南海及邻域砂矿资源分布特征及成矿模式

南海及邻域具有多样的地形地貌和丰富的物源,为海洋固体矿产资源的形成和分布提供了物质来源和堆积环境。为系统查明南海及邻域砂矿资源分布情况,本文通过对南海及邻域2606个站位表层沉积物样品进行粒度测试、碎屑矿物鉴定,以及重矿物的品位计算,分析了南海及邻域有用矿物砂矿资源以及建筑用砂资源分布特征并预测了远景区,总结了砂矿成矿模式。结果表明,南海及邻域具有远景的矿种主要有锆石、钛铁矿、金红石、锐钛矿、独居石和石榴子石等;重矿物高品位矿点主要集中在南海东北陆架、菲律宾海盆、南部陆架,重矿物异常区主要位于周缘陆架浅水区以及越东外陆架浅水海域、菲律宾海盆。锆石品位异常区的范围最大,达到工业品位的面积也最大;其次是磁铁矿、钛铁矿、独居石的异常区;锐钛矿、金红石异常区的面积相当;石榴子石品位异常范围最小。根据砂矿的分布规律、大地构造背景、成矿条件以及成矿元素特征,圈定了24个有用重矿物砂矿成矿远景区和6个成矿带。沉积物中砂(0.063~2 mm)含量大于50%的建筑用砂的远景区9个,主要分布于海南岛西南面到台湾海峡南部一线以北海域,其次为南海南部礼乐滩、万安滩、曾母暗沙附近海域,其余海域极为罕见。基于南海砂矿资源分布特征,初步建立了近岸型、潮流砂脊型、古河道埋藏型、峡口型、陆架坡折带型等五种砂矿成矿模式,为海砂资源进一步勘查提供方向和建议。

海南岛周边海域表层沉积物磁化率空间分布特征及其物源指示意义

海洋表层沉积物的磁学性质逐渐被证明是分析海洋沉积物物源的有效手段之一。选取海南岛周边海域39个站位的表层沉积物进行了磁学特征研究。结果表明:海南岛周边海域表层沉积物的低频磁化率和频率磁化率具有明显的空间分异特征,表现为高值区主要出现在海南岛以南海域,而海南岛以东和以西海域则呈现从岸向海逐渐降低的趋势。磁化率的影响因素分析表明:研究区海洋表层沉积物的磁化率主要由陆源碎屑物质贡献,因此可以认为沉积物低频磁化率和频率磁化率的空间分布特征能指示陆源输入的变化。利用多个环境磁学参数对采样点进行Q型聚类,并结合低频磁化率和频率磁化率的空间分布特征及采样点的地理位置将研究区划分为4个区域:海南岛以东水深超过100 m的海域(Ⅰ区)沉积物主要来源于其东北面的珠江水系,同时粤西沿岸河流携带来的物质也有一定程度的影响;海南岛以东水深小于100 m和海南岛以南海域(Ⅱ区)沉积物可能主要来自于海南岛沿岸侵蚀搬运以及入海河流输入;北部湾北部海域(Ⅲ区)沉积物受琼州海峡和北部湾沿岸河流输入物质的共同影响;海南岛以西海域(Ⅳ区)沉积物受来自海南岛西南侧河流输入、沿岸侵蚀物和由南向北的洋流所携带的沉积物的共同影响。研究表明:低频磁化率和频率磁化率组合可有效指示近岸表层沉积物的物源变化。

南海北部陆架海域表层沉积物黏土矿物分布特征及物源分析

应用X射线衍射(XRD)对南海北部陆架海域225个站位表层沉积物黏土组分进行分析,结果表明,研究区黏土矿物总体以伊利石和绿泥石为主,高岭石和蒙脱石质量分数少,绿泥石、高岭石与蒙脱石质量分数呈明显的负相关关系。根据南海北部陆架海域表层沉积物中黏土矿物空间分布特征,结合邻近河流的黏土矿物组分以及洋流搬运作用,雷州半岛东部海域伊利石主要来源于广东沿海河流和珠江,绿泥石来自台湾岛,蒙脱石主要由吕宋河流提供,高岭石则由广东沿海河流和海南岛入海河流提供;雷州半岛西部海域伊利石来源于珠江,绿泥石和高岭石由红河提供,蒙脱石可能受广西入海河流携带的沉积物影响。

南海北部陆架区表层沉积物粒度特征与沉积环境

对南海北部陆架沉积区244个表层沉积物样品进行了粒度组分、多元统计及输运趋势分析,结果表明：南海北部陆架区共分布9种沉积物类型,粒度组成以砂和粉砂为主,砂含量占绝对优势,沉积物主要粒级为0~8Φ,优势粒级为0~4Φ。研究区东北部粒径较粗,以中砂为主,分选中等-好,负偏,峰态中等-平坦,西南部粒径较细,以粉砂为主,分选较差,正偏,峰态平坦,中间过渡及陆架外缘粒径中等,以细砂为主,分选中等,正偏,峰态尖锐。基于粒度多元统计及输运趋势分析,南海北部陆架划分为3个沉积区：珠江口及粤东近岸沉积区（I区）：主要受控于沿岸流,水动力条件较弱,物质来源以珠江、韩江等河流输运物质及近岸基岩风化、岛屿剥蚀作用产物为主,少量东沙群岛海底冲刷剥蚀产物;混合过渡沉积区（II区）：受黑潮南海分支、南海暖流及沿岸流共同作用,水动力条件中等,物源复杂多样,为珠江携带陆源物质、台湾浅滩物质以及东沙群岛附近海底剥蚀产物的混合沉积区域;台湾浅滩及珠江古三角洲残留沉积区（III区）：受黑潮南海分支、南海暖流、北部九龙江、沿岸流等影响,海洋水动力条件较强,以晚更新世的残留沉积为主,同时可能接受了少量现代沉积物质。

西菲律宾海西部沉积物磁学特征及其环境意义

磁学参数作为有效的气候环境变化替代指标,能为古环境演变和沉积物物源研究提供有价值的信息。对取自西菲律宾海西部的GX72柱状样沉积物进行系统的环境磁学研究,测量了磁化率(χ)、非磁滞剩磁(ARM)、等温剩磁(IRM)、磁化率变温曲线(κ-T曲线)、磁滞回线等磁学参数或曲线。结果表明,GX72柱状样沉积物中携磁矿物以低矫顽力磁铁矿为主,粒径以较粗粒准单畴(PSD)为主,这些磁性颗粒主要来源于河流输入的陆源碎屑物质,风成粉尘较少。剖面上多个磁学参数呈现出相同或相反的变化趋势,反映古气候对沉积物磁学性质的制约。χ高值样品通常对应于高饱和等温剩磁(SIRM)值、低ARM/SIRM值、低χARM/χ值以及低χfd值;这类沉积物样品中磁性矿物的含量相对更高,粒度相对较大,可能形成于冷期(相对)。相反,χ低值样品通常对应于低SIRM值、高ARM/SIRM值、高χARM/χ值以及低χfd值,这类样品中磁性矿物的含量相对较低,粒径相对较小,代表相对暖期沉积。

南海北部陆架海域表层沉积物地球化学特征及地质意义

依据南海北部陆架海域225个站位表层沉积物粒度和常量元素的地球化学分析,探讨了常量元素的空间分布规律及地质意义。该区域沉积物主要为粉砂、细砂等细粒沉积,平均粒径5.38。沉积物常量元素组合以SiO_2、Al2O_3、Fe2O_3、MgO、CaO、Na_2O、K_2O为主,约占沉积物总量的87.96%,其空间分布特征与沉积物类型密切相关。Al2O_3、Fe2O_3、MgO、K_2O、Org.C等分布趋势相似,具有较好的相关性,倾向于富集在细粒沉积物中;SiO_2、CaO、CaCO_3与大多数元素呈负相关,倾向于富集在粗颗粒沉积物中,反映了"元素的粒度控制律"。元素总体分布规律显示沉积物的常量元素含量受细粒黏土矿物吸附作用、石英矿物和碳酸钙稀释作用的共同影响。元素统计结果表明,表层沉积物的常量元素大体可分为2类:第1类包括Al_2O_3、Fe_2O_3、MgO、TiO_2、P2O_5、MnO等,代表陆源较细粒碎屑沉积,是控制研究区沉积物化学成分的最主要因素;第2类主要包括CaO、CaCO_3,代表海洋生物沉积。同时可将研究区分为3个沉积区域:I沉积区为粤西近岸及北部湾北部区域,具有明显陆源碎屑沉积特征;Ⅱ沉积区位于粤西陆架水深>60m海域,受海源生物作用明显;Ⅲ沉积区位于珠江口西南部水深40~60m海域,为斑块状砾质粗粒沉积。

南海与台湾岛东部海域浅地层碳酸盐旋回

前人提出南海晚第四纪碳酸钙含量变化存在“大西洋型”和“太平洋型”两种基本类型,本文利用δ18O、CaCO3含量、Al2O3含量、SiO2含量、浮游有孔虫丰度及钙质超微化石丰度,来表征南海与台湾东部海域13个柱状样的碳酸盐旋回特征。CaCO3含量和SiO2含量通常是表征碳酸盐旋回的良好指标,二者的变化常呈相互消长关系。研究区碳酸盐旋回包括“大西洋型”和“太平洋型”两种标准型式,但也存在不规则形态。“大西洋型”碳酸盐旋回与海平面冰期-间冰期升降旋回密切相关,本文研究的具有该旋回特征的柱状样主要分布在南海水深3000 m以浅区域,其中南海北部碳酸盐旋回很可能伴随着海平面下降(上升)期间富集陆源较粗(细)颗粒物的过程。“太平洋型”碳酸盐旋回在南海现今碳酸钙溶跃面上下很大水深范围都有分布,碳酸钙溶解作用旋回不是“太平洋型”碳酸盐旋回的根本原因。本文研究的台湾东部海域柱状样碳酸盐旋回既不属于大西洋型,也不属于太平洋型。研究区浅地层沉积速率变化与碳酸盐旋回的型式关系不大,主要受控于水深和冰期旋回中海平面变化。随着水深增大,沉积速率趋于增加。MIS2期平均沉积速率大约是MIS1期平均沉积速率的2倍多。

云浮硫铁矿区土壤剖面的磁学性质研究

广泛分布的硫铁矿在开采利用过程中可通过多种途径对矿区及周边环境产生严重影响,污染物产生的机制和迁移途径等成为学术界关注的焦点。近年来,环境磁学以其快速、经济、无损等优点被广泛应用于环境污染、物源分析等研究领域。本文对云浮硫铁矿矿区附近一个菜地土壤剖面进行详细的磁学测试,得到低频磁化率、频率磁化率、非磁滞剩磁磁化率、饱和等温剩磁及S比值等一系列磁学指标结果,并分析这些指标的剖面变化特征及指标间的相关关系,探讨影响土壤剖面磁学性质变化的主要因素,结果表明:低频磁化率、非磁滞剩磁磁化率和饱和等温剩磁在剖面底部(30 cm以下)基本稳定并且其值保持在较低的水平,其平均值分别为5.32×10-8m3·kg-1、13.70×10-8m3·kg-1和3.66×10-3Am2·kg-1;上述指标在表层30 cm的平均值分别为32.97×10-8m3·kg-1、86.21×10-8m3·kg-1和5.39×10-3Am2·kg-1,土壤剖面30 cm以上部分土壤明显受外来细颗粒磁性矿物的影响,磁性被显著增强。不同深度土壤中磁性矿物种类存在明显区别,剖面中部的高SIRM/χ值(70～100 kA·m-1)指示有胶黄铁矿等铁硫化物的存在。磁学参数之间的相关分析发现,剖面土壤中的铁硫化物及其中的单畴磁性颗粒是影响土壤磁学性质的主要因素。由于磁性矿物可通过吸附、共沉积、晶格置换等多种形式使多种重金属在土壤中富集,较大范围、多手段针对多种环境介质的磁学深入研究有望为硫铁矿周边重金属污染的产生机制和迁移路径研究开拓新途径。

西菲律宾海GX149柱状样磁性地层学

对取自西菲律宾海西部的GXl49重力活塞柱状样沉积物进行系统的岩石磁学和古地磁学研究，结果表明：沉积物中主要载磁矿物为低矫顽力的磁铁矿，粒径以假单畴（PSD）为主。天然剩磁强度分布范围为（1．07～6．51）×10^-7Am2，平均值为3．33×10^-7Am2。经过0～80mT交变场退磁后，几乎所有样品均可获得稳定的特征矢量方向，且磁倾角绝大部分为正值，表明整个GX149柱状样处于布容正极性期。样品的磁倾角普遍存在浅化现象，且从顶到底，磁倾角变浅程度逐渐增强，与沉积物的压实作用有关。通过与相邻海域柱状样的对比，估算出GX149柱状样的平均沉积速率在0．79～2．42cm／ka之间，其底界年龄在256．2～781ka之间。

南海表层沉积物火山玻璃分布特征与源区分析

火山碎屑是边缘海沉积的重要来源,其分布特征对研究沉积作用与构造活动具有重要意义。对南海2276个表层站位碎屑矿物分析表明,664个站位含火山玻璃,占总站位数的29.17%,其中含量最高达95.8×10^(−3)。表层沉积物火山玻璃主要出现在南海东部海域,往西呈逐渐降低趋势。南海东部主要重矿物磁铁矿和角闪石分布与火山玻璃十分相似,表明可能具有相同的来源。这些特征表明火山玻璃主要来自菲律宾群岛。这与南海东缘的琉球-台湾-菲律宾火山-地震带的吕宋岛大量活火山分布吻合。南海南缘苏门答腊-爪哇岛弧火山-地震带,虽然第四纪火山和地震活动频发,但对表层样火山玻璃贡献不大。南海海域火山可能有少量贡献,但不是主要因素,南海北缘及西缘基本没有贡献火山玻璃。

西菲律宾海GX149柱状样沉积物磁学性质及其环境意义

对取自西菲律宾海西部的GX149柱状样沉积物进行详细的环境磁学研究,揭示其蕴含的环境意义和物源信息。岩石磁学结果表明,GX149柱状样沉积物中携磁矿物以低矫顽力磁铁矿为主;反映磁性颗粒粒径的King图与Day图显示沉积物中磁性矿物以准单畴(PSD)为主。剖面上磁学参数变化明显,以磁性矿物粒径参数(χARM/χ)作为替代指标反演古气候变化结果显示:冷期沉积物中磁性矿物含量相对更高,粒径更粗,高矫顽力矿物含量增加;而暖期沉积物中磁性矿物含量相对较低,粒径更细,高矫顽力矿物含量降低。干燥、寒冷、风大的冷期气候下,东亚季风携带的粉尘输入增加导致沉积物中高矫顽力矿物含量增多;而温暖湿润的暖期,沉积物中风成粉尘输入减少,高矫顽力矿物含量降低。GX149柱状样沉积物与西菲律宾海其他区域以及南海沉积物相似的磁学特征,相同的冰期-间冰期旋回趋势说明沉积物磁学特征对气候变化的响应在东亚地区具有共性。

失水对海洋沉积物磁学性质的影响

为了探究沉积物的干燥过程及方式对其磁学性质的影响,选取含水率高的南海沉积物样品,对其中685个样品在自然条件下逐步晾干,并每间隔40 d测量1次低频磁化率(κlf)、高频磁化率(κhf)、饱和等温剩磁(SIRM)、S-300和频率磁化率系数(κfd),共测量5次;对另外60个样品进行冷冻干燥,并在干燥前后测量相同的磁学参数。结果表明:1)自然晾干过程中,除少数异常点(约7%)外,大多数样品的κlf和κhf呈减小趋势,少数样品呈增大趋势,S-300和κfd均呈减小趋势,SIRM先减后增,整体上呈增大趋势;2)冷冻干燥过程中,样品的κlf、κhf、S-300和κfd呈增大趋势,S_(IRM)呈减小趋势;3)2种干燥方法均不影响κlf、κhf、SIRM和S-300的剖面变化趋势,但对κfd的影响较大,这在磁学指标的古环境研究中具有关键的指示意义。磁学参数的变化,可能是由于失水过程发生的微弱氧化作用、失水导致水的抗磁性"负贡献"降低、细粒磁铁矿和磁赤铁矿在湿润状态下转变成顺磁性和不完全反铁磁性等综合因素造成的。建议对同一批次的样品采取相同的干燥方法。

南海西北部过去~55 ka以来元素地球化学记录的古气候环境演变

南海西北部的西沙碳酸盐台地北坡受到陆源和海洋自生物质的供应,蕴含丰富的气候变化信息.为探究该区域的古气候环境演变历史,选取长828 cm的SS7岩心,利用AMS14C测年以及有孔虫氧同位素建立该区域的年代学框架,并进行元素地球化学分析.该岩心底部年龄为~55 ka BP,沉积物的元素主要受到陆源碎屑输入、海洋自生作用、氧化还原条件、海洋化学沉积作用等因素的控制.碎屑组分元素比值K/Rb和K/Ti能用于反映源区地表化学风化程度,进而反映源区过去55 ka的东亚夏季风的演化.区域东亚夏季风在约40 ka BP明显减弱,且对Heinrich、新仙女木等北半球快速变冷的事件有明显地响应.过去55 ka的东亚夏季风,不仅受到北半球低纬度夏季日照辐射量的控制,还受到赤道太平洋大气动力(如太平洋沃克环流)的影响.

磁性地层学定年在中国近海及海域沉积物中的应用与进展

磁极倒转具有全球同步变化的特征,其在沉积物中的记录可以很好地应用于建立海洋及海岸带沉积物的定年。近年来发展起来具有全球一致的地磁场长期变化(PSV)曲线,为短时间尺度的沉积物定年提供了一个有效的方法。磁性地层学定年在中国近海和海域沉积物中的应用广泛,对基本年代框架的厘定,以及与年代学相关的不同区域间的沉积速率对比、珊瑚礁生长与发育和海底扩张时间的确定等有很好的应用价值。但也有一些需要注意的问题,如沉积间断识别,可能存在的还原成岩作用对磁性矿物的溶解等。

珠江三角洲农业土壤磁化率空间分布特征及其影响因素分析

在珠江三角洲范围内选取300件农业土壤样品进行磁化率及频率磁化率分析。结果表明,300件土壤样品的磁化率在1.29×10^(-8)～185.89×10^(-8)m^3/kg范围内变动,平均值为31.20×10^(-8)m^3/kg。珠江三角洲农业土壤磁化率具有明显的空间分异特征,呈南高北低、中心区高东西两翼低的空间分布格局;全区具4个明显的磁化率高值区,分布在:珠海、深圳、惠阳及顺德。因子分析结果表明灌溉方式、土地利用类型和母岩与母质、土壤类型对农业土壤磁化率高低起主要作用。同时,重金属污染对农业土壤的磁性具有明显的增强作用。

中国东部表层土壤磁化率特征及其指示意义

磁化率是环境磁学研究中较常用、较易获得的指标之一,但其解释和意义又最为复杂.对采自中国东部从北到南涵盖中国主要气候带的风化-成壤成因的79个表层土壤样品进行高、低频磁化率和非磁滞剩磁测试并分析其与降水量、年均温等气候参数的关系.结果表明:(1)发育于不同类型母岩的风化-成壤成因表层土壤磁学性质之间存在显著差异,各磁化率参数与气候条件参数之间的关系大不一样,在大空间尺度进行磁学与气候条件的关系研究时,必须充分考虑地质背景与母岩类型的差异.(2)发育于花岗岩的表层土壤非磁滞剩磁磁化率与年降水量和年均温间呈显著负相关关系;而发育于玄武岩的表层土壤非磁滞剩磁磁化率与年降水量呈显著正相关关系.被广泛认可的黄土-古土壤序列磁化率与成壤的关系不一定适用于大空间尺度的其他气候区域.(3)在风化-成壤过程中,磁性颗粒有变细的趋势,但降水强度增大时,一些超细颗粒较易被搬运离开原地,单一磁学参数结果难以反映气候条件及环境变化.(4)风化-成壤成因表层土壤非磁滞剩磁磁化率能较好地反映风化成因土壤的风化程度,但风化-成壤表层土壤磁学性质变化的机制特别是对相应土壤剖面的磁性矿物迁移转化有待深入研究.

南海南部YSJD-86GC孔沉积物磁性特征及其环境意义

选取位于南海南部的YSJD-86GC(简称86GC)孔沉积物柱状样进行环境磁学研究,结合已发表的年代框架,揭示MIS3阶段以来沉积物的磁学变化特征.岩石磁学结果表明钻孔沉积物以低矫顽力的磁铁矿类矿物为主要携磁矿物,同时存在部分赤铁矿.反映磁性颗粒大小的King图和Day图表明沉积物中磁性矿物以细粒伪单畴为主.磁学参数与地球化学指标剖面变化的对比分析表明86GC孔沉积物磁性特征反映的是陆源物质的信息;研究钻孔沉积物的磁学性质同时受陆源物质输入量、物源区的氧化-还原条件及搬运环境和距离等多种因素共同影响.全球气候变化引起的海平面升降是导致研究钻孔沉积物中磁性矿物含量和磁性颗粒大小变化的主要原因,沉积物磁学性质的变化可间接指示本地区的海平面升降.

南海西北部陆坡H1事件的磁学记录

Heinrich 1(H1)事件,是末次冰消期内一个重要的千年尺度的古气候事件.南海不同海域沉积物磁学性质对H1事件的响应存在差异,因而磁学参数的多解性应予以关注.本文选取南海西北部陆坡具有良好年龄框架的PC338岩芯顶部370 cm段(底部年龄20. 5 ka B. P.),进行详细的磁学性质分析,并利用IRM获得曲线组分分离方法和高场磁化率值等参数,试图为区域气候变化的沉积物磁学响应给出合理解释.结果表明,在H1事件发生时,碎屑成因的磁铁矿(IRM (C2+C3))和顺磁性组分(xp)明显降低,这反映了源区化学风化的减弱,指示南海北部冷干的气候条件;另外, H1事件发生时,南海西北部陆坡的赤铁矿含量较高,这与海平面降低造成的红河源区的赤铁矿输入增多和暴露的大陆架处于氧化条件有关. H1事件时期,东亚季风区呈现末次冰消期以来最干旱的气候特征,主要受控于大西洋经向翻转环流的减弱迫使热带辐合带南移和热带太平洋类La Nina的气候条件这两个因素.