福建闽江口和九龙江口外线状沉积沙体特征

许艳，蔡锋，2＊，卢惠泉，吴承强，郑勇玲，鲍晶晶

（1.国家海洋局 第三海洋研究所，福建 厦门 361005；2.国家海洋局海岛研究中心，福建 平潭 350400）

1 引言

全新世海侵时期，欧洲北海、美国、中国沿海等陆架受潮流作用，广泛发育了各种类型的潮成地貌［1—3］，具体表现为沙脊、沙席、浅滩、沙波和冲刷槽等形态。1968年，Emery［4］在研究陆架残留沉积物时就已提及我国浅海陆架分布的潮流沉积沙体，Boggs［5］于1973年通过回声测深技术发现了台湾西部和西北部浅海陆架的沙波底形。我国海洋地质学家们在潮流沙脊地貌研究领域也已取得了较为突出的成就［6—11］，研究较多的潮流沙脊主要为南黄海江苏岸外弶港辐射沙脊群、渤海的辽东浅滩和东海的长江口外潮流沙脊。我国近海潮成地貌主要分布在海湾（河口湾）内部，入海水道（河口湾口门）附近，以及海峡两侧位置，而河口湾外侧线状沉积沙体的研究则鲜有报道，国外对此类沙体目前已有相关研究成果，如澳大利亚东北部Keppel湾外Jabiru浅滩上分布有大量线状水下沙丘［12］；朝鲜海峡南部蟾津江河口外分布有线性水下沙脊群［13］。因此，基于较新多波束勘测结果对闽江口和九龙江口外线状沉积沙体的研究可为我国该类型沙体研究提供参考依据。

福建沿海近岸潮差较大，闽江口和九龙江口属于强潮性河口，两大河流（闽江、九龙江）均为山溪性河流，入海泥沙量少。前人对闽江口和九龙江口内发育的潮流沉积沙体已有较多研究［14—17］，但对于河口外沉积沙体特征尚无研究参考。本文基于908专项中闽江口和九龙江口外海底地形地貌、浅地层剖面和沉积物等方面的资料，分析了闽江口和九龙江口外线状沉积沙体的特征，并结合前人对近海潮流沉积沙体的研究成果，对这种河口外线状沉积沙体的发育情况进行了初步探讨。

2 研究区概况

闽江是福建省沿海第一大河流，发源于武夷东麓，在淮安处受南台岛阻隔分为南北两支，闽江口位于福建省东北部，属于山溪性强潮三角洲型河口。闽江口外研究区位于近岸浅海陆架平原区内（图1），南北两端分别为马祖岛和西犬岛，闽江口外研究区潮流主导方向为NE－SW向，底层潮流最大流速为0.3～0.6m/s，M2分潮椭圆率在0.5～0.8之间［18］。

图1 闽江口研究区位置示意图

九龙江是福建省沿海第二大河流，由北溪、南溪和西溪组成，其中以北溪为主，流经包括龙岩、漳平、厦门等7个县市，九龙江口位于福建省东南部，属于山溪性沉溺河口。九龙江口外研究区位于近岸水下岸坡区内，厦门湾口外，镇海角东侧（见图2），潮流主导方向为NW－SE向，底层最大流速为0.3～0.7m/s，M2分潮椭圆率为0.57［18］。

闽江口和九龙江口外潮汐均为正规半日潮，研究区均位于河口外侧，距离河口口门较远，不受河口地形约束，最大可能潮差在7～8m，属于强潮性河口［19］。闽江口和九龙江口外海流受闽浙和闽粤沿岸流影响，区内海面开阔，风高浪大，海区受热带风暴影响较大，闽江口（福州站）1955－1980年间受风暴影响平均次数为5.5次；九龙江口（龙海站）1955－1980年间受风暴影响平均次数为5.7次［20］。

3 调查研究材料与方法

本文水下地形数据来源为“我国近海海洋综合调查与评价专项项目”全覆盖多波束测深数据，野外测量设备采用英国GeoAcoustics公司生产的GeoSwath Plus多波束条带测深系统。同时还结合了沉积物调查和浅剖调查等数据资料，对研究区线状沉积沙体进行综合分析。海底三维地形地貌成图分别采用Fledermaus、Surfer和Arcgis等软件，并运用其相应模块功能对沙体形态等特征进行定量分析。粒度分析中平均粒径、中值粒径等粒度参数采用福克－沃德公式进行计算［21］。

4 研究结果

图2 九龙江口研究区位置示意图

近岸河口和浅海区的潮流是塑造沉积沙体的主导因素。通过分析闽江口和九龙江口的潮场模拟数据可知［20，22—24］，闽江口外线状沉积沙体与潮流主轴夹角约为7°～29°符合Zimmerman［25］潮流沙脊发育模式；九龙江口外线状沉积沙体与潮流主轴夹角约为31°～52°，与 Hulscher［26］提出的潮流沙脊发育模式近似，此类沙脊与潮流主轴夹角约为60°，沙脊规模小于成熟沙脊，属于发育不完全的沙脊类型。因此初步认为，闽江口外和九龙江口外线状沉积沙体均属于潮流沙脊。以下将分别对这两个研究区的沙脊特征进行阐述。

4.1 闽江口外潮流沙脊特征

闽江口外研究区沙脊距岸边约11km，沙脊走向与岸线倾斜相交。研究区海底水深为15～23m，等深线围成近SW－NE向的不规则椭圆圈闭，海底地貌表现为脊槽相间的水下潮流沙脊群，面积约为122km2。沙脊群中沙脊局部连片，由南向北将研究区内完整沙脊标注为1～6号（见图3）。1号沙脊向6号沙脊顶部水深逐渐变浅，沙脊群整体地形呈现北高南低的趋势。沙脊长约7～13km，宽为0.5～2km，脊槽高差约3～6m，相邻间距约0.8～2 km。沙脊两侧坡度数据显示，沙脊整体表现为东南翼较西北翼陡，东南翼坡度约0.42°～1.23°，西北翼坡度约0.26°～0.8°，沙脊表面呈波状起伏形态，具有不对称性（见图4）。3、4号沙脊西南端和1号沙脊东北端出现分支，其中3、4号沙脊中间呈现弯曲分裂趋势。

研究区沉积物调查数据显示，沙脊表层沉积物组成主要为中砂，西北和西南部分布有粗砂，沉积物含砂量均在90%以上，与闽江口现代水下三角洲前缘的砂质粉砂和粘土质粉砂等细粒沉积物［27—28］具有明显的分界。沙脊群表层沉积物粒度分布显示（见图5），沙脊的粒度分布区间均在0至1Φ之间，悬移质总体含量基本为零，推移质和跃移质之间存在混合，总体含量在90%以上，其中以推移质为主。沉积物分选性较差，分选系数大于1.8。

4.2 九龙江口外潮流沙脊特征

九龙江口外研究区沙脊位于镇海角外侧约5km处，沙脊走向与岸线近似呈8°～15°夹角分布，在沙脊西北约3km处存在一深约35m的水下冲刷槽。研究区海底水深为14～20m，地形表面由等深线呈ENE－WSW向的不规则椭圆圈闭组成，海底地貌表现为线性排列的水下潮流沙脊群，面积约为110km2。个别沙脊末端分叉，由南向北将研究区沙脊标注为1～8号（见图6）。1号沙脊向8号沙脊顶部水深逐渐变浅表明，研究区整体地形呈现近岸侧高离岸侧低的趋势，沙脊长约3～13km，宽约0.2～1.7km，顶底高差约0.9～5.5m，相邻沙脊间距约0.9～2.3km。沙脊两侧坡度数据显示，离岸侧沙脊表现为东南翼较西北翼陡，东南翼坡度约0.31°～0.47°，西北翼坡度约为0.16°～0.3°；近岸侧沙脊表现为近似对称特征（见图7），其中部分沙脊西南末端有分叉现象。

研究区沉积物调查数据显示，沙脊表层沉积物组成主要为含砾质砂和中砂，沙脊分布外围主要为粉砂或黏土质粉砂，研究区沉积物含砂量在80%以上。沙脊表层沉积物粒度分布显示（见图8），沙脊的粒度分布区间集中在－1至2Φ之间，九龙江口属于基岩性河口，沉积物中含有砾石成分，表现为粒度分布中偏粗组分的出现，沉积物分布主要表现为推移质和跃移质，总体含量在90%以上，其中推移质为主，悬移质含量较少，沉积物粒度分布呈现明显的三段式，即推移质、跃移质和悬移质均有分布，以推移质和跃移质为主。沉积物分选系数大于0.7，分选性中等至较差。

图3 闽江口研究区潮流沙脊特征图

图4 闽江口研究区潮流沙脊横切剖面图

图5 闽江口研究区沉积物粒度分布情况

5 讨论

5.1 沙脊沉积物源

我国一些大河口因复杂的水动力条件至今仍存在残留砂沉积区［29］，沉积物粒度一般较粗，具有古环境特征。在现代闽江和九龙江河口湾内均发育有水下三角洲的砂质浅滩，例如闽江口川石水道内沙浅滩，其北岸铁板沙和南岸佛手沙之间的外沙浅滩［30］以及九龙江口门浅滩等［31］。研究表明［20，32—33］，玉木冰期结束后，大约从距今9ka至今，古闽江口附近海平面急剧上升，海面高程在－20m以上，古闽江口水下三角洲范围迅速扩展，沉积体可达口外滨海区，闽江口研究区沙脊处于古闽江口三角洲分布范围内；而早全新世，在距今5～6ka，九龙江河口海侵范围侵入到距今河口10km的漳州平原，九龙江研究区沙脊亦处于古九龙江三角洲分布范围之内。因此推测，全新世海侵时期，闽江口和九龙江口发育的砂质浅滩为现今研究区潮流沙脊的主要物源。

闽江口外沙脊沉积物以中砂和粗砂为主，与现代闽江口水下三角洲沉积物类型迥异，沙脊分布范围与马祖岛和西犬岛距离较远，该处闽浙沿岸流影响尚未能供给如此粗的砂；且沉积物粒度分布情况（图5）亦表明沙脊水动力较强，不属于河口水下三角洲前缘沉积动力环境，其与波浪潮流相互作用带的沉积环境相近。

九龙江口外沙脊沉积物组成主要为砂，位于九龙江口外近厦门湾口附近，沿岸无较大河流，沉积物粒度分布情况（见图8）表明沙脊沉积环境复杂，具有波浪潮流相互作用带和入潮口沉积环境特点。

图6 九龙江口研究区潮流沙脊特征图

图7 九龙江口研究区潮流沙脊横切剖面图

研究区的浅地层剖面探测也支持了上述的物源分析。闽江口外研究区浅地层剖面资料显示（见图9），沙脊下部地层保留有古河道相沉积，河道内部充填具有斜交前积结构的水下三角洲相沉积物，因此，研究区沙脊应为局部埋藏古河道的河口浅滩在水动力作用下形成的线状结构。在南黄海辐射沙脊群中亦存在大量与潜伏之下古河道走向一致的沟槽，例如北部的西洋深槽［34］，朝鲜海峡南部蟾津江（Seomjin）口外发育的古残留沙脊群下同样埋藏有古河道［35］。

九龙江口浅地层剖面资料显示（见图10），厦门湾口内海底地层由现代河流三角洲沉积、古河道和浅层气组成，湾外沙脊下埋藏有古河道，海底沙脊间沟槽略微平缓。由于沙脊所处位置具有较强的潮流和近岸余流，沉积物来源相对丰富，不仅为古砂质浅滩，还有现代河流和沿岸冲刷槽。

5.2 沙脊现代水动力

闽江口和九龙江口外潮流沙脊均位于河口口门外的东南侧，即入海径流流向的右侧，显然科氏力对于该处沙脊的形成动力有一定的贡献作用。罗健等［37］研究表明，受科氏力影响九龙江高能量径流水可影响到大担岛东南和浯屿以东区域。两河口沙脊均为西北翼坡度缓于东南翼，亦与南向泥沙输运方向相吻合。然而，两区潮流沙脊的具体分布位置也有着各自的特点，闽江口外潮流沙脊群距岸边约11km，沙脊走向与岸线近似呈38°～45°夹角分布；九龙江口外研究区沙脊群位于浯屿以东镇海角外侧约5km处，沙脊走向与岸线近似呈8°～15°夹角分布，其西北向约3km处存在一深约35m的水下冲刷槽，显然九龙江口沉积沙体受近岸余流影响较大。

现代水动力环境决定了潮流沉积沙体的能否稳定存在，而研究区泥沙启动流速是反映水动力条件至关重要的因素之一。本文采用张瑞瑾［38］考虑颗粒间粘结力后的启动流速公式（1）和沙莫夫［39］根据实验资料获得较粗颗粒泥沙启动流速公式（2）分别计算：

图8 九龙江口研究区沉积物粒度分布情况

图9 闽江口外潮流沙脊浅地层剖面PP′（修改自蔡锋等［36］，剖面位置见图3）

图10 九龙江口外潮流沙脊浅地层剖面QQ′（引自蔡锋等［36］，剖面位置见图6）

式中，Uc为启动流速，g为重力系数，ρ为水体密度，ρs为泥沙密度，h取平均水深，D取沉积物中值粒径。计算结果表明，闽江口研究区Uc分别为0.53～0.6 m/s和0.49～0.61m/s；九龙江口研究区Uc分别为0.53～0.63m/s和0.5～0.66m/s。闽江口和九龙江口大潮底层平均流速约为0.6m/s和0.7m/s，满足沉积物启动条件，因此在现代水动力作用下，研究区潮流沙脊表层沉积物可以发生移动，与表面发育沙波情况相吻合。

5.3 沙脊发育探讨

浅水地貌过程主要受海底底形、流场和沉积物的输运3方面影响［40］。本文研究区潮流沙脊位于强潮河口外浅海环境，海底地形平坦开阔，流场复杂，尽管沙脊与现代潮流主轴夹角符合其发育模式，底层流速可以启动沙脊表面沉积物，但尚不能充分说明研究区现代水动力环境符合沙脊主体的生长需要。沙脊主体生长期水深和现代水深的变化可以反映出沙脊的演化阶段，根据Huthnance模型［41］，沙脊形成最优条件为其间距（波长）大约是水深的250倍。闽江口研究区沙脊间距为0.8～2km，九龙江研究区沙脊间距为0.9～2.3km，通过计算得出沙脊主生长期的水深分别为3～8m和4～9m，而研究区现今水深（闽江口15～23m；九龙江口14～20m）明显大于沙脊主体发育水深，表明研究区沙脊主生长期并非现代，沙脊目前可能处于退化阶段的动力平衡状态。

沙脊规模大小对于研究沙脊发育程度至关重要。Snedden和Dalrymple［42］考虑沙脊迁移将沙脊按发育程度划分为完全发育沙脊、部分发育沙脊和雏形沙脊。因研究区沙脊所处动力环境较近岸环境复杂，本文从水动力相关因子与沙脊规模大小关系的角度来探讨沙脊发育程度。能够反映河口外水动力环境的因子有很多，如沉积物粒度、海流的流速和流向、水深以及沙脊相对河口位置等，基于研究数据有限，本文仅对水深和沙脊相对河口位置与沙脊规模的关系进行讨论。

现有的研究显示，针对沙脊规模通常考虑沙脊的长度和波长，但我们认为其不能很好地反映每个沙脊的形态，特别是沙脊横截面的面积。为了更好地反映单个沙脊的形态规模，本文尝试将沙脊平均截面面积，即体积与长度的比（图11）用以表示沙脊的发育规模。

通过分析，沙脊相对河口位置与沙脊发育规模关系见图12a，沙脊发育水深与沙脊发育规模关系见图12b。

图11 沙脊规模表示方法

图12表明，两地沙脊规模与口门相对位置的数据分布具有一定相似性，即距离口门近的位置均有一较大规模沙脊发育，在距口门一定范围内，沙脊集中发育，闽江口沙脊集中发育于距口门10～13km范围内，九龙江口沙脊发育于距离湾口10～13.5km范围内。沙脊规模与水深数据分布也具有一定的相似性，即闽江口沙脊集中发育在河口外水深18～20m之间，九龙江口沙脊集中发育在水深14～16m之间。

通过上述沙脊规模与水动力相关因子分析表明，研究区沙脊主体发育与其相对现今河口距离远近和所处位置水深无明显的相关关系。并且沙脊主体发育水深小于现今水深，从形态上看，沙脊坡度较缓，表面脊顶线不突出，脊槽结构亦不分明。以上均表明，现代水动力对研究区沙脊生长发育作用有限，推测沙脊沉积物是以粒度较粗的古浅滩改造沉积物为主，沙脊本身为古河口浅水环境的砂质浅滩受潮流、沿岸流和波浪改造作用而形成的地貌体。

6 结论

通过对研究区及其附近海域的多波束地形、沉积物和浅剖等调查数据分析，结合前人研究资料，得出以下结论：

（1）闽江口外和九龙江口外潮流沙脊位于河口口门外侧、近岸的水下岸坡之上，濒临陆架环境，水下地形平坦开阔；受科氏力的影响，沙脊均发育于河口口门右侧。在潮流、沿岸流和波浪等海流的共同作用下，沙脊表面发育沙波，两翼坡度较缓，西北翼坡度缓于东南翼。因水动力环境、地理位置和物源等条件的限制，初步认为闽江口外沙脊属发育成熟的沙脊类型，九龙江口外沙脊属发育不完全的沙脊类型。

图12 沙脊规模与口门距离关系（a）和沙脊规模与平均水深关系（b）

（2）研究区沙脊沉积物以粒度较粗的砂为主，物源主要为古河口砂质浅滩和少量现代泥沙输运。结合沙脊规模与水深和河口相对位置关系的动力环境研究显示，沙脊规模基本稳定，主体生长受现代水动力影响较小，为全新世海平面上升时期，古水下三角洲遭受潮流等水动力侵蚀而成，经现代水动力改造后保持基本稳定。

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