长江口—东海内陆架悬浮重矿物组成与颗粒特征

沉积物重矿物矿物组成和颗粒大小对揭示沉积物源和水动力分选过程具有重要指示意义。然而,受研究手段的制约,对于长江细粒沉积的重矿物组成和物源、水动力分选之间关系的探究还尚属空白。本研究利用自动定量矿物分析系统(TIMA)对长江口—东海内陆架不同水层悬浮物的重矿物组成和颗粒大小进行了研究,同时,结合电子探针分析对细粒级重矿物自动识别结果进行了验证。研究表明,长江口悬浮物中特征重矿物组合为角闪石—绿帘石—铁质金属矿物,与长江下游沉积物特征重矿物组合一致。长江口悬浮物与长江下游沉积物的重矿物组成具有极好的相关性,指示其来源与长江有关。而长江口外悬浮物中赤/磁铁矿相对富集,可能是强潮作用导致的中等密度重矿物再搬运和扩散的结果。值得关注的是,在舟山群岛附近站位悬浮物样品中发现了铬铁矿的异常富集,推测与海区人类生产活动有关。长江口悬浮重矿物颗粒绝大部分为粗粉砂—极细砂,富集在悬浮物中的较粗粒级(Φ<D_(0.5))中,主要由径流携带搬运。不同水层悬浮物中不同类型重矿物的粒径无明显差异,受沉降差异的影响小。

8 ka来东海内陆架泥质区高分辨率沉积记录对东亚冬季风的响应

依据东海内陆架泥质区D03钻孔岩芯沉积物高分辨率粒度分析结果,筛选了对东亚冬季风有良好显示的敏感粒级,结合高精度年代框架,揭示了近8 ka以来东亚冬季风波动在泥质区的沉积记录,包括11个千年尺度的气候波动事件和5.4~4.9、1.8 kaBP以来的百年尺度的快速气候波动。与石笋、冰芯和泥炭的氧同位素曲线对比发现,东亚冬季风增强与世界范围的“8.2 ka”、“4.9 ka”、“3.8 ka”、“1.4 ka”和小冰期事件均有良好的对应关系,建立了全新世东亚冬季风增强与气候变冷事件的内在联系。8 ka以来东亚冬季风的演化大致可以分为3个阶段,即8.2~4.8 kaBP中高频波动期、4.8~1.8 kaBP波动较弱稳定期和1.8 kaBP以来的高频波动期。

东海内陆架泥质区台风沉积辨识的指标与方法研究

台风是当今人类社会面临的全球性重大环境灾害问题之一,但由于台风器测年限较短,限制了对台风长期演化机制的研究。沉积记录成为拓展台风记录时间跨度的重要载体,其中台风沉积的有效辨识是重要基础。尽管许多研究试图基于各种指标和方法来重建长时间尺度的台风活动,但目前仍缺少对台风沉积辨识指标与方法有效性的评估。本文以高分辨率的东海内陆架泥质区ZM02孔为载体,采用放射性同位素^(210)Pb和^(137)Cs定年法确定沉积物的年代序列。耦合器测记录和沉积记录,分析器测时期台风强度和频率与台风沉积敏感指标(如砂含量和D_(90))之间的对应关系,以期探讨台风沉积辨识指标和方法的有效性。结果显示,ZM02孔的平均沉积速率为0.97 cm/a,其上部4.5~100 cm的沉积年代为1917-2011年。砂含量和D_(90)均可作为东海内陆架泥质区台风沉积辨识的有效指标,阈值法的识别效果最好且稳定性高。砂含量可能是反映浙江海岸台风强度变化的潜在指标,而D_(90)则可能蕴含台风频率信息。这些认识有助于更准确地利用沉积记录去拓展台风记录的时间跨度,也有助于提高从沉积记录解译环境信息的能力。

东海内陆架泥质区中全新世环境敏感粒度组分的地质意义

尝试恢复了中全新世东亚冬季风表现出的太阳活动以及ENSO周期变化。通过对东海内陆架泥质沉积区EC2005孔进行粒度分析以及AMS碳-14测年,对高分辨率敏感粒度资料揭示的中全新世近700 a（距今5.2~5.9 ka）东亚冬季风记录与GRIP冰心氧同位素记录的气候变化进行了对比,良好的对应关系说明,东亚冬季风变化与格陵兰冰心揭示的古气候变化有某种内在联系,期间东亚冬季风的增强得到了良好的区域性响应,同时又具有全球性背景。中全新世东亚冬季风具有明显的周期变化,主要表现为62,11 a的太阳活动周期以及与现代ENSO周期相似的6,5 a周期。东海内陆架EC2005孔泥质沉积物揭示的中全新世东亚冬季风变化与格陵兰冰心氧同位素记录的良好对应说明两者有相似的发生机制,可能是太阳活动以及古ENSO对全球气候系统的影响所致。

末次冰消期以来东海内陆架古环境演化

通过对位于浙—闽沿岸泥质带的EC2005孔岩性、粒度以及AMS14C年代分析,探讨了研究区自末次冰消期以来的古沉积环境演化,认为是湖水或海水深度、气候变化等综合影响的结果。岩芯底部60.20～41.00m(17.3～13.1ka BP)为湖泊三角洲沉积序列,可划分为前三角洲—三角洲前缘—三角洲平原三个沉积亚相,物质来源主要是湖盆流域物质的输入。随着海平面的逐渐上升,海水自13.1ka BP开始侵入研究区,形成了41.00m的海相沉积地层,可划分为前滨—近滨—浅海三个沉积亚相,与海平面变化曲线具有良好的对应。自12.3ka BP开始,研究区受到沿岸流影响,长江物质开始影响研究区,7.3ka BP以来主要是来自长江的悬浮体在沿岸流作用下输送沉积而形成,稳定的泥质沉积物开始形成。全球性重要气候事件如新仙女木事件、8.2ka冷事件在东海内陆架沉积物中也得到了良好揭示。

东海内陆架泥质区表层沉积物常量元素地球化学及其地质意义

通过分析东海内陆架泥质区表层沉积物的粒度、有机质(TOC)、常量元素氧化物(SiO2,Al2O3,Fe2O3,MgO,CaO,Na2O,K2O,P2O5,TiO2,MnO),探讨东海内陆架泥质区常量元素空间分布特征及其地质意义。结果表明,东海内陆架泥质区表层沉积物中常量元素氧化物组成较为稳定,含量最高的2种组分为SiO2和Al2O3,两者组分占沉积物总量的72%左右。常量元素氧化物的含量与沉积物类型密切相关,SiO2,CaO,P2O5倾向于富集在粗颗粒沉积物中;Al2O3,K2O,MnO则倾向于富集在细颗粒沉积物中;而MgO,Na2O,Fe2O3和TiO2基本不受沉积物类型影响。R型因子分析结果表明,东海内陆架泥质区表层沉积物的常量元素氧化物可以分为3组,第1组包括SiO2,Al2O3,Fe2O3,MgO,TiO2,P2O5和MnO;第2组包括CaO,K2O,CaCO3和TOC;第3组包括Na2O,可能分别代表了陆源碎屑沉积、海洋生物沉积和海洋化学沉积。

东海内陆架沉积物稀土元素地球化学特征及物源意义

对位于东海内陆架浙-闽沿岸泥质带的EC2005孔进行了岩性、粒度、稀土元素以及AMS14C年代分析,探讨了研究区自末次冰消期以来的物源变化及其原因。该孔岩性、粒度和稀土元素含量垂向上变化较大,平均粒径变化范围为8～121μm,ΣREE为152.8～227.9μg.g-1。沉积物球粒陨石和世界页岩标准化配分模式均表明研究区物质的陆源属性。根据稀土元素配分模式、稀土内部分馏差异以及与平均粒径的关系,分析认为,研究区17.3～12.3kaBP期间主要物质来源是湖盆流域物质;12.3～9.8kaBP是以湖盆流域物质为主向长江物质为主转变的过渡阶段;自大约10～9.8kaBP开始,长江物质对研究区形成了主导。海平面的升高以及沿岸流的形成是物质来源发生变化的重要原因。

东海内陆架表层沉积物粒度及其净输运模式

根据对东海内陆架海底沉积物的粒度测试,运用Gao-Collins"粒度趋势分析"方法,探讨了东海内陆架海底表层沉积物的粒度分布特征和净输运趋势。结果表明,研究区表层沉积物可以分为两类:细颗粒(>5Φ)和粗颗粒(<5Φ);细颗粒分布于研究区的大部分区域,而粗颗粒主要分布在闽江、瓯江等入海河流口门以及马祖等海岛附近;表层沉积物的平均粒径、分选系数、偏态等粒度参数对应性较好,总体特征为粒径越粗,分选越差,偏态更正偏,而粒径越细,分选越好,偏态也较低;粒径趋势分析显示东海陆架表层沉积物的运移模式总体为NE—WS方向运移,而研究区边缘在运移过程中发生向左右两侧的偏移,南部闽江河口区沉积物由近岸向海方向辐射运移,研究区表层沉积物的净输运模式主要受控于流系和地形等多种因素。

东海内陆架泥质区沉积速率

对东海内陆架泥质区7个重力柱状样进行了210Pb活度分析测试,计算所得沉积速率为0.79～3.66cm/a,平均值为1.97cm/a,最高值出现在研究区最北端的CJ12-11号孔,属于东海高沉积强度区,其他6个柱状样沉积速率较低,属于次高沉积强度区。表层210Pb活度值分布与沉积物类型密切相关,可能主要受控于黏土矿物含量的高低;而表层210Pb活度值与悬浮体浓度则呈现出明显的正相关关系。另外,沉积速率与粒度参数综合分析,揭示了近百年来东海内陆架泥质区沉积作用稳定、泥质区呈向北扩张的趋势。

东海内陆架沉积气候信息的端元分析模型反演

应用沉积物粒度端元分析模型对在东海内陆架泥质区取得的30号柱样的高分辨率粒度数据序列进行了反演,分离出3个端元,根据端元的频率分布特征和已有研究结果,认为3个端元可能为现代陆源细颗粒物质(EM1)、现代陆源粗颗粒物质(EM2)和风暴带来的残留沉积区再悬浮物质(EM3),并对本区域的水动力环境进行了分析,认为分离出的端元EM1和EM2的比值EM2/(EM1+EM2)序列可以反映东海沿岸流强度的历史变化,进而反映东亚冬季风强度和中国温度波动的历史。该序列与观测到的近百年来东亚冬季风强度记录、竺可桢的中国温度波动曲线以及葛全胜的中国东部冬半年温度变化序列有很好的对应关系。得出的气候指标序列在竺可桢给出的公元600—1100年高温期间的780—920年出现了一个极小值区,为许多作者推测的公元780—920年出现一个短暂的冷期提供了佐证;另外该序列近百年来变化幅度明显,反映了人类活动的影响。

近2ka来东海内陆架泥质沉积物地球化学特征

对位于东海内陆架闽浙沿岸泥质区北部的DD2孔进行了粒度分析、AMS14C年龄测试和主元素、微量元素分析,讨论了各元素含量与粒度间的关系,采用R型因子分析探讨了它们间的组合关系。研究表明,近2ka来DD2孔绝大多数主元素和微量元素含量稳定;随粒径变细大部分元素的含量呈现增加的趋势,而Sr和SiO2的含量则呈现减少的趋势;CaO、Na2O、Hf、Zr和Ti等的含量与粒径相关性很差。因子分析的结果表明,DD2孔泥的化学组成可划分为4种组合类型:分别反映沉积物中元素分布的主要特点,样品未经洗盐前处理引起主元素和微量元素组合的变化,Zr、Hf和Nb元素富集于特定粒度组分(粉砂),及钙质生物组分的加入和早期成岩过程中元素的再分配性质等。初步分析表明,Rb、Cu、Ni、V、P、Sc、Fe2O3、Cr、K2O、Nb、Co、Th、Ti和Al2O3为DD2孔中相对不活动的元素,可以将它们与现代长江、黄河沉积物作对比,进行物源分析。Ti/Zr和Cr/Th比值指示该孔沉积物主要来自于花岗质物源区。

中全新世以来东海内陆架泥质沉积物来源

利用判别函数、Eu异常与稀土元素总量关系(δEuN-ΣREEs)图解以及物源定量识别方法,对位于浙闽沿岸泥质带的EC2005孔常微量、稀土元素地球化学进行分析,利用14C测量加速器质谱仪(AMS14C)进行年龄测定,探讨东海内陆架EC2005孔泥质沉积物来源。结果表明:EC2005孔泥质沉积物主要来源于长江,其平均贡献量为93.7%,没有识别出黄河物质;历史时期黄河物质可以影响到29°N甚至于更为偏南的区域(南界为27°25'N),台湾海峡西北部则可以接受台湾物质的输入;浙闽沿岸泥质区物质来源具有一定的复杂性,值得进一步深入研究。

东海内陆架泥质区表层沉积物稀土元素的分布特征

通过对东海内陆架泥质区30个表层沉积物样品中的稀土元素、主微量元素、TOC、CaCO3、沉积物粒度进行了分析,讨论了影响稀土元素分布的原因。结果显示东海内陆架中ΣREEs为182.8～221μg/g,均值为206.5μg/g,明显高于黄土、黄河及雅鲁藏布江中稀土元素的含量,与长江、瓯江中稀土元素含量接近。稀土元素的球粒陨石标准化配分模式及(La/Yb)N比值显示,轻稀土显著富集,存在显著的δEu异常。稀土元素上地壳标准化配分模式显示稀土元素与上地壳之间不存在显著的分馏,稀土元素存在显著的"四分性"。稀土元素与粒径、有机质、CaCO3之间不存在相关性,表明研究区中稀土元素含量不受上述3个因素的控制。元素比值及稀土元素上地壳标准化配分模式显示研究区稀土元素主要源于长江。

近2ka以来东海内陆架泥质区记录的高分辨率古气候演化

通过对位于东海内陆架泥质区中部的MZ02柱样岩芯进行粒度、常量元素、AMS14C分析,获得了粒度和常量元素随时间变化的高分辨率曲线。结果表明,近2 ka以来研究区沉积环境稳定,以沿岸流控制的浅海沉积为主,沉积物中CaO/K2O,MgO/Al2O3和MnO/Na2O比值的变化与我国东部气候变化序列具有较好的一致性,证明这些元素地球化学指标可以作为古气候变化的高分辨率替代性指标。近2 ka以来CaO/K2O、MgO/Al2O3和MnO/Na2O共同识别出的7次极值揭示了同期的降温事件,分别发生在～1 480 a BP(C1),～1 200 a BP(C2),～1 020 a BP(C3),～780 a BP(C4),～580 a BP(C5),～330 a BP(C6),～120 a BP(C7),且在其他区域不同介质中也能找到相应的降温证据,揭示了气候变化的区域性以至全球性联系。

东海内陆架EC2005孔沉积物磁化率与粒度组分的相关性研究

对位于浙-闽沿岸泥质带的EC2005孔长岩芯(6020cm)进行了磁化率和粒度测量,分析了沉积物不同粒级组分和磁化率大小变化的相关关系。通过计算两者的相关系数,认为在整段岩芯上两者呈正相关,且磁性颗粒主要赋存在粗颗粒物质中。磁化率与>63μm的组分含量的相关系数为0.510,而对<4μm乃至<16μm的组分,与磁化率呈反相关,相关系数可达-0.644。在不同沉积相中,磁化率和不同粒度组分含量的相关关系有所不同。前三角洲相和前滨相沉积物的磁化率和粒度组分没有表现出明显的相关性;三角洲前缘相和三角洲平原相沉积物磁化率和粒度的相关性与整段岩芯的相似;浅海相沉积物4～16μm的组分与磁化率呈较强的反相关。600～2806cm的沉积物可能遭受了早期还原成岩作用,导致磁化率与粒度组分的相关程度降低。水动力条件是影响两者相关性的重要因素。水动力条件强,则两者相关性较好;水动力条件较弱,则两者基本不相关。磁化率和粒度组分的相关性还受到物源变化、分选程度的影响。磁化率和粒度的组合特征蕴含了一定的古气候信息。全球性的气候事件如新仙女木事件、8.2ka冷事件在粒度参数中都有较好的响应,相比之下磁化率数据的变化幅度没有粒度数据强烈,可能与磁化率的多种控制因素有关。

东海内陆架泥质区夏季悬浮体的分布特征及影响因素分析

通过对2007年夏季东海内陆架泥质区悬浮体的测定,探讨了该区悬浮体的分布特征及其影响因素,结果表明悬浮体的平面分布特征为近岸远高于远岸,闽江、瓯江等河流的河口位置浓度最大,等值线基本上平行于海岸线;垂向上悬浮体质量浓度随着水深的加大而增加,高值区大多出现在海底地势凸起的位置。研究区悬浮体的分布主要受陆源入海沉积物和东海流系格局的影响,其中近岸区域主要受控于河流入海物质和闽浙沿岸流;而台湾暖流、闽浙沿岸上升流则对远岸区域影响较大。研究区悬浮体质量浓度和海水浊度的相关性分析显示两者相关系数达0.91,这为通过水体浊度来反演区域的悬浮体质量浓度提供了基础。

东海内陆架EC2005孔沉积物粒度分形特征

对位于浙-闽沿岸泥质带的EC2005孔沉积物粒度分形特征以及与平均粒径和分选系数的关系进行了探讨。EC2005孔沉积物粒度在累积含量5%～95%的无标度区间内,统计自相似程度高,具有分形特征。沉积物平均粒径与分维值既存在正相关,也有负相关关系。二者正、负相关关系的分界点表现为平均粒径7.0Φ左右,<7.0Φ时,平均粒径越大,分维值越小;>7.0Φ时,平均粒径越大,分维值越大。该孔沉积物粒度分选系数与分维值呈正相关关系,>7.0Φ较细粒沉积物中二者表现为高度正相关。这是由于沉积物分选系数越小,粒径相对越集中,其形成背景相对简单,自组织程度越高,导致分维值越小。作为重要分界点的平均粒径7.0Φ,实际上主要对应了EC2005孔泥质沉积段和非泥质沉积段的划分点。该孔28.06～0m较均一泥质沉积物具有较小的平均粒径、较低的分选系数以及相对较低的分维值,说明该沉积段自组织程度较高,形成背景相对简单。本文揭示的沉积物粒度分维值与平均粒径存在的正、负相关关系,与以往的研究结果存在不同,该方面研究有待于进一步开展。

东海内陆架悬浮体输运、通量及季节变化

基于2006年夏季和2007年冬季实测温盐数据和悬浮体浓度数据,分析东海内陆架悬浮体水平和垂直分布季节性特征,并结合MIKE3数值模拟海流结果,定量估算东海关键断面悬浮体运移通量,探讨悬浮体输运与泥质区形成和演化的关系。研究表明:东海内陆架悬浮体分布主要受流系控制,且季节变化明显;一般天气条件下,东海内陆架泥质区海域输入悬浮体净通量约为2.24×108t/a,其中夏半年悬浮体向泥质区海域输入净通量约为52.19×106t,贡献约为23.29%,冬半年净通量约为171.87×106t,贡献约为76.71%,浙闽沿岸悬浮体输运净通量均有利于东海内陆架泥质区的发育。本研究将对东海内陆架泥质区物质来源和发育演化研究提供理论支持。

东海内陆架泥质区百年来黏土矿物组成变化及其环境意义

东海内陆架泥质区是东海现代沉积的"汇",其中黏土组分是泥质区沉积物的重要组成部分。沉积物中黏土矿物组合是反映沉积区物质来源和搬运动力状况的良好指标。本文利用XRD方法分析了东海内陆架泥质区两根沉积物岩心中黏土矿物组成和含量变化,结合放射性年代标定,揭示了近百年来黏土矿物组成的演变特征,探讨了黏土矿物的来源及其含量变化的制约因素。结果表明:东海内陆架泥质区沉积物以长江来源物质为主,受黄河及瓯江等河流物质的影响;近百年来内陆架泥质区黏土矿物组合发生显著阶段性变化,它们是东亚季风强弱波动和长江入海悬沙减少的共同作用的结果。

末次冰消期以来东海内陆架沉积物地球化学特征及其古环境意义

尝试对末次冰消期以来东海内陆架沉积物地球化学特征及其蕴含的古环境、古气候信息进行探讨。对位于浙-闽沿岸泥质沉积中心附近的EC2005孔岩性、粒度、常量元素、矿物以及AMS14C测年数据进行了综合分析,得出以下主要结论:(1)东海内陆架沉积物不同常量元素与TiO2的比值具有不同的环境、气候意义,SiO2、Na2O与TiO2的比值可以用来反映沉积水动力条件的强弱,Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、MnO以及下部湖相沉积层中的CaO、P2O5与TiO2的比值则主要反映了沉积物源区的变化以及与风化程度相关的源区气候变化。(2)研究区自17.3kaBP以来沉积环境经历了剧烈变化,岩芯底部60.20m至41.00m(17.3～13.1kaBP)为湖泊三角洲沉积序列,海水自13.1kaBP开始侵入研究区,形成了41.00m的海相沉积地层。自12.3kaBP研究区受到沿岸流影响,7.3kaBP以来稳定的泥质沉积体开始形成。(3)自末次冰消期初期至末期,气候总体向暖湿方向发展,新仙女木事件、8.2ka冷事件在本孔中有明显的记录,显示出全球性重要气候事件在中纬度浅海陆架海域的区域性响应。