菲律賓海北部四國海盆全新世沉積物源分析

韓卓塵，高抒，*，李艷平

（1.南京大學地理與海洋科學學院，江蘇南京210023；2.南京大學海岸與海島開發(fā)教育部重點實驗室，江蘇南京210023）

菲律賓海北部四國海盆全新世沉積物源分析

韓卓塵1，高抒1，2*，李艷平2

（1.南京大學地理與海洋科學學院，江蘇南京210023；2.南京大學海岸與海島開發(fā)教育部重點實驗室，江蘇南京210023）

對IO DP333航次四國海盆北部地區(qū)C0011站位表層樣品進行粒度和Sr-Nd同位素分析，并與前人發(fā)表的鄰近海域同位素數(shù)據(jù)進行比較。經(jīng)分離自生碳酸鹽組分，四國海盆全新世沉積物呈現(xiàn)較好的陸源、火山源二端元組分特征。從地理位置看，四國海盆北部主要物質來源包括伊豆-小笠原海脊火山物質、日本列島西南部的混合型沉積物以及由西向風或河流入海洋流輸送而來的亞洲陸地沉積物，且日本列島西南部對于該區(qū)域物質貢獻最大。對四國海盆北部而言，與海盆中部沉積及日本海沉積相比，源自亞洲大陸的碎屑沉積物具有更多的貢獻。沉積物中87Sr/86Sr與εNd、平均粒徑的負相關關系反映了沉積物中陸源物質的相對貢獻按時間順序呈現(xiàn)增加、減小、增加、減少的多周期變化趨勢。

全新世沉積；Sr-Nd同位素特征；粒度特征；物質來源；四國海盆

韓卓塵，高抒，李艷平.菲律賓海北部四國海盆全新世沉積物源分析［J］.海洋學報，2015，37（2）：11—24，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.02.002

Han Zhuochen，Gao Shu，Li Yanping.Analysis on the H olocene sediment supply to the Shikoku Basin，northern Phi l ippine Sea［J］. Haiyang Xuebao，2015，37（2）：11—24，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.02.002

1　引言

位于菲律賓海東北部的四國海盆，是太平洋板塊向歐亞板塊俯沖而形成的弧后盆地的一部分。該海盆目前屬于菲律賓海板塊，向四國島的俯沖仍然活躍，成為本區(qū)強震的發(fā)源地之一。該地區(qū)深海第四紀沉積較為連續(xù)、完整，因此了解該地區(qū)沉積物物質來源信息，對西北太平洋古海洋環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)演變等問題的探討具有重要意義［1］。長期以來，海洋沉積物粒度分析在闡明海底沉積物來源、沉積環(huán)境類型的識別和物質輸運方式的判定有廣泛的應用［2—4］。在同一沉積環(huán)境中，底質粒度分布的時間變化反映了多種動力搬運綜合作用的結果［5—6］。在同一沉積巖心中，沉積物粒度組成的時間變化則多與沉積古環(huán)境演化和物源變化密切相關［7—8］。而Sr、N d同位素則是示蹤細粒沉積物來源的有效示蹤物質［9—10］。因為不同的礦物和巖石具有不同的87Sr/86Sr和143N d/144N d比值，所以將Sr-N d同位素聯(lián)合起來可以有效地確定沉積物來源［11-12］。顆粒物中N d同位素組成相對穩(wěn)定，在表生地球過程中基本不發(fā)生變化［13］，其組成只與源巖有關，因此是了解沉積物源區(qū)最有效的示蹤劑之一。而沉積物中Sr同位素組成不僅受控于源巖［14］，而且也與化學風化過程和顆粒物大小有關［15］；許多研究者將Sr-N d同位素結合起來共同示蹤沉積物來源［16—18］，同時也可以獲得古環(huán)境演化信息。對于西北太平洋海域，國內外學者對海洋沉積物來源問題進行了一系列探討［19-24］，普遍得到西太平洋物源特征為亞歐大陸陸源物質和海底火山物質的二端元組分。四國海盆地區(qū)作為熱點研究區(qū)域，成為深海大洋鉆探計劃（DSDP）、大洋鉆探計劃（O DP）和綜合大洋鉆探計劃（IO DP）的一個集中鉆探區(qū)域工作，研究者們在該地區(qū)采集了較多數(shù)量的沉積物巖芯，并對四國海盆形成機制、構造、沉積環(huán)境演化歷史、沉積物輸運系統(tǒng)等進行了多方面的研究［1，25］。其中IO DP 333航次主要研究陸坡、海溝底部和海山脊部的第四紀沉積過程［26］。

本文擬采用Sr-Nd同位素分析與粒度分析結合的方法，對于四國海盆地區(qū)全新世沉積物質來源變化特征進行探討，為了解海盆全新世時期演化歷史提供依據(jù)。

2　研究區(qū)概況

菲律賓海盆是西太平洋最大、最深的弧后盆地，大約在中新世早、中期之間開始擴張［27］。其邊緣被活動的島弧和深海溝環(huán)繞，菲律賓海呈N N E-SS W方向延伸的菱形。兩條近南北方向的向東凸出水下的弧形海嶺，即九州-帕勞海脊和伊豆-小笠原海脊，將菲律賓海劃分為3個盆地，西部為西菲律賓海盆，中部為四國海盆和帕里西維拉海盆，東部為小笠原-馬里亞納海溝。從西到東，盆地面積由大變小，海水深度由淺變深。四國海盆北部通過南海海槽與日本列島相連，東西兩側分別為伊豆-小笠原海脊和九州海脊，南部直接與帕里西維拉海盆相連（見圖1）。在經(jīng)向上，北部介于134°～138°E之間；南部介于136°～141°E之間；緯度介于25°～32°N之間。海盆近N N W-SSE走向，南北長約1 200 k m，東西寬約500 k m，北寬南窄，北部比南部寬200 k m左右。水深約為4 600 m，海底起伏較大，總體上是東淺西深［28］。四國海盆和帕里西維拉海盆呈對稱狀分布，平行于太平洋板塊向亞歐板塊的俯沖帶［29］。對于南海海槽，由于本州島弧與伊豆島海脊的碰撞抬升以及碎屑組分的侵蝕導致該地區(qū)的高速堆積［30］。南海海槽東部沉積物經(jīng)南海海峽通過濁流搬運而來［31］。海盆北部，越接近日本四國地區(qū)的海岸帶沉積物越厚，在南海海槽附近超過了1 000 m；而海盆中央位置沉積物較薄，兩邊部位厚，向南沉積物也減薄變窄，呈楔形。在27°N以南的中央?yún)^(qū)域，幾乎沒有沉積物覆蓋。

3　材料與方法

3.1樣品獲取與年代框架信息

所有樣品均來自于IO DP 333航次所得樣品。航次中利用“水力活塞鉆孔系統(tǒng)”（H ydraul ic Piston Coring System，H PCS）的鉆井方法獲得了C0011站位鉆孔樣品（相當于第四紀時期的沉積），該站位位于Kashinosaki海山的西北前端的海溝區(qū)，具體經(jīng)緯度為32°49.7′N、126°52.9′E，采樣站位見圖1。在鉆孔柱狀樣中，用U形塑料采樣管獲取柱狀子樣，樣品包裝采用加熱法封口［26］。用于本次研究分析的樣品為表層20 cm層樣品，為全新世時期的深海沉積。

所獲樣品編號為C0011C-1 H巖心。對其進行沉積物定性描述，并對其利用特制的切片每隔2 m m切割一次，共切出94個初步樣品。按每隔4個樣品的間隔（深度間隔為8 m m）取出其中的24個樣品分中心樣和邊樣分別裝入兩個樣品袋中，分別用于同位素地球化學分析和粒度分析。其余樣品作為保留樣，為后續(xù)研究使用。

通過IO DP 319航次在此處的L W D（Logging whi le drill ing，即隨鉆測井技術）數(shù)據(jù)［32］以及O DP 808、1173、1174和1177站位在四國海盆上部采集柱樣的類比，同時IO DP 333航次報告［33］中根據(jù)生物地層學鈣質微體古生物化石事件得到，C0011-1 H段樣品沉積速率為1.87 cm/ka。IO DP 333航次報告中顯示，在晚第四紀時期該研究區(qū)沉積過程連續(xù)，以層理的形式存在，并無斷層、低角度斷層以及剪切帶，也沒有M T Ds（M ass transport deposits，即塊體搬運沉積）、濁流或火山爆發(fā)的堆積層。樣品深度為2～21 cmbsf（cmbsf表示自海底以下以厘米計的深度單位），對應樣品年代大致為距今1.1～11.2 ka，屬于全新世沉積。

3.2實驗方法

C0011C-1 H鉆孔切割后的24個樣品進行粒度分析和Sr-Nd同位素地球化學分析。粒度分析采用M astersizer 2000型激光衍射粒度儀，粒度參數(shù)使用矩值法計算［34］。加10 m L 15%H Cl浸泡24 h，離心后加入10 m L 10%H2O2，再浸泡24 h，上機測試前加入適量六偏磷酸鈉（［NaP O3］6），使顆粒分散后測量，測試2～3次以保證分析結果的可靠性。對沉積物Sr-Nd同位素地球化學分析采用多接收等離子體質譜（M C-ICP-M S）［35］。樣品均經(jīng)過2 m L 1 mol/L的H Ac處理［36］，將碎屑組分和碳酸鹽組分分離。將兩組分用H N O3+H E消解［36］，經(jīng)過兩套Bio-Rad 50 W X8陽離子交換樹脂將Rb/Sr和Sm/Nd分離分別測試碳酸鹽和碎屑組分中的Sr同位素組成及碎屑組分中的Nd同位素組成。Sr-Nd同位素樣品測量在南京大學內生金屬礦床國家重點實驗室進行。測試中標樣溶液均用體積比為3%的H N O3溶液稀釋，濃度分別為250 ng/m L和50 ng/m L。對T U N E Nd同位素標準樣和NBS987 Sr標樣的測試值分別為143Nd/144Nd=（0.511 725±5）和87Sr/86Sr=（0.710 25±3）。Nd同位素的組成通常表達為εNd，其計算方式如下：

式中，143Nd/144NdCHUR為球粒隕石中的比值，一般取值為0.512 638［38］。

圖1　研究區(qū)海底地貌特征，據(jù)靳寧［37］修改Eig.1 Submarine geomorphologicalfeathers of the study area，revised from Jin Ning［37］

4　分析結果

四國海盆全新世沉積物樣品粒度分析和同位素分析結果列于表1，其中粒度參數(shù)使用矩值法［35］計算。

在鉆孔樣品中，粒度成分中砂質成分含量范圍為6.3%～43.0%，粉砂質成分含量范圍為54.2%～86.0%，而黏土質成分含量范圍為2.8%～7.7%（見圖2）。在砂質成分中，又以細砂和極細砂為主，因此該段沉積物性質主要為細砂質粉砂或者極細砂質粉砂。從粒度參數(shù)來看，平均粒徑M z變化范圍為4.7～6.0Φ，分選系數(shù)σ變化范圍為1.5～2.2，分選性差；偏態(tài)S K變化范圍為-0.04～0.20，正負偏都較??；峰態(tài)K g變化范圍為0.94～1.3近于常態(tài)和尖銳之間。從粒度頻率分布曲線來看（見圖3），總體呈微弱的雙峰，主峰峰值較高，各樣本不相同，均值在4～6 Φ左右，次級峰峰值很低，約10～11Φ，且主峰含量遠遠高于次峰（見圖3）。

碎屑組分的87Sr/86Sr值介于0.708 108～0.711 284之間，平均值0.709 871；143Nd/144Nd變化也較小，介于0.512 266～0.512 364之間，平均值0.512 301，εNd（0）變化范圍為-5.30～-7.22之間，平均值為-6.54。根據(jù)23個樣品數(shù)據(jù)，碳酸鹽87Sr/86Sr比值在鉆孔不同深度的樣品之間變化較小，介于0.709 148～0.709 257之間，平均值0.709 184，與現(xiàn)代海水中Sr同位素組成（0.709 211±37）［39］相似。

圖2中根據(jù)灰色和白色樣帶范圍可以看出，碎屑組分87Sr/86Sr的變化趨勢與εNd（0）、平均粒徑均呈現(xiàn)較為明顯的負相關關系。按照深度由深到淺的順序，在地質年齡最老的一段21.5～17.3 cmbsf，87Sr/86Sr值逐漸增加，εNd（0）、平均粒徑則逐漸減?。?7.3～14.0 cmbsf，87Sr/86Sr值逐漸減小，εNd（0）、平均粒徑逐漸增加；14.0～8.5 cmbsf，87Sr/86Sr比值逐漸增加，εNd（0）、平均粒徑逐漸減?。?.5～2.0 cmbsf，87Sr/86Sr值逐漸減小，εNd（0）、平均粒徑逐漸增加。除變化趨勢外，可以發(fā)現(xiàn)在4.5 cmbsf、8.5 cmbsf、11.9 cmbsf及18.5 cmbsf這些87Sr/86Sr、εNd（0）的突變點兩者都有很好的負相關對應關系。

表1　C0011C-1H鉆孔Sr-Nd同位素和粒度數(shù)據(jù)Tab.1 The data sets derived from Sr-Nd isotope and grain size analyses，for C0011-1H core samples

圖2　C0011C-1 H巖心樣品Sr-Nd同位素及粒度特征組成變化圖Eig.2 Down-corevariations of Sr-Nd isotope and grain size characteristics，for C0011C-1 H core samples

圖3　C0011-1 H站位樣品粒度頻率分布曲線Eig.3 Grain size frequency distribution curves of C0011C-1 H samples

5　討論

5.1不同物源的同位素特征比較

任何一個盆地Sr、Nd同位素的變化范圍都是物源區(qū)地質演化的結果，因此深海細顆粒沉積物同位素特征是對盆地區(qū)分和物源判定的良好指示物。不同的地殼成分來源具有不同的同位素特征，盆地內同位素特征則是不同來源的同位素特征混合后的平均結果。西北太平洋沉積物主要有3種來源：陸源（87Sr/86Sr值大約為0.720，M陸）、火山源（87Sr/86Sr值大約為0.704，M火）和生物源（以海洋自生生物成礦作用形成的碳酸鹽組分，87Sr/86Sr值大約為0.708，M生）［40］。即：

本文研究中使用1 mol/L H Ac處理沉積物樣品，分離了自生碳酸鹽組分，剩余用于討論的碎屑組分（M剩）主要為火山源和陸源，可以認為是二端元混合物，即：

分離碳酸鹽組分后，剩余碎屑組分又使用H E、H N O3消解，所以下面主要討論酸溶相碎屑組分的同位素特征。當87Sr/86Sr值較高時，代表大量陸源物質在四國海盆沉積，包括風成沉積、河流沉積物等物質的輸入［41］；在87Sr/86Sr較低時，物質貢獻主要由海底火山物質（即大洋火山巖）補給［42］。按照地殼類型劃分，物質范圍可以粗略的分成3部分，并可以利用Nd同位素劃定大致界限：（1）古老的硅鋁質陸相物質，（εNd＜-6）［14］；（2）過渡性地殼（-6＜εNd＜+5）［43］；（3）年輕的以火山物質為主的地殼（εNd＞+5）［43］。四國海盆中同位素特征主要代表了由于不同碎屑物質來源的物質混合后的變化情況，同位素特征值隨年代的波動情況反映了源區(qū)細顆粒沉積物供給的變化。

從現(xiàn)有的研究來看，εNd的變化范圍介于-15～0之間，而87Sr/86Sr的絕對范圍介于0.706 0～0.716 0之間。樣品中較高的87Sr/86Sr值（大于0.710 0）和較低的εNd值（小于-6.00）表明老的陸相物質是影響該地區(qū)同位素特征范圍的主要因素；而樣品中較低的87Sr/86Sr值（小于0.710 0）和較高的εNd值（大于-6.00）表明過渡性地殼和以火山物質為主的地殼物質的比重增加，反映的陸源物質輸入通量的減少和火山物質的輸入通量增加。

四國海盆北部，εNd的變化范圍介于-5.3～-7.4之間，平均值-6.5；87Sr/86Sr介于0.708 108～0.711 469之間，平均值0.709 871，總體εNd的值更為負偏（見圖2）。這一負偏特征體現(xiàn)了年齡較老的陸源物質具有較多的貢獻。根據(jù)圖1的C0011鉆孔空間位置，影響研究區(qū)同位素特征的近緣成分包括北側日本西南部物質、東側伊豆-小笠原海脊火山物質，以及西側九州-帕勞海脊火山物質。海盆東由以火山物質組成的伊豆-小笠原海脊火山物質組成多年來基本沒有發(fā)生較大的變化，其εNd值介于+8～+9之間［44-45］；北側日本列島西南部形成時期較為年輕，普遍認為發(fā)育于中國東南部造山運動過程［46］，具有典型陸源物質、火山物質共同組成的混合型沉積物特征，其εNd值介于-6～+4之間［47-50］；西側九州-帕勞海脊火山物質的εNd值介于+7.1～+7.5之間［51］。假定我們按照三者1∶1∶1的配比粗算，εNd范圍應該處于+3～+7之間。事實上實測的Sr-Nd同位素比值代表海水Sr、Nd和碎屑組分中Sr、Nd同位素比值的混合結果。然而相比陸源沉積物中Sr、Nd的濃度，海水中Sr、Nd同位素濃度（Sr濃度大約8×10-6）非常小，所以海水中Sr、Nd同位素組分對于整個沉積物中的同位素特征影響很小［52］。因此，原鉆孔中εNd值應稍低于估測值。但這與我們測量的海盆北部εNd的范圍-5～-7仍相差很大，所以推論仍有重要的遠端物源組分對該區(qū)域的物質貢獻。已有研究表明，由于中高緯度的氣候冷卻導致的大氣環(huán)流強度增加，自晚更新世起有大量的風成沉積物通量進入西太平洋海盆中［53—54］。這些風成碎屑物的一大部分來自于中國黃土高原和沙漠地區(qū)［19，54—55］，并且可以用Nd同位素加以特征化（εNd≈-10）［55］。這些物質通過盛行西風及東亞季風被輸送至西太平洋地區(qū)，由于大氣環(huán)流在30°N的變化而沉降入海，在垂直沉降過程隨著不同深度的洋流作用在水平方向被搬運，最終沉積于四國海盆地區(qū)。位于西北側的亞洲老的陸相物質總體來講εNd＜-15［56］，很可能是四國海盆εNd值強烈負偏的原因。但是僅從同位素特征來看，很難區(qū)分陸源風成碎屑物質和河流入海并經(jīng)洋流輸送導致的陸源物質。

對于四國海盆中部的同位素特征，M ahoney［57］利用DSDP 442、443、444鉆孔（見圖1）得到εNd值變化基本介于-5.2～-9.6之間，平均值-7.3；87Sr/86Sr值介于0.709 29～0.714 98之間，平均值0.712 35?？傮w上講，與四國海盆北部相比εNd值更為負偏，同時87Sr/86Sr值較四國海盆北部更大。一般而言，空間越近的兩個地理空間的相似性越大［58］。四國海盆中部鉆孔位置距離海盆北側的日本列島較海盆北部鉆孔更遠，顯然日本西南部以火山物質和陸相物質結合的混合型沉積物對海盆中部的貢獻率更小，相對來說伊豆-小笠原海脊的物質貢獻應該更大。按伊豆-小笠原海脊（εNd值介于+8～+9之間）如此高的εNd正偏估算應該是海盆中部的εNd值較北部更為正偏，但這與實測數(shù)據(jù)恰恰相反。這說明海盆中部的物質來源可能更多的來自于陸源物質。

從四國海盆海流特征來看（見圖4），表層洋流主要是黑潮。黑潮分為兩支，一支主要沿南海海槽以北輸運，另一支跨南海海槽，在海盆東北部轉彎經(jīng)過。黑潮在表層1 000 m水深范圍內都對細顆粒物質輸運有重要作用［59］。中層主要為南極中層水呈逆時針環(huán)流運動。此外各日本列島西南部、伊豆本州碰撞帶及伊豆-小笠原海脊邊緣發(fā)育大量濁流和重力流［60］。另外粒度特征顯示沉積物為細顆粒物質（見表1），遠端陸源物質可以被長距離搬運。因此，可能的陸源沉積物輸運路徑：經(jīng)西風和季風搬運的風成碎屑沉積物以及由黑潮搬運的亞洲地區(qū)河流入海帶來的陸源物質，主要由海盆北部緩慢沉降。當沉降至中層水時由于南極中層水的環(huán)流作用，導致陸源物質被搬運到海盆中部地區(qū)并最終沉降，這也是可能導致中部沉積物εNd值更為負偏的原因。而對于近緣的日本列島西南部混合型物質及伊豆-小笠原海脊火山物質而言，區(qū)域較大的坡度及較為強烈的碰撞運動形成的沉積物重力流是導致近緣沉積物搬運并堆積在四國海盆的重要原因［61—62］。

圖4　四國海盆附近海流示意圖，據(jù)Underwood等［60］修改Eig.4 Schematic diagram showing the oceanic currents associated with the Shikoku Basin，modified from Underwood et al［60］

關于靠近日本列島東北部的日本海同位素特征，Mahoney［57］對O DP 794、795、797鉆孔（見圖1）進行分析得到εNd值變化基本介于-3.4～-8.8之間，平均值-6.3；87Sr/86Sr值介于0.708 95～0.715 90之間，平均值0.711 94。與四國海盆北部相比較，εNd值基本處于相同范圍，但是87Sr/86Sr值范圍相差較大，較四國海盆北部更大。日本海東側的εNd值強烈負偏反映了包括來自亞洲大陸老陸殼的碎屑物貢獻（εNd?-15）［56］，來自大和隆升的大陸塊斷裂（εNd?-3）［49］，來自日本列島西南部的年輕的以火山灰和火山碎屑為主要成分的碎屑物（εNd值介于-6～+4之間）［47—50］，以及日本西北側的陸源-火山源混合型島弧物質貢獻（εNd值介于+5～+6之間）［44］。在相同的εNd值情況下，87Sr/86Sr值較四國海盆北部大，所以陸相成分相對多于四國海盆北部。從地理位置上看，由于日本海距離亞洲大陸較近，更多的來自亞洲大陸老的陸殼的風成碎屑和河流入海物質經(jīng)由對馬暖流等（圖4）輸運并在該地區(qū)沉積。但是Mahoney［57］對比四國海盆中部和日本海的同位素特征發(fā)現(xiàn)，在相同的87Sr/86Sr值情況下，四國海盆中部的εNd值略低于日本海。

通過3個地區(qū)的綜合比較可以發(fā)現(xiàn)（見圖5），日本列島西南部物質源區(qū)對于四國海盆本身北部和中部以及日本海都有一定的影響；三地區(qū)εNd值都強烈負偏，表明亞洲大陸陸源物質對于3個地區(qū)都有重要的物質貢獻；伊豆-小笠原海脊對于四國海盆的物質貢獻與日本列島東北部對于日本海地區(qū)的物質貢獻相似。從三者數(shù)據(jù)點分散密集程度來看，四國海盆北部和中部的物質來源具有一定的區(qū)別；而僅僅從同位素特征定性的來看，海盆北部和日本海的同位素特征相對更為相似。

圖5　研究區(qū)87Sr/86Sr與εNd關系Eig.5 The relationship between87Sr/86Sr andεNd，for the study area

5.2四國海盆全新世沉積物特征

二端元混合過程研究中發(fā)現(xiàn)，Sr和Nd混合過程發(fā)生的同時伴隨著同位素之間的協(xié)同變化關系［52］。Langmuir［65］給出的任意Sr-Nd同位素組成關系的雙曲線方程為：

式中，式中，X、Y分別代表混合源沉積物的87Sr/86Sr和143Nd/144Nd測定值；A、B分別代表兩個獨立的端元；SrA、SrB、NdA、NdB分別代表A、B端元的Sr、Nd元素含量。

由于X取值必為正，式（4）中Y可以表達為X的函數(shù)。將式（4）與式（1）聯(lián)立，可得：

當我們知道兩端元組分A和B中Nd/Sr元素比，就可以得到兩同位素的協(xié)同關系，進而半定量的判斷物質來源。

以中國大陸硅酸鹽物質作為陸源A，以伊豆-小笠原物質為火山源B，進行二端元混合估算，參數(shù)估計如下：

陸源A［20-21，56］：SrA=135×10-6，NdA=24.3× 10-6，（87Sr/86Sr）A=0.721 8，εNd（0）A=7.10；

火山源B［63］：SrB=147×10-6，NdB=52.8× 10-6，（87Sr/86Sr）B=0.719 0，εNd（0）B=-14.3.

根據(jù)上述參數(shù)估計，可以得到式（5）的數(shù)學表達式，圖5中混合曲線即為式（5）的函數(shù)圖像?？梢钥闯?，日本海盆北部、中部和日本海都基本位于混合曲線的兩側，表明3個地區(qū)均是亞洲陸源碎屑物和火山物質（火山源）二端元組成的混合物。使用混合曲線估算法［66］可得，整個四國海盆地區(qū)陸源碎屑物質貢獻大致為20%～60%，僅就本次研究所測數(shù)據(jù)而言，四國海盆全新世沉積物陸源碎屑物質貢獻大致為40%～60%。然而對于本次研究所測C0011站位數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)基本均位于曲線左下方，表明該地區(qū)可能除了主要的二端元組分外，仍有其他組分的貢獻，需要進一步研究。

四國海盆全新世沉積物上的粒度特征反映了沉積動力環(huán)境的波動。C0011鉆孔全新世段從粒度數(shù)據(jù)上看可以分為4部分，總體來說沉積物粒度比較均一（見圖2），按照沉積物粒度分類，以細砂質粉砂沉積物為主。相對于以粉砂、黏土質粉砂、黏土為主的典型深海平原沉積物，該區(qū)域沉積物粒度稍粗，符合陸坡沉積物特征。C0011站位于陸坡區(qū)域下端，該區(qū)域又有濁流、重力流分布（見圖4），表明沉積物的確有很大一部分來自于上部陸坡區(qū)域?？赡茌斎氲剿膰Ｅ璧募氼w粒物的來源有多種，主要受島弧火山物質、來自東亞大陸的大氣沉降物以及周邊陸源輸入和水層中生成的顆粒物沉降的影響。四國海盆地區(qū)距離亞歐大陸較近，同時由于季風和西風條件的支撐，很容易有遠源的陸源粉塵沉降于此。所以極小的次級峰可以作為陸源風成碎屑沉積物源的佐證。

沉積物Sr-Nd同位素特征能夠反應沉積物物質來源，而粒度卻能作為影響沉積物Sr同位素特征的重要因素。Douglas等［67］研究發(fā)現(xiàn)87Sr/86Sr值隨著河流沉積物粒度的減小而減??；但是Asahara等［68］和楊杰東等［41］的研究卻表明在加酸處理后，隨著酸不溶物粒度的減小，沉積物中87Sr/86Sr值卻逐漸增大，且在黏土粒級物質中比值最高。所以，采自于同一地點的四國海盆全新世沉積物的87Sr/86Sr比值不同，有可能反映了在粒度組成上的差異。該站位87Sr/86Sr和沉積物平均粒徑隨深度的變化（見圖2）具有良好的負相關關系：隨著87Sr/86Sr值的增大，沉積物平均粒徑逐漸減?。é抵抵饾u增加）；而隨著87Sr/86Sr值的減小，沉積物平均粒徑逐漸增加（Φ值逐漸減?。?。平均粒徑能夠反映沉積過程中的水動力條件變化和物源變化。87Sr/86Sr比值增加，代表亞洲大陸老的陸源成分對于沉積物貢獻增加，但是平均粒徑逐漸減小，表明在87Sr/86Sr值增加時，可能是陸源風成碎屑物質對于沉積物組分貢獻逐漸增加，而相對來說在沉積物粒徑最大時，水動力條件的加強可能代表了相應地質事件（例如火山活動）導致的火山灰、火山碎屑等年輕地殼或者轉換型地殼導致的快速沉積過程。另外，陸相物質在輸運過程中的分選作用可能會改變Sr/Nd元素的比值，進而影響混合曲線，Eeng等［69］給出粒度結果對于亞洲風塵的Sr/Nd元素的比值具有大約±20%的影響。所以在考慮端元模型估算比值時，如果加上粒度的影響因素，整體四國海盆北部全新世陸源碎屑物質組分含量大致為（40%±8%）～（60% ±12%）。

從整個全新世時期Sr-Nd同位素及粒度參數(shù)的變化規(guī)律來看（見圖2），87Sr/86Sr與εNd、平均粒徑的負相關關系反映了沉積物中陸源物質的相對貢獻呈現(xiàn)增加→減小→增加→減少的多周期變化趨勢。已有研究表明，粒度指標和許多同位素指標有對氣候變化具有一定指示意義［70—72］。因此，本次研究得到的Sr-Nd同位素和粒度指標與古氣候指標的對應關系，以及是否對于全新世氣候具有指示意義，可以進一步加以研究。

5.3生物及自生礦物組分對于物源的影響

沉積物中生物源是一項重要的物源貢獻，生物在沉積物中的運動以及生物死亡后介殼在沉積物中的保留都會對沉積物中同位素特征造成影響［73—74］。巖心進行X射線照相可以觀察生物的穿透深度等［74］，進而可以了解研究區(qū)生物擾動現(xiàn)象。IO DP 333航次報告［33］中巖芯照片顯示，表層沉積物層理保存較為完好，并沒有明顯的生物洞穴等特征。Harada和Shibamoto［75］使用210Pb方法研究表明，四國海盆地區(qū)生物擾動作用非常微弱。此外，生物擾動作用引起沉積物的擴散混合和非原地混合，平滑沉積物記錄和古海洋信息。Xu等［76］研究表明，西菲律賓海地區(qū)沉積物中生物作用導致的沉積很少。本次研究數(shù)據(jù)表明，C0011站位表層沉積物樣品同位素和粒度特征變化顯著，并無平滑特征。因此，研究中選取的8 m m采樣間隔是能夠反應得到較為準確的沉積記錄，反應全新世時期該區(qū)域的沉積物物質來源的變化。

此外，沉積物樣品前處理過程對生物源物質的分離方法也有多種。國內外學者曾經(jīng)運用多種濃度的H Cl（0.1、0.5、1、2.5 mol/L）和H Ac（0.5、1 mol/L）處理不同沉積物樣品［21，41，64，77—78］。考慮到沉積物Sr同位素組成容易受到自生礦物的影響，實驗過程中我們用1 mol/L H Ac處理樣品，用于分離碳酸鹽組分和碎屑組分。盛雪芬等［79］在利用實驗方法分析了黃土和沉積巖中不同濃度鹽酸和醋酸對于碳酸鹽物質的淋溶情況，表明1 mol/L的H Ac基本與1 mol/L的H Cl溶解的CaO、M gO物質相同，同時不會破壞黏土礦物（尤其是硅酸鹽礦物）的結構而使過多的Sr同位素釋放出來。該實驗同時表明，1 mol/L的H Ac對于沉積物中的Ee、M n類物質有較好的析出作用。M ao等［36］在探討長江下游懸浮物Sr-Nd同位素組成時使用0.5 mol/L的醋酸分離了碳酸鹽組分。IO DP 333航次報告中礦物分析顯示，C0011C-1 H樣品中SiO2含量超過60%，而Ee2O3含量不足6%，M nO含量僅為0.06%，表明該鉆孔沉積物種自生Ee、M n組分對于Sr-Nd同位素特征值影響有限［33］。本次研究中碳酸鹽組分的87Sr/86Sr值基本位于0.709 2左右，與現(xiàn)代大洋的87Sr/86Sr值基本相同，證實自生Ee、M n組分對于Sr同位素的影響非常小，該海區(qū)全新世時期沉積物中碳酸鹽巖組分代表了當時海水自生沉積礦物的87Sr/86Sr組成。所以殘留物的Sr-Nd同位素比值可近似為硅酸鹽碎屑組分的87Sr/86Sr和143Nd/144Nd值［68］。

6　結論

（1）在分離自生碳酸鹽組分后，四國海盆全新世沉積物呈現(xiàn)較好的陸源、火山源二端元組分特征。

（2）四國海盆北部沉積物與海盆中部沉積物、日本海沉積物對比，海盆中部沉積物εNd值較其他兩者更為負偏，反應更多的亞洲大陸陸源碎屑沉積物貢獻。海盆北部與日本海沉積物Nd同位素特征近似，而87Sr/86Sr范圍日本海樣品較四國海盆北部更高，反應相對更多的亞洲大陸陸相沉積物的體現(xiàn)。

（3）87Sr/86Sr與εNd、平均粒徑的負相關關系反映了沉積物中陸源物質的相對貢獻呈現(xiàn)增加、減小、增加、減少的多周期變化趨勢。

（4）從地理位置看，四國海盆北部主要物質來源包括伊豆-小笠原海脊火山物質、日本列島西南部的混合型沉積物以及由西向風或河流入海洋流輸送帶來的亞洲大陸陸相沉積物。僅從同位素特征看，日本列島西南部對于該區(qū)域物質貢獻最大。

致謝：IO DP 333航次全體科學家及“地球號”科學鉆探船全體船員和技術人員為樣品采集和航次報告付出了辛勤的努力；南京大學內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室濮巍工程師對Sr-Nd同位素實驗操作過程提供了幫助；周亮、馮晗、趙秧秧、王丹丹、李潤祥、朱冬、許振在論文討論和寫作過程中給予了寶貴的意見和建議；審稿專家對本文初稿提出了建設性的修改意見。謹致謝忱。

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Analysis on the Holocene sediment supply to the Shikoku Basin，northern Philippine Sea

Han Zhuochen1，Gao Shu1，2，Li Yanping2
（1.Schoolof Geographic and Oceanographic Sciences，N anjing University，N anjing210023，China；2.Ministry of Education Key Laboratory for Coast and Island Cevelop ment，N anjing University，N anjing210023，China）

Grain size and Sr-Nd isotope analyses are carried out for the core C0011 samples，the northern ShikokuBasin，obtained from the IO DP Expedition 333.The results are used for a comparative study with the isotope data obtained from adjacent areas.The H olocene sediment in the Shikoku Basin shows the characteristics of two-end member mixing processes，i.e.，the terrestrial constituent and the volcanic source.In terms of the geographicallocation，the material supply to the Shikoku Basin mainly consists of volcanic materials from the Izu-Bonin Arc，the mixing-type sediment from the northwest Japanese islands，and terrestrial sediment transported by the prevail ing westerly winds，monsoon or rivers from the Asian mainland.In general，the materials from the northwest Japanese islands representthe largest contribution.In comparison with the sedimentfrom the central Shikoku Basin and the Japan Sea，the sedimentary materials from the northern Basin display a relatively large contribution by terrestrial sources.Based upon the negative correlation between87Sr/86Sr andεNd，together with the87Sr/86Sr ratio and mean grain size，the relative contribution of terrestrial sources indicates a multi-periodic variation pattern as increase，decrease，increase，decrease，according to the chronological sequence.

H olocene deposits；Sr-Nd isotope characteristics；grain size；sediment supply；Shikoku Basin

P736.2

A

0253-4193（2015）02-0011-14

2014-04-02；

2014-05-19。

國家高技術研究發(fā)展計劃重點項目“大洋鉆探站位調查關鍵技術研究”（2008 A A093001）；國家自然科學基金面上項目（41373002）。作者簡介：韓卓塵（1991—），男，內蒙古烏海市人，主要從事海洋沉積動力學研究。E-mai l：michaelhzc@126.com

高抒（1956—），男，浙江省杭州市人，教授，主要從事海洋沉積動力學、動力地貌學研究。E-mai l：shugao@nju.edu.cn