88 ka以來沖繩海槽北部古環(huán)境演化：來自元素地球化學(xué)的證據(jù)

朱愛美，石學(xué)法，2*，鄒建軍，2，張輝，吳永華，2，劉焱光，2

(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; 2.青島國(guó)家海洋科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266061)

88 ka以來沖繩海槽北部古環(huán)境演化：來自元素地球化學(xué)的證據(jù)

朱愛美1，石學(xué)法1，2*，鄒建軍1，2，張輝1，吳永華1，2，劉焱光1，2

(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; 2.青島國(guó)家海洋科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266061)

對(duì)CSH1巖心全樣沉積物樣品進(jìn)行元素地球化學(xué)分析，揭示了過去88 ka沖繩海槽北部沉積物成分、水動(dòng)力條件及陸源碎屑物質(zhì)源區(qū)風(fēng)化歷史。沖繩海槽北部碎屑沉積物母巖主要以長(zhǎng)英質(zhì)為主，在MIS 1期沉積物存在大量火山源物質(zhì)。過去88 ka，沉積物源區(qū)風(fēng)化程度較弱，但是自冰消期以來有逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。沉積物Zr/Nb比值表明在MIS 1期和MIS 5.1期水動(dòng)力較為強(qiáng)烈，這與黑潮增強(qiáng)的時(shí)間一致，可能是指示黑潮強(qiáng)度的一個(gè)指標(biāo)。沖繩海槽北部陸坡沉積物陸源碎屑貢獻(xiàn)在低海平面時(shí)期顯著增加，而在MIS 1和MIS 5.1期生源貢獻(xiàn)顯著增加。沖繩海槽北部沉積物成分變化明顯受到黑潮和入海徑流的調(diào)節(jié)，實(shí)際上受海平面和東亞季風(fēng)的制約。

元素地球化學(xué)；黑潮；海平面；東亞季風(fēng)；沖繩海槽北部

1 引言

海洋沉積物中生源和非生源成分變化分別反映了海洋表層生產(chǎn)力的輸出及非生源物質(zhì)的產(chǎn)生、搬運(yùn)、沉積、埋藏等相關(guān)過程的變化，這與區(qū)域環(huán)境和氣候密切相關(guān)。在長(zhǎng)時(shí)間尺度上，理解沉積物中生源分和非生源組分變化是認(rèn)識(shí)沉積層序的形成過程及開展地層模擬的基礎(chǔ)。沖繩海槽毗鄰東海陸架，是現(xiàn)代黑潮北上的必經(jīng)通道，海洋沉積物中既富含源自周邊大陸的風(fēng)化碎屑物質(zhì)也有源自海洋的生源成分。隨著海平面、黑潮和東亞季風(fēng)的變化，沖繩海槽沉積物生源和非生源組分必然發(fā)生顯著的變化。但是在沖繩海槽北部關(guān)于沉積物組分性質(zhì)、變化規(guī)律及其控制因素的研究報(bào)道仍然十分有限。

前人對(duì)沖繩海槽區(qū)域水文特征和碎屑物質(zhì)來源及演化歷史進(jìn)行了大量的研究[1—9]，指出末次間冰期以來沖繩海槽表層水溫、鹽度、溫躍層深度及碎屑物質(zhì)源區(qū)與現(xiàn)今都存在顯著的差異。在本項(xiàng)研究中，我們將沖繩海槽北部生源和非生源組分記錄延長(zhǎng)到88 ka，試圖揭示冰期/間冰期旋回中沖繩海槽北部沉積過程對(duì)區(qū)域環(huán)境及氣候變化的響應(yīng)過程。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

CSH1 孔( 31°13.7′N，128°43.4′E)位于沖繩海槽北端，水深703 m，在現(xiàn)代對(duì)馬暖流主流軸附近。國(guó)家海洋局第一海洋研究所1998年10月利用“向陽紅09”號(hào)考察船采集了重力柱狀巖心(圖1)，巖心長(zhǎng)17.3 m，。前人已經(jīng)對(duì)該巖心中的浮游有孔蟲、表層海水溫度、鹽度、花粉及古地磁進(jìn)行了分析測(cè)試。基于AMS14C測(cè)年數(shù)據(jù)和有孔蟲氧同位素比對(duì)方法，17.3 m長(zhǎng)的CSH1巖心共恢復(fù)了87 ka以來的沉積記錄[10]。依據(jù)年齡控制點(diǎn)，最高沉積速率為64.7 cm/ka，出現(xiàn)在H3事件期間，低沉積速率出現(xiàn)在海平面快速上升時(shí)期，如早全新世(距今12.3～7.5 ka，9.2 cm/ka)和MIS 4.22-MIS 3.3期(距今64～50.2 ka，7.4 cm/ka)，表明沖繩海槽北部陸源物質(zhì)沉積通量在冰期/間冰期旋回尺度上發(fā)生了顯著的變化。

圖1 CSH1孔巖心位置及目前東海黑潮流系圖Fig.1 The location of CSH1 core and the present Kuroshio and its branches in the East China Sea

2.2 實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)年齡框架，對(duì)132個(gè)全樣樣品中的22個(gè)主微量元素進(jìn)行了分析。樣品在冷凍干燥之前，仔細(xì)除去肉眼可見的生物碎殼，然后用瑪瑙研磨成粉末。用于主微量元素分析的樣品，在密閉的Telfon罐中經(jīng)HF-HNO3消解后，采用ICP-OES(全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀)和ICP-MS(等離子體質(zhì)譜儀)在海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。分析過程和方法已被廣泛報(bào)道[11]。在實(shí)驗(yàn)分析過程中，采用空白樣、GSD-9標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和重復(fù)樣對(duì)分析過程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。GSD-9分析結(jié)果表明，本文中待分析的22種主微量元素相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差皆小于5%。

3 結(jié)果

3.1 主微量元素

CSH1巖心中22種主微量元素含量及剖面分布趨勢(shì)詳見圖2。與平均頁巖相比[12]，CSH1巖心中，Ca、Sr、Na明顯富集，其他元素貧化(見圖2)。在火山灰層處，主微量元素含量呈現(xiàn)不同的趨勢(shì)。在K-Ah火山灰層，Al、K、Ti、Y、Zr含量上升，而其他元素含量下降。在AT火山灰層，除Al、K等元素外，其他元素含量明顯下降。在Aso-4火山灰層，除Ca、Sr、Na外，其他元素含量明顯下降。上述結(jié)果一方面表明火山碎屑物質(zhì)的稀釋效應(yīng)，另一方面也表明不同區(qū)域所噴發(fā)的火山物質(zhì)成分存在差異。相關(guān)分析表明親石元素、高場(chǎng)強(qiáng)元素之間都存在顯著的正相關(guān)(Al、K、Mg、Fe、Ti、Cs、Li、Th、Cr、Nb、Ta等)，而與Ca和Sr存在顯著的負(fù)相關(guān)(表1)，表明CSH1巖心沉積物中Ca、Sr來源與親石元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素存在差異，主要來自生物源，隨后的因子分析也進(jìn)一步佐證這一判斷。Na與Al、K、Fe、Ti等親巖元素之間無顯著的相關(guān)性，這與Na元素在風(fēng)化、搬運(yùn)中首先被淋濾有關(guān)。高場(chǎng)強(qiáng)元素Y、Zr之間存在強(qiáng)相關(guān)性，但是與其他元素相關(guān)性較弱，表明與其他高場(chǎng)強(qiáng)元素和親石元素的來源存在差異。

表1 CSH1巖心主微量元素相關(guān)分析表 (p<0.01)

續(xù)表

過去88 ka，CSH1巖心主微量元素含量發(fā)生劇烈的波動(dòng)(見圖2)。在MIS 5.1期，親石元素與高場(chǎng)強(qiáng)元素含量逐漸減小，在MIS 5/4過渡期增加，并呈現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)，這與Ca、Sr含量增加的趨勢(shì)相反，表明生源物質(zhì)的稀釋效應(yīng)。在MIS 3、MIS 4期，親石元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素保持相對(duì)較高的含量。在MIS 2期，部分元素如Fe、Th、Zr、Nb、Y含量在LGM期顯著增加，隨后逐漸減小。為了剔除粒度和生源組分對(duì)元素含量的影響，在剔除火山灰層后，我們對(duì)元素含量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于Al是典型的碎屑元素，且與其他元素之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，選Al作為標(biāo)準(zhǔn)化元素。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后(見圖3)，元素/Al比值與其對(duì)應(yīng)的元素含量相比，發(fā)生了顯著的變化，尤其是在MIS 5.1期。

3.2 因子分析

為了揭示元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，我們采用因子分析對(duì)這些元素進(jìn)行歸類。考慮到火山灰層的稀釋效應(yīng)，在進(jìn)行因子分析時(shí)，將含有火山灰層的樣品剔除。相關(guān)分析表明，P與所有本文中研究的元素?zé)o相關(guān)性或者相關(guān)性非常弱，因此在進(jìn)行因子分析時(shí)也剔除了P。因子分析KMO檢驗(yàn)值為0.9，且提取的公因子方差都大于0.7，表明因子分析結(jié)果可信度較好。

因子分析結(jié)果顯示，3個(gè)因子累積方差貢獻(xiàn)為89.7%，能夠代表整個(gè)數(shù)據(jù)集的變化(見表2)。主因子F1方差貢獻(xiàn)為38.9%，主要由正因子載荷Fe、Mg、Cr、V、Li、Be、Sc、Co、Ni、Nb、Cs和負(fù)因子載荷Na構(gòu)成，表明這些元素主要富集在含鐵的礦物中，而Na元素在風(fēng)化遷移過程易于淋濾因此為負(fù)因子載荷。主因子F2方差貢獻(xiàn)為38%，主要由Al、Fe、K、Ti、Li、Be、Cs、Ta和負(fù)因子載荷Ca、Sr構(gòu)成。主因子F3方差貢獻(xiàn)為11.2%，主要載荷為Y、Zr、Th。

4 討論

4.1 元素來源及母巖性質(zhì)

海洋沉積物中元素主要來自陸殼風(fēng)化物質(zhì)、生源物質(zhì)及火山碎屑物質(zhì)，并賦存在不同的礦物相中。因子分析表明，CSH1巖心中元素主要富集在3個(gè)不同的礦物相中：以F1因子為代表的富集在親鐵元素組成的礦物相中，以F2因子為代表的富集在黏土礦物相和自生組分相中，及F3因子代表的富集在重礦物相中。因子得分相關(guān)散點(diǎn)圖顯示(見圖4)，CSH1巖心沉積物化學(xué)特征在不同時(shí)期存在顯著的差異，表明不同時(shí)期沉積物組成發(fā)生了顯著的變化。由于Al、K、Fe、Ti、Li、Sc、Co、Ni都為親石元素，它們之間存在顯著的正相關(guān)，且是F1因子和F2因子的主要載荷，因此CSH1巖心沉積物中上述元素主要來自陸源碎屑，即CSH1巖心沉積物主要成分以陸源碎屑為主。但是，在F2因子中，負(fù)因子載荷主要由Ca、Sr構(gòu)成(表2)，表明其主要來自生源貢獻(xiàn)，其值越低表明生源貢獻(xiàn)越多。在末次冰消期和MIS 5.1期，F(xiàn)2因子得分減小，表明沉積物中生源貢獻(xiàn)增多。F3因子時(shí)間序列剖面與F1和F2因子載荷呈現(xiàn)不同趨勢(shì)，這與Th、Y、Zr主要富集在重礦物相中有關(guān)。

圖2 CSH1孔中主微量元素時(shí)間序列剖面Fig.2 Time series of major and minor elements in core CSH1

表2 CSH1巖芯沉積物元素因子載荷矩陣(方差最大旋轉(zhuǎn))

Tab.2 Matrix of factor loading (Varimax rotation) of elements in core CSH1

公因子方差F1F2F3Al0 890 330 88-0 04Ca0 95-0 04-0 97-0 02Fe0 980 650 740 08K0 930 380 870 15Mg0 940 790 560 06

續(xù)表2

海洋沉積物碎屑組分與源區(qū)母巖性質(zhì)密切相關(guān)。利用Roser 和 Korsch[13]提出的沉積物源區(qū)判別函數(shù)，基于主量元素對(duì)CSH1巖心碎屑物質(zhì)源區(qū)進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，MIS 2至MIS 5期CSH1巖心碎屑物質(zhì)主要來自石英質(zhì)沉積物源區(qū)，MIS 1期則落入長(zhǎng)英質(zhì)火山巖源區(qū)，表明MIS 1期和其他時(shí)期沉積物貢獻(xiàn)源存在差別(見圖5)。同時(shí)我們也注意到，在MIS 3期的一個(gè)樣品(采自AT火山層位)也落入長(zhǎng)英質(zhì)源區(qū)。前人曾指出，在全新世，沖繩海槽北部沉積物含有大量火山碎屑成分[14]。我們利用地球化學(xué)判別函數(shù)方法首次明確識(shí)別出火山碎屑組分。

除了主量元素，微量元素也可以提供源區(qū)母巖性質(zhì)的線索。Cr、Sc多富集在基性和超基性巖中，Th主要富集在酸性巖中，而且在風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)和沉積過程中他們未發(fā)生改變，基本保留了源區(qū)母巖的性質(zhì)，是示蹤源區(qū)母巖特征的良好指標(biāo)[12]。Cr與Th/Sc相關(guān)散點(diǎn)圖表明(見圖5)，CSH1巖心沉積物碎屑組分更偏向于長(zhǎng)英質(zhì)，即沉積物碎屑組分母巖成分主要由富含SiO2的巖石組成，這與主量元素分析結(jié)果一致。由于CSH1巖心沉積物Th/Sc比值與長(zhǎng)英質(zhì)花崗巖更為接近，遠(yuǎn)小于中國(guó)東部花崗巖[15]，因此我們推測(cè)沖繩海槽北部碎屑沉積物母巖主要由長(zhǎng)英質(zhì)花崗巖組成。

圖4 CSH1巖心主因子F1與F2相關(guān)散點(diǎn)圖Fig.4 Scatter plots of main Factor 1 and Factor 2 in core CSH1

圖5 CSH1巖心沉積物源區(qū)地球化學(xué)判別圖。PAAS數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[12]，其他數(shù)據(jù)引起文獻(xiàn)[15]Fig.5 Geochemical discrimination plots to obtain possible provenances of sediments for core CSH1. The data for PAAS and other mentioned data cited from reference[12] and [15]，respectively

4.2 碎屑物質(zhì)源區(qū)風(fēng)化

海洋沉積物中碎屑物質(zhì)累積與物源區(qū)風(fēng)化過程密切相關(guān)。大量的指數(shù)被用于評(píng)價(jià)風(fēng)化過程，比如化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)[16]，化學(xué)風(fēng)化指數(shù)(CIW)[17]、斜長(zhǎng)石蝕變指數(shù)(PIA)[18]、Park風(fēng)化指數(shù)(WIP)等[19]。在本項(xiàng)研究中，我們對(duì)上述不同的指數(shù)都進(jìn)行了計(jì)算，其中PIA、CIW與CIA呈現(xiàn)一致的變化趨勢(shì)，而WIP與CIA呈現(xiàn)顯著的差異。這主要是由于在計(jì)算風(fēng)化指數(shù)時(shí)，WIP主要考慮堿金屬和堿土金屬的移動(dòng)，并假設(shè)Al可以移動(dòng)，而CIA指數(shù)假設(shè)Al不能移動(dòng)。對(duì)于不同風(fēng)化指數(shù)的優(yōu)劣我們暫不做評(píng)價(jià)，但是Price和Velbel[20]的研究顯示，WIP最適合應(yīng)用到母巖不均一的風(fēng)化剖面中。在本項(xiàng)研究中，我們重點(diǎn)討論CIA和WIP風(fēng)化指數(shù)。計(jì)算結(jié)果顯示，CSH1巖心中CIA指數(shù)小于65%，顯示源區(qū)風(fēng)化程度非常弱(見圖6)。A-CN-K三角圖表明，CSH1巖心沉積物成熟度非常低，即源區(qū)物質(zhì)風(fēng)化后即被輸運(yùn)至沉積區(qū)。在過去88 ka，CIA指數(shù)顯示，MIS 2至MIS 4期風(fēng)化蝕變指數(shù)高于MIS 1期和MIS 5.1期。WIP指數(shù)則與CIA呈現(xiàn)明顯不同的趨勢(shì)，在MIS 1期和MIS 5.1期顯著增加?？紤]到CSH1巖心沉積物成分發(fā)生了變化，而在CIA計(jì)算中，假設(shè)Al不發(fā)生遷移，而在WIP指數(shù)計(jì)算中，Al是可以發(fā)生遷移的，因此我們認(rèn)為WIP更適合用于評(píng)價(jià)研究區(qū)風(fēng)化強(qiáng)度。盡管如此，WIP指數(shù)也小于65%，這與CIA反映的源區(qū)風(fēng)化強(qiáng)度較弱一致。由于CSH1巖心沉積物成熟度非常低，因此我們認(rèn)為源區(qū)風(fēng)化主要以物理風(fēng)化為主。除A-CN-K圖解外，Nesbitt 和 Young[21]還介紹了一種用于診斷以暗色礦物和淺色礦物為主的風(fēng)化過程，A-CNK-FM圖解(圖6)。盡管該圖不能計(jì)算風(fēng)化趨勢(shì)，但是顯示CSH1巖心沉積物組分更靠近A-CNK邊線，而非A-FM邊線，即表明沉積物主要成分為長(zhǎng)英質(zhì)而非鐵鎂質(zhì)，這與源區(qū)母巖性質(zhì)分析結(jié)果一致。

圖6 化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)及風(fēng)化趨勢(shì)(A-CN-K及A-CNK-FM)三角圖。PAAS數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[12]，其他數(shù)據(jù)引起文獻(xiàn)[15]Fig.6 Chemical index of alteration (CIA) and weathering trends on ternary plots of Al2O3-(CaO+Na2O)-K2O (A-CN-K) and Al2O3-(CaO+Na2O+K2O)-(Fe2O3+MgO)(A-CNK-FM). The data for PAAS and other mentioned data cited from reference [12] and [15]，respectively

圖7 水動(dòng)力分選及沉積物再循環(huán)效應(yīng)評(píng)價(jià)圖以及平均粒徑vs Zr/Nb相關(guān)散點(diǎn)圖. PAAS數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[12]，其他數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[15]Fig.7 Evaluation of sedimentary sorting and provenance by plots of Zr/Sc vs Th/Sc，Zr/Nb vs Th/Sc and scatter plot between mean grain size and Zr/Nb. The data for PAAS and other mentioned data cited from ref-erence [12] and [15]，respectively

圖8 Th/Sc、Zr/Nb，WIP指數(shù)時(shí)間序列剖面，并與P.obliquiloculata(普林蟲)豐度[10]、海平面[23]及中國(guó)東部石筍[24—26]曲線進(jìn)行比較?；疑珬l紋指示意義與圖2相同F(xiàn)ig.8 Time series profiles of Th/Sc，Zr/Nb and WIP and compared with [10]，P.obliquiloculata contents[10]，sea leve [23] and cave stalagmite [24—26]. Grey bars are the same as in Fig.2

4.3 水動(dòng)力分選

除了源區(qū)母巖成分、風(fēng)化過程會(huì)影響海洋沉積物中碎屑物質(zhì)成分，在搬運(yùn)過程中，水動(dòng)力條件強(qiáng)弱，即沉積物分選也會(huì)影響沉積物中碎屑物質(zhì)的組分。重礦物分選效應(yīng)可以通過Zr/Sc和Th/Sc比值進(jìn)行評(píng)價(jià)[22]。物源分析表明，碎屑沉積物主要源自富含石英的沉積物源區(qū)，在此我們嘗試用Zr/Nb比值來反應(yīng)沖繩海槽北部重礦物分異，即水動(dòng)力分選過程。圖7顯示，Zr/Nb-Th/Sc所反應(yīng)的水動(dòng)力分選趨勢(shì)與Zr/Sc-Th/Sc的一致。在全新世，CSH1巖心沉積物Zr/Nb比值顯著高于MIS 2、3、4期的，表現(xiàn)出強(qiáng)水動(dòng)力特征。但是，考慮到8 ka以來，沉積物中存在大量火山碎屑物質(zhì)的貢獻(xiàn)，因此這種富集可能與沉積物成分變化有關(guān)。沖繩海槽中部的研究表明，全新世以來，沖繩海槽存在來自黑潮搬運(yùn)物質(zhì)的貢獻(xiàn)[4]。在沖繩海槽北部，增加的Zr/Nb比值與黑潮增強(qiáng)同時(shí)發(fā)生，因此這種富集可能與黑潮增強(qiáng)所引起的分選效應(yīng)有關(guān)。我們還對(duì)沉積物平均粒徑與Zr/Nb比值的關(guān)系進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，在粗顆粒沉積物中，Zr/Nb比值顯著增加，同樣的現(xiàn)象記錄在MIS 5.1期和冰消期的樣品中。我們將Zr/Nb比值與黑潮標(biāo)志種普林蟲豐度曲線進(jìn)行了比對(duì)，尤其是在MIS 1期和MIS 5.1期，發(fā)現(xiàn)二者呈現(xiàn)一致的變化趨勢(shì)，表明Zr/Nb比值與黑潮強(qiáng)弱密切相關(guān)。

4.4 沖繩海槽北部海洋環(huán)境演化

過去88 ka，CSH1巖心沉積物成分、元素化學(xué)特征發(fā)生了劇烈的變化，這與沉積物源區(qū)母巖成分、源區(qū)氣候、碎屑物質(zhì)擴(kuò)散的水動(dòng)力條件以及自生組分含量變化等過程密切相關(guān)，為此將我們的元素地球化學(xué)記錄與已有環(huán)境和氣候記錄進(jìn)行比對(duì)，包括與河流入海徑流密切相關(guān)的石筍氧同位素所記錄的東亞夏季風(fēng)強(qiáng)度、海平面和反映黑潮強(qiáng)度的普林蟲豐度?？傮w而言，過去88 ka沖繩海槽北部海洋環(huán)境在高海平面和低海平面時(shí)呈現(xiàn)顯著不同的景象。

在MIS 5.1期，CSH1巖心Ca、Sr濃度顯著增加，表明此時(shí)期沖繩海槽北部表層生產(chǎn)力勃發(fā)。沉積物Zr/Nb比值增加，表明黑潮增強(qiáng)。較高的海平面使得黑潮重新流經(jīng)沖繩海槽北坡，并在爬升時(shí)，其所裹挾的粗顆粒物因動(dòng)力減弱而沉降下來，較細(xì)的顆粒物質(zhì)繼續(xù)沿著黑潮流路向北運(yùn)移。這一過程明顯增加了沖繩海槽北部沉積物中粗顆粒組分的含量。此時(shí)期較高的表層海水溫度為表層生產(chǎn)力的勃發(fā)創(chuàng)造了良好的條件。

在MIS 4期和MIS 3期，海平面持續(xù)下降，CSH1巖心沉積物中生源組分含量及Zr/Nb比值明顯低于MIS 5.1期的，顯示此時(shí)期沖繩海槽北部生產(chǎn)力下降，水動(dòng)力減弱。這與CSH1巖心中黑潮標(biāo)志種普林蟲相對(duì)豐度及表層海水溫度減小所指示的意義一致。此時(shí)期較低的WIP指數(shù)表明碎屑物質(zhì)源區(qū)為干冷氣候，風(fēng)化程度較低(小于60%)。Th/Sc比值顯示，在MIS 4期陸源碎屑組分顯著增加，這與海平面下降、河口向沖繩海槽陸坡遷移相伴隨，導(dǎo)致此時(shí)期陸源碎屑貢獻(xiàn)增加。

在MIS 3期末期及末次盛冰期(LGM)，海平面顯著下降。與這一過程相伴隨，生源組分貢獻(xiàn)繼續(xù)減小，并在LGM期下降到最低值，表明此時(shí)期表層生產(chǎn)力發(fā)育進(jìn)一步受到抑制；Th/Sc比值呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，表明陸源貢獻(xiàn)增多。與之相對(duì)應(yīng)，此時(shí)期WIP指數(shù)顯示風(fēng)化強(qiáng)度增加。由于海平面較低，風(fēng)化的碎屑物質(zhì)，被河流直接輸運(yùn)到研究區(qū)，這與Th/Sc比值增加相對(duì)應(yīng)。

末次冰消期以來，隨著海平面的快速上升，生源組分(Ca、Sr含量)及Zr/Nb比值都快速增加，表明研究區(qū)生產(chǎn)力快速增加，黑潮動(dòng)力增強(qiáng)，這與此時(shí)期海表溫度快速上升，黑潮標(biāo)志種普林蟲豐度增加所展示的趨勢(shì)一致。盡管此時(shí)期WIP指數(shù)與LGM期的類似，但是由于海平面的上升，河口逐漸遠(yuǎn)離沖繩海槽陸坡，陸源碎屑物質(zhì)對(duì)沖繩海槽的貢獻(xiàn)卻逐漸減小。

8 ka以來，對(duì)馬暖流發(fā)育成熟[9]，海平面與現(xiàn)今接近。Zr/Nb比值顯示此時(shí)期沖繩海槽北部水動(dòng)力增強(qiáng)，WIP指數(shù)則指示碎屑物質(zhì)源區(qū)風(fēng)化程度增強(qiáng)，表明源區(qū)可能為暖濕氣候。盡管此時(shí)期沉積物中存在火山碎屑物質(zhì)的貢獻(xiàn)，但是Th/Sc比值顯示碎屑貢獻(xiàn)在全新世都增加，這也與此時(shí)期較高的海表溫度及強(qiáng)風(fēng)化指數(shù)相佐證。

5 結(jié)論

(1)沖繩海槽北部CSH1孔沉積物以陸源碎屑為主，但是自冰消期以來及在MIS 5.1期，生源貢獻(xiàn)明顯增加。陸源和生源組分含量的變化與黑潮和入海徑流相關(guān)，實(shí)質(zhì)上受海平面和東亞季風(fēng)的調(diào)節(jié)。

(2)過去88 ka，沖繩海槽北部沉積物母巖性質(zhì)主要為長(zhǎng)英質(zhì)，在MIS 1期沉積物存在火山源貢獻(xiàn)。風(fēng)化指數(shù)表明沖繩海槽北部沉積物源區(qū)風(fēng)化程度非常弱，但是自冰消期以來有逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。

(3)Zr/Nb比值顯示在MIS 1期和MIS 5.1期，沖繩海槽北部水動(dòng)力明顯增強(qiáng)，這與黑潮強(qiáng)度增加相對(duì)應(yīng)，可能是指示黑潮強(qiáng)度的一個(gè)指標(biāo)。

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Paleoenvironment changes in the northern Okinawa Trough since 88 ka: evidences from element geochemistry

Zhu Aimei1，Shi Xuefa1，2，Zou Jianjun1，2，Zhang Hui1，Wu Yonghua1，2，Liu Yanguang1，2

(1.KeyLaboratoryofStateOceanicAdministrationforMarineSedimentologyandEnvironmentalGeology，F(xiàn)irstInstituteofOceanography，StateOceanicAdministration,Qingdao266061，China；2.QingdaoNationalLaboratoryforMarineScienceandTechnology，F(xiàn)unctionLaboratoryforMarineGeologyandEnvironment，Qingdao266071，China)

Based on the analysis of major and minor elements in bulk sediments of core CSH1，we reconstructed the changes of sediment components，hydrodynamic conditions and weathering history in the provenance of terrigenous materials over the last 88 ka in the northern Okinawa Trough. The results show that the lithology of parent rock of the terrigenous detritus is felsic，and the volcanic detritus contributes significantly to the sediment components during MIS 1. Over the last 88 ka，the weathering in the provenance of terrigenous detribus is weak (WIP<60%) but gradually increases since the last deglacial period. The Zr/Nb ratio indicates the hydrodynamic condition was much stronger during MIS 1 and MIS 5.1 in the northern Okinawa trough，a potential indicator of the strength of the Kuroshio，which occurs synchronically with the intensified Kuroshio. The terrigenous contributions significantly increased during lower sea level，while the biogenic contributions showed high values during MIS 1 and MIS 5.1. The sediment components are regulated by the Kuroshio and the runoff in the northern Okinawa Trough，which in fact are controlled by sea level and the East Asian Monsoon．

elemental geochemistry; Kuroshio Current; sea level; East Asian monsoon; northern Okinawa Trough

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.06.006

2014-06-17；

2015-04-25。

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(GY0213G23)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41206059，41420104005，40710069004)；亞洲大陸邊緣“源—匯”過程與陸海相互作用(GAST-GEOGE-03)。

朱愛美(1982—)，女，江蘇省南通市人，工程師 ，主要從事分析化學(xué)及海洋地球化學(xué)研究。 E-mail:zhuaimei@fio.org.cn

*通信作者：石學(xué)法。E-mail:xfshi@fio.org.cn

P736.4

A

0253-4193(2015)06-0058-12

朱愛美，石學(xué)法，鄒建軍，等. 88 ka以來沖繩海槽北部古環(huán)境演化：來自元素地球化學(xué)的證據(jù)[J].海洋學(xué)報(bào)，2015，37(6)：58—69，

Zhu Aimei，Shi Xuefa，Zou Jianjun，et al. Paleoenvironment changes in the northern Okinawa Trough since 88 ka: evidences from element geochemistry[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(6)：58—69，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.06.006