辽河口近万年以来生物硅演化与碳埋藏通量的研究

发布时间：2017-04-06 13:15

  本文关键词：辽河口近万年以来生物硅演化与碳埋藏通量的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：沉积物岩芯通常保存着大量沉积环境和生态环境演变过程的信息,其中生物硅(BSi)记录能反映硅质生物生产力在时间和空间上的变化。笔者及合作者于2012年5月在下辽河平原西南缘大辽河附近(坐标：40°45'18.33",122°07'11.23")获得了ZK2的取芯钻孔,孔深41.4 m,分样后对沉积物样品进行了各项物理化学指标的测定。采用AMS14C和OSL测年方法测定了年代数据,在这些大量测年数据的基础上,结合沉积物样品的粒度、原位密度、生物硅、碳(包括总碳、有机碳和无机碳)、有孔虫、孢粉等指标数据分析的结果,旨在揭示辽河口万年尺度上沉积环境和生态环境的演变过程,并着重探讨各沉积相中生物硅与碳的含量与埋藏速率的变化。综合各项测试指标,将ZK2孔的沉积环境由下至上划分为四大沉积阶段,分别为河流相沉积(U1)、湖沼相沉积(U2)、海洋主导的沉积(U3)、上三角洲平原相沉积(U4)。结合各地层中测定的年代数据,划定了各个沉积阶段的沉积速率。U1位于孔深23.9～41.4 m,对应于河流相沉积阶段,年龄约为25.5～33kaBP。岩性以灰褐色、褐色极细砂、细砂为主,平均粒径为(2.93±0.06)Φ,中值粒径为(2.52±0.04)Φ,沉积物粒径较大；本段沉积物中含极少量孢粉,几乎不见有孔虫和介形虫；生物硅(BSiO2)浓度为(0.92±0.05)%,堆积速率为(4.95±0.43)mgSi02 cm-2 y-1,堆积速率相对较高但堆积的生物硅总量较低；颗粒总碳(PC)含量为(0.18±0.01)%,颗粒有机碳(POC)含量为0.11%,颗粒无机碳(PIC)含量为(0.08±0.01)%。U2位于孔深13.1～23.9 m,对应于湖沼沉积阶段,年龄约为8.5～25.5 kaBP。岩性以灰色粉砂、粉砂质粘土及粘土质粉砂为主,局部见水平层理,偶见灰黑色炭斑,含少量贝壳碎片,平均粒径为(5.96±0.07)Φ,中值粒径为(5.69±0.08)Φ,沉积物粒径较小;本段有孔虫群落呈现分异度低,丰度低的特征,有孔虫仅在层位中间断的出现,伴随少量陆相介形虫；生物硅(BSiO2)浓度为(1.96±0.10)%,堆积速率为(2.04±0.11)mg SiO2 cm-2 y-1,堆积速率较低,堆积的生物硅总量升高；颗粒总碳(PC)含量为(0.65±0.05)%,颗粒有机碳(POC)含量为(0.43±0.04)%,颗粒无机碳(PIC)含量为(0.21±0.03)%。U3位于孔深2.5-13.1 m,对应于海洋主导的沉积阶段,年龄约为1.5～8.5 kaBP。岩性以灰色粘土质粉砂为主,中部见大量粉砂透镜体,平均粒径为(4.88±0.09)Φ,中值粒径为(4.53±0.10)Φ,沉积物粒径略有增加；有孔虫含量较多,丰度平均值为2865,优势组合为Protelphidium tuberculatum与A.beccarii var.;该阶段对应的生物硅(BSiO2)浓度为(1.55±±0.10)%,堆积速率为(3.73±0.26) mg SiO2cm-2 y-1,堆积速率有所提升,但堆积的生物硅总量有所下降；颗粒总碳(PC)含量为(0.42±0.03)%,颗粒有机碳(POC)含量为(0.31±0.03)%,颗粒无机碳(PIC)含量为(0.11±0.01)%。U4位于孔深0-2.5 m,对应于上三角洲平原相沉积阶段,年龄约为1.5 kaBP至今。岩性主要是黄色、黄褐色粘土质粉砂,平均粒径为(6.00±0.08)Φ,中值粒径为(5.71±0.11)Φ,沉积物粒径变小。有孔虫含量少,属种单一,以Ammoia beccarii var.与Psedononionella variabilis Zheng两种为绝对优势种,优势度大于98%,沉积环境属于富含有机质的滞留还原环境。其相应的生物硅(BSiO2)浓度为(2.85±±0.23)%,堆积速率为(8.68±0.37) mg SiO2 cm-2 y-1,堆积速率很高,堆积的生物硅总量也较高。颗粒总碳(PC)含量为(0.73±0.06)%,颗粒有机碳(POC)含量为(0.61±±0.06)%,颗粒无机碳(PIC)含量为(0.12±0.02)%。研究表明：ZK2孔由下往上的各沉积阶段,平均粒径均值呈低-高-低-高的变化趋势,中值粒径总体变化趋势与平均粒径类似。其中U1阶段的Φ值较低,砂含量较高,水动力较弱；其它三个阶段Φ值在较高的水平中波动,其相应的砂含量也较低,水动力增强；ZK2孔生物硅含量及其堆积速率在各个沉积阶段发生不同程度的变化,其中生物硅含量最高值是最低值18.5倍左右,堆积速率最高值是最低值的51.4倍,这些变化表明了研究区近33 ka以来初级生产力具有十分显著的差异。本地区生物硅含量与其它地区对比发现,河口与海湾的生物硅堆积量要低于深海与大洋的生物硅堆积量。PC和POC含量在U1阶段平均含量最高,U2阶段开始下降,U3阶段有所回升后至U4阶段又下降,呈现出一个高-低-高-低旋回变化的趋势。生物硅含量的波动与颗粒总碳(PC)和颗粒有机碳(POC)含量的波动同步。特别地,在17～25 cal ka BP冰期形成的湖沼沉积阶段出现了较大的颗粒无机碳(PIC)浓度的波动,推测与当时干冷气候条件下CaC03过饱和从湖水中沉淀析出有关。钻孔沉积物生物硅浓度记录对格陵兰冰芯18O同位素值的响应存在大约300 a的滞后现象。
【关键词】：辽河口 生物硅 粒度 碳埋藏 沉积环境
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q911;P595
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-15
• 0 前言15-16
• 1 研究现状与意义16-21
• 1.1 水体中生物硅的形成与研究意义16-17
• 1.2 生物硅在国内外的研究现状17-19
• 1.3 本文研究内容、目的及创新点19
• 1.4 本文研究工作量及完成情况一览表19-21
• 2 研究区域概况21-31
• 2.1 辽河三角洲自然地理概况21-27
• 2.1.1 气候22-23
• 2.1.2 水文23
• 2.1.3 土壤23-24
• 2.1.4 沉积物24-25
• 2.1.5 地形地貌25-27
• 2.2 辽河三角洲区域地质与地质构造27-31
• 3 辽河三角洲晚更新世晚期以来沉积演化与环境变迁31-54
• 3.1 测试和分析方法31-35
• 3.1.1 样品采集31-32
• 3.1.2 沉积物测年方法32-34
• 3.1.3 粒度测试方法34-35
• 3.1.4 微体古生物鉴定方法35
• 3.1.5 孢粉鉴定方法35
• 3.2 ZK2孔的岩性和粒度特征35-40
• 3.2.1 ZK2孔岩芯的粒度指标特征37-38
• 3.2.2 ZK2孔岩芯的敏感粒度组份提取及其指示意义38-40
• 3.3 ZK2孔的微体古生物特征40-47
• 3.4 ZK2孔的测年结果和沉积速率变化特征47-49
• 3.5 ZK2孔晚更新世晚期以来的沉积环境变迁49-54
• 4 辽河三角洲ZK2孔近万年以来生物硅特征与碳埋藏通量研究54-66
• 4.1 测试与分析方法54-57
• 4.1.1 生物硅的测定方法及计算54-57
• 4.1.2 总碳、有机碳、无机碳的测定57
• 4.1.3 含水量、原位密度及堆积速率计算57
• 4.2 ZK2中生物硅、碳、粒度参数的分布特征57-64
• 4.2.0 粒度指标分布特征58-59
• 4.2.1 生物硅的分布特征59-61
• 4.2.2 碳埋藏的分布特征61-62
• 4.2.4 ZK2中近万年来生物硅、碳、粒度之间演化特征和联系62-64
• 4.3 生物硅的分布情况与其他指标的对应关系64-66
• 4.3.1 生物硅与格陵兰冰芯氧同位素的关系64-65
• 4.3.2 生物硅与碳的关系65-66
• 5 总结66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 展望与不足67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果74

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