黄河三角洲近岸潮汐动力对地貌演变的响应及其沉积效应

近年来自然过程和人类活动显著改变了黄河入海流路以及近岸地貌格局,而剧烈的地貌演变对近岸水动力环境的影响尚未得到充分研究。为厘清近30年来黄河三角洲近岸水文动力格局对地貌演变的响应过程,本文基于Landsat系列遥感影像和多期测深数据,分析了1992-2020年黄河三角洲岸线和地形变化,并采用TELEMAC-2D建立了多套覆盖整个渤海的数值模型,研究了地貌演变对黄河三角洲邻近海域潮汐动力的影响及其沉积效应。结果表明,黄河三角洲近岸冲淤格局呈现显著的时空异质性,分布多个淤积和侵蚀中心,且2000-2020年南侧老清水沟外侵蚀中心向南移动9.6 km,1992-2015年北侧刁口河口外侵蚀中心东移6.4 km。中长时间尺度黄河三角洲岸线和地形变化主导了潮汐动态,三角洲北部刁口河口近岸潮差减小,清水沟河口外潮差增大,5 m水深处的潮差变化增大幅度达0.27 m;黄河口近岸K_1分潮振幅显著增加,M_2分潮振幅明显减小,东营港附近无潮点向东迁移3.8 km。刁口河口和老河口外高流速区持续减弱,现行河口外逐渐发育形成另一高流速区,持续稳定的高流速区造成了水下三角洲的冲刷,南北侧高流速区沉积物粗化。

台湾海峡水沙数值模拟与地貌冲淤分析

台湾海峡是我国最大的海峡,也是东海和南海进行物质和能量交换的主要通道。海峡内地形变化剧烈,海洋动力环境复杂,加上两侧众多山溪性河流携带大量泥沙流入海洋,是研究动力沉积作用的理想场所。目前,由于缺乏海峡整体的高分辨率地形以及相关实测水文数据,以整个台湾海峡为研究区域的动力沉积模拟尚不多见。本文基于高分辨率地形和相关水文数据,建立了台湾海峡水动力数值模型,耦合泥沙输运模块,模拟台湾海峡的动力沉积过程,并用现场观测资料对模型进行了验证。动力模拟结果表明,台湾海峡的潮流流场由南、北两个潮波控制,具有明显的时间和空间特征,潮流流速夏季大于冬季,海峡中部小于南北两侧,北侧小于南侧。基于冲淤模拟结果,将台湾海峡划分为淤积区、侵蚀区、冲淤平衡区三大类共计7个沉积分区,淤积区沉积速率最大可达5 cm/a,主要集中在台湾浅滩北部,侵蚀区冲刷速率为2~5 cm/a。结合模拟结果,本文建立了台湾海峡沉积输运模式与“源-汇”格局模式,阐述了台湾海峡冲淤变化的动力学机制和“源-汇”过程。

马来西亚东北部Setiu潟湖1970年以来沉积环境演化及其对ENSO的响应

马来半岛位于低纬热带地区,厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern Oscillation,ENSO)如何影响该区域的气候,尤其是降水仍然存在争议。本文以马来半岛东北部登嘉楼州Setiu潟湖钻孔NTT-3为研究对象,通过分析粒度、总有机碳及总氮含量、C/N比值和XRF岩心扫描等,探讨该钻孔的沉积环境变化及其对ENSO的响应。研究结果显示,钻孔记录中自1970年前后(84 cm处)出现两种不同的变化趋势。1970年之前钻孔下部沉积物粒度、有机和无机地球化学特征趋势波动明显,沉积速率较低。而1970年以来,潟湖沉积环境总体稳定,沉积物中的有机组分主要来自红树林,同时伴有河流输入的淡水浮游植物的贡献。频谱分析结果显示1970年以来钻孔上部存在明显的ENSO周期变化。强厄尔尼诺现象基本对应低Zr/Rb比值和低Zr/Ti比值,而强拉尼娜(La Nina)现象基本对应高Zr/Rb比值和高Zr/Ti比值。该结论不仅支持了现代观测对马来半岛东部沿海地区气候变化的认识,同时也在地质记录中发现了ENSO变化的直接证据,对全面认识和理解ENSO对亚洲气候变化的影响、区域陆海相互作用过程和环境响应等方面具有重要现实意义。

海南岛西部近岸海底沙波几何参数及其与环境变量的关联性分析

在发育复杂海底沙波的海域,对整个海域沙波几何参数空间分布规律的定量研究较为少见,且沙波复杂几何参数与环境变量的关联性尚未厘清。基于海南岛西部实测水深数据、沉积物粒度数据和流速数据,量化和提取了研究区的环境变量;并利用沙丘参数自动提取和分析方法计算了复杂海底沙波的形态参数,分析了沙波几何参数之间及其与环境变量的相关性。结果表明:研究区海底沙波形态特征复杂多变,平均波长范围为64~340 m,平均波高为0.39~4.13 m。波高与陡峭度、背流面平均角度存在强正相关性,波长与对称度之间存在强正相关性,沉积物中值粒径与背流面平均角度和波高之间存在较强正相关性。研究区海底沙波的发育特征受水深的影响较小。潮流作用下沉积物运移方式以推移质运移为主,海底沙波受到的侵蚀作用较弱;沙波演化以垂向生长和迁移为主,沙波波高增长优先于波长增大。在稳定潮流背景下,区域沉积物供应以及沉积物粒度均能影响海底沙波的规模。

2001-2020年南海周边河流入海沉积物通量时空变化特征研究

在人类活动和快速气候变化的影响下,南海周边河流入海沉积物通量发生巨大变化。本文基于2001-2020年间南海周边河流数据及海表悬浮沉积物浓度数据,探究南海周边河流入海沉积物通量的时空变化特征。研究结果表明:2001-2020年南海周边河流入海沉积物通量超过345 Mt/a,人类活动导致珠江、红河、湄公河入海沉积物通量减少约300 Mt/a。南海周边河流入海沉积物通量还受台风和气候变化的影响:台风是影响南海周边河流入海沉积物通量的重要因素,尤其是台风期间台湾地区的高屏溪入海沉积物通量可达全年总量的89%。在东亚季风系统影响下,南海周边河流入海沉积物通量表现出雨季高、旱季低的变化特征,雨季期间入海沉积物通量占全年总量的80%以上,相应地,河流表层羽流在雨季具有浓度高和扩散范围大的典型特征。受厄尔尼诺-南方涛动的影响,南海周边河流流量和入海沉积物通量也存在不同周期变化,南海周边大型河流入海沉积物通量表现出2.5~3.0 a的变化周期,并与NI?O3.4指数存在相关性。本文利用20年的河流数据系统论证了台风、气候变化和大坝建设对21世纪以来南海周边河流入海沉积物通量的影响,在源汇过程研究及流域治理方面具有重要意义。

琼东南盆地崖北凹陷构造沉积特征及油气勘探潜力

崖北凹陷是南海琼东南盆地西北缘的边缘凹陷,勘探历程久,但受地震资料等因素制约而勘探程度低,钻井无商业发现,烃源条件落实程度低。为落实崖北凹陷油气地质条件,推动该凹陷的勘探进程,用新采集的高品质三维地震资料,结合已钻井资料,类比分析相邻盆地烃源岩地震相,厘清了崖北凹陷的断裂、构造、沉积特征和烃源岩分布,并依据区域地质应力背景分析了其成因机制,讨论了崖北凹陷油气成藏条件及勘探部署方向。结果认为崖北凹陷受5号断裂控制凹陷整体呈北断南超的构造沉积特征,纵向上“下断上拗”,新近系地层区域南倾、少有盆内断层发育,古近系断裂控凹,始新统中深湖相烃源岩主要发育在崖城9洼,崖城组煤系烃源岩发育在凹陷东南部位。最终认为,崖北凹陷烃源具有“西油东气”的特征,凹陷西部及西南斜坡和近崖城9洼的陡坡古近系圈闭是找油方向,而凹陷东南部位的凹中隆及围区圈闭天然气勘探前景好。

现代河流扇的全球分布、类型及控制因素

扇研究一直是沉积学中充满活力的研究主题,河流扇是扇研究的重要组成部分。近年来,河流扇研究引起了诸多学者关注,多种相关术语体系并行。针对上述问题,我们建立了一个融合383个全球现代河流扇沉积数据集,统计分析各类数据达8400条。基于数据集,我们首次掌握了现代河流扇的全球分布,划分了河流扇的主要类型,明确了扇体形成、发育的控制因素。其中,河流扇的全球分布具备明显的纬度分带和地域分区特征:从纬度上看,主要发育在北纬30°~50°(49.5%);从地域上看,主要分布在亚洲中部及中国西部(50.1%)。根据地形限制和河道摆动情况,可以把河流扇分为非限制迭进型、非限制摆动型、限制迭进型和限制摆动型4种形态类型。河流扇主要在干旱、半干旱条件下形成,受局部构造条件、气候以及物源供给控制。扇体内部建造以河流作用为主,从扇体顶点到远端呈现出明显的异质性。扇体的面积直接受控于纬度、温度、坡度、集水区面积、区域年降雨量和山前距离等因素。随着研究的进一步深入,河流扇将在沉积学、地质灾害防治、石油勘探,甚至行星际沉积学等方面发挥重要作用。

柱状珊瑚砂静水沉降试验研究

沉降速度是珊瑚砂的一个重要物理参数。由于柱状珊瑚砂与其他形状的珊瑚砂有着明显的差异,套用现有珊瑚砂的沉速公式进行计算并不合适。本文选取柱状珊瑚砂进行单颗粒沉降试验,研究静水中柱状珊瑚砂沉降速度及其影响因素,通过讨论分析不同的等效粒径和形状系数对柱状珊瑚砂沉降速度的影响,发现柱状珊瑚砂的沉降速度与等容粒径和Corey形状系数密切相关,基于本文试验数据推求了适用于计算柱状珊瑚砂沉降速度的经验公式,丰富了海岸泥沙理论。

长江口−东海内陆架早期成岩过程及影响因素

边缘海沉积物中的早期成岩作用是影响碳循环和埋藏的重要过程,目前对早期成岩过程及其影响因素的了解还不够深入。于2018年8月在长江口-东海内陆架采集了短柱状沉积物,对间隙水中溶解无机碳(DIC)、溶解无机氮(DIN)、二价铁(Fe ^(2+))、二价锰(Mn^(2+))和硫酸根(SO_(4)^(2-))离子等参数进行了分析,并结合表层沉积物中粒度、比表面积、有机碳及稳定碳同位素组成和底层水环境参数,研究了不同沉积环境下沉积物中的早期成岩过程及其影响因素。结果表明,长江口-东海内陆架泥质区沉积物间隙水中DIC和NH_(4)^(+)的浓度随着深度的增加逐渐增大,且在其中心站位有较高的DIC、NH_(4)^(+)产生通量(分别为4.03 mmol/(m^(2)·d)和0.57 mmol/(m^(2)·d))和SO_(4)^(2-)消耗通量(-4.56 mmol/(m^(2)·d)),沉积物扰动深度为20~40 cm,自长江口向浙闽沿岸逐渐降低;而在砂质区,各溶质在剖面上均无明显变化,且通量较小(DIC:0.60 mmol/(m^(2)·d);NH_(4)^(+):-0.03 mmol/(m^(2)·d);SO_(4)^(2-):-1.05 mmol/(m^(2)·d)),沉积物不存在扰动。扰动层厚度与沉积物间隙水中DIC和NH_(4)^(+)等溶质通量呈正相关,表明沉积物的物理扰动是影响泥质区沉积有机碳再矿化的重要因素。综合上述结果,发现沉积有机碳在泥质区扰动层的降解方式以铁锰还原作用为主,扰动层以下以硫酸盐还原作用为主,而在砂质区的降解主要靠耗氧呼吸作用。本研究丰富了长江口及邻近海域沉积动力过程对早期成岩作用影响的认识,有助于深入理解大河河口及邻近海域有机碳的循环和埋藏。

“中布容事件”时南极底层流在马里亚纳海沟南部的沉积记录

对马里亚纳海沟南部的柱状样品进行了涂片粒度、岩心扫描(XRF)、古地磁及磁化率各向异性分析。古地磁分析结果表明,该柱底部507 cm处发生了倒转事件(B/M界限),表明该柱至少记录了78万年以来的沉积环境演变,通过对古地磁相对强度及倾角长期变化分析建立了该柱布容时期以来年代框架。涂片粒度分析及XRF扫描结果均显示,该柱样沉积物类型自底部到顶部发生了根本性转变,底部以代表陆源输入的远洋黏土为主,上部以代表生源作用的硅质软泥为主,分析认为造成这种变化的主要原因在于中布容事件(MBE)时南极底层水(AABW)对该区域的影响。结合沉积物类型、磁化率各向异性及古地磁年代学分析,认为中布容事件对该柱样所在区域的影响始于约553 ka,南极底层流开始影响该区域,沉积物类型由陆源向生源转变;到约417 ka时,沉积物类型主要成分已完成由陆源向生源转变,之后,南极底层流进一步增强;到约336 ka时,沉积物类型几乎全由硅质软泥主导,且之后不再发生较大变化,表明MBE对该区域影响的结束。

海南新村港潟湖表层沉积物粒度特征及其沉积环境

对2013年8月在海南新村港潟湖采集的表层沉积物样品进行粒度分析,揭示了该区表层沉积物的粒度特征和沉积物类型,结合高空间分辨率的水动力和水深数据,采用系统聚类和主成分相结合的方法划分现代沉积环境。结果表明,研究区表层沉积物主要有4种类型,以粉砂和粉砂质砂为主,分别分布在潟湖中部和近岸浅水区域。沉积物平均粒径变化较大（0～8.0Ф）,均值为4.6Ф,沉积物随水深增大而逐渐变细;沉积物粒度组分以砂（平均含量43%）和粉砂（平均含量为52%）为主,黏土含量较少,平均含量为5%。聚类结果表明,平均粒径可分为两组：第一组平均粒径均大于5.5Ф,均值为6.8Ф;而第二组平均粒径均小于3.5Ф,均值为2.2Ф。此外,平均粒径与分选、偏态和峰态系数之间呈现出两种不同的相关关系。研究区大潮和小潮期间的均方根流速（RMSV）均值是7.5和6.9cm/s,标准偏差分别是15.3和14.9cm/s。当RMSV大于4cm/s,RMSV与极细砂（63～125μm）含量呈明显的正相关关系,这表明RMSV决定了潟湖沉积物中极细砂含量。聚类和主成分分析结果表明,平均粒径、峰态和分选系数是对沉积环境最为敏感的粒度参数组合,同时结合高空间分辨率的水动力和水深数据,将研究区沉积环境划分为3类。这样划分充分考虑了水动力、物源、地形及其相互作用,更能有效地揭示沉积环境的差异,尤其体现了适宜的粒度参数组合和高空间分辨率的水动力数据在沉积环境划分中的重要性。

渤海的环流、潮余流及其对沉积物分布的影响

阐明渤海环流和潮余流的分布特征及其与沉积物输运之间的关系。本文根据80年代以来的实测海流资料得到：辽东湾的环流是顺时针向的；黄河三角洲外海存在着一支流向东北偏北向流，与辽东湾西部的东北向海流相接；渤海湾内的环流北部为反时针向，南部为顺时针向回转的双环结构。上述环流趋势与渤海沉积物分布相一致。渤海沿岸主要入海河流的特征矿物分布正是上述环流存在的最好佐证。文中进一步讨论了潮余流分布特征及其对渤海环流的贡献。

渤海湾西部表层沉积物粒度特征与沉积混合

根据渤海湾西部135个表层沉积物样品的粒度分析结果,分析了表层沉积物的粒度特征与规律。整体上由研究区东北部沿海岸向南沉积物粒度变细,由砂和粉砂质砂变为砂质粉砂,再变为粘土质粉砂。沉积物粒度频率曲线显示,由研究区东北部至北部,沉积物粗组分含量减少,由单峰逐渐过渡为主峰或弱峰,到中部粗组分减少为粗尾形态,到南部粗组分几乎缺失;而沉积物细组分的变化趋势则与之相反。沉积物粗组分在粒度频率曲线上的表现由单峰逐渐过渡至主峰或次峰,粗峰含量减少,到中部粗组分减少为粗尾形态,到南部粗组分几乎消失;而沉积物细组分的变化趋势则与之相反。沉积物粒度参数的平面分布规律和粒度参数之间的相关性变化形态显示出粗细2种母质组分以不同比例的沉积混合的特征,即来自东北部的粗组分与来自南部的细组分发生混合,这可能主要与区内双向的沿岸环流输运有关。

南海东北部海底沉积物波的形态、粒度特征及物源、成因分析

在南海东北部广泛发育沉积物波。通过高分辨率多波束数据、地震剖面以及重力柱状样,对沉积物波的形态特征、粒度特征、物源以及形成机制进行了分析。研究表明大致以台湾浅滩南海底峡谷为界,北侧为近北东向展布,南侧为近南北向展布。对其分布规律、地貌和形态特征及重力柱状样粒度分析表明这些沉积物波为浊流成因。沉积物波的发育与新生代晚期研究区的构造活动密切相关,自距今6.5 Ma以来台湾造山运动使台湾岛强烈抬升剥蚀,这些剥蚀物为研究区提供了大量的陆源物质,而在南海东北部陆坡区大量发育的峡谷-冲沟系统为陆缘物质向下陆坡的输送提供了良好的通道。研究区西侧的东沙隆起长期处于抬升剥蚀状态,这种抬升剥蚀也为研究区沉积物波的发育提供了部分物源。随着坡度的减缓,浊流沉积物开始堆积,在台湾浅滩南海底峡谷的北侧形成了展布方向与冲沟垂直的沉积物波,而在南侧由于台湾浅滩南海底峡谷发生转向,浊流从水道中漫溢出来,沉积物堆积下来,形成了与原先水道近于垂直的近南北向的沉积物波。

辽东湾北部浅海区泥沙输送及其沉积特征

根据实测资料，本文定量分析了辽东湾北部泥沙输送及其分布，并对辽河三角洲沉积区划作了初步讨论。研究表明本区泥沙以纵向搬运为特征。双台子河以西来沙和辽河西水道入海泥沙是区域东部拦门沙体和浅滩发育的主导因素。汛季大潮期，泥沙自西向东运移落淤在河口及毗邻浅水域；小潮期，泥沙除向东扩散外，大部泥沙向海方搬运。调查区可划分六个现代沉积作用区，即潮坪沉积区、辽河水下三角洲细粒沉积区、河口沙洲沉积区、波浪潮流冲蚀沉积区。

南海东北部表层沉积中有孔虫的分布及其环境意义

为了探讨南海东北部表层沉积中有孔虫分布的规律,选取184个表层样进行分析,结果发现有孔虫的垂向分布与碳酸盐的溶解作用密切相关?在2 300-2 500m水深以下,浮游有孔虫丰度迅速减小,而底栖有孔虫占有孔虫全群的比值BF/(BF+PF)以及底栖有孔虫胶结质壳类的百分含量则迅速增加;这三者随水深的变化在3 400-3 500m处有一明显的转变,被认为是南海东北部CCD面(碳酸盐补偿深度)所在的位置,且该研究区内碳酸盐补偿深度南部较北部深100m?浮游有孔虫水平分布除了受表层海水温度的控制外,黑潮南海分支以及吕宋岛北端上升流区带来的富营养水体的存在也起很重要的作用?

长江口南汇咀岸滩围垦工程潮流数值模拟研究

南汇咀岸滩地处长江河口最大浑浊带,是长江河口淤涨速度最快的岸滩,是上海市规划围垦的重点区域。目前上海在南汇咀岸滩上已实施了围垦工程,围垦工程改变了长江口南汇岸线,也改变了南汇咀的水动力条件。为了解围垦工程实施后的水动力条件的变化,本文利用Delft3D-flow建立了长江口-杭州湾垂向平均的二维水动力模型,在对现场实测资料验证良好的基础上,对南汇咀海域围垦工程前后的潮流场进行了数值模拟,就围垦工程对周边海域的影响进行了分析研究。同时,对比南汇咀围垦前后的海图,采用GIS方法分析地形变化,利用地形变化来进一步验证海域的水动力变化。结果表明:工程后,杭州湾北岸流速增强,地形冲刷加剧;南汇东滩流速减弱,地形淤涨。

同位素记录南黄海现代沉积环境

利用α多道能谱仪对1992年5月采自南黄海的5个箱式岩芯中的210Pb放射性活度进行测定；利用X射线荧光能谱测定表层沉积物中的化学元素Ca，Sr，Fe，Ti和Cu。结果表明，210Pb含量随岩芯深度垂直分布、沉积速率及特征元素含量的变化具有地区性的差异。南黄海现代高速沉积区的沉积速率随黄海沿岸流向逐渐减少。南黄海中部泥区沉积速率较低，沉积环境稳定。因此，210Pb垂直分布的差异和化学元素含量的变化潜在地揭示了南黄海现代沉积物的起源和沉积环境。

黄、东海水体中的有机包膜及其沉积作用

世界海洋水体中广泛分布着一种有机絮凝体,当其过滤至微孔滤膜上即呈膜状,称为有机包膜。近年来,国外许多学者用各种取样方法和观测手段对其作了研究。这是因为它无论是作为单独的微环境或是搬运因子都具有重要意义,但有关黄、东海有机包膜仅见零星报道,本文是首次对其特征、分布、成因及沉积作用进行系统论述。

渤海湾北部海域沉积物重金属Cu、Zn释放及动力学研究

以渤海湾北部海域沉积物为研究对象,分别经重金属Cu、Zn污染后,研究了在不同pH和不同粒度条件下Cu、Zn的释放能力,同时研究了在特定酸性条件下Cu、Zn的释放动力学。研究结果表明,重金属Cu、Zn从污染沉积物中的释放,主要是在酸性条件下发生,并且释放量随pH的升高而迅速降低。粒度越大,释放量越大。释放能力Zn>Cu。重金属Cu、Zn的释放动力学过程可分为两个阶段:快速释放阶段和释放平衡阶段。Cu、Zn释放动力学过程可以用Elovich方程和Freundlich修正式较好的描述。