南海北部陆架泥质沉积物的输运与堆积过程：地质分析与数值模拟

Transport and accumulation processes of the terrigenous material on the continental shelf are critical to our understanding of the dispersal of muddy deposits and the evolution of paleo-monsoon. Here we propose to carry out a comprehensive sedimentary study of the northern South China Sea (SCS) continental shelf muddy deposits combining geological analysis and numerical simulation. In details, our proposed study includes: 1) marine hydrological and geological background of the northern SCS continental shelf; 2) transport and accumulation processes of the terrigenous material during the geological period; 3) modern transport and accumulation processes of the terrigenous material; and 4) a mutual validation of the transport and accumulation processes of terrigenous material on relative long and short time scales and the applications. The goals of the project are to understand the indication of the proxies in the study of transport and accumulation processes of the terrigenous material during the geological period, to build up the model of the modern transport and accumulation processes of the terrigenous material, to discuss the differences of the controlling factors on the different timescales, and to provide the foundation for the application of the coupled method in marine sedimentology. The key scientific questions include: extraction of the major controlling factors of the sediment transport and accumulation processes and the initial and boundary conditions of the sediment transport modeling system. The major innovations here are the coupled method based on the geological analysis and numerical simulation, mutual validation of the model results and measured data, and comparison of major controlling factors of the sedimentary processes on the different timescales.

陆源物质的输运与堆积过程研究是探讨泥质沉积物分布形态和古季风演化历史的基础。本项目采用地质分析与数值模拟相结合的方法，以南海北部陆架泥质区为研究对象，开展1）南海北部陆架海洋水文及地质背景研究；2）地质历史时期陆源物质输运与堆积过程研究；3）现代陆源物质输运与堆积过程研究；4）不同时间尺度陆源物质输运与堆积过程研究的对比与应用。研究目标是理解地质历史时期陆源物质输运与堆积过程研究中地质分析指标所指示的意义，建立现代陆源物质输运与堆积过程研究的数值模型，探讨不同时间尺度下该过程主控因素的变化，为地质分析与数值模拟相结合的方法在海洋沉积学中的应用提供基础。拟解决的关键问题是陆源物质输运与堆积过程的主控因素信息的提取，以及耦合模型中沉积物模块的初始和边界条件的选取。采用地质分析与数值模拟相结合，模型结果与实测数据相互校验和不同时间尺度陆源物质输运与堆积过程的控制因素对比构成了本项目的创新之处。

本项研究选取珠江口和红河口外陆架区作为研究载体，通过地质分析与数值模拟的方法，对河流物质入海后的输运和堆积过程进行探讨。通过对珠江口外泥质区表层沉积物的主微量元素和粒度数据进行Q型聚类分析，我们将该区分为3个亚区。I区位于粤西陆架区。这一区域的沉积物主要来自珠江及周边的小河流。珠江源的物质进入南海后首先在河口附近的陆架区堆积，然后受到西南向的中国沿岸流影响再悬浮再搬运，这一过程可以将珠江的物质向西南方向输运400km左右。同时，这一区域还受到北向的南海暖流引起的上升流影响，将沉积物主要限制在50m等深线以内。II区位于雷州半岛东部陆架区和琼州海峡东口。该区SiO2含量最高，对应着沉积物粒径较粗，Mz小于4φ。这些粗颗粒组分主要是琼州海峡侵蚀冲刷的产物。III区位于海南岛东侧及水深超过50m的陆架区。这一区域的元素分布特征与另两个区的特征存在着明显的差异，特别是CaO和Sr含量在III区的部分海域特别高。海南岛东侧的陆架区水深变化非常明显，存在着一个上升流区。这里的营养物质被上升流从底部带上来，从而使生物活动非常活跃，发育珊瑚礁台地，残留沉积以珊瑚碎片为主，证明这一区域受到生物作用的影响很大。除此之外，来自南海陆坡的物质受到南海暖流的作用，也对这一区域有所贡献。.另外，我们还基于数值模拟发现，红河入海物质主要沉积在河口附近海域，河流径流和输沙量的变化影响仅限河口附近海域；河口及其周边海域的悬沙浓度主要为再悬浮过程所导致，季风、波浪以及潮汐潮流过程对于该海区内物质输运和沉积具有重要影响，波浪垂向混合及搅拌作用、潮汐潮流的混合作用有助于增强泥沙再悬浮过程，而风，尤其是冬季风对红河口泥质沉积区的形成有重要贡献。