2017, Vol.37
② 海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室, 青岛 266071)
南黄海西部日照至连云港海域是一个开阔的浅海湾(图 1)，在120°E以西，水深均在30m以内。该海区中北部为剥蚀残留地貌，20m等深线曲折，古河道和古湖沼洼地发育。南部为苏北废黄河水下三角洲，地形平坦，但局部发育冲刷浅洼地和沙脊地形，三角洲前缘陡坡大约出现在该水下三角洲北部20m等深线附近[1]。
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图 1 南黄海西部表层沉积物采样站位分布 红点代表采样站位位置 Fig. 1 Map of the study area off the shoreline between Rizhao and Lianyungang in the western South Yellow Sea showing sediment sampling sites. Red dots represent sampling locations of bottom sediments |
青岛市古镇口湾至海州湾内兴庄河口为基岩-砂质海岸，岸线上岬角、海湾、沙坝、潟湖发育。该区腹地为鲁东丘陵，离岸很近，入海河流主要有傅疃河、潮白河、白马河、吉利河、甜水河、横河等。傅疃河是鲁南最大的独流入海河流，全长58km，干流长51.5km，流域面积1058km2，年平均输沙量约20×104吨[2]。潮白河干流长47km，流域面积517km2。白马河发源于诸城市鲁山东麓，全长44km，汇水面积373km2；吉利河全长40km，汇水面积300km2；两者在青岛市黄岛区河崖村南汇流后，于马家疃村东入海。潮白河-白马河(吉利河)流域总面积1190km2，年平均输沙量约38×104吨[2]。这些河流均为独流入海的雨源型山溪小河，源短流急，陆源碎屑供应量很少。
海州湾内兴庄河口以南至苏北废黄河三角洲以泥质海岸为主，其中，海州湾内兴庄河口至西墅为淤积增长的淤泥质平原海岸，长约26km，潮间带滩宽约3~6km，由青灰色粉砂淤泥组成。烧香河口以南的泥质海岸则由于黄河改道、缺少泥沙供给而受到强烈侵蚀[3]。连云港云台山附近岸段为江苏省唯一的基岩海岸。该区的入海河流主要有灌河、新沂河、新沭河、蔷薇河、龙王河、玉带河、绣针河、兴庄河等。灌河是苏北最大的入海潮汐河流，干流全长74.5km，河宽300~1200m，平均低潮水深4~9m，高潮水深7~12m。灌河流域面积大，汇水面积达6758km2，年均径流量为40×108m3，年输沙量约70×104吨，是一条水清沙少的河流[4]。新沂河、新沭河是沂沭水系的主要排洪河道。根据其上游沂河、沭河统计数据[5]，沂河临沂站多年平均含沙量1.15kg/m3，多年平均输沙率127kg/s，多年平均输沙量400×104吨；沭河莒县站多年平均含沙量1.2kg/m3，多年平均输沙率17.4kg/s，多年平均输沙量55×104吨。
碎屑沉积物的粒度分布是对沉积介质的流体因素和沉积环境的能量因素的响应[6, 7]。通过粒度分析，可以得到沉积物来源、搬运历史和沉积过程等重要信息，是重建沉积物搬运机制和判别沉积环境的重要手段[8~15]。本文的目标是，通过分析南黄海西部日照至连云港海域表层沉积物的粒度组成和参数分布特征，划分沉积分区，识别物质来源，结合波浪、潮流等水文资料，探讨海洋动力驱动下的沉积物搬运机制和沉积物长期运移趋势。
2 材料与方法表层沉积物样品共计200件，采集于2014年至2015年，用箱式取样器和振动取样器完成，采样站位呈等间距均匀分布(图 1)，网格密度为4km×5km，基本覆盖了5m等深线以深、120°E以西的南黄海海域。按照《海洋调查规范——海洋地质地球物理调查(GB/T 12763.8-2007)》[16]对样品粒度进行分析，于中国地质调查局海洋地质实验检测中心完成。
粒度测定之前，原始样品需要进行前期处理。首先，称取一定量的沉积物样品，将其充分混合，加入6 %的H2O2溶液去除有机质，再加入0.2N稀盐酸溶液去除钙质胶结物和生物壳体。然后，样品还要用清水清洗除盐，直至清洗液的酸度至中性为止。经上述步骤处理后，加入0.5N的六偏磷酸钠[(NaPO3)6]溶液，浸泡24小时，经超声震荡使样品充分分散之后，备用。
对于不含砾沉积物样品，采用英国Malvern公司生产的Mastersizer 2000型激光粒度仪进行测定，粒级间隔为0.25φ。对于含砾沉积物样品，联合使用筛析法和激光粒度法(即综合法)进行粒度测定。筛析法适用于粒径大于63μm的沉积物。当粒径大于63μm的物质含量大于85 %时，可单独采用筛析法。粒径在63μm以下的沉积物采用Mastersizer 2000型激光粒度仪进行测定。综合法粒级间隔为0.5φ。
利用GRADISTAT粒度处理软件[17]计算粒度参数，MapGIS 6.7软件内置的泛克里金插值法绘制粒度组成和参数的等值线分布并成图。表层沉积物的分类与命名采用《海洋区域地质调查规范(1：250 000)》(DZ/T 0256-2014)[18]推荐的Folk分类法[19]。
3 结果 3.1 表层沉积物组分特征南黄海西部表层沉积物由砾(＜-1φ)、砂(-1~4φ)、粉砂(4~8φ)和粘土(> 8φ)等4种组分构成；以砂为主，平均可达50.1 %；其次是粉砂，平均为28.4 %；粘土和砾组分含量较低，其平均值分别为10.7 %和10.8 %。
砾组分绝大多数为钙质结核，在本区分布广泛。它通常外表颜色较深，多呈褐色-黑灰色，向内颜色逐渐变浅，多为褐黄-灰绿色。大小相差悬殊，小者仅1~4mm，大者可达10cm以上。形态各异，多呈团块状、姜结石状等，也有蜂窝状者，孔洞较多，未被泥沙掩盖的钙质结核表面常附着有淡红色苔藓虫和贝类等底栖生物。从含量分布(图 2a)来看，钙质结核主要集中于20m等深线以深海域，含量一般在20 % ~ 30 %以上，最高可达60 %以上。海上沉积物取样作业过程中多次发现，局部海底表面几乎全部被钙质结核所覆盖。在日照市石臼至岚山之间的海岸带也有一定的分布，但含量通常较低。钙质结核的形成与沿海冲积平原在干旱条件下的成土作用有关，属于陆相古土壤层内的自生产物[20]，具有成因意义。在相邻的黄淮平原土壤剖面中，钙质结核土层也较为常见[21]。
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图 2 南黄海西部表层沉积物砾(a)、砂(b)、粉砂(c)和粘土(d)含量分布图(%) Fig. 2 Spatial distribution of gravel (a), sand (b), silt (c), and clay (d) fraction contents of bottom sediments in the western South Yellow Sea |
含砾碎屑沉积物的三角形分类图(图 3a)显示，含砾表层沉积物以砾质泥质砂(gmS)为主，其次是泥质砂质砾(msG)和含砾泥质砂((g)mS)。由于钙质结核为自生成因，且其大小相差很大，采样过程中也很难将较大的结核砾石纳入仪器测定，而将含砾组分剔除之后，表层沉积物的砂-粉砂-粘土组分的分布(尤其是砂质组分)更集中(图 3b)，它克服了结核出现的随机性和取样过程的人为分选(大块砾石未纳入测试)，因而更能反映该区底质的真实情况。本文统计了本区133件含砾表层沉积物0.5φ粒径区间的平均粒径，并绘制了分布曲线(图 4)。该曲线粗粒径端的最低值为1.38 %，恰好对应-0.5~-1.0φ区间(粗砂)。从-1.0~-1.5φ区间(极细砾)开始，砾组分含量逐渐上升。从该曲线来看，尽管砂组分(尤其是粗砂)中也含有少量的结核颗粒，但其绝大多数集中于砾组分之中，这也佐证了将砾组分全部剔除后再进行粒度分析的合理性。因此，本文其后表层沉积物组成和粒度参数的统计分析，均是剔除含砾组分之后的结果。
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图 3 表层沉积物三角形分类图(据Folk分类[19]) (a)砾—砂—泥分类(Gravel-sand-mud classification)；(b)砂—粉砂—粘土分类(Sand-silt-clay classification) Fig. 3 Triangle diagrams of bottom sediments based on Folk's classification system[19] |
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图 4 南黄海西部133件含砾表层沉积物0.5φ粒径区间的平均粒径频率曲线 Fig. 4 Frequency curve of 0.5φ-interval mean grain-size of 133 gravel-bearing bottom sediments from the western South Yellow Sea |
表层沉积物砂(图 2b)、粉砂(图 2c)和粘土(图 2d)组分依照离岸距离，呈环带分布。砂质组分的高值区主要出现在中部10~20m等深线一带，砂含量可达68 %以上；其次是20m以深海域，通常也在60 %以上。青岛董家口至日照石臼、海州湾至苏北废黄河三角洲北部一带的近岸海区，砂含量低，大多在35 %以下。粉砂组分的高值区出现在青岛董家口至日照石臼一带的近岸海区，含量在50 %以上；次高值区出现在海州湾至废黄河三角洲北部近海，含量在35 % ~ 50 %之间。粘土含量的高值区主要出现在海州湾至废黄河三角洲北部和日照石臼近海，含量在18 % ~36 %之间。海区中部20m等深线附近及以深，粉砂和粘土含量都很低。在20m等深线以深，粉砂和粘土含量都有局部小幅升高的现象，这可能与黄海沿岸流作用下细颗粒悬浮体的搬运沉积有关[22]。
3.2 表层沉积物粒度参数特征表层沉积物的平均粒径介于2.00~7.24φ之间，均值为4.35φ。从平面分布来看，具有环带分布的特征(图 5a)。青岛董家口至废黄河三角洲北部一带的近岸海区，平均粒径最细，大多在5.5φ以上；海区中部10~20m等深线一带，平均粒径最粗，大多在4φ以下。平均粒径的分布与沉积物组成(图 2b~2d)的分布特征一致。
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图 5 南黄海西部表层沉积物平均粒径(a)、分选系数(b)、偏度(c)和峰态(d)分布图 分选系数、偏度和峰态是无量纲参数 Fig. 5 Spatial distribution of mean grain-size (a), sorting (b), skewness (c), and kurtosis (d) of bottom sediments in the western South Yellow Sea |
分选系数介于0.78~3.48之间，均值为2.31，分选程度大多为较差(1.00~2.00)或差(2.00~4.00)级别(图 5b)。日照石臼至岚山头近岸海区和东部20m以深、钙质结核含量较高的海区分选差；南部废黄河水下三角洲一带分选程度是本区最好的，部分可归为中等(0.70~1.00)水平。
偏度介于-0.22~0.74之间，均值为0.38，可分为负偏(-0.3~-0.1)、近对称(-0.1~0.1)、正偏(0.1~0.3)和极正偏(0.3~1.0)4个级别(图 5c)。绝大多数海区均为极正偏分布，仅在日照石臼近海和海州湾口一带等局部海域，呈近对称分布。
峰态介于0.68~3.30之间，均值为1.32，可分为平坦(0.67~0.90)、中等/正态(0.90~1.11)、尖锐(1.11~1.50)和很尖锐(1.50~3.00)5个级别(图 5d)。以海区中部为主的大部分海域呈很尖锐分布，而从青岛琅琊台经日照、海州湾至连云港徐圩一带的近岸浅水区绝大多数呈平坦分布，少数呈中等/正态分布，两者差别非常明显。
3.3 表层沉积物类型研究结果表明，将钙质结核剔除之后，本区表层沉积物可分为6类(图 6)，分别是粉砂质砂(zS)、砂质粉砂(sZ)、砂质泥(sM)、砂(S)、泥质砂(mS)和粉砂(Z)。
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图 6 南黄海西部表层沉积物类型(剔除钙质结核)(据Folk分类[19])和钙质结核富集区(>10 %)分布 Fig. 6 Spatial distribution of bottom sediment types(after removal of calcretes)based on Folk's classification system[19] and calcrete-rich areas(>10 %)in the western South Yellow Sea |
粉砂质砂(zS)是本区分布最广的沉积物类型，大约覆盖64 %的采样站位，呈面状分布于海区中部，苏北和日照近海一带也有分布。沉积物呈灰色至深灰色，松散，常含有大小不等的钙质结核砾石或颗粒及贝壳碎片。沉积物以砂为主，平均可达67.5 %；粉砂含量通常介于14.0 % ~ 39.5 %之间，平均为24.4 %；粘土含量较少，平均为8.2 %。平均粒径为71.5μm，分布范围为35.2~172μm，以极细砂为主。分选系数为2.23，分选程度差。偏度和峰态的平均值分别为0.49和1.52，粒度曲线总体上呈极正偏、很尖锐分布。
砂质粉砂(sZ)约占采样站位的21 %，也是本区较多的一种类型，主要沿着海岸带分布在10~20m等深线附近，比如，古镇口湾至董家口近海、日照石臼近海、海州湾口、连云港东西连岛近海和废黄河水下三角洲前缘等。沉积物以粉砂为主，平均为48.3 %，变化范围为34.5 % ~ 71.1 %；砂含量也比较多，平均为36.1 %；粘土含量变化较大，通常在2.5 % ~ 24.6 %之间，平均为15.6 %。平均粒径为28.3μm，分布范围为11.0~69.5μm，属中粉砂。分选系数为2.46，分选程度差。偏度和峰态的平均值分别为0.22和0.95，总体上呈正偏、中等/正态分布。
砂质泥(sM)仅见于苏北近海，呈斑块状分布，约覆盖7.5 %的采样站位。沉积物以粉砂为主，变化范围为33.0 % ~ 56.5 %，平均为43.1 %；砂含量平均为28.5 %；粘土含量较高，通常在21.1 % ~36.5 %之间，平均为28.4 %。平均粒径为12.8μm，分布范围为6.7~20.8μm，属细粉砂。分选系数为2.55，分选程度差。偏度和峰态的平均值分别为-0.04和0.80，总体上呈近对称、平坦分布。
砂(S)、泥质砂(mS)和粉砂(Z)等这3种类型共出现于15个站位，呈零星分布。其中，砂(S)仅见于日照石臼咀至岚山头近海和青岛古镇口湾至董家口咀近海，平均粒径为201μm，属细砂，分选程度差，粒度曲线呈极正偏、很尖锐分布；泥质砂(mS)仅见于日照石臼至岚山头近海和海州湾口外，平均粒径为42.0μm，属粗粉砂，分选程度差，呈极正偏、平坦分布；粉砂(Z)仅见于青岛董家口至日照石臼近海，平均粒径仅为8.2μm，属细粉砂。分选程度较差，呈近对称、中等/正态分布。
3.4 表层沉积物粒度分区根据粒度组成(图 2)、粒度参数分布(图 5)和表层沉积物类型(图 6)等特征，结合粒度频率曲线形态(图 7)，可将日照至连云港海域划分为4个沉积区(图 8)，分别命名为南部的苏北废黄河水下三角洲沉积区(A)、连云港沿海沉积区(B)以及西北部的日照近海沉积区(C)和中部的海侵沉积区(D)。命名原则依据各分区沉积物来源和沉积环境演化特征，详见下节讨论部分。各个分区的表层沉积物组成和粒度参数特征详列于表 1，砂-粉砂-粘土组成在三角图上的分布如图 9所示。
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图 7 南黄海西部各个沉积分(亚)区的粒度频率曲线(剔除砾组分) (a)废黄河水下三角洲和连云港近海0.25φ粒径区间的平均粒径频率曲线；(b)日照近海12个站位样品的频率曲线；(c)海侵沉积区含砾样品0.5φ粒径区间的平均粒径频率曲线和不含砾样品0.25φ粒径区间的平均粒径频率曲线 Fig. 7 Frequency curves of bottom sediment grain-size(after removal of gravels)of various depositional areas in the western South Yellow Sea. (a)Mean grain-size(0.25φ-interval)curves of samples from the abandoned subaqueous Yellow River delta and Lianyungang coastal area; (b)Grain-size curves of 12 samples from the Rizhao coastal area; (c)Mean grain-size curves of gravel-bearing(0.5φ-interval)and non-gravel-bearing (0.25φ-interval)samples from the transgressive deposit area |
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图 8 南黄海西部表层沉积物粒度分区 Fig. 8 Depositional areas in the western South Yellow Sea based on grain-size features |
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表 1 南黄海西部沉积分区表层沉积物组分和粒度参数特征(剔除砾组分) Table 1 Compositions and grain-size parameters of bottom sediments(after removal of gravels) for various depositional areas in the western South Yellow Sea |
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图 9 南黄海西部沉积分区的粒度组成(剔除砾组分)在三角图上的分布 Fig. 9 Bottom sediment compositions(after removal of gravels)of various depositional areas in the western South Yellow Sea based on triangle diagram |
废黄河水下三角洲沉积区呈扇形，分布于连云港埒子口以南沿海水域，其物源来自黄河1128~1855年之间输入的泥沙[1]。黄河北归渤海入海之后，苏北黄河三角洲已废弃，三角洲淤泥质海岸和水下三角洲沉积体以侵蚀为主，局部淤积，远未达到均衡状态[3]。该区又可进一步细分为周边的剥蚀亚区(A1)和中部的侵蚀再沉积亚区(A2)。剥蚀亚区(A1)的平均粒径频率曲线呈单峰态，峰值集中于3.50~3.75φ(图 7a)。沉积物类型绝大多数为粉砂质砂，砂含量平均可达57.9 %，粉砂含量平均为34.3 %，粘土含量低，平均为7.8 % (表 1)。平均粒径介于3.69~5.25φ之间，均值为4.23φ。分选系数平均为1.52，该值是所有分(亚)区中最低的，说明沉积过程中水动力较强。偏度均值为0.45，呈极正偏分布。峰态介于0.79~2.24之间，均值为1.69，虽然波动较大，但绝大多数为很尖锐分布。侵蚀再沉积亚区(A2)的平均粒径频率曲线为双峰态，主峰值为3.50~3.75φ，与周边的剥蚀亚区主峰值相同(图 7a)；次峰稍宽，介于6.50~7.25φ之间。比较而言，主、次峰的峰高和峰面积差距不大，其差距在所有双峰态分区中是最小的(图 7)，指示明显的物源混合特征。沉积物类型为砂质泥、砂质粉砂和粉砂质砂。砂含量平均为27.7 %，比周边剥蚀亚区明显降低；粉砂含量平均为47.8 %，粘土含量高，介于14.3 % ~ 33.4 %之间，平均为24.5 % (表 1)。平均粒径介于4.81~7.22φ之间，均值为6.07φ。分选系数平均为2.35，该值在所有分(亚)区中偏高，意味着分选程度差，同样指示混合物源特征。偏度均值为0.18，正偏分布为主。峰态介于0.73~1.17之间，均值为0.85，波动较小，呈平坦分布。
连云港沿海沉积区分布于连云港埒子口以北沿海水域，由于海州湾内(日照岚山之佛手嘴与连云港东西连岛之窝头的连线以西)采样站位少，考虑到该区以砂质泥为主，故将其北界大致推定在海州湾内砂质海岸与淤泥质平原海岸的分界处，即兴庄河口一带。该区沉积物的平均粒径频率曲线为双峰态，主峰值为3.25~3.50φ，次峰较宽，介于6.75~7.75φ之间(图 7a)。沉积物类型以砂质泥和砂质粉砂为主，粘土含量高是本区的重要特征，最高可达36.5 %，最低为10.6 %，平均为23.2 %。砂含量平均为35.0 %，粉砂含量平均为41.8 % (表 1)。平均粒径介于4.80~7.03φ之间，均值为5.78φ。分选系数平均值为2.50，该值是4个分区中最大的，说明沉积物分选程度差，物源具有混合特征。偏度均值为0.17，呈正偏分布。峰态介于0.68~1.21之间，均值为0.81，波动较小，平坦分布。
日照近海沉积区分布于青岛古镇口湾至日照涛雒的近岸一带，其中心地带位于黄家塘湾。该区沿着海岸呈狭长带状展布，其中部向海异常突出的部分，可能是由于董家口港深水航道疏浚、抛泥作业所致(图 8)。该区覆盖的沉积物站位很少，仅12个。各个站位的粒径频率曲线也不尽相同，差别较大(图 7b)，反映了局部沉积环境的差异。这主要是由于该沉积区狭窄，受外围砂质沉积影响较大。在砂-粉砂-粘土三角图(图 9)上，可以将日照近海现代沉积区与其他分(亚)区明显地分离开来。沉积物类型以砂质粉砂和粉砂为主；粉砂含量很高，最高可达71.1 %，最低为41.3 %，平均为63.1 %；砂含量介于2.2 % ~ 48.1 %之间，波动大，平均为16.6 %；粘土含量平均为20.3 % (表 1)。平均粒径介于3.85~7.24φ之间，均值为6.05φ。分选系数平均值为2.09，仅次于废黄河水下三角洲。偏度介于-0.06~0.56之间，以近对称和正偏分布为主。峰态均值为1.04，以中等/正态分布为主。
海侵沉积区涵盖中部大面积海域，也包括日照涛雒至岚山头的近岸浅水区。该区沉积物的平均粒径频率曲线为单峰态，尖锐、较窄，峰值为2.5~3.0φ，综合法和激光粒度法测得的结果一致(图 7c)。钙质结核的广泛分布是本区的典型特征，尤其是在20m以深海域。沉积物类型几乎全部为粉砂质砂，仅在个别站位有砂、泥质砂或砂质粉砂，呈零星分布。本区砂含量很高，最高可达82.1 %，最低为15.5 %，平均值也高达64.3 %，在砂-粉砂-粘土三角图上呈线性分布(图 9)，且较为集中。粉砂含量平均为30.3 %；粘土含量很低，均值仅为5.5 % (表 1)。平均粒径介于1.99~5.89φ之间，均值为3.91φ。分选系数平均值为2.41，分选程度差。偏度均值为0.44，以极正偏分布为主。峰态介于0.68~3.30之间，均值为1.39，虽然波动大，但大多以尖锐分布为主。
4 讨论 4.1 日照近海的现代沉积潮白河-白马河(吉利河)水系是日照沿海最大的陆源碎屑来源[2]，黄家塘湾一带是其主要的沉积区。黄家塘湾湾口宽，岸线走向呈北向凹进，其地理位置位于青岛至日照弧形海岸的顶部，隐蔽性较好，波浪和潮流等水动力条件偏弱。日照沿海主要受季风影响，冬春季以东北风为主，夏秋季以东南风为主。董家口咀海域观测数据显示，波浪季节性变化明显；冬季常浪向为NW向，次常浪向为SW向，强浪向为N向；春、夏、秋季，常浪向主要为SE向，强浪向主要为N~NE向。潮流为顺时针旋转流，流速低，涨潮实测最大流速49cm/s，流向300°，平均流速29cm/s；落潮实测最大流速43cm/s，涨潮最大流速略大于落潮最大流速，涨潮平均流速略小于落潮平均流速[23]。潮白河、白马河(吉利河)挟带的粗粒径物质沉积在河口海岸一带，在波浪作用下形成沙坝，粒径较细的沉积物如粉砂和粘土等在风(浪)生沿岸流作用下主要向南搬运，呈狭长带状分布(图 8)。SE向落潮流流速低，细颗粒沉积物向东南外海扩散的并不远，但由于滨海丘陵区的水下岸坡坡度较大，泥质沉积也可以达到水深约17m处。
石臼至岚山一带的海岸线为NNE走向，且较为平直，沙坝-潟湖体系发育。洪水期傅疃河携带的泥沙首先在河口沉积，形成河口边滩或沙咀，并建造河口三角洲，继而向外海搬运[2]。据石臼海洋站观测资料，在该岸段，涨潮流主方向为SW向，落潮流主方向为NE~SE向，涨潮流速大于落潮流速。M2分潮流椭圆长轴方向基本上与岸线平行[24]。也就是说，风(浪)生沿岸流方向与涨潮流方向一致，两者相互叠加，增强了对粗碎屑的搬运能力。在单向水流较强的情况下，日照石臼至岚山头的沿海小镇涛雒近海的水下岸坡不可能形成泥质沉积，而是典型的砂质沉积，比如，水下浅滩等，而且砂质沉积的范围也会向外海扩展；表现在海岸地貌上，傅疃河口以南发育的涛雒沙坝可延伸至接近岚山基岩海岸，成为我国最长的沙坝之一[2]。
事实上，从黄家塘湾至海州湾，沿着海岸向南运动的泥沙流是常年存在的，成为塑造海岸堆积地貌和影响近海沉积物分布的重要地质营力。海岸地貌指向标志除了涛雒沙坝之外，还有一些，比如，石臼万平口潟湖东侧的万平口沙坝是向南延伸的[25]，岚山头的老虎沙咀向南延伸长达4km左右，起自绣针河口的沙咀向西南方向延伸[26]。从砂质沉积物来源看，傅疃河、潮白河、白马河等小河流带入的砂质沉积物是非常有限的，主要堆积在口门附近，在地貌上表现为河口三角洲的沙咀、沙坝等，而构筑砂质海岸及其临近浅水区的砂质沉积体主要是古河流相、古湖沼相沉积物经波浪改造后的砂质产物。
4.2 苏北废黄河水下三角洲(120°E以西部分)苏北废黄河三角洲的北部边界虽然有多种划分意见，但都认为介于灌河口至临洪口之间[27~31]。相应地，其水下三角洲沉积体的北界也应位于其间，但由于资料、数据和研究方法的不同，对具体的边界位置和沉积范围的认识存在差异[32~39]。
根据本次表层沉积物的粒度分析结果，结合海区地形地貌，本文认为，苏北废黄河水下三角洲沉积区的北界位于连云港埒子口外，向西北方呈扇形展布，水下三角洲前缘陡坡在120°E附近，大约位于水深23m处(图 8)，与海侵沉积区的古湖沼相、古河流相地层呈不整合接触。本次调查布设的站位的网格密度大，能更细致地反映出沉积物粒度的空间变化。废黄河水下三角洲与其西侧的连云港沿海沉积区之间存在着一条显著的弧形分界线，弧线以东为具有单峰态粒度曲线的粉砂质砂，以西则为呈双峰态粒度曲线的砂质泥和砂质粉砂。实际上，研究区所覆盖的这部分水下三角洲是一个面积较大的砂体。本区14m水深处的钻孔揭示，砂体厚度超过10m，砂含量垂向分布均匀，平均在53 %左右(内部资料)，均为以极细砂为主的粉砂质砂，与表层一致。据文献记载，明万历二十三年(1595年)至清道光二十二年(1842年)，黄河多次决口溢流经灌河北流入海[27, 40]。灌河及埒子口实际上是黄河北流重要的分流河道。现在的灌河河宽水深，依然是一个可以通航的天然河道。可以想见，当年黄河经此入海时，河道规模应该更大，泥沙排泄量应该很多。从埒子口至灌河口及其以南的此处近海砂体应该就是这段时期快速堆积形成的。该砂体粒度曲线形态与现代黄河口表层沉积物(37°39′02.043″N，119°23′59.848″E)的一致(图 7a)，只是前者峰值向粗端漂移0.5φ，类似于现代黄河口的底沙[41]。从水深分布来看，埒子口至灌河口之间的5m和10m等深线呈舌状明显向外海突出(图 8)，突出方向由NNE逐渐向NE向偏转，应该是入海径流裹挟的泥沙向海推进、快速沉积的遗迹。地形上，该处为一个地势较高的向外海缓慢倾斜的台地，在5m等深线西侧，是一个向西北倾斜的小陡坡(图 8)，其下缘平缓处即为砂体的西北边缘，也就是废黄河水下三角洲的西北边界。
在水下三角洲沉积区发现有9个硬质底站位(见图 8)，全部位于剥蚀亚区(A1)，其中5个分布于埒子口至灌河口外地势较高的台地。在这些站位，难以用箱式取样器获取底质，只能采用振动取样器完成。这种硬质底与现代黄河三角洲粉土体海床普遍发育着的、俗称“铁板砂”的沉积物硬层[42]很相似，但也有一些差异。比如，底质为深灰色粉砂质砂，块状结构，没有明显的层理；厚度大，无下卧软弱层；易于液化。与之类似的硬壳层，在密西西比水下三角洲也较为发育。Coleman和Garrison[43]认为，硬壳层是一种原生沉积结构，是入海径流挟带的密度大的砂质碎屑在水下三角洲顶部快速沉积过程中形成的。本次调查划分出的水下三角洲剥蚀亚区共计20个站位，其中，硬质底就有9个，占比高达45 %，可见其分布的普遍性。笔者认为，本区的硬质底发育，除了可能与古黄河输入的粉砂质砂(底沙)的快速沉积有关之外，更多的可能是，古砂体经压实下沉后的剥蚀出露的反映。从16世纪快速堆积开始，砂体就一直处于压实沉降过程中[28]。1855年黄河北归之后，由于大量泥沙供给枯竭，水下三角洲顶部在波浪和潮流作用下，表层松散沉积物被剥蚀，造成下部压实后的老沉积物出露，因而在机械性能上表现为硬度更大。本区其他表层沉积物主要呈灰黄色或灰色，但硬质底砂质沉积物呈深灰色，可能指示下部更强的还原性。
黄河北归后，北部岸线侵蚀后退，水下三角洲也经历了夷平过程[3]。通常，岸段或水下沙洲、浅滩等砂体离废黄河口越近，侵蚀速度越快；水下岸坡或砂体水深越浅，越容易遭到剥蚀。埒子口至灌河口外的水下台地，地势较高，是本区剥蚀作用最强烈的海域，表现为硬质底的集中出露(图 8)。剥蚀下来的物质向周边深水区搬运，在水动力较弱的区域再次沉积。事实上，在该台地东、西两侧均发育砂质泥或砂质粉砂，分别对应于水下三角洲的侵蚀再沉积亚区(A2)和连云港沿海沉积区(B)，两者在砂-粉砂-粘土三角图上的分布几乎重叠(图 9)，意味着相似的搬运机制和沉积过程。其中，再沉积亚区的细颗粒组分，可能主要来自于淤泥质海岸侵蚀物质的离岸搬运，与连云港沿海沉积区的细颗粒组分来源一致。剥蚀和再沉积是夷平过程的两个方面，最终结果是趋于形成平缓的夷平面。苏北沿海沉积物组成、粒度参数和沉积物类型条块分割的现象(图 2b~2d、图 5和图 6)，实际上反映了夷平过程中剥蚀亚区和再沉积亚区的伴生关系。
4.3 连云港沿海的侵蚀再沉积首先回顾一下连云港地区海陆变迁的历史，这有助于理解连云港沿海沉积环境的演变过程。黄河夺淮之前，连云港海州区锦屏山与其东面的云台山之间原系一片汪洋，前云台山、中云台山和后云台山均为海中的岛屿[28, 44]。16世纪以后，黄河多次决口漫溢和泥沙北流，黄河物质的扩散范围向北可达海州湾内的临洪口[27, 28]。据文献记载，清康熙五十年(1711年)，前云台山南侧海水退出，淤成陆地[26, 44]。清道光元年(1821年)前后，中云台山与后云台山之间的“五羊湖”淤为陆地[44]。至1855年，灌河口附近的海岸线已推进至开山岛一带[27]；其后，黄河北归的最初几年，烧香河口以南的岸线后退强烈，以后逐渐降低，至今仍在遭受侵蚀，岸线趋于平直化。如今开山岛已距离海岸约10km，1855~1974年开山断面的后退速度平均为63m/a[27]。在海州湾内，绣针河口-兴庄河口沙质海岸也以侵蚀为主，从1929年至1977年，岸段已后退500~1000m，目前仍在后退[3]。兴庄河口至西墅为淤泥质海岸，该岸段开敞度偏低，一直处于淤长状态之中至今。
上文已经指出，粒径频率曲线(图 7a)和粒度参数(表 1)均已提示，连云港沿海沉积区的物源具有混合特征。由于黄淮平原上的灌河等小河流泥沙输入量很少，而新沂河、新沭河等行洪河道于1949~1953年才开辟，且主要用于汛期排洪[5]，笔者认为，淤泥质海岸侵蚀物质和北部外海的砂质沉积才是本区的主要物源，它们分别提供细粒组分和粗粒组分，两者的混合改造过程与其水动力环境密切相关。
苏北近岸水体的泥沙运动以悬沙为主，具有“波浪掀沙、潮流输沙”特点[45]。连云港沿海潮差大，平均潮差为3.39m，最大可达5.78m[23]，这不仅加大了淤泥质海岸的侵蚀范围，也增强了其侵蚀强度。风向季节性变化显著，冬季多东北风，夏季多东南风。开山岛海域多年平均风速约6m/s，最大风速约20m/s[46]。波浪以风浪为主，常浪向和强浪向均为NNE至NE向，几乎与岸线垂直[46]。在冬季风主导下，近岸风(浪)生沿岸流向东南方运动；在夏季东南风主导下，近岸风(浪)生沿岸流则向西北方运动，但后者强度较弱。总体来看，苏北近岸泥沙运动均以向南搬运为主。近岸风(浪)生沿岸流主导下的泥沙运动可能主要局限在近岸浅水区，比如，5m等深线以内。事实上，苏北沿海沉积物组成、粒度参数和沉积物类型分布所呈现的大多垂直于海岸的条块分割现象(图 2、图 5和图 6)，可能就已经暗示了平行海岸搬运并不是控制该离岸海区沉积物来源的主导方式。从本区潮流情况看，外海潮流为逆时针旋转流，而近岸逐渐向往复流过渡。海州湾实测海流的流向基本为SW-NE向，涨潮期间流向为SW向，落潮期间的流向为NE向(图 8)；东西连岛附近水域，涨潮期间的流向为偏W向，落潮期间的流向为偏E向[23]。M2分潮流椭圆长轴方向也基本上与该岸段垂直[24]。由此可见，波浪侵蚀下来的淤泥质海岸物质，在落潮流作用下向离海搬运，应该是本区细颗粒物质搬运的主要机制。
苏北黄河三角洲主要是向东进积，因人工筑堤束水，1579年以后河口向海推进速度较快；1592年以后因决口分流频繁发生，河口延伸速度有所减缓[28]。由于三角洲北部连云港一带多丘陵，黄河洪泛物质即便可以到达临洪口，但也已呈尖灭之势。柱状沉积物资料揭示(内部资料)，在连云港沿海部分站位，孔深2m左右即可见到含钙质结核的灰黄色古湖沼相沉积，其上沉积物组成垂向分布均匀，与表层一致。这表明，本区沉积厚度薄，沉积时间应该较短，而且沉积环境变化不大。当然，灌河等小河流和新沂河、新沭河的汛期排洪，也是本区的物源之一，但泥沙供应量较少。由于黄淮平原是由黄河为主的河流泛滥堆积而成，其物质组成与黄土较为接近。黄土主要部分的粒度频率分布本身即为双峰态，由主峰值较高、分选较好的粗粒组分和次峰值较低、分选较差的细粒组分叠加组成[47]。黄河物源区的双峰态分布[47]，与本区再沉积物质的双峰态分布一致，因此，仅从粒度特征，难以估算黄淮平原地表径流物质对本区的贡献。总体来看，将淤泥质海岸和外海的海侵砂作为两个端元，本区沉积物的组成分布可以认为是这两个端元按照某种方式(比如，离岸距离可能是主要因素之一)加权混合的结果，该区的表层沉积物实质上应为变余沉积。
4.4 海侵沉积在黄海沿岸流驱动下，现代黄河物质环绕山东半岛所形成的泥质带，最远可延伸到山东海阳一带[48]，但距离本区还很远。在研究区南部，废黄河物质向北扩散的范围大致可抵14~23m水深附近，而北部的现代沉积只沿着日照近岸发育，范围很小，明显受到陆源碎屑供应量的限制。粉砂质砂和钙质结核的组合及其广泛分布与其周边海区的沉积特征差异明显，这意味着本区全新世沉积盖层的缺失[49]。从中国沿海沉积环境来看，本区(及其以东部分海域)可能是中国近海陆源物质供应最匮乏的、晚更新世地层出露面积最大的海域。
采样过程中可以观察到，在20m附近及以深水域，底质表层为薄的改造层，灰色或灰黄色粉砂质砂夹杂大量钙质结核和贝壳碎片，有时可见较大的黄色泥质团块。大约20~30cm以下即可见到黄色古湖沼相或古河流相沉积，沉积物类型为粉砂质砂或砂质粉砂。钙质结核的14 C年代大多为25~18ka B.P.的晚更新世末次冰期[20]。在全新世早期的海侵过程中，古土壤层、风化壳和下伏的古湖沼相或古河流相沉积在波浪、潮流等海洋动力作用下被侵蚀改造，细颗粒物质被搬运走，导致砂和砾石状钙质结核大量富集。因此，该表层沉积是海侵作用的产物，且厚度薄，应归为海侵沉积[50]，只不过其物源来自于原地出露的晚更新世黄色古湖沼相或古河流相沉积物，因而具有继承性特征。日照石臼至岚山头一带的近岸海域，大约10m等深线附近及以浅，砂层厚度较大，水下浅滩发育，是风(浪)生沿岸流和潮流共同搬运堆积的结果(图 8)。
最后，需要说明的是，沉积物的分布是海洋水动力长期作用下的结果，根据表层沉积物的粒度数据，结合季风、波浪、潮流等资料，所推断的本区沉积物搬运方向和可能的搬运机制，主要反映长时间尺度下，尤其是黄河北归之后沉积物的总体运移趋势，并不一定会与短期内的、小范围的观测结果相符。
5 结论南黄海西部日照至连云港海域表层沉积物的粒度分析显示，沉积物组分以砂为主，平均可达50.1 %；其次是粉砂，平均为28.4 %；粘土和砾组分含量较低，其平均值分别为10.7 %和10.8 %。从粒度参数来看，沉积物平均粒径介于2.00~7.24φ之间，平均粒径为4.35φ，分选程度差；频率曲线以极正偏、很尖锐分布为主。按照Folk分类[19]，沉积物类型大多为粉砂质砂，其次是砂质粉砂和砂质泥，砂、泥质砂和粉砂仅见于个别站位，呈零星分布。
日照至连云港海域可划分为4个沉积分区，分别为中部的海侵沉积区、西北部的日照近海沉积区、南部的苏北废黄河水下三角洲和连云港沿海沉积区。从物源、成因和沉积机制来看，这4个分区各不相同，差异明显。
中部的海侵沉积区分布范围最广，其表层沉积物几乎全部为粉砂质砂，砂含量平均可达64 % (表 1)(剔除钙质结核砾石)。钙质结核砾石分布广泛，尤其富集在20m以深海域。该层底质是全新世早期海侵作用的产物，厚度薄，应归于海侵沉积。其物源来自于原地出露的晚更新世黄色古湖沼相或古河流相沉积物，因而具有继承性特征。由于鲁南丘陵一带仅发育山溪小河，陆源碎屑供应严重匮乏，尚未被全新世沉积所覆盖。
全新世现代沉积沿着西北部的日照海岸呈狭长带状展布，沉积中心位于日照黄家塘湾，沉积物类型主要是砂质粉砂和粉砂，粒度较细，物源以鲁东丘陵发育的潮白河-白马河(吉利河)水系所带入的陆源碎屑为主。从日照黄家塘湾至连云港海州湾，存在着一股平行海岸向南运动的风(浪)生沿岸流。它方向稳定，水动力较强，能够驱动砂质沉积物向南搬运，是塑造本区砂质海岸堆积地貌和影响近海沉积物分布的重要驱动力。
废黄河水下三角洲的北界位于连云港埒子口外，向西北方呈扇形展布，水下三角洲前缘陡坡在120°E附近大约位于水深23m处，与海侵沉积区的古湖沼相或古河流相地层呈不整合接触。水下三角洲上部夷平作用较为显著。地势较高的水下台地剥蚀强烈，表现为硬质底的出露；而在水深相对较大或水动力较弱的局部区域，侵蚀物质再次沉积。剥蚀亚区沉积物为具有单峰态频率曲线的粉砂质砂，而侵蚀再沉积亚区则为具有双峰态频率曲线的砂质泥、砂质粉砂和粉砂质砂，两者差异明显，在沉积物组成、粒度参数和沉积物类型分布图上大多呈现垂直于岸线的条块分割的现象，这种看似缺乏粒度分异规律的分布特征，实际上反映了夷平过程中剥蚀亚区和再沉积亚区的伴生关系。
废黄河水下三角洲以西至海州湾一带的连云港沿海，是淤泥质海岸物质的侵蚀再沉积区，是淤泥质海岸侵蚀物质经过离岸搬运后，与原地的砂质沉积物及风(浪)生沿岸流沿日照近海搬运来的砂质沉积物混合改造的结果，因而可归为变余沉积。沉积物类型以具有双峰态频率曲线形态的砂质泥和砂质粉砂为主。淤泥质海岸侵蚀以波浪作用为主，而海岸侵蚀物质的离岸搬运则由落潮流主导。风(浪)生沿岸流的流向受季节性影响较大，但总体上以东南向流动为主，且主要局限在近岸浅水区，比如，5m等深线左右及以浅。它主要携带细颗粒悬浮物质向东南运移，对沉积物的离岸搬运影响不大。黄淮平原地表径流所携带的物质(比如，新沂河排洪)对本区有一定的贡献，但由于泥沙输入量有限，并不是主要物源。
致谢 青岛海洋地质研究所薛春汀研究员、周良勇研究员对本文进行了审阅，并提出了宝贵意见；杨美芳编辑、李安春研究员和匿名审稿人对文稿提出了修改建议，在此一并致谢。
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② Laboratory for Marine Mineral Resources, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071)
Abstract
Grain-size analysis was carried out to classify depositional areas according to 200 bottom sediment samples obtained offshore between Rizhao and Lianyungang in the western South Yellow Sea. It was further discussed referring to sediment sources, long-term trends of sediment transport, origin of depositional areas, and possible transport mechanisms. These 200 sampling localities were evenly arranged based on 4km×5km grids to the west of longitude 120°E. Results show that four depositional areas are recognized, respectively, as the transgressive depositional area, the Rizhao nearshore depositional area, the abandoned subaqueous Yellow River delta, and the Lianyungang coastal depositional area. (1)In the transgressive depositional area, the bottom sediments are almost composed of silty sand, with an average sand content of 64% (removal of pedogenic calcretes). Calcrete-formed gravels are exposed extensively on the sea floor, especially in water regimes deeper than 20m. These sandy detritus accumulated by transgression in the early Holocene, and hence belong to transgressive deposits. Their provenance is contributed to exposure and reworking of the autochthonous Late Pleistocene sediments with yellow paleo-fluvial or paleo-lakeshore facies. (2)The Holocene sediments with sandy silt or silt are present along the Rizhao coastal zone like a narrow band. (3)The north boundary of the abandoned subaqueous Yellow River delta is located off Liezikou, and the steep slope of the subaqueous delta front is located at water depth of 23m near 120°E. This subaqueous delta has been suffering from deplanation since it was abandoned in 1855. Subaqueous platforms with higher altitudes are denuded intensively, showing hard layer exposure; whereas in local regimes with relatively deeper water or weaker hydrodynamics, the eroded sediments deposited again. The bottom sediments in denudational subareas consist of silty sand with unimodal grain-size distribution, whereas in re-depositional subareas they are sandy mud, sandy silt, or silty sand, characterized by bimodal grain-size distribution. Such a discrepancy is distinct, showing a phenomenon of fragmentation in spatial distribution modes of sediment compositions and grain-size parameters. Actually, it reflects concomitant relations between the denudational and re-depositional subareas during deplanation. (4)In the Lianyungang coastal area, the bottom sediments are composed mainly of sandy mud and sandy silt with bimodal grain-size distribution. They are attributed to various mixing and reworking of eroded fine-grained sediments transported offshore from muddy coasts with sandy components chiefly from local transgressive deposits, and thus belong to palimpsest deposits.