西南印度洋中脊沉積物粒度特征及不同前處理方法對(duì)粒度特征的影響

呂文哲,易 亮,付騰飛,楊繼超,陳廣泉,林 震,徐興永,于洪軍

(1.華東師范大學(xué)河口海岸科學(xué)研究院,上海200062;2.河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200062;3.國(guó)家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061;4.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;5.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋地質(zhì)過(guò)程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室,山東青島266061;6.同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院,上海200092;7.海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200092;8.國(guó)家深?；毓芾碇行?山東青島266237)

西南印度洋中脊沉積物粒度特征及不同前處理方法對(duì)粒度特征的影響

呂文哲1,2,3,4,5,易 亮6,7*,付騰飛3,4,5,楊繼超8,陳廣泉3,4,5,林 震8,徐興永3,4,5,于洪軍8

(1.華東師范大學(xué)河口海岸科學(xué)研究院,上海200062;2.河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200062;3.國(guó)家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061;4.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;5.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋地質(zhì)過(guò)程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室,山東青島266061;6.同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院,上海200092;7.海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200092;8.國(guó)家深?；毓芾碇行?山東青島266237)

通過(guò)采用多種前處理方法,對(duì)西南印度洋中脊沉積物粒度進(jìn)行了測(cè)定、分析和對(duì)比研究。其中,未去除碳酸鹽的樣品平均粒徑介于7.18～8.35Φ;分選較差;偏度表現(xiàn)為極負(fù)偏,且負(fù)偏程度隨著分選變差逐漸變大;峰度表現(xiàn)為平坦。粒度頻率曲線呈較顯著的多峰分布。去除碳酸鹽之后,樣品平均粒徑介于5.95～6.64Φ;分選變好;偏度由極負(fù)偏變?yōu)闃O正偏;峰度由正態(tài)向平坦方向變化;黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯減少,粉砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加。粒度頻率分布曲線、粒度象特征及粒度結(jié)構(gòu)也都發(fā)生了明顯的改變。這些變化指示了沉積物的搬運(yùn)處于靜水懸浮和遞變懸浮的過(guò)渡階段,而是否去除碳酸鹽將對(duì)粒度分析結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。此外,有機(jī)質(zhì)和生物硅的存在也對(duì)沉積物粒度測(cè)試結(jié)果造成了影響,使細(xì)粒組分明顯增加,但并不影響粒度分布的基本形態(tài)。

西南印度洋中脊;沉積物;粒度;前處理方法

在高壓、低溫的深海環(huán)境中,沉積物保存較為連續(xù)且受到后期干擾較少,蘊(yùn)含有豐富的環(huán)境變化信息[1-2]。依其成因,深海沉積物可分為陸源碎屑和生物成因兩大組分[3]。前者可以提取豐富的深海環(huán)境變化信息,后者蘊(yùn)含了深海生產(chǎn)力波動(dòng)的信號(hào)。相比于其它大洋,西南印度洋中脊有很多獨(dú)特的特征,呈“入”形分布,西與大西洋中脊和南美洲—南極洲中脊交于布維三聯(lián)點(diǎn)(Bouvet Triple Junction),東與中印度洋中脊和東南印度洋中脊交于羅德里格斯三聯(lián)點(diǎn)(Rodrigues Triple Junction),屬慢速擴(kuò)張中脊[4]。此外,McCave等認(rèn)為西南印度洋包含有4層不同來(lái)源的水團(tuán),包括南極底層水,北印度洋深、中層水以及季風(fēng)控制的表層海洋環(huán)流[5]。Faugères等提出深海沉積物聚集模式主要由深海底層流所控制[6]。因此,通過(guò)西南印度洋中脊沉積物的相關(guān)研究,有望獲得古環(huán)境和生產(chǎn)力的信息,進(jìn)而反演區(qū)域特殊的地質(zhì)環(huán)境過(guò)程。

粒度是進(jìn)行沉積學(xué)分析的常用指標(biāo),其變化往往與沉積環(huán)境、介質(zhì)動(dòng)力等有關(guān),并已廣泛應(yīng)用于風(fēng)塵、湖泊、河流和海洋沉積等研究[7-13]。孫東懷等[14]通過(guò)對(duì)中國(guó)黃土粒度分布特征的研究,揭示了黏粒組分的氣候?qū)W意義。孫千里等[15]和何華春等[16]分別通過(guò)岱海和洪澤湖沉積物粒度特征反演了湖泊水位和區(qū)域氣候的干濕變化。Zhou等[17]基于北黃海泥質(zhì)區(qū)沉積物的粒度特征認(rèn)為其變化與黃河流域內(nèi)降水有關(guān)。張晉等[18]勾畫(huà)了南海南部表層沉積物的空間分布特征,指出物源、水動(dòng)力條件、地形等是控制這一空間特征的主要因素。因此,沉積物粒度分析可以區(qū)分不同沉積類(lèi)型,判斷沉積物的物源信息以及沉積時(shí)的水動(dòng)力條件,進(jìn)而重建古氣候和古環(huán)境。

自20世紀(jì)60年代,深海鉆探計(jì)劃的實(shí)施廣泛促進(jìn)了海洋沉積學(xué)的發(fā)展,在全球范圍內(nèi)獲得了大量深海沉積物樣品,取得了豐富的成果。然而,西南印度洋的調(diào)查研究仍較少,西南印度洋中脊則更為匱乏,研究程度亟待提高[19]。此外,已有的研究多集中于沉積物地球化學(xué)、礦物學(xué)特征等方面,很少涉及沉積物粒度這一基本特征[20-24]。

針對(duì)這一研究現(xiàn)狀,本文對(duì)取自西南印度洋中脊的沉積物進(jìn)行詳細(xì)的粒度分析,總結(jié)不同前處理方法獲得的粒級(jí)分布、粒度象特征、粒度結(jié)構(gòu)等,提取其中蘊(yùn)含的物源、水動(dòng)力條件等環(huán)境信息,以期為深入研究該地區(qū)沉積環(huán)境的演化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究所用S008GC02孔柱狀沉積物樣品由中國(guó)大洋協(xié)會(huì)于2015-02第35航次在西南印度洋通過(guò)重力取樣器獲得。鉆孔位于西南印度洋中脊(50°54'E,33°59'S)(圖1),水深4 430 m。該柱狀沉積物樣長(zhǎng)240 cm,以淺棕色黏土質(zhì)沉積物為主;以10 cm為間隔進(jìn)行取樣,共獲取24個(gè)樣品用于本項(xiàng)研究。

圖1 研究區(qū)地理位置[5]Fig.1 Geographical location of the study area[5]

1.2 粒度測(cè)試

樣品的前處理和上機(jī)測(cè)試均在海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中心完成。所用儀器為英國(guó)MALVERN公司生產(chǎn)的MASTERSIZER-2000型激光粒度儀,該儀器的測(cè)量范圍為0.02～2 000μm,重復(fù)測(cè)量誤差小于3%。每份沉積物樣品中取約0.5 g放入燒杯中,分別采取以下2種前處理方法:

前處理A(原始粒級(jí)):燒杯注滿(mǎn)蒸餾水,靜置24 h;

前處理B(去除碳酸鹽):燒杯中加入5～10 ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的HCl,靜置12 h。

反應(yīng)后的懸浮液在離心機(jī)中以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心清洗15 min,用超聲波清洗機(jī)振蕩后測(cè)量。

1.3 粒度參數(shù)計(jì)算

常用的粒度參數(shù)有平均粒徑、分選系數(shù)、偏度、峰度等。粒度參數(shù)的計(jì)算方法有多種,本文采用Mc Manus[25]提出的矩值法進(jìn)行計(jì)算。

平均粒徑

分選系數(shù)

偏度

峰度

式(1)～式(4)中:f為各粒級(jí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù),∑f=100;m?表示粒徑。

但隨著日子一天天過(guò)去，大家發(fā)現(xiàn)老鄧的嘴里得不到半點(diǎn)消息，而且他的出現(xiàn)比小偷更令營(yíng)業(yè)部損失慘重，他每次不是要走幾斤臘肉，幾斤鹽巴，就是一瓶江津白酒，而且日復(fù)一日，沒(méi)半點(diǎn)消停的意思。剛開(kāi)始他還到倉(cāng)庫(kù)里轉(zhuǎn)悠轉(zhuǎn)悠，向甲洛洛詢(xún)問(wèn)一些倉(cāng)庫(kù)貨物的存儲(chǔ)情況，后來(lái)把這道手續(xù)也減免了，干脆徑自去找丁主任，拿完?yáng)|西就走人。

2 結(jié)果與討論

2.1 粒級(jí)組成

根據(jù)謝帕德三角圖(圖2),前處理A所獲結(jié)果可命名為黏土質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì)黏土;前處理B大部分為粉砂,少量為黏土質(zhì)粉砂。如圖3所示,前處理A獲得的平均粒徑介于7.18～8.35Φ,隨深度的變化較小;分選較差;多表現(xiàn)為極負(fù)偏;峰度平坦。前處理B獲得的平均粒徑介于5.95～6.64Φ,整體大于前處理A;多表現(xiàn)為極正偏。

各組樣品黏土、粉砂、砂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如圖4所示。其中,前處理A大部分樣品的黏土和粉砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大,介于40%～60%,砂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)幾乎都小于10%;前處理B的樣品粉砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多占10%～20%,砂的含量可以忽略不計(jì)。

根據(jù)粒度參數(shù)C(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的粒徑值)和M(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的粒徑值)作沉積物粒度象C-M圖(圖2)。前者代表樣品中最粗顆粒的粒徑,可以反映搬運(yùn)介質(zhì)能量的上限,即最大水動(dòng)能;后者反映搬運(yùn)介質(zhì)的平均動(dòng)能[28]。

不同前處理的2組樣品在C-M圖上表現(xiàn)出明顯的分異性:前處理B的樣品在C-M圖上分布相對(duì)集中,并據(jù)此可知搬運(yùn)方式處于靜水懸浮和遞變懸浮的過(guò)渡階段。此外,最大水動(dòng)能(C值)較小,可能指示了該區(qū)域的物質(zhì)來(lái)源相對(duì)單一。這一特征與該區(qū)域常年受到南極底層水的影響有關(guān)[5]。

圖2 沉積物粒度象C-M圖及三角圖投點(diǎn)示意圖Fig.2 The grain-size C-M diagram and ternary diagram of the sediments

圖3 沉積物粒度參數(shù)曲線Fig.3 The grain-size parameter curves of the sediments

圖4為2種前處理方法后獲得的沉積物粒度各粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。2種前處理方法相對(duì)比發(fā)現(xiàn)在＜4μm與4～8μm組分中,同一組分去除碳酸鹽之后的質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯小于未去除碳酸鹽的,而8～16μm,16～32 μm,32～63μm與＞64μm的組分則相反。32～63μm組分中2種前處理方法獲得的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨深度的變化沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系,＜4μm,4～8μm以及＞64μm的組分中變化趨勢(shì)大致相同。針對(duì)同一種前處理方法,8～16μm,16～32μm兩個(gè)組分隨深度的變化具有顯著的相關(guān)性。這說(shuō)明大部分碳酸鹽礦物以＜8 μm的形式存在,或者是前處理過(guò)程中超聲波振蕩將大顆粒的碳酸鹽礦物擊碎,從而導(dǎo)致細(xì)粒部分的增加。

圖4 沉積物粒度各粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)Fig.4 Grain size compositions(%)

通過(guò)2種前處理方法獲得的粒級(jí)組成及粒度參數(shù)具有明顯的不同。相比前處理A,前處理B獲得的粒度參數(shù)隨深度的變化相對(duì)平緩,波動(dòng)幅度小;平均粒徑變大,分選變好,偏度由極負(fù)偏變?yōu)闃O正偏,峰度則由正態(tài)向平坦方向變化;黏土含量顯著減少,粉砂含量相應(yīng)增加;所測(cè)結(jié)果在C-M圖與謝帕德三角圖(圖3)中投點(diǎn)更為集中。由此反映出碳酸鹽的存在使得粒度參數(shù)和粒級(jí)組成發(fā)生了明顯改變,無(wú)法反映真實(shí)的水動(dòng)力條件。

2.2 粒度象特征

根據(jù)文獻(xiàn)[26-27],選取粒度參數(shù):A為＜4μm組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù);L為＜31μm組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù);F為＜125μm組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。分別以A對(duì)M、L對(duì)M、F對(duì)M作A-M、L-M、F-M圖,可以很好地反映沉積物組分的變化,通過(guò)對(duì)這些圖的分析,來(lái)判斷沉積物可能的搬運(yùn)模式和形成環(huán)境[6]。

由圖5可知,兩種前處理方法中,隨M的增大F變化較小。前處理A中,隨M的增大,A急劇減小,呈較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系;而L的減小趨勢(shì)不明顯。4～31μm的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨M的增大緩慢增加,但細(xì)粒物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)始終較高。前處理B中,A和L隨M增大緩慢減小,M的增加主要由4～31μm組分控制。由此反映出該地區(qū)沉積環(huán)境的平均水動(dòng)能較大,控制沉積物粒度的為中粗粒組分。

圖5 S008GC02孔沉積物粒度象A-M、L-M、F-M綜合圖Fig.5 The A-M,L-M,and F-M diagrams of the sediments in Borehole S008GC02

2.3 粒度結(jié)構(gòu)

沉積物的粒度參數(shù)可以較為直觀地反映沉積物的特征[7]。由圖6可知,前處理A獲得的樣品偏度與分選系數(shù)之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。前處理B獲得的樣品偏度與分選系數(shù)之間則不存在明顯的相關(guān)關(guān)系,隨著分選系數(shù)的變化,偏度變化較小。前處理A在平均粒徑和分選系數(shù)散點(diǎn)圖中投點(diǎn)分散,而前處理B則投點(diǎn)相對(duì)集中。

去除碳酸鹽的沉積物平均粒徑變大、分選變好,分選系數(shù)的分異度小,所指示的水動(dòng)力條件較強(qiáng),水動(dòng)力過(guò)程波動(dòng)幅度小,水動(dòng)能環(huán)境較穩(wěn)定。全部表現(xiàn)為正偏,偏度與分選系數(shù)之間沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系。

圖6 沉積物粒度結(jié)構(gòu)散點(diǎn)圖Fig.6 The grain-size structural scatter diagram of the sediments

2.4 粒度分布

由圖7可知,經(jīng)前處理A獲得的粒度頻率曲線呈顯著的多峰分布,主峰位置在2.52～4.38μm,并隨深度存在一定的波動(dòng)。

經(jīng)前處理B獲得的粒度頻率分布曲線雖仍為多峰特征,但主峰位置明顯向右側(cè)移動(dòng),峰值所處的粒徑明顯變大。其中間層位呈雙峰分布,次峰峰值隨深度增加而逐漸增加。兩者的差值曲線大致呈峰-谷的變化趨勢(shì),峰谷之間的斜率較大。在谷值之后,普遍出現(xiàn)一個(gè)次峰值,隨后差值曲線緩慢趨于0。由此反映出該地區(qū)沉積物的物質(zhì)來(lái)源相對(duì)單一、穩(wěn)定,在中間層位發(fā)生了擾動(dòng),水動(dòng)力條件或者物質(zhì)來(lái)源發(fā)生改變,之后又逐漸恢復(fù)單一穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.5 碳酸鹽的影響

碳酸鹽的存在對(duì)沉積物粒度特征產(chǎn)生了明顯的影響[28],本文結(jié)果也支持了這一觀點(diǎn)。去除碳酸鹽之后,沉積物的平均粒徑變大,分選變好,偏度由極負(fù)偏變?yōu)闃O正偏,峰度則由正態(tài)向平坦變化。去除碳酸鹽的樣品中,黏土含量明顯減少,粉砂含量相應(yīng)增加。根據(jù)C-M圖所反映出的沉積物的搬運(yùn)方式也發(fā)生了改變,搬運(yùn)方式為靜水懸浮和遞變懸浮。相比于未去除碳酸鹽的樣品,去除碳酸鹽之后的C值可以更好地指示區(qū)域底層水的變化特征。此外,去除碳酸鹽之后,粒度象特征、粒度結(jié)構(gòu)和粒度分布都發(fā)生了明顯的改變。

上述測(cè)量結(jié)果的差異,反映出碳酸鹽對(duì)該地區(qū)沉積物粒度測(cè)量的影響。總之,我們認(rèn)為大部分碳酸鹽礦物以＜8μm的形式存在,前處理過(guò)程中去除碳酸鹽將導(dǎo)致細(xì)粒級(jí)組分減少,中粗粒級(jí)組分所占比重相應(yīng)增大。另有一部分碳酸鹽礦物以＞64μm的粗粒級(jí)形式或者以膠結(jié)作用的形式存在,前處理過(guò)程中的超聲波振蕩將其擊碎[9,31]。碳酸鹽礦物的存在,使得西南印度洋中脊地區(qū)沉積物粒度參數(shù)發(fā)生了改變,而要準(zhǔn)確獲得沉積物的粒度分析結(jié)果、探討該地區(qū)的環(huán)境演化,去除碳酸鹽的影響是必須的。

2.6 生物硅和有機(jī)質(zhì)的影響

為了進(jìn)一步研究生物硅和有機(jī)質(zhì)對(duì)粒度測(cè)量的影響,我們選取4個(gè)層位的樣品進(jìn)行對(duì)比。由圖8知,是否去除生物硅或有機(jī)質(zhì),對(duì)沉積物粒度分布形態(tài)影響不大,只是改變了各組分的相對(duì)含量。相比于未去除生物硅或有機(jī)質(zhì)的沉積物粒度,去除之后的沉積物粒度頻率曲線峰值向右移動(dòng)、細(xì)顆粒組分含量減少。這說(shuō)明有部分生物硅或有機(jī)質(zhì)可能以細(xì)粒級(jí)的形式存在,或者是前處理過(guò)程中H2O2或NaOH的加入以及超聲振蕩破壞了有機(jī)質(zhì)或生物硅的絮凝作用,導(dǎo)致細(xì)粒級(jí)組分的增加。

圖8 選取4個(gè)層位的不同前處理粒度頻率曲線圖Fig.8 The grain-size frequency distribution curves of the sediments choose from Borehole S008GC02

去除生物硅和去除有機(jī)質(zhì)的樣品粒度頻率曲線具有高度一致性(圖8),可能指示了沉積物中生物硅和有機(jī)質(zhì)的含量基本相當(dāng)。海洋沉積物中有機(jī)質(zhì)的絮凝作用可以促使不易沉降的陸源礦物碎屑和生物骨屑聚集在一起[29]。圖9中GC-MS的測(cè)量結(jié)果表明,沉積物中有機(jī)質(zhì)主要為烷烴、烯烴、酯類(lèi)、酚類(lèi)以及醇類(lèi),由于水體中的羥基、羧基、酚基、氨基等組分可以和多價(jià)金屬離子、懸浮泥沙顆粒形成有機(jī)絮凝團(tuán)塊[30],我們因此推測(cè),在西南印度洋中脊沉積物中,有機(jī)質(zhì)和生物硅以絮凝體的形式存在,而粒度測(cè)量的前處理過(guò)程中,無(wú)論是去除有機(jī)質(zhì),還是生物硅,都可以破壞這種絮凝體,再加上超聲波的振蕩作用,使得陸源碎屑和其他物質(zhì)分離。但由于生物硅或有機(jī)質(zhì)組分對(duì)粒度特征的影響相對(duì)較小,并不足以引起粒度頻率曲線的改變。

圖9 沉積物GC-MS測(cè)量結(jié)果Fig.9 The results of GC-MS of the sediments

3 結(jié) 論

本文采用不同的前處理方法,對(duì)西南印度洋中脊沉積物粒度進(jìn)行測(cè)定和分析,通過(guò)對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,獲得了以下認(rèn)識(shí):

1)西南印度洋中脊S008GC02孔沉積物平均粒徑介于5.95～6.64Φ;大部分為粉砂,少量為黏土質(zhì)粉砂;分選較差;偏度多數(shù)表現(xiàn)為極正偏,少數(shù)樣品表現(xiàn)為正偏,分選系數(shù)與偏度之間沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系;峰度表現(xiàn)為平坦。粒度頻率分布曲線呈雙峰分布。粒度特征反映研究區(qū)最大水動(dòng)能較小,變化范圍較小,物質(zhì)來(lái)源相對(duì)單一,可能與南極底層水的影響有關(guān)。沉積物的搬運(yùn)方式處于靜水懸浮和遞變懸浮的過(guò)渡階段。水動(dòng)力環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,平均水動(dòng)能較大。

2)是否去除碳酸鹽,對(duì)西南印度洋中脊沉積物粒度的分析結(jié)果產(chǎn)生了較大影響。去除碳酸鹽的沉積物平均粒徑變大,分選變好,偏度由極負(fù)偏變?yōu)闃O正偏,峰度則由正態(tài)向平坦方向變化。黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著減少,粉砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)相應(yīng)增加。粒度象特征、粒度結(jié)構(gòu)和粒度分布也都發(fā)生了明顯的改變,所指示的水動(dòng)力條件改變。該地區(qū)沉積物中大部分碳酸鹽礦物以＜8μm的形式存在,另有一部分以＞64μm的砂粒級(jí)形式或者以膠結(jié)作用的形式存在。因此,在西南印度洋中脊沉積物粒度測(cè)量的前處理過(guò)程中去除碳酸鹽是必要的,可以更準(zhǔn)確地反映該地區(qū)的水動(dòng)力條件。

3)在西南印度洋沉積物中,有機(jī)質(zhì)和生物硅以絮凝體的形式存在,對(duì)沉積物粒度測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生了一定影響,使細(xì)粒組分明顯增加,但不會(huì)影響粒度分布的基本形態(tài)。

致謝:國(guó)家海洋局第一海洋研究所李朝新和朱影在粒度測(cè)試中提供了幫助,韓彬在有機(jī)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)中提供了幫助。

[1] GUO Z Y.Early Pleistocene climate change recorded by deep-sea sediments of site U1313 in the North Atlantic[D].Nanjing:Nanjing University,2012.郭志永.北大西洋U1313站深海沉積物記錄的早更新世氣候變化[D].南京:南京大學(xué),2012.

[2] HUANG M,LIU J H,SHI X F,et al.Geochemical characteristics and material sources of rare earth elements in sediments from the CC Area in the Eastern Pacific Ocean[J].Advances In Marine Science,2014,32(2):175-187.黃牧,劉季花,石學(xué)法,等.東太平洋CC區(qū)沉積物稀土元素特征及物源[J].海洋科學(xué)進(jìn)展,2014,32(2):175-187.

[3] XIE X,ZHENG H B,CHEN G C,et al.Pretreatment method of grain size measurement of marine sediments in paleoenvironment research[J].Acta Sedimentologica Sinica,2007,2(5):684-692.謝昕,鄭洪波,陳國(guó)成,等.古環(huán)境研究中深海沉積物粒度測(cè)試的預(yù)處理方法[J].沉積學(xué)報(bào),2007,2(5):684-692.

[4] DICK H B,LIN J,SCHOUTEN H.An ultraslow-spreading class of ocean ridge[J].Nature,2003,426:405-412.

[5] MCCAVE I N,KIEFER T,THORNALLEY D J R,et al.Deep flow in the Madagascar-Mascarene Basin over the last 150000 years:Philosophical transactions of the royal society of London A[J].Mathematical,Physical and Engineering Sciences,2005,363(1826):81-99.

[6] FAUGèRES J C,MéZERAIS M L,STOW D A.Contourite drift types and their distribution in the North and South Atlantic Ocean basins[J].Sedimentary Geology,1993,82(1):189-203.

[7] Shanbei Branch of Chengdu Institute of Geology.The grain size analysis of sediments and its application[M].Beijing:Geological Publishing House,1976:44-54,66-106.成都地質(zhì)學(xué)院陜北隊(duì).沉積巖(物)粒度分析及其應(yīng)用[M].北京:地質(zhì)出版社,1976:44-54,66-106.

[8] FOLKR L,WWAWRDW C.Brazos River bar:A studyin the significance of grain size parameters[J].Journal of Sedimentary Petrology,1957,27(1):3-26.

[9] LU H Y,MIAO X D,SUN Y B.Pretreatment methods and their influences on grain-size measurement of Aeolian“red clay”in north China[J].Marine Geology&Quaternary Geology,2002,32(6):665-671.鹿化煜,苗曉東,孫有斌.前處理步驟與方法對(duì)風(fēng)成紅粘土粒度測(cè)量的影響[J].海洋與湖沼,2002,32(6):665-671.

[10] ZHANG X J,LAN X H,ZHAO G T,et al.The grain size characteristics of the surface sediments in the middle west South Yellow Sea[J].Marine Geology Letters,2007,23(7):8-13.張憲軍,藍(lán)先洪,趙廣濤,等.南黃海中西部表層沉積物粒度特征分析[J].海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài),2007,23(7):8-13.

[11] CHEN J A,WAN G J,XU J Y.Sediment particle sizes and dry-humid transformation of the regional climate in Erhailake[J].Acta Sedimentologica Sinica,2008,18(3):341-345.陳敬安,萬(wàn)國(guó)江,徐經(jīng)意.洱海沉積物粒度記錄與氣候干濕變遷[J].沉積學(xué)報(bào),2008,18(3):341-345.

[12] DU D,LIU H W,ZHANG Y Q,et al.Characteristics of grain size distributions of surface sediments in the Beidaihe Sea Area[J].Advances in Marine Science,2014,32(2):155-161.杜東,劉宏偉,張?jiān)魄?等.北戴河附近海域表層沉積物粒度分布特征[J].海洋科學(xué)進(jìn)展,2014,32(2):155-161.

[13] ZHOU L C,LI J,GAO J H,et al.Comparison of core sediment grain-size characteristics between Yangtze river estuary and Zhoushan islands and its significance to sediment source analysis[J].Marine Geology&Quaternary Geology,2009,29(5):21-27.周連成,李軍,高建華,等.長(zhǎng)江口與舟山海域柱狀沉積物粒度特征對(duì)比及其物源指示意義[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2009,29(5):21-27.

[14] SUN D H,LU H Y,DAVID R,et al.Bimode grain-size distribution of Chinese Loess and its paleoclimate implication[J].Acta Sedimentologica Sinica,2000,1(3):327-335.孫東懷,鹿化煜,David Rea,等.中國(guó)黃土粒度的雙峰分布及其古氣候意義[J].沉積學(xué)報(bào),2000,1(3):327-335.

[15] SUN Q L,ZHOU J,XIAO J L.Grain-size characteristics of Lake Daihai sediments and its paleoenvironment significance[J].Marine Geology&Quaternary Geology,2001,21(1):93-95.孫千里,周杰,肖舉樂(lè).岱海沉積物粒度特征及其古環(huán)境意義[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2001,21(1):93-95.

[16] HE H C,DING H Y,ZHANG Z K,et al.Grain-size characteristics and their environmental significance of Hongze Lake sediments[J].Scinetia Geographica Sinica,2005,25(5):590-596.何華春,丁海燕,張振克,等.淮河中下游洪澤湖湖泊沉積物粒度特征及其沉積環(huán)境意義[J].地理科學(xué),2005,25(5):590-596.

[17] ZHOU X,SUN L,HUANG W,et al.Precipitation in the Yellow River drainage basin and East Asian monsoon strength on a decadal time scale[J].Quaternary Research,2012(78):486-491.

[18] ZHANG J,LI A C,WAN S M,et al.Grain size distribution of surface sediments in the southern South China Sea and influencing factors[J].Marine Geology&Quaternary Geology,2016,36(2):1-10.張晉,李安春,萬(wàn)世明,等.南海南部表層沉積物粒度分布特征及其影響因素[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2016,36(2):1-10.

[19] HUANG W,TAO C H,DENG X M,et al.Discussion and the scientific significance of IODP drilling to study in the 49°39'E vent field in Southwest Indian Ridge[J].Journal of Marine Sciences,2009,27(2):97-103.黃威,陶春輝,鄧顯明,等.西南印度洋脊49°39'E熱液活動(dòng)區(qū)IODP鉆探計(jì)劃的科學(xué)意義[J].海洋學(xué)研究,2009,27(2):97-103.

[20] CHEN Y Y,YU B S,SU X,et al.Mineralogical and geochemical characteristics of the calcareous sediments in Southwest Indian Ridge[J].Geological Science and Technology Information,2013,32(2):107-113.陳圓圓,于炳松,蘇新,等.西南印度洋中脊鈣質(zhì)沉積物地球化學(xué)及礦物學(xué)特征[J].地質(zhì)科技情報(bào),2013,32(2):107-113.

[21] HUANG D S,ZHANG X Y,ZHANG G Y,et al.Geochemical characteristics of sediments in Southwest Indian Ridge 48.6°～51.7°E[J].Geological Science and Technology Information,2016,35(1):22-29.黃大松,張霄宇,張國(guó)堙,等.西南印度洋中脊48.6°～51.7°E沉積物地球化學(xué)特征[J].地質(zhì)科技情報(bào),2016,35(1):22-29.

[22] SUN X X,YANG Z S,FAN D J,et al.Suspended zinc sulfide particles in the Southwest Indian Ridge area and their relationship with hydrothermal activity[J].China Science Bull,2014,59:913-923.孫曉霞,楊作升,范德江,等.西南印度洋中脊區(qū)懸浮硫化鋅顆粒及熱液活動(dòng)的關(guān)系[J].科學(xué)通報(bào),2014,59(9):825-832.

[23] LEI J J,CHU F Y,YU X G,et al.Composition and genesis implications of hydrocarbons in 49.6°E hydrothermal area,Southwest Indian Ocean Ridge[J].Earth Science Frontiers,2015,22(1):281-290.雷吉江,初鳳友,于曉果,等.西南印度洋中脊熱液區(qū)烴類(lèi)有機(jī)物組成及其成因意義[J].地學(xué)前緣,2015,22(1):281-290.

[24] ZHANG T,LIN J,GAO J Y.Interactions between hotspots and the Southwest Indian Ridge during the last 90 Ma:Implications on the formation of oceanic plateaus and intra-plate seamounts[J].Science China:Earth Science,2011,41(6):760-772.張濤,林間,高金耀.90 Ma以來(lái)熱點(diǎn)與西南印度洋中脊的交互作用:海臺(tái)與板內(nèi)海山的形成[J].中國(guó)科學(xué):地球科學(xué),2011,41(6):760-772.

[25] MCMANUS J.Grain size determination and interpretation[J].Techniques in Sedimentology,1988(408):63-85.

[26] PASSEGA R.Texture as characteristic of clastic deposition[J].Bulletin of the American Association of Petroleum Geologists,1957,41(9):1952-1984.

[27] PASSEGA R.Grain size representation by C-M pattern as a geologic tool[J].Journal of Sedimentary Petrology,1964,34(4):830-847.

[28] ZHONG X J,CHEN S L,CHEN Y P,et al.Biodetritus distribution and its effect on sediment size characteristics on Gaolong Bay Beach[J].Acta Sedimentologica Sinica,2012,30(5):891-899.鐘小菁,陳沈良,陳燕萍,等.海南高隆灣海灘生物碎屑分布及其對(duì)沉積物粒度特征的影響[J].沉積學(xué)報(bào),2012,30(5):891-899.

[29] LEI K,YANG Z S,GUO Z G.Sedimentation with aggregation of suspended sediment in a mud area of the Northern East China Sea[J].Marine geology&Quaternary geology,2001,32(3):288-295.雷坤,楊作升,郭志剛.東海陸架北部泥質(zhì)區(qū)懸浮體絮凝沉積作用[J].海洋與湖沼,2001,32(3):288-295.

[30] XIA F X,CHEN L,CHEN B L,et al.Abnormality of organic heavy metals in suspended particles in the maximum turbidity zone of the Changjiang Estuary[J].Journal of East Normal University(Natural Science),1996,1:52-56.夏福興,陳敏,陳邦林,等.長(zhǎng)江口最大渾濁帶懸浮顆粒中有機(jī)重金屬的異常[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1996,1:52-56.

[31] YI L,YU H J,XU X Y,et al.Influences of carbonate contents on the grain-size measurements of borehole sediments from Southern Shore of Laizhou Bay[J].Advances in Marine Science,2010,28(3):325-331.易亮,于洪軍,徐興永,等.碳酸鹽含量對(duì)萊州灣南岸鉆孔沉積物粒度測(cè)試結(jié)果的影響[J].海洋科學(xué)進(jìn)展,2010,28(3):325-331.

Grain-size Characteristics and Environmental Significance of Abyssal Sediments From the Southwest Indian Ridge

LüWen-zhe1,2,3,4,5,YI Liang6,7,FU Teng-fei3,4,5,YANG Ji-chao8,CHEN Guang-quan3,4,5,LIN Zhen8,XU Xing-yong3,4,5,YU Hong-jun8
(1.Institute of Estuarine and Coastal Sciences,East China Normal University,Shanghai 200062,China;2.State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research,Shanghai 200062,China;3.The First Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Qingdao 266061,China;4.Key Laboratory of Marine Sedimentology and Environmental Geology,State Oceanic Administration,Qingdao 266061,China;5.Laboratory for Marine Geology,Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology,Qingdao 266061,China;6.School of Ocean and Earth Science,Tongji University,Shanghai 200092,China;7.State Key Laboratory of Marine Geology,Shanghai 200092,China;8.National Deep Sea Center,Qingdao 266237,China)

Abyssal sediments collected from the Southwest Indian Ridge were analyzed in this study.The results showed that the average grain sizes range from 7.183Φto 8.354Φ,poorly sorted,fine skewed and platykurtic,and their distributions have one or three modal without carbonates.The average grain sizes decrease to 5.952Φto 6.635Φ,better sorted,symmetrical and platykurtic after removing carbonates in the sediments.These features indicate that a transition condition from static to graded suspension of sedimentary hydronamics.It is thus concluded that a significant impact on the results of particle size analysis exists when removing from the sediments.In addition,the presence of organic matter and biogenic silica also leads to a significant increase in the sediment grain size,but do not change the basic morphology of the grain-size distributions.

Southwest Indian Ridge;sediments;grain size;pretreatment

July 30,2016

P736

A

1671-6647(2017)04-0512-12

10.3969/j.issn.1671-6647.2017.04.008

2016-07-30

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——萊州灣南部晚新生代海-陸相沉積的磁性地層學(xué)研究(41402153)和濱海地區(qū)地下水對(duì)潮汐作用的響應(yīng)機(jī)制研究(41406072)

呂文哲(1992-),男,山東濱州人,碩士研究生,主要從事海洋地質(zhì)方面研究.E-mail:lvwenzhe@fio.org.cn

*通訊作者:易 亮(1982-),男,江西贛州人,博士,副研究員,主要從事海洋沉積與年代學(xué)方面研究.E-mail:yi.liang82@gmail.com

(陳 靖 編輯)