南黄海辐射沙脊群位于长江三角洲与废弃黄河三角洲之间的苏北海岸, 南北长约200, km, 东西宽约90, km, 总面积约22 470 km²(王颖等, 1998).辐射沙脊群以弶港为顶点, 从弶港北岸顺时针到南岸, 在-25, m等深线内展开成158° 的扇形.辐射沙脊群包括70多条大小不等的沙脊与潮流通道, 大型海底沙脊有10余条.各沙脊的长度多在 10~100, km, 宽度在 10~15 km.沙脊之间潮流通道水深在10~30, m, 最大深度可达 48 m.

西洋是南黄海辐射沙脊群北部最大的潮流通道, 长约80, km, 宽约12~25, km, 呈西北--东南向延伸, 其西侧邻岸, 东侧为辐射沙洲最大的沙岛----东沙(图1).西洋沟形顺直, 向北汇入平涂洋, 槽内以小阴沙和瓢儿沙为界分为东西两个水道.西洋深槽最大水深在20, m以上, -15, m等深带宽3~4 km, 长55, km; -20, m等深线深槽长度在10, km以上(王颖, 2002).

图1

Fig.1

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	图1 西洋潮道07SR01孔与浅地层剖面位置Fig.1 Map showing location of Core 07SR01 and geo-pulse profiles in Xiyang tidal channel

南黄海辐射沙脊群地处暖温带季风气候区, 受温带天气系统和副热带天气系统的交替影响, 季风环流显著.冬季在大陆冷高压控制下, 盛行西北风, 气候寒冷干燥; 夏季西风带北移, 西风槽变迁, 西太平洋副热带高压增强, 冷暖气流交汇于江淮流域, 进入梅雨季节; 之后受副热带高压控制, 盛行东南季风, 天气晴热少雨, 常为高温伏旱天气.

研究区年平均气温14.7℃ , 最高气温为36.3℃ , 最低气温为 -9.3℃ . 年平均降水量为864.8, mm, 主要集中在6--9月份, 降雨天数为117 d.全年雾日不多, 为41 d, 但轻雾天气较多, 可达217 d.大丰港海域在7, 8, 9月份偶受热带风暴边缘影响, 平均每年1~2次; 受其影响时多出现北至东北风, 风力7级, 阵风8~9级.

西洋海区主槽宽直, 潮汐主要受南黄海旋转潮波系统的控制, 并受东海前进潮波的影响, 两个潮波系统在弶港岸外辐合, 能量集中, 振幅增大.本海区潮汐类型主要为正规半日潮, 潮差大, 平均潮差为3.56, m, 最大潮差达5.25 m.

西洋潮流通道为强潮流区, 潮流主流向与岸线大致平行, 涨落潮流速都较大, 涨潮平均流速略大于落潮平均流速.据南京大学1992年野外实测数据, 多数站位大潮期间垂线平均流速均可达1 m/s以上; 即使小潮期间, 涨潮流速也常达0.7 m/s以上.此外, 大潮期间的流速通常为小潮期间流速的2倍左右.

西洋潮流通道底质中最主要的是细砂级的沉积物.在细砂类型的沉积物中, 一般极细砂含量超过60%, 粉砂级含量小于20%, 不含泥.主要分布在西洋以及亮月沙, 三丫子, 瓢儿沙和小阴沙, 呈南北向片状分布(图 2).粉砂质砂主要分布于西洋北部晓庄港口以北, 王港口, 川东港口低潮线, 以及小阴沙东部和三丫子以南地区, 此类型沉积物中, 细砂级颗粒占57%~80%, 粉砂级颗粒占20%~43%, 泥质含量小于7%.砂质粉砂分布于王港口至川东港低潮水边线附近以及斗龙港口外小阴沙东西两侧, 此类型沉积物中粉砂粒级占45%~67%, 砂粒级占32%~42%, 泥质含量小于12%.泥质粉砂仅分布在王港口外的一小块区域, 在此类型的沉积物中, 粉砂含量占48%, 泥质含量占43%, 细砂含量小于10%.砂--粉砂--泥质只分布于斗龙港口和晓庄港口之间小阴沙西侧小块区域, 此类沉积物中砂, 粉砂和泥质含量都超过20%, 其中砂含量占36%, 粉砂含量占42%, 泥质含量占22%.

图2

Fig.2

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	图2 西洋潮流通道底质分布图① Fig.2 Map showing distribution of sea-floor sediments in Xiyang tidal channel

2007年12月在南黄海辐射沙脊群西洋潮流通道内进行了 07SR01 钻孔(33° 15.84'N, 120° 53.761'E)取心工作(图 1).施工时, 实测水深 -22, m, 潮位订正后水深 -15.4 m.此孔进尺36.1, m, 实际岩心长度25.19, m, 取心率近70%.

进行室内沉积相分析时, 首先将岩心沿纵向剖开, 一半留档保存, 一半用于沉积相描述和采样.然后对沉积物的颜色, 成分, 颗粒大小, 沉积构造, 上下层接触关系, 生物化石和结核等进行描述, 照相, 并按需要采集样品进行分析鉴定.

以10, cm为间隔采取沉积物粒度样品共229个, 选用激光粒度仪进行测试.所用仪器为英国Malven公司生产的Mastersizer 2000激光粒度仪, 粒径测量范围0.02~2000, μ m.

取2 g均匀混合的样品放入100 mL烧杯中, 加水静置24 h, 用吸管轻轻地把水吸出, 洗出样品中的盐分; 加入10%的盐酸除去碳酸钙, 并加满水, 静置24 h后用吸管轻轻地把清液吸出; 加入10%的双氧水, 除去样品中的有机质, 加满水, 静置24 h后用吸管轻轻地把清液吸出; 然后加入0.5 mol/L的六偏磷酸钠进行分散.样品预处理完成后即可使用Mastersizer 2000型激光粒度仪进行测试.测试的主要步骤如下:

1)用清水将仪器清洗3~5遍, 洗净仪器内的残留样品.

2)在激光粒度仪专用测量烧杯中注入清水, 开启激光粒度仪测量清水的背景值.

3)将预处理样品加入测量烧杯中, 用超声波震荡样品30 s, 形成均匀的悬浊液.

4)对样品进行测量, 由计算机输出样品各粒级的体积百分比.

根据岩性, 粒度, 沉积结构和构造, 并结合双壳类和有孔虫化石, 进行沉积相分析, 共识别出7种沉积相(图 3, 图4):

图3

Fig.3

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	图3 西洋潮道07SR01孔典型沉积相(A(孔深10.07~10.38 m)--潮间--潮下相, 发育波状层理, 沙波交错层理等典型潮汐韵律层理; B(孔深15.72~16.00 m)--由浅黄棕色贝壳和螺的残体组成的贝壳层; C(孔深16.07~16.33 m)--潟湖相橄榄灰和橄榄黑色黏土; D(孔深20.29~20.59 m)--泛滥平原相, 由黄棕色粉砂质黏土组成, 主要发育水平和微波状层理, 见钙质结核; E(孔深24.64~24.92 m)--由橄榄灰色黏土组成的滨海湖沼相沉积, 具硬黏土特征; F(孔深30.80~31.19 m)--由黄棕色细砂质粉砂--粉砂质细砂组成的滨海沙坝相沉积, 局部发育斜层理)Fig.3 Representative sedimentary facies from Core 07SR01 in Xiyang tidal channel

图4

Fig.4

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	图4 西洋潮道07SR01孔综合柱状图Fig.4 Comprehensive column of Core 07SR01 in Xiyang tidal channel

1)潮道底部滞留相:该沉积相出现在钻孔最顶部0~0.1, m, 主要由中黄棕色粉砂组成, 夹深黄棕色黏土薄层, 见完整或者破碎的贝壳, 以及类似"结核"的钙质胶结物.贝壳和贝壳碎片颜色明显泛黄.类似"结核"的钙质胶结物一般出现在与大气接触的暴露环境, 在目前15.4, m的水深环境下不太可能出现.从现在西洋底部强潮流冲刷情况来看, "结核"极有可能是强潮水流刨蚀下伏地层的产物, 推测该段地层属于潮道底部滞留沉积.

2)潮间--潮下相:该沉积相出现在孔深0.1~15.6, m, 粉砂与泥质交互成层, 层中发育大量的波状层理, 透镜状层理和沙波交错层理(图 3-A).粒度组成中, 粉砂占62.9%, 细砂占33.8%, 泥质占3.3%.平均粒径在4~6.6Ф 之间波动, 平均值为4.87 Ф .有孔虫有毕克卷转虫(Ammonia beccarii), 轮虫类(Rotaliids), 少室卷转虫大型亚种(A.pauciloculata major), 葛拉特劳九字虫(Nonion grateloipi), 希瓦格九字虫(N.schwageri), 波伊艾筛九字虫(Cribrononion poeyanum), 相对丰度较高, 但属种面貌单调, 均为苏北沿岸常见分子.

概率累积曲线显示为3段式, 跳跃组分为主, 约占50%~70%, 悬浮组分约占30%~50%, 滚动组分约占3%~7%.根据沉积构造和粒度特征, 推测该段地层是在潮流作用下的潮间--潮下沉积(图 5-A, 5-B).

图5

Fig.5

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	图5 西洋潮道07SR01孔沉积物概率累计曲线(A--孔深10.07, m, 浅黄棕色粉砂层; B--孔深13.55, m, 深黄棕色粉砂; C--孔深20.54, m, 深黄棕色粉砂质黏土; D--孔深24.24, m, 浅黄棕色含粉砂黏土; E--孔深31.68, 中黄棕色含极细砂粉砂; F--孔深33.67, m, 浅橄榄灰色粉砂)Fig.5 Probability cumulative curves of Core 07SR01 in Xiyang tidal channel

3)贝壳层:该沉积相出现在孔深15.8~16.1, m, 由浅黄棕色贝壳和螺的残体与贝壳砂组成, 含少量黏土, 贝壳已风化, 混杂沉积无层理, 部分已硬结(图 3-B).螺类化石有堇色似沼螺(Assiminea violacea Heude)和玉螺未定种(Natica sp.), 双壳类有蓝蚬未定种(Corbicula sp.)和蓝蛤未定种(Corbula sp.), 咸淡水属种混杂.

4)潟湖相:该沉积相出现在孔深15.6~20.5, m, 由橄榄灰和橄榄黑色黏土组成, 夹多层贝壳, 未见层理(图 3-C).富含完整的贝壳与贝壳碎片, 夹有少量的硬结黏土块.有孔虫有施罗德假轮虫(Pseudorotalia schroeteriana), 同现卷转虫(Ammonia annectens), 属种单调, 均为广盐性属种, 相对丰度高, 但分异度不高.腹足类化石有纹沼螺(Parafossarulus striatulus), 堇色似沼螺, 厚茧舌形螺(Polinices (Glossaulax)ampla Philippi), 斑玉螺(Natica tigrina (Roding)), 无线卷蝾螺(Turbonilla (Turbonilla)nonlinearis Wang), 沼螺未定种(Parafossarulus sp.).双壳类丰富, 见有黑龙江蓝蛤(Potamocorbula amurensis (Sch-renck)), 华丽蓝蚬(Corbicula leana Prime), 篮蛤未定种, 篮蚬未定种以及河篮蛤未定种(Potamocorbula sp.)碎片.腹足类和双壳类均产于咸淡水交界的环境.根据沉积物颗粒细, 水动力不强, 水流不畅的咸淡水交界等特点, 推测此为典型的潟湖环境.

5)泛滥平原相:该沉积相出现在孔深20.5~21.8, m, 由深黄棕色, 中黄棕色和浅黄棕色粉砂质黏土组成, 中下部夹少量橄榄灰色粉砂质黏土, 发育水平纹层和微波状交错层理, 似二元相结构.含钙质结核体, 长7.5 cm, 宽2.2 cm(图 3-D).粒度组成中, 粉砂为主, 占75.9%, 细砂占19.1%, 黏土占5%, 平均粒径为5.3 Ф .概率累计曲线显示2段式, 但以悬浮组分为主, 约占95%, 跳跃组分含量非常低, 约占5%(图 5-C), 显示泥沙在悬浮状态下堆积.有孔虫分析未发现任何属种.根据沉积物颜色发黄, 颗粒偏细, 沉积构造以水平和微波状层理为主的特点, 推测此层为泥沙在悬浮环境下沉积的泛滥平原堆积.

6)滨海湖沼相:该沉积相出现在孔深21.8~26.8, m, 由硬黏土和泥质粉砂组成, 上部为黄棕色, 下部为橄榄灰色, 底部为黄棕色与橄榄灰色混杂.见有明显的水平层理和微波状层理(图 3-E).3个有孔虫样品中, 1个样品未见有孔虫, 1个样品仅见1个标本, 还有1个样品见大量有孔虫, 属种有毕克卷转虫, 少室卷转虫大型亚种, 轮虫类和耳状九字虫(Nonion auricula).腹足类化石有纹沼螺, 白小旋螺(Gyraulus albus (Mü ller))和雕刻织纹螺(Nassarius(Phrontis)caelatulus Wang), 双壳类为黑龙江蓝蛤, 既有淡水属种又有滨海属种.沉积物颜色为橄榄灰与黄棕色交替出现, 与湖沼相沉积物的特征一致.概率累计曲线显示3段式, 但以悬浮组分为主, 约占80%, 跳跃组分约占18%, 滚动组分约占2%(图 5-D).根据沉积特点和生物组合面貌, 推测此段属于滨海湖沼相.

7)滨海沙坝相:该沉积相出现在孔深26.8~36.1, m, 沉积物主要由大量的黄棕色极细砂和细砂质粉砂组成, 具有向上变粗的沉积序列.见有贝壳和风化的腹足类, 泥质沉积中有龟裂纹层, 有沙斑和虫穴, 该段中部隐见水平层理, 局部发育斜层理(图 3-F).粒度组成上, 砂为主, 占69%, 粉砂只占29%, 泥质占2%, 平均粒径在3~6Ф 之间波动, 平均值为3.86 Ф .有孔虫有毕克卷转虫, 轮虫类, 条纹箭头虫(Bolivina striatula), 波伊艾筛九字虫, 小希望虫未定种(Elphidium sp.)等.有孔虫面貌与潮间--潮下相类似, 只是出现了少量的瓷质壳有孔虫, 如亚恩格五玦虫(Quinqueloculina subungeriana), 胖五玦虫(Q.inflata)及窄室曲形虫(Sigmoilina tenuis), 有孔虫组合面貌反映滨海环境.腹足类见有沼螺未定种(Assiminea sp.).概率累积曲线呈现3或4段式的特点, 且以跳跃组分为主, 缺乏滚动组分, 跳跃组分约占70%~80%, 且显示双跳跃, 悬浮组分约占20%~25%, 滚动组分约占3%(图 5-E, 5-F).

将西洋钻孔与横穿西洋潮流通道的浅地层剖面进行对比, 根据地震波反射界面, 地震单元外形特征和内部反射波结构, 识别出6个地震地层单元, 现描述如下(图 6):

U1大致位于海底以下36, m至27, m, 顶界面地形起伏大, 略具脊状形态, 底界面未能在地震剖面上完整显示.内部反射结构杂乱, 反射波振幅较强, 振幅变化明显, 连续性中等至较差.由于U1单元埋藏较深, 反射信号模糊, 但在右侧隐约可见缓缓向东倾斜的低角度反射波组.U1单元与钻孔26.8~36.1, m的地层相对应, 可能属于滨海沙坝沉积.

U2单元大致位于海底以下20~27, m, 底界面起伏较大, 顶界面较为平坦.U2下部未见任何的反射结构, U2上部显示平行或亚平行反射波组.反射波振幅中等至较差, 振幅变化不明显, 频率中等, 连续性中等.U2单元与孔深20.5~26.8, m地层相对应, 属于滨海湖沼(U2下)与泛滥平原相(U2上)沉积.滨海湖沼由于沉积物比较均一, 所以未显示任何的反射波影像; 三角洲泛滥平原沉积为砂泥互层, 两者具有不同的声波反射特性, 因此, 显示出良好的反射波图像.

U3单元大致位于海底以下15~20, m, 底界面平坦, 起伏不大, 顶界面有地形起伏.地震相几何外形呈不规则透镜体形态, 内部未见任何反射波形态.U3单元与孔深15.6~20.5, m地层相对应, 为滨岸沉积, 包括滨岸潟湖与贝壳层.

U4单元大致位于海底以下3, m至15, m左右, 地震相几何外形呈席状, 反射波振幅中等至较强, 频率较高, 连续性中等, 与上覆, 下伏单元以不整合面接触, 单元层顶面表现出顶超反射终止结构, 底面表现出下超反射终止结构, 内部呈现前积反射结构, 部分具发散反射结构.单元层内前积结构倾向一致, 均为北东向, 但倾角不一, 并存在多期前积反射结构叠置的现象.U4单元与钻孔3.0~15.6, m地层相对应, 根据地震相单元外形和内部反射形态, 确定U4单元为潮流沙脊相沉积.

U5单元位于海底至海底以下0至3, m左右, 地震相几何外形呈席状披盖式, 平行或亚平行反射结构, 反射波振幅较大, 频率低, 连续性好, 与下伏单元层呈不整合接触, 底面起伏较大.U5单元与孔深0~3.0, m地层相对应, 根据地震相单元特征进一步推测U5单元属于潮道充填沉积.

U6单元位于海底至海底以下0至7~8, m, 底界为一侵蚀界面, 顶界为现在海底面, 地震相单元外形为脊状或丘型.内部具前积反射结构, 倾向西北.钻孔没有钻遇U6单元地层, 但根据其目前所处的位置为一沙脊(小阴沙), U6单元属于现代潮流沙脊.

图6

Fig.6

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	图6 西洋西潮流通道浅地震剖面及其解释(浅地震剖面据王颖 2002)剖面位置见图6, A-A’Fig.6 Geo-pulse profile traversing Xiyang tidal channel and its explanation (Geo-pulse profile after Wang, 2002)

由于所获年代数据有限, 采用钻孔对比方法确定各单元的年代, 进一步研究西洋潮流通道的成因和演变(表 1).王港孔位于王港闸东南7, km潮滩(图1), 钻孔揭示了全新世地层^① .其沉积序列如下:王港孔Ⅰ 层埋深0~4.90, m, 为黄色泥质粉砂, 粉砂质泥和粉砂的交互沉积, 植物碎屑多, 有孔虫为毕克卷转虫--筛九字虫组合, 属潮上带环境; Ⅱ 层埋深4.90~17.90, m, 为灰色粉砂夹泥, 发育波状层理和交错层理, 有孔虫组合为毕克卷转虫--希望虫组合, 属潮间带环境; Ⅲ 层埋深17.90~39.69, m, 为灰色细砂和粉砂, 发育水平层理和交错层理, 有孔虫组合为毕克卷转虫--丸桥卷转虫组合, 属河口湾, 沙脊水道环境; Ⅳ 层埋深39.69~39.80, m, 为灰色黏土, 块状构造, 偶见水平层理, 有孔虫为毕克卷转虫--筛九字虫组合, 属潮上带环境.王建等(1997)利用王港附近潮滩39个钻孔进行沉积相分析, 钻孔剖面自上而下分为A~D 4层(表 1).由于西洋潮道07SR01孔离王港非常近, 不会发生太大的相变, 可以通过相互对比确定各单元形成的年代(表 1).西洋孔U4单元无论从沉积相特征还是厚度来看, 均可以和王港孔的Ⅲ 层和G孔的C层相对比, 进一步确定U4单元属于潮流沙脊相沉积.由于王港孔Ⅲ 层和G孔C层均有年龄数据, 因此可以确定西洋孔潮流沙脊大致形成于中全新世.U5单元从沉积相特征分析, 与王港孔Ⅰ +Ⅱ 层以及G孔A+B层相对应.G孔A+B层是公元1128年以来, 黄河在苏北入海带来的沉积(王建等, 1997), 西洋孔U5单元沉积物颗粒偏细, 颜色偏黄, 来源于黄河的可能性非常大.

表1

Table1

表1(Table1)

表1 西洋潮道07SR01孔与其他钻孔地层对比 Table1 Stratigraphic correlation between Core 07SR01 in Xiyang tidal channel and other cores

表1 西洋潮道07SR01孔与其他钻孔地层对比 Table1 Stratigraphic correlation between Core 07SR01 in Xiyang tidal channel and other cores

U3单元从沉积相特征上来看, 可以与王港孔Ⅳ 层相互对比, 但与G孔的对比存在困难, 估计在G孔中可能存在缺失.陈报章等(1994)根据东台--海安的28个钻孔, 建立了该地区晚更新世以来的沉积序列, 最底部为晚更新世陆相地层, 早全新世滨岸相不整合超覆于晚更新世沉积之上, 其上局部有河口湾相沉积发育, 再其上发育潮成砂体, 顶部覆盖潮滩相沉积.滨岸相沉积由贝壳砂或砂层构成, 有的剖面为滨海沼泽相灰黑色黏土层, 构成全新统的底部, 覆盖在晚更新统硬黏土之上.从沉积相描述来看, 这层滨海相沉积与西洋孔U3单元的潟湖相沉积非常类似, 代表全新世最早期的海侵沉积.U2单元从其沉积相特征来看, 应属于长江三角洲北翼的硬黏土沉积, 发育在低海面阶段的暴露环境, 推测其最有可能出现在18~20 ka BP.U1单元根据¹⁴C测年数据34, 480± 140 a BP和 34 535± 460 a BP(图 4, 表1), 应属于氧同位素3期向氧同位素2期过渡阶段的产物, 即海平面下降时期形成的堆积物.

研究区在晚更新世末次冰期间冰阶向末次盛冰期转变期间, 海平面下降, 发育滨海沙坝沉积(U1单元).至末次冰期极盛期, 海平面下降至最低点, 研究区出现广泛的暴露, 发育滨海湖沼(U2单元下部), 继而滨海泛滥平原(U2单元上部), 出现泥裂和钙结核等暴露标志, 顶部造成地层的严重缺失和沉积间断.进入全新世早期, 随着海平面的上升, 研究区开始出现海侵, 发育滨岸相沉积, 包括潟湖与贝壳层(U3单元).随着全新世海侵作用的加剧, 潮流作用增强, 潮流强烈侵蚀和改造下伏地层, 逐渐形成潮流沙脊的雏形.大约在中全新世海平面趋于稳定期间, 发育潮流沙脊沉积体系(U4单元), 当时潮流沙脊的范围可能比现在的潮流沙脊还要向陆地延伸(Li et al., 2001; 赵娟等, 2004).晚全新世至公元1128年黄河夺淮以前, 苏北沿海岸线缓慢向海推进, 由于沉积物源不充分或者水动力体条件的变化, 中全新世潮流沙脊水下地形面临调整, 原先处于潮流沙脊的区域可能被蚀低, 西洋潮流通道就是在此期间通过沙脊蚀低形成的.公元1128--1855年黄河夺淮, 带来大量泥沙, 充填在晚全新世成形的西洋潮流通道内(U5单元), 钻孔所见沉积物颜色偏黄, 颗粒偏细, 与黄河物源关系密切, 这一充填过程一直到公元1855年黄河北归结束.随着黄河北归, 沙源被切断, 西洋潮流通道潮流作用增强, 潮道底部遭受强烈冲刷, 侵蚀, 形成钻孔顶部仅10, cm厚的潮道滞留沉积.目前, 废弃黄河泥沙供应有不断减少的趋势, 西洋潮流通道在强劲的潮流作用以及人类活动影响下, 具有进一步刷深展宽的趋势.