海灘沉積環境質量演變調查評價方法初探
——以欽州市大環村海灘為例

朝 魯

廣西海洋地質調查院，廣西 北海 536000

海灘作為寶貴的旅游資源越來越受到關注，海灘環境質量的變化情況可以間接反映一段時間內當地對環境的管理情況，通過綜合研究確定海灘環境質量改變的原因，可為后續海洋環境管理提供意見。

此次研究筆者采用地層同位素210Pb、137Cs測年技術、沉積物環境質量檢測、粒度分析測試等方法，對欽州市大環村海灘沉積環境質量演變進行調查與評價，得到了良好的效果，該調查評價方法可為地方政府今后在海灘資源保護和開發利用等方面提供技術支持。

1 研究區概況

欽州市大環村位于欽州市三娘灣風景區西側，地理坐標為東經108°42′39″，北緯21°38′59″。海灘剖面取樣位置如圖1 所示。調查區屬南亞熱帶海洋性季風氣候，高溫多雨，多年平均風速為2.6 m/s，其中2 月的平均風速最大，達3.1 m/s，8—9 月最小，為2.1 m/s。受臺風和寒潮影響，大風較多。其中12 月和1 月多寒潮大風，夏秋兩季多臺風、西南大風和雷雨大風，在沿海地區龍卷風等風災時有發生。潮汐性質屬非正規全日潮，潮流呈往復流性質。落潮平均流速和最大流速較漲潮大。該地海區波浪以風浪為主，常浪向為SSW 向，頻率為17.67%，其次為NNE 向，頻率為17.2%；強浪向為SSW 向，次浪向為S 向和NE 向；海區實測最大波高為3.4 m，波向為ESE 向；實測最大周期為6.8 S。據統計該區波級＜0.5 m 發生頻率為66.37%，波級＜1.0 m 發生頻率為96.21%，波高＞1.5 m 發生頻率僅為1.1%。剖面位置出露地層以海積層（Qh3-m）為主，巖性有淤泥、粘土質砂、砂—粉砂—粘土、粗砂、中砂、細砂和粉砂，根據鉆孔資料揭露其厚度在1.70～13.0 m 之間。

圖1 海灘剖面取樣位置圖

2 海灘剖面資料及調查評價方法

2.1 海灘剖面資料

此次研究的海灘剖面數據資料為實測，海灘剖面由專業技術人員人工挖掘深槽，挖掘位置位于海灘中—高潮灘位置，挖掘時間在退潮期。挖掘后，用木鏟切平，得到完整的連續海灘剖面，海灘剖面深度1.0 m，并進行連續采樣，采樣間隔10 cm，樣品重量2 kg。

2.2 調查評價方法

筆者采用210Pb、137Cs 同位素測年、沉積物環境質量檢測和粒度分析測試等方法，在210Pb 年代框架中獲得大環村海灘近30 年來沉積環境質量演變特征，通過海灘沉積物粒度、環境質量分析來研究沉積物物源、沉積速率、沉積年代及沉積環境的演變趨勢。

筆者選擇典型的海灘（大環村海灘）進行調查評價，根據數據分析結果對方法的可行性和有效性進行研究，總結調查評價方法的適用性。

3 沉積速率及年代學分析

當前通過沉積層中賦存的年代信息反演近現代沉積過程的研究方法，已被廣泛用于湖泊、河口海岸和海洋現代沉積速率的估算[1]。此次海灘剖面樣品通過210Pb、137Cs 同位素測年，來確定海灘樣品年齡。由210Pbex 擬合得到0～100 cm 沉積速率為2.8±0.6 cm/yr。按照此計算，該樣品年齡在30 年左右，是短期內較快沉積導致。從上到下年代從最上層的采樣時刻2019 年到最下1.0 m 左右的1983 年。沉積物中的137Cs 未檢出（＜1 Bq/kg），以210Pb的分析結果為沉積速率和測年依據，其中Z-1樣品年代為2019—2015 年，Z-2 樣品年代為2015—2012年，Z-3樣品年代為2012—2008年，Z-4 樣品年代為2008—2005 年，Z-5 樣品年代為2005—2001 年，Z-6 樣品年代為2001—1998 年，Z-7 樣品年代為1998—1994 年，Z-8樣品年代為1994—1990 年，Z-9 樣品年代為1990—1987 年，Z-10 樣品年代為1987—1983年。根據年代學分析樣品沉積連續，年齡在30年前后，沉積速率為2.8±0.6 cm/yr，根據分析結果該沙灘樣品可以做年代學測試來研究其沉積速率及沉積年代。

4 沉積物物源分析

物源分析是通過各種方法確定沉積物物源位置、性質及沉積物搬運路徑，甚至整個盆地的沉積構造演化的過程[2]。此次海灘柱狀樣品沉積物物源分析主要通過海灘物質組分（成分及粒徑）及Gamma 核素分析。

大環村沙灘上柱狀樣品貝殼的含量從上到下有所增加，整體粒度均勻（最上層除外）。沉積物累積曲線（見圖2）顯示，從上到下沉積物物源穩定，為單一來源。另外通過其他幾種Gamma核素測試分析結果來看，核素活度相關性離散度不大，這進一步確認了沉積物物源的單一性。柱狀沉積物不同層次238U、228Th、228Ra 活度變化如圖3 所示，柱狀沉積物不同層次40K 活度變化如圖4 所示。分析結果顯示，沉積物物源分析結果和其他幾種Gamma 核素活度相關性離散度分析結果相吻合，證明此次分析沉積物物源的研究方法較為可靠。

圖2 柱狀沉積物不同層次粒徑譜的累積曲線圖

圖3 不同層次238U、228Th、228Ra 活度變化圖

圖4 不同層次40K 活度變化圖

5 沉積物環境質量分析

筆者把此次海灘剖面縱向沉積物環境質量變化特征的研究結果與周邊海域沉積物環境質量變化特征相對比，發現研究結果中石油類含量有明顯上升趨勢，與區域沉積物環境質量變化特征一致，從而驗證了此次調查評價的準確性。

5.1 周邊海域沉積物近10 年環境質量變化特征

研究區周邊海域沉積物環境質量變化特征主要通過實測對比研究，數據來源于北部灣大學和廣西海洋地質調查院。2009 年北部灣大學在欽州海域采集本底數據時，在研究區周邊海域采集了4 個站位海域底質樣品，并做了沉積物環境質量分析。2019 年廣西海洋地質調查院對4 個站位樣品進行了監測采集，做了沉積物環境質量分析。通過數據對比發現，研究區海域沉積物里有機碳含量和硫化物含量變化較小；石油類含量變化明顯，在金鼓江里和三墩外港東南側海域明顯上升，在金鼓江口門和三墩外港西南海域明顯下降；鎘含量基本不變；鉛的含量小幅上升；汞的含量升高；鋅的含量在三墩外港西南側海域明顯下降，其他3 個站位小幅升高；銅的含量小幅下降。10 年里這4 個站位及附近海域海底沉積物質量在逐漸變差，其中石油類、汞的含量增高。

5.2 海灘剖面縱向沉積物環境質量變化特征

此次柱狀樣品沉積物環境質量分析的主要內容為重金屬（總汞、銅、鉛、鎘、砷、鋅、鉻）、石油類、硫化物、有機碳等，在得到Z-1 至Z-10樣品各項測試內容數據結果后，筆者繪制了時間及各項測試內容含量相關柱狀及曲線圖（見圖5、圖6）。根據數據離散性及數值變化分析隨時間尺度變化各要素的變化關系，結果顯示，總體上海灘環境質量良好，符合《海洋沉積物質量標準》（GB 18668-2002）第一類標準。鉛≤60.0 mg/kg、銅≤3 5.0 mg/kg、汞≤0.2 mg/kg、砷≤2 0.0 mg/kg、鋅≤150.0 mg/kg、鎘≤0.50 mg/kg、總鉻≤80.0 mg/kg、石油類≤500.0 mg/kg、硫化物≤300.0 mg/kg、有機碳≤2.0%，沒有超標項目，但是環境污染參數總石油烴類隨著年代增加近年來增加明顯。

圖5 沉積物環境質量隨時間分布柱狀圖

圖6 沉積物環境質量隨時間分布曲線圖

隨時間變化硫化物數據波動較平穩，數值在1.4～3.0 mg/kg 之間；有機碳變化波動不大，數值在1.35%～2.06%之間；總汞變化不明顯，數值在0.028～0.036 mg/kg 之間；銅變化波動不大，數值在5.4～9.6 mg/kg之間；鉛的含量隨時間變化無明顯相關性，數值變化在3.0 L～13.3 mg/kg 之間（當檢測結果小于檢出限或未檢出時，以檢出限并加標志位“L”表示）；鎘低于檢出限，變化不明顯；砷變化不明顯，數值在17.7～33.5 mg/kg 之間；鋅變化不明顯，數值在78.5～92.7 mg/kg之間；鉻的含量變化不明顯，數值在2.5～3.7 mg/kg 之間；石油類數值變化明顯，有明顯上升趨勢，數值在3.0～17.2 mg/kg之間。通過綜合分析研究區周邊海域沉積物近10 年環境質量變化特征及海灘剖面縱向沉積物環境質量變化特征，筆者發現石油類含量變化明顯，有明顯上升趨勢，海灘沉積物質量符合《海洋沉積物質量標準》（GB 18668-2002）第一類，目前無不良影響，與區域沉積物環境質量變化特征一致。

6 沉積環境的年代變化趨勢分析

筆者在研究了沉積物物源、沉積年代以及沉積物環境質量的基礎上，在縱向時間尺度上進一步分析研究，得到沉積環境的年代變化趨勢，這個趨勢反映了在一定時間和空間尺度上環境要素變化的特點；在綜合分析影響因素的基礎上，可以得到某項環境因子變化的原因，為今后地方政府環境治理及防范提供參考依據。

大環村海灘沉積柱從上到下沉積物物源穩定，為單一來源，由210Pbex 擬合得到沉積速率為2.8±0.6 cm/yr。按照此計算，該柱子年齡在30 年左右，為短期內較快沉積。大環村海灘從20 世紀80 年代到21 世紀20 年代，大部分環境參數變化不大，總石油烴類增加明顯，這可能與周邊的船舶數量及人類活動（海上船舶修理廠）增加有關。同時，筆者通過各環境參數的相關系數分析發現，重金屬鉻與硫化物的含量變化之間存在較高的正相關性，表明二者可能具有相同的來源或者高硫環境下更利于鉻元素的保存，這一結果需要引起關注和重視。

7 結 語

通過此次研究，筆者認為欽州市大環村海灘沉積環境質量總體上較好。海灘沉積物中石油烴類含量雖未超標，但有明顯的上升趨勢，希望政府對海上修船廠、碼頭及海上輸油、儲油、煉油設備加強管理，定期監測，對海上溢油事件積極預防和治理。另外，高硫環境下鉻元素含量明顯增高，希望政府能夠防范重金屬鉻元素的污染風險。

研究結果顯示，此次采用的調查評價方法具有可行性，技術條件及分析方法具有可實現性，準確性較高，效果良好，為海灘保護提供了新的研究思路，可在海灘沉積物環境質量評價中推廣應用。