冲绳海槽沉积物物源示踪研究进展

冲绳海槽作为浅水陆架与深海大洋之间联系的过渡地带,其海底的厚层沉积物记录了晚第四纪海平面波动、构造活动、气候变化,以及冲绳海槽古环境演化信息,因此,对于冲绳海槽沉积物的研究一直是边缘海研究中的热点问题之一,而识别沉积物物源成为解决这一系列问题的关键。众多学者已对冲绳海槽沉积物的来源进行了诸多探讨,并取得了丰硕的成果。在综合前人研究成果的基础上,系统地总结了冲绳海槽沉积物的来源及示踪方法,包括矿物学、地球化学以及环境磁学,评述了目前研究存在的问题,并对未来沉积物物源的识别工作提出了展望。     

北部湾表层黏土矿物分布特征及物源研究

利用X射线衍射(XRD)对北部湾表层沉积物中黏土矿物组成和结晶学特征进行了详细研究,揭示了源区和洋流对该区沉积物搬运和分布的控制机制。结果表明,北部湾表层沉积物中黏土矿物组成以伊利石、蒙脱石和高岭石为主,含有少量的绿泥石。在空间分布上,蒙脱石含量表现为中部高近岸低;伊利石含量表现为西南高东北低,绿泥石组分含量与之类似;高岭石含量表现为东北高,西南低。伊利石结晶度指数和化学指数平均分别为0.25°(Δ2θ)和0.5,表明伊利石结晶程度极好,为富Al伊利石,来源于化学风化作用占主导的源区。黏土矿物物源分析表明,红河是北部湾伊利石、绿泥石和蒙脱石的主要物源,其中蒙脱石因受沉积分异作用影响而在研究区中部富集;高岭石受到了红河、珠江以及广西和海南岛沿岸河流物质输入的共同影响。本研究结果对理解北部湾沉积物"源-汇"过程和古环境有重要参考意义。     

南海沉积物中黏土矿物及其在古气候中的应用研究进展

黏土矿物作为海洋细粒陆源碎屑沉积物中最重要的组成部分,近年来在南海沉积物物源示踪和古气候研究方面取得了重要进展。系统总结了前人对南海沉积物中黏土矿物研究的成果,主要包括南海表层沉积物中黏土矿物物源、分布及其影响因素,及其在古气候研究方面的应用,阐述了地质时间尺度黏土矿物组合的变化,对同时期物源区气候变化和物源区供给或洋流变化的指示意义。指出了该领域存在的一些问题,并展望了其未来的发展趋势。     

沉积物中黑碳在古环境古气候研究中的应用

黑碳是指生物质或化石燃料不完全燃烧以及岩石风化所产生的一系列含碳物质连续体的统称。其特殊的物理化学性质可对全球气候环境造成显著影响,如加剧温室效应、影响水文循环和碳封存;由于其具有较为稳定的化学性质以及燃烧前后碳同位素分馏小的特征,又使黑碳作为一种载体被应用到地质时间尺度火历史与植被演化重建工作中。通过对黑碳的特征、来源、循环、在沉积物中的提取方法及其在不同时间尺度古环境重建中的应用进行评述,提出了目前黑碳记录在古环境重建中存在的一些问题,如黑碳的降解转化过程对黑碳沉积的影响,以及黑碳年龄具有滞后性,沉积物中黑碳来源及沉积过程的复杂性,地质时间尺度黑碳参与碳循环的角色仍不明确等。另外对未来研究进行了展望：相对于陆地土壤、湖泊、河流、冰川等载体,海洋沉积物中黑碳的研究工作还非常缺乏。自1966年以来,深海钻探计划、国际大洋钻探计划、综合大洋钻探/发现计划航次及我国自主航次在全球海洋获取了大量高质量沉积岩芯,为未来利用黑碳研究新生代以来构造、气候、植被、火乃至人类活动之间的相互作用提供了可能性。     

南海北部晚中新世红绿韵律层成因的矿物学和地球化学约束

沉积物颜色是其物质组成和形成环境的重要标志,对古海洋古环境重建有特殊指示意义。国际大洋发现计划(IODP)368航次在南海北部钻取的U1502站沉积岩心中发现了上百米红褐色-绿灰色韵律沉积层,但其成因不明。为探究其物源和红绿韵律沉积层的成因,我们对该站位岩心样品开展了矿物学和地球化学分析,包括粒度、黏土矿物、常微量元素和Sr-Nd同位素组成、有机碳含量及碳酸盐碳氧同位素组成分析。物源分析表明,U1502站沉积物陆源输入以珠江为主而吕宋次之,红层相对绿层有稍多的吕宋物质贡献。地球化学指标指示红绿沉积层的形成没有遭受热液、冷泉流体的影响,其形成是南海晚中新世构造演化和冰期-间冰期旋回中水体通风、底层水氧化还原环境改变及早期成岩作用共同影响的结果。结合以前南海北部沉积物源研究及沉积物颜色频谱分析,推测红绿层可能分别对应了间冰期-冰期时间尺度。指标重建指示了红绿层分别形成于偏氧化和偏还原的底层水氧化还原环境。自中中新世以来随着吕宋岛弧与欧亚板块碰撞,南海海盆从开放的环境变得相对封闭,其深部通风和氧化还原条件开始呈现典型的冰期-间冰期旋回模式。红层对应了间冰期高海平面时期南海深层水通风良好、水体偏氧化的沉积环境,而绿层则指示了冰期低海平面时期南海层化加强、水体偏还原的环境。不同的氧化还原条件控制了早期成岩作用中致色含铁自生矿物如赤铁矿的形成与转化,最终引起沉积层颜色韵律变化。     

南海西北部表层沉积物黏土矿物分布特征及其来源

黏土矿物研究在示踪物源、源区风化历史乃至洋流变迁能力等方面具有重要的作用,尽管目前对南海表层沉积物黏土矿物宏观分布特征已获得了较系统的认识,但在受珠江和海南岛物源共同影响的南海西北部其高分辨率的黏土矿物学工作还未开展。本文对南海西北部表层沉积物中的黏土矿物组成、结晶学特征进行了分析,讨论了研究区黏土矿物的物质来源。结果表明,南海西北部表层沉积物的黏土矿物组成以伊利石为主（平均45%）,蒙脱石（平均27%）与高岭石（平均21%）次之,绿泥石含量最少（平均6%）。在区域空间分布上,蒙脱石含量呈现西南高东北低的特征,伊利石含量则与之相反;高岭石含量表现为近岸高离岸低,而绿泥石含量呈现离岸高近岸低的特征。总体上,研究区表层沉积物黏土矿物组成与现代珠江沉积物组成差异较大,而与珠江口2.5 ka前的沉积物黏土矿物组成比较接近,并且结合研究区岩心揭露的全新世以来极低的沉积速率（4 cm/ka）以及上部很薄（小于0.6 m）的泥质沉积,推测该区表层沉积物可能并非是现代沉积的结果,更可能主要来自全新世末期古珠江输送的沉积物。除古珠江作为研究区表层沉积物中蒙脱石的一个主要来源外,海南岛北部河流也贡献了少量蒙脱石到其邻近的东南海域。运用高岭石/伊利石比值和伊利石化学指数等进一步对比分析表明,珠江是研究区沉积物中伊利石、高岭石和绿泥石的主要物源,其次台湾和海南岛也可能分别提供了少量富含伊利石/绿泥石和高岭石的沉积物。本工作对于南海西北部沉积物源-汇过程和相应的古环境研究有重要的参考意义。