盤錦港海底表層沉積物粒度特征及沉積環境分析

王旭，張戈，2

（1.遼寧師范大學 大連 116029；2.黑龍江科技大學 哈爾濱 150001）

盤錦港海底表層沉積物粒度特征及沉積環境分析

王旭1，張戈1，2

（1.遼寧師范大學 大連 116029；2.黑龍江科技大學 哈爾濱 150001）

以盤錦港榮興港區海底表層沉積物為主要研究對象，通過對不同位置表層沉積物樣品的粒度特征進行對比，探討該區的沉積環境。利用貝克曼庫爾特激光粒度儀對其粒度進行了檢測，并計算了粒度參數，結果表明：本區7個沉積物樣品以粉砂、砂為主，樣品平均粒徑值介于3.19～5.46Φ。分選性為較差－很差。樣品偏度表現為正態－極正偏。峰度的等級為平坦－尖銳。借助Weibull函數計算出了樣品2個組分的眾數值和百分含量，粒度像圖顯示樣品的初始水動能普遍較大，只是平均水動能存在差異。說明：沉積區的物源距離較近，物質來源比較穩定，以陸源沉積為主，沉積主要受遼河和大遼河控制；在河流沉積作用為主的大背景下，研究區東北部的沉積環境受潮流的影響比較大，中西部則受剝蝕作用影響較大。

粒度分析；海底表層；沉積環境；盤錦港

沉積物的粒度組成是指不同粒徑的顆粒在沉積物中所占的百分比，其對于查明沉積物的物質來源、搬運介質和動力、沉積環境以及它們的變化都具有重要意義。它是沉積物最重要的特征之一，在古環境分析及古氣候重建研究中具有十分重要的地位［1－2］。而海洋沉積物的粒度分析，是海洋地質實驗工作的一個基本項目。粒度分析成果不僅是劃分海底沉積物類型，同時又是闡明海底沉積物的物質來源、機械分異過程及沉積作用不可缺少的資料。對于粒度的使用，也從最初的簡單描述逐漸發展到定量測試和數學推演，以得到多個沉積動力的分離，或是得到沉積輸運的模式與趨勢［3－4］。本文對在盤錦港采取的7個海底表層沉積物樣品進行粒度分析，總結其粒度特征，并根據粒度特征在平面上的變化，結合海底地形變化和水動力特征，對該表現進行解釋，探究古環境要素在粒度上的反映，初步了解盤錦港海區的現代沉積環境。

1 研究區概況

盤錦港榮興港區地理坐標為121°57′35″E，40°42′36″N，位于遼東灣東北部，哈蜊崗子灘東側的海域內，處于遼河口與大遼河口之間。港口背依盤錦市和遼河油田，面臨渤海。屬暖溫帶大陸性半濕潤季風氣候區，四季分明、雨熱同季、干冷同期、溫度適宜、光照充裕。年平均氣溫9.4℃，極端最高氣溫35.3℃（1958年7月20日），極端最低氣溫－28.4℃（1985年1月28日）。年平均降水量650.4 mm，1個月最大降水量553 mm（1975年7月），1 d最大降水量240.5 mm（1985年8月19日）。常風向為SSW、S向風，次常風向為NNE、N向風，該海區全年以SSW向風最強，平均風速為5.84 m／s。本區潮流為WE方向的往復流［5］且流速較小。

2 樣品采集與分析

表1 采樣鉆孔及深度

粒度分析實驗按海洋調查規范要求進行。機器采用美國貝克曼庫爾特有限公司生產的型號為LS13320激光衍射粒度分析儀，測量范圍0.04～2 000μm，儀器精度≤1%。

研究采用Manus提出的矩值法計算樣品的粒度參數［6］，它的特點是應用到了樣本的總體，是最準確的數學分析方法［7－8］，涉及的粒度參數有平均粒徑、分選系數σΦ、偏度SkΦ和峰度KΦ，公式如下。

式中：mΦ表示中值；為各粒級的百分含量；100。粒度參數值及標準見表2。

表2 粒度參數判斷標準

3 沉積物粒度特征

3.1 粒度分析結果

粒度參數使用激光粒度分析儀自動輸出的原始數據。按伍登－溫德華－Φ值的標準［9］對粒徑分級。其中，Φ值由克倫賓公式轉化而來，定義為：Φ＝－log2d其中：d為直徑，單位為mm。

經測試，得到7個沉積物樣品粒度分析結果，顯示在樣品中砂和粉砂的含量占有相當大的比重（表3）。根據國家海洋局主持編制的《海洋地質調查規范》中所采用的分類命名原則：當樣品中有兩個粒組的含量分別大于20%時，按主次粒組原則命名。11號、19號、27號、30號、35號樣品為粉砂質砂，24號、25號樣品為砂質粉砂。

表3 各樣品組分占比

粒度參數顯示，各樣品間有較大的差異（表4）。

7個樣品的分選系數介于1.73～2.83，分選性為較差－很差。24號、25號樣品偏度整體表現為正態，11號、19號、27號、30號樣品整體表現為正偏，35號樣品表現為極正偏。樣品峰度介于1.73～5.16，峰度的等級為平坦－尖銳。

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表4 樣品粒度參數值

3.2 粒度頻率曲線

盤錦港海底表層沉積物的粒度分布曲線形態具有很大的差異性（圖1），呈明顯的單峰或多峰特征，以較高組分為中心分別向粗、細粒兩端減小，向細粒端減小的速度慢于向粗粒端減小的速度。而且，向細粒端的變化并非一個平滑的過程，在0.5～1μm間出現拐點及不規則小峰。

圖1 樣品粒度頻率分布曲線

由圖1可見，30號樣品的粒度分布曲線形態呈現單峰特征，主要組分出現在50～100μm。11號、19號、24號、25號、35號樣品呈雙峰特征，其中24號、25號樣品的粒度分布曲線形態表現出很大的相似性，粒度都呈正態分布，兩個含量較高的組分大體呈左右對稱分布，分別介于5～15μm和200～400μm，只是在百分含量上存在較小的差異；11號、19號、35號樣品粒度分布曲線呈主、次雙峰特征，這兩個含量較高的組分均呈偏態分布，其中主要組分普遍正偏，次級組分負偏，11號、19號樣品兩個含量較高的組分分別介于20～70μm和200～500 μm，35號樣品兩個含量較高的組分分別介于70～100μm和200～500μm。27號樣品粒度分布曲線形態呈三峰特征，最高峰出現在400μm左右，在20μm和100μm左右分別出現了兩個次級高峰。

3.3 粒度分布函數與兩個組分的分離

Weibull分布在解決沉積物粒度多組分的分布上有很好的應用［10－12］。由于盤錦港沉積物普遍體現為兩個組分分布的特點，一個沉積樣品的粒度總分布是這兩個分量分布的和分布。利用Weibull分布計算兩個組分的眾數值和百分含量，即式（5），式中a1和b1分別為總體分布函數中第一個Weibull函數的形狀和位置參數，a2和b2分別為總體分布函數中第二個WEIBULL函數的形狀和位置參數，c為細粒組分的分布函數在總體分布函數密度中的比重，即細粒組分在全樣中的百分比。以各粒級的粒徑作為自變量，以該粒級的百分含量為分布密度函數值，并以最小殘差平方和為擬合目標，可計算出這5個參數，得出我們需要的各參數值（表5）。

表5 樣品眾數值及百分含量

根據Weibull分布函數的計算結果，結合粒度分布曲線形態，可以將7個樣品分為以下幾種情況：①30號樣品為單峰分布，眾數粒組的百分含量明顯高于其他各粒組；②11號、24號、25號樣品為雙峰分布，細峰百分含量較高，為優勢組分；③19號、35號樣品為雙峰分布，粗峰明顯為優勢組分；④11號、35號樣品的粗峰和細峰的百分含量相當，相較于其他雙峰樣品，11號樣品的粗峰眾數值偏大，而35號樣品的細峰眾數值明顯偏大；⑤27號樣品為三峰特征，樣品的眾數值即為粗峰的眾數值。

3.4 粒度像圖

本文選取了兩個與沉積搬運有著密切關系的粒度參數：C值是累積含量1%的沉積物粒度，可以反映沉積時的最大水動能；M值是累積含量50%的沉積物粒度，可以反映沉積的平均水動能。以C對M作C－M值圖，用來判斷沉積物可能的形成環境（圖2）。其中坐標軸為雙對數坐標軸。

圖2 盤錦港沉積物C—M圖

沉積物樣品的C－M圖投點具有很大的差異性，C值介于400～700μm，M介于10～200μm。C值較為穩定，而M值相對變化較大，與沉積時代水動能的變化及海陸交互作用有直接關系。根據樣品點的M值的變化可以將投點區域劃分成兩個：區域一，550μm＜C＜700μm，10μm＜M＜25μm；區域二，400μm＜C＜700μm，70μm＜M＜200μm。區域一初始水動能較大而平均水動能較小，說明沉積初期物質搬運動能較強而后期沉積水動力較弱；區域二初始水動能較大，平均水動能也較大，對應初始沉積動能對平均動能貢獻較大。

4 沉積環境討論

沉積物的形成，受到物源、水動力條件及地形地貌等因素的影響。而同一研究區域的海底表層沉積物可通過粒度特征上的分異規律，表現出沉積環境的空間變化。盤錦港海底表層沉積物的粒度特征表現出了一定的變化規律，可通過物源、水動力條件等因素對該區的沉積環境做出初步解釋。

（1）24號、25號樣品為砂質粉砂，沉積物平均粒徑較小，細峰組分占優（24號：67.2%，25號：59.9%），粒度分布曲線都為雙峰特征且表現出極大的相似性。C－M 圖顯示為均一懸浮的沉積過程，指示了靜水環境。而在渤海灣，研究區域的潮流作用強度僅次于老鐵山水道附近［13］。由此說明，兩個采樣點河流沉積作用相對減弱，潮流改造作用增強，導致了細粒物質增加，粗粒物質相對減少，體現了受潮流作用影響的沉積水動力條件。

（2）11號、27號和30號樣品均為粉砂質砂，偏度表現為正偏，峰度等級相差較大。粒度分布曲線既有單峰形態，又有雙峰、三峰形態，差別較大。C－M圖顯示這3個樣品的沉積過程為遞變懸浮。推斷11號樣品的沉積環境受河流控制，受其他水動力條件影響較小；27號和30號樣品沉積初期以河流作用為主，潮流在后期發揮了比較大的改造作用。

（3）19號和35號樣品為粉砂質砂，平均粒徑比其他幾個樣品都要大，峰度等級均為尖銳，說明兩個樣品在以河流沉積為主的沉積過程中，受新環境的改造作用強烈。兩個樣品的曲線形態中，粗峰組分幾乎重合，細峰組分存在差距，且兩者的粗細峰百分比含量相當。C－M圖顯示兩個樣品的沉積過程兼有滾動躍移和遞變懸浮的特征。而根據已有研究，岬角處為剝蝕區［14］，所以推斷兩點的沉積物顆粒部分來自附近礁石和基巖的剝蝕。

5 結論

（1）本區7個沉積物樣品以粉砂、砂為主，分選性比較差，粗峰眾數在300～400μm（30號樣品除外），說明沉積區的物源距離較近。而C－M圖顯示沉積物的初始動能（C為主要的替代指標）較大，表明物質來源比較穩定。根據取樣鉆孔的孔口高程可以判斷取樣點的深度較淺，推斷取樣點位于水下三角洲，沉積主要受遼河和大遼河控制。

（2）在河流沉積作用為主的大背景下，研究區東北部的沉積環境受潮流的影響比較大，中西部則受剝蝕作用影響較大。

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Grain Size Characteristics and Sedimentary Environment of Surface Sediments in Panjin Harbor

WANG Xu1，ZHANG Ge1，2
（1.Liaoning Normal University，Dalian 116029，China；2.Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150001，China）

Based on the study of the surface sediments of the Panjin port，the surface sediments of different locations were compared to discuss the sedimentary environment.The particle size was measured by Beckman Kurt laser particle size analyzer，grain size parameters，and the calculation results showed that the average particle size of 7 sediment samples in this area of silt and sand samples is 3.19～5.46，whose sorting is poor－very poor，the sample’s skewness performance is normal to very positive bias and rating of flat－sharp for the kurtosis.With the help of Weibull function，the numerical values and percentage values of the 2 components of the samples are calculated.The particle size image shows that the initial kinetic energy of the sample is larger，but the average kinetic energy of the sample is different，which demonstrates that the distance between source materials of sedimentary provenance is close and relatively stable，the terrigenous sedi－ments deposited are mainly controlled by Liaohe River and Daliaohe River.Under the background of river sedimentation，the influence of sedimentary environment of the study area in the northeast by the trend is relatively large，and the midwest is greatly affected by denudation.

Particle size analysis，Sea surface layer，Depositional environment，Panjin port

P736

：A

：1005－9857（2017）07－0075－05

2017－01－03；

：2017－05－26

遼寧師范大學開放實驗室資助項目.

王旭，碩士研究生，研究方向為自然地理學研究