龙口市作为全面打造山东半岛蓝色经济区整体构想的龙头，其发展明显受到陆域狭小、空间资源不足的制约，为了解决该问题，保持经济的持续稳定增长，采用了人工岛式填海和区块组团式填海相结合的方式建设离岸人工岛群。离岸人工岛群的建设会引起龙口湾内水动力条件的改变，进而引发海底、岸滩等冲淤特性的变化响应。通过研究海洋沉积物中的矿物组合，可了解海洋沉积物的矿物组成、分布规律及物质来源，并可进一步阐明蚀源区的母岩成分以及各类矿物入海后的分异规律(陈丽蓉，1989)。碎屑矿物的分布可较为清晰的反映沉积物的来源、搬运扩散途径等信息(王昆山等，2010)。而通过对龙口湾表层沉积物碎屑矿物的研究，能够反映出龙口湾的冲淤特性对人工岛建设的响应，对人工岛填海选址、填海土量具有指导意义。且对人工岛的岛岸防护、港池选址、航道疏浚、岛内功能区定位及污染物的排放有重要经济意义。许多学者已对海洋沉积物的碎屑矿物进行了大量研究，这些研究主要集中在海洋沉积物物源的判别(孙白云，1990; Sevastjanova et al.，2012；王昆山等，2013)、输运扩散(王昆山等，2007；方建勇等，2012)以及沉积环境变化(朱素琳等，1986)等方面。

前人已对莱州湾做了大量的调查研究，且这些研究主要侧重于莱州湾沉积动力条件、悬浮泥沙分布特征、海岸地貌以及海岸侵蚀等方面(江文胜和王厚杰，2005；丰爱平等，2006；卢晓东等，2008；陈斌等，2009；王中波等，2010；刘建强，2012；李蒙蒙等，2013；刘艳霞等，2013)。然而关于莱州湾沉积物碎屑矿物的研究仅集中于受黄河口影响的莱州湾海域，很少涉及莱州湾东部海域。龙口湾位于莱州湾的东北隅，随着龙口港建设规模的不断扩大，许多学者对龙口湾的海洋水质(王荣纯和王刚，2000；韩彬等，2010)、资源现状(王文海等，1988)、潮流潮汐特征(李秀亭和丰鉴章，1994；王钟桾，2000)和冲淤积现状(刘凤岳，1994；边淑华等，2006)等进行了大量实地调查，但关于龙口湾沉积物碎屑矿物组合特征及影响因素的研究还鲜有报道。鉴于此，本研究通过对2013年采自龙口湾的表层沉积物样品进行鉴定，以探讨龙口湾表层沉积物碎屑矿物的组成特征及影响因素。

龙口湾位于莱州湾之东北隅，是指屺坶岛头与界河口连线以东、呈对数螺线型半敞开的海湾，为莱州湾的一个附属海湾(曲绵旭等，1995)。龙口湾内的地貌主要为浅海平原，其海岸为基岩海岸或砂质海岸。近年来，龙口港建设规模扩大，岸线人工改造严重。龙口湾是个浅水海湾，海湾内水深不足10 m，平均海底比降为1‰，海底比较平坦(王文海，1994)；湾外水深一般在10～20 m，底质类型以粉砂质黏土为主，越向湾外，沉积物颗粒越细。龙口市规划设计的人工岛群位于注入龙口湾的北马南河和界河之间海域，其平面布局采用了人工岛式与区块组团式相结合的方式，自2011年离岸人工岛建设以来，当年累计完成围填海工程量6300多万方，2012年上半年完成围堰长度120 km，完成总工程量12000万km³，至2015年填海造地面积47 km²，围填海工程巨大。

2013年9～10月，利用东营黄河口水文水资源勘测局的“黄测A110″测量船，用箱式取样器在龙口湾及周边海域采集11个代表性表层沉积物样品(湾内6个，湾外5个)，并选择湾内和湾外的5个代表性表层沉积物样品进行碎屑矿物分析，其站位编号及位置如 图 1。

图 1

图 1 龙口湾采样点示意图 Fig. 1 The sampling locations in the Longkou Bay

沉积物中碎屑矿物的分析步骤如下：(1)取沉积物原样适量，烘干后称重，得到沉积物干样重量；(2)放烧杯中用清水浸泡，经充分搅拌使碎屑矿物与黏土组分分离，依次用孔径为0.063 mm和0.125 mm的铜筛对沉积物进行分离；(3)选取0.063～0.125 mm粒级的细砂组分烘干称重，加三溴CH₄进行重液分离(重液比重为2.89)；(4)分离后分别称重，得到轻、重矿物质量分数及此粒级碎屑矿物质量分数，称重精度为0.001 g。其后对每个样品的重矿物鉴定300～350颗、轻矿物鉴定300±1颗，以实际鉴定颗粒数为100%，分别求得各种轻、重矿物颗粒的百分比。研究工作采用了实体显微镜观察和偏光显微镜(油浸法)，鉴定中对矿物特征如颜色、形态、条痕、铁染程度、蚀变程度、颗粒相对大小、磁性、光学性质等进行了较详细的描述。沉积物的碎屑矿物质量分数以累积百分频率分割的方法进行多级划分(王昆山，2013)，以便有效的对比矿物的含量高低，明确表明矿物的分布规律，主要目的是突出高低含量区，表现背景值。

采用Arcgis、Coreldraw、Excel软件对已有碎屑矿物数据进行作图和计算，以分析轻重矿物的含量变化特征。

龙口湾表层沉积物中的碎屑矿物共鉴定出轻矿物11种，主要轻矿物为石英、斜长石、钾长石，其平均含量均大于10%；次要轻矿物有白云母、风化云母、方解石、风化碎屑，其平均含量介于1％～10%；少量轻矿物有绿泥石和有机质碎屑，其平均含量均小于1%；样品中偶见岩屑，在此称其为微量轻矿物。另外，研究区表层沉积物中碎屑矿物共鉴定出重矿物22种，主要为普通角闪石，其平均含量均大于10%；次要重矿物有阳起石、绿帘石、黑云母、水黑云母、石榴子石、榍石、钛铁矿、褐铁矿、岩屑、自生黄铁矿等，其平均含量介于1％～10%；少量重矿物有透闪石、白云母、磷灰石、碳酸盐、磁铁矿、赤铁矿、风化碎屑、斜黝帘石、锆石、电气石、黝帘石等，其平均含量均小于1%。

重矿物总含量，即重矿物在沉积物中的质量分数，是指重矿物的质量占沉积物干样质量的百分比，表明重矿物在沉积物中的分布趋势。其含量为0.066％～2.058%，平均值为0.059%。龙口湾属于渤海南部矿物区的龙口矿物亚区，其重矿物含量很低。重矿物含量是指重矿物质量占轻重矿物质量之和的质量分数，其值为0.09％～2.06%，平均值为0.58%。比较而言，重矿物的高含量区出现在龙口湾内湾和屺坶岛西侧的表层沉积物中(LK01站位和LK02站位)，而其他站位的重矿物含量相对很低且变化不大(图 2a)。整体而言，龙口湾的重矿物以普通角闪石、云母类(黑云母、水黑云母、白云母)和绿帘石为主，且这些矿物在龙口湾的分布具有一定的规律性(图 2b)。普通角闪石含量为8.81％～74.84%，平均含量41.85%；龙口湾内的普通角闪石含量很高，最大值达到74.84%，。与之相反，云母类在湾内含量较低(2.51％～3.76%)，特别是在LK01站位含量最低(2.51%)。比较而言，绿帘石含量为0.91％～18.75%，平均值为9.61%，在位于屺坶岛西侧的(LK02站位)和位于龙口湾大规模人工岛岛群建设围填海海域的(LK04站位)含量较高，其余站位含量较低(图 2b)。

图 2

图 2 重矿物和优势重矿物的含量分布 Fig. 2 Distribution of the percentage of heavy minerals and dominant heavy minerals

龙口湾表层沉积物碎屑矿物中轻矿物占主要部分，其含量为97.94％～99.91%，平均含量高达99.42%。整体而言，龙口湾湾外深水区的含量高于湾内近岸浅水区，其在龙口湾外的变化较小，特别是位于龙口湾内湾的(LK01站位)表层沉积物中的轻矿物含量最低(97.94%)(图 3c)。就龙口湾轻矿物的组成而言，以石英为主，其含量为41.67％～56.67%，平均含量为47.33%；斜长石(13.33%)、钾长石(13.93%)和风化云母(8.86%)次之，三者含量分别为8％～17%、9.67％～20.67%和5％～18.33%，平均含量分别为13.33%、13.93%和8.86%(图 3d)；其他轻矿物的含量均较低。石英的含量在研究海域较高，其高含量区出现在龙口湾内湾和屺坶岛西侧的表层沉积物中(LK01站位和LK02站位)，而其他站位的轻矿物含量相对较低且变化不大。比较而言，斜长石的含量呈现出从龙口湾内湾向湾外递减的特征，而钾长石含量整体呈现从龙口湾内湾向湾外递增的特征。风化云母的含量除在湾外(LK05站位)较高外，其他站位的含量均较低且变化不大。

图 3

图 3 轻矿物和优势轻矿物的含量分布 Fig. 3 Distribution of the percentage of light minerals and dominant light minerals

龙口湾是一个较为封闭的海湾，湾内波浪不强，流速很小，水动力较为微弱，有少量淤积。从湾内碎屑矿物的基本特征和分布规律得知，龙口湾及其附近海域的沉积物具有明显的亲陆性和区域性，其物质来源主要为湾内河流输沙、海岸和海底侵蚀来沙、风沙以及庙岛群岛的冲刷产物，同时还受到黄河输沙和人工堆积的影响。其中河流输入物质的贡献量最大，以界河为主(安永宁等，2010)，但这些河流均为近源的溪流或季节性河流，仅在夏季暴雨时向海湾输送泥沙，入海沉积物主要沉积在近岸河口三角洲区域，少量向外扩散，其附近岸线逐年后退(王文海等，1988)。龙口地区地貌具有明显的阶梯性，自南向北逐级降低，本区海岸地貌是黄县冲洪积平原基础上发展起来的，由于距物源很近，所以形成了砂砾质平原海岸(王文海，1994)。对海岸侵蚀来沙而言，在沙质海岸上，沿岸输沙主要发生在破波带内，其主要动力是波浪及其破波产生的沿岸流。由于屺坶岛北侧的泥沙不会绕过连岛沙坝进入南侧(陈则实等，2007)，在屺坶岛南侧西部略有侵蚀，泥沙在自右向左输沙中逐渐落淤，这从尖子头沙嘴及其附近岸滩的缓慢增长得到证实。由于鸭滩阻挡泥沙也不会进入龙口湾内湾，因此在龙口湾顶部基本无泥沙进出，龙口湾顶处于动态平衡(冯秀丽等，2009)。而黄河物质入海后大致可分为3个方向搬运，其中一个方向是进入莱州湾，并借助海峡南出之水把黄河物质送入外海(陈丽蓉，1989)。本研究表明，龙口湾的重矿物组合为普通角闪石-云母-绿帘石，但是白云母的平均含量远低于黑云母。而黄河物源碎屑沉积物以云母-普通角闪石-绿帘石组合为特征，富含黑云母(林晓彤等，2003)。龙口矿物亚区的矿物组合为绿帘石-白云母-碳酸盐矿物-斜长石-普通角闪石(陈丽蓉等，1980)和王昆山等(2010)的研究，其轻重矿物的种类与含量变化与本文的研究结果基本一致，表明龙口湾表层沉积物碎屑矿物在一定程度上受到黄河物源的影响。近岸浅水区由于离物源较近，周边有河流来沙供应，水动力条件较强，导致沉积物粒径比较粗，轻矿物含量相对较低，重矿物含量较高，在龙口湾近岸的(LK01站位)的重矿物含量较高，轻矿物含量较低，也揭示了浅水区离物源较近，水动力分选较强，结果与赵奎寰(1988)的结论龙口屺坶岛海区重矿物主要富集在近岸带吻合。

已有研究表明，莱州湾海区内存在一个大顺时针向的余环流，黄河口沙嘴前缘存在一个较强的潮流，在莱州湾东南存在一个较弱的潮流区，而在龙口近岸，流的方向是沿海岸自东北向西南流动，与渤海流的总趋势不一致(图 4)。莱州湾东南部的较弱潮流区与龙口湾人工岛建设海区较为接近，上述环流和潮流对沉积物在龙口湾内的分布可能具有一定的影响(赵保仁等，1995；顾玉荷和修日晨，1996)。龙口湾的潮汐属于不规则的半日潮，由于其地形特点，湾内风暴潮严重，港湾震动较显著，引起湾内水位骤然升降，对湾内的物质运移具有重要影响。该湾的泥沙运动大致可分为两部分，一是屺坶岛以东连岛沙坝以北的泥沙做东西向运动，仅有少量泥沙悬移质绕过屺坶岛影响龙口湾；二是湾内河流，如界河、河抱河、龙口河等向龙口湾输入少量泥沙(刘凤岳，1994)。因此，湾内无明显泥沙交换，这也是龙口湾泥沙淤积微弱的主要原因。边淑华等(2006)的研究表明，龙口湾内主要是往复流，涨潮流向为SE，落潮流向为NW，近岸受围填区的影响，涨、落潮流向与围填区岸壁基本平行。湾顶流速小，向湾中、湾口水域流速逐渐变大。从水深对比结果来看，龙口湾各期等深线吻合较好，除人工开挖局部外，多年水深变化小。由于龙口湾内除各沙咀和近岸水深较小的水域外，海底泥沙活动性比较弱，目前近岸浅水区又被围填，因此只有沙咀上的沙体在较大波浪作用下强烈活动。龙口湾内整体处于微淤积状态，其中龙口港航道西段淤积量稍大，受屺坶岛高角挑流作用的影响，屺坶岛西南侧处于侵蚀状态，但该处为基岩海岸，侵蚀速率不大。

图 4

图 4 渤海环流分布略图(据赵保仁等，1995；Wei et al.，2004；乔淑卿等，2010修改) Fig. 4 Sketch map of water circulation in the Bohai Sea(modified after Zhao et al.，1995; Wei et al.，2004; Qiao et al.，2010)

自2011年龙口湾离岸人工岛正式开工建设至今，已经完成了围堰工程，并基本完成了围填海的基础工程，建筑面积已达50 km²。安永宁等(2010)运用MIKE21数学模型模拟了人工岛群建设前后海域潮流场和海底冲淤的变化特征，认为龙口湾大规模离岸人工岛群建设在改变海底地貌和岸线的同时，会改变龙口湾内的水动力条件和冲淤特征，由此对龙口湾海区的沉积环境也会产生影响。就表层沉积物的碎屑矿物组成而言，现龙口湾的重矿物含量为0.58%，而轻矿物含量为99.42%；相比于莱州湾、渤海湾，其轻矿物所占比重明显提升，重矿物含量所占比重较小。就表层沉积物中重要矿物含量及其组成而言，现龙口湾的普通角闪石、绿帘石、白云母、斜长石和钾长石的含量分别为56.4%、9.47%、3.11%、15.89%和12.22%(表 1)。而据陈丽蓉等(1980)研究，龙口矿物亚区的绿帘石含量较高，为本区的特征矿物，而莱州湾适合比重较小的白云母沉积，为白云母的高含量区。但据本研究，在龙口湾绿帘石的含量较其他主要矿物含量较少，白云母的含量也远低于莱州湾，而这可能是人工岛建设对龙口湾的水动力条件和冲淤特征产生较大影响所导致。

表 1

表 1 龙口湾及周边海域主要轻重矿物含量变化对比 Table 1 Variation of percentages of main heavy and light minerals in sediments of the Longkou Bay and the adjacent areas (％) 区域 重矿物 轻矿物 重要矿物 参考文献 普通角闪石 绿帘石 白云母 斜长石 钾长石 渤海湾 5.7 94.3 31.8 25.8 1.6 49.7 13.0 王昆山等，2010 黄河口 及莱州湾 1.51 23 20.0 17.6 Sevastjanova et al.，2012 龙口湾 0.58 99.42 56.4 9.47 3.11 15.89 12.22 本研究

表 1 龙口湾及周边海域主要轻重矿物含量变化对比 Table 1 Variation of percentages of main heavy and light minerals in sediments of the Longkou Bay and the adjacent areas(％)

海底沉积环境取决于堆积环境中的水动力条件以及物理、化学和生物过程(徐茂泉和陈友飞等，1999)。由于人工岛的建设，大量的土石堆积在海岸，在海潮的冲刷作用下进入近岸海区，并在水动力作用下进行初步沉积分异。入海泥沙粗粒级组分堆积在人工岛海岸附近，细粒级组分受海流的影响逐渐向莱州湾中部运移，由此使的本研究的轻矿物含量由龙口湾湾内至湾外明显提升，特别是广泛存在于沙土中的稳定性矿物-石英的含量剧增，而长石类矿物的所占比例降低，特别是斜长石的含量下降幅度最大。据安永宁等(2010)研究，由于人工岛围填海工程的实施，导致其北侧海域在各种典型风况下的淤积量均有所增加，使得水动力性能较弱的矿物含量在龙口湾附近明显增加，且由界河口来沙和沿岸输沙引起的岛陆间水道的淤积速率约为12.5 cm/a。另据周广镇等(2014)研究，受人工岛建设的影响，龙口湾的流速和有效波高变小，不利于泥沙的启动和运移，最大冲刷深度变化不大(周广振等，2014)。龙口湾内由于水动力条件的改变而发生淤积，使得不稳定矿物如普通角闪石的含量明显增加。人工岛建设前缘由于挑流和破浪作用，潮流和波浪作用较强，有利于泥沙的启动和运移，最大冲刷深度增大，由此导致泥沙随海流进入水动力较弱的莱州湾，进而使得不稳定矿物如普通角闪石的含量降低。

(1)龙口湾表层沉积物碎屑矿物中重矿物含量低，平均为0.58%；轻矿物含量高，平均为99.42%。研究区共鉴定出重矿物22种，轻矿物11种，优势重矿物为普通角闪石、云母类和绿帘石，其质量分数分别为33.47%、30.01%、7.56%；优势轻矿物为石英、斜长石和钾长石，其质量分数分别为42.12%、13.13%、12.56%。

(2)龙口湾沉积物的矿物分布与组合的对比表明，整个龙口湾海区沉积物中的轻、重矿物比例有所改变，轻矿物含量增加，重矿物含量减少，不稳定矿物如普通角闪石含量明显升高，而稳定矿物如云母的含量也有所增加。

(3)表层沉积物粒度分布及黏土矿物的组合特征表明，尽管龙口湾的沉积物仍以沿岸河流输沙、风沙和岛岸侵蚀为主，但沿岸大规模人工岛建设已对其组合特征产生重要影响，表现为普通角闪石的含量剧增，绿帘石的含量减少，斜长石的含量剧减，而钾长石的含量变化不大。