中国东部海域表层沉积物稀土元素赋存特征及物源探讨
发布时间：2021-06-09 16:50
通过中国地质调查局近20年对中国东部海域的高精度调查取样,对渤海、黄海和东海表层沉积物中的稀土元素数据进行了系统总结,旨在揭示其赋存特征、分布规律及其控制因素。结果表明,整个中国东部海域大致可以划分为4个稀土含量富集区,分别位于渤海西部泥质区、南黄海中部泥质区、济州岛西南泥质区以及东海内陆架泥质区,富集区内的表层沉积物稀土含量普遍高于180 mg/g;稀土元素的球粒陨石配分模式和UCC配分模式显示出各海域较为一致的总体特征,与中国大陆的稀土元素分配曲线类似,指示了较强的陆源特征。通过对稀土元素各特征参数的相关性分析,发现与中国东部海域稀土元素含量相关性最强的是δEu,呈明显负相关,其次是沉积物的平均粒径,呈明显正相关。利用δEu-（La/Yb）n物源判别图对这4个稀土含量富集区的样品进行判别,结果表明渤海西部泥质区和南黄海中部泥质区的沉积物具有同源性;南黄海东南部的济州岛西南部泥质区除了有来自长江和黄河物质以外,朝鲜半岛东南部的河流输入作用也不可忽视;东海内陆架泥质区北端的沉积物基本来源自长江,而南端则表现出不同的稀土分馏特征,很可能与闽浙沿岸和台湾岛中小河流的输入有关。大型河流和中小...
【文章来源】：中国地质. 2020,47(05)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
中国东部海域表层沉积物平均粒径(Φ)、砂、粉砂、黏土含量（%）分布图
中国东部海域的表层沉积物主要以河流入海携带的泥沙为主（石学法等，2015），所以稀土元素的含量与源区物质组成和气候条件等密切相关（Yang et al.,2002）。中国东部陆域的入海河流众多，既有长江、黄河这种规模较大的河流，也有类似珠江和闽江这种中小规模的河流，而近年来山地型河流的贡献更是得到了研究者的重视（李传顺等，2013）。不同河流在地质背景、气候带、生物面貌、人类活动等方面的差异，可导致其输运入海的陆源物质稀土元素组成不同。一般认为，粒度是影响沉积物稀土元素组成及分布的重要因素，稀土元素多富集在细粒沉积物中（Cullers,1994）。从稀土含量分布图也可以看出，中国东部海域稀土元素富集区的分布和泥质区的范围基本吻合，这是由于稀土元素的富集与表层沉积物的黏土吸附有关。对全海域所有样品的Mz（平均粒径）、∑REE、特征参数δEu、δCe、∑LREE/∑HREE、(La/Yb)n（轻重稀土分馏）、(Sm/Nd) n（轻稀土内部分馏差异）、（Gd/Yb) n（重稀土内部分馏差异）之间的相关关系进行统计分析，结果如表2所示，与∑REE相关性最强的是δEu，呈明显负相关，相关系数可达0.564；其次是Mz，呈明显正相关，相关系数为0.471；而Mz和δEu的相关系数非常低，仅为0.135。Eu是一种变价元素，大多数情况下以Eu3+存在，化学性质与其他稀土元素相近，但是当环境温度足够高且处于还原条件下时会出现Eu异常，即部分Eu元素从三价（Eu3+）还原成二价（Eu2+)(Cullers et al.,1987；李俊等，2005），因此，在表生沉积环境下，Eu异常表征了源区原岩的形成演化特征。∑REE与δEu、Mz的强相关性意味着中国东部海域表层沉积物中稀土元素组成首先受控于物质来源。中国东部海域长江、黄河等大型河流所携带的陆源物质量大，在暖流、沿岸流的控制下颗粒停留时间较短，是海洋沉积物的主要来源（石学法等，2015），快速搬运沉积导致沉积物可以很好地保留原岩的特征，且受后期改造影响较小。沉积物粒度是控制中国东部沉积物稀土元素组成的次要因素，已有研究表明稀土元素明显富集于<2μm的黏土粒级中（王金土，1990），稀土元素可以通过类质同相进入粘土矿物的晶格之中（赵一阳和鄢明才，1994），或以钛的氧化物、磷灰石等富稀土矿物形式出现在黏土相中（Caggianelli et al.,1992）。
由上述分析可知，中国东部海域表层沉积物稀土元素组成存在一定的差异性，且其控制因素也不尽相同，稀土元素因其在表生环境中相对稳定的地球化学性质使其在随各种岩石风化、搬运、沉积后，将源区的信息带到了新的混合沉积物中，这就使其有可能成为判别不同来源沉积物成为可能。已有研究表明，稀土元素参数判别图δEu-(La/Yb)n，δEu-∑REE,(La/Yb)ucc-(Gd/Yb)ucc等可作为区分不同来源沉积物的有效指标，并成功应用于亚洲大陆边缘海域（窦衍光等，2012;李传顺等，2013）。中国东部海域的4个稀土含量高值区的表层沉积物基本为粉砂类型，粒级较为集中，故选择这几个泥质区的部分样品进行物源判别。根据前面所做的相关性分析，研究区的δEu平均粒径的相关性很小，基本上可以忽略不计；(La/Yb)n与平均粒径呈现弱的负相关，这两个参数基本可以消除沉积物粒度对判别结果的影响；另外从δEu和(La/Yb)n的平面分布图可以看出东海内陆架高值区由北往南随着距离长江口的远近，参数值出现显著变化，故将这个高值区分成东海内陆架北端和南端两块区域进行物源判别。最终选择了这5个研究区内的部分样品点绘制了稀土元素高值区δEu和(La/Yb)n关系图（图4）。从图上可以看出5个区域沉积物投点分布在不同的位置，且区分明显，其中东海内陆架北端高值区的δEu值最低，说明其Eu异常明显；南黄海东南部高值区的样品分布跨度大，主要是(La/Yb)n值变化范围较大，但绝大多数的样品基本位于判别图的最上方，意味着(La/Yb)n值较大，轻重稀土分异明显；渤海高值区和南黄海中部高值区的样品分布范围较为一致，进一步说明这两个区域物质的同源性；比较特殊的是，东海内陆架南部高值区的投点与其他4个区截然不同，其δEu值是整个研究区最高的，意味着其表层沉积物的Eu异常最不明显。这5个研究区在稀土含量值都很高的情况下，受不同物质来源的控制，各个研究区稀土元素分馏差异还是很明显的，也进一步说明δEu和(La/Yb)n分异参数判别图可以作为区分这各区域物源的良好指标。一般认为渤海西部泥质区和南黄海中部泥质区主要来自黄河入海物质，这两个区域在物源判别图上的投点位置较为集中，跟以往的研究结果较为一致；济州岛西南部泥质区的物质来源较为复杂，以往研究认为其物质主要来自黄河，但本次研究发现，其样品分布差异较大，小部分样品显示与长江源区和黄河源区较为类似，但大部分样品显示出与长江源区和黄河源区都不尽相同的特征，主要表现在轻重稀土分异明显；东海内陆架南端的样品分布在判别图的右端，其δEu值为全区最高，说明其Eu异常最不明显，以往研究表明东海内陆架泥质区的物质主要来自长江，但本次研究结果显示其北端和南端表现出不同的稀土分馏特征。图4 δEu-(La/Yb)n判别图
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国东部近海现代沉积环境[J]. 段晓勇,印萍,刘金庆,曹珂,高飞,陈小英. 海洋地质与第四纪地质. 2019(02)
[2]中国东南入海河流沉积物的稀土元素地球化学特征[J]. 郭玉龙,杨守业,苏妮,印萍,王中波. 海洋地质与第四纪地质. 2018(01)
[3]深海沉积物中的稀土矿产资源研究进展[J]. 王汾连,何高文,姚会强,邓希光. 中国地质. 2017(03)
[4]中国东部近海沉积物地球化学:分布特征、控制因素与古气候记录[J]. 石学法,刘升发,乔淑卿,姚政权,刘焱光. 矿物岩石地球化学通报. 2015(05)
[5]北部湾东部海域表层沉积物稀土元素组成及物源指示意义[J]. 窦衍光,李军,李炎. 地球化学. 2012(02)
[6]Records of the East Asian winter monsoon from the mud area on the inner shelf of the East China Sea since the mid-Holocene[J]. LIU ShengFa 1,2,3,SHI XueFa 2,LIU YanGuang 2,QIAO ShuQing 2,YANG Gang 2,FANG XiSheng 2,WU YongHua 2,LI ChaoXin 2,LI XiaoYan 2,ZHU AiMei 2 & GAO JingJing 2 1 Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071,China;2 Key Laboratory of Marine Sedimentology and Environmental Geology,First Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Qingdao 266061,China;3 Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China. Chinese Science Bulletin. 2010(21)
[7]中全新世以来东亚冬季风的东海内陆架泥质沉积记录[J]. 刘升发,石学法,刘焱光,乔淑卿,杨刚,方习生,吴永华,李朝新,李小艳,朱爱美,高晶晶. 科学通报. 2010(14)
[8]黄河与长江入海沉积物中碳酸盐含量和矿物颗粒形态特征及影响因素[J]. 杨作升,王海成,乔淑卿. 海洋与湖沼. 2009(06)
[9]δEuN-ΣREEs图解定量区分长江和黄河沉积物[J]. 蒋富清,周晓静,李安春,李铁刚. 中国科学（D辑:地球科学）. 2008(11)
[10]黄东海陆架及朝鲜海峡泥质沉积物的磁学特征比较研究[J]. 刘健,秦华峰,孔祥淮,李军. 第四纪研究. 2007(06)
本文编号：3220952
【文章来源】：中国地质. 2020,47(05)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
中国东部海域表层沉积物平均粒径(Φ)、砂、粉砂、黏土含量（%）分布图
中国东部海域的表层沉积物主要以河流入海携带的泥沙为主（石学法等，2015），所以稀土元素的含量与源区物质组成和气候条件等密切相关（Yang et al.,2002）。中国东部陆域的入海河流众多，既有长江、黄河这种规模较大的河流，也有类似珠江和闽江这种中小规模的河流，而近年来山地型河流的贡献更是得到了研究者的重视（李传顺等，2013）。不同河流在地质背景、气候带、生物面貌、人类活动等方面的差异，可导致其输运入海的陆源物质稀土元素组成不同。一般认为，粒度是影响沉积物稀土元素组成及分布的重要因素，稀土元素多富集在细粒沉积物中（Cullers,1994）。从稀土含量分布图也可以看出，中国东部海域稀土元素富集区的分布和泥质区的范围基本吻合，这是由于稀土元素的富集与表层沉积物的黏土吸附有关。对全海域所有样品的Mz（平均粒径）、∑REE、特征参数δEu、δCe、∑LREE/∑HREE、(La/Yb)n（轻重稀土分馏）、(Sm/Nd) n（轻稀土内部分馏差异）、（Gd/Yb) n（重稀土内部分馏差异）之间的相关关系进行统计分析，结果如表2所示，与∑REE相关性最强的是δEu，呈明显负相关，相关系数可达0.564；其次是Mz，呈明显正相关，相关系数为0.471；而Mz和δEu的相关系数非常低，仅为0.135。Eu是一种变价元素，大多数情况下以Eu3+存在，化学性质与其他稀土元素相近，但是当环境温度足够高且处于还原条件下时会出现Eu异常，即部分Eu元素从三价（Eu3+）还原成二价（Eu2+)(Cullers et al.,1987；李俊等，2005），因此，在表生沉积环境下，Eu异常表征了源区原岩的形成演化特征。∑REE与δEu、Mz的强相关性意味着中国东部海域表层沉积物中稀土元素组成首先受控于物质来源。中国东部海域长江、黄河等大型河流所携带的陆源物质量大，在暖流、沿岸流的控制下颗粒停留时间较短，是海洋沉积物的主要来源（石学法等，2015），快速搬运沉积导致沉积物可以很好地保留原岩的特征，且受后期改造影响较小。沉积物粒度是控制中国东部沉积物稀土元素组成的次要因素，已有研究表明稀土元素明显富集于<2μm的黏土粒级中（王金土，1990），稀土元素可以通过类质同相进入粘土矿物的晶格之中（赵一阳和鄢明才，1994），或以钛的氧化物、磷灰石等富稀土矿物形式出现在黏土相中（Caggianelli et al.,1992）。
由上述分析可知，中国东部海域表层沉积物稀土元素组成存在一定的差异性，且其控制因素也不尽相同，稀土元素因其在表生环境中相对稳定的地球化学性质使其在随各种岩石风化、搬运、沉积后，将源区的信息带到了新的混合沉积物中，这就使其有可能成为判别不同来源沉积物成为可能。已有研究表明，稀土元素参数判别图δEu-(La/Yb)n，δEu-∑REE,(La/Yb)ucc-(Gd/Yb)ucc等可作为区分不同来源沉积物的有效指标，并成功应用于亚洲大陆边缘海域（窦衍光等，2012;李传顺等，2013）。中国东部海域的4个稀土含量高值区的表层沉积物基本为粉砂类型，粒级较为集中，故选择这几个泥质区的部分样品进行物源判别。根据前面所做的相关性分析，研究区的δEu平均粒径的相关性很小，基本上可以忽略不计；(La/Yb)n与平均粒径呈现弱的负相关，这两个参数基本可以消除沉积物粒度对判别结果的影响；另外从δEu和(La/Yb)n的平面分布图可以看出东海内陆架高值区由北往南随着距离长江口的远近，参数值出现显著变化，故将这个高值区分成东海内陆架北端和南端两块区域进行物源判别。最终选择了这5个研究区内的部分样品点绘制了稀土元素高值区δEu和(La/Yb)n关系图（图4）。从图上可以看出5个区域沉积物投点分布在不同的位置，且区分明显，其中东海内陆架北端高值区的δEu值最低，说明其Eu异常明显；南黄海东南部高值区的样品分布跨度大，主要是(La/Yb)n值变化范围较大，但绝大多数的样品基本位于判别图的最上方，意味着(La/Yb)n值较大，轻重稀土分异明显；渤海高值区和南黄海中部高值区的样品分布范围较为一致，进一步说明这两个区域物质的同源性；比较特殊的是，东海内陆架南部高值区的投点与其他4个区截然不同，其δEu值是整个研究区最高的，意味着其表层沉积物的Eu异常最不明显。这5个研究区在稀土含量值都很高的情况下，受不同物质来源的控制，各个研究区稀土元素分馏差异还是很明显的，也进一步说明δEu和(La/Yb)n分异参数判别图可以作为区分这各区域物源的良好指标。一般认为渤海西部泥质区和南黄海中部泥质区主要来自黄河入海物质，这两个区域在物源判别图上的投点位置较为集中，跟以往的研究结果较为一致；济州岛西南部泥质区的物质来源较为复杂，以往研究认为其物质主要来自黄河，但本次研究发现，其样品分布差异较大，小部分样品显示与长江源区和黄河源区较为类似，但大部分样品显示出与长江源区和黄河源区都不尽相同的特征，主要表现在轻重稀土分异明显；东海内陆架南端的样品分布在判别图的右端，其δEu值为全区最高，说明其Eu异常最不明显，以往研究表明东海内陆架泥质区的物质主要来自长江，但本次研究结果显示其北端和南端表现出不同的稀土分馏特征。图4 δEu-(La/Yb)n判别图
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国东部近海现代沉积环境[J]. 段晓勇,印萍,刘金庆,曹珂,高飞,陈小英. 海洋地质与第四纪地质. 2019(02)
[2]中国东南入海河流沉积物的稀土元素地球化学特征[J]. 郭玉龙,杨守业,苏妮,印萍,王中波. 海洋地质与第四纪地质. 2018(01)
[3]深海沉积物中的稀土矿产资源研究进展[J]. 王汾连,何高文,姚会强,邓希光. 中国地质. 2017(03)
[4]中国东部近海沉积物地球化学:分布特征、控制因素与古气候记录[J]. 石学法,刘升发,乔淑卿,姚政权,刘焱光. 矿物岩石地球化学通报. 2015(05)
[5]北部湾东部海域表层沉积物稀土元素组成及物源指示意义[J]. 窦衍光,李军,李炎. 地球化学. 2012(02)
[6]Records of the East Asian winter monsoon from the mud area on the inner shelf of the East China Sea since the mid-Holocene[J]. LIU ShengFa 1,2,3,SHI XueFa 2,LIU YanGuang 2,QIAO ShuQing 2,YANG Gang 2,FANG XiSheng 2,WU YongHua 2,LI ChaoXin 2,LI XiaoYan 2,ZHU AiMei 2 & GAO JingJing 2 1 Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071,China;2 Key Laboratory of Marine Sedimentology and Environmental Geology,First Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Qingdao 266061,China;3 Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China. Chinese Science Bulletin. 2010(21)
[7]中全新世以来东亚冬季风的东海内陆架泥质沉积记录[J]. 刘升发,石学法,刘焱光,乔淑卿,杨刚,方习生,吴永华,李朝新,李小艳,朱爱美,高晶晶. 科学通报. 2010(14)
[8]黄河与长江入海沉积物中碳酸盐含量和矿物颗粒形态特征及影响因素[J]. 杨作升,王海成,乔淑卿. 海洋与湖沼. 2009(06)
[9]δEuN-ΣREEs图解定量区分长江和黄河沉积物[J]. 蒋富清,周晓静,李安春,李铁刚. 中国科学（D辑:地球科学）. 2008(11)
[10]黄东海陆架及朝鲜海峡泥质沉积物的磁学特征比较研究[J]. 刘健,秦华峰,孔祥淮,李军. 第四纪研究. 2007(06)
本文编号：3220952
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