威海市東部濱海新城北部海域沉積物分布特征及沉積環境分析

摘要：為研究威海東部濱海新城北部海域沉積環境，本文通過采集區內50個海底表層樣，采用移液管法和篩析法進行沉積物粒度分析，在此基礎上劃分了沉積物類型；采用矩值法計算了粒度參數，研究了各種類型沉積物的分布規律，闡述了其與物質來源和沉積動力的關系。結果表明，研究區沉積物平均粒徑在0.04～3.23mm之間，平均值為0.18mm；分選系數在1.30～4.70之間；偏度在1.21～3.42，平均值為1.79；峰度值在1.97～8.82之間，平均值為3.97。通過對粒度參數分布特征及沉積環境的研究分析發現，研究區粒級組分含量的分布與沉積物類型分布特征吻合度好，總體表現出離岸越遠，沉積物粒度逐漸變細的趨勢；同時，研究區海底表層沉積物的分布特征主要受物源和水動力條件的影響。

關鍵詞：沉積物；粒度參數；沉積環境；濱海新城北部；威海市

中圖分類號：P736.21文獻標識碼：Adoi：10.12128/j.issn.1672-6979.2024.09.005

引文格式：王玉蓮，王寧，李浩，等.威海市東部濱海新城北部海域沉積物分布特征及沉積環境分析［J］.山東國土資源，2024，40（9）：3742.WANGYulian，WANGNing，LIHao，etal.AnalysisonSedimentDistributionandSedimentaryEnvironmentintheNorthernCoastalNewCityinEasternWeihaiCity［J］.ShandongLandandResources，2024，40（9）：3742.

0引言

海底沉積物的粒度組成主要受源巖成分的控制，此外，還受源巖風化、運輸過程中的機械磨損、水動力作用和化學溶解作用等的影響［14］。沉積作用在地質歷史時期是連續而漫長的過程，不同的沉積作用就會形成不同的沉積物類型以及不同的分布方式，根據不同沉積物的類型特征及其分布，可以來追溯沉積物的來源、沉積環境［5］。粒度參數是反映沉積物最基本的屬性，包括平均粒徑、分選系數、偏度和峰度等，可以用其判定物質運動方式和識別沉積環境［6］。

張建興、喬淑卿、韓宗珠等人已對區內的沉積特征有了系統認識，但往往是大范圍、區域性的［710］，且大部分研究著重關注北黃海泥質沉積體的分布和物質來源，沒有對其他類型的沉積物進行研究。本文通過分析威海市東部濱海新城北部海域表層沉積物及粒度參數分布特征，探討研究區的沉積物類型空間分布、沉積作用以及主要控制因素［6］，不僅有助于了解該區域的沉積環境，對于揭示該區地質歷史時期的沉積物輸運及沉積過程也具有一定的積極作用［11］。

1研究區概況

威海市位于山東半島最東端，其北、南、東三面均瀕臨海洋，海岸線長985.9km，總面積5822km2。該區地處中緯度，具有降水豐富、溫度適宜、氣候溫和的特點。東部濱海新城位于威海市經濟技術開發區，是以現代服務業為主要功能的城市副中心，地理位置優越，區位優勢明顯。

研究區地處威海市東部濱海新城北部海域，屬于北黃海范圍。研究區海底整體比較平緩，水深變化不大，區域內水深變化范圍都在52m以淺，大部分海底水深在20～35m之間，在雞鳴島周邊海域，北部水深較深，最深處位于雞鳴島的東北方向，水深達到52m；研究區的潮汐類型主要是不規則半日潮，只有成山角東北海域分布小面積的全日潮［12］。受潮汐影響，區內海流呈明顯的往復流。海流主流向為偏NW—SE方向，其中落潮流向以SE向為主，漲潮流向以NW向為主。

2研究方法

本文所使用的樣品來自“山東省威海市東部濱海新城北部海域海砂資源調查評價”項目。該項目在研究區共采集表層樣50站位，相關站位位置見圖1。

1—表層樣取樣位置。圖1海底表層樣采集位置示意圖

表層取樣主要采用DDC2型箱式取樣器，取樣容量0.02m3，采樣深度20cm左右；樣品粒度分析試驗由青島海洋地質工程勘察院土工實驗室測試完成，主要采用了篩析法和移液管法，其中篩析法適用于粒徑大于0.075mm的沉積物，移液管法適用于粒徑小于0.075mm的沉積物；參照《土的工程分類標準》（GB/T50145—2007）中土的工程分類命名方法［13］，對研究區沉積物進行了分類命名，其中土的粒組根據表1規定的土顆粒粒徑范圍劃分［14］；依據McManus矩值法計算平均粒徑、偏度、分選系數、峰度等粒度參數［6］。

針對研究區缺少實測樣品的區域，采取收集其他調查研究項目獲得的表層沉積物分布類型資料，所有樣品測試單位為同一單位，測試方法相同，保證了數據的一致性。

3沉積物分布特征

3.1表層沉積物分布特征

研究區的表層沉積物類型可以分為低液限黏土、含礫低液限黏土、細砂、低液限粉土、粗砂、中砂和礫砂共7類（圖2，表2）。各沉積物類型特征如下：

低液限黏土：分布最為廣泛，在研究區的北部海域呈連片狀分布。粉砂組分含量為74.23％；平均粒徑均值為0.07mm；分選系數平均值為2.16，分選較差；偏度均值2.57，正偏；峰度2.97。該類型粒度頻率曲線特征呈單峰或弱雙峰顯示，細顆粒為主，反映了較弱的水動力環境。

細砂：分布范圍較大，主要分布在調查區近岸附近海域，反映了較強水動力環境。鑒于該區沒有實測站位，該類型沉積物的分布范圍主要參考了收集的沉積物分布圖資料。

含砂低液限黏土：分布面積較小，在趙北咀近岸海域和虎頭角東部海域呈斑快狀分布；礫組分含量為1.20％，砂組分含量為38.10％，粉砂組分含量40.05％；平均粒徑均值為0.24mm，水動力較弱且不穩定；分選系數平均值為3.33，分選中等；偏度均值3.13，正偏，反映了粗組分為主的特征；峰度4.33，尖銳。該類型粒度頻率曲線特征呈弱雙峰顯示，細顆粒為主，這與分析系數和偏度值也有較好的呼應。

低液限粉土：分布面積較小，在皂埠咀東北部海域，呈斑塊狀小面積分布。粉砂組分含量為88.30％；平均粒徑均值為0.04mm，水動力弱；分選系數平均值為1.30，分選較差；偏度均值1.84，正偏；峰度2.23。該類型粒度頻率曲線特征呈單峰顯示，細顆粒為主，反映了較弱的水動力環境。

粗砂：分布面積較小，主要在雞鳴島西北部海域分布。該類型礫組分平均值為14.10%，砂組分72.15%，平均粒徑1.45mm，反映強水動力環境；分選系數平均值為2.43，分選較差；偏度均值3.03，正偏，反映以粗組分為主；峰度3.69，尖銳。該類型粒度頻率曲線特征呈單峰或弱雙峰顯示，說明粗砂沉積物中主要以粗顆粒為主。

中砂：分布面積較小，主要在雞鳴島西北部海域分布。該類型礫組分平均值為15.50%，砂組分47.40%，平均粒徑1.40mm，反映較強水動力環境；分選系數平均值為4.70，分選很差；偏度均值3.42，正偏，反映以粗組分為主；峰度6.05，尖銳。該類型粒度頻率曲線特征呈弱雙峰顯示，說明中砂沉積物中包含2個次總體，這與分析系數和偏度值也有較好的呼應。

礫砂：分布面積最小，在雞鳴島西北部海域分布。該類型礫組分38.40%，砂組分31.70%，平均粒徑3.23mm，反映極強水動力環境；分選系數4.50，分選極差；偏度3.38，正偏，反映以粗組分為主；峰度6.10，較尖銳。該類型粒度頻率曲線特征呈雙峰顯示，說明礫砂沉積物中包含2個次總體，這與分析系數和偏度值也有較好的呼應。

3.2沉積物粒級組分分布特征

沉積物按粒徑大小可分為礫粒（即粒徑gt;2mm）、砂粒（即粒徑在2～0.075mm之間）、粉粒（即粒徑在0.075～0.005mm之間）和黏粒（即粒徑lt;0.005mm）4種粒級組分。根據粒度分析結果，繪制了粒級組分百分含量平面分布圖，各粒級組分分布特征如下：

礫粒粒級組分：礫粒組分含量最低，均值1.99%，最高可達38.40%。礫粒粒級組分高含量區（＞20%）分布在雞鳴島西北部附近海域，而其余區域含量大部分低于5%。

砂粒粒級組分：砂粒組分含量較低，均值9.52%，最高可達75.60%。趙北咀近岸至虎頭角附近海域的砂組分含量較高，虎頭角西北部附近海域的砂組分含量最高，可達60%以上，調查區北部海域含量較低（＜10%）。

粉粒粒級組分：粉粒組分含量最高，均值68.34%，最高可達88.30%。趙北咀近岸至虎頭角附近海域的粉粒組分含量較低，虎頭角西北部附近海域的粉粒組分含量最低，一般＜20%，調查區北部海域含量較高（＞70%）。

黏粒粒級組分：研究區黏粒含量一般較低，平均含量大致20%左右。黏粒含量分布在調查區西北部海域最高（＞25%），趙北咀近岸至虎頭角附近海域的粉粒組分含量較低。

通過粒級組分的含量分布特征可以看出，粉粒組分含量均值超過68%，為研究區的優勢粒級。從整個研究區看，粒級組分含量的分布與沉積物類型分布特征吻合度好，總體表現出距離海岸越遠，沉積物粒度逐步變細的趨勢。此外，由于受水動力較強影響，雞鳴島西北部海域存在砂、礫含量高值區。

3.3沉積物粒度參數分布特征

沉積物粒度參數是描述沉積環境的一項重要依據，沉積環境與沉積物粒度參數具有非常緊密的相關關系，利用沉積物粒度參數的分布特征可以識別沉積環境或推斷物質運動的方式［15］。

計算沉積物粒度參數常用圖解法和矩值法，矩值法將平均粒徑、分選系數、偏度和峰度分別定義為粒度分布的一次矩、二次矩、三次矩和四次矩的函數［16］，與圖解法相比，矩值法考慮了粒度分布的總體特征，更具統計學意義［17］，本次粒度參數依據矩值法計算，粒度參數定性標準見表3。

3.3.1平均粒徑

平均粒徑表示沉積物粒徑頻率分布的中心趨勢，其大小反映了沉積物的平均動能［1820］。在強動力條件下，細粒物質能夠被搬運到其他地方，只有粗粒物質被沉淀，反之，在弱水動力條件下［21］，粗粒物質不能夠被搬運，而細粒物質能夠被搬運沉積。

研究區沉積物平均粒徑與沉積物類型具有較好的對應性［22］（圖3），總體顯示由岸向海逐漸變細的趨勢，雞鳴島附近海域發育粗粒沉積區。研究區粒徑平均值為0.18mm，大部分海域平均粒徑＜0.0625mm，屬粉粒粒級，在雞鳴島西北部海域粒徑值最高，普遍＞0.25mm，最高達1.91mm。

3.3.2分選系數

分選系數是沉積物粒徑的分選程度［23］。如果粒級較小，主要粒級較突出，且百分比含量較高，則分選良好，分選系數就小；相反，粒級的分布非常廣泛，主要粒級并不突出，甚至是雙峰或者多峰沉積物，則分選就差，分選系數數值就大［24］。

研究區北部大部分海域分選系數＜2，分選較差或者中等（圖4）；趙北咀、雞鳴島等附近海域分選系數＞2.5，最大可至4.5以上，說明沉積物分選差，這些海域沉積物通常都是粒級組分分布不突出、部分粒級呈雙峰態顯示。分選系數的分布特征總體顯示了研究區受控于復雜的動力環境或多沉積物來源的影響。

3.3.3偏度

偏度是一個對沉積環境敏感的指標，反映了沉積活動中能量的變化。偏度可判斷粒度組分的對稱性，并表明平均值與中位數的相對位置［25］。

研究區內偏度變化范圍為1.21～2.86，平均值為1.79，大部分區域偏度＞1.8，屬于正偏或極正偏的范疇（圖5）。從偏度平面分布圖上可以看出，大部分區域粒度集中在細段部分，與沉積類型分選系數分布有極強一致性。

3.3.4峰度

峰度用來測量頻率曲線兩段的分選與曲線中央分選的比率［26］。如果峰度值很低或非常低時，說明該沉積物是未經改造就進入新環境，而新環境對它的改造又不明顯，代表幾種物質直接混合［27］。

研究區內峰度值變化于1.97～8.82之間，平均值為3.97，大部分區域＞4，大致對應粉砂和砂質粉砂，表現為中等偏尖銳的粒度頻率曲線。低值區主要集中在雞鳴島附近及以東海域，峰度介于2～4，表現為寬峰或鞍狀分布，粒度頻率曲線大致呈平坦分布，對應于粗粒含量較多的區域。

4沉積環境分析

研究海區沉積物類型的分布特征主要受物源和水動力條件影響。據潮流分布特征來看，研究區主要受潮流場控制，其北部海域水深20～30m，海底平滑，坡度小，潮流流速較小，影響微弱。而近小河流的物源輸入極少，僅能影響近岸處沉積物來源，并不能改變區域沉積物粒度分布的基本特征，而該區大部分海域主要為來自黃河源沉積物，黃河輸入渤海的大量泥質沉積物在山東半島沿岸流的作用下搬運至研究區，由于黃海暖流和山東半島沿岸流在附近構成了逆時針旋轉的環流，渦旋導致水體中呈懸浮狀態的細顆粒物質沉積下來［28］，由此研究區北部較大范圍內均沉積了細顆粒沉積物。

研究區內表層沉積物中礫砂和中、粗砂等主要分布在雞鳴島附近海域，粗碎屑沉積物主要來源于近源的基巖侵蝕物質，雞鳴島附近海域由于“狹管效應”發育了流速可達0.5m/s強潮流，受強潮流作用的影響，潮流大的潮道處經常發生海底侵蝕，潮流作用進一步對松散沉積物改造產生粗碎屑沉積，形成潮流沙脊。

5結論

（1）威海市東部濱海新城北部海域表層沉積物類型較多，主要有低液限黏土、細砂、含礫低液限黏土、低液限粉土、粗砂、中砂和礫砂共7類。粗顆粒沉積物面積較小，主要分布在雞鳴島周邊海域，其余大面積分布著細顆粒沉積物。

（2）整個研究區粒級組分含量的分布與沉積物類型分布特征吻合度好，總體表現出離岸越遠，沉積物粒度逐漸變細的趨勢。雞鳴島西北部海域存在砂、礫含量高值區，主要受物質來源與水動力條件的影響。

（3）研究區海底表層沉積物的分布主要受物源和水動力條件控制，細顆粒沉積物主要為黃河源物質由沿岸流攜帶而來，粗顆粒沉積物受潮流作用影響，于潮流大的潮道處發育形成潮流沙脊。

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收稿日期：20240620；修訂日期：20240703；編輯：王敏

基金項目：省級地質勘查項目：山東省威海市東部濱海新城北部海域海砂資源調查評價（魯勘字〔2020〕56號）

作者簡介：王玉蓮（1983—），女，山東菏澤人，高級工程師，主要從事水工環地質及海洋地質相關工作；Email：alane1983@163.com

通訊作者：王寧（1986—），男，山東青州人，高級工程師，主要從事水工環地質等工作；Email：457493801@qq.com]（山東省地質礦產勘查開發局第六地質大隊（山東省第六地質礦產勘查院），山東威海264209）