冲绳海槽中部现代海底热液活动在沉积物中的元素地球化学记录

对采自冲绳海槽中部现代海底热液活动区的H9岩心沉积物进行了常量、微量元素分析,结果表明大部分元素含量在岩心75~80 cm处有一个明显的突变,上段中明显富集多种微量元素,这些元素正好对应于海槽中非热液活动区沉积物中相对亏损的元素,是热液活动区沉积物中的富集特征元素.75~80 cm处岩心沉积物中元素含量突变标志着冲绳海槽中部现代海底热液活动的开始或显著加强.除锰外,在其他热液活动区(如洋中脊等)显著富集的铁、铜、钴、镍在该区富集程度不高,但铅、鉮、锑、汞在上段岩心沉积物中的平均含量较下段高3~6倍,较非热液活动区沉积物中含量高3~12倍.这些富集元素与冲绳海槽热液活动成因硫化物中富集元素非常一致,表明该区热液活动对沉积物中锰、铅、鉮、锑、汞具有重要贡献,锰、铅、鉮、锑、汞是海槽中部现代海底热液活动的特征性示踪元素组合.岩心沉积物中很好地记录了热液活动的发展演化,该区海底热液活动从距今5740a开始发生或显著增强,并且一直持续到现在,只是其间活动程度经历了强弱变化,岩心上段锰的平均堆积速率约为40.461μg/(cm2·ka),与其他热液活动区的相当.     

18.5 ka以来冲绳海槽中部沉积物碎屑态来源和古环境变化的常量元素记录

为进一步了解冲绳海槽中部18.5 ka以来柱状沉积物碎屑态的常量元素组成特征及其古环境指示意义,对KX12-3孔进行了151个样品中碎屑态的提取及其常量元素和粒度综合分析。结果表明：主要常量元素含量表现出明显的两段式垂向变化特征,底部的Z1阶段(492~96 cm)形成于末次冰消期及早全新世(18.5~9.6 ka),中国大陆河流(长江、黄河)物质输入是沉积物中陆源碎屑物质的主要来源;而顶部的Z2阶段(96~0 cm)则形成于早全新世以来(＜9.6 ka),沉积物中的陆源碎屑物质仍以中国大陆来源为主,台湾物质输入也有一定贡献。此外,岩心中还记录到了7.3 ka时发生的K-Ah火山事件。常量元素相关性、R型因子及典型常量元素比值分析均表明主要氧化物含量在垂向上的变化主要受控于附近的陆源碎屑物质输入,热液活动和火山物质的影响较小。不同时期陆源碎屑物质对研究区的影响表现出明显的变化规律,并与海平面波动及黑潮的演化具有很好的耦合关系。此外,在5~3.5 ka期间,KX12-3孔的Fe2O3、MgO、Fe/Ti、Mg/Ti值及粒度减小,这应该是由当时黑潮的减弱或“摆动”出冲绳海槽引起的。     

冲绳海槽中段沉积地球化学分区及其物源指示意义

通过对冲绳海槽中段表层沉积物５１个样品的３０个元素的地球数据的Ｒ型因子分析计算，确定了以８个因子为代表的元素组合，在综合、对比因子得分的基础上，把研究区分为１０个组合区。根据元素组合的成因专属性，把研究区分为火山源区，热液源区，陆泊、生物源和自生源区。     

17 000年以来冲绳海槽中部沉积物物源演化及其古环境记录

基于AMS 14C高精度测年,采用粒度与黏土矿物分析方法,对冲绳海槽中部岩心OKI04沉积物的物源以及古环境演化进行了研究。结果表明,自17 000 a以来,岩心陆源物质为多方物源混合的结果,而主要物源供应区为中国东部长江与黄河等主要河流入海物质以及台湾东西部主要河流入海物质。但是不同时期,各物源相对贡献量有所不同,17~13.4 ka期间,长江与黄河入海物质输送以及台湾河流物质均对研究区有一定的影响;13.4~11.3 ka时期,长江与黄河物质输入开始降低,台湾河流入海物质有所增加;11.3~7.5 ka以来,长江与黄河入海物质的影响有所加强;7.5~5.5 ka,台湾物质影响占据主导地位;5.5 ka至今,沉积物主要来自台湾东部地区以及长江入海沉积物。同时识别出高岭石主要来源于中国大陆东部河流入海物质。此外,通过提取沉积物中对沉积环境变化较为敏感的优势粒级组分,发现沉积物主要以悬浮方式发生运移。而中国东部河流入海物质向海槽的输运主要与冬季风引起的环流相关,因此,以具有相对单一物源的高岭石含量作为指示东亚冬季风演化的指标,并识别出自17 ka以来中国东部地区5个冬季风主要加强期。     

冲绳海槽中部火山事件的环境磁学记录

对冲绳海槽中部DH180岩心沉积物进行了AMS14C测年、磁化率、非磁滞剩余磁化强度和饱和等温剩余磁化强度等试验,在含火山物质高的两段层位各磁学参数发生了异常变化。在57.5~82.5和212.5~252.5 cm深度处磁化率、非磁滞剩余磁化强度和饱和等温剩余磁化强度表现出增大的变化趋势,饱和度则出现相对减小的变化趋势。根据磁学参数异常变化的位置和测年数据,对所记录的两次火山事件发生年代进行了计算,它们分别为距今约12.6和6.2 ka,最近一次火山喷发的年代与K-Ah火山喷发的年代基本一致。     

冲绳海槽中部沉积物物质来源和沉积环境分析

本文基于AMS14C高精度测年,通过对柱状沉积物HOBAB2-S2的粒度、微量元素和稀土元素的分析,对冲绳海槽中部区5 300 a以来的物质来源和沉积环境进行了研究。通过对该孔的稀土元素与微量元素的研究发现研究区沉积物质具有陆源属性,并且通过不同物源区沉积物的稀土元素散点图表明5 300 a以来沉积物主要来自于台湾。文中将粒度特征作为研究区域沉积环境,尤其是水动力（黑潮）强弱的指示参数,根据粒度变化曲线,可将沉积过程分为4个阶段:第一阶段（5.30~3.81 ka BP）,粒径由粗变细,黑潮强度逐渐减小;第二阶段（3.81~2.70 ka BP）,粒径波动较大,无明显增大或减小趋势,表明沉积环境处于相对波动状态,水动力强弱不稳定;第三阶段（2.70~0.97 ka BP）,粒径变化较小,表明沉积环境处于相对稳定状态,研究区的水动力条件较稳定;第四阶段（从0.97 ka BP至今）,粒径逐渐变粗,水动力条件增强。     

88ka以来冲绳海槽北部古环境演化:来自元素地球化学的证据

对CSH1岩心全样沉积物样品进行元素地球化学分析,揭示了过去88ka冲绳海槽北部沉积物成分、水动力条件及陆源碎屑物质源区风化历史。冲绳海槽北部碎屑沉积物母岩主要以长英质为主,在MIS 1期沉积物存在大量火山源物质。过去88ka,沉积物源区风化程度较弱,但是自冰消期以来有逐渐增强的趋势。沉积物Zr/Nb比值表明在MIS 1期和MIS 5.1期水动力较为强烈,这与黑潮增强的时间一致,可能是指示黑潮强度的一个指标。冲绳海槽北部陆坡沉积物陆源碎屑贡献在低海平面时期显著增加,而在MIS 1和MIS 5.1期生源贡献显著增加。冲绳海槽北部沉积物成分变化明显受到黑潮和入海径流的调节,实际上受海平面和东亚季风的制约。     

冲绳海槽48ka以来的碳同位素记录及其环境指示意义

冲绳海槽是末次冰期以来东海唯一始终保持连续沉积的区域, 保存了最为完整的古海洋古气候变动记录.为了研究末次冰期以来全球碳循环效应在这一区域的响应特征, 对取自冲绳海槽北部CSH1孔的浮游有孔虫N. dutertrei和G.ruber 壳体的δ^13C录进行了分析, 并且与冲绳海槽中部DGKS9603孔的记录进行了详细对比.结果表明, 48 cal.kaB.P.以来在冲绳海槽共记录了4个典型的δ^13C幅低值时期, 其持续时间分别在44-38.5, 36-30, 25-18.5与14-10 cal.kaB.P.之间.通过与开放太平洋及其他边缘海区的对比, 并与陆地气候变动记录相互印证, 证实了在这几个δ^13C幅低值时期中冲绳海槽受到陆源冲淡水的显著影响.另外, 西太平洋开放海区表层海水也影响海槽区.这两个主要影响因子在整个末次冰期呈现出此消彼涨的作用模式.     

24ka来冲绳海槽北部沉积物来源的高分辨率常量元素记录

为进一步了解冲绳海槽北部24ka来柱状沉积物的常量元素组成特征及其物源和古环境指示意义,对PC-1孔进行了402个常量元素和粒度及344个浮游有孔虫氧同位素的综合分析,其平均样品分辨率高达百年时间尺度。结果表明:沉积物中的主要常量元素含量表现出明显的3段式垂向变化特征,并记录到了7.3和12.7cal.kaBP时的两次火山事件;物源判别图解及R型因子分析则揭示出主要氧化物含量在垂向上的变化主要受控于附近陆源物质输入,而热液活动和海洋生物沉积作用及火山物质的影响较小。特别是不同陆源物质对研究区的影响表现出明显的变化规律,与海平面波动及对马暖流形成演化间具有良好的耦合关系,但期间的典型古气候事件却并未明显改变沉积物中的陆源物质组成,从而为揭示24ka来冲绳海槽北部地区陆源物质输入演化历史,及其主要控制因素提供了新的高分辨率资料。     

冲绳海槽南段沉积物的元素赋存状态及其热液活动记录

为了解冲绳海槽南部沉积物的元素赋存状态以及热液活动对沉积物中元素组成的影响,对冲绳海槽南部沉积物岩芯HOBAB4-S2进行了全岩样及顺序提取分析,探讨了该沉积物岩芯中Al、Ti、K、Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Co、Ni及稀土元素的赋存状态,结果表明残留相与碳酸盐相是岩芯沉积物中元素的重要赋存形式,典型的碎屑组分Al、K、Ti在残留相中比例极高。铁锰氧化物相和有机结合相中各元素含量均相对较低,但在铁锰氧化物相中,与热液活动相关的金属元素在岩芯的萃取比例及含量上随着深度变化具有一致性,同时在4个层位出现了异常高值,表明在该层位对应的时期出现了热液活动对元素组成的显著影响,稀土元素总量变化上也可看出明显相同的变化趋势。沉积物的球粒陨石标准化稀土元素配分模式整体显示了轻稀土元素相对重稀土元素更富集的特征,具有极其轻微的Ce正异常和明显的Eu负异常,与南大西洋受热液活动影响较小的沉积物中铁锰氧化物相的配分模式类似,表明其受到热液流体的影响,是铁锰颗粒吸附海水与热液流体中稀土元素的结果。     

冲绳海槽分级沉积物的地球化学特征

通过对冲绳海槽中段表层沉积物样品的分级测试,总结出不同粒级沉积物中元素的含量和赋存形式特征。粗粒级（＞63μm）中以陆源碎屑矿物和碎屑矿物晶格中类质同象元素赋存,细粒级（＜63μm）中粘土矿物及其吸附作用对常量、微量和稀土元素的富集有重要影响。     

冲绳海槽南部柱状沉积物地球化学特征及其古环境意义

对冲绳海槽南部E017柱状沉积物进行了地球化学分析，结果表明，该柱状沉积物主要的化学组成为SiO2、Al2O3、CaO和TFe2O3（全铁），K2O、Na2O,MgO和MnO次之，具有明显的东海陆架沉积特征，但微量元素明显富集。R型因子分析可将该柱状沉积物的化学组成划分为5种组合类型：（1）SiO2,Na2O,Zr,Al2O3,K2O,TFe2O3,MgO,Co和Cr；（2）CaO和Sr；（3）SiO2,Na2O和Zr；（4）Cu,Pb,Zn和Ni；（5）MnO和Ba。根据元素在垂向上的协同变化关系，前3个元素组合分别对应于陆源碎屑沉积、生源沉积和火山沉积，后两个元素组合主要与早期成岩过程中元素的再分配和自生沉积作用有关。氧同位素和AMS^14C的测年结果表明，该柱状沉积物属于末次冰消期（约15kaBP）以来的沉积，全新世和末次冰梢期的界线在175cm左右。与全新世相比，末次冰消期沉积速率较高，沉积物的料度相对较粗，陆源碎屑组分SiO2、Al2O3、K2O等相对较高，生源组分CaO和Sr的含量相对较低。     

冲绳海槽中南部浮岩的岩石地球化学特征及其成因

冲绳海槽中南部广泛分布一套浮岩类岩石,其中以灰白色酸性浮岩为主,化学组成相当于英安流纹岩,深灰色中基性浮岩零星出露,化学组成与玄武安山岩相当.研究表明本区浮岩属造山带地区火山岩,形成于强烈构造活动构造背景,稀土元素标准化模式相似,均表现为负铕异常,表明它们之间的同源性,并经历过不同程度不同的斜长石分异作用.除Sr和中部浮岩的Yb有明显亏损以外,其它微量元素均表现为明显富集,尤其是Ba、Rb、Th、La和Ce等大离子亲石元素表现为显著富集.     

冲绳海槽北部表层沉积物中底栖有孔虫分布及其与海洋环境的关系

对1999年6月采自冲绳海槽北部的62个表层沉积物样品进行了底栖有孔虫分析。研究表明，该区属种多为中外陆架和上部陆坡常见底栖有孔虫，其中Cibicides pseudoungerianus在研究区域内广泛分布。底栖有孔虫群落明显受研究区水团的制约，该区底栖有孔虫Q型因子分析反映的4个组合分别对应不同的水团影响：组合1以Cibicides pseudoungerianus、Uvigerina sp.、Ammonia ketienziensis、Textularia pseudocarinata为主，代表陆架混合水团影响环境；组合2以Uvigerina peregrina、Beregrina、Bulimina mexicana、Bulimina submarginata、Globocassidulina subglobosa为主，代表黑潮暖流中层水影响下的环境；组合3以喜营养分子Bulimina marginata和Bolivina robusta为主，代表冷涡沉积和上升流沉积区的环境；组合4以Cibicides pseudoungerianus、Globocassidulina subglobosa为主，代表了对马暖流水团影响下的环境，其中水团的氧含量水平和营养状况是影响底栖有孔虫组合变化的主要因素。底栖有孔虫的丰度从西往东依次出现两个丰度高值带，一个位于研究区西部100—140m水深的陆架区，另一个位于400—600m水深的上陆坡，后者可能反映了冲绳海槽大陆坡普遍发育的陆坡上升流现象。     

晚第四纪冲绳海槽北段CaCO3含量的时空变化及其控制因素

对取自冲绳海槽北段的6个沉积岩心进行了CaCO3含量、粒度和铀系同位素分析，结合氧同位素数据和海槽其他钻孔的相应结果，探讨了冲绳海槽北部晚第四纪以来CaCO3含量的垂向与横向变化特征。结果表明，冲绳海槽北段沉积总体上表现为全新世CaCO3含量高、晚更新世CaCO3含量低的“大西洋型”碳酸盐演化特征，但冲绳海槽北段和中部的碳酸盐演化特征并不一致，海槽内西坡、槽底和东坡的不同部位其演化特征也存在较大差异。碳酸盐含量的变化与沉积物粒度特征密切相关，晚第四纪冲绳海槽碳酸盐演化的时空差异是多种因素相互作用的结果。     

冲绳海槽中部热液活动区岩芯沉积物稀土元素地球化学特征

针对冲绳海槽中部热液活动区附近的沉积物岩芯(H9),利用碱熔法和等离子体发射光谱法对其稀土元素组成进行了分析。结果表明,在岩芯中稀土元素含量在75—80cm段发生转折,75cm以上岩芯段沉积物中稀土元素总量相对较高,而且稀土元素总量,尤其是轻稀土元素总量,与(Fe+Mn)/Al相关性较好。该段沉积物中稀土元素页岩标准化配分模式呈右倾或近似水平,突出特征表现为轻稀土间的明显分异和Eu的相对富集,与热液源稀土元素组成极为相似。与热液流体和热液硫化物相比,分异程度和Eu正异常程度都较低,同时,具有明显的负Ce异常,与海水的稀土配分模式相类似。由此可见,热液活动对该岩芯上段沉积物中稀土元素组成具有重要影响,一方面表现为热液源物质的直接输入,另一方面表现为热液颗粒物质沉积过程中对海水中稀土元素的清扫。     

冲绳海槽北部表层沉积物中放射虫的分布与环境

对冲绳海槽北部80个表层沉积样品中放射虫进行的定量研究表明，其丰度和分异度西北部低，东南部高，由西北向东南递增；从西北陆架到东南海槽放射虫分布可分为陆架低值区，海槽边缘中值区和中央高值区，放射虫的组成以泡沫虫目占绝对优势，总体面貌为热带大洋暖水动物群，沉积物中放射虫的分布与现代表层海水温度，盐度的分布和变化趋势一致，但与营养盐和实级生产力的分布呈负相关关系；同时，放射虫的分布又与研究区的海流和水团有密切关系，其中黑潮对其有控制性影响，沉积物类型极大地影响着放射虫的分布，放射虫的丰度和分异度明显地随粒度的增大和陆源物质含量的增加而减小，此外，放射虫的分岂有此理也显示了与沉积物中火山物质含量的密切相关性。     

海洋沉积物的顺序萃取方法及其在冲绳海槽热液影响沉积物中的应用

不同沉积环境和沉积机制下进入海洋沉积物中的元素分别与不同介质结合,因此,将沉积物中不同结合形态元素相分离的顺序萃取方法是研究沉积物源和沉积环境的重要手段。以Tessier等建立的萃取流程为基础,针对深海沉积物标准物质GBW07315中Fe、Mn、Co、Cu、V元素,分析了方法的准确性和重复性。结果表明:各元素回收率基本介于94%~126%之间,平均值为106%。在重复性方面,除V元素在铁锰氧化物结合态中的相对标准偏差较高外,其余元素在铁锰氧化物结合态、有机结合态以及残渣态中的相对标准偏差均低于15%,而碳酸盐结合态和可交换态中元素的相对标准偏差较大,这与其样品中这些结合态的元素含量相对较低有关。因此,对于深海沉积物来讲,顺序萃取法具有较好的稳定性和可靠性,尤其是对其中铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态的萃取效果令人满意。将该方法应用于冲绳海槽热液影响沉积物中,实现了热液源铁锰氧化沉积的有效萃取和分离。     

冲绳海槽末次冰期、全新世沉积物化学元素分布特征

根据测定冲绳海槽０８０、０８２两岩芯中放射性同位素和化学元素的垂种布，基于＾２３０Ｔｈ／＾２３２Ｔｈ放射性活度比值，确定了末次冰期和全新世之间确切地层年代。测得资料表明，在全新世和晚更新世期间沉积物中元素丰度有很大的变化，反映了冲绳海槽在不同历史时期沉积环境的变迁和物质来源的差异。     

冲绳海槽中段表层沉积物中稀土元素组成及其物源指示意义

冲绳海槽中段表层沉积物主要是由陆源、火山源和生物源物质按不同比例组成的混合物。研究表明,陆源物质(长江和黄河沉积物)稀土总量最高,轻稀土明显比重稀土富集;火山物质(冲绳海槽火山玻璃)具有较明显的正Eu异常且重稀土相对富集;生物源物质(冲绳海槽有孔虫壳)中稀土富集。3种端员物质的稀土元素组成特征存在显著差异,因此,选择合适的稀土元素特征参数——∑LREE／∑HREE、Eu／Sm及MREE／(LREE HREE)可以分别刻画出冲绳海槽沉积物中陆源、火山源及生物源物质的组成特征。通过与前人对研究区物源定性、定量分区的结果对比,验证了利用稀土元素特征参数刻画冲绳海槽混合沉积物物质来源组成的有效性。