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辽东湾北部现代沉积作用研究

作　者: 张子鹏
导　师: 李广雪
学　校: 中国海洋大学
专　业: 海洋地质
关键词: 渤海辽东湾现代沉积潮控河口三角洲
分类号: P736.2
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

渤海，由辽东湾、渤海湾、莱州湾、中央盆地和渤海海峡组成，平均水深18m，通过渤海海峡与外海进行水体交换和能量传递。末次冰消期以来，海水重新覆盖原有的渤海陆相沉积，形成：黄河、滦河、辽河等大型水下三角洲，规模宏大的辽东浅滩潮流沙脊群、辽东湾沿岸15m水深以浅规模不一的离散分布的潮流沙脊单体，北东-南西向延伸的中央盆地泥质沉积区。本文研究区域是辽东湾北部20m水深以浅、130km×100km的海域范围：北部是辽河（我国七大主要河流之一）等多条河流的入海口，发育规模可观的潮滩以及延伸至约30m等深线附近区域的水下河口三角洲，东部和西部沿岸为港湾基岩海岸，东部沿岸水下分布古滨海残留沉积区；研究区海底地形呈现自海岸向海湾中部倾斜态势，其中东、西两岸倾斜坡度较大；研究区潮差大（最大潮差超过5m）、潮流强（2-3节）、冰期长（最长180天），陆海相互作用强度极高。虽然前人已开展过相关方面的研究，但历史调查精度不高、调查区域覆盖不全面、样品测试数量不多、样品测试内容不全面不系统、关注的视角偏重陆地和海岸带，更鲜有细致研究人类活动对近海沉积的影响以及悬浮体对区域现代沉积作用及影响的研究。本文全面依托“我国近海海洋环境综合调查与评价”中CJ01区块A1调查区1:5万大比例尺调查的底质、水体、柱状样资料及辽宁省908专项中“辽宁省海岸带调查”的潮滩柱状样资料，进行了全面的粒度、碎屑矿物、常微量元素、水体（温盐密）、悬浮体（质量浓度和体积浓度）、210Pb放射性测年等测试分析，开展了区域精细的沉积分布特征、现代沉积物质来源、近代人类活动影响记录、悬浮体输运、现代河口沉积动力过程研究，获得以下五个主要方面的基本结论：（1）该区域沉积物中粉砂和砂平均含量超过80%，以砂质粉砂和粉砂质砂两种沉积物类型为主，西北部抵近小凌河口的5-10m水深之间的海底沉积物（粉砂）最细，在东南方向近岸水下沙脊区分布最粗的沉积物类型（砂）。表层沉积物的分布与区域海洋动力、海底地貌特征和物源供给密切相关，除东南沿岸砂质残留沉积受现代物质供给影响较小外，绝大多数海域沉积物来源依赖海湾周边河流输入的泥沙，尤以北部四条河流来水来沙为主。（2）表层沉积中轻矿物占97.1%，主要矿物是长石，平均含量为59.8%，石英为29.3%，矿物成熟度较低。重矿物不稳定组分含量较高，组合以角闪石-绿帘石-石榴子石-透闪石为主，钾长石和榍石是区域内的特征矿物。研究区以钾长石和角闪石含量高而区别于渤海其他海域。（3）常量成分中SiO2和Al2O3平均含量高达67.47%和12.45%，金属元素含量次之，TiO2、P2O5和MnO位居末三位，均小于0.58%。元素组合分析结果显示，陆源碎屑、生物质粗粒沉积是控制元素分布的主要因子。重金属相对含量较高，分布规律符合粒度控制律，所测各金属均与Al有较高的相关性，体现了近源陆相输入物为主的影响。（4）210Pb和137Cs测年揭示了北部潮滩的沉积速率和沉积过程。潮滩沉积对河流入海泥沙量敏感度较高，80年代以来沉积速率明显降低，局地出现淤积与侵蚀的交互作用过程。水下三角洲的沉积过程基本稳定，测试结果反映的物质供给和沉积速率未显现出大的波动，基本保持在2~6mm/a的水平。（5）悬浮体浓度分布呈现较为明显的自河口向外扩散的分布态势，底层浓度远高于表层；潮流顶托和海面风场增大了悬浮体浓度，尤其是在浅海和东南沿岸海域。盐度28‰为界，悬浮体质量浓度与浊度呈现不同程度的线性关系。现场体积浓度与质量浓度分布规律相近，海水中絮凝体和生物组分含量低，底层悬浮体浓度较高，在河口存在明显的辽河冲淡水锋面。辽河海底谷地、辽河口等水动力作用较强的海域，悬浮体现场平均粒径组成偏粗，可达1-5Φ，其它区域以5-7Φ为主。本文以前所未有的站位密度获取了均匀覆盖整个辽东湾北部的研究数据，资料充分、样品数量充足、分析测试方法可信，区域水体、底质、柱状样等载体真实反映悬浮体、粒度、碎屑矿物、地球化学、沉积速率等研究要素的分布及特征。通过全面深入研究，在三个方面有了新的认识：（1）从沉积物分布和动力分异方面，细化并更新了辽东湾北部现代沉积特征。研究区中部偏西侧海域、围绕海湾环流分布典型的粘土质粉砂细粒沉积区，海湾东西两侧残留沉积区及水下谷地区粗粒沉积特征明显，陆源碎屑矿物动力分异特征、重金属元素在细粒沉积区富集等均符合上述现代沉积特征。（2）河控作用减弱、潮控作用加强，这是辽东湾北部沉积环境改变的显著特点。河流水沙量骤降致使物质供给量减少，北部和东部区域河流冲淡水扩散方式限制了河口悬浮体的输运距离，碎屑矿物扩散能力减弱降低了重矿物分异能力，表层细粒沉积再悬浮搬运减小了原地沉积速率，原有的河流影响沉积区逐渐被潮流沉积体系所代替。（3）人类活动是改变和再塑辽东湾北部现代沉积格局和沉积作用的重要影响因素。修建水库水闸严重减少了河流水沙输入量；围填海活动重新塑造了海岸的自然形态和空间分布格局，限制了沿岸浅水区物质参与现代沉积的能力并间接影响了沉积速率变化、碎屑矿物的动力分异、重金属元素的富集和扩散。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-14
0 前言  14-22
  0.1 研究历史  14-15
  0.2 研究现状  15-19
  0.3 研究目的及意义  19-20
  0.4 研究范围与研究内容  20-22
1 区域地质与海域环境特征  22-40
  1.1 区域构造与地史演化  22-24
  1.2 气候特征  24
  1.3 水文状况  24-28
    1.3.1 潮流状况  24-25
    1.3.2 海洋环流  25-26
    1.3.3 海浪状况  26-27
    1.3.4 河流输沙  27-28
  1.4 海岸带地貌  28-36
    1.4.1 太平角至盖平角岬湾砂质海岸  28-33
    1.4.2 盖平角至小凌河平原淤泥质海岸  33-35
    1.4.3 小凌河至兴城河口港湾基岩海岸  35-36
  1.5 海底地貌特征与分布  36-37
  1.6 辽东湾北部海域海岸线变迁  37-40
2 研究材料与研究方法  40-46
  2.1 研究材料  40-42
    2.1.1 表层沉积物  41-42
    2.1.2 柱状样  42
  2.2 实验方法  42-46
    2.2.1 粒度分析  42-43
    2.2.2 碎屑矿物鉴定  43
    2.2.3 常微量元素测定  43-44
    2.2.4 沉积速率  44-46
3 辽东湾北部海底表层沉积物沉积特征  46-70
  3.1 沉积物粒度特征空间分布与沉积分区  46-58
    3.1.1 表层沉积物粒度组分含量与分布  46-49
    3.1.2 表层沉积物粒度参数空间分布特征  49-51
    3.1.3 表层沉积物类型  51-54
    3.1.4 表层沉积物分区特征  54-57
    3.1.5 小结  57-58
  3.2 常量元素分布特征与地质意义  58-62
    3.2.1 常量元素含量  58
    3.2.2 沉积物类型与常量元素分布  58-59
    3.2.3 常量元素之间相关性分析  59-61
    3.2.4 常量元素组合分区地质意义  61-62
  3.3 重金属元素分布特征  62-70
    3.3.1 重金属含量空间分布  63-65
    3.3.2 重金属分布规律影响因素分析  65-68
    3.3.3 小结  68-70
4 辽东湾北部碎屑矿物沉积动力分异  70-88
  4.1 表层沉积物碎屑矿物空间分布特征  70-76
    4.1.1 轻矿物颗粒含量空间分布特征  70-72
    4.1.2 重矿物含量空间分布特征  72-76
  4.2 碎屑矿物及粒度聚类分析  76-83
    4.2.1 R 型聚类  76-78
    4.2.2 快速聚类分析  78-79
    4.2.3 碎屑矿物组合分区  79-83
  4.3 表层沉积物碎屑矿物的物质来源  83-87
    4.3.1 入海河流输入物  83-85
    4.3.2 残留沉积  85-86
    4.3.3 海岸冲刷侵蚀  86-87
  4.4 小结  87-88
5 辽东湾北部夏季悬浮体分布特征与扩散模式  88-116
  5.1 数据来源  88-89
  5.2 悬浮体质量浓度分布与扩散  89-98
    5.2.1 悬浮体质量浓度分布特征  89-94
    5.2.2 垂向悬浮体质量浓度分布特征  94-98
  5.3 海水浊度分布特征  98-101
    5.3.1 浊度平面分布特征  98
    5.3.2 浊度垂向分布特征  98-101
  5.4 悬浮体分布的主要控制因素  101-103
    5.4.1 悬浮体物质来源对悬浮体浓度的影响  101-102
    5.4.2 海洋环流对悬浮体浓度的影响  102
    5.4.3 海底地形对悬浮体浓度的影响  102-103
    5.4.4 悬浮体浓度的历史调查比较  103
  5.5 悬浮体质量浓度与浊度关系  103-108
    5.5.1 悬浮体浓度与浊度相关分析  104-107
    5.5.2 悬浮体浓度与浊度分异研究  107-108
    5.5.3 小结  108
  5.6 悬浮体现场粒度特征  108-115
    5.6.1 现场体积浓度  108-110
    5.6.2 现场平均粒径  110-115
  5.7 小结  115-116
6 辽东湾北部现代沉积环境演变  116-148
  6.1 粒度特征反映的沉积动力环境变化  116-119
  6.2 辽东湾北部现代沉积物源分析  119-125
    6.2.1 重矿物组成含量变化  119-122
    6.2.2 重矿物组合分区  122-123
    6.2.3 现代沉积物源分析  123-125
  6.3 辽东湾北部沉积记录分析  125-131
    6.3.1 常量元素的垂向变化  125-126
    6.3.2 重金属元素的垂向变化  126-127
    6.3.3 粒度与元素的相关性分析  127-130
    6.3.4 垂向元素元素组合分布特征  130-131
  6.4 现代沉积作用过程分析  131-134
    6.4.1 浅海沉积作用过程  131-132
    6.4.2 沉积作用速度和沉积模式  132-134
  6.5 辽东湾北部潮滩沉积作用过程分析  134-146
    6.5.1 潮滩沉积速率研究方法  134-136
    6.5.2 潮滩沉积速率与沉积过程  136-140
    6.5.3 辽东湾北部潮滩沉积环境变化  140-143
    6.5.4 潮滩沉积速率的影响因素  143-146
  6.6 小结  146-148
7 结论  148-150
参考文献  150-158
致谢  158-159
个人简历  159-160
发表的学术论文  160-161

辽东湾北部现代沉积作用研究

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