鄂霍次克海東南部OS03-1巖心重礦物分布特征及物質(zhì)來(lái)源

王昆山，石學(xué)法，吳永華，鄒建軍，姜曉黎

（1.國(guó)家海洋局第一海洋研究所海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266061）

鄂霍次克海東南部OS03-1巖心重礦物分布特征及物質(zhì)來(lái)源

王昆山1，石學(xué)法1，吳永華1，鄒建軍1，姜曉黎1

（1.國(guó)家海洋局第一海洋研究所海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266061）

對(duì)鄂霍次克海東南部科學(xué)院隆起區(qū)OS03-1巖心碎屑重礦物及火山灰層進(jìn)行了詳細(xì)分析。巖心重礦物以紫蘇輝石、綠簾石和普通角閃石為主，特征礦物為鈦磁鐵礦和普通輝石，礦物特征表明本巖心的物質(zhì)主要來(lái)源于冰筏搬運(yùn)（陸源）和火山噴發(fā)。陸源物質(zhì)大部分來(lái)源于鄂霍次克海西部和北部地區(qū)，少量來(lái)自堪察加半島冰川攜帶沉積物；火山物質(zhì)則來(lái)源于堪察加半島和千島群島的火山噴發(fā)產(chǎn)物。在巖心中識(shí)別出3個(gè)火山灰層，各種證據(jù)表明火山灰層1與已知的K2火山灰層相同，形成年代為26 ka BP；火山灰層3具有明顯火山物質(zhì)與陸源物質(zhì)混合特征，而火山灰層2則只能通過(guò)碎屑礦物的含量特征來(lái)判定，外在顏色不明顯，已經(jīng)明顯的被陸源物質(zhì)所稀釋。研究表明，碎屑礦物組分參數(shù)可以有效地指示物質(zhì)來(lái)源，也是識(shí)別火山灰層存在（特別是被陸源物質(zhì)稀釋）的可靠指標(biāo)。

鄂霍次克海；巖心沉積物；重礦物；火山灰層；物質(zhì)來(lái)源

1 引言

鄂霍次克海是西北太平洋最北部的邊緣海，位于西伯利亞?wèn)|南，被堪察加、薩哈林和千島群島所環(huán)繞，以在北半球中緯度地區(qū)具有最大的海冰覆蓋為特征，處于較為封閉的環(huán)境，具有古環(huán)境、古氣候演變的系統(tǒng)性［1］。鄂霍次克海古海洋學(xué)研究相對(duì)太平洋其他邊緣海來(lái)說(shuō)程度較低，原因之一是鄂霍次克海沉積物主要為冰筏沉積和火山沉積，河流輸入物質(zhì)的影響范圍有限，而巖心沉積物中碳酸鹽含量低，只在個(gè)別層位含有孔蟲(chóng)，年代框架的確立較為困難［2］。由于鄂霍次克海有季節(jié)性海冰覆蓋的特點(diǎn)，使冰筏碎屑（Icerafted Debris，IRD）成為古海洋學(xué)研究的一個(gè)不可缺少的參數(shù)。冰筏碎屑的粒徑范圍一般為0.063～2 mm，而粒徑大于2 mm的稱為墜石（Dropstones），它是一系列由海冰輸送的陸地而來(lái)的顆粒物，包括經(jīng)河流輸入、海岸漂浮冰凍以及近岸懸崖崩落等途徑進(jìn)入海冰和冰山（浮冰）的陸地上的物質(zhì)，在季節(jié)性海冰分布區(qū)，海水結(jié)冰以及浮冰刮劃海岸底部的顆粒物質(zhì)通過(guò)海冰和冰山搬運(yùn)入海。已有研究表明冰筏碎屑組成和含量受控于海冰的擴(kuò)張和消退影響，鄂霍次克海東南部恰是現(xiàn)代季節(jié)性海冰延伸和消退變化較為強(qiáng)烈的海區(qū)，也是堪察加半島、千島群島火山物質(zhì)影響明顯的區(qū)域［2—6］。先前對(duì)巖心沉積物所反映海冰擴(kuò)張的指標(biāo)選擇多集中在冰筏碎屑與沉積物的重量百分比或者沉積物單位重量?jī)?nèi)冰筏碎屑個(gè)數(shù)的統(tǒng)計(jì)上［5，7—8］，對(duì)沉積物中更能反映物質(zhì)來(lái)源的碎屑礦物組分和巖石類型涉及甚少。通過(guò)對(duì)鄂霍次克海東南的OS03-1巖心沉積物的綜合研究，獲得了本區(qū)大量的古海洋學(xué)信息，本文主要側(cè)重于OS03-1巖心陸源、火山源碎屑重礦物的組成和含量變化、火山灰層的對(duì)比以及物質(zhì)來(lái)源討論等方面的內(nèi)容，為進(jìn)一步探討鄂霍次克海東南部海冰擴(kuò)張與古氣候、古洋流以及火山作用等之間的響應(yīng)關(guān)系等研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖1 鄂霍次克海OS03-1巖心位置及1998年海冰覆蓋范圍和表層流系（修改自文獻(xiàn)［7，9］）

2 取樣區(qū)域及樣品分析方法

鄂霍次克海OS03-1柱樣巖心（49°29′51″N，150° 00′36″E；水深975 m）位于鄂霍次克海東南部的高地——科學(xué)院隆起（Academy of Sciences Rise）（圖1），由中國(guó)“雪龍”號(hào)考察船在2003年7-9月執(zhí)行中國(guó)第二次北極科學(xué)考察航次時(shí)用重力取樣器獲取，巖心長(zhǎng)度為381 cm?？茖W(xué)院隆起位于千島盆地的北部邊緣陸坡，水深在1 000 m左右，較千島盆地的深海平原高出近2 300 m，隆起區(qū)地形平坦，沉積物覆蓋在崎嶇的巖石基底之上，厚度0.2～2 km，在較低的陸坡處發(fā)現(xiàn)有海底峽谷、巖石基底露頭，基底巖石類型為噴出巖、侵入巖和變質(zhì)巖，火山巖的化學(xué)組成表明巖石屬于鈣堿性島弧系列，K-Ar測(cè)年獲得的巖石年齡為白堊紀(jì)［9］，本區(qū)現(xiàn)在每年海冰覆蓋期約為1個(gè)月［10］。

巖心沉積物取樣間距為2 cm，火山層部分加密取樣（82～87 cm、340～352 cm見(jiàn)有2個(gè)火山灰層），共取樣198個(gè)樣品。對(duì)189個(gè)（部分層位顆粒較粗，未測(cè)）沉積物樣品進(jìn)行了沉積物粒度分析，測(cè)試儀器為Malvern2000型激光粒度分析儀。對(duì)巖心深度20 cm之下的樣品（188個(gè)）進(jìn)行碎屑礦物前處理，樣品稱重后烘干再稱重，之后用自來(lái)水浸泡，利用細(xì)篩沖洗出3個(gè)粒級(jí)，即：大于0.25 mm，0.25～0.125 mm，0.125～0.063 mm的碎屑顆粒，低溫烘干稱重，然后用密度為2.889 g／cm3的三溴甲烷分離出0.125～0.063 mm粒級(jí)的輕、重礦物，應(yīng)用光學(xué)顯微鏡輔以能譜分析對(duì)重礦物進(jìn)行鑒定，鑒定顆粒數(shù)為300粒，確定礦物種類并對(duì)其顆粒百分含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

利用Fei Quanta200環(huán)境掃描電子顯微鏡下的EDAX能譜分析儀對(duì)火山層中的多種主要礦物進(jìn)行了成分分析，包括紫蘇輝石、含鈦磁鐵礦、普通輝石和普通角閃石等，以大致判斷其成因及來(lái)源。此外也測(cè)試了巖心沉積物顏色反射率、墜石巖性、磁化率、生物蛋白石（硅藻）、有機(jī)碳、氮等數(shù)據(jù)。通過(guò)3個(gè)層位的AMS14C年齡、82個(gè)樣品的底棲有孔蟲(chóng)Uvigerinaspp.δ18O測(cè)試數(shù)據(jù)［11］建立了年代框架。

3 結(jié)果與分析

3.1 巖性變化

巖心上部0～5 cm為黑色有機(jī)質(zhì)沉積，其下主要為灰綠色-淺灰色-灰紅色的含墜石的砂質(zhì)沉積，從顏色上來(lái)看，不考慮火山層的顏色，沉積物從頂部到底部可以分成9層，顏色變化依次是：黑色、灰黃色、灰黑色帶綠色調(diào)、灰黃色、灰綠色、灰黃色、灰綠色、灰黑色帶綠色調(diào)、灰黑色、灰黑色帶綠色調(diào)，顏色反射率數(shù)據(jù)中L*（亮度）值同樣表現(xiàn)出頂部低，向下亮度值逐漸增大，并出現(xiàn)曲線變化，表示沉積物氧化還原程度的a*（綠-紅）曲線變化更為明顯（圖2），b*（藍(lán)-黃）的曲線變化更具有旋回性，可與鄂霍次克海中南部的MD01-2412巖心顏色進(jìn)行對(duì)比［5］。

通過(guò)對(duì)鄂霍次克海西部表層沉積物粒度和礦物成分分析，認(rèn)為砂粒級(jí)（0.063～2 mm）大于5%則暗示該區(qū)冬季有海冰覆蓋，在鄂霍次克海北部和西部地區(qū)砂含量大于5%，在東部開(kāi)闊帶小于1%［5］。巖心沉積物除上部有機(jī)質(zhì)含量高外，沉積物為典型的冰筏沉積：以淺綠、灰、發(fā)黃等色調(diào)為主；以粉砂、砂質(zhì)粉砂為主，粉砂的平均含量在66%，砂平均含量20%，在火山灰層中最高為75%；顆粒大小不一，出現(xiàn)較多的墜石，分布的深度不同，主要出現(xiàn)在中部和下部，中部以下分布頻率較高，多數(shù)墜石表面有磨蝕，圓球狀到次棱角狀，大小不一，最大者直徑5 cm，質(zhì)量86 g，墜石巖性以英安巖、安山巖和流紋巖等中-酸性巖為主，下部酸性巖出現(xiàn)較多，磨蝕程度輕，巖石表面新鮮，棱角明顯。

巖心中見(jiàn)有2個(gè)顏色變化較為明顯的火山層，上部火山層（K2）位于82.5～87 cm，顏色從上到下由灰黑色（82.5～84 cm）變?yōu)楹旨t色（84～87 cm），水平層理（圖2，圖3）。巖心底部火山層為灰黑色，兩個(gè)亞層（340～344 cm，350～352 cm），整體呈現(xiàn)水平變化略有傾斜，出現(xiàn)4個(gè)細(xì)的紋層，厚度在0.5～3 cm左右，其中上部的紋層厚度為0.5 cm，之下厚度為1 cm，最下部厚約3 cm，其傾斜的角度較大（圖2）。

圖2 鄂霍次克海OS03-1巖心沉積物巖性及粒度、顏色反射率和氧同位素變化

3.2 重礦物組分

巖心沉積物中鑒定出重礦物29種，平均含量超過(guò)10%（顆粒百分含量，見(jiàn)表1）的礦物有紫蘇輝石、綠簾石、普通角閃石，10%～5%的礦物為鈦磁鐵礦（顆粒表面新鮮多有火山玻璃粘連）、普通輝石和含鈦磁鐵礦（表面有磨蝕較光滑無(wú)火山玻璃粘連），5%～1%的為褐鐵礦，局部出現(xiàn)的有石榴石、黑云母、棕閃石、透閃石、白云母、磷灰石、綠泥石、榍石、頑火輝石、水黑云母、自生黃鐵礦（生物殼內(nèi)生成）、白鈦石、透輝石、鋯石、陽(yáng)起石、十字石、菱鐵礦、電氣石、黝簾石、絹云母、膠磷礦、銳鈦礦等，巖心中含有少量的風(fēng)化碎屑和巖屑。表1為巖心碎屑礦物的基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

表1 鄂霍次克海OS03-1巖心中碎屑礦物數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顆粒百分含量（%）

3.3 礦物含量變化

碎屑礦物鑒定分析表明火山灰層中的重礦物組成與整個(gè)巖性單元的礦物組成、顆粒形態(tài)大有不同（圖3）?；鹕皆吹V物表面多黏連火山玻璃、表面特征明顯，在火山灰層位含量明顯增加，而陸源的礦物形態(tài)變化不大，含量分布與火山源礦物具有反相關(guān)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)與火山作用密切相關(guān)的礦物主要為紫蘇輝石和鈦磁鐵礦，與陸源有關(guān)的礦物為普通角閃石、綠簾石、普通輝石、磁鐵礦（含鈦）和褐鐵礦，下面對(duì)這些礦物種類的顆粒形態(tài)和含量變化等進(jìn)行描述，給出巖心重礦物的變化特征。

紫蘇輝石（（Mg，F(xiàn)e）2［Si2O6］），主要產(chǎn)于基性、超基性巖漿巖中。巖心沉積物中顆粒顏色多為淺褐綠色、淺黃褐色，主要以兩種形態(tài)出現(xiàn)，其一為新鮮的短柱狀，半透明，多色性明顯，顆粒棱角圓滑，表面粗糙有突起未見(jiàn)磨蝕，多粘連火山玻璃的顆粒為主，尤其在火山灰層中此種顆粒為優(yōu)勢(shì)礦物，為巖漿噴發(fā)形成的晶屑，表2中紫蘇輝石為火山灰層中新鮮顆粒的氧化物成分，為火山巖漿噴發(fā)形成。其二為粒狀，透明-半透明，表面有磨蝕，脆性較大，常出現(xiàn)斷口，斷面較光滑，在顯微鏡下易于壓碎，多由冰筏攜帶而來(lái)。兩種形態(tài)的紫蘇輝石沒(méi)有單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，除在火山灰層含量高外，總體上出現(xiàn)了4個(gè)高含量層（圖3），在MIS2、MIS4、MIS5早期以及MIS6期具有低-高-低的旋回變化，總體含量高，在40%以上（圖3），而在MIS1早期、MIS3和MIS5含量偏低。

圖3 鄂霍次克海OS03-1巖心中主要重礦物垂向含量變化

表2 鄂霍次克海OS03-1火山灰層（深度81～82.5 cm）主要透明礦物的氧化物成分組成（氧化物質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：%）

磁鐵礦（Fe3O4），分布廣泛，主要成因類型為巖漿型，晶體常呈八面體和菱形十二面體。理論上磁鐵礦的化學(xué)組成FeO 31.03%，F(xiàn)e2O368.69%，其中Fe3＋常被Ti、Al、V、Cr、Si等代替，F(xiàn)e2＋則易被Mg、Mn、Ca、Ni、Co、Zn等所代替。沉積物中磁鐵礦顆粒形態(tài)主要為兩種。其一為粒狀，晶形較好，多為八面體，致密，表面多有火山玻璃覆蓋和黏連，略有磁性，平均含量很高，為8.5%，最高值出現(xiàn)在火山灰層中，達(dá)到45.3%，多為火山噴發(fā)來(lái)源，磁鐵礦中TiO2含量較高，TiO2／Fe2O3值大于0.17，含有Al2O3、MgO和V2O5（表3），定名為鈦磁鐵礦——通常對(duì)磁鐵礦中TiO2含量超過(guò)25%以上稱為鈦磁鐵礦，以與陸源磁鐵礦區(qū)分；其含量變化具有明顯的峰值變化，在火山灰層中含量明顯增高，最高為45.3%（見(jiàn)表1），而后含量變化較為平緩，在MIS4和MIS6略有增加。其二以黑色、不規(guī)則粒狀為主，棱角明顯，有磨蝕，顆粒表面干凈，脆性較大，平均含量為5.3%，定名為磁鐵礦（含鈦），化學(xué)元素組成主要為Fe2O3，TiO2含量超過(guò)10%，TiO2／Fe2O3比值小于0.17（表3），未見(jiàn)其他氧化物成分，多為陸地物質(zhì)來(lái)源；平均含量較低，曲線變化大，在MIS2、MIS4和MIS6含量較高，而在MIS3和MIS5中段含量明顯偏低（圖3）。

表3 鄂霍次克海OS03-1火山灰層（深度81～82.5 cm）沉積物兩種類型的含鈦磁鐵礦成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)：%）

普通角閃石Ca2Na（Mg，F(xiàn)e）4（Al，F(xiàn)e3＋）［（Si，Al）4O11］2（OH）2，以淺褐色、長(zhǎng)柱狀為主，表面有磨蝕，典型的冰筏碎屑沉積礦物［5］。平均含量14.5%，最高為33.7%，在火山層中含量低，甚至不出現(xiàn)，其化學(xué)組成較為復(fù)雜（見(jiàn)表2）。巖心中上部含量變化具有高-低旋回性，曲線變化較為平緩，樣品之間的含量變化連續(xù)性較好，而在下部（230 cm以下）出現(xiàn)一定幅度內(nèi)（10%～20%）的劇烈變化，在底部340 cm之下有一含量突然增加期（見(jiàn)圖3），這一分布特點(diǎn)與鈦磁鐵礦含量變化具有相反性，似乎表明在巖心230 cm之下與此深度之上的沉積物有不同的物質(zhì)來(lái)源。

賢莊村耕地基本為水澆地，由于輸水管道破壞，原泵站失去功效，灌溉用水得不到保證。通過(guò)建設(shè)灌溉工程來(lái)解決項(xiàng)目村的灌溉問(wèn)題，采用節(jié)水灌溉技術(shù)，提高水的利用率，減少灌溉過(guò)程各環(huán)節(jié)的水量損失，緩解地區(qū)水資源的供需矛盾。以提高農(nóng)作物產(chǎn)量，擴(kuò)大灌溉面積，促進(jìn)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高人民生活水平。

綠簾石Ca2（Al，F(xiàn)e）3O（OH）［SiO4］［Si2O7］，草綠色，以粒狀為主，巖心中有兩種顆粒形態(tài)。一種為粒狀，表面磨蝕且有風(fēng)化，次棱角狀到次圓狀，多為冰筏碎屑攜帶而來(lái)的陸地巖石風(fēng)化產(chǎn)物。另一種為淺綠色粒狀、短柱狀，表面新鮮，棱角明顯，只在火山層中富集，為火山巖漿噴發(fā)形成，能譜分析表明此種綠簾石中CaO含量較高，在17%～28.2%之間（見(jiàn)表2）。綠簾石平均含量17.2%，含量變化趨勢(shì)與普通角閃石較為相近，曲線變化更為劇烈，峰值變化明顯?？傮w上在MIS6含量較低，而后含量逐漸增加，在MIS5含量增加，分布厚度較大，在MIS4含量減少，而后MIS3含量增加后又逐漸減少，在MIS2含量明顯增大到20%左右（見(jiàn)圖3）。

普通輝石Ca（Mg，F(xiàn)e，Al）［（Si，Al）2O6］，單斜輝石的一種，在巖心中為淺綠色，粒狀，表面顏色不均勻，磨蝕有風(fēng)化，部分半蝕變，在火山灰層中見(jiàn)有少量新鮮顆粒，平均含量7.6%，最高為17.7%，主要為冰筏攜帶而來(lái)。能譜分析表明Al2O3含量較高，在8.6%～27.8%之間（見(jiàn)表2）。普通輝石平均含量7.6%，總體變化趨勢(shì)與綠簾石有些相似，在MIS2、MIS4和MIS5早期含量較高。其含量變化特點(diǎn)是旋回性明顯，共出現(xiàn)8個(gè)厚度較大的低-高-低旋回（見(jiàn)圖3）。

褐鐵礦，巖心中褐鐵礦成熟度較高，含雜質(zhì)少。平均含量2.5%，最高為8.7%，火山灰層中含量很低，主要為冰筏攜帶而來(lái)。其含量變化曲線高低變化明顯，體現(xiàn)了冰期和間冰期的冰筏碎屑輸送量的變化，曲線高低變化較平緩，而是數(shù)個(gè)樣品的連續(xù)變化，而非單個(gè)樣品的峰值或低值突變（見(jiàn)圖3），整體上在MIS2、MIS3和MIS6晚期高，在MIS5最低，相比較而言，在巖心上部的含量高于巖心下部。

3.4 火山灰層碎屑礦物組成

從巖心的巖性中可以看出存在兩個(gè)兩個(gè)明顯的火山層，即表4中的火山灰層1和層3。

火山灰層1。深度在82.5～87 cm之間，按顏色的變化分為兩段：上段（A5-A6）為灰黑色，厚2 cm，砂、粉砂和黏土的含量分別為51.8%、43.5%和4.7%，重礦物組成主要為鈦磁鐵礦（火山源）和紫蘇輝石（見(jiàn)表4），幾乎不含普通角閃石和普通輝石，陸源磁鐵礦（即含鈦磁鐵礦）和綠簾石含量很低，無(wú)色新鮮的火山玻璃含量高達(dá)66.4%，含少量的褐色火山玻璃，斜長(zhǎng)石和石英的含量很低；下段（A7-A8）為紅褐色，厚2.5 cm，砂、粉砂和黏土的含量分別為43.6%、50.6%和5.8%，紫蘇輝石和鈦磁鐵礦為優(yōu)勢(shì)重礦物，紫蘇輝石的含量為整個(gè)巖心中的最高含量，其他幾種陸源礦物含量非常低或不含、略含片狀礦物，陸源碎屑的稀釋作用很弱。這些礦物含量特征表明本層以火山源沉積為主，可以明確定為火山灰層。本層的沉積物特征是砂與粉砂的含量相近，黏土的含量低于10%，為粉砂質(zhì)砂或砂質(zhì)粉砂，火山源礦物含量高，在重礦物中超過(guò)90%，在輕礦物中含量在80%～90%之間，上段顏色灰黑，下段顏色發(fā)紅。

火山灰層2。深度在192～200 cm，厚8 cm（見(jiàn)表4），本層較為特殊，從巖心的顏色、粒度看并沒(méi)有明顯的火山層特征，判定它為火山灰層的主要依據(jù)是碎屑礦物的含量變化，紫蘇輝石和鈦磁鐵礦的含量為50.1%，陸源礦物的含量35.5%，低于火山灰層3的平均值，輕礦物中火山玻璃的含量為32.3%，白色火山玻璃的含量高于無(wú)色火山玻璃，白色火山玻璃主要為無(wú)色火山玻璃風(fēng)化蝕變而來(lái)，沉積物中砂、粉砂和黏土的含量分別為18.8%、68.4%和12.8%，為含砂粉砂。本層的沉積組分和碎屑礦物分布特點(diǎn)是：粉砂含量高，砂高于黏土含量，重礦物中火山源礦物含量在50%、輕礦物中火山源為30%左右，其中近半的無(wú)色火山玻璃已發(fā)生蝕變。

火山灰層3。本層又可分為兩個(gè)亞層（340～344 cm，350～352 cm），顏色主要呈灰黑色，總厚度6 cm，分布有細(xì)的紋層，無(wú)論從紫蘇輝石、鈦磁鐵礦還是火山玻璃的含量上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有層1的特征明顯。上段（A13-A14）沉積物中砂、粉砂和黏土的含量分別為52.6%、38.1%和9.3%，重礦物以紫蘇輝石為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)礦物，含量達(dá)到42.8%，陸源礦物普通角閃石、綠簾石和普通輝石的含量較高，在10%左右，火山玻璃的總量9.8%，其中褐色火山玻璃的含量在整個(gè)巖心中最高，為5.4%；下段（176）沉積物中砂、粉砂和黏土的含量分別為33.9%、54.5%和11.8%，重礦物中紫蘇輝石含量略占優(yōu)勢(shì)，陸源礦物綠簾石、普通輝石、普通角閃石和鈦磁鐵礦的總量達(dá)到55.0%，火山玻璃的含量為17.7%，遠(yuǎn)低于斜長(zhǎng)石的含量（58.3%）。本層沉積物的主要特點(diǎn)是砂和粉砂之間互為增減關(guān)系，為粉砂質(zhì)砂或砂質(zhì)粉砂，黏土含量10%左右，重礦物中火山源礦物占30%～50%，輕礦物中火山源礦物10%～20%。

表4 鄂霍次克海OS03-1巖心火山灰層中的主要碎屑礦物含量（%）

4 討論

巖心所處位置為海底隆起區(qū)（海底高地），靠近堪察加半島、千島群島等火山噴發(fā)區(qū)，主要接受陸源沉積和火山沉積，生物源沉積很少（硅藻等含量低）。碎屑中重礦物含量較高，平均為3.70%，重礦物以紫蘇輝石、鈦磁鐵礦為主，陸源重礦物總和達(dá)到50%左右，如不考慮火山灰層中的礦物含量，則陸源碎屑礦物略占優(yōu)勢(shì)。從粒度分析結(jié)果也可以看出粗粒級(jí)占據(jù)優(yōu)勢(shì)，巖心沉積物主要由粉砂和砂組成，沉積物類型主要為砂質(zhì)粉砂或粉砂質(zhì)砂，黏土的含量低，平均在14%左右，隨陸源物質(zhì)含量高而高，而火山灰層中含量低。依據(jù)Gorbarenko［3］對(duì)鄂霍次克海沉積物巖性單元?jiǎng)澐值慕缍枋?，巖心屬于陸源沉積單元，陸源沉積單元的特征是沉積物為典型的冰筏沉積，沉積物主要由細(xì)砂、含砂粉砂組成，含大量粗組分和墜石，有孔蟲(chóng)含量低。本巖心除頂部5 cm左右的有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)沉積外，其他部分粗組分含量高，黏土含量較低，且含量變化較為平緩（除火山灰層外），黏土級(jí)沉積物主要來(lái)源于海冰攜帶，本區(qū)是陸源沉積物與火山沉積物相互作用和影響的區(qū)域，是冰筏沉積的典型區(qū)。

4.2 火山層年代及來(lái)源

通過(guò)對(duì)巖心火山層的現(xiàn)場(chǎng)描述、粒度、碎屑礦物等的分析，可以將火山灰層與已經(jīng)在鄂霍次克海確定年代的火山灰層進(jìn)行對(duì)比，起到巖心時(shí)間控制點(diǎn)的作用。目前，在鄂霍次克海已經(jīng)確認(rèn)了5個(gè)火山灰層的年代，即Ko、TR、K2、K3、K4，形成年代分別是7.7、8.0、26.0 ka BP，MIS4（60～70 ka），以及MIS5.4［3］，火山碎屑來(lái)源主要為堪察加半島、千島群島一帶［3，12］。

巖心火山灰層1與K2火山灰層具有同源性。主要依據(jù)：第一，K2分布的范圍包括了巖心所在區(qū)域，鄂霍次克海中含有K2火山灰層的8個(gè)巖心中K2的厚度在1～20 cm，距離本巖心最近的K68巖心［3］的K2層厚度為8 cm，深度90～98 cm，這與層1的厚度與深度很接近，而不同于PC2巖心［3］（科學(xué)院隆起的西北部）中的火山灰層（Ash-A），深度在330～331 cm，形成年代為39.5 ka BP［5］（根據(jù)Derkachev［12］的研究結(jié)果，PC2的火山層（Ash-A）可能是年代標(biāo)定的計(jì)算方法不同，應(yīng)該同為K2層）；第二，K2層呈獨(dú)特的紅褐色，沉積物類型為砂質(zhì)粉砂，與其他火山灰層不同；第三，碎屑礦物組成相近盡管分析粒級(jí)不同，K2層重礦物以磁鐵礦為主，最高45%，普通角閃石和綠簾石之和低于7%；第四，也是很主要的一點(diǎn)，本巖心的氧同位素曲線標(biāo)定的年代也與K2接近。由此確定火山灰層1為K2層，形成年代為26.0 ka BP。依據(jù)K2火山灰的分布趨勢(shì)，推測(cè)其來(lái)源于千島群島的北部，靠近溫禰古丹島（Onekotan Island），根據(jù)不同巖心中K2厚度，火山碎屑最可能是溫禰古丹島北部Nemo-Ⅲ期的火山噴發(fā)產(chǎn)物［12］。

火山灰層2中火山碎屑與陸源沉積發(fā)生充分的混合，稀釋了火山灰作為優(yōu)勢(shì)組分的特征，僅根據(jù)目前掌握的礦物和粒度等數(shù)據(jù)，其形成年代與現(xiàn)有的鄂霍次克?；鹕交覍硬缓脤?duì)比，依照本巖心的年代框架推測(cè)其形成年代為98～101 ka BP。

火山灰層3中火山碎屑與陸源沉積發(fā)生輕度混合，陸源組分加入火山沉積物中，上段重礦物中火山碎屑略超50%，而下段火山源則下降到30%左右，且火山玻璃的含量遠(yuǎn)低于斜長(zhǎng)石，陸源組分的稀釋程度僅低于層2，其年代的確定依據(jù)本巖心的年代框架推測(cè)為162～164 ka BP。對(duì)于火山層2和層3的噴發(fā)源可以在后續(xù)的火山玻璃的化學(xué)成分對(duì)比以及墜石類型的研究來(lái)進(jìn)行判定。

4.3 物質(zhì)來(lái)源

鄂霍次克海碎屑沉積物主要來(lái)源于河流輸入、海浪和海冰的海岸帶侵蝕物、千島群島-北海道-堪察加火山活動(dòng)產(chǎn)物［3］，通過(guò)粒度、陸源沉積單元及火山灰層的重礦物組成判定本巖心的物質(zhì)主要來(lái)源于冰筏碎屑和火山源碎屑沉積。通過(guò)巖心中片狀礦物和黏土含量低的特點(diǎn)，判斷本區(qū)很少接受河流沉積。

從表層沉積物5 cm以上為泥炭組成來(lái)分析，巖心在此期間受現(xiàn)代冰筏碎屑沉積很少，表明在此期間海冰很少長(zhǎng)時(shí)間覆蓋此區(qū)，期間也未有火山噴發(fā)產(chǎn)物沉積。

巖心表層5 cm之下的陸源沉積單元主要為冰筏碎屑沉積和火山碎屑沉積（火山灰層）。現(xiàn)代鄂霍次克海的海冰發(fā)源于北部，通常在11月份海冰形成，向南部和東部擴(kuò)張，3月份覆蓋大部海區(qū)，6月初全部消失，海區(qū)完全無(wú)冰的時(shí)間是從7月到10月［10］，海冰融化后所裹挾、刮擦或表面的顆粒沉積在海底。鄂霍次克海北部和西部沉積物中主要的碎屑礦物是長(zhǎng)石和石英，長(zhǎng)石的含量普遍高于石英。隨海冰擴(kuò)張勢(shì)頭減小，沉積物中長(zhǎng)石的含量由西向東逐漸減少，即陸源碎屑含量逐漸減少。在鄂霍次克海東南部千島群島和堪察加半島附近海區(qū)的沉積物中火山碎屑礦物含量高，富含普通角閃石，表明此區(qū)火山巖（火山碎屑巖）露頭剝蝕產(chǎn)物較多［5］。長(zhǎng)石和普通角閃石作為陸源碎屑和火山碎屑（非火山噴發(fā)）的特征指示礦物，可以有效的判別物質(zhì)來(lái)源的方向。在臨近堪察加半島海區(qū)，冰筏碎屑中暗色礦物如角閃石和輝石含量的突然增加與冰期時(shí)海冰擴(kuò)張事件相關(guān)聯(lián)：堪察加半島西部冰川沉積進(jìn)入鄂霍次克海，向東南運(yùn)動(dòng)，會(huì)有冰筏碎屑輸入到本區(qū)［5，13］。

綜上所述，本巖心沉積物中碎屑礦物的來(lái)源主要為陸源和火山源，陸源碎屑主要為鄂霍次克海北部和西部來(lái)源，少部分可能是堪察加北部冰川攜帶的產(chǎn)物。

5 結(jié)論

（1）重礦物種類和含量以及其顆粒形態(tài)表明沉積環(huán)境以物理風(fēng)化為主。寒冷氣候?qū)χ氐V物形態(tài)影響明顯，重礦物多為半棱角狀到棱角狀、表面磨蝕程度輕，不穩(wěn)定礦物含量較高，沉積物中次生礦物如綠泥石等含量低。這些特征表明沉積物物質(zhì)來(lái)源區(qū)較近，體現(xiàn)了冰筏搬運(yùn)而非水動(dòng)力長(zhǎng)途搬運(yùn)的特點(diǎn)。

（2）鄂霍次克海東南部巖心重礦物以紫蘇輝石（斜方輝石）、綠簾石和普通角閃石為主，較高含量的鈦磁鐵礦、含鈦磁鐵礦和普通輝石（單斜輝石）為特征礦物。紫蘇輝石表面多粘連火山玻璃，主要為火山噴發(fā)產(chǎn)物，而普通角閃石和綠簾石多為陸源冰筏碎屑沉積。

（3）確定了火山灰層1為K2層，形成年代為26.0 ka BP，推斷出火山層2形成年代為98～101 ka BP，火山層3形成年代為162～164 ka BP。通過(guò)碎屑礦物成分含量變化可以有效識(shí)別出明顯或不明顯的火山灰層。發(fā)現(xiàn)火山灰層與陸源碎屑出現(xiàn)混合稀釋現(xiàn)象，火山灰層的稀釋可能與海冰擴(kuò)張的頻率相關(guān)，有待進(jìn)一步的研究和確認(rèn)。

（4）巖心沉積物主要為冰筏碎屑沉積，包括有陸源和火山源物質(zhì)，陸源物質(zhì)大部分來(lái)自鄂霍次克海西部和北部陸地，少部分可能來(lái)源于堪察加半島冰川攜帶沉積，火山碎屑物質(zhì)來(lái)源于堪察加半島-千島群島一帶。

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Characteristics and provenance implications of heavy mineral in core OS03-1 from the east-southern Okhotsk Sea

Wang Kunshan1，Shi Xuefa1，Wu Yonghua1，Zou Jianjun1，Jiang Xiaoli1

（1.Key Laboratory of Marine Sedimentology&Environmental Geology，F(xiàn)irst Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Qingdao 266061，China）

Composition and assemblage characteristics of heavy minerals were analyzed in core OS03-1 sediment collected from the Academy of Sciences Rise of southeastern Okhotsk Sea.The results show that the dominant minerals are hyperthene，epidote and common hornblende，and characteristic minerals are titanomagnetite and augite；the sediments are mostly ice-rafted debris（IRD）and volcanogenic matter.IRD were mainly derived from the western and northern Okhotsk Sea，and a little from Kamchatka peninsula.Volcanogenic matter was mainly from Kamchatka Peninsula and Kurile Islands.Three tephra layers were identified.The first layer is characterized by special color，grain size and mineral composition，which was same to the well studied K2 tephra layer and deposited at 26.0 ka BP.The third layer could be recognized by color，but was clearly diluted by terrigenous sediment.The second tephra layer couldn't be distinguished by color and grain size because of mixing with terrigenous sediment.The study also shows that composition and assemblage of heavy minerals are both effective indicators of sediment sources，and credible indentifying index of tephra，especially those diluted by terrigenous matter.

Okhotsk Sea；sediment core；heavy mineral；tephra；matter source

P736.2

A

0253-4193（2014）05-0177-09

2013-05-04；

2014-01-04。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（40431002，40706030，40906035）；國(guó)家海洋局第一海洋研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（2007T09）。作者簡(jiǎn)介：王昆山（1973—），男，黑龍江省綏化市人，副研究員，博士，主要從事海洋礦物學(xué)研究。E-mail：kunshwang＠fio.org.cn.

王昆山，石學(xué)法，吳永華，等.鄂霍次克海東南部OS03-1巖心重礦物分布特征及物質(zhì)來(lái)源［J］.海洋學(xué)報(bào)，2013，36（5）：177—185，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.05.020

Wang Kunshan，Shi Xuefa，Wu Yonghua，et al.Characteristics and provenance implications of heavy mineral in core OS03-1 from the east-southern Okhotsk Sea［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2013，36（5）：177—185，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.05.020