威海周边海域表层沉积物沉积环境分区与元素组成控制因素.pdf

李恒猛，王嫚，王敬，等.威海周边海域表层沉积物沉积环境分区与元素组成控制因素J.海洋地质前沿，2023，39（9）：94-106.LI Hengmeng,WANG Man,WANG Jing,et al.Control factors of sedimentary dynamic environment zones and element composition of sur-face sediments in surrounding waters of WeihaiJ.Marine Geology Frontiers,2023,39(9):94-106.威海周边海域表层沉积物沉积环境分区与元素组成控制因素李恒猛1,2，王嫚1,2，王敬1,2*，边雄飞1,2（1 山东省第六地质矿产勘查院，威海 264209；2 山东省深部金矿探测大数据应用开发工程实验室，威海 264209）摘要：为深入理解黄海现代沉积作用和沉积环境，研究了威海周边海域表层沉积物的粒度、元素地球化学特征及其控制因素，并探讨了海域沉积动力环境。研究发现，粉砂粒级是表层沉积物中最重要的组分，由岸向海逐渐增加，研究区北部、东部及刘公岛南部海域粉砂含量普遍60%；砂粒级组分含量由岸向海逐渐降低。依据沉积物粒度特征，研究区的沉积动力环境可以划分为 5 个区，由岸向海水动力逐渐减弱。近岸粗颗粒沉积物受河流以及海岸侵蚀影响，细颗粒物质来源于黄河，受到山东半岛沿岸流控制。表层沉积物大部分常微量元素分布特征受粒度控制，CaO 主要受碳酸盐碎屑影响，控制 Sr 元素分布的主要因素是海洋生物沉积作用。K2O、NaO、SiO2、Ba 等元素受物源控制，MnO2除了受粒度控制影响外还受到氧化还原环境影响。关键词：沉积动力环境分区；元素组成；控制因素；威海周边海域中图分类号：P736.2；P736.4文献标识码：ADOI：10.16028/j.1009-2722.2022.138 0 引言沉积物粒度受到源岩、风化作用、搬运过程、水动力作用等因素影响，可以用来反映物质来源、水动力条件、运移方式以及沉积环境变化等1-5。沉积物地球化学组成受物质来源、粒度以及沉积环境等因素的制约，其研究对深入理解源汇过程及古环境演化具有重要意义6-11。许多学者对中国海域表层沉积物粒度和常微量元素分布特征展开了大量研究，并取得了系列成果12-19。部分学者针对山东半岛周边海域进行过探讨，王伟等20通过对北黄海表层沉积物粒度特征及沉积环境进行分析，揭示了物源和水动力条件表层沉积物粒度分布的主控因素，并提出黄海暖流的存在限制了山东半岛沿岸流携带的细粒物质向东运输；窦衍光等21基于山东半岛东部表层沉积物地球化学分析认为山东半岛周边海域底质沉积物主要受到沿岸流和潮流的作用，物质来源以黄河碎屑物质为主。以往研究多集中于河口环境或大范围海域，空间取样密度小，对于局部海域，如山东半岛近海研究相对薄弱，关于威海周边海域表层沉积物粒度特征以及地球化学元素组成鲜有报道。威海湾位于山东半岛最东端，北、东、南三面濒临黄海，底质沉积物以砂、粉砂为主。研究发现山东半岛海域的沉积物主要来自于黄河，并受到山东半岛沿岸流以及近岸潮流的影响22-26。本文主要通过对威海周边海域表层沉积物进行粒度与元素地球化学的分析，探讨这一海域粒度特征与地球化学分布规律，揭示研究区的沉积环境与元素组成的控制因素，有助于深入理解黄海现代沉积作用和沉积环境。收稿日期：2022-04-28资助项目：“山东省威海市海洋牧场示范区海底沉积物地球化学调查”（鲁勘字（2019）52 号）作者简介：李恒猛（1982），男，正高级工程师，主要从事水文地质、环境地质及海洋地质等方面的研究工作.E-mail：*通讯作者：王敬（1982），男，正高级工程师，主要从事水文地质、环境地质及海洋地质等方面的研究工作.E-mail： ISSN 1009-2722海洋地质前沿第 39 卷第 9 期CN37-1475/PMarine Geology FrontiersVol 39 No 9 1 材料与方法1.1研究材料2017 年 3 月 31 日4 月 13 日在威海周边海域共采集 120 个表层沉积样品（图 1），采样区间为37203700N、1221012220E。表层沉积物取样采用箱式采样器，取样站位间距为 5 km5 km，部分近岸区按 2.5 km5 km 加密站位。1.2研究方法 1.2.1 沉积物粒度分析主要依据沉积物的特点，综合采用筛析法与激光法进行沉积物粒度分析。筛析法适用于以粒径2 mm 的砂砾为主要成分的沉积物。粒度分析样品前处理主要经过洗盐、有机质去除（10%的 H2O2）和碳酸盐的去除（稀盐酸）。激光法采用 Master-sizer 2000 型激光粒度分析仪进行粒度测试。本文依据 FOLK 与 WARD27的粒度参数计算公式计算沉积物粒度参数。1.2.2 元素地球化学测试常量元素样品在 65 下烘干，研磨至 200 目后制片，采用 Axios PW4400 型 X 射线荧光光谱仪测定常量组分 SiO2、Al2O3、TFe2O3、MnO、MgO、Na2O、P2O5、K2O、CaO、TiO2。微量元素样品经过冷冻干燥，研磨至 200 目后烘干后，经过（1:1）氢氟酸和硝酸的消解，采用 3 mL 50%的 HNO3溶样后移液定容，采用等离子质谱法（ICP-MS）测定微量元素 Ni、Co、Sr、Zr、Ba、Ga。沉积物粒度分析与元素地球化学测试均在青岛海洋地质研究所实验测试中心完成。张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇威海市3738N12210 12220 E12200373037200510 kmB1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B13B15B16B17B18B19B20B21B22B23B24B25B26B27B28B29B31B32B33B34B35B36B37B38B39B40B41B42B43B44B45B46B47B48B49B50B51B53B52B54B55B56B57B58B59B68B60B61B67B69B70B62B71B63B72B73B64B65B74B75B66B76B78B79B80B81B82B83B84B85B86B87B88B89B90B91B92B93B94B96B97B95B98B99B100B101B102B103B104B105B106B107B108B109B110B112B111B113B114B115B116B117B119B118B120B14小石岛B30B77黄岛武林水库冶口水库小阮水库王家夼水库小天水库姜家疃水库崮山水库图 1研究区表层沉积物取样站位Fig.1 Sampling stations of surface sediments in the study area第 39 卷 第 9 期李恒猛，等：威海周边海域表层沉积物沉积环境分区与元素组成控制因素95 2 结果2.1沉积物粒度特征 2.1.1 沉积物类型和分布根据 FOLK28沉积物命名原则，研究区的表层沉积物可以分为 10 类，其中含砾沉积物 4 类：（g）mS-含砾泥质砂、gmS-砾质泥质砂、（g）M-含砾泥、gM-砾质泥；无砾沉积物 6 类：S-砂、zS-粉砂质砂、mS-泥质砂、sZ-砂质粉砂、Z-粉砂、M-泥。（g）mS-含砾泥质砂与 gmS-砾质泥质砂主要分布在威海市以北的小石岛、黑岛附近海域，分布面积较小，由于取样区域的限制取样站位较少，总共 4 站位。（g）M-含砾泥分布相对离散，主要分布在研究区东部与刘公岛、日岛附近海域，占调查区面积的 13%左右。gM-砾质泥主要分布在研究区东部及近岸海域，与含砾泥（g）M）分布区相邻，涉及站位相对较少。S-砂分布范围较为分散，主要分布在小石岛附近、孙家疃镇北部、崮山镇东北部近岸海域。zS-粉砂质砂主要分布在研究区黄岛附近海域，仅涉及 1站位。mS-泥质砂主要分布在高新技术开发区北部海域，分布范围较小。sZ-砂质粉砂分布较为分散，主要分布在研究区北部、威海市东部近岸及经济技术开发区东部海域。Z-粉砂在威海市北部及东部海域均有大面积分布。sZ-砂质粉砂与 Z-粉砂是研究区分布最广泛的 2 种沉积物类型，占该区沉积物面积的 70%以上（图 2）。张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市3738N1221012220 E12200373037200510 kmMMSSSmS(g)mS(g)mS(g)mSgms(g)M gMgMgM(g)M(g)M(g)M(g)M(g)MZZsZsZs ZsZsZs ZZsS砂(g)mS含砾泥质砂gms砾质泥质砂mS泥质砂Zs粉砂质砂sZ砂质粉砂Z粉砂(g)M含砾泥M泥gM砾质泥王家夼水库冶口水库武林水库小阮水库小天水库姜家疃水库崮山水库图 2研究区表层沉积物类型分布Fig.2 Distribution of surface sediment types in the study area 2.1.2 粒度组分和参数特征（1）粒度组分分布特征研究区表层沉积物的粒度组分可以分为砾石、砂、粉砂、黏土 4 个粒级。砾石粒级组分主要呈圆斑状或条带状分布在孙家疃镇以北及崮山镇北部近岸，大部分区域含量介于 0.5%2%，部分含量可达 8%。研究区砾石粒级组分含量分布与沉积物类型分布有很好的一致性（图 3a）。砂粒级组分在近岸海域含量高，由岸向海逐渐降低。其中，高技术产业开发区北部及崮山镇东北部近岸海域，砂粒级96Marine Geology Frontiers海洋地质前沿2023 年 9 月组分含量普遍超过 50%，最高可达 80%；在刘公岛东北部海域，也存在一砂粒级组分含量较高的区域，该高值区向南延伸至经济技术开发区北部近岸海域，含量大部分区域介于 20%30%（图 3b）。粉砂含量分布与砂含量分布相反，近岸海域普遍为粉砂含量的低值区，最低5%，由岸向海逐渐增加至70%以上。研究区北部、东部及刘公岛南部海域为粉砂覆盖的区域，粉砂含量普遍60%（图 3c）。研究区黏土含量总体较低，平均含量约为 15%，最低值为 0，最高值超过 30%。黏土粒级组分高值区位于研究区中部海域及刘公岛南部海域，大部分黏土组分含量介于 20%26%（图 3d）。0.50.50.50.50.50.50.51.51.51.51.51.52.52.53.5张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市3738N1221012220 E12200373037200.50.51.52.53.54.55.56.57.58.5砾/%a0510 km王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库088816161616242424刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市0481216202428323738N1221012220 E1220037303720黏土/%d0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库0252525255050505050刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市3738N1221012220 E1220037303720粉砂/%c0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库051015202530354045505560657075252525252550505050507575757575刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市051015202530354045505560657075803738N1221012220 E1220037303720砂/%b0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库图 3研究区表层沉积物粒度组分分布Fig.3 Distribution of grain size composition of surface sediments in the study area（2）粒度参数分布特征研究区平均粒径与沉积物类型具有较好的对应关系（图 4a），总体呈现由岸向海逐渐变细的趋势，仅刘公岛东北部发育一粗粒沉积区。平均粒径均值为 5.78，大部分海域平均粒径介于 57，属粉砂粒级，在研究区中部与刘公岛南部海域均有分布；最小值为 0.93，主要分布于高新技术产业开发区北部近岸海域；最大值为 7.31，为细粉砂粒级，在褚岛、小石岛北部海域均有分布。研究区大部分海域分选系数介于 23，分选差（图 4b）；高新技术产业开发区北部、孙家疃镇西北部与崮山镇东部近岸海域，分选系数由 2 逐渐降至0.5 及以下，沉积物分选由较差逐渐变为分选较好；而黑岛北部、刘公岛东北部、经济技术开发区西部海域，分选系数可达 4，为分选极差的海域。研究区偏态变化范围为0.170.73，平均值为 0.21，大部分区域偏度0.1，属于正偏的范畴（图 4c）。从偏态平面分布图上可以看出，高技术产业开发区北部、第 39 卷 第 9 期李恒猛，等：威海周边海域表层沉积物沉积环境分区与元素组成控制因素97经济技术开发区西部、环翠区东部及孙家疃镇北部近岸海域与刘公岛东北部海域，偏度普遍0.1，部分区域0.1。研究区峰度变化范围为 0.643.46，平均值为 1.01，大部分区域为 0.851.2（图 4d），大致对应砂质粉砂。峰态高值区主要集中在高技术产业开发区北部与崮山镇东部近岸海域，峰态超过 1.5，表现为很尖锐；而在高技术产业开发区北部远岸海域、经济技术开发区西部海域与刘公岛北部海域峰态值0.9。2.2元素特征 2.2.1 常量元素地球化学特征表层沉积物中 SiO2含量最高，平均含量高达 57.61%，变化范围介于 51.38%69.89%；MnO的含量最低，平均含量仅为 0.10%，变化范围介于0.06%0.14%；CaO、MgO、TFe2O3和 Na2O 的平均含量依次为 4.22%、2.78%、5.27%和 3.43%，其中，Na2O 的丰度变化范围也较大，含量为 2.66%5.45%。Al2O3、K2O、TiO2和 P2O5的平均含量依次为 15.64%、3.01%、0.67%和 0.15%。大部分常量元素丰度变化较小，变异系数为 5.84%20.54%。其中，Na2O、MnO、TFe2O3、CaO 和 MgO 的变异系数超过 15%，Al2O3、K2O、SiO2和 P2O5的变异系数相对较小，在 10%以下。常量元素含量分布如图 5 所示。SiO2含量高值区主要分布在孙家疃镇北部近岸海域的粗粒沉积区，部分区域含量接近 70%；此外，刘公岛东部海域粗粒沉积区也有一含量较高的区域，呈现由岸向 000.10.10.10.10.10.10.20.20.20.20.20.20.30.30.30.30.30.30.30.40.40.4刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市0.90.90.90.90.90.91.21.21.21.21.21.51.52.1刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市2233334444455555566666667223333444445555556667刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市3738N1221012220 E1220037303720a0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库012345673738N1221012220 E1220037303720ib0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库00.51.01.52.02.53.03.54.03738N1221012220 E1220037303720Kgd0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库3.33.02.72.42.11.81.51.20.90.63738N1221012220 E1220037303720SKc0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库0.70.60.50.40.30.20.100.10.2Mz/（a）平均粒径；（b）分选系数；（c）偏态；（d）峰态图 4研究区表层沉积物粒度参数分布Fig.4 Distribution of granularity parameters of surface sediments in the study area98Marine Geology Frontiers海洋地质前沿2023 年 9 月海逐渐降低的趋势。Al2O3、TiO2、MgO 和 TFe2O3具有相同的变化趋势。高值区主要位于威海市北部和东部海域、经济技术开发区东部、西部近岸海域的细粒沉积区；低值区主要分布于调查区砂、含 3.23.6444.44.44.84.84.85.25.25.25.25.65.65.65.65.666666.46.4刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市1.61.822.22.22.42.42.62.62.82.82.82.83333刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市0.550.550.60.60.650.650.650.70.70.70.7刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市14151616161616刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市2.83.23.23.23.63.63.6444.44.44.44.85.25.6刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市545456565656565658585858606062626466刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市3738N1221012220 E1220037303720SiO2/%0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库70686664626058565452503738N1221012220 E1220037303720CaO/%0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库6.46.05.65.24.84.44.03.63.22.82.43738N1221012220 E1220037303720Al2O3/%0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库16.516.015.515.014.514.013.513.012.512.03738N1221012220 E1220037303720TiO2/%0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库0.750.700.650.600.550.503738N1221012220 E1220037303720MgO/%0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库3.23.02.82.62.42.22.01.81.61.41.23738N1221012220 E1220037303720TFe2O3/%0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库6.86.46.05.65.24.84.44.03.63.22.82.4图 5研究区表层沉积物代表性常量元素含量分布Fig.5 Distribution of typical constant element content of surface sediments in the study area第 39 卷 第 9 期李恒猛，等：威海周边海域表层沉积物沉积环境分区与元素组成控制因素99砾砂、含砾泥质砂等粗粒物质覆盖的大部分区域。K2O 表现出和 Al2O3相异的分布趋势。高值区主要位于近岸砂质沉积区，孙家疃镇北部近岸海域、经济技术开发区近岸海域含量都在 3.1%以上。其 161717181818181919刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市180200200200220220220220220240240240240240260260280280300320340刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市8810121214141416161618181818182020202020222222242426刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市1822262630303434383838424246刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市5505505505506506507507508508509501050刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市170170190190210210210210210230230250250270270270290290310刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市3738N1221012220 E1220037303720Sr/(g/g)0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库3503303102902702502302101901701503738N1221012220 E1220037303720Ba/(g/g)0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库1 1501 0509508507506505504503738N1221012220 E1220037303720Ni/(g/g)0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库464238343026221814103738N1221012220 E1220037303720Co/(g/g)0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库262422201816141210863738N1221012220 E1220037303720Zr/(g/g)0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库4804604404204003803603403203002802602402202001801601403738N1221012220 E1220037303720Ga/(g/g)0510 km张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石王家夼水库小天水库姜家疃水库小阮水库武林水库冶口水库崮 山水库20.019.519.018.518.017.517.016.516.015.515.014.514.013.513.0图 6研究区表层沉积物微量元素含量分布Fig.6 Distribution of the trace element content of surface sediments in the study area100Marine Geology Frontiers海洋地质前沿2023 年 9 月他地区含量在 3%以下。Na2O 高值区主要分布在孙家疃镇周边近岸及远岸海域，含量在 3.6%以上，中间海域为马鞍形低值区，经济技术开发区近岸海域为 Na2O 含量最低，大部分含量在 2.8%以下。CaO 高值区主要分布在离岸较远的海域与日岛周边海域，含量在 4.4%以上，近岸区域 CaO 含量普遍较低，尤其在孙家疃镇北部近岸海域含量很低，不足 3%。MnO 总体含量较低，高值区主要分布在高技术产业开发区与孙家疃镇北部远岸海域、刘公岛东北部海域，大部分含量介于 0.1%0.12%，由高值区向远岸、向近岸含量逐渐降低，部分海域 MnO 含量不足 0.09%。P2O5在孙家疃镇北部近岸显示出高值区，大部分含量超过 0.16%，向远岸逐渐降低至 0.14%以下，在刘公岛周边海域、经济技术开发区东部与西部近岸海域含量大部分介于 0.15%0.16%。2.2.2 微量元素地球化学特征各微量元素空间变化如图 6 所示。Ba 的平均含量最高，为 608.07 g/g；其次是 Zr 和 Sr，平均含量分别为 238.10 和 231.27 g/g；Ni、Ga 和 Co 的平均含量相对较低，分别为 34.65、17.63 和 17.55 g/g。研究区微量元素的变异系数为 20.11%30.38%。微量元素 Ba 的变异系数为 30.38%，其他元素的变异系数均在 30%以下。Sr 高值区主要分布在孙家疃镇北部近岸海域、刘公岛北部、东部与南部海域，多数样品 Sr 的含量230 g/g。由褚岛向北、刘公岛周边向东西两侧Sr 含量逐渐降低，低值区分布在经济技术开发区东西两侧，含量190 g/g。Ba 含量的高值区主要分布在孙家疃镇北部近岸附近海域，含量650 g/g，且向北逐渐降低。此外，经济技术开发区西部也存在 Ba 含量低值区，含量550 g/g。Ni、Co 同属于铁族元素，其含量在研究区具有相同的变化趋势。Ni 的含量介于 10.2044.90 g/g，平均含量为34.65 g/g；Co 的含量较低，变化范围为 5.8026.70 g/g，平均值仅有 17.55 g/g。它们的平面分布趋势同常量元素 Fe 极为相似，在粉砂、砂质粉砂等细颗粒沉积物区含量最高，而在孙家疃镇北部近岸附近海域、刘公岛东部海域，由于砂等粗颗粒物质存在而明显降低。Zr 元素含量介于 152.0464.0 g/g，平均含量为 238.10 g/g，变异系数为23.15。Zr 的高值区位于孙家疃镇东北部近岸海域、刘公岛西部海域，含量300 g/g，向海含量呈现先降低后增加的趋势。经济技术开发区东西两侧近岸海域为 Zr 含量的低值区，含量200 g/g。Ga 元素的含量分布类似于 Ni、Co，其含量高值区位于经济技术开发区东西两侧，含量19.0 g/g，低值区位于孙家疃东北部近岸海域，含量15.0 g/g。研究区 Ga 含量总体上在孙家疃北部远岸海域向北、向南均呈降低趋势；在刘公岛东部海域向周边呈明显增加的趋势。3 讨论3.1沉积环境分区及影响因素众多学者利用沉积物粒度参数的变化趋势来推断沉积物沉积时的动力条件29-32，本文采用Pejrup 三角图33对研究区沉积动力环境进行了分区。根据黏土（粉砂+黏土）的百分含量 20%、50%和 80%可以划分为、4 个不同的水动力区，粉砂和黏土的比值可反映沉积物的扰动程度，从区到区随着粉砂含量越高，水动力越强（图 7）。根据沉积物中砂的百分含量为 10%、50%、90%为分类标志线划分成 A、B、C、D 共 4 个区，其中，砂的百分含量从 A 区到 D 区逐渐减少，表明水动力条件逐渐减弱。研究区共有 25 个含砾样品，考虑砾组分在三角图中无法体现，本文假设不考虑砾组分的存在，重新计算砂、粉砂、黏土的百分含量，最终投点主要落于三角图中A、B、C、C、D 5 个区，相应获得了研究区的沉积环境分区（图 8）。粉砂砂ABCD10%50%50%80%20%90%黏土图 7Pejrup 三角图投点结果Fig.7 The Pejrup ternary graph A 区主要集中分布在小石岛附近，孙家疃镇北部、崮山镇东北部近岸海域，为含砾沉积物，砂组分含量较高，粉砂和黏土组分含量较低，分选较好，偏态呈显著正偏，峰态超过 1.5，表现为很尖锐，该区第 39 卷 第 9 期李恒猛，等：威海周边海域表层沉积物沉积环境分区与元素组成控制因素101的水动力条件强，沉积物搬运方式以推移和跃移为主。B区主要分布在小石岛南部、黑岛附近，砂泥比和粉砂黏土比相对较高，分选较差，偏态呈显著正偏，在高技术产业开发区北部偏态出现高值，水动力条件相对较强。C区主要分布在研究区北部和东部海域，以砂质粉砂为主，砂泥比和粉砂黏土比均较低，分选差，偏态呈显著正偏，峰度0.9，水动力条件较弱。C区主要分布在望岛河东部、刘公岛附近海域，该区粉砂与黏土比值高，为扰动环境，受扰动程度较 C区高，分选差，偏态呈正偏，峰度0.9，水动力条件较 C区强。D区在威海市北部及东部海域广泛分布，该区沉积物类型以粉砂为主，粉砂黏土比较高，砂泥比最低，水动力条件最弱。研究区沉积动力环境分区表现出近岸强，远岸弱的分布格局，与粒级组分、粒度参数及沉积物类型的分布较为一致，表层沉积物分布明显受水动力条件控制。研究区主要环流体系包括山东半岛沿岸流、黄河暖流以及威海附近潮流、波浪34-35。前人对庙岛群岛海域沉积动力环境研究表明，潮流是沉积动力环境的主要控制动力36。对烟台北部近岸海域沉积动力研究则表明，沉积动力环境由潮流、沿岸流以及沉积物来源共同控制影响37。山东半岛北部存在中间厚、向海和陆地减薄的泥质区，这种分布格局是黄河细粒物质在沿岸流影响下，沿山东半岛输运形成，沿岸流对于环山东半岛全新世泥质沉积体的发育起到关键作用38-39。本研究区东北部开阔海域为细粒沉积物，输运的主要动力为山东半岛沿岸流，沿岸流搬运黄河入海沉积物，并带动了部分悬浮泥沙运输。物质来源也对研究区沉积动力环境产生影响，短源河流和海岸带范围内的基岩侵蚀物也对该区沉积物有一定贡献40-41。研究区少量近源粗颗粒物质来自威海附近中小河流和海岸侵蚀带来的半岛物质，受到潮流和波浪等动力影响。张村河望岛河羊亭河五渚河徐家河河渚五河遥逍河家石刘公岛高技术产业开发区环翠区临港经济技术开发区经济技术开发区褚岛青岛黄岛连林岛黑岛日岛孙家疃镇田和街办张村镇羊亭镇蒿泊办事处温泉镇崮山镇小石岛威海市3738N12210 12220E12200373037200510 kmA区B区C区D区C区AAAAABBBBBCCCCCDD姜家疃水库小天水库王家夼水库小阮水库武林水库冶口水库崮山水库图 8研究区沉积动力环境分区Fig.8 Dynamic sediment environment divisions in the study area102Marine Geology Frontiers海洋地质前沿2023 年 9 月3.2元素组成的制约因素与来源分析常量元素 Al2O3、TiO2、MgO、TFe2O3与平均粒径相关性明显，呈正相关（图 9），相关系数分别为 0.80、0.92、0.89、0.96，即其百分含量都随着沉积物粒度的变细而增加，符合“元素粒度控制规律”42，这些元素主要富集在近岸细粒沉积物区，明显在黏土中富集43。CaO、P2O5、MnO 与平均粒径的相关性不明显。Ca 主要存在于方解石、文石、白云石、钙质结核和多种生物遗体贝壳中44-45。总体来看，CaO 受粒度影响不明显，主要受碳酸盐碎屑影响。研究区 P 含量低，作为与生物作用密切相关的“亲生物元素”46，表明研究区生物作用对底质的影响较弱。Mn 除了 248525660646872345SiO2/%6782121314151617345Al2O3/%6782234567345CaO/%6782234567345TFe2O3/%67821.21.62.02.42.83.23.6345MgO/%67822.62.83.03.23.43.6345K2O/%678223456345Na2O/%67820.140.160.180.200.22345P2O5/%67820.060.080.120.100.140.16345MnO/%67820.40.50.60.70.8345TiO2/%678204812345烧失量67821020604050345Ni/(g/g)67824006008001 0001 200345Ba/(g/g)6782160240200280320360345Sr/(g/g)6782010515202530345Co/(g/g)67821214161820345R=0.73Ca/(g/g)6782100200600400500345Zr/(g/g)678R2=0.91R2=0.80R2=0.42R2=0.89R2=0.67R2=0.62R2=0.92R2=0.36R2=0.58R2=0.96R2=0.91R2=0.97R2=0.93R2=0.73R2=0.92R2=0.45Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/Mz/图 9研究区主要常量、微量元素与 Mz 相关性图Fig.9 Correlation between major and trace element