基于FCM方法的黄河水下三角洲沉积动力环境分区

客观定量地确定沉积动力环境分区是理解区域沉积动力过程的重要基础。本文以黄河水下三角洲表层沉积物的粒度分析数据为基础,运用模糊c均值聚类（FCM）等方法对该区域的沉积动力环境进行了分类、识别、分区及制图表达。结果表明,研究区域的沉积动力环境可分为3个类别,分别代表了冲刷、冲淤混合和淤积3类不同形式的沉积动力环境。各类别沉积动力环境的隶属度分布图具有指示其在不同空间位置处出现的可能性大小及其优势分布区的作用,而由模糊隶属度值生成的沉积动力环境分区图也与研究区域实际的沉积动力空间格局有着较高的吻合度,表明制图结果是合理和有效的。研究结果可为黄河三角洲滨海区地貌演变趋势分析和海岸防护提供重要的参考价值。     

中国渤黄海的沉积物源及输运路径研究

基于中国渤黄海120个表层沉积物粒度分析,研究了其表层沉积物分布特征与物源和水动力的关系。结果表明,研究区底质类型主要有黏土质粉砂、粉砂、砂质粉砂、粉砂质砂、砂和砂-粉砂-黏土6种类型,以砂质粉砂和黏土质粉砂为主,整体粒度较细、分选较差,在老铁山水道、莱州湾、北黄海北部等水动力较强区域分选相对较好且沉积物粒径相对偏粗。根据沉积物粒度参数、物源、输运路径将研究区划为5个沉积区,分别为渤海湾、滦河口粉砂沉积区,黄河口、莱州湾砂质沉积区,渤海中部粉砂质沉积区,北黄海西部黏土质粉砂沉积区,北黄海北部砂质沉积区。物源和水动力条件控制了研究区沉积物粒度分布。     

黄茅海河口湾沉积物的稳健对数比主分量分析

本文用稳健对数比主分量分析方法对黄茅海河口湾93个表层沉积物样品的粒度数据进行统计研究,从而划分出四个沉积物粒度类型以及相应的四个不同水动力沉积区,并对沉积环境和泥沙运动作分析解释。     

气候变化和人类活动影响下黄河远端泥北支粒度组分变化及其区域沉积效应

受限于海洋动力条件的复杂性,基于陆架泥质沉积重建的古气候或古环境一直存在争议。为此,本文在北黄海地区沿沉积物输运路径采集3根柱样,通过沉积物粒度及其端元组分和基于器测数据的东亚冬季风指数和黄海暖流强度,分析了不同泥区沉积物粒度端元组分对冬季风暴和黄海暖流变化的响应机理和强度,揭示了上述变化在不同区域产生的沉积效应。结果表明,近百年以来黄河远端泥北支的沉积物组分变化受到了自然因素和人类活动的共同影响。1980年以后,人类活动对黄河沉积物入海通量及其组成的影响开始增强,并掩盖了自然演化信息。而1980年以前,不同泥区的不同端元组分对冬季风暴和黄海暖流的响应机理和强度存在差异,具有显著的区域沉积效应：粗端元组分受冬季风暴强度变化主导,能够反映山东半岛北岸跨锋面物质输运强度的变化;细端元组分受到黄海暖流强度变化主导,反映沉积物从北黄海西部泥区到辽东半岛东岸泥区的输运过程。上述结论说明,虽然粒度是表征古气候和古环境变化的重要标志物,但应根据不同泥区沉积物来源和沉积动力环境的特点,谨慎选择敏感端元组分,正确地使用粒度指标。     

基于粒度分布曲线的邻近传播聚类算法在沉积环境识别中的应用——以白洋淀地区为例

以白洋淀地区出露的22个沉积剖面中沉积物的粒度数据为研究对象,利用邻近传播聚类算法（AP聚类算法）进行聚类分析,并与已知典型沉积环境形成的沉积物粒度频率分布曲线进行对比,探讨了基于沉积物粒度特征的邻近传播聚类算法在沉积环境识别中应用的可行性以及白洋淀地区不同沉积环境的粒度特征。结果表明：邻近传播聚类算法能够将相同或者相近动力条件下形成的沉积物聚为一类,挖掘沉积物粒度数据中蕴含的沉积动力信息;所有样品的沉积物粒度频率分布曲线划分为11类簇;考虑到同一沉积环境中动力条件的变化,将聚类结果得到的分布范围、形状相近的11簇曲线进一步合并为4组曲线,并与已知典型沉积环境粒度曲线进行对比,识别出湖沼相、湖相、河流相、洪积相等4种主要的沉积相。其中,湖沼相与湖心相沉积环境、湖滨相与河漫滩相沉积环境形成的沉积物粒度组分相近。湖沼相与湖心相、湖滨相与漫滩相、河床相的沉积物粒度主要组分分别为细粉砂、粗粉砂、细砂或粗砂,洪积物中粗粉砂、中砂、粗砂含量相近,呈多峰态。邻近聚类传播算法可为沉积环境动力条件反演、分区等提供潜在的新手段。     

南海南部表层沉积物粒度分布特征及其影响因素

对取自南海南部的153个表层沉积物样品,进行了粒度、粒度参数计算和Q型聚类分析,探讨了表层沉积物的粒度分布特征、沉积类型及影响因素。结果表明,研究区沉积物主要粒级组分为黏土和粉砂,底质类型主要为泥,还有粉砂质砂、砂质粉砂和粉砂,平行于等深线基本呈带状分布;结合Q型聚类分析结果,研究区沉积物可分为外陆架及陆架坡折区粗粒沉积物(砂和粉砂)和陆坡区细粒沉积物(泥)两类,500 m等深线是两类沉积物的分界线;对比粒度分析结果,判定两类沉积物属于不同成因类型,外陆架及陆架坡折区是现代沉积和残留沉积的混合沉积,陆坡区是现代沉积;影响南海南部表层沉积物粒度分布的主要因素是物源、水动力条件、水深与地形及洋流。     

珠江口黄茅海河口湾水动力沉积和泥沙运动的统计研究

本它根据稳健对数比主分量分析和Ｍｃｌａｒｅｎ－Ｂｏｗｅｌｓ沉积物迁移随机模型统计研究了珠江口黄茅海河口湾的水动力沉积和泥沙运动。稳健对数比主分量分析把黄茅海河口湾沉积物粒度类型划分为四大类，并相应四种不同水动力环境沉积区。Ｍｃｌａｒｅｎ－Ｂｏｗｅｌｓ随机模型在泥沙运动方向上的定量统计证实了沉积分布表明的泥沙运动规律，为今后探索和开发黄茅海河口湾海区提供新的分析依据。     

珠江磨刀门河口表层沉积物磁性特征及其动力沉积环境意义

基于2015年3月珠江磨刀门河口表层沉积物磁学和粒度测量结果,研究磨刀门河口磁性特征空间分布规律,分析磁性参数与沉积物粒度的关系,并探讨其对沉积动力环境的响应。磁性参数磁化率（χ）和饱和等温剩磁（SIRM）均在拦门沙处出现低值区,并在10 m等深线外呈现向海递减趋势;频率磁化率（χ_fd%）、非磁滞剩磁磁化率（χ_ARM）以及比值参数χ_ARM/SIRM和χ_ARM/χ在拦门沙处出现低值区,而在拦门沙外呈现高值:表明研究区域磁性特征由亚铁磁性矿物主导,而拦门沙区域存在一定量的不完全反铁磁性矿物。粒度是影响沉积物磁性特征的重要因素,SIRM/χ等参数与粗颗粒组分（大于63 μm）呈显著正相关,χ_fd%等参数与小于16 μm粒级组分高度相关,结果显示χ_fd%、χ_ARM、χ_ARM/SIRM以及χ_ARM/χ等参数可作为本区域沉积物细颗粒组分（小于16 μm）的代用指标,而SIRM/χ则可作为粗颗粒组分（大于63 μm）的代用指标。基于沉积物类型、动力环境等综合考虑,选取SIRM、S_-300、SIRM/χ参数聚类分析,可将磨刀门河口动力沉积环境分为4个区,结果与该区域动力环境及动力地貌格局具有一致性。本研究不仅对了解新动力格局下磨刀门河口演变模式具有重要意义,还可以丰富河口沉积动力学研究方法。     

庙岛群岛海域沉积动力环境分区及沉积物输运趋势

基于庙岛群岛海域的107个表层沉积物样品粒度分析结果,利用Pejrup三角图、Gao-Collins粒径趋势分析等方法,对庙岛群岛海域沉积动力环境进行分区,并探讨了沉积物的输运趋势。结果表明,研究区沉积动力环境可划分为5个分区(A、CⅢ、CⅣ、DⅢ、DⅣ),以庙岛海峡为中心,各分区基本呈左右对称分布,与潮流流速中部辐聚、两侧辐散的分布特征相对应,研究区沉积物分布及沉积动力格局主要受潮流控制。研究区内存在两个沉积物输运趋势的汇聚中心,沉积物的长期输运趋势在海峡区主要受控于往复潮流,波流共同作用在外海区影响较为显著,使其具有与海峡区截然不同的特点。     

北黄海沉积速率及其沉积通量

黄海大陆架沉积物多来自黄河的输入,区域性环流模式控制着这些沉积物的输送过程。目前对浅海陆架沉积物沉积过程和沉积环境的研究很少,尤其是北黄海沉积物的堆积过程和沉积通量。我们对9个沉积岩心进行了210Pb分析测定,绘制了210Pb活度的垂直分布图,并计算了沉积通量,北黄海沉积通量为0 06～1 18g/(cm2·a),北黄海中部泥质区沉积通量低于0 33g/(cm2·a)。大多数的210Pb垂直分布呈两层分布模式,不同的垂直分布反映了水动力和沉积过程的时空变化。为了评价北黄海的物源和沉积环境,测定了10个表层沉积物样品的化学元素含量,测定结果表明北黄海泥质区沉积物是多源沉积,但其主要来源还是黄河的输入。     

强潮海滩响应威马逊台风作用动力沉积过程研究——以北海银滩为例

研究台风影响下的海滩沉积过程不仅可加深极端海况下的海滩冲淤变化理解,而且有利于海滩资源的保护与海岸工程保护。以强潮海滩——北海银滩为例,通过采集北部湾海区1409号威马逊超强台风作用前后的沉积物、剖面高程及水文资料,探讨强潮海滩的动力沉积过程。结果表明:1)台风作用前后的海滩沙丘-滩肩-沙坝体系的地貌状态基本不变,其中沉积物组分均为砂,细砂、极细砂和中砂三组分平均含量占所有组分的95%以上;与台风作用前比较,台风后的地貌在维持先前形态的条件下,发生局部侵蚀和后退,沉积物相对变粗且细砂含量增加了10%。2)台风作用后后滨沙丘侵蚀,且沉积物滚动组分增加;冲流带和滩肩前缘沉积物的搬运由双跳跃转为单一的跳跃形式。3)台风作用前后的海滩沉积物主要变化过程可由两个模态表征,其中主要模式反映了台风作用前后的海滩以细砂为主的动力沉积变化特征,该模式受控于区域波浪和潮汐的长期耦合作用,并以波浪为主导因素。台风作用前的次要模式反映潮汐作用控制下的海滩沉积横向振荡特征;台风作用后的次要模式表征了台风影响下的海滩横向沉积物偏粗、冲流带-低潮带振荡及其沉积分异过程。     

烟台北部近岸海域表层沉积物粒度分布及沉积动力环境特征

基于烟台北部近岸海域56个表层沉积物样品的粒度资料,分析了研究区沉积物粒度分布特征。采用Pejrup三角图对研究区沉积动力环境进行了分区,利用Gao-Collins粒径趋势分析方法分析了沉积物的输运趋势,在此基础上探讨了研究区的沉积动力环境特征。研究结果表明,研究区粒度呈现中间粗、东西部海域细的分布格局; 沉积动力环境可划分为AⅢ、BⅢ、BⅣ、CⅢ、CⅣ、DⅢ、DⅣ 7个区,总体表现为“中间强、两侧弱,近岸强、远岸弱”的分布格局; 研究区东西部开阔海域各存在1个沉积物汇聚中心,物质来源多样; 研究区表层沉积物运移和分布与水动力条件基本吻合,且受沉积物来源的影响。潮流、沿岸流以及沉积物来源共同控制其沉积动力环境。     

东海西北部陆架表层沉积物重矿物组合及其沉积环境指示

研究了东海陆架360个表层沉积物的碎屑矿物和粒度组成,利用R型聚类方法提取稳定重矿物和重矿物分异指数作为矿物分布规律的指示因子;根据快速聚类结果将重矿物组成分为3个区:东海陆架海侵体系域晚期残留砂体区、高位体系域晚期长江水下前三角洲和浙闽沿岸流泥质沉积区、高位体系域扬子浅滩沉积区。结合粒度参数和特征矿物分布、沉积物14C年龄对各区沉积环境进行讨论,确定陆架残留沉积和改造沉积的成因、长江水下三角洲和浙闽沿岸流泥质区的范围,以及对应不同海侵层序的矿物分异特征和物质"源-汇"关系。聚类分析虽能够指示同一物源碎屑矿物分布与沉积动力关系,但物源不同,聚类结果可能误导沉积环境分析。扬子浅滩表层砂体是在距今6~4和3~2 ka 的两个潮流沉积发育期形成的多期改造沙波沉积。     

辽东湾表层沉积物粒度分布特征及其地质意义

对辽东湾140个表层沉积物进行了粒度分析,探讨了辽东湾表层沉积物的粒度分布特征和沉积物类型的分布格局,结合该区沉积物物源和沉积动力环境,探讨了两者对辽东湾海域沉积过程的控制作用。结果表明,研究区表层沉积物类型以砂质粉砂、砂质泥和泥质砂为主。研究区表层沉积物平均粒径变化范围较大(-0.06~7.42 Φ),大多数站位集中在4~6 Φ,平均粒径有两侧向中部逐渐变细的趋势。整体上,辽东湾东侧表层沉积物粒度比西侧粗,砂含量明显增加。研究区沉积物主要来源于沿岸河流携带的入海泥沙,而潮流和沿岸流对沉积物的分布起到控制作用。根据沉积物底质类型、物源及区域水动力强弱,将研究区划分为湾顶泥质、西岸砂质、渤海泥质、辽东浅滩砂质以及残留过渡沉积等5个沉积区。     

桑沟湾海域表层沉积物粒度特征及其环境意义

根据桑沟湾和邻近海域201个表层沉积物样品粒度测试结果,分析了砾、砂、粉砂和黏土等各粒级组分含量分布特征,划分了沉积物类型,探讨了沉积环境。结果表明,沉积物组分中以粉砂粒级组分为主,砾和砂分布相对集中。海域表层沉积物类型共有12类,含砾沉积物类型7类,不含砾沉积物类型5类,其中砂质粉砂与粉砂分布最广。桑沟湾及邻近海域沉积物分布主要受控于泥沙来源、地形地貌及潮流、波浪、沿岸流等沉积动力条件的共同作用。桑沟湾西部近岸海域的泥沙为近源沉积,颗粒较粗,向海扩散有限;桑沟湾外沉积物颗粒由东向西变细,与黄海西部沿岸流携带的黄河源泥沙向西扩散有关;桑沟湾内沉积物颗粒较细,水动力较弱;桑沟湾东北部和东南部海底的脊状凸起区域,含砾沉积物为当地近源碎屑沉积,受海流冲刷的影响,细颗粒碎屑难以沉积。     

现代黄河三角洲表层沉积物的空间分布特征

基于近期在黄河三角洲附近海域采集的97个表层沉积物样品的粒度测试结果,研究了黄河三角洲海域表层沉积物的类型和空间分布特征,探讨了沉积物粒度分布特征与物源和沉积动力环境之间的关系。研究结果表明,研究区表层沉积物类型以砂质粉砂和粉砂为主,在绝大部分海域,表层沉积物的偏态表现为正偏和极正偏,分选程度较差,峰态表现为宽和很宽。现行河口三角洲叶瓣周围的表层沉积物以砂质粉砂为主,粒度较粗;而在远离河口的区域表层沉积物以粉砂为主,粒度较细。与20世纪80年代的观测结果相比,受物源供应和沉积环境的共同影响,近期黄河三角洲沿岸的表层沉积物有粗化的趋势,且河口口门区域表层沉积物粗化趋势最为明显。表层沉积物粒度粗化的主要原因是黄河入海泥沙供应不足,导致三角洲沿岸侵蚀加剧;黄河调水调沙以来入海泥沙的粒度变粗,粗颗粒组分在河口口门附近快速堆积。黄河水下三角洲现代沉积速率的分布特征表明,黄河入海沉积物主要在现行河口及三角洲的近岸区域沉积,在15 m以深的区域沉积速率较低。同时,还可看出入海泥沙有向北和东北向的运移趋势,与渤海中部泥质沉积以及通过莱州湾向渤海海峡的泥沙输运相对应。粗颗粒沉积物在现行河口三角洲叶瓣的堆积范围与潮流切变锋的位置基本一致,反映了物源供应和沉积动力环境对研究区表层沉积物分布特征的控制性影响。     

南海宣德海域表层沉积物粒度特征及其输运趋势

对宣德海域151个表层沉积物样品进行了粒度组分、粒径参数分析,结果表明岛礁区分布有8种沉积物类型,粒度组成以砂和砾为主,粉砂和黏土相对较少。通过因子分析和聚类分析,研究区可分为4类沉积区,Ⅰ区位于研究区中心地带,Ⅱ区位于岛礁附近海域,Ⅲ区主要位于环礁中心海域,Ⅳ区主要位于宣德环礁的礁盘外沿海域。粒径趋势分析显示,沉积物输运格局与研究区水动力条件吻合,并在七连屿海域形成汇聚区。     

南海北部陆架坡折附近表层沉积物的粒度特征和其输运趋势

对南海北部陆架坡折附近取的50个表层沉积物样品,作粒度测试,计算粒度参数。粒度分析表明研究区的沉积物主要存在4种类型:含砾砂、砾质砂、砂质砾和含砾泥质砂;沉积物组分中砾石和砂占绝对优势,基本上不含黏土。综合因子分析和聚类分析的结果把研究区划分为4类沉积区:Ⅰ类沉积区属于内陆架沉积区,Ⅱ类沉积区属于陆架坡折上部沉积区,Ⅲ类沉积区属于陆架坡折下部沉积区,Ⅳ类沉积区区属于陆架边缘沉积区,每类沉积区都代表着不同的沉积环境。研究区沉积物的粒径趋势分析结果显示,陆架坡折附近的沉积物主要向内陆架和外陆架边缘或上陆坡输运,同时存在着跨陆架输运和沿陆架坡折输运现象,这与研究区实测的底流方向相一致。本研究表明,南海北部陆架坡折附近的沉积环境和沉积物输运模式比较复杂和特殊。本研究对今后陆架和陆坡区其他相关的研究具有十分重要的指导和借鉴意义。     

长江河口近底层悬沙和沉积物的交换过程研究

大河河口的动力沉积过程一直是陆海相互作用研究的核心内容,其中水体泥沙的垂向交换是河口动力-沉积机制分析中的关键环节。基于2011年12月对长江河口及其邻近海湾采集的大范围、高密度的近底层悬沙、海床表层1~2cm(表层沉积物)和垂向向下约2~10cm的沉积物(次表层沉积物)同步3组303个样品,利用经验正交函数方法,对河口地区的悬沙和沉积物交换过程进行研究。结果表明:近底层水体悬沙的空间分布模式主要以粉砂粒级为主,空间分布差异性不大;表层及次表层沉积物的空间分布模式相似,但较近底层水体悬沙的分布复杂,存在明显的区域性特征,其中南汇边滩水域中部辐散区的沉积物表现为粗粉砂-细砂模式,其他区域由粉砂组分模式组成。近底层水体悬沙、表层和次表层沉积物的第一模态主要反映了粒径较细的泥沙运动,第二模态主要反映了粒径较粗的泥沙运动。在近底层水体悬沙与表层沉积物的垂向交换中,主要交换粒级为粉砂组分粒级。在表层沉积物与次表层沉积物的垂向交换中,南汇边滩中部辐散区的主要交换粒级为粗粉砂-细砂组分粒级,其他区域主要为粉砂组分粒级。     

长江口航道柱样沉积物特征及泥沙来源

根据2014年1月北槽航道坝田区采集的13组浅钻柱状样(柱长为19~107cm),着重分析了浅钻柱状样沉积物的粒度特性。研究结果表明:北槽上段和中段呈南粗北细的沉积物分布格局,南北侧沉积物中值粒径分别为29~40和14~18μm;北槽下段南北两侧沉积物粗细差异趋同,中值粒径范围为23~27μm。沿北槽纵向,南侧沉积物中值粒径和砂的含量自口内向口外呈减小趋势,而北侧正好与此相反,表明北槽内涨落潮流路分歧影响泥沙的沉积和分选。北槽柱状沉积物大多存在三组关键组分,即细组分7.8~26.3μm、粗组分37.4~126.0μm及更粗组分193.5μm,分别代表流域及海域来沙中的悬沙沉积、周围浅滩越堤供沙及风暴作用所致的泥沙沉积。其中粗组分37.4~126.0μm为北槽坝田区沉积物的环境敏感组分。相关成果,从沉积的角度可以为深化研究长江口北槽深水航道的泥沙来源和淤积原因提供依据。