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。     

18.5ka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18.5ka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(492~96cm)形成于末次冰消期及早全新世(18.5~9.6ka),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(96~0cm)则形成于早全新世以来(9.6ka),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7.3ka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5~3.5ka期间,KX12-3孔的Fe_2O_3、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。     

冲绳海槽北部15ka B.P.以来沉积物源及控制因素——稀土元素的证据

用等离子体质谱法(ICP-MS)对冲绳海槽北部Y127孔16个沉积物样品的稀土元素(REE)进行了分析。根据AMS14C测年结果,Y127孔记录了冲绳海槽约15kaB.P.以来的沉积历史。约11.1kaB.P.以来,沉积物的稀土元素总量(ΣREE)由表层102.4μg/g向下增加到136.1μg/g,平均为123.3μg/g。15—11.1ka,ΣREE在149.1—169.2μg/g之间,平均为158.6μg/g,总体趋势由上向下逐渐增加。轻、重稀土元素比值(ΣLREE/ΣHREE)在上述两个时间段中分别为8.16和9.42,其变化趋势与∑REE的完全相同。La/Sm在两个时段分别为6.70和7.15。球粒陨石标准化的结果表明,15kaB.P.以来冲绳海槽北部沉积物具有相同的配分模式,表现为LREE富集,HREE弱亏损。δEu的值在0.69—0.76之间,中等程度的负Eu异常;δCe在0.85—0.95之间,为弱的负Ce异常。经页岩标准化(NASC)后,REE配分模式曲线平坦,弱的正Eu异常和弱的负Ce异常。通过Y127孔沉积物REE特征与长江、黄河沉积物的对比研究,在15—11.1kaB.P.沉积物的REE组成基本反映了源区的物质组成特征,沉积物主要以长江物质为主,影响沉积物REE特征的主要因素是海平面变化和源区的物质特征。11.1kaB.P.以来,由于海平面上升,可能仅有少量黄河来源物质进入冲绳海槽北部,源区沉积环境和沉积物的组织,加上火山物质和生源组分的共同作用,形成了这一时期沉积物的REE特征。     

南海西沙海槽XH-CL16柱状沉积物稀土元素特征及其物源

西沙海槽是我国南海北部重要的天然气水合物勘探远景区。然而,目前对西沙海槽区沉积物的物源分析仍然存在众多争议。对西沙海槽XH-CL16柱状沉积物的稀土元素地球化学分析,显示该柱状沉积物的ΣREE介于131~171×10-6之间,表现为轻稀土相对富集,(La/Yb)N为9.5,具有明显的Eu负异常,δEu值在0.66~0.79之间。其稀土元素配分模式显著区别于大洋玄武岩,具有明显的陆壳特征,并且该沉积物具有相似于珠江口沉积物、红河沉积物以及黄土的稀土元素配分形态,暗示西沙海槽区沉积物主要为陆源沉积,而且可能是多物源多方式传输的结果。此外,通过该柱状沉积物中CaCO3含量变化特征与同海域标准碳酸盐地层学时标的对比,显示该柱状沉积物主要为MIS3期以来的沉积。而其中MIS2期沉积物表现为较MIS1和MIS3期沉积物更高的ΣREE和Ti含量,暗示西沙海槽在MIS2期时有更多陆源组分的输入。     

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。     

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。     

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。     

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。     

冲绳海槽中南部不同环境表层沉积物质来源

对冲绳海槽中南部3种不同沉积环境(东海外陆架、东海陆坡和冲绳海槽)表层沉积物进行了稀土等元素地球化学分析,结果显示,冲绳海槽和陆坡表层沉积物具有与台湾物质来源类似的稀土元素配分模式,La/Sm-Gd/Yb散点图也显示海槽和陆坡沉积物主要分布在台湾物源端元区,表明冲绳海槽中南部海槽和陆坡表层沉积物主要来源于台湾,而外陆架...     

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。     

冲绳海槽岩心沉积物稀土元素特征及物源指示

通过对比研究了冲绳海槽南部、中部、北部岩心沉积物的稀土元素(REEs)组成和分异特征,揭示了冲绳海槽不同区域的物源差异。由于火山物质和周围河流携带的陆源物质贡献程度不同,各岩心沉积物REE组成存在显著差异。∑REE、∑LREE具由南至北递减的趋势,北部具相对更高的∑HREE,南部次之。LREEs与HREEs间的分馏程度,LREEs、HREEs内部分馏程度均由南至北依次减小。从粒度、微量元素和稀土特征参数的垂向变化来看,岩心S3物源相对单一,沉积环境随时间变化较小,主要受长江和台湾河流沉积物控制。岩心S10、S9沉积物来源更为复杂多样(特别是S9),沉积环境在时间尺度上发生了较大的变迁。岩心S10层位1主要受黄河和长江沉积物控制,层位2具黄河沉积物和火山物质混合的特征,岩心S9层位1是黄河沉积物和火山物质混合的结果,层位2主要受黄河沉积物控制。     

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。     

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。     

冲绳海槽南部末次间冰期以来古海洋学变迁:ODP1202站的记录

对冲绳海槽南部ODP1202站165个沉积物样品进行了CaCO3含量测定和47个样品以浮游有孔虫为主的微体化石定量分析.应用CaCO3含量变化与δ18O曲线的对应关系,初步将1202站岩心划分为MIS 1-5期的沉积.根据浮游有孔虫中暖水、凉水、浅水和深水等生态组合丰度变化,推测冲绳海槽南部晚更新世末次间冰期以来,温跃层呈逐步加深和表层海水温度逐渐升高的趋势.MIS 5期以较浅温跃层和较低表层海水温度为特征,推测与研究区末次间冰期存在上升流有关.末次冰期(MIS 4-2期)时,Pulleniatina obliquiloculata在整个冲绳海槽中普遍以低丰度值出现,标志黑潮主流轴可能迁移出冲绳海槽.     

安达曼海东南部海域表层沉积物稀土元素特征及其物源指示意义

对取自安达曼海东南部海域的95个表层沉积物样品进行了稀土元素(REE)地球化学研究,揭示了区内稀土元素分布特征及其指示的物质来源。结果表明研究区沉积物REE总量变化范围为31~228μg/g,平均值为117μg/g。沉积物REE球粒陨石配分模式呈现轻稀土元素相对富集而重稀土元素平坦,无明显Ce异常,呈现中等程度的Eu负异常等特征,表现出明显的陆源属性。REE的富集和分布受物质来源、沉积物类型、生物碳酸盐以及重矿物含量共同制约。根据沉积物REE特征参数将研究区分为4个物源区,各区沉积物稀土元素UCC标准化模式明显不同。物源判别分析显示,研究区西北部(Ⅰ区)沉积物主要来源于伊洛瓦底江陆源物质的输入;马来半岛西部浅海内陆架区(Ⅱ区)沉积物可能主要来自马来半岛沿岸水系输入的陆源物质以及现代近岸侵蚀;研究区北部(Ⅲ区)为残留沉积区,主要为全新世海侵形成的残留砂质沉积;研究区中部和南部大部分海域(Ⅳ区)为多源混合沉积区,主要为受印度季风驱动的西南季风流所搬运的伊洛瓦底江和马来半岛河流输入的陆源物质,该区沉积物受马来半岛入海物质影响更大。