Heavy Metal Distributions and Source Tracing in the Lacustrine Sediments of Dongdao Island,South China Sea

The levels and depth distributions of As, Cd, Cu, Zn, Pb, Hg, Fe and Mn in two sediment cores DY2 and DY4 collected from the ＂Cattle Pond＂ of Dongdao Island, South China Sea, were determined and analyzed with the main objective to identify the sources of these elements and evaluate the corresponding sedimentological and geochemical processes. Lithological characters and sedimentary parameters such as LOI950℃, CaO, LOI550℃ and TOC indicate that the depth of 96 cm and 87 cm are the critical points for DY2 and DY4 cores, respectively. As, Cd, Cu, Zn, Hg and P are remarkably enriched in the ornithogenic sediments above the critical depth points; their concentration-versus-depth profiles are similar to those of TOC and LOI550℃; the ratios of As, Cd, Cu, Zn, Hg over Ca are significantly correlated with P/Ca. Statistical and comparative analyses of these elements＇ levels in the ornithogenic sediments of DY2 and DY4 strongly suggest that seabird droppings are the main source of these elements. Additionally, for the upper sediment layers of DY2 and DY4 cores, Fe oxide sorption mechanism, like organic matter, may also play an important role in the abundances of heavy metals. Heavy metal Pb has geochemical characteristics distinctly different from those of As, Cd, Cu, Zn, Hg and P, and its isotope composition indicates an origin of anthropogenic emissions from the surrounding countries. These geochemical characteristics in the orinithogenic sediments of Xisha Islands are compared with the studies in the remote Antarctic and Arctic regions.     

南海东部海域沉积物粒度分布特征

对南海东部海域 179个站表层沉积物作了粒度分析、粒度参数计算和多元统计分析 ,结合有关资料探讨了南海东部沉积物粒度分布特征、沉积物运移方式和沉积环境。南海东部表层沉积物主要粒级是 4 .0～ 10 .0(粗粉砂—粗粘土 ) ,核心粒级是 6 .0～ 8.0(细粉砂 ) ,火山灰沉积物平均粒径 4 .4 6～ 6 .4 0 ,平均 5 .6 9。粒度R型聚类分析得出三群 :第一群由 1.5～ 3.0、9.5～ 14 .0粒级组成 ,也就是粗、细两端粒级。第二群由 3.5～ 5 .0粒级组成。第三群由5 .5～ 9.0粒级组成。各粒级归类良好 ,图形清晰。R型因子分析结果表明前 4种因子累计特征值比例达 94 .5 0 % ,因子 1和因子 2是主导因子。因子 1主要由负载荷粗粉砂级和正载荷粘土级物质构成。因子 2主要由负载荷极细砂级和正载荷细粉砂级物质组成。因子 3和因子 4分别由悬浮质 (0 .0 6～ 0 .12 μm)和中砂 (2 5 0～ 35 4 μm)组成。沉积物因子作用分区与物质来源、海流、地形和沉积作用密切相关。南海东部沉积物中粉砂和粘土含量总体上由北向南呈线性逐渐增加 ,平均粒径和峰态也有同样的变化趋势 ,分选系数和偏态则明显地反映出在约 17°N呈急剧下跌和上升 ,这些现象表明 17°N是南部、北部沉积物类型分界线位置。沉积物粒度、物质组成和     

南海表层沉积物中放射虫多样性与丰度的分布与环境

采用定量分析方法, 较系统地探讨了整个南海不同环境表层沉积物中放射虫的分布特征及其环境指示意义.结果显示: 南海表层沉积物中放射虫的种类多样性和个体丰度随着水深而增加, 表明南海较深水处的放射虫壳体溶解现象不明显; 上升流活动和海底火山喷发有利于放射虫的大量繁殖, 产生区域性的沉积富集; 反之, 较深水的陆坡区沉积物中出现放射虫种类与丰度异常减少, 可能属浊流搬运再沉积的结果, 物源来自陆架或上陆坡; 种类组成以热带-亚热带特征为主, 还包含了一定数量的冷水种或极区种, 表明在特定海区的古环境分析中采用单一指标判断可能会造成误解.沉积物中放射虫的综合指标较好地反映了南海的生态与沉积环境特征.      

南海西部海底巨型麻坑活动性示踪研究

南海西部陆坡海域海底广泛发育麻坑,其规模和数量在世界范围内均属罕见,但关于它们目前的活动特征尚不清楚。通过对西沙隆起西南部麻坑区采集的两根沉积柱样孔隙水SO^2–4、K^＋、Mg^2＋、Ca^2＋、Sr^2＋以及溶解有机碳（DIC）含量随深度的变化特征的研究,揭示麻坑内与硫酸根消耗有关的生物地球化学过程,并推断麻坑目前的活动状况。采集于麻坑外的C9柱样SO^2–4浓度变化整体呈向下凹的形态降低,减少的硫酸根是被有机质硫酸盐还原作用消耗。采集于麻坑内的C14柱样SO^2–4浓度梯度呈现明显的三段式变化,0.00-0.66 m内SO2–4浓度变化主要受有机质硫酸盐还原作用控制,0.66-3.70 m受有机质硫酸盐还原和甲烷缺氧氧化共同控制,3.70 m以下部分主要受甲烷缺氧氧化作用的影响。根据C14柱样3.7 m以下孔隙水硫酸根浓度梯度计算的硫酸根-甲烷交接带（SMI）约在14.3 m处,甲烷向上扩散的通量约为0.0144 mol/（m^2·a）。此外,2个柱样沉积物孔隙水的Ca^2＋浓度均随深度明显降低,而Mg2＋浓度略微降低,主要与自生碳酸盐矿物沉淀有关。C14的Mg/Ca和Sr/Ca随深度变化指示该柱样沉积物中自生碳酸盐岩矿物主要为高镁方解石。2个柱样的孔隙水地球化学特征显示目前研究区麻坑活动不活跃, C14麻坑中含甲烷流体发生微弱渗漏,可能处于麻坑活动的衰落期。     

南海北部油气缓释环境沉积物脂类化合物组成特征

认识沉积环境有机碳留存状况是阐述油气形成过程中有机碳早期成岩的关键内容。以南海珠江口盆地及其邻近海域为背景,通过研究表层沉积物中脂类化合物的形态组成,认识脂类有机碳的来源和留存状态,阐述特征脂类分子的早期成岩特征。结果表明,研究区域表层沉积物有机碳含量为0.22%～0.66%,有机碳稳定同位素分布在-20.88‰～-22.93‰之间,表现为显著的海源特征。沉积物中共检测出21种脂肪酸、6种脂肪醇、8种甾醇和植醇;总脂肪酸、脂肪醇、甾醇和植醇含量分别为12.57～40.27μg/g、5.35～8.98μg/g、0.15～3.75μg/g和0.01～3.99μg/g干重,总体表现为靠近珠江口和台湾海峡略高。脂类化合物的存在形态以游离态(FR)和碱性水解态(BH)为主,酸性水解态(AH)贡献较低;其中植醇和甾醇呈现显著的BH优势,植醇中未检出AH组分的贡献。脂类化合物主要来自于海洋现场生产,海洋微藻和细菌的相对贡献率分别为21.18%～33.78%和11.02%～15.64%,陆源高等植物贡献低于5%。来源于硫酸盐还原菌的支链脂肪酸在靠近珠江口海域高达1.79～2.62μg/g,占总脂肪酸的5.14%～6.50%,并与硫酸盐还原过程相关的古菌分布相一致。     

南海表层沉积物中的碳酸钙含量分布及其影响因素

通过测定南海213个表层沉积物样品中的碳酸钙含量, 综合分析整个南海海域碳酸钙含量分布特征及其控制因素.结果表明, 不同的区域海洋环境, 控制表层沉积物中碳酸钙含量变化的因素也不尽相同: 大陆架区, 碳酸钙含量主要受陆源非碳酸盐物质的稀释作用而较低; 大陆坡区, 碳酸钙因丰富的物源量、低的陆源物质输入量和弱的碳酸钙溶解作用等因素而呈较高含量; 深海盆区, 碳酸钙含量因强烈的溶解作用而较低.根据碳酸钙含量在南海整个表层沉积物中的分布趋势, 推测南海纬度14°N以北的海域碳酸钙补偿深度(CCD)为3700m左右, 纬度14°N以南的海域CCD为4000m左右.Pearson相关分析表明, 南海表层沉积物中钙质超微化石对碳酸钙的含量分布具有较高的贡献率.      

A 2200-year Record of Seabird Population on Ganquan Island, South China Sea

Geochemical characteristics of a 107 cm long sediment profile, collected from Ganquan Island, South China Sea, were analyzed. Based on concentrations of bio-elements (Cu, Zn, Cd, Ba, As, Se, P), 210Pb and AMS14C dating, we reconstructed seabird population of Ganquan Island over the past 2200 years. Seabirds inhabited this island more than 2200 years ago, and their population displayed remarkable fluctuations with two peaks around 2100–1850 yr BP and 900–300 yr BP, respectively. The seabird population change profile on Ganquan Island is similar to that on Dongdao Island over the past 1800 years. We examined the relationship between the seabird population and climate, and found it quite complicated. The seabird population did not reach the maximum during the Medical Warm Period (MWP) with relatively high average temperature; however, it remained near the peak value for about 600 years during the climatic transition period and the Little Ice Age (LIA), indicating that a relatively cool climate is favorable for seabirds on Ganquan Island.     

Occurrence of Different Forms and Implications of Compound Specific Sterols in Continental Sediments of the Northeast South China Sea

The South China Sea(SCS) is one of the most productive and accumulative marginal shelves of organic carbon in the world. To expound the transformation and preservation of organic carbon in the Northeast SCS, where abundant oil and gas resources have been reported, compound specific sterols in free(FR), base hydrolytic(BH), and acid hydrolytic(AH) forms were analyzed in surface and columnar sediments in May, 2016. The results showed that the total contents of sterols detected ranged from 0.15 to 3.74 ppm dry weight in the surface sediments, and gradually decreased from 3.41 to0.17 ppm dry weight from surface to deep sediments, in which cholesterol(27~(△5)) was the most abundant component. Sterols mainly existed in the BH form(54.51%-74.20%), followed by the FR form(25.50%-45.49%) and then the AH form(0-3.77%) in turn, in the surface sediments. BH and FR sterols accounted for 0-49.08% and 50.92%-100% in the columnar sediments, while AH sterols were undetectable. The contents of specific sterols indicated that, the primary source of marine organic carbon was about 5 times as much as that from terrestrial input. More and more FR sterols transformed into BH sterols with increasing sedimentary depth, and BH sterols absolutely dominated in sediment depths under 25 cm. The forms of Sterols C27 were maintained at a relative consistence state, but Sterols C28 to C30 degraded gradually during the sedimentation process. It was suggested that the stability of sterols, based on the chemical structures, might be the primary factor controlling their degradation and preservation in deeper sediments. These results would help to understand the organic carbon(OC) transformation in a hydrate formation area in a marginal sea.     

南海沉积物中过剩铝问题的探讨

本分析了南海两个沉积物柱样的全、酸溶解残余物质和酸溶解组分的Al2O3、TiO2含量和Al/Ti值,结果显示其存在明显的非碎屑A1组分(占沉积物总A1含量的20％—70％)。因此通常使用沉积物的Al含量来估算陆源碎屑的比例可能会导致过高的结果。而TI则不存在自生富集现象,是估算陆源碎屑比例的最佳代用指标。     

南海北部东沙群岛HD196站位地球化学特征及其对水合物的指示

南海北部是中国海上油气的重要基地,也是中国天然气水合物调查的首选地区。对南海北部东沙群岛附近具有BSR特征的HD196站位沉积物样品的地球化学特征进行综合分析,得到以下结果:柱状样沉积物的常量元素的分布具有分段性,且与沉积物孔隙水中的离子浓度和甲烷含量的变化趋势相一致,可能对其下面是否存在天然气水合物有指示意义;同时柱状样沉积物孔隙水中离子浓度的变化与世界上发现天然气水合物地点的孔隙水离子浓度的变化一致。HD196站位的地质条件表明本站位具有天然气水合物形成的温压条件、气源条件和构造条件,因此在本站位的下面赋存天然气水合物的可能性比较大,在此进一步工作有可能取得天然气水合物勘查的突破。     

南海东北部表层沉积中钙质超微化石的分布特征

对南海东北部188个表层沉积样品进行了钙质超微化石分析.结果表明,除2个样品外,其他样品均含有超微化石,但丰度相差悬殊,在(9～1 684)个/10视域范围内变化.钙质超微化石相对丰度在平面上的分布可划分为3个区.共鉴定出钙质超微化石17属27种,以Florishaera profunda,Gephyrocapsa oceanica,G.spp.(small)和Emiliania huxleyi为优势种.调查区钙质超微化石的分布受多种因素的综合影响.重点讨论了水深、陆源物质的输入、碳酸盐溶解作用等因素对超微化石丰度及优势种分布的影响.     

南黄海表层沉积物的碎屑矿物、地球化学特征及物源分析

以南黄海中、西部表层沉积物的测试数据为基础,分析了表层沉积物的碎屑矿物组合特征、分布规律和能灵敏指示物源的CaCO₃、TiO₂、Cu、Sr和Ba的含量特征、分布规律,将这些特征分别与黄河和长江沉积物、黄土进行对比,探讨了南黄海中、西部的物质来源。南黄海西北部主要来源于现代黄河物质和山东半岛及邻近海域的侵蚀基岩;苏北黄河三角洲沉积物主要来源于全新世海侵期海水对古黄河沉积物的改造,其次为海水对基岩的侵蚀,现代黄河物质的影响较小;中部表现出多源性,沉积物部分来源于海侵期海水对海底基岩的侵蚀、改造、再沉积,部分来源于长江物质、黑潮物质及古黄河物质,长江物质影响大于古黄河物质;南部主要来源于长江物质。研究结果表明,现代黄河物质影响的范围小于长江物质;古黄河曾于晚更新世在苏北入海。     

南海北部孔隙水碘与天然气水合物成藏关系研究

天然气水合物是一种重要的新型能源。然而,深海水合物具有埋藏深、作业难度大等特点,水合物难以被高效准确地识别,这已成为制约南海水合物地质调查的瓶颈之一。针对这一问题,本文结合近年来国际上新兴的碘及碘同位素方法,对南海北部台西南盆地两个站位的柱状沉积物(HD-86V和HD-109)开展了水合物成藏识别的研究。该沉积物孔隙水中碘离子含量分别介于8.3~132.0μmol/L和7.4~118.1μmol/L之间,远高于正常海水值(0.44μmol/L)。结合区域水合物勘查结果及甲烷含量特征,发现孔隙水碘离子含量与甲烷含量表现为显著的正相关关系。对比琼东南盆地及神狐工区等区域数据,均表明沉积物孔隙水碘离子含量在南海水合物成藏示踪方面具有良好的应用前景和推广价值。     

南海表层沉积物的稀土和微量元素的丰度及其空间变化

对南海表层沉积物中稀土元素、微量元素丰度和分布特征的研究结果表明,在空间分布上,∑REE与Nb、,Th、Ta、Rb、Ti、Zr、Hf、Cs、Ga、Li等相似,呈显著正相关,反映出这些元素在风化、搬运和沉积过程中地球化学行为非常相似;元素Sr几乎与所有元素都呈负相关,指示其来源或存在形式不同于其他元素,主要来源于生物作用,而在粗粒级的钙质生物贝壳和碎屑中富集.∑REE与Nb、Th、Ta、Rb、Ti、Zr、Hf、Cs、Ga、Li在陆架区具有沿陆分带特点,北部陆架区、中南半岛中东部和加里曼丹岛西北部沿大陆区域富集,与该区陆源河流物质输入及海流的分选作用,造成某些富含稀土和微量元素的重砂矿的富集有关;西南部巽他陆架和东南部岛礁区以及中、西沙附近区域含量较低,与该区域的生源碳酸盐的稀释作用,使粘土矿物相对减少和火山物质对其产生的"稀释"作用有关.南海各海区沉积物和全海区表层沉积物平均值的球粒陨石标准化稀土元素分布模式,总体上与中国大陆沉积物和浅海沉积物相似,而与大洋玄武岩完全不同,反映了南海沉积物与中国浅海沉积物及中国大陆沉积物的物源大致相同,主要来自陆源.南海各海区沉积物稀土元素的球粒陨石标准化配分曲线仍表现出了一定差异,陆架区轻稀土比重稀土明显富集,存在比较明显的Eu负异常,与陆架区相比较,陆坡区和海盆区则轻稀土含量相对降低,重稀土含量有所上升,LREE/HREE从陆架区、陆坡区到海盆区逐渐降低,显示陆架区主要为陆源,而陆坡和海盆沉积物中则有幔源物质加入.稀土元素的大陆壳标准化配分模式大部分较为平坦,少数样品呈轻稀土弱富集型或重稀土弱富集型.说明南海海表层沉积物主要来源于周边大陆.从各海区沉积物稀土元素的大陆壳标准化配分曲线对比来看,陆架区表现为轻稀土富集、重稀土亏损,具一定的铕负异常,深部海盆区则出现明显的中稀土和重稀土的富集,铕异常变弱,与深部海盆区有基性火山物质的加入的地质事实相吻合.南海表层沉积物稀土元素和微量元素总体上呈现出以陆源沉积为主的特征.其元素平均丰度和各参数值都比较接近陆源河流和中国浅海沉积物,而与深海沉积物和大洋玄武岩差别显著,显示南海沉积物虽然受到火山沉积和生物沉积的混合作用的影响,但其物质源仍然主要来自于周缘大陆.     

西沙群岛东岛轮藻的发现及其意义

东岛是西沙群岛第二大岛,东岛"牛塘"是西沙群岛中少见的淡水型湖泊,在牛塘的表层沉积物中发现了大量现生轮藻藏卵器,经鉴定为Lamprothamnium（丽枝轮藻属）。其藏卵器为长球形或亚长球形,最大长度（LPA）为560~780 μm,最大宽度（LED）为360~500 μm,等轴率（ISI）为156~194。前人对东岛牛塘沉积物钻孔的研究中均没有轮藻的相关报道,此次发现的轮藻是南海诸岛轮藻的首次发现,轮藻的发现意味着该地的淡水生态系统发育到更加稳定的新阶段,对西沙群岛淡水生态系统的研究有重要意义,也为南海珊瑚岛礁淡水生态系统的管理与保护提供科学依据。     

南海中部近代沉积物中烃类气体的地球化学特征及其来源

测试了 37个南海中部北部、南部陆坡以及深海平原表层近代沉积物中的烃类气体的组成和 14个样品的甲烷碳同位素组成,北部陆坡区甲烷的归一化平均含量 94%,南部陆坡区 91%,深海平原 95%,重烃含量分布在 0 ~20%,总体平均为 9%,甲烷的碳同位素陆坡区为-30‰~-40‰,深海平原区在-24‰到-36‰之间。陆坡区烃类气体主要为热成因气,深海平原中的烃类气体可能由与火山活动有关的有机成因气以及通过断裂到达海洋表层沉积物的无机成因气组成。     

南海北部湾全新世以来沉积物地球化学特征及物源分析

为探讨全新世以来南海北部湾沉积物的沉积环境变化,对北部湾海域的SO-31沉积物柱状样进行了元素地球化学分析。根据元素地球化学的垂向分布特征,将SO-31沉积柱划分为3个单元,反映了全新世不同时期的区域海平面波动以及沉积物物源的变化。SO-31沉积柱的稀土元素配分曲线和La/Co与La/Sc散点图分析表明:111 400~12 800 a BP(全新世前期),研究区海平面较低,红河、其他周边河流及海岸侵蚀物均为本区的主要物源;28 500~1 1400 a BP(全新世早期),随着海平面的逐渐上升,河口和岸线逐渐后退,各物源供给区对本区沉积物的贡献量也发生了相应变化,相对而言红河贡献率有所下降;30~8 500 a BP(中全新世至今),区域海平面持续上升导致了琼州海峡打开,北部湾水动力环境和物源供给发生了剧变,红河对本区的物源贡献逐渐变小,而来自北部湾东部的物质成为本区沉积物的主要物源。     

南海西南海域表层沉积物中微量元素Ba的地球化学特征

分析南海西南海域表层沉积物中微量元素Ba的地球化学特征,并探讨生物成因Ba的分布及其与表层海水生产力的关系。南海西南海域表层沉积物Ba总量的变化范围为398~1 270 μg/g,平均值为851 μg/g,从上陆坡到下陆坡,沉积物中的Ba含量逐渐增加;微量元素Ba主要赋存于陆源碎屑相和生物成因相中,且明显受到沉积环境水深和陆源物质输入的影响。生物成因Ba含量的变化范围为30.6~938 μg/g,陆坡区和深海区平均值分别为495 μg/g、349 μg/g,占沉积物Ba总量的54％和51％,总体上,与沉积物Ba总量具有相对一致的分布特征。尽管研究区表层沉积物中Al、Ti成分为典型的陆源碎屑组分,但是,利用大陆上地壳Ba/Al比值和陆坡区沉积物回归分析获得的Ba/Al比值进行生物成因Ba的计算,过高地估算了沉积物中陆源Ba的含量;而采用页岩Ba/Ti比值来估算陆坡区表层沉积物中的生物成因Ba含量显得相对可靠。在深海区,利用经验的Ba/Al或Ba/Ti比值均不能获得有效的生物成因Ba值。因此,在获取沉积物中生物成因钡含量时,需结合各海区的特点选取合适的参数来扣除陆源Ba的含量。     

南海表层沉积物中放射虫的组合特征与海洋环境

南海拥有较齐全的边缘海地理地貌与生态环境, 沉积物中保存的放射虫种类繁多, 个体丰富.本文采用数理统计与聚类分析方法, 对表层沉积物中放射虫的组合特征进行了较为详细的定量分析, 以期获得可靠的放射虫组合与分布的特征.聚类分析结果显示, 放射虫组合在南海表层沉积物中的分布大致可区分为5种类型: 陆架浅水区型、陆坡珊瑚礁区型、中央海盆区型、南部富营养区型和夏季上升流区型, 它们分别对应于特有的海洋环境, 并由含有某些优势种类的放射虫群落所组成.进一步分析还表明, 南海的北部、中部和南部分别表现为3个不同生态环境的海区: 北部海区受陆源影响较为明显; 中部海区被中央水团、海底火山活动和夏季上升流活动所控制; 南部海区总体上属于典型的珊瑚礁海洋环境, 生态与沉积环境明显优越于北部海区.南海表层沉积物中放射虫的组合分布特征较好地响应和反映了所在海区的生态环境与沉积条件, 是探讨古海洋环境的重要依据.      

刘家峡水库西南部水域表层沉积物重金属污染评价

为了研究刘家峡水库西南部水域表层沉积物中重金属的污染状况,对采集的55个表层沉积物样品中的6种重金属元素Cr、Cd、Ni、Cu、Zn和Pb的含量进行测试,其平均含量分别为77.03μg/g、0.16μg/g、33.53μg/g、32.09μg/g、291.77μg/g、22.44μg/g。在研究表层沉积物重金属含量空间分布的基础上,运用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法,综合判断水库的受污染程度并对其潜在生态风险进行评估。6种元素的地累积指数排序依次为：Zn > Cu > Cd > Ni > Pb > Cr;潜在生态风险系数排序依次为：Cd > Cu > Pb > Zn > Ni > Cr;各区域重金属污染程度或潜在生态风险水平依次为黄河主河道 > 大夏河河口 > 黄河横剖面。综合4种方法的评价结果,认为对刘家峡水库西南部表层沉积物重金属污染及潜在生态风险评价贡献率较高的重金属污染因子是Zn、Cu和Cd;综合相关性分析与主成分分析,认为研究区沉积物重金属污染主要来源于两个方面：（1） Zn、Cu主要来源于生活污染或工业污染;（2） Cd主要来源于工农业活动产生的污染。