现代黄河三角洲潮滩的沉积物粒度、核素分布及其环境意义

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1855年黄河经华北平原改道注入渤海后形成了现代黄河三角洲,黄河以高水沙量与频繁改道为主要特征,河口地区受到河流与海洋动力的双重制约,因此冲淤变化尤为强烈。黄河口潮滩位于海陆交汇地域,因其独特的地理位置及复杂的动力作用,沉积物通常记述了流域内环境变化与人类活动的历史。本文以我国黄河现行清水沟流路附近的潮滩岩芯与表层(Y1、Y2、Y3与Y4)沉积物为研究对象,经过实地观测、沉积物粒度、210Pb、137Cs与7Be的多因素分析,并根据黄河多年入海泥沙、岸线变迁以及黄河调水调沙事件,探讨现代黄河三角洲潮滩区域的核素分布、沉积特征及人与自然共同作用影响下的潮滩地貌动态演化。研究区沉积物粒度的分析结果表明,黄河口潮滩沉积物主要为粉砂与粘土质粉砂,展现了长期淤积条件下粉砂淤泥质潮滩的沉积特征及其与黄河泥沙的一致性。不同沉积相的沉积物粒度存在差异,沉积物由潮间带——潮上带——陆上三角洲逐渐粗化,表明潮滩区域受到海洋动力与河流动力作用的分异。柱状样Y2、Y3与Y4均出现了沉积物明显变细或变粗的跃层,这种突变通常受到潮滩区域沉积环境演变、人类活动以及洪水、风暴潮等突发事件的影响。结合柱状样含水量与沉积物粒度,发现粘土含量与含水量呈正相关,表明潮滩区域的细颗粒物质主要来源于弱的水动力作用。柱状样Y4于深度48~50cm内出现红粘层,结合黄土高原区降雨量以及黄河入海水沙量,推测其对应于1998年的洪水事件,黄河携带黄土高原古土壤于此沉积后由于水动力作用的强烈变化形成了红(褐)色的粘土质粉砂。黄河三角洲潮滩区域因动力作用复杂、沉积环境多变,四个柱状样的210Pb活度均未呈现出理想的指数型分布,本文将这四个活度分布曲线划分为阶段式分布与事件影响型——混合式分布两种类型。黄河三角洲潮滩仅柱状样Y2、Y3与Y4测得137Cs信号,三者的137Cs活度均呈现不连续有峰的分布形式,根据其分布规律将其进一步细分为表层检测到(Y2、Y3)与表层未检测到(Y4)两种类型,体现了研究区表层沉积环境的差异。计算137Cs总面积活度值后,推测活度不连续原因在于研究区沉积物多经历沉积与侵蚀的交替作用。河口三角洲地区的核素以河流泥沙与海洋悬浮来源为主,因此137Cs分布与大气沉降规律存在差异,三者137Cs活度的最大蓄积峰分别对应于深度18cm、22cm与24cm处,并非为1963年,本文结合历年黄河入海水沙数据,推测最大蓄积峰对应于2003年的洪水与风暴潮事件,这也导致Y1处在20cm处出现210Pbex断层。根据137Cs的时标定年、Y3与Y4表层10cm内的210Pb定年以及Y4红粘层的事件沉积意义,分别计算出Y1处2003~2009年平均沉积速率为1.25cm/a;Y2处2003~2019年平均沉积速率为1.125cm/a;Y3处2003~2019年平均沉积速率为1.375 cm/a;Y4处1998~2003年平均沉积速率为5.8 cm/a,2003~2019年为1.5 cm/a。黄河三角洲北侧潮滩表层样的7Be分析结果表明,研究区7Be的可测得深度为6mm,由潮间带——潮上带——陆上三角洲的7Be可测得深度逐渐变大,且均在0~2mm内达最大值。表层样Y4的7Be活度表现为指数形衰减,三者不同深度的7Be存在对应性,推断表层样Y2与Y3的7Be活度存在缺失。利用降雨量——7Be大气沉降公式估算了黄河三角洲区域的7Be大气沉降量,与表层样Y4的总面积活度值大致相等,远大于表层样Y2与Y3的7Be总面积活度值。因此推断样点Y4附近区域近期沉积环境稳定,并计算表层年均沉积速率为1.31cm/a。结合现场观测与历史资料,潮上带与高潮滩区域表层沉积物在风暴潮来临时分别经历风力吹蚀与海水侵蚀作用,且在近半年内整体呈现净侵蚀。黄河三角洲的潮滩发育受到人与自然的共同影响,本文根据Landsat历史数据提取了1984~2019年清水沟叶瓣的岸线变迁。1996年黄河改道清8汊以来,整体岸线向海迁移速率降低,尤其在2004~2019年内,岸线变化很小,大部分地区基本达到冲淤平衡,这与黄河流域实施的调水调沙密切相关。自2002年黄河实施调水调沙以来,水沙基本集中于一个月内入海,大大削减了流域内的洪峰与沙峰,黄河河床由原来的沉积变为冲刷。研究区沉积物粒度对黄河水沙变化也有所响应,柱状样Y2及Y3自调水调沙以来中值粒径增大,柱状样Y4的沉积物变化更为稳定。总体看来,黄河三角洲潮滩区域近期来地形地貌保持稳定并仍将继续保持平稳变化。
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