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。     

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。     

冲绳海槽北部的全新世火山碎屑沉积

分析了冲绳海槽北部的CSH1岩芯沉积物中矿物组成、化学元素质量分数和粒度的变化规律,研究结果表明,在全新世期间,日本九州岛发生了2次大规模火山喷发活动,造成大量的火山物质沉积在冲绳海槽北部。从岩芯最上部的沉积物中可识别出2层火山碎屑沉积,它们都具有沉积物粒径突然变粗、SiO2和Na2O等化合物的质量分数突然增加以及粘土矿物、挥发份、Fe2O3、MgO、CaO和Sr的质量分数迅速下降等特征。沉积物粒度数据的端员分析结果表明,冲绳海槽北部全新世沉积物中的硅酸盐碎屑是由陆源碎屑物质和火山灰按不同的比例混合而成的。有火山物质混入的沉积物的粒度分布多呈现双峰模式,粒度众数值分别为74.3和7.81μm。浮游有孔虫壳体的AMS14C测年结果表明,2层火山碎屑所对应的火山喷发年代分别为7 210和10 870 cal.aBP。其中前者与K-Ah火山的喷发时间一致,后者可能与Kuju火山在12~10 cal.kaBP期间的喷发有关。     

冲绳海槽沉积物的化学成分特征及其地质意义

本文根据1983年采集样品系统地研究了冲绳海槽沉积物的化学成分,结果表明,冲绳海槽沉积物的主要化学成分为SiO_2,CaCO_3和Al_2O_3,尤其以CaCO_3含量较高而明显地区别于深海沉积物或陆架沉积物。从常量元素与微量元素之间的关系来看,冲绳海槽沉积物的绝大部分样品接近于陆壳物质,只有少数样品与洋壳物质相近。上述特征表明,冲绳海槽沉积物的物质来源除了生物沉积成因以外,在一定程度上仍以陆源碎屑沉积为主体,同时也有部分海底火山物质的加入。     

88ka以来冲绳海槽北部物源及沉积通量演化

通过对CSH1岩心131个沉积物样品中的稀土元素进行分析,恢复了冲绳海槽北部88ka以来碎屑物质来源及古环境的演化历史。结果显示,88ka以来稀土元素含量发生了剧烈的波动,范围为111~171.3μg/g(均值为130.9μg/g),高值出现在MIS2期,低值主要出现在MIS1期。在MIS4期存在显著的Ce负异常,这与底层水体通风减弱相关。物源分析表明,8ka以来冲绳海槽北部沉积物存在火山碎屑的贡献,MIS2—MIS5a期以陆源碎屑为主。在MIS2期与MIS4期及末次冰消期早期和晚期沉积物来源存在显著的差异。海平面与东亚夏季风是控制冲绳海槽北部陆源碎屑物质累积的主要因子。     

冲绳海槽中部17 000 a以来沉积物中微量元素的组成特征及其对古环境的指示

基于加速器质谱仪AMS14C高精度定年,以及应用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对S10孔岩芯沉积物进行微量元素测试,对冲绳海槽中部沉积物的微量元素组成及其记录的物源和古环境信息展开研究。研究结果显示,稀土元素、Th、Nb和Ta元素反映陆源碎屑混合矿物的化学组成特征,Zr和Hf元素指示锆石矿物的化学组成,锆石主要为火山来源,Sc元素可能与铁镁物质有关。稀土元素分析表明沉积物主要由陆源和火山源物质组成,陆源物质主要来自长江和黄河,不同时期,各源区物质贡献量不同:16 500~11 600 a,长江、黄河为沉积物的主要物质来源;11 600~7 750 a,长江物质贡献减少,黄河物质为主;7 750~6 450 a,K-Ah火山物质为主,长江、黄河物质供给骤减;6 450~3 900 a,长江、黄河陆源物质输入增加,4 000 a左右受火山作用影响;3 900~1 900 a,长江、黄河陆源物质输入持续增多;1 900 a以来长江、黄河物质仍有增加,且以黄河物质为主。此外,物源判别公式研究显示台湾物质输入量不能有效反映黑潮演变,而长江、黄河物质输入量对17 000 a以来东亚冬季风的强弱变化有很好的指示,可作为东亚冬季风演变的新证据。这些研究结果表明,冲绳海槽中部微量元素研究可得到海槽17 000 a以来物源及东亚冬季风的演化情况,有助于重建全新世以来沉积物物源及古环境的演变历史。     

冲绳海槽近3.5万a来陆源物质沉积通量及其对气候变化的响应

以冲绳海槽DGKS9603孔沉积物为研究对象,利用元素地球化学成分数据因子分析方法把混合源沉积物分离成陆源、火山源和生物源.结合沉积物干样密度和沉积速率对冲绳海槽近3.5万a以来沉积物中陆源物质沉积通量进行了估计,进而揭示陆源物质供应对气候变化的响应规律.研究表明,冲绳海槽的陆源物质主要来源于长江输运的我国大陆物质.在冰期—间冰期时间尺度上,海平面涨落导致的长江与海槽之间距离的伸缩是制约陆源物质通量变化的主要因素;在盛冰期和气候变冷事件(Heinrich事件)期间,东亚冬季风的增强使更多的粉砂级物质进入冲绳海槽,导致陆源物质通量增加.冲绳海槽沉积物记录的Heinrich事件与增强的东亚冬季风密切相关.     

冲绳海槽中段末次冰消期以来的元素地层

在对冲绳海槽中段180号岩心进行高分辨率取样的基础上,测定了沉积物中的23个地球化学指标,通过对各元素与Al₂O₃含量的比值在岩心中的垂向变化规律的分析,结合氧同位素、黏土矿物、粒度、AMS14C测年和R型因子分析方法,可将岩心从上至下划分为5层:第1,3,5层具有相似的元素组合特征,第2,4层为明显的异常变化层位,将元素的地球化学行为、元素组合与物质来源联系起来,并与碎屑矿物、古生物资料对比,探讨岩心中元素组合垂向变化的制约因素,据此讨论了冲绳海槽中段末次冰消期以来陆源、火山源及生物源物质的分布规律。结果表明,冲绳海槽中段末次冰消期以来的沉积物来源以陆源物质为主,但在局部层位可因生源组分和火山源组分的强烈影响而发生实质性的变化。     

冲绳海槽中部A7孔沉积物地球化学记录及其对古环境变化的响应

对取自冲绳海槽中部的A7孔沉积物进行了元素地球化学的测试与分析,配合高分辨率测年和氧同位素数据,探讨了冲绳海槽中部18000年以来的元素地球化学变化特征及其控制因素。使用R型因子分析方法,将分析的20种常量与微量元素分为4个主要的因子:因子I主要由Al、Ti、Th、Rb、Mg、U和Zn等元素组成,代表了陆源物质有关的元素组合,可作为陆源物质输入的指示因子;因子II主要由Ca、Sr、Ba、P等元素组成,代表了与生物作用有关的元素组合,可作为古生物生产力指示因子。根据各元素及其组合随时间的变化特征,整个A7孔沉积物可明显分为4段:18-15 kaBP(Ⅰ),15-8 kaBP(Ⅱ),8-2 kaBP(Ⅲ)和2 kaBP以来(Ⅳ),前3段中都表现出陆源物质先增加再减少的变化趋势,古生物生产力的变化相对复杂,规律性不强,但总体表现出与陆源物质输入相反的变化趋势;第4段中则表现出2 kaBP年以来陆源物质的输入有一定的加强,而古生产力则没有大的变化。在7.3 kaBP左右发生的火山物质快速堆积事件对柱状沉积物的地球化学特征产生了较大的影响,也使陆源物质输入和古生物生产力急剧降低。自18 kaBP年以来,元素地球化学组成的变化主要受温度、海平面变化、黑潮水的“摆动”的影响,而火山沉积也造成了一定的影响。     

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。     

冲绳海槽中段近4万年来沉积物属性和来源

对冲绳海槽中段DGKS9603孔134个样品(孔深0~481cm),测试了18种常、微量元素,对该柱样的29个样品(孔深0~488cm)进行了REE测试。对采自长江三角洲的CYm柱样和黄河三角洲的S3柱样中的晚更新统的5个样品进行了常、微量元素和REE测试。分析表明,冲绳海槽中段在全新世、末次盛冰期和末次间冰期的沉积物均以陆源物质为主,生物沉积为次。末次盛冰期以陆源硅质碎屑沉积的大量增加为特征;全新世生物沉积量有较大的增加;末次间冰期介于上述两者之间,但较全新世更富陆源物质。冲绳海槽的物源演化受末次冰期的影响,具有阶段性。对比冲绳海槽与长江和黄河物源的地球化学参数,包括REE、稀有元素、惰性常、微量元素,判识出末次盛冰期冲绳海槽的陆源物质,具有长江源的物质属性,沉积物可能主要来自古长江。     

末次盛冰期以来冲绳海槽中部沉积物有机碳和磷的地球化学研究

利用元素及同位素地球化学方法研究了冲绳海槽中部沉积物岩芯中有机碳及磷的地球化学特征及影响因素。结果表明,冲绳海槽沉积速率（16.5~32.5 cm/ka）变化小,不是沉积物中有机碳埋藏的重要影响因素。相对于全新世氧化性底水环境,末次盛冰期/冰消期冲绳海槽缺氧底水环境提高了沉积物对有机碳的埋藏效率。冲绳海槽沉积物中各形态磷的相对含量与其他边缘海沉积物中的相似。交换态磷（Ex-P）含量低、变化小。末次盛冰期/冰消期缺氧底水环境下铁氧化物的还原溶解导致铁结合磷（Fe-P）释放以及自生磷矿物（Au-P）的形成。全新世氧化性底水条件有利于铁氧化物的有效再生及对磷的再吸附,但不利于Au-P的保存。总有机碳（TOC）和有机磷（Org-P）之间良好的相关性表明TOC埋藏对Org-P含量的重要控制作用。冲绳海槽沉积物中碎屑磷（De-P）含量低于长江口及东海陆架沉积物中的含量,这与陆源碎屑向外海传输减弱有关。在约9.3 ka BP（岩芯200 cm深度）,TOC、Fe-P、Org-P、De-P以及Fe_HR均出现的极小值可能由物质坡移造成。     

冲绳海槽南部沉积物碎屑锆石U-Pb年代学特征及物源示踪意义

冲绳海槽南部作为冲绳海槽全新世以来沉积速率最快的区域,其沉积物记录了物源区、黑潮及东亚季风演化等多方面的信息.通过碎屑锆石年代学,对冲绳海槽南部H4-S2孔沉积物开展了物源示踪研究.结合核密度估计图解(Kernel Density Estimation,KDE)、累积年龄分布(Cumulative Age Distri...     

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。     

冲绳海槽中段表层沉积物物质来源的定量分离:Sr-Nd同位素方法

利用1994年85－904航次获取的冲绳海槽中段表层沉积物样品，测定其硅酸盐相的^87Sr/^86Cr和^143Nd/^144Nd比值，以定量研究冲绳海槽中段表层沉积物硅酸盐物质的来源，结果表明，冲绳海槽中段陆坡区表层沉积物硅酸盐相的^87Sr/^86Sr/^143Nd/^144Nd与东海陆架沉物硅酸盐相的^87Sr/^86Sr和^143Nd/^143Nd相当，槽底和东坡沉积物硅酸盐相的^87Sr/^86Cr和^143Nd/^144Nd值介于中国大陆硅酸盐物质和海槽水山碎屑的^87Sr/^86Sr,^143Nd/^144Nd比值之间，并大致具有两端员混合特征，利用以Sr同位素为参数的二端员混合方程进行物源定量分析的结果表明，冲绳海槽中段的西坡和槽底表层沉积物硅酸盐相以陆源物质为主，最大值为91．07％，由西向东，陆源物逐渐减少，在海槽东坡含量最小，最小值为9．93％，火山源物质在东坡含量最高，量大值为64．92％，由东向西，由北向东，火山源物质逐渐减少为零。     

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。     

冲绳海槽陆源碎屑峡谷通道搬运与海底扇沉积

应用“向阳红16号”1992年地质调查和“向阳红9号”1995年地球物理调查的实际资料，并参照80年代以来有关研究成果，对冲绳海槽沉积物类型、陆源组分的堆积形式、沉积速率、物质通量以及沉积环境状况等进行了研究，结果表明，冲强海槽陆源碎屑主要集中在海底峡谷口外，形成海底扇沉积，海底扇以其与峡谷伴生而地势和缘、陆源组分含量高、沉积通量大、沉积物楔入体复合叠置为标志，揭示出海底峡谷在陆源碎屑向海槽输送过程中的通道作用；提出陆架潮流与海底峡谷内波、内潮汐的联合作用是陆源碎屑经峡谷通道向海槽持续搬运的主要动力因素，而黑潮摆动及其涡旋分支对峡谷上游沉积物的供给具有积极作用。     

南海东部海域的沉积作用和物质来源研究

1998年在南海东部海域采集了195个表层和24个柱状沉积物样,对沉积作用和物质来源研究表明:(1)南海东部海域具有典型的边缘海沉积特征,沉积物主要由陆源碎屑、生物碎屑、火山碎屑、浊流沉积物组成,沉积作用具有多样性;(2)黄岩岛以北海区沉积物中基性岩组分含量为23.2%,陆源硅铝质组分含量为76.8%,这两种组分的理论计算值与海底沉积物实际分布相一致;(3)由碎屑矿物分析得出陆源矿物、混合矿物、自生铁锰矿物和中基性火山矿物四种矿物组合区,矿物组成和含量差异反映了物源和沉积环境的变化;(4)对沉积物中大于0.063 mm的物质全组分分析表明,生源组分占66.97%,其中钙质生物含量为23.43%,硅质生物含量为43.54%,钙质生物高值区主要分布在水深小于3 500 m的海区,硅质生物高值区主要分布在水深大于3 500 m的深水区;(5)南海东部海域火山沉积作用明显,海底扩张区沉积物中铜、钡、铁、锰、钴、镍、砷等金属物质分布与海底构造和海底中基性火山活动密切相关;(6)对沉积物粒度、物质组成和生物化石组合分析表明北部陆坡区69柱187.5~190.0,287.5~280.0,377.5~380.0 cm,深海平原区149柱157~187,187~194 cm,南部陆坡区323柱280~350 cm在粒度上表现出浊流沉积特征;(7)对锶同位素物源示踪和粒度、矿物的研究表明,北部陆源碎屑向南一直扩散到约17 N,西吕宋海槽是亚洲大陆物质特别是我国大陆物质向南海东部海域输运的主要通道.     

亚北极太平洋边缘海表层沉积物地球化学特征

对鄂霍次克海和白令海及其毗邻区40个站位表层沉积物样品的粒度和43种地球化学元素分析表明,表层沉积物类型及地球化学组成在空间上分布存在显著差异。因子分析显示,表层沉积物元素地球化学存在陆源、生源(Ba,Ca和Sr等)和自生源(Mn,Mo和Cd)三种来源。沉积物粒度与主微量元素分布没有显著的相关性。主微量元素地球化学散点图揭示表层沉积物碎屑物质存在来自火山和上地壳风化产物的贡献。白令海陆坡流和东萨哈林流对于底层沉积物分选有重要的影响。聚类分析显示,在空间分布上,鄂霍次克海以及底特律海山表层沉积物由陆源碎屑和火山物质混合构成;堪察加半岛东侧表层沉积物主要来自堪察加半岛,以火山碎屑贡献为主;白令海西北陆坡和鄂霍次克海西部陆坡表层沉积物主要来自阿纳德尔河和黑龙江(俄罗斯境内为Amur河)的输入,以陆源碎屑为主。研究区表层沉积物地球化学空间分异性与碎屑物质的来源、搬运动力、区域水动力条件密切相关。     

冲绳海槽表层沉积物元素地球化学及其对物源和热液活动的指示

对采自冲绳海槽北部和南部唐印、第四与那国热液区附近的表层沉积物进行了主、微量和稀土元素分析。结果表明冲绳海槽北部和南部表层沉积物元素组成具有很大差异。北部沉积物中Ca、Sr、Na元素含量较高,大部分微量和总稀土元素含量较南部沉积物低。北部沉积物中有钙质生物组分及火山物质的加入,由于这些物质稀土含量较低,对沉积物中的稀土元素造成了稀释作用。北美页岩标准化稀土元素配分模式整体较平坦,轻稀土略富集,重稀土相对亏损,弱Ce和Eu异常,表明冲绳海槽北部表层沉积物陆源物质主要来自黄河和台湾河流输入的部分物质。冲绳海槽南部表层沉积物Si、Fe、Ba、Cu、Pb、Zn和稀土元素含量较高,轻重稀土分馏减弱,重稀土含量升高。由于受热液活动影响,一定量的黄铁矿、磁黄铁矿、重晶石及热液Fe-Mn氧化物的加入,使得南部沉积物的Fe以及部分微量元素含量升高,并表现出类似热液流体正Eu异常的稀土特征。这些Fe-Mn氧化物不仅从热液流体中清扫稀土元素,而且可以从海水中清扫稀土元素,使得沉积物负Ce异常减弱,总稀土含量升高。此外,样品中有一定量的过剩Si,来自热液活动。稀土元素配分模式及(La/Sm)N-(Gd/Yb)N比值表明冲绳海槽南部沉积物主要陆源物质来自台湾。