鸭绿江河口及近岸地区沉积物的稀土元素对物质运移的指示意义

稀土元素(REE)的稳定性使其在物源示踪中得到广泛应用,而针对沉积物REE在运移过程中的微弱变化却往往被忽略。本文以鸭绿江河口地区沉积物为研究对象,探讨该区沉积物Ce、Eu的分异特征及其对物质运移格局变化的指示作用。鸭绿江河口地区沉积物的REE含量与平均粒径呈显著正相关关系,而与δEu呈较好的负相关关系,即随着REE的富集,Eu的亏损程度加剧。Eu的异常发生于岩浆结晶过程,长石类矿物的Ca~(2+)与Eu~(2+)发生置换,造成富集REE矿物的Eu亏损。河流来源的溶解态Ce的氧化沉淀作用,造成河口地区沉积物的Ce呈正异常。此外,柱样历史时期与表层样的δCe差异及河口地区不同亚环境间的δCe差异,有效指示了河口地区物质的运移及沉积环境的变迁。辽东半岛南侧沉积物中砂组分(大于63μm)的δEu指示,水深超过50 m后,Eu呈显著正异常,该处可能为鸭绿江砂组分的运移极限。     

NS935钻孔沉积物不活泼微量元素记录与陆源输入变化探讨

探讨了NS93－5钻孔沉积物的部分高场强元素和大离子亲石元素的含量变化，结果表明，Ti、Rb、Ga、Y、Zr、Nb、Cs、Hf、Ta、Th和稀土元素（REE）相互间含量变化具有很好的相关关系，反映这些元素均基本来自碎屑组分。经Ti和Sc标准化后这些元素含量的变化，以及Zr/Y等特征元素比值和Ge异常指数Ce/Ce、Eu异常指数Eu/Eu的变化，均反映出碎屑输入的通量或者组成的变化，例如火山灰的富集。其中一些变化与气候变化有关，可能反映周边陆壳的风化强度的波动。NS93－5钻孔沉积物的不活泼元素记录，可提供反映输入陆壳物源区的环境演变证据。     

宝应钻孔沉积物的微量元素地球化学特征及沉积环境探讨

沉积物微量元素特征对指示沉积盆地演化历史、沉积环境及沉积物的物质来源具有十分重要的示踪作用.宝应沉积物的微量和稀土元素地球化学特征印证了苏北平原物质来源具有多源性,与黄河、长江具有类似的物源,并可能受基底碱性火山岩和黄土高原粉尘物质的影响.钻孔沉积物具有轻稀土适度富集、缓右倾斜型的稀土元素配分模式,呈现Ce正异常的总体特征; 海侵段的稀土含量比陆相沉积段略低.δEu在陆相沉积中为1.16,呈微小的正异常; 在海侵沉积中为0.99,基本不显示异常.稀土元素含量与沉积物粒度之间存在一定相关性:随着粒度由粗变细,稀土元素含量增加; ΣREE的高值段对应粘土含量较高,反之亦然.沉积物REE及Rb/Sr比值的纵向变化反映了海陆交互过渡带古气候环境的波动:ΣREE的高值段与δEu和δCe的低值段代表了冷湿的气候环境; ΣREE和δCe的低值与δEu的高值段反映了暖湿润的环境信息.结合地貌、岩性及微体古生物,综合分析表明苏北平原在第四纪曾遭受了多次海水淹覆, 海-陆交互堆积作用明显,从古海湾逐渐发育堆积最后由河流冲积物覆盖成陆.     

海南岛北部晚新生代沉积物Sr-Nd同位素组成及其物源示踪

海南岛北部(琼北)巨厚的晚新生代沉积物记录了海南岛晚新生代气候与环境演化信息。但关于该沉积物Sr-Nd同位素方法的物源示踪研究还比较缺乏。以琼北钻遇基岩的钻孔(ZK1-5)为研究对象, 以Sr-Nd同位素组成为示踪手段, 开展了其物源示踪研究。结果表明: 海南岛北部于晚新生代中新世—更新世经历了从滨浅海相沉积—海陆交互相沉积—陆相沉积—火山喷发环境的转变, 中新世海相沉积Sr同位素比值(平均值0.727002)整体高于上新世海陆过渡相和更新世陆相沉积的Sr同位素比值(平均值0.714917), 表明海相沉积比海陆过渡相和陆相沉积风化程度更高。海相、海陆过渡相及陆相沉积的Nd同位素组成没有发生明显变化, 较一致, 表明海陆环境变迁并没有引起该地区物源发生重大变化。而琼北晚新生代沉积物εNd(0)值分布范围(-14.0~-5.1)与岛内花岗质岩石的εNd(0)值分布范围(-14.1~-5.2)基本一致, 与岛内变质岩(1.2~8.5)和玄武岩类岩石(1.9~7.8)的εNd(0)值差别较大, 表明其源岩主要来自海南岛花岗质岩石, 变质岩和玄武岩贡献较小, 这可能与岛内花岗质岩石分布范围广有关。对琼北地区晚新生代沉积物Sr-Nd同位素组成特征的认识, 有助于深入理解晚新生代海南岛风化过程及环境变化, 并对南海物源及古海陆环境重建具有重要意义。     

现代长江沉积物地球化学组成的不均一性与物源示踪

长江沉积物从源到汇过程研究的关键是揭示长江沉积物的组成特征,准确识别其时空组成变化规律,这也是东部边缘海海陆相互作用研究和长江水系构造演化研究的关键.本文研究一些常用的元素地球化学参数在现代长江水系的河漫滩和悬浮沉积物中组成的时空变化特点.在稀土元素(REE)组成上,下游近河口段干流悬浮沉积物在季节性时间尺度上比较稳定,可以代表现代长江入海沉积物的平均组成,而长江主要支流和干流间REE组成变化较大,化学相态分析可以更好地揭示特定物源区的REE组成特征以及由矿物分异引起的REE参数变化.相比REE而言,悬浮物中Al/Ti与Zr/Rb比值更能敏感地指示不同物源区的源岩组成信息,且减弱水动力分选引起的粒级和矿物分异影响.长江入河口的干流悬浮物作为整个流域风化剥蚀细颗粒物质的平均混合,具有更好的源区平均组成的示踪特性;但在不同季节也存在不同的主导性源区,主要受控于流域内季风降雨区的迁移.在河流沉积物源汇过程重建中,要特别关注流域物质风化和输运的自然过程可能引起的这些地球化学参数变化.     

长江上游水系沉积物锶-钕同位素组成及物源示踪

泥沙资料表明,现代长江干流沉积物主要源自上游地区。因此,长江上游干支流沉积物主控关系及其源汇过程在长江水系沉积物物源示踪研究中极为重要。为探讨上述过程,详细测定了上游水系沉积物Sr-Nd同位素组成。结果显示,金沙江及闽江沉积物具有较高的εNd(0)值,主要受控于流域内大面积分布的峨眉山玄武岩的高εNd(0)背景值;嘉陵江水系沉积物具有相对较低的εNd(0)值,反映了其流域内源岩对沉积物Nd同位素组成的控制;与Nd同位素组成相比,水系沉积物87Sr/86Sr值具有更大的变化范围,表明除源岩因素外,沉积物Sr同位素组成受更为复杂的因素制约。支流与干流沉积物Sr-Nd同位素组成对比表明,长江上游干流沉积物主要来源于金沙江流域内的源岩,金沙江流域内的表壳岩系主导了上游干流沉积物的Sr-Nd同位素组成。     

中国东部地带表土稀土元素的地球化学特征

对中国东部从黑龙江省到海南省的纵向大断面50个表土样品的稀土元素(REE)含量进行了测定,结果显示其平均含量高于中国土壤和世界土壤的平均值;其稀土元素组成特点表现为轻稀土(LREE)富集,重稀土(HREE)亏损,Eu的负异常和Ce的正异常;未发现稀土元素总量∑REE和轻重稀土比值∑LREE/∑HREE随纬度或年均温度、年降水量有明显的地带性规律变化;δCe值的分布特征显示在气候达到南亚热带-北热带地区的湿热程度及风化强度时,表土才会出现显著的Ce正异常;在Ce/Eu对Eu/Sm图解上不同母岩类型的表土参数差异明显,尤其是玄武岩发育的表土与中酸性岩石和沉积岩发育的表土之间具有明显差异。本研究表明,中国东部表土的稀土元素分布特征没有明确的气候带示踪意义,而主要具有成土母质类型示踪意义;δCe值的显著正异常可以示踪南亚热带-热带气候;由于影响因素复杂,各种特征参数的细微变化对沉积物成因、物源区以及区域气候的指示意义尚待积累更多的数据并参考其他环境指标才能做出正确判断。     

峡东地区南华纪-寒武纪地层风化过程元素及Sr-Nd同位素演化特征及其地球化学意义

以峡东地区南华纪、震旦纪和寒武纪标准地层泥岩、冰碛泥岩、砂岩、灰岩和白云质灰岩及对应的风化土壤为研究对象, 分析了地层风化成土过程中不同元素的迁移行为, 根据剖面样品的Sr-Nd同位素组成变化, 探讨了其同位素体系的封闭性特征与应用意义.结果表明: (1) 不同岩性基岩在成土过程中的蚀变强度有明显的差异, 在相似地表条件下, 碳酸岩风化剖面的风化程度高于泥质岩和砂岩; (2) 通过对比稳定高场强Ti元素在基岩和风化剖面中的含量变化, 计算出土壤样品在风化过程中体积相对基岩发生的改变量, 进而计算出不同岩性基岩在风化过程中微量元素的绝对含量变化以探讨这些元素的活动规律.结果表明, 灰岩和白云质灰岩的风化剖面元素含量变化明显, 而在泥质岩风化过程中大多数元素保持了相对稳定, 说明沉积岩风化过程中元素的活动性特征明显地受到了原岩矿物组成的制约.风化过程中, 不同性质的元素的活动性差异明显, 其中亲硫元素(Cu、Zn、Pb、Mo) 和大离子亲石元素(Rb、K、Sr、Ba) 在不同岩性的风化剖面中均表现出明显的元素含量变化, 而高场强元素(Zr、Hf、Nb、Ta) 含量则相对稳定; (3) 泥质岩风化形成的土壤层REE含量变化较小, 而碳酸岩风化土壤层REE含量发生了明显下降, 且其风化形成的土壤表现出LREE和HREE相对于MREE的富集.无论是碳酸岩或泥质岩风化形成的土壤, 均出现了明显的Eu负异常和Ce的正异常, 但在其原岩中这些异常并不存在或不明显; (4) 基岩与土壤剖面间Sr同位素组成和Rb/Sr比值存在明显差异, Rb-Sr同位素组成发生了明显的开放.所形成土壤层的Sr同位素组成受到2种因素的约束: 原岩性质和外来组成的Sr同位素比值.因此在总体上, 风化土壤的Sr同位素组成已不能代表基岩的Sr同位素组成; (5) 沉积岩风化过程中, 碳酸岩和泥质岩形成的风化土壤基本保持了原岩的Sm-Nd同位素组成特点, 由其组成所获得的Nd同位素亏损地幔模式年龄等能反映其原岩信息, 而近源沉积形成的砂岩和含砾冰碛泥岩所形成的土壤, 其Nd同位素组成则存在不同程度的改变.      

长江口沉积物化学相态分析及主泓变迁的指示

元素地球化学是沉积物源判别和环境研究的重要手段,但河口海岸地区沉积动力环境复杂多变,人类活动影响强烈,全岩沉积地球化学的示踪研究存在局限性和多解性。选择长江下游干流悬浮物、东海陆架表层沉积物以及长江口具有一百多年沉积记录的ZK6孔,通过化学相态分析（1 N HCl处理）,探究酸溶态微量元素组成特征及其对河口环境变迁的指示。相较于钻孔全岩样品,酸溶态Sr/Ba比能更可靠地反映河口古盐度和海陆相沉积环境的变化。ZK6孔沉积物酸溶态稀土元素（REE）主要赋存于Mn氧化物中,Mn、ΣREE含量、Ce/Ce*以及Sr/Ba比在1899—2007年间呈三段式变化,主要反映长江河口流路分汊和主泓位置改变引起的河口沉积环境变化,进而影响河口环境中活跃元素和次生组分在沉积地层中的保存记录。该研究对今后深化认识复杂河口环境下微量元素地球化学行为以及微量元素示踪海洋环境变化具有借鉴意义。     

珠江三角洲晚第四纪风化层稀土元素地球化学特征*

珠江三角洲地区上更新统与全新统之间广泛发育1层杂色黏土,其成因多认为主要是由上更新统沉积物在末次冰盛期暴露于地表风化而成。对取自珠江三角洲3条钻孔（PRD09、PRD16和PRD17）的岩心样品分析表明,受风化作用的影响,其稀土元素含量和分异特征发生了较明显的变化。杂色黏土层的稀土总量大大低于下伏沉积物,而在邻近风化层的下伏沉积物中稀土元素却表现为明显富集,尤其是重稀土元素的富集。风化作用强度较大的PRD09孔和PRD17孔下伏沉积物中的稀土富集程度高于风化作用强度相对较小的PRD16孔。珠江三角洲在末次冰盛期时普遍发育的酸性介质条件,促进了风化层的稀土元素发生溶解和迁移。在风化过程中,由于轻、重稀土元素具有不同的溶解迁移能力和吸附能力,导致杂色黏土层的REE指标值（LREE/HREE、(La/Gd)_N和(La/Yb)_N）高于下伏沉积物。风化过程对Ce、Eu异常有一定的影响,但不十分明显,杂色黏土层的Ce、Eu异常值仅略低于下伏沉积物。     

Rare earth elements in fine-grained sediments of major rivers from the high-standing island of Taiwan

Thirty-eight sediment samples from 15 primary rivers on Taiwan were retrieved to characterize the rare earth element (REE) signature of fluvial fine sediment sources. Compared to the three large rivers on the Chinese mainland, distinct differences were observed in the REE contents, upper continental crust normalized patterns and fractionation factors of the sediment samples. The average REE concentrations of the Taiwanese river sediments are higher than those of the Changjiang and Huanghe, but lower than the Zhujiang. Light rare earth elements (LREEs) are enriched relative to heavy rare earth elements (HREEs) with ratios from 7.48 to 13.03. We found that the variations in (La/Lu)_UCC–(Gd/Lu)_UCC and (La/Yb)_UCC–(Gd/Yb)_UCC are good proxies for tracing the source sediments of Taiwanese and Chinese rivers due to their distinguishable values. Our analyses indicate that the REE compositions of Taiwanese river sediments were primarily determined by the properties of the bedrock, and the intensity of chemical weathering in the drainage areas. The relatively high relief and heavy rainfall also have caused the REEs in the fluvial sediments from Taiwan to be transported to the estuaries down rivers from the mountains, and in turn delivered nearly coincidently to the adjacent seas by currents and waves. Our studies suggest that the REE patterns of the river sediments from Taiwan are distinguishable from those from the other sources of sediments transported into the adjacent seas, and therefore are useful proxies for tracing the provenances and dispersal patterns of sediments, as well as paleoenvironmental changes in the marginal seas.     

长江三角洲东西部晚新生代地层中的 重矿物差异及其物源意义*

主要针对长江三角洲东西部两个晚新生代钻孔的重矿物分布特征,探讨了近河口区和内陆三角洲平原区物源演化差异。研究结果表明,近河口区自下而上地层中可以划分出5个不同的重矿物组合带,内陆平原区可划分出4个重矿物组合带,这些组合带分别对应着上新世、早、中、晚更新世和全新世。两区在上新世时期重矿物特征十分相似,以金红石、锆石、电气石等酸性-中酸性矿物为主,伴随着许多强氧化自生矿物,如赤铁矿、褐铁矿、白钛石等,表明了以基底和西部天目山为主的物源,指示了强烈风化的沉积环境。进入第四纪,两区沉积物来源发生了变化,内陆平原区继承了西部山地物源,但不稳定矿物增加,并伴随出现许多还原性自生矿物,如黄铁矿、重晶石、碳酸盐等,指示还原环境占主导。相比之下,近河口区物源明显发生变化,尤其是中更新世后矿物种类丰富,金红石、榍石等酸性-中酸性矿物,紫苏辉石、钛铁矿等基性矿物,透辉石、蓝晶石、符山石、十字石等典型变质岩矿物都稳定出现,意味着随着沉积盆地下沉,河口区逐渐接受了长江中下游和上游沉积物的物源。     

长江三角洲晚新生代沉积物有机碳、总氮和碳酸盐组成及古环境意义

长江三角洲地区埋深达320m的PD钻孔揭示了上新世以来河湖相、滨海相和三角洲相的沉积环境特征。钻孔沉积物中有机碳、总氮和碳酸盐组成变化较大,但具有一定的规律性。上新世东部地区气候较暖湿,古湖泊发育,化学风化强烈,有机质保存率较低;早更新世气候波动较大,相对温湿气候下高等植被发育;中、晚更新世长江流域气候逐渐变冷干,晚第四纪气候变化较显著,流域植被类型发生明显变化;全新世气候转暖,有机质保存率高。有机碳、总氮和碳酸盐组成揭示的古气候变化与孢粉、沉积地层等资料相当吻合,与相邻内陆地区的第四纪古环境研究认识也具有明显的可比性。本研究也揭示,运用有机碳、总氮和碳酸盐组成重建我国东部地区第四纪古环境和季风演化史具有相当的难度,必须充分考虑沉积地层不连续性、粒度、有机质来源、埋藏成岩环境以及陆海相互作用等多因素的复杂影响,同时需要结合有机碳同位素等分析来深化古环境研究。     

长江河口区第四纪沉积物中的地球化学元素 分布特征及其古环境意义*

文章通过对上海浦东机场孔(Pd)第四纪地层中地球化学微量元素B,Ga,Sr和Ba的观测,结合该钻孔粒度、古地磁和微体古生物等分析资料,综合剖析了这些微量元素及其比值在不同沉积相中的分布特征及其古环境演变的意义。研究发现,微量元素分布与本区各种沉积相有着十分密切的关系。通常,B和Sr及其比值B/Ga和Sr/Ba在冲积相、河流相沉积中较低,在溺谷-浅海相、三角洲相沉积中较高。而Ba与之相反,一般在陆相沉积环境中比较高。Ga元素在第四纪沉积物中的分布波动不明显,但极大值还是偏向陆相环境。本研究还发现微量元素B和Sr及其比值B/Ga,Sr/Ba的分布自下而上存在7个(1~7)高值阶段。阶段1~3高值与海侵无关,认为反映了上新世-早更新世干旱气候的产物;阶段4~7高值则与本区中更新世以来4次海侵事件密切相关。     

长江口东南泥质区百年来稀土元素的组成及控制因素

在210pb定年的基础上,分析了长江口外东南泥质区柱样沉积物稀土元素含量、特征参数分布特征及其与粒径、常量元素等的相关性,探讨了150 a以来稀土元素的来源、制约因素及对沉积环境的响应.结果表明,柱样稀土元素总量(ΣREE)变化范围不大,分布范围为158.38～197.87 μg/g,平均值为183.49μg/g,总体...     

渭河盆地始新世-渐新世沉积物源变化的钻探样品Sr和Nd同位素证据

始新世暖期和始新世-渐新世降温阶段（EOT）在地球气候系统演化中具有代表性,对认识现代全球变暖过程和机制有参考价值。渭河盆地堆积了始新世以来连续的河湖相沉积序列,对其进行沉积物源示踪研究有助于重建渭河流域地貌演化、沉积过程和气候环境变化。本研究对渭河盆地新生代沉积中心固市凹陷荔参1井（钻探井深6535 m）下部的始新世红河组（6527~5529 m）和渐新世白鹿塬组（5315~4759 m）样品进行了Sr和Nd同位素分析,探索古近纪渭河盆地的物源变化过程。结果显示,红河组样品Sr和Nd同位素平均值分别是⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.716127和ε_Nd=-13.5,白鹿塬组Sr和Nd同位素平均值分别是⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.720461和ε_Nd=-12.4。分粒级（< 2 μm,2~64 μm和>64 μm）Sr和Nd同位素测试结果表明,粒度效应对渭河盆地始新世-渐新世沉积物硅酸盐矿物的Sr同位素值影响较大,而对Nd同位素影响较小,表明硅酸盐矿物Nd同位素值可作为渭河盆地沉积物物源的指示。结合潜在源区Sr和Nd同位素分布特征,发现渭河盆地始新世和渐新世沉积物主要来自于秦岭造山带和鄂尔多斯地块的贡献,其物源变化与构造抬升和气候演变密切相关。渭河盆地始新世和渐新世沉积物传输和堆积过程与晚新生代相似,具有相对稳定的两端元物源,为利用红河组和白鹿塬组沉积序列重建古气候古环境奠定了良好的基础。

     

Geochemistry of a sediment push-core from the Lucky Strike hydrothermal field,Mid-Atlantic Ridge

Hydrothermal sediment mineralogy and geochemistry can provide insights into seafloor mineralization processes and changes through time. We report a geochemical investigation of a short (22 cm) near-vent hydrothermal metalliferous sediment core from the Lucky Strike site (LS), on the Mid-Atlantic Ridge (MAR). The sediment was collected from the base of an active white smoker vent and comprises pure hydrothermal precipitates, mainly chalcopyrite, sphalerite, pyrite and barite, with negligible detrital and biogenic inputs. Geochemically, the core is enriched in elements derived from high-temperature hydrothermalism (Fe, Cu, Zn and Ba) and depleted in elements derived from low-temperature hydrothermalism (Mn), and metasomatism (Mg). The U/Fe content ratio is elevated, particularly in the deeper parts of the core, consistent with uptake from seawater associated with sulphide alteration. Rare earth elements (REE) concentrations are low and chondrite-normalized patterns are characteristic of high-temperature vent fluids with an enrichment in light REE and a pronounced positive Eu anomaly. A stronger positive Eu anomaly associated with higher La_n/Sm_n at the core top is controlled by barite precipitation. The hydrothermal influence on the REE decreases downcore with some evidence for a stronger seawater influence at depth. Nd isotopes also exhibit an increased detrital/seawater influence downcore. Pb isotope ratios are uniform and plot on the Northern Hemisphere Reference Line in a small domain defined by LS basalts and exhibit no detrital or seawater influence. Lucky Strike sediments are derived from high-temperature mineralization and are overprinted by a weak seawater–sediment interaction when compared with other Atlantic hydrothermal sites such as TAG. The larger seawater input and/or a larger detrital contribution in deeper layers can be explained by variable hydrothermal activity during sediment formation, suggesting different pulses in activity of the LS hydrothermal system.     

三峡大坝建成后长江输沙量的减少及其对长江三角洲的影响

三峡大坝建成之后,大量泥沙滞留于库区,出库泥沙量减少,坝下河床冲刷而提供相当数量的泥沙,支流湖泊供沙也发生变化,这将使进入河口地区的泥沙有所减少。三峡大坝以上长江干流和支流建设新的大坝,南水北调、封山育林、退耕还林以及减少水土流失都将进一步减少长江进入河口地区的泥沙。由此估计,三峡大坝建成后的百年内长江输入河口地区的泥沙约为2.0×10⁸～2.5×10⁸t/a;冰后期长江三角洲形成和发育期间的长江年均输沙量为1.84×10⁸～2.28×10⁸t。二者的数值相当接近,然而与近50年的观测(4.33×10⁸t/a)相差甚远,长江流域的气候变化和人类活动可能是造成这一现象的原因。文章着重说明中国和长江上游人口的增长、种植作物的改变可能是水土流失、长江泥沙量增长的主要原因。