Application of the affinity propagation clustering algorithm based on grain-size distribution curve to discrimination of sedimentary environment——A case study in Baiyangdian area
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摘要: 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。Abstract: In the paper, 22 sedimentary sections are selected from the Baiyangdian region as research carriers. The affinity propagation (AP) clustering algorithm is adopted to cluster the similar grain size distribution of sediment into clusters. The results are then compared with the characteristics of grain size distribution which are known in typical sedimentary environments. The grain size distribution patterns in different sedimentary environments in Baiyangdian area are concluded and the feasibility of application of the affinity propagation clustering algorithm based on sediment grain characteristics to environmental interpretation discussed. The results suggests that the AP clustering algorithm can gather the sediments formed under the same or similar dynamical conditions into groups, and dig out the sedimentary dynamical information contained in the grain size data; The distribution curves of grain size for all samples are subdivided into 11 clusters. Considering the change in dynamic conditions in the same sedimentary environment, the 11 cluster curves are further categorized into 4 sets of curves, which could be compared with the grain size curves from known environment. 4 sedimentary facies i.e. the lacustrine-swamp facies, lacustrine facies, fluvial facies and alluvial facies are recognized. Among them, in terms of sedimentary dynamics, the lacustrine-swamp facies are similar with the central lake facies, while the lake shore facies similar with alluvial flat facies. The lacustrine-swamp facies and central lake facies are mainly composed of fine silty sand, whereas the lake shore facies and alluvial flat facies composed of coarse silt. River bed facies consist of sand or coarse sand. The contents of coarse silt, medium sand and coarse sand are similar in the flooding deposits, characterized by multi-peak curves. The performance proves that the AP clustering algorithm can provide a new mean for inversion and zonation of sedimentary environment conditions.
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工程建设对海洋环境的影响一直备受国内外学者的关注。海岸工程建设往往会改变海岸形态，引起海域水动力环境的改变。Kassas[1]认为海岸工程的建设会导致所在海域潮流、潮位、波浪等水动力条件发生变化。Byun 等[2]认为韩国海岸工程的建设导致附近海域潮汐特征发生显著变化。Rtimi等[3]探讨了世界第二大潮汐电站的建设对法国兰斯河口水动力特征的影响，认为工程建设不会导致潮流特征大范围改变，仅在工程附近水域有较大变化，防波堤堤头水域由于挑流作用流速增大，其余区域流速普遍减小。海岸工程建设会阻隔沿岸泥沙输运，破坏海岸抵抗海洋灾害的能力[4]。Ranasinghe等[5]认为海岸防波堤的建设对岸线附近海域的冲淤环境和地貌演变产生了较大影响。Neumann等[6]认为过多的海洋工程建设甚至会引起全球海平面上升和其他重大极端事件。规划建设良好的海岸工程又会有效地减小波浪效能，保护港口和海岸[7-8]。围填海工程的建设会造成海域面积减小，直接导致纳潮量减少[9-10]，影响水交换[11]，进而影响海洋生态环境。Rusdiansyah等[12]利用数值模拟研究了雅加达湾海堤的建设对海湾纳潮量的影响。Barnes等[13]认为人工岛的建设会改变原有海域的地形条件，直接影响附近海域的海洋生态环境。人工修复岸线会增强水交换能力[14]，减轻海洋污染。
裕龙岛位于山东省龙口市龙口湾南部海域[15]（图1），填海面积35.23 km2，建设7个离岸式人工岛。前人对裕龙岛也做了很多研究，刘金鹏等[16]运用MIKE21软件对裕龙岛及附近海域的波浪场和水动力场进行了模拟研究；费成鹏等[17]利用MIKE21数学模型模拟了裕龙岛建设前后的潮流、波浪、纳潮量及水交换率等水动力特征，探讨了人工岛群建设对龙口湾水动力环境的影响；刘星池等[18]利用MIKE21软件模拟了裕龙岛不同建设方案对龙口湾潮流变化和海底冲淤演变的影响。然而，前人的研究多集中于较大型的海湾或者开阔区域的大型工程，研究方向也主要集中于潮流场、波浪场等水动力方面，对于人工岛等大型工程内部跨河道工程建设对沉积动力环境影响的系统研究很少。因此，本文针对山东裕龙岛内部跨河道工程的建设对沉积动力环境的影响进行了较为全面的研究。
裕龙岛内部各人工岛之间有多条水道与外侧海域相通，为了裕龙岛项目的后续发展，需要建设跨河道工程，解决各人工岛之间的连接问题。跨河道工程建设方案分为桥梁方案和管涵方案两种。建设桥梁对区域海洋环境影响较小，但是建设成本高，施工难度较大；建设管涵成本低，难度小，但是对海洋环境影响较大。基于工程建设实际考虑，在环境可接受范围内，尽可能建设管涵。因此，需要对比分析不同建设方案对沉积动力环境的影响。本文利用研究区附近海域的潮位潮流、水深地形、表层沉积物、卫星影像、海图等资料，运用数值模拟的方法，主要从水动力、地形地貌冲淤、水交换等方面研究了裕龙岛内部12个跨河道工程不同组合方案对沉积动力环境的影响，为跨河道工程建设提供技术支撑，为裕龙岛工程的后续建设和海洋环境保护提供理论依据[19-20]。
1. 研究区及工程概况
龙口湾是屺坶岛连岛沙坝围成的一个次生海湾，为莱州湾的一个附属海湾[21]，整体地势东南高、西北低，地貌主要为冲洪积平原或浅海平原，海岸类型主要为基岩海岸或砂砾质海岸[22]，湾内水深除航道外普遍小于10 m[23]。湾内表层沉积物粒径较细，主要以粉砂和砂为主[24]。潮流性质以不规则半日潮流为主，潮流运动形式主要为往复流[25]。
裕龙岛内部3条主水道分别为纬一河、经一河、经二河，水道宽度为40～400 m，平均水深约4 m，共需要建设12个跨河道工程，即纬一河跨河道工程1、2、3，经一河跨河道工程4、5、6、7、8，经二河跨河道工程9、10、11、12（图2）。截止2021年底，纬一河通道3、经一河通道6和经二河通道10均已建成临时道路，并且埋设管涵。桥梁方案建成桥面宽度约15 m，桥墩直径约1 m，根据水道宽度建设桥墩数量不等；管涵方案建成路面宽度约15 m，管涵直径约1 m，统一埋设4根管涵。
2. 建设方案
基于工程建设对沉积动力环境和水交换等方面产生的影响[26-27]，选取4种不同组合建设方案进行数值模拟。
方案1：所有跨河道工程全部建设管涵；
方案2：经一河跨河道工程建设桥梁，其余建设管涵，即通道1、2、3、9、10、11、12建设管涵，通道4、5、6、7、8建设桥梁；
方案3：现有工程基础上，纬一河跨河道工程1、2建设管涵，其余建设桥梁，即通道1、2、3、6、10建设管涵，通道4、5、7、8、9、11、12建设桥梁；
方案4：经一河、经二河跨河道工程建设桥梁，纬一河跨河道工程建设管涵，即通道1、2、3建设管涵，通道4、5、6、7、8、9、10、11、12建设桥梁。
3. 研究方法
3.1 数学模型
本研究采用MIKE21模型中的水动力模块、泥沙输运模块和对流扩散模块，对研究区海域的潮流场、地形地貌冲淤和水交换进行数值模拟[28-31]，共进行两个时间段的模拟计算，分别为2017年5月1—31日和2018年5月1—31日。模型采用非结构三角网格剖分计算域，采用标准Galerkin有限元法进行水平空间离散，时间上采用显式迎风差分格式离散动量方程与输运方程[32]。模型计算域范围为辽宁登沙河和山东鸡鸣岛两点以及岸线围成的北黄海及渤海海域，并对裕龙岛附近海域进行局部加密（图3），最小空间步长约6 m。
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图 3 网格分布及验证点位置Figure 3. Grid distribution and tidal verification sites on tidal level (red dots) and tidal current (blue triangles)水深地形选取2005年以来中国人民解放军海军航海保证部制作的1∶100万海图（10011号），1∶15万海图（11370号、11570号、11710号、11770号、11840号、11910号），1∶2.5万海图（11891号）及2018年中国海洋大学在裕龙岛附近调查的水深地形测量资料，岸界依据2014—2017年的卫星影像资料确定。根据中国海洋大学2018年在裕龙岛附近海域调查的表层沉积物资料和历史表层沉积物调查资料，确定沉积物类型、性质、粒度特征等相关参数。风资料参照龙口气象站2002—2006年每日资料统计，确定该区各向风出现频率输入模型进行计算。
3.2 水交换计算方法
假定在水道附近海域有同样的溶解态保守污染物，使水体中污染物质的浓度达到某一个特定的量值Wc，且初始时刻均匀分布在附近水域内，假设水边界入流时给定这种物质在开边界的浓度为0，计算出不同时刻此种物质的浓度值W，进而通过以下公式计算不同时刻被区外海水置换的比率（也即水体交换率），来对比不同建设方案裕龙岛内部水道的水体净化能力[11, 33-36]。
$$ n = ({W_{\rm c}} - W)/{W_ {\rm c} } $$ 式中，n为水体交换率，Wc为原有的污染物浓度值，W为每一时刻水体中的污染物浓度值。
本文选取裕龙岛内部河道及其周边2 km左右范围内海域作为水交换计算区域（图2）。
4. 结果
4.1 模型验证
利用大连、旅顺、鲅鱼圈、曹妃甸、大口河、潍坊港、北隍城、八角、烟台港、龙口港等10个潮位站历史观测资料经调和分析后[37]，选用M2、S2、K1、O1四个分潮的调和常数预报出大潮期的潮位与计算结果进行验证；同时选用中国海洋大学2017年5月10—11日在研究区附近进行的2个站位（C4、C6）潮位现场观测资料进行验证。验证结果表明，对应观测点上潮位模拟结果与实测潮位资料基本吻合。
采用中国海洋大学于2018年5月18—19日在研究区附近进行的2个站位（D1、D3）和2017年5月10—11日（大潮）在研究区附近进行的6个站位（C1、C2、C3、C4、C5、C6）共27小时海流同步连续观测资料与计算结果进行验证。验证结果表明，对应观测点上的潮流流速流向模拟结果与实测潮流资料基本吻合，能够较好地反映研究区周边海域潮流状况。限于篇幅限制，本研究仅列出距离研究区较近的站位潮位验证曲线（C6、龙口港，图4）和潮流验证曲线（D3、C6站位，图5）。
采用中国人民解放军海军司令部航海保证部出版的龙口港2002年海图和1992年海图水深地形资料进行对比分析，计算典型断面水深年变化量（图6），将工程建设前的年模拟冲淤变化量与海图水深变化量进行对比，验证冲淤数值模型的准确性[38]。结果显示，除了M-M′断面5.5 km处和N-N′断面2.7、3.6 km处进行航道疏浚，水深变化较大之外，总体而言，从冲淤厚度和趋势上看，模拟值与实测值基本吻合（图7）。
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图 7 水深变化对比验证结果Figure 7. The results of comparison and validation for water depth changes4.2 潮流场模拟结果
本研究分别模拟了工程建设前和4种不同工程组合建设方案的水道潮流场，结果如下：
（1）工程建设前
涨急时，纬一河流速为15～40 cm/s；经一河整体由北向南流，流速为30～60 cm/s；经二河整体由北向南流，北侧流速小于10 cm/s，南侧和中间区域流速为10～30 cm/s。
落急时，纬一河流速为20～40 cm/s；经一河整体由南向北流，流速为20～45 cm/s；经二河整体由北向南流，流速为10～30 cm/s（图8）。
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图 8 工程建设前涨急时和落急时潮流场Figure 8. Tidal current field during flood tide and ebb tide before cross-river engineering（2）建设方案1
涨急时和落急时，除管涵附近外，其他海域潮流流速整体较小，一般小于5 cm/s（图9）。
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图 9 方案1涨急时和落急时潮流场Figure 9. Tidal current field during flood tide and ebb tide of Plan 1（3）建设方案2
涨急时和落急时，纬一河和经二河潮流流速整体较小，一般小于5 cm/s；经一河整体流速为30～50 cm/s（图10）。
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图 10 方案2涨急时和落急时潮流场Figure 10. Tidal current field during flood tide and ebb tide of Plan 2（4）建设方案3
涨急时，纬一河和经二河潮流流速小于5 cm/s；经一河整体由北向南流，整体流速小于10 cm/s。
落急时，纬一河整体潮流流速小于5 cm/s；经一河整体由南向北流，南侧流速小于10 cm/s，北侧流速为10～20 cm/s；经二河南侧流速小于5 cm/s，北侧流速为10～20 cm/s（图11）。
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图 11 方案3涨急时和落急时潮流场Figure 11. Tidal current field during flood tide and ebb tide of Plan 3（5）建设方案4
涨急时，纬一河潮流流速小于5 cm/s；经一河整体由北向南流，流速为30～60 cm/s；经二河整体由北向南流，北侧流速小于10 cm/s，南侧流速为10～30 cm/s。
落急时，纬一河潮流流速小于5 cm/s；经一河整体由南向北流，流速为20～45 cm/s；经二河整体由北向南流，流速为10～30 cm/s（图12）。
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图 12 方案4涨急时和落急时潮流场Figure 12. Tidal current field during flood tide and ebb tide of Plan 44.3 地形地貌冲淤模拟结果
本研究分别模拟了工程建设前和4种不同工程组合方案的冲淤情况（图13、14），由结果可知：
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图 13 工程建设前年冲淤变化Figure 13. The annual changes in erosion and siltation before construction of river-crossing project工程建设前整体以微侵蚀为主，其中纬一河西侧微侵蚀，东侧微淤积，年淤蚀量小于2 cm；经一河以侵蚀为主，年侵蚀量为2～8 cm；经二河北侧以侵蚀为主，年侵蚀量为4～8 cm，南侧微淤积，年淤积量为2 cm左右。
方案1整体以微淤积为主，年淤积量1 cm左右；经二河北侧微侵蚀，年侵蚀量小于2 cm。
方案2纬一河微淤积，年淤积量小于2 cm；经一河以侵蚀为主，年侵蚀量为2～8 cm；经二河北侧以侵蚀为主，年侵蚀量小于2 cm，经二河南侧微淤积，年淤积量小于2 cm。
方案3整体以微淤积为主，年淤积量1 cm左右；经二河北侧微侵蚀，年侵蚀量小于2 cm。
方案4纬一河微淤积，年淤积量小于2 cm；经一河以侵蚀为主，年侵蚀量为2～8 cm；经二河北侧以侵蚀为主，年侵蚀量为4～8 cm，经二河南侧微淤积，年淤积量约2 cm。
4.4 水交换模拟结果
本研究分别模拟了工程建设前和4种不同工程组合方案14 d水交换情况（图15、16），由结果可知，工程建设前水道内水体100%发生交换，水交换较好；方案1水道内绝大部分区域水交换率小于60%，水交换较差；方案2纬一河、经二河大部分区域水交换率小于60%，经一河水交换率超过90%；方案3水道内大部分区域水交换率小于50%，水交换较差；方案4纬一河西侧大部分区域水交换率超过50%，其余水道水交换率超过90%，水交换较好。
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图 15 工程建设前水交换率分布图Figure 15. The water exchange rate before construction of river-crossing project5. 影响分析
5.1 水动力影响分析
裕龙岛内部水道潮流主要受龙口湾内潮流特征影响，为了分析各跨河道工程对水道内潮流场的影响，选取大潮期一个完整潮周期（13 h）的平均流速对比，在纬一河、经一河、经二河分别选取5个特征点，共15个特征点进行流速对比（图17）。
由结果可知，跨河道工程使水道内潮流流速整体减小，对水道内水动力环境产生了一定影响。纬一河西部，各方案对流速影响都较大，工程建设造成潮流流速普遍减小，减小量可达20 cm/s左右，变化率90%左右；纬一河东部，方案4对潮流流速影响较小，其余方案对潮流流速影响较大，流速减少普遍超过7 cm/s，变化率70%左右；经一河，方案2、方案4对潮流流速影响较小，方案1、方案3使潮流流速明显减小，减少量普遍超过20 cm/s，变化率80%左右；经二河北侧，建设前和各方案的流速均较小，工程建设对潮流流速影响不大；经二河南侧，方案4对潮流流速影响较小，其余方案使潮流流速明显缩小，变化率超过70%（表1，图18）。
表 1 不同方案各特征站位平均流速表Table 1. The average velocity at feature points of each plancm/s 方案 W1 W2 W3 W4 W5 J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9 J10 建设前 23.7 26.1 27.1 11.6 9.7 29.4 30.1 49.9 21.9 23.8 2.1 8.1 28.2 9.7 6.1 方案1 6.1 3.6 3.6 1.9 1.8 5.2 5.3 4.7 1.9 3.1 2.2 8.7 5.6 3.4 0.7 方案2 2.8 1.3 0.8 4.0 2.4 33.6 26.5 36.8 21.9 24.3 1.9 3.6 4.1 1.1 0.4 方案3 2.1 1.1 0.7 2.7 2.4 7.4 2.6 4.1 7.2 7.9 1.3 5.2 4.5 1.4 1.9 方案4 2.9 1.3 0.9 9.1 7.8 37.8 23.1 33.0 18.6 20.5 2.1 7.8 23.0 7.8 5.3 ![]()
图 18 不同方案特征点平均流速对比图Figure 18. Comparison in average velocity at feature points of each plan从水动力角度考虑，水道水动力强，有利于区域污染物扩散，有利于海洋环境保护和项目持续发展[13]。本研究中方案1和方案3对潮流流速影响明显，工程建设造成水道内水动力减弱，大部分区域流速小于5 cm/s，明显不合适。方案2在纬一河和经二河对潮流流速影响明显。方案4整体对潮流流速影响较小，水道内水动力较强，对水动力环境影响最小。
5.2 地形地貌冲淤影响分析
根据模拟结果，工程建设前，水道内整体以微侵蚀为主，仅在纬一河东侧和经二河南侧发生微淤积，年淤积量2 cm左右。方案1和方案3水道整体以微淤积为主，年淤积量1 cm左右；方案2和方案4纬一河和经二河南侧以微淤积为主，年淤积量2 cm左右，经一河和经二河北侧以微侵蚀为主，年侵蚀量为2～8 cm。各方案均对水道冲淤产生了一定影响，方案1和方案3影响较大，造成水道内大面积淤积；方案2和方案4影响较小，仅造成了纬一河的微淤积。
水动力的强弱直接影响河道内的冲淤变化。淤积会导致河道阻塞，污染物汇集，严重影响工程建设发展。强烈侵蚀会造成堤坝坍塌，影响人工岛的稳定。微弱侵蚀最有利于河道稳定和污染物扩散，有利于项目持续发展。本研究中各方案，河道均不会发生强烈侵蚀和淤积，方案2和方案4对沉积动力环境影响相对较小。
5.3 水交换影响分析
根据14 d水交换率计算结果，工程建设对水道内水交换影响较为明显。工程建设前水交换率为100%，水交换好；方案1水道内绝大部分区域水交换率小于60%，水交换较差；方案2纬一河、经二河大部分区域水交换率小于60%，水交换整体较差；方案3水道内大部分区域水交换率小于50%，水交换较差；方案4纬一河西侧大部分区域水交换率大于50%，其余水道水交换率超过90%，水交换整体较好。
从水交换角度考虑，方案1、方案2和方案3水交换均较差，不利于区域污染物扩散。方案4水交换较好，满足水道水体交换的需要，有利于海洋环境保护。
跨河道工程建设使裕龙岛内部水道潮流流速整体减小，部分区域减小量超过20 cm/s，减弱了水道内水动力环境。方案1和方案3对潮流流速影响明显，大部分区域流速小于5 cm/s；方案2在纬一河和经二河对潮流流速影响较大；方案4仅在纬一河西部对潮流流速影响较大，对整体潮流流速的影响相对较小，水道内水动力相对较强。
工程建设对水道内冲淤环境产生一定影响，改变了水道的微侵蚀环境。方案1和方案3造成水道大面积淤积，年淤积量1 cm左右；方案2和方案4主要造成纬一河微淤积，最大年淤积量2 cm左右，其他区域以微侵蚀为主。
工程建设造成水交换率下降，明显影响水道内水交换。方案1、方案2和方案3造成水道内大部分区域水交换率低于60%，水交换均较差；方案4仅影响了纬一河西侧部分区域水交换率，其余水道水交换率超过90%，水交换整体较好（表2）。
表 2 不同方案综合对比表Table 2. Comprehensive comparison of each lan方案 水动力 地形地貌冲淤 水交换 建设前 较强 微侵蚀为主 100%，较好 方案1 较弱 微淤积为主 大部分区域小于60%，较差 方案2 纬一河、经二河影响较大 纬一河微淤积，其他河道微侵蚀为主 纬一河、经二河大部分区域小于60%，整体较差 方案3 较弱 微淤积为主 大部分区域小于50%，较差 方案4 较强 微侵蚀为主，年侵蚀量2～8 cm 大部分区域超过90%，整体较好 6. 结论
（1）跨河道工程建设使裕龙岛内部水道潮流流速整体减小，部分区域减小量超过20 cm/s（变化率约90%），减弱了水道内水动力环境。
（2）工程建设对水道内冲淤环境产生一定影响，改变了水道的微侵蚀环境。方案1和方案3造成水道大面积淤积，方案2和方案4主要造成纬一河微淤积，最大年淤积量2 cm左右。
（3）工程建设造成水道内水交换率下降，明显影响水道内水交换。方案4仅造成纬一河西侧水交换率下降，其余方案水道内大部分区域水交换率低于60%。
（4）方案4对水道内沉积动力环境影响整体较小，同时尽可能利用了现有工程，符合工程建设的实际要求。
（5）海岸工程建设应优先考虑海洋环境保护，在环境可接受范围内，尽可能降低投资成本，实现工程和环境的可持续发展。
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图 6 四组代表性样品频率曲线、概率曲线
Figure 6. Frequency distribution and probability cumulative curves of four groups of representative samples
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图 7 各簇代表性与典型沉积相粒度频率分布曲线对比
Figure 7. Comparison of frequency distribution curves of typical sedimentary facies and representative sediments in each cluster
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图 8 沉积环境识别过程中存在差异的样品粒度曲线
Figure 8. Sediment samples with differences in sedimentary environment identification
表 1 采样点描述
Table 1 Description of sampling sites
采样剖面名称 剖面位置 剖面描述 采样数/个 新庄窠村 38°59′31.56″N，115°50′54.04″E 沉积物以灰黄色黏土质粉砂、灰黑色或灰色粉砂质黏土和浅黄色细砂为主，沉积环境主要为湖滨相、湖沼相和河床相 3 段庄村剖面 39°03′20.44″N，115°49′30.28″E 沉积物为灰黑色粉砂质黏土、灰黄色黏土质粉砂，沉积环境为湖沼相、湖滨相 3 北张村剖面 39°04′40.23″N，115°46′32.13″E 沉积物以灰黑色、棕黄色粉砂质黏土和灰黄色细砂为主，沉积环境为湖沼相以及河床相 4 向村剖面 39°00′05.42″N，115°56′46.51″E 沉积物以灰黄色、浅灰色黏土质粉砂、灰褐色粉砂质黏土、灰色细砂以及灰黄色粉砂质中砂为主，沉积环境主要为湖滨相、湖沼相和河床相、洪积相 4 大阳村 39°00′18.32"N，115°59′19.28"E 沉积物为灰黑色粉砂质黏土、浅黄色黏土质粉砂以及具有水平层理的灰黄色粉砂，沉积环境主要有湖沼相、漫滩相以及河床相 3 李庄头村 38°59′33.60"N，116°04′48.67"E 沉积物以细砂、中砂为主，沉积环境主要为河流相 3 晾马台村 39°04′14.65"N，115°59′05.65"E 沉积物具有典型的“二元结构”，沉积环境为漫滩相 1 北剧村 09°04′56.42"N，115°58′16.81"E 沉积物以浅灰色中砂为主，沉积环境为河床相 1 南文村 39°04′19.98"N，115°56′42.30"E 沉积物以黄褐色、灰黄色黏土质粉砂以及含有黑色碳屑的灰黄色粉砂质粗砂为主，沉积环境主要有洪积相、湖相 4 马家庄村 39°02′53.77"N，115°55′07.67"E 沉积物为灰黄色黏土质粉砂，沉积环境为湖滨相 2 胡家台村 39°02′25.71"N，116°07′02.92"E 沉积物以灰黄色粗粉砂、细砂为主，发育交错层理，沉积环境为漫滩相 3 大步村 39°00′31.04"N，116°10′27.99"E 沉积物为灰褐色、黑色黏土、褐黄色黏土质粉砂以及浅灰色中细砂，沉积环境为湖沼相、湖滨相、河床相 8 邢岗村 39°03′0 8.65"N，116°14′18.92"E 沉积物以棕红色、灰黄色粉砂质黏土以及灰色、灰黄色黏土质粉砂为主，沉积环境为湖沼相、湖滨相 10 袁郭村 38°51′03.40"N，116°25′15.25"E 沉积物以灰黑色粉砂质黏土、浅黄色黏土质粉砂、灰黄色中细砂为主，沉积环境为湖沼相、湖滨相 4 胡屯村 38°51′59.62"N，116°22′34.97"E 沉积物以灰褐色、灰黑色粉砂质黏土以及灰黄色粉砂为主，沉积环境主要为湖沼相、湖滨相 5 小务村 38°51′8.86"N，116°17′39.73"E 沉积物以棕黄色亚砂土、细粉砂、灰黑色粉砂质黏土为主，沉积环境为湖滨相、湖沼相 6 双塔村 38°45′26.20"N，116°1′44.33"E 沉积物以灰黄色细粉砂、灰黑色黏土质粉砂为主，沉积环境为湖滨相、湖沼相 4 东良淀村 38°44′5.70"N，
115°59′7.99"E沉积物为棕红色粉砂质黏土，沉积环境为湖相 2 北队村 38°46′22.53"N，115°57′27.94"E 沉积物为浅灰色细砂土、棕黄色黏土质粉砂，沉积环境为漫滩相、湖滨相 3 韩堡村 38°46′23.07"N，115°53′24.07"E 沉积物为灰黄色黏土质粉砂，沉积环境为湖滨相 2 东垒头村 38°52′16.08"N，115°54′02.73"E 沉积物以灰黑色、棕红色粉砂质黏土、灰黄色黏土质粉砂为主，沉积环境为漫滩相、湖滨相、湖沼相 7 董庄村 38°49′32.73"N，
115°46′06.36"E棕红色、灰黑色粉砂质黏土，沉积环境为湖沼相 3 
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表 2 Folk&Ward 图解法公式
Table 2 Formulas of Folk-Ward graphic methods
粒度参数 计算公式 平均粒径（Mz） ${\rm{Mz}} = \frac{{{\Phi _{16}} + {\Phi _{50}} + {\Phi _{84}}}}{3}$ 分选系数（Sd） ${\rm{Sd}} = \frac{{{\Phi _{84}} - {\Phi _{16}}}}{4} + \frac{{{\Phi _{95}} - {\Phi _5}}}{{6.6}}$ 偏态（SK） ${\rm{SK}} = \frac{1}{2}\left[ {\frac{{{\Phi _{16}} + {\Phi _{84}} + 2{\Phi _{50}}}}{{{\Phi _{84}} - {\Phi _{16}}}}{\rm{ + }}\frac{{{\Phi _5} + {\Phi _{95}} + 2{\Phi _{50}}}}{{{\Phi _{95}} - {\Phi _5}}}} \right]$ 峰态（Ku） ${\rm{Ku}} = \frac{1}{{2.44}}\left[ {\frac{{{\Phi _{95}} - {\Phi _5}}}{{{\Phi _{75}} - {\Phi _{25}}}}} \right]$ 式中，粒径为$\Phi $值粒径，$\Phi = - \log _2^d$，$d$为毫米直径；${\Phi _x}$为x%累积含量的$\Phi $值粒径。
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表 3 各簇代表性样品粒度组成成分及粒度参数
Table 3 The size composition and size parameters of representative samples in each cluster
簇类 类代表性样品 沉积相 粒度成分/% 平均粒径/Φ 分选系数 偏态 峰态 黏土 细粉砂 粗粉砂 细砂 中砂 粗砂 Ⅰ SITE01-01 河流相 1.27 3.72 6.95 18.33 45.34 24.38 1.462 1.155 0.344 1.584 Ⅱ SITE03-03 湖滨相 12.72 25.35 40.23 21.47 0.2 0.02 5.255 1.75 0.32 0.887 Ⅲ SITE04-06 洪积相 2.85 6.15 15.43 29.62 16.16 29.8 1.582 1.976 0.319 0.908 Ⅳ SITE12-02 湖沼相 19.67 41.22 34.45 4.33 0.14 0.13 6.227 1.722 0.096 1.066 Ⅴ SITE13-08 漫滩相 4.72 7.81 34.25 52.54 0.58 0.09 4.213 1.515 0.467 1.561 Ⅵ SITE13-09 湖沼相 40.67 47.21 10.66 1.46 0 0 7.537 1.301 0.019 1.158 Ⅶ SITE14-04 河流相 2.58 5.38 12.08 72.54 7.42 0 2.919 1.108 0.343 1.797 Ⅷ SITE17-04 漫滩相 6.68 10.46 55.59 27.18 0.08 0.01 4.577 1.343 0.363 1.485 Ⅸ SITE18-01 湖心相 20.74 55.49 22.38 1.4 0 0 6.819 1.329 0.175 1.123 Ⅹ SITE21-06 湖滨相 12.75 22.99 50.4 13.71 0.13 0.02 5.507 1.799 0.374 1.014 Ⅺ SITE18-02 湖滨相 15.1 33.35 43.32 7.98 0.11 0.12 5.841 1.745 0.209 0.981
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表 4 沉积环境识别过程中存在差异的沉积物样品
Table 4 Sediment samples with differences in the process of sedimentary environment identification
样品编号 簇类 野外人为识别 粒度分布曲线对比识别 SITE01-03 Ⅱ 灰黑色粉砂质黏土，湖沼相沉积 湖滨相或漫滩相 SITE03-04 Ⅱ 灰黑色黏土，湖沼相沉积 湖滨相或漫滩相 SITE05-01 Ⅺ 灰黄色粉砂，河流相沉积 湖滨相或漫滩相 SITE13-02 Ⅺ 灰黄色粉砂，河流相沉积 湖滨相或漫滩相 SITE14-01 Ⅺ 灰黑色粉砂质黏土，湖相沉积 湖滨相或漫滩相 SITE14-02 Ⅱ 湖沼相沉积 湖滨相或漫滩相
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