北冰洋西部表層沉積物礦物學(xué)特征及其物質(zhì)來(lái)源

董林森 石學(xué)法 劉焱光 方習(xí)生 陳志華 王春娟 鄒建軍 黃元輝

0 引言

北極在晚新生代環(huán)境演化及現(xiàn)今氣候變化中都起著非常重要的作用［1］，一方面由于大面積的海冰覆蓋，反照率大，影響全球能量平衡；另一方面北冰洋與大西洋和太平洋通過(guò)水體交換制約著全球海洋溫鹽循環(huán)［2］。北冰洋西部沉積環(huán)境比較復(fù)雜，既有水體作用，又有冰筏作用，特別是北冰洋與太平洋的水體交換以及加拿大北極群島周邊海域和歐亞陸架海冰（冰山）的冰筏沉積作用，都有別于其他海域。

為了研究北冰洋新生代沉積物來(lái)源、示蹤河流卸載、海冰和冰山的冰筏沉積等顆粒搬運(yùn)路徑，前人曾開(kāi)展了礦物學(xué)［3-9］、元素地球化學(xué)［6，10］及穩(wěn)定同位素等［11-12］研究，對(duì)于礦物學(xué)的研究主要集中在重礦物［3］、冰筏碎屑［4-5］和黏土礦物［6-9］等方面。由于北冰洋深水區(qū)沉積物粒度較細(xì)，碎屑礦物含量較少，所以對(duì)沉積物全巖的X射線衍射（XRD）研究顯得尤為重要。根據(jù)沉積物全巖的XRD研究可查明沉積物的礦物組成，對(duì)于反映沉積物的搬運(yùn)路徑、來(lái)源、沉積過(guò)程以及重建古海洋學(xué)演化歷史等有重要意義［13］。

目前對(duì)北冰洋海域全巖XRD的研究主要是在歐亞盆地［13-15］。Vogt等人［14］對(duì)北冰洋 Yermak海臺(tái)全巖XRD的研究發(fā)現(xiàn)，沉積物中的礦物主要為石英、長(zhǎng)石、方解石、白云石和輝石，并跟據(jù)全巖礦物組成、黏土礦物組成以及結(jié)合有機(jī)地球化學(xué)特征闡明了冰蓋歷史，重建了古海洋學(xué)演化歷史。M?rz等［15］對(duì)北冰洋中部全巖XRD的研究發(fā)現(xiàn)沉積物中含石英、頁(yè)硅酸鹽、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、沸石、閃石、堇青石和黃鐵礦等，并根據(jù)礦物學(xué)組成和元素組成查明早第四紀(jì)—晚第四紀(jì)的沉積機(jī)制的變化。Vogt等識(shí)別出北冰洋中東部全巖礦物中主要有石英、白云石、方解石和長(zhǎng)石，通過(guò)對(duì)礦物的半定量計(jì)算得出各種礦物含量的平面分布圖，查明沉積物大致的搬運(yùn)路徑及來(lái)源［13］。

對(duì)歐亞盆地沉積物質(zhì)的研究，多數(shù)僅識(shí)別出主要礦物組成［14-15］，給出半定量計(jì)算的較少［13］。目前對(duì)北冰洋西部表層沉積物全巖XRD的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本文首次對(duì)北冰洋西部海域表層沉積物進(jìn)行了全巖XRD研究，在查明礦物組成的同時(shí)給出全巖礦物的半定量計(jì)算結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上闡述其搬運(yùn)機(jī)制及沉積物來(lái)源。

1 概況

1.1 地質(zhì)背景

北冰洋西部的周緣陸地包括阿拉斯加、西伯利亞及加拿大北極群島等。

阿拉斯加半島由侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)的砂巖、頁(yè)巖和花崗巖，以及第三系以來(lái)的酸性火成巖、安山巖和玄武巖組成［16］。

西伯利亞的地質(zhì)體和陸地包括西伯利亞地臺(tái)、維爾霍揚(yáng)斯克山脈、科累馬-奧莫隆地塊、鄂霍茨克-楚科奇海火山帶和楚科奇地塊［6］。俄羅斯中部的前寒武紀(jì)西伯利亞地臺(tái)上覆大面積的沉積礦床和溢流玄武巖［17］。維爾霍揚(yáng)斯克山脈位于西伯利亞地臺(tái)的東部，山脈隆起導(dǎo)致泥盆紀(jì)的沉積物變形，形成了陸架碎屑巖沉積序列和深海頁(yè)巖沉積?？评垴R-奧莫隆地塊是一個(gè)增長(zhǎng)的地形，是弧前和弧后盆地的殘余物和大陸碎片拼貼形成的。鄂霍茨克-楚科奇?；鹕綆У奈鞑坑伤嵝缘街行曰鹕綆r組成，東部由中性到基性火山巖組成。楚科奇地塊主要是由沉積巖組成［18］。

加拿大北極群島主要由班克斯島、維多利亞島等組成，巖石類(lèi)型總體上以碳酸鹽巖和碎屑巖為主［19］。

1.2 沉積物輸入

北冰洋周緣陸地的沉積物主要通過(guò)河流輸運(yùn)、海岸侵蝕以及海冰（冰山）的搬運(yùn)輸入到北冰洋。北冰洋西部的入海河流主要有：加拿大的馬更些河，西伯利亞的鄂畢河、葉尼塞河、哈坦加河、勒拿河、亞納河、科累馬河和因迪吉爾卡河等（圖1）。此外，阿拉斯加的育空河和卡斯科奎姆河流入到白令海之后通過(guò)洋流搬運(yùn)到楚科奇海，也為北冰洋提供大量的入海物質(zhì)［7］。各河流的流量、沉積物卸載量及其流域盆地的主要巖性見(jiàn)表1。海岸侵蝕也是北冰洋沉積物的一個(gè)重要來(lái)源［20］。海冰和冰山的沉積物搬運(yùn)是北冰洋深水區(qū)的主要的搬運(yùn)方式［21］。

1.3 洋流

洋流系統(tǒng)對(duì)于周緣陸地沉積物往北冰洋的搬運(yùn)是非常重要的。太平洋的低鹽水通過(guò)白令海峽進(jìn)入北冰洋對(duì)北極表層水做出貢獻(xiàn)，太平洋水由白令海峽進(jìn)入楚科奇海以后，分三支向北擴(kuò)散（圖1），西面的一支沿50 m等深線向西北流動(dòng)，至弗蘭格爾島東北部分成兩支，分別沿赫雷德峽谷向北流向陸坡和沿60 m等深線折向東北；中間的一支大致沿170°W經(jīng)線附近的中央水道向北流，至赫雷德淺灘東北部亦分為兩支，一支繼續(xù)向北流，一支折向東北；東面的一支沿阿拉斯加海岸帶流動(dòng)，在巴羅角附近折向東，沿波弗特海陸坡流動(dòng)［34］。

西伯利亞沿岸流從拉普捷夫海（Laptev Sea）流至東西伯利亞海，最后到達(dá)楚科奇海域［6］（圖1）。北冰洋主要的表層洋流有美亞盆地的波弗特環(huán)流以及歐亞盆地的穿極流（圖1），它們控制了海冰和冰山的移動(dòng)。這些海冰和冰山為北冰洋的沉積物做出貢獻(xiàn)，發(fā)生負(fù)北極濤動(dòng)時(shí)，穿極流將來(lái)自西伯利亞的沉積物搬運(yùn)到歐亞海盆后到達(dá)弗拉姆海峽（Fram Stait），波弗特環(huán)流將來(lái)自美亞海盆周緣陸地的沉積物搬運(yùn)到美亞海盆，正北極濤動(dòng)時(shí)，西伯利亞陸架的沉積物被搬運(yùn)到美亞海盆和門(mén)捷列夫脊［35］（圖1）。

此外，中層水也為北冰洋貢獻(xiàn)沉積物，粉砂和泥可以通過(guò)中層水搬運(yùn)或者再沉積［36］。北大西洋暖流到達(dá)北冰洋后分為兩支，一支為弗拉姆海峽支流，一支為巴倫支海（Barents Sea）支流，這兩支支流變冷下沉形成中層水，在北冰洋沿著大陸坡和海脊流動(dòng)，其中巴倫支海支流可以到達(dá)加拿大海盆的南端以及北風(fēng)脊［37］（圖 1）。

圖1 研究區(qū)位置、河流、洋流［6，35，38-39］、海冰范圍［40］及表層取樣站位圖.KS—喀拉海，LS—拉普捷夫海，ESS—東西伯利亞海，SCC—西伯利亞沿岸流，ACW—阿拉斯加沿岸流，BSW—白令陸架水，AW—阿納德?tīng)柫?，TPD—穿極流，BG—波弗特環(huán)流，＋AO—正北極濤動(dòng)，－AO—負(fù)北極濤動(dòng).黃色實(shí)線為負(fù)北極濤動(dòng)時(shí)海冰的流向，紅色及紫色虛線分別代表正北極濤動(dòng)時(shí)從喀拉海和拉普捷夫海搬運(yùn)的海冰的流向Fig.1.Location of study area，rivers，currents，sea ice extentofnorth polar region and surface sampling stations.KS—Kara Sea，LS—Laptev Sea，ESS—east Siberian Sea，SCC—Siberian Coastal Current，ACW—Alaska Coastal Water，BSW—Bering shelf water，AW—Anadyr water，TPD—Trans-polor drift，BG—Beaufort gyre，＋AO—positive Arctic oscillation，－AO—negative Arctic oscillation.The TPD and the BG depict endmember extremes for both a strongly－AO phase（solid yellow drift arrows）and a strongly＋AO（dashed red arrows for Kara Sea ice and dashed maroon for Laptev Sea ice）

表1 各河流的流量、沉積物卸載量及其流域盆地的主要巖性Table 1.River discharge，sediment load and main rock types of drainage basins

2 材料與方法

本研究所用樣品為中國(guó)第2次至第4次北極科學(xué)考察所采集的表層沉積物，共79個(gè)樣品，其中楚科奇海44站，楚科奇海臺(tái)4站，北風(fēng)脊2站，阿爾法脊5站，加拿大海盆22站，馬克洛夫盆地2站（圖1）。

先用研磨機(jī)將沉積物研磨成＜200 mesh的粉末。礦物成分鑒定所使用的儀器為日本理學(xué)公司的D／max-2500型轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀，樣品測(cè)試前儀器已校正，衍射強(qiáng)度穩(wěn)定度誤差＜0.5%，衍射角測(cè)量準(zhǔn)確度＜0.04。采用銅靶輻射，工作電壓40 kV，工作電流100 mA，掃描范圍為 3°—65°（2θ），掃描速率為2°·min－2［38］。所有樣品的測(cè)試條件相同。由于每種礦物出現(xiàn)衍射峰的角度不同，因此可由衍射峰位置來(lái)鑒定沉積物的組成礦物。衍射峰的強(qiáng)度大致可以判斷礦物含量的多少，但無(wú)法計(jì)算礦物的絕對(duì)含量，分析誤差＜5%。X射線衍射圖形因儀器本身的影響可能產(chǎn)生位移，2θ值稍有變化，范圍在±0.1°左右。

各種礦物的鑒定以及相對(duì)含量計(jì)算按照Cook等［41］的方法進(jìn)行（表2）。利用 Jade 6.0軟件讀取各站位沉積物衍射峰，識(shí)別并計(jì)算出各礦物衍射峰高度和面積。

表2 礦物衍射數(shù)據(jù)Table 2.Minerals actively sought in diffraction data analysis

3 結(jié)果

3.1 沉積物中的礦物含量

全巖礦物的定性及半定量分析是利用X衍射儀進(jìn)行測(cè)定并結(jié)合Jade 6.0軟件加以處理。識(shí)別出了北冰洋西部表層沉積物中的主要礦物（含量＞5%）以石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、云母為主，典型礦物包括角閃石、輝石、方解石、白云石、高嶺石和綠泥石等，這些礦物可以示蹤沉積物的物質(zhì)來(lái)源。此外，在XRD譜線上還識(shí)別出了針鐵礦、鈣十字石、文石、鹽巖、銳鈦礦、黃鐵礦、菱鐵礦和硬石膏等礦物（圖2），以百分制計(jì)算所有識(shí)別出來(lái)的礦物含量，根據(jù)需要，表3僅列出了其中的主要礦物和典型礦物的百分含量。

3.2 沉積物礦物分布特征

礦物分布圖是基于Arcgis的反距離權(quán)重插值法得出的，從圖3上可以看出，石英在楚科奇海靠阿拉斯加一側(cè)含量較高，含量最高達(dá)45%，另外，在阿爾法脊及加拿大海盆北端含量也相對(duì)較高，總體上楚科奇海的石英含量高于北冰洋深水區(qū)（包括阿爾法脊、北風(fēng)脊、加拿大海盆和楚科奇海臺(tái)）。鉀長(zhǎng)石含量最高為13.04%，在研究區(qū)靠近歐亞海盆一側(cè)的含量高于美亞海盆一側(cè)，加拿大海盆區(qū)含量較低。斜長(zhǎng)石的分布特征跟鉀長(zhǎng)石基本一致，含量范圍為2.82%—20.49%。在加拿大海盆及馬克洛夫海盆云母含量較高，含量高達(dá)22.99%，在楚科奇海以及北風(fēng)脊、楚科奇海臺(tái)和阿爾法脊含量相對(duì)較低。楚科奇海的角閃石含量為0—1.51%，北冰洋深水區(qū)含量為0—1.25%，總體上楚科奇海角閃石含量高于北冰洋深水區(qū)，且楚科奇海的高值區(qū)集中在靠東西伯利亞海一側(cè)。輝石在加拿大海盆南端、北風(fēng)脊、楚科奇海臺(tái)以及阿爾法脊和馬克洛夫海盆的含量較高，最高值為4.1%，其他海區(qū)含量較低。在加拿大海盆方解石和白云石的含量較高，最高值分別為11.1%和13.04%，楚科奇海含量較低。高嶺石含量范圍為0.47%—4.81%，沒(méi)有明顯的變化特征。綠泥石含量變化范圍為0—4.67%，在楚科奇海含量較高，加拿大海盆含量較低。

圖2 北冰洋西部表層沉積物礦物X射線衍射峰特征圖Fig.2. Multiple X-ray diffraction diagrams of typical samples in western Arctic Ocean

表3 北冰洋西部表層沉積物主要及典型礦物組成Table 3.Composition of primaryminerals and representativeminerals of sediments in western Arctic Ocean

續(xù)表3

圖3 北冰洋西部沉積物主要礦物和典型礦物分布圖Fig.3.Distribution of primaryminerals and representativeminerals of sediments in western Arctic Ocean

長(zhǎng)石／石英（F／Qz）比值已經(jīng)成為沉積物化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度的傳統(tǒng)性替代指標(biāo)，并據(jù)此探討沉積物的來(lái)源和氣候變化［42］，從圖4可以看出 Fk／Qz，F(xiàn)p／Qz和（Fk＋Fp）／Qz表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，研究區(qū)靠近歐亞海盆一側(cè)的比值大于美亞海盆一側(cè)，說(shuō)明風(fēng)化程度相對(duì)較低。

圖4 沉積物長(zhǎng)石／石英比值變化分布圖Fig.4.Variation of the ratios of Fk／Qz（a），F(xiàn)p／Qz（b）and（Fk＋Fp）／Qz（c）of sediments in western Arctic Ocean

3.3 聚類(lèi)分析

以79個(gè)站位礦物組分的主成分得分作為劃分的新指標(biāo)，用歐氏距離來(lái)衡量各礦物組成的差異大小，采用類(lèi)平均法對(duì)各站位進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)，劃分為6類(lèi)礦物組合（圖5），其中R08和Bn03均自成一類(lèi)不做考慮。將Ⅰ類(lèi)礦物組合分為Ⅰa、Ⅰb和Ⅰc三類(lèi)。各礦物組合的平均礦物組成見(jiàn)表4，其中，Ⅰa型分布在楚克奇海的兩端，靠阿拉斯加一側(cè)（Ⅰa1）石英含量較高，靠西伯利亞海一側(cè)（Ⅰa2）石英含量較低，與其他礦物組合相比，斜長(zhǎng)石含量相對(duì)較高。這一點(diǎn)和Ⅰc型礦物組合相似，Ⅰc型礦物組合也位于楚科奇海西部。Ⅰb型礦物組合分布在加拿大海盆的南部（Ⅰb1）和中部（Ⅰb2），以云母含量高，石英和斜長(zhǎng)石含量低為特征，其中南部的碳酸鹽含量略高于中部。Ⅱ型礦物組合以方解石和白云石含量高為特征，平均含量分別為6.08%和5.66%。Ⅲ型礦物組合以石英和白云石含量高為特征，平均含量分別為25.85%和6.8%。該型礦物分布在阿拉斯加北部海域。Ⅳ型礦物鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石含量高，平均為9.81%和18.39%，該型礦物主要集中在白令海峽附近。Ⅴ型礦物組合方解石和白云石含量也相對(duì)較高，平均含量分別為5.18%和3.72%，與Ⅱ型相比略低。Ⅵ型礦物組合石英含量最高，平均為36.74%，該型礦物分布在赫雷德淺灘和漢納淺灘附近。礦物組合類(lèi)型分布見(jiàn)圖6。

圖5 研究區(qū)全巖礦物組成的Q型聚類(lèi)分析Fig.5.Q Cluster analysis of bulk mineral assemblages in study area

4 討論

由于楚科奇海和北冰洋西部深水區(qū)的水文結(jié)構(gòu)和沉積物的潛在物質(zhì)來(lái)源存在差異，所以將研究區(qū)分為楚科奇海和北冰洋西部深水區(qū)兩部分來(lái)討論。

4.1 楚科奇海

楚科奇海位于北冰洋西部陸架區(qū)，周緣陸地河流眾多，水文環(huán)境復(fù)雜，可能存在多個(gè)物質(zhì)來(lái)源。楚科奇海陸架區(qū)的沉積物來(lái)源包括河流、海岸侵蝕、洋流和海冰融化等。大量的地質(zhì)體和陸地沉積物通過(guò)河流等被搬運(yùn)到大陸架。北冰洋的入海河流眾多，且河流的卸載量較高，是最主要的來(lái)源之一。前已述及，太平洋水進(jìn)入北冰洋以阿拉斯加沿岸流、白令陸架水及阿納德?tīng)柫鞯热ШＡ鲗琢詈３练e物搬運(yùn)到楚科奇海，白令海的入海河流包括阿拉斯加的育空河和卡斯科奎姆河以及楚科奇半島的阿納德?tīng)柡印?/p>

其中，育空河和卡斯科奎姆河沉積物在阿拉斯加沿岸流的作用下被搬運(yùn)到楚科奇海，Ortiz等［43］研究發(fā)現(xiàn)，巴羅海峽西北部的楚科奇海陸架沉積物大量來(lái)自育空河以及阿拉斯加的一些較小的河流。育空河和卡斯奎姆河流域盆地的巖石類(lèi)型以頁(yè)巖、砂巖和花崗巖為主［16］，石英含量高，從洋流與沉積物組合類(lèi)型的關(guān)系上可以判斷，Ⅰa1型礦物組合應(yīng)該是育空河和卡斯奎姆河沉積物在阿拉斯加沿岸流的作用下沉積形成的，Ⅵ型礦物應(yīng)該也受這兩條河流沉積物的影響。Eberl［44］對(duì)育空河從源頭到入海口的沉積物礦物組成進(jìn)行了XRD的半定量分析，發(fā)現(xiàn)育空河入?？谔幊练e物中斜長(zhǎng)石的含量約22%，鉀長(zhǎng)石的含量約13%，石英的含量約50%，方解石和白云石的含量都較低，不足1%。這與本次研究得出的Ⅲ型沉積物石英含量高是吻合的，長(zhǎng)石含量相對(duì)較低可能是搬運(yùn)過(guò)程中長(zhǎng)石的不穩(wěn)定性所造成的。

表4 各礦物組合的平均礦物組成Table 4.Theminerals composition of different styles

圖6 沉積物礦物組合類(lèi)型分布圖Fig.6.Distribution ofmineral assemblages of surface sediments in study area

靠近白令海峽的楚科奇海南端沉積物以Ⅳ型為主，鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石的含量最高。阿納德?tīng)柡恿饔虻膸r石類(lèi)型主要是火山巖、花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖［33］，這些巖石類(lèi)型中斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石的含量非常高，由此可以判斷，Ⅳ型沉積物主要是阿納德?tīng)柡映练e物在阿納德?tīng)柫髯饔孟卤话徇\(yùn)到楚科奇海南端。Ⅰa2型和Ⅰc型沉積物中鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石的含量也較高，結(jié)合洋流的流向，可以判斷阿納德?tīng)柫鲗?duì)這兩類(lèi)沉積物做出貢獻(xiàn)；此外，西伯利亞沿岸流攜帶歐亞陸架沉積物搬運(yùn)到楚科奇海，也對(duì)這兩類(lèi)沉積物做出貢獻(xiàn)。前面提到，西伯利亞陸地由酸性到基性火山巖及一些沉積巖等組成，在河流的搬運(yùn)下可以為沉積物提供鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石和石英等輕礦物以及一些重礦物和黏土礦物。哈坦加河流經(jīng)西伯利亞玄武巖攜帶大量的輝石在拉普捷夫海西部入海，是該海區(qū)主要的重礦物，勒拿河攜帶大量角閃石在拉普捷夫海中東部入海，并成為該區(qū)含量最高的重礦物；另外，貝爾加山（Byrranga Mountains）的冰川融水為拉普捷夫海提供了高含量的云母［3］，西伯利亞沿岸流將拉普捷夫海沉積物搬運(yùn)到東部到達(dá)東西伯利亞海，最后到達(dá)楚科奇海［45］，為研究區(qū)提供輝石、角閃石和云母等礦物。高嶺石和綠泥石等黏土礦物的來(lái)源前人已經(jīng)開(kāi)展大量研究，認(rèn)為綠泥石來(lái)自變質(zhì)沉積巖和火成巖的物理風(fēng)化［46］，這些巖石在西伯利亞和阿拉斯加非常普遍。黏土礦物通過(guò)河流搬運(yùn)到東西伯利亞海［6，47］，東西伯利亞海的沉積物在向東的西伯利亞沿岸流的作用下通過(guò)德朗海峽搬運(yùn)到楚科奇海西部［45，48］。Ⅲ型礦物組合中白云石含量高，這可能與馬更些河沉積物卸載有關(guān)，馬更些河流域盆地中碳酸鹽巖含量較高［31］，為Ⅲ型沉積物提供物質(zhì)來(lái)源。

4.2 北冰洋深水區(qū)

北冰洋西部深水區(qū)的沉積物礦物組合類(lèi)型主要包括Ⅰb型、Ⅱ型和Ⅴ型。該區(qū)受到波弗特環(huán)流、穿極流以及大西洋中層水的影響，在這些洋流的作用下，歐亞陸架和加拿大北極群島周緣海域沉積物被搬運(yùn)到北冰洋西部深水區(qū)。

在北冰洋、特別是沉積速率較低的深海區(qū)，海冰及冰山的搬運(yùn)是其沉積物的主要搬運(yùn)方式，Darby等［49］認(rèn)為北冰洋中部全部的粗組分和幾乎全部的細(xì)組分均來(lái)源于冰筏沉積。從礦物組成可以看出，Ⅱ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)沉積物以方解石和白云石含量高為特點(diǎn)，且在波弗特環(huán)流的路徑上，可以判斷加拿大北極群島周緣海域?yàn)檫@兩類(lèi)沉積物的主要來(lái)源。對(duì)于碳酸鹽巖的來(lái)源前人均認(rèn)為是加拿大北極群島的碳酸鹽巖地臺(tái)在海冰（冰山）的作用下通過(guò)波弗特環(huán)流搬運(yùn)而來(lái)。Polyak等［50］的研究也認(rèn)為門(mén)捷列夫脊附近的NP26站位沉積物中的碳酸鹽碎屑來(lái)源于加拿大北極群島的班克斯島（Banks Island）和維多利亞島（Victoria Island）。美亞盆地晚第四紀(jì)沉積物碎屑中含大量的石灰?guī)r巖屑從馬克洛夫海盆到加拿大海盆東南部含量增加，這就說(shuō)明源自勞倫泰德冰蓋的冰山攜帶碎屑物質(zhì)進(jìn)入北冰洋中部［5］，物源為加拿大西北部以及加拿大北極群島的、早古生代富含石灰?guī)r的碳酸鹽巖層［19］。Ⅰb1型沉積物主要在楚科奇海臺(tái)、北風(fēng)脊等中等水深的海域，該海域環(huán)流結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既受波弗特環(huán)流和穿極流的影響，又受大西洋中層水的影響；Ⅰb2型沉積物在加拿大海盆中部。這兩類(lèi)沉積物的特點(diǎn)是方解石和白云石的含量均較低，說(shuō)明受波弗特環(huán)流影響相對(duì)較小；此外，與其他礦物組合類(lèi)型相比，云母含量最高。前面提到，貝爾加山的冰川融水能為拉普捷夫海提供高含量的云母，結(jié)合洋流的搬運(yùn)路徑可以判斷，在正北極濤動(dòng)時(shí)，來(lái)自拉普捷夫海海冰沉積物為Ⅰb型沉積物做出了一定的貢獻(xiàn)［51］，Polyak等［50］對(duì)門(mén)捷列夫脊附近沉積物的研究認(rèn)為石英的來(lái)源主要是拉普捷夫海。此外，一些黏土級(jí)細(xì)粒物質(zhì)可能由大西洋中層水?dāng)y帶而來(lái)［8，36］。

5 結(jié)論

通過(guò)北冰洋西部表層沉積物礦物學(xué)特征及其物質(zhì)來(lái)源的上述分析與研究，可得出以下的幾點(diǎn)基本認(rèn)識(shí)：

（1）北冰洋西部表層沉積物中的主要礦物（含量＞5%）以石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、云母為主，典型礦物包括方解石、白云石、輝石、角閃石、高嶺石和綠泥石等，這些礦物可以示蹤沉積物的物質(zhì)來(lái)源。此外，在XRD譜線上還識(shí)別出了針鐵礦、鈣十字石、文石、鹽巖、銳鈦礦、黃鐵礦、菱鐵礦和硬石膏等礦物。共分出6個(gè)礦物組合。其中，Ⅰ類(lèi)礦物組合又可分為Ⅰa1、Ⅰa2、Ⅰb1、Ⅰb2和Ⅰc五類(lèi)。其中，Ⅰa1和Ⅵ型礦物組合石英含量較高，Ⅰa2和Ⅰc型礦物組合相似，與其他礦物組合相比，以斜長(zhǎng)石和角閃石含量高為特征，Ⅰb型礦物組合以云母含量高，石英和斜長(zhǎng)石含量低為特征；Ⅱ型和Ⅴ型礦物組合以方解石和白云石含量高為特征，Ⅲ型礦物組合以白云石含量高為特征，Ⅳ型礦物斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石含量高。

（2）楚科奇海的礦物組合類(lèi)型包括Ⅰa1、Ⅰa2、Ⅰc型、Ⅲ型、Ⅳ型以及Ⅵ型。其中，Ⅳ型分布在楚科奇海的中部靠近白令海峽處，這主要是阿納德?tīng)柫鲾y帶的、來(lái)自阿納德?tīng)柡拥某练e物，Ⅰa2和Ⅰc型沉積物礦物組合相似，分布在楚科奇海的西側(cè)，受阿納德?tīng)柫骱蜄|西伯利亞沿岸流的雙重影響，沉積物來(lái)自西伯利亞陸地的高含長(zhǎng)石的一些火山巖。Ⅰa1和Ⅵ型分布在楚科奇海的東側(cè)，來(lái)源為阿拉斯加沿岸流攜帶的育空河及卡斯奎姆河的沉積物。Ⅲ型分布在阿拉斯加北部，與馬更些河搬運(yùn)的沉積物有關(guān)。

（3）北冰洋西部深水區(qū)的組合類(lèi)型主要包括Ⅰb1型、Ⅰb2型、Ⅱ型、Ⅴ型。Ⅱ型、Ⅴ型沉積物以方解石和白云石含量高為特點(diǎn)，主要受波弗特環(huán)流的影響，來(lái)源主要為加拿大北極群島的班克斯島和維多利亞島；此外，還受來(lái)自西伯利亞陸架、主要是拉普捷夫海沉積物的影響。Ⅰb1型分布在楚科奇海北部邊緣及加拿大海盆南端，方解石和白云石的含量較低，說(shuō)明受波弗特環(huán)流影響相對(duì)較小，Ⅰb2型沉積物方解石和白云石含量更低，說(shuō)明幾乎不受波弗特環(huán)流的影響。這兩種類(lèi)型的主要來(lái)源是來(lái)自拉普捷夫海的海冰沉積物，此外，一些黏土級(jí)細(xì)粒物質(zhì)可能由大西洋中層水?dāng)y帶而來(lái)。

致謝 本研究使用的中國(guó)第二次、第三次和第四次北極科學(xué)考察采集的樣品由中國(guó)極地研究中心沉積物庫(kù)提供，在此深表感謝。

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