海洋地質環(huán)境與地質災害調查報告[R].廣州：廣州海洋地質調查局,2010.

[9] 王鳳,金秉福.廣西海岸帶有用重礦物粒級分布[J].海洋科學,2010,34(12):57-61.

[10] 黎廣釗,梁文,劉敬合.從沉積物中重礦物動力分區(qū)論欽州灣泥沙來源及運移趨勢[J].海洋通報,2002,21(5):61-68.

[11] 廣州海洋地質調查局.北部灣大風江口和南流江三角洲演變模式研究專題報告[R].廣州：廣州海洋地質調查局,2013.

[12] 張云吉,王鳳,金秉福.廣西鐵山港表層沉積物碎屑礦物組成、分布及水動力環(huán)境分析[J].海洋科學,2013,37(6):95-101.

(責任編輯： 劉永權)

Distribution and provenance significance of detrital minerals in surface sediments under typical coastal water areas, Guangxi

XIA Zhen, LIN Jinqing, LIANG Kai, ZHANG Shunzhi, PAN Yi, SHI Yaohong, HUANG Xiangqing, CHEN Taihao

(GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou510760,China)

By the subject named environmental geology survey and evaluation on the national typical coastal water areas, the authors analyzed the surface sediments, the types and distribution of sediments geomorphology in typical coastal water areas shallower than 20 m, Guangxi. And the content of detrital minerals, and their types distribution, variation and combination were studied on this basis. The results show that there are strong hydrodynamic and various ways of current influence on the study areas. And there are nearly 30 types of detrital minerals mainly including quartz, feldspar, ilmenite, mica, zircon, pyrite and glauconite, and rich in heavy minerals. Since the transgression during Early Holocene, the study areas evolved into the depositional environment of shallow-sea bays. And the types of detrital minerals are similar with those before, but their content is different, which is due to climate change and sea-level fluctuation. The types and content of detrital minerals, especially heavy minerals, in the study areas are different in different geological units, which are divided by surface sediments’ and geomorphic types. Heavy minerals combination have 2-3 sub-divisions in these study areas. And these sub-divisions and depositional environment are closely related. The results show that detrital minerals mainly originate from the weathering in onshore area, coastal erosion and river carrying, which indicates that detrital minerals are terrigenous.

Guangxi coastal water areas； detrital minerals； distribution； provenance

10.19388/j.zgdzdc.2017.02.08

2016-06-21；

2016-10-18。

中國地質調查局“我國重點海岸帶濱海環(huán)境地質調查與評價(編號： 1212010611403)”項目資助。

夏真(1963—)，男，教授級高級工程師，主要從事海洋地質環(huán)境調查研究。Emai: xia-zhen@163.com。

夏真,林進清,梁開，等.廣西典型近岸海域表層沉積物碎屑礦物分布及其物源意義[J].中國地質調查,2017,4(2): 66-72.

P736.21

A

2095-8706(2017)02-0066-07