中全新世以來東海內(nèi)陸架泥質(zhì)沉積物來源

徐方建，李安春，李鐵剛，陳世悅，操應(yīng)長，董春梅，邱隆偉

(1.中國石油大學地球資源與信息學院，山東青島266555;2.中國科學院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室，山東青島266071;3.中國石油大學山東省油藏地質(zhì)重點實驗室，山東東營257061)

中全新世以來東海內(nèi)陸架泥質(zhì)沉積物來源

徐方建1，2，3，李安春2，李鐵剛2，陳世悅1，操應(yīng)長1，董春梅1，邱隆偉1

(1.中國石油大學地球資源與信息學院，山東青島266555;2.中國科學院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室，山東青島266071;3.中國石油大學山東省油藏地質(zhì)重點實驗室，山東東營257061)

利用判別函數(shù)、Eu異常與稀土元素總量關(guān)系(δEuN－ΣREEs)圖解以及物源定量識別方法，對位于浙閩沿岸泥質(zhì)帶的EC2005孔常微量、稀土元素地球化學進行分析，利用14C測量加速器質(zhì)譜儀(AMS14C)進行年齡測定，探討東海內(nèi)陸架EC2005孔泥質(zhì)沉積物來源。結(jié)果表明:EC2005孔泥質(zhì)沉積物主要來源于長江，其平均貢獻量為93.7%，沒有識別出黃河物質(zhì);歷史時期黃河物質(zhì)可以影響到29°N甚至于更為偏南的區(qū)域(南界為27°25'N)，臺灣海峽西北部則可以接受臺灣物質(zhì)的輸入;浙閩沿岸泥質(zhì)區(qū)物質(zhì)來源具有一定的復雜性，值得進一步深入研究。

物質(zhì)來源;泥質(zhì)沉積物;東海;內(nèi)陸架;長江;EC2005孔

近年來陸架沉積研究尤其是內(nèi)陸架泥質(zhì)沉積研究備受關(guān)注，并得到了較大發(fā)展［1－3］。東海陸架是最寬廣、平坦的大陸架之一，在全球變化研究中占有重要的地位。對長江口和東海內(nèi)陸架區(qū)域的研究表明，長江物質(zhì)的相當部分沉積在東海內(nèi)陸架［4－5］，形成了浙閩沿岸泥質(zhì)沉積帶。最近，通過高分辨率的聲學剖面和沉積物巖心研究了長江口泥質(zhì)帶和浙閩沿岸泥質(zhì)帶的范圍和沉積歷史［2］。全新世以來黃河曾在蘇北北部進入黃海，黃河口與其南側(cè)的長江口巨量入海泥砂形成了黃河－長江復合三角洲［6］，由于廢黃河三角洲的侵蝕，每年進入南黃海和東海沉積物近0.5×109t［7］。近期對位于浙閩沿岸中北部的DD2孔(122°37.92'E，29°34.92'N)［7］和PC6孔(122°34.02'E，28°58.06'N)［8］研究認為，該泥質(zhì)沉積主要是來自長江的懸浮體以懸移方式輸送沉積而成，黃河物質(zhì)的輸入較少。筆者以位于該泥質(zhì)沉積中心的EC2005孔為研究對象，與DD2孔和PC6孔進行對比，以期對東海內(nèi)陸架“源到匯”的過程獲得進一步的認識。

1 中國東部海域流系

中國東部海域流系主要由黑潮、臺灣暖流、黃海暖流、渤海沿岸流、黃海沿岸流和浙閩沿岸流組成(圖1，修改自文獻［2，9－10］，KC為黑潮，TWC為臺灣暖流，YSWC為黃海暖流，BCC為渤海沿岸流，YSCC為黃海沿岸流，ZFCC為浙閩沿岸流)。其中，渤海沿岸流是自黃河口經(jīng)萊州灣向東流動的低鹽水［11］;黃海沿岸流起自渤海灣，沿著山東半島北岸繞過成三角后向南黃海延伸，常年向南流動［4，11－12］;浙閩沿岸流主要分布在長江口以南浙閩沿岸，其流動方向隨季節(jié)而變，冬季沿岸南下，而夏季則沿岸北上［4，11］。

2 材料與方法

淺地層調(diào)查顯示，東海內(nèi)陸架在甌江口外有一全新世泥質(zhì)沉積中心［2］，為了查明沉積中心成因、泥質(zhì)沉積形成歷史及其環(huán)境記錄等，中國科學院海洋研究所委托上海海洋石油局第一海洋地質(zhì)調(diào)查大隊勘407輪于2005年11月在該沉積中心附近(121°20.0036'E，27°25.0036'N，水深36 m)進行了鉆探取心。具體方法為拋雙“八”字錨固定船位，采用雙管鉆進技術(shù)獲取非擾動巖心。在鉆進過程中連續(xù)測量水深的變化，逐回次計算孔深;用DGPS定位系統(tǒng)監(jiān)視鉆探船隨風、浪、流的漂移，通過調(diào)節(jié)錨纜的拉力控制船在一定范圍內(nèi)移動。鉆探深度為60.20 m，站號EC2005(圖1)。巖心距頂部28.06 m為較均一的泥質(zhì)沉積物，其中26.36～26.24 m和27.26～27.16 m兩層為有孔蟲砂層，含大量破碎貝殼，可能為風暴沉積(以下分析中，將這兩個層位剔除)，該段平均取心率為96%。前期研究表明，該巖心段為海侵結(jié)束后高海平面以來主要受沿岸流控制的淺海沉積，詳細的沉積環(huán)境解釋見文獻［13］。

圖1 中國東部海域流系和等深線圖Fig.1 Bathymetry and regional ocean circulation pattern in Eastern China

沉積物常微量和稀土元素分析樣品低溫烘干后研磨至63 μm以下，在中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所完成測試。常微量地球化學分析采用全自動X射線熒光光譜儀壓片法分析，儀器型號為PW2440，由荷蘭菲利普公司生產(chǎn)。元素Ni、Rb和Zn檢出限為2 μg/g，Cr和Ti檢出限分別為5 μg/g和10 μg/g，Al2O3檢出限為0.1%，本文中涉及的分析樣品數(shù)量為96個。稀土元素分析取0.25 g樣品，用HF+HNO3+H2SO4+王水分解樣品，以總稀釋倍數(shù)1 000用ICP－MS方法測定，其中La和Ce的檢出限為1 μg/g。其他元素檢出限為0.1 μg/g，所用儀器型號為POEMS 3，由美國熱電公司生產(chǎn)，本文中涉及的分析樣品數(shù)量為28個。為了監(jiān)控測試精度和準確度，進行了若干樣品的重復分析與標樣分析，標樣類型為國家一級標準物質(zhì)GSD－9和GSD－10，重復樣與一級標準物質(zhì)合格率均達100%。

在完成沉積物粒度分析的基礎(chǔ)上，在主要沉積界線的泥質(zhì)沉積中選取底棲有孔蟲混合種以及炭屑樣品送美國Woods Hole海洋研究所14C測量加速器質(zhì)譜儀(AMS14C)實驗室完成年代測定，原始測年數(shù)據(jù)利用CALIB 5.0.1軟件［14－15］進行日歷年齡校正(本文中所指的年齡均為日歷年齡)，年代數(shù)據(jù)詳見文獻［16－17］。

3 物源分析

已有研究成果認為，東海懸浮體的主要來源有兩個，一是長江及其他入海河流(錢塘江、甌江、閩江等)攜帶入海的陸源物質(zhì)［9］，如表1所示，長江多年平均輸沙量是錢塘江、甌江和閩江總和的近30倍，從某種意義上講，杭州灣海域現(xiàn)代沉積體也可以看成是長江現(xiàn)代水下三角洲的一部分，閩江沉積物也大多沉積在口門附近，向海擴散很少［9］。賀松林［18］指出，從長江口到溫州灣，黏土礦物組分的相似系數(shù)均在0.99以上，而且錢塘江河口和溫州灣均為泥沙虧缺系統(tǒng)，接納長江入海懸沙補給，甚至于甌江河口下游懸沙也主要是由海域補給［19］，因此相對于長江來講，錢塘江、甌江和閩江對東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)影響甚小。二是黃海沿岸流攜帶黃海懸浮和再懸浮物質(zhì)輸入東海，包括廢黃河口被侵蝕物質(zhì)，為東海北部的現(xiàn)代沉積作用提供了豐富的陸域物質(zhì)［9］。來自臺灣西部的河流物質(zhì)也可能對泥質(zhì)區(qū)有所貢獻，近期研究認為，臺灣西部河流物質(zhì)主要沉積在臺灣海峽，部分細粒物質(zhì)向南進入南?；蚴窍驏|北運移進入沖繩海槽［20］，其影響的北部邊界在26°N以南，對浙閩沿岸泥質(zhì)區(qū)南部會形成影響，而對EC2005孔所在區(qū)域并無影響。因此，浙閩沿岸泥質(zhì)區(qū)的物質(zhì)來源主要應(yīng)該考慮長江和黃河兩條大河的影響。

表1 浙閩沿岸主要河流多年平均輸沙量Table 1 Multi-year average sediment load of major rivers along Zhejiang-Fujian coast106t

3.1 判別函數(shù)

判別函數(shù)(FD)可以用來表示研究區(qū)沉積物與其可能來源沉積物(如黃河和長江)的接近程度。因為鋁在沉積過程中相對穩(wěn)定并且主要富集于黏土粒級中，而且大部分元素在沉積物的不同粒級中具有相近似的富集規(guī)律［4，21］，所以沉積物中元素含量與鋁含量的比值被廣泛用于彌補沉積物粒度變化對元素含量的影響［22－23］。根據(jù)判別函數(shù)計算公式

(E代表分析的元素)對各分析層位計算其判別函數(shù)值，其值越小表明沉積物化學成分越接近該源區(qū)的沉積物組成。如圖2所示，各元素的判別函數(shù)均表明EC2005孔沉積物來源明顯趨向于長江而非黃河物質(zhì)(圖中圓點代表長江來源數(shù)據(jù)點，五角星代表黃河來源數(shù)據(jù)點)。

圖2 EC2005孔沉積物物源判別函數(shù)分布Fig.2 Vertical distributions of provenance discriminant function FDin core EC2005

3.2 δEuN-ΣREEs圖解

稀土元素在表生環(huán)境中非常穩(wěn)定，其組成及分布模式受風化作用、搬運過程以及沉積和成巖作用的影響很小，因而常被用來進行物源示蹤［24－26］。近期的研究［27］發(fā)現(xiàn)，在Eu異常(δEuN)與稀土元素總量(ΣREEs)關(guān)系圖中長江和黃河沉積物之間有一條明顯的分界線，在該界線的上方是長江沉積物，下方是黃河沉積物［27］。將EC2005孔沉積物和蔣富清等以及其所引用長江、黃河［24－25，28－29］沉積物在δEuNΣREEs圖上進行投點，如圖3所示。EC2005孔沉積物均位于該線的上方，即分布于長江沉積物區(qū)域。

圖3 EC2005孔沉積物δEuN-ΣREEs圖解Fig.3 δEuN-ΣREEs plots of sediments in core EC2005

蔣富清等［27］通過正交多項式回歸分析，獲得了長江、黃河δEuN－ΣREEs圖解分界線的曲線方程為1.02)，若ΔΣREEs=ΣREEs實測－ΣREEs擬合＞0，則說明沉積物來源于長江，反之則來源于黃河。如表2所示，ΔΣREEs值均大于0，因此從定量分析來講，EC2005孔沉積物來源于長江而非黃河。

表2 EC2005孔沉積物稀土元素含量及相關(guān)參數(shù)Table 2 REE concentrations and parameters in sediments of core EC2005

3.3 物源定量識別

針對沉積物物源組成可能存在不確定來源的特點，范德江等［31］提出了物源定量識別的非線性規(guī)劃數(shù)學模型，并利用該模型進行了東海陸架北部表層沉積物物源的定量計算，認為現(xiàn)代長江沉積物主要分布于32°N以南、臺灣暖流以西的海域，黃河沉積物主要分布于32°N以北、臺灣暖流以東的海域。肖尚斌等［7］對浙閩沿岸DD2孔泥質(zhì)沉積物的定量計算表明，近2 ka以來浙閩沿岸泥質(zhì)沉積物中長江的貢獻基本穩(wěn)定在83%～85%，可以排除有黃河沉積物輸入的可能，而且歷史上黃河的改道與北徙并沒有對本區(qū)的沉積環(huán)境和沉積物來源產(chǎn)生明顯的影響。對浙閩沿岸PC6孔泥質(zhì)沉積物物源定量計算表明［8］，近7.7 ka以來長江沉積物平均貢獻量約為87.5%(變化范圍為68%～100%)，少有黃河沉積物的輸入(平均為3.2%，變化范圍為0～22%)，認為歷史上黃河的改道與遷徙、黑潮的西移重回沖繩海槽和黃海暖流的北進等并沒有對本區(qū)沉積環(huán)境和沉積物來源產(chǎn)生明顯的影響。

為了便于對比，筆者同樣利用該方法，選取Al、Cr、Ni、Ti、Rb和Zn元素對EC2005孔的物質(zhì)來源進行計算，結(jié)果見圖4。可以看出，本區(qū)沉積物中以長江物質(zhì)為主，其平均貢獻量為93.7%(變化范圍為87%～99%)，沒有識別出黃河物質(zhì)，這與前文利用判別函數(shù)以及δEuN－ΣREEs圖解得到的結(jié)論一致，而且與先前DD2孔和PC6孔研究結(jié)果相近。

圖4 東海內(nèi)陸架3個巖心泥質(zhì)沉積物長江、黃河貢獻量Fig.4 Material contributions of Yangtze and Yellow rivers in mud sediments of three cores on the inner shelf of the East China Sea

以年代為標尺，對DD2孔、PC6孔和EC2005孔的長江、黃河物質(zhì)貢獻量進行對比(圖4)，可以發(fā)現(xiàn)三者在總體主要源于長江的背景下，還存在一些細微的差別:(1)以DD2孔底部年齡為限，近1.6 ka以來DD2孔長江物質(zhì)貢獻量約為84.2%，而PC6孔和EC2005孔則分別為93.4%和93.8%，相差近10%;(2)以PC6孔黃河物質(zhì)影響增大的2.6 ka為界，近2.6 ka以來，僅在少量層位存在較弱的黃河物質(zhì)影響，PC6孔和EC2005孔長江物質(zhì)貢獻量相近，分別為92.5%和93.4%，只是PC6孔長江物質(zhì)貢獻量波動稍大;(3)2.6 ka以前(PC6孔至7.7 ka，EC2005孔至7.3 ka)，PC6孔長江物質(zhì)貢獻量總體偏低，平均為86.0%，而且表現(xiàn)為劇烈的波動，黃河物質(zhì)貢獻量略有增大，平均貢獻量為4.0%，部分層位可達22.0%，而EC2005孔長江物質(zhì)貢獻量平均可達93.8%，而且十分穩(wěn)定。因此可以認為，自浙閩沿岸泥質(zhì)沉積形成以來(7.3～7.7 ka至今)，南部的EC2005孔長江物質(zhì)貢獻量始終穩(wěn)定而且較高，始終未能識別出黃河物質(zhì)的貢獻;7.6～2.6 ka期間，中部的PC6孔長江物質(zhì)貢獻量波動劇烈而且總體偏低，識別出一定量的黃河物質(zhì);2.6 ka以來，泥質(zhì)區(qū)中南部站位長江物質(zhì)貢獻量較高而且基本相同，未能識別出黃河物質(zhì)的影響，北部DD2孔也未能識別出黃河物質(zhì)的影響，盡管長江貢獻量偏弱。

由于近7 ka以來海平面變化不大［32］，由海平面升降引起的物源變化可以忽略。由于長江巨量物質(zhì)的輸入，先前的研究認為浙閩沿岸泥質(zhì)沉積主要是來自長江的懸浮體由冬季沿岸流以懸移方式輸送沉積而成［33］，黃河物質(zhì)基本沒有影響［7－8］。關(guān)于黃河物質(zhì)的入海，近8.5 ka以來黃河發(fā)生多次改道，多數(shù)入海口位置均在渤海西岸或是渤海海峽［6］，而近7 ka以來，大約有30%的黃河物質(zhì)可以被搬運700 km進入黃海，形成了山東半島泥質(zhì)沉積，其南部邊界大概為34°30'N［34］。該邊界距離東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)還有相當遠的距離，因此可以認為黃河在渤海的入海物質(zhì)對后者的影響可以忽略。

公元1 128～1 855 a黃河改道由蘇北北部入海［6］，如此重大的黃河河口南徙事件對位于東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)的DD2孔、PC6孔和EC2005孔沉積物未形成明顯影響，而7.6～2.6 ka期間卻在PC6孔識別出黃河物質(zhì)的影響，而且黃河物質(zhì)的貢獻量有逐漸減小的趨勢，這可能是由于期間黃海沿岸流較強(可能逐漸減弱)，更多沉積物被搬運至PC6區(qū)沉積所致，這需要得到黃海沿岸流系強度變化等方面的證據(jù)，然而該方面相關(guān)研究卻較少，需要得到一定的重視。

4 結(jié)論

(1)EC2005孔泥質(zhì)沉積物主要來源于長江，長江物質(zhì)平均貢獻量為93.7%，變化范圍為87%～99%，沒有識別出黃河物質(zhì)。

(2)7.6～2.6 ka期間黃河物質(zhì)對PC6孔形成了一定影響，部分層位貢獻量約為20%，這可能是由于老黃河口物質(zhì)在黃海沿岸流作用下更多沉積物被搬運至PC6區(qū)沉積所致，這需要得到黃海沿岸流系強度變化等方面的證據(jù)。歷史時期黃河物質(zhì)可以影響到29°N(PC6孔附近)甚至于更為偏南的區(qū)域(南界為27°25'N，EC2005孔)。

(3)浙閩沿岸泥質(zhì)沉積物主要來源于長江，中北部(如PC6孔)在歷史時期曾經(jīng)受到黃河物質(zhì)的影響，南部沉積中心(如EC2005孔)未受到黃河物質(zhì)的影響，而在臺灣海峽西北部則接受臺灣物質(zhì)的輸入［20］，顯示出該泥質(zhì)區(qū)物質(zhì)來源方面的復雜性，這為沉積物“源到匯”過程研究提供了一個絕佳場所。

致謝感謝上海海洋石油局第一海洋地質(zhì)調(diào)查大隊勘407輪全體船員、中國科學院海洋研究所黃朋、李傳順博士在EC2005孔鉆探取心中的大力支持;感謝中國科學院海洋研究所董太祿研究員、李靜女士等參與EC2005孔分樣的全體人員。中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所幫助進行了沉積物地球化學成分分析，年代測試由美國Woods Hole海洋研究所AMS14C實驗室完成，對所有對本文有所幫助的人員表示衷心感謝。

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(編輯 徐會永)

Provenance of mud sediments in the inner shelf of East China Sea since mid-Holocene

XU Fang－jian1，2，3，LI An－chun2，LI Tie－gang2，CHEN Shi－yue1，CAO Ying－chang1，DONG Chun－mei1，QIU Long－wei1
(1.College of Geo-Resources and Information in China University of Petroleum，Qingdao 266555，China;2.Key Laboratory of Marine Geology and Environment，Institute of Oceanology，CAS，Qingdao 266071，China;3.Shandong Key Laboratory of Reservoir Geology in China University of Petroleum，Dongying 257061，China)

Core EC2005，located in the mud area off Zhejiang－Fujian coast in the inner shelf of East China Sea，was analyzed for its major and trace elements，rare earth elements(REE)and dating by14C accelerator mass spectrometry(AMS14C).U－sing discriminant function，the relationship between Eu anomalies and the total REE amount，namely the δEuN－ΣREEs plot and a mathematical model on the quantitative provenance identification，the provenance of mud sediments in core EC2005 was discussed.The results show that the mud sediment of core EC2005 mainly derived from Yangtze River.The average contribution of Yangtze－derived sediments occupied about 93.7%.No substances of Yellow River were identified in the study area.However，Yellow River materials could achieve the area near 29°N，even the more southern regions(to 27°25'N)in historical period.The northwest of the Taiwan Strait accepted the input of Taiwan materials.Therefore，the sediment provenance of the mud area off Zhejiang－Fujian coast is complicated，and it is worth to further study.

provenance;mud sediment;East China Sea;inner shelf;Yangtze River;core EC2005

P 736.21;P 534.63

A

10.3969/j.issn.1673－5005.2011.01.001

2010－06－18

山東省自然科學基金項目(ZR2010DL009);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目(10CX04004A);中國科學院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室開放基金項目(MGE2010KG02);國家自然科學基金項目(40776030);中國石油大學博士基金項目(Y0901036)

徐方建(1982－)，男(漢族)，山東濟南人，講師，博士，現(xiàn)從事海洋沉積與礦物學研究。

1673－5005(2011)01－0001－06