渤海鉆孔物源示蹤和河流沉積物擴(kuò)散研究: 碎屑鋯石U-Pb年齡和磷灰石原位地球化學(xué)元素雙重約束

林 旭，劉 靜，吳中海，李長安，劉海金

1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.天津大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院，天津 300072；3.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；4.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074；5.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013

0 引言

渤海灣盆地位于華北克拉通內(nèi)部，被燕山、太行山、魯中山區(qū)、膠東和遼東半島圍限，自中生代以來受西太平洋板塊向東亞大陸俯沖的遠(yuǎn)程效應(yīng)影響(Li et al., 2019)，成為典型的陸內(nèi)裂谷盆地(Allen et al., 1997; Qi and Yang, 2010)；同時(shí)也是黃河穿過三門峽東流入渤海所經(jīng)過的大型沉積盆地(Liu et al., 2019; Xiao et al., 2020)，加上發(fā)源于燕山、太行山以及膠東和遼東半島的諸多河流的匯入，在盆地內(nèi)堆積了巨厚(>10000 m)的碎屑沉積物，隨著第四紀(jì)海水的侵入(吳忱, 2008; Yi et al., 2016)，渤海開始出現(xiàn)在渤海灣盆地的東部，而堆積其內(nèi)的碎屑物質(zhì)是否隨著洋流擴(kuò)散到黃海一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題(Saito et al., 2001; 陳麗蓉, 2008; Liu et al., 2009; 王昆山等, 2010; Milliman and Farnsworth, 2013; Choi et al., 2013; 韓宗珠等, 2013; 王利波等, 2014; Rao et al., 2015; 郭飛等, 2016; 藍(lán)先洪等, 2016; Qiao et al., 2017; 鄭世雯等, 2017; Hu et al., 2018; 劉希青等, 2018; 張連杰等, 2019; 林旭等, 2020a)，同時(shí)也是全球大陸邊緣“源-匯”過程與陸海相互作用研究的重要組成部分(Yang et al., 2003; 王昆山等, 2010; Huang et al., 2020)。但目前對渤海的碎屑沉積物是以近源河流為主還是遠(yuǎn)源河流占主導(dǎo)，以及這些河流物質(zhì)是否擴(kuò)散到黃海等問題，一直沒有定論。

位于渤海內(nèi)的鉆孔物質(zhì)詳細(xì)記錄了流入河流的物源信息。此外，膠東半島位于渤海和黃海之間，其海灣近岸碎屑物質(zhì)是驗(yàn)證渤海碎屑物質(zhì)向黃海擴(kuò)散的理想載體(劉金慶等, 2016; Hu et al., 2018; Huang et al., 2020; 林旭等, 2020a)。因而，將這些沉積區(qū)(匯)與潛在物源區(qū)(源)進(jìn)行比較，是厘定上述分歧的關(guān)鍵所在。沉積物的全巖(bulk)組成受多種因素的相互作用控制，包括源區(qū)基巖組成、化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度、沉積物顆粒大小、輸移機(jī)制和成巖作用等，因而得到的結(jié)果大多是均一化的物源信息(Liu et al., 2017; 趙希濤等, 2017; 程瑜等, 2018; Guo et al., 2020; 林旭等2020b)。隨著激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜法(LA-ICP-MS)被廣泛用于原位(in situ)單顆粒礦物成分分析，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)物源示蹤分析方法的不足(Bracciali et al., 2013; Johnson et al., 2018; Monnier et al., 2018; Fyhn et al., 2019; O′Sullivan et al., 2020)。鋯石(ZrSiO4)是河流沉積物中常見的副礦物，其 U-Pb 年齡譜對比被廣泛應(yīng)用于物源示蹤研究(Yang et al., 2009; Kon et al., 2014; Liu et al., 2017; Fyhn et al., 2019;葉亞康, 2019)。磷灰石[Ca5(PO4)3(OH, F, Cl)]是地球巖石圈各類巖石中廣泛存在的副礦物(丁波等, 2019)，由于不同巖石類型的磷灰石具有不同的主量(CaO,P2O5)和微量元素含量(包括稀土元素 REE,Sr,Y等；曾令森, 2012)，因而是開展原位(in situ)主、微量元素分析的理想礦物，被廣泛用于物源示蹤研究(Belousova et al., 2002; Morton and Yaxley, 2007; Bruand et al., 2017; Maluset al., 2017; Hu et al., 2019; O′Sullivan et al., 2020)。所以，文章利用環(huán)渤海灣盆地主要注入河流碎屑鋯石 U-Pb 年代學(xué)結(jié)果(林旭等, 2020a)，對碎屑磷灰石主、微量元素進(jìn)行分析，再結(jié)合區(qū)域內(nèi)已有研究結(jié)果，系統(tǒng)判別渤海內(nèi)的鉆孔和其主要流入河流，以及膠東半島海灣內(nèi)的沉積物質(zhì)和這些河流是否存在物源關(guān)系，為中國北部陸架海物質(zhì)擴(kuò)散研究提供對比數(shù)據(jù)。

1 地質(zhì)背景

1.1 渤海灣盆地

渤海灣盆地是在華北克拉通基底上發(fā)育的中—新生代斷陷、坳陷疊合盆地(Allen et al., 1997; Qi and Yang, 2010; Li et al., 2012a；圖1)。燕山運(yùn)動(dòng)后華北克拉通東部受西太平洋板塊俯沖影響較大，導(dǎo)致其內(nèi)巖石圈擠壓、隆升、侵蝕，以及巖石圈減薄，出現(xiàn)拉張斷陷，形成渤海灣盆地的雛形，同時(shí)堆積了暗色砂泥巖、紅色砂泥巖和中—酸性火山巖，最大厚度可達(dá)4000 m(朱夏和徐旺, 1990)。第四系(平原組)地層分布穩(wěn)定，厚度變化不大，一般為300～400 m，靠近沉積中心有加厚的趨勢，巖性主要以灰黃色—土黃色粘土、砂質(zhì)粘土、粉砂、泥質(zhì)砂為主(吳忱, 2008; 邱燕等, 2016)。

1—9河流碎屑鋯石(Nie et al., 2015; 林旭等, 2020a)；①—③碎屑鉀長石(林旭等, 2020a)；A—D 碎屑磷灰石(此次研究)；CK3—渤海灣鉆孔(Xiao et al., 2020)，JY268—遼東灣鉆孔(Huang et al., 2020)，T80、S1—渤海中央盆地鉆孔(李孟蕓, 2017; Huang et al., 2020)，T87—萊州灣鉆孔(Huang et al., 2020)

第四紀(jì)初期，海水從南部侵入渤海灣盆地，古渤海初步形成(吳忱, 2008; Yi et al., 2016)。現(xiàn)今渤海是一個(gè)典型的半封閉淺海陸架，由遼東灣、渤海灣、萊州灣組成(趙希濤等, 1979)。遼東灣位于渤海北部，最大水深32 m，灣頂與遼河下游沖積平原相連，沉積了遼河攜帶的泥沙，表層沉積物主要是淤泥和細(xì)粉砂(圖2)。渤海灣位于渤海西部，水深一般小于20 m，表層沉積物以砂質(zhì)為主。黃河在渤海西部匯入其內(nèi)，由河口向外輸送的泥沙，受潮流和沿岸流的作用，分三股擴(kuò)張。第一股平均粒徑>0.025 mm的砂質(zhì)泥沙沿黃河三角洲隨沿岸流及潮流向西北運(yùn)移；第二股平均粒徑是<0.015 mm的極細(xì)顆粒，受潮流及余流作用向東北移動(dòng)。第三股向西南移動(dòng)，進(jìn)入萊州灣，到煙臺(tái)龍口一帶為止(吳忱, 2008)。萊州灣位于渤海南部，大部分水深在10 m以內(nèi)，最深處18 m。海底底質(zhì)以粉砂占優(yōu)勢。渤海中央盆地位于三個(gè)海灣與渤海海峽之間，水深20～25 m，渤海和黃海之間的潮流貫穿盆地中央，海底沉積物經(jīng)過潮流沖刷分選，以細(xì)砂為主。渤海海峽指遼東半島老鐵山與山東半島登州頭之間的水域，最北的老鐵山水道是海峽的主要通道，水深50～65 m，表層沉積物為細(xì)砂、粉砂質(zhì)淤泥和貝殼砂。在晚更新世時(shí)期(20～15 ka)，中國東部陸架海發(fā)生約150～160 m的海平面下降，此時(shí)的黃河深入到發(fā)生海退的大陸架上(趙希濤等, 1979)。

圖2 渤海灣盆地海底地貌類型圖(據(jù)吳忱, 2008修改)

從北到南流入渤海的河流主要有遼河、灤河、永定河、滹沱河、漳河、黃河等(圖1)，這些河流每年向渤海輸入大量泥沙，成為渤海泥沙的主要來源。其中遼河和灤河每年向渤海分別輸入大約3.5×107t和2.67×107t碎屑物質(zhì)(吳忱, 2008)。永定河、滹沱河和漳河等組成的海河每年向渤海提供大約1.87×107t碎屑物質(zhì)(胡春宏等, 2010)。黃河平均每年向渤海輸入泥沙超過 1×109t，成為渤海泥沙的主要輸入河流(Li et al., 2020)。這些泥沙覆蓋在海底，成為渤海海底地貌的主體部分。

1.2 膠東半島

在構(gòu)造上可將膠東半島分為兩部分(圖3)：膠北地體和膠東地體(Zhao et al., 2018)。膠北地體具有華北克拉通的屬性，出露2473～2527 Ma和1860～1900 Ma的鋯石U-Pb峰值年齡(Zhu et al., 2020)，其前寒武基底主要為太古代、古元古代以及新元古代地層(Zhao et al., 2018)；膠東地體具有蘇魯造山帶超高壓的屬性，其前寒武基底主要為新元古代花崗質(zhì)片麻巖，鋯石年齡集中在740～780 Ma(Tang et al., 2008; Zhang et al., 2010)。在膠北和膠東地體，晚侏羅世(160 Ma)和早白堊世(115～130 Ma)花崗質(zhì)侵入巖體廣泛分布(Tang et al., 2008; Yang et al., 2014)。自古近紀(jì)，隨著膠東半島的隆升，其開始為渤海中央盆地(李孟蕓, 2017)和黃海北部盆地(Zhu et al., 2020)提供碎屑物質(zhì)。

威海灣位于膠東半島東端(圖3)，平均水深6～9 m，最大水深34.5 m。威海灣的潮汐類型為不規(guī)則的半日潮，平均潮差為1.35 m，盛行風(fēng)向一般與海岸線平行。在劉公島兩側(cè)，潮流達(dá)到0.87 m/s，但在威海灣內(nèi)部只有0.05 m/s。威海灣表面沉積物以粘土粉砂為主(5.7～6.7Φ)(Zhong et al., 2020)，砂質(zhì)沉積物(1～4.2Φ)主要分布在海岸(宮立新, 2014)。銀灘灣位于膠東半島南部(圖3)，沉積物以中細(xì)砂(2～4Φ)為主(宮立新, 2014)，潮汐模式是正常的半日潮。海浪的運(yùn)動(dòng)方向由東南向西北，大致與海岸方向平行，偶爾受臺(tái)風(fēng)的影響。

圖3 膠東半島地質(zhì)簡圖(據(jù)中國1∶250萬地質(zhì)圖修改，2004)

2 樣品來源及分析方法

2.1 樣品/數(shù)據(jù)來源

對黃河、劉公島、威海灣、銀灘灣的現(xiàn)代河流邊灘和海岸砂進(jìn)行樣品采集，每個(gè)點(diǎn)采集大約3～5 kg樣品。黃河現(xiàn)代河流樣品采自山東省東明縣黃河干流邊灘(35°20′29″N；115°01′40″E)。劉公島(37°29′54″N；122°10′49″E)、威海(37°26′02″N；122°10′22″E)、銀灘(36°49′39″N；121°42′05″E)的樣品采自現(xiàn)代海岸潮間帶砂體。遼河、灤河、永定河、滹沱河、漳河現(xiàn)代河流沉積物和劉公島、威海、銀灘的海岸砂碎屑鋯石 U-Pb 年齡數(shù)據(jù)來自林旭等(2020a)研究成果。黃河碎屑鋯石 U-Pb 年齡數(shù)據(jù)來自 Nie et al.(2015)研究成果。遼東灣、渤海中央盆地和萊州灣鉆孔碎屑鋯石 U-Pb 年齡數(shù)據(jù)來自李孟蕓(2017)和 Huang et al.(2020)研究成果。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

將野外采集回來的碎屑樣品經(jīng)重砂分析、磁性分選等一系列過程，將磷灰石分離出來，并在雙目顯微鏡下進(jìn)行人工挑選提純。每個(gè)樣品隨機(jī)挑選大于300顆磷灰石制作環(huán)氧樹脂靶，并對靶片進(jìn)行表面拋光處理。然后對所有樣品進(jìn)行背散射圖像拍攝，選擇某一顆粒的分析位置，提高分析精度。單礦物原位微區(qū)微量元素含量在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司利用 LA-ICP-MS 完成，型號(hào)為Agilent 7700e。GeolasPro激光剝蝕系統(tǒng)由COMPexPro 102 ArF 193 nm準(zhǔn)分子激光器和MicroLas光學(xué)系統(tǒng)組成。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進(jìn)入ICP之前通過一個(gè)T型接頭混合，激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號(hào)平滑裝置。此次分析的激光束斑和頻率分別為44 μm和5 Hz。每個(gè)時(shí)間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約20～30 s空白信號(hào)和50 s樣品信號(hào)。單礦物微量元素含量處理中采用玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BHVO-2G，BCR-2G和BIR-1G進(jìn)行多外標(biāo)無內(nèi)標(biāo)校正。對分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正以及元素含量計(jì)算)采用軟件ICPMSDataCal(Liu et al., 2008)完成。

為了系統(tǒng)判別渤海各個(gè)鉆孔和膠東半島海灣的沉積物來源，采用多維標(biāo)度(MDS)方法來評估不同U-Pb年齡分布的相似性(Vermeesch et al., 2016)。將其與潛在河流和基巖源區(qū)進(jìn)行對比，輔助判斷物源區(qū)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

黃河、劉公島、威海和銀灘樣品的部分磷灰石顆粒的背散射圖像如圖4所示。來自黃河的磷灰石顆粒以圓或次圓為主，說明經(jīng)歷了多期搬運(yùn)沉積過程；而劉公島、威海和銀灘的磷灰石顆粒則以棱角狀、次棱角狀為主，說明其未經(jīng)歷長距離的搬運(yùn)過程，以近源為主。

圖4 磷灰石背散射圖像(圓圈為樣品分析點(diǎn))

通過LA-ICP-MS對黃河下游干流、劉公島、威海和銀灘的現(xiàn)代河流和海岸沉積物開展碎屑磷灰石原位(in situ)地球化學(xué)分析，所測得的主量元素、微量元素、稀土元素分析結(jié)果見表1和圖5。黃河、劉公島、威海、銀灘四件樣品的常量元素包括SiO2,P2O5和CaO。而Na2O，MgO，Al2O3，K2O，TiO2，MnO，F(xiàn)eO的含量極小，低于檢測值下限可忽略不計(jì)。黃河SiO2的含量范圍為0.2×10-2～1.0×10-2、劉公島為0.1×10-2～0.3×10-2、威海和銀灘分別為0.1×10-2～0.4×10-2和0.3×10-2～0.6×10-2。P2O5和CaO是磷灰石的主要成分，在磷灰石中的含量較多，其中黃河的P2O5含量分布范圍為41.1×10-2～43.3×10-2，劉公島為42.5×10-2～44.2×10-2，威海為42.8×10-2～45.8×10-2，銀灘為43.2×10-2～45.1×10-2。各區(qū)樣品的CaO含量范圍：黃河39.2×10-2～57.1×10-2、劉公島55.2～56.9×10-2、威海53.8×10-2～56.3×10-2、銀灘54.4×10-2～56.1×10-2。微量元素主要由Sr，Y，Ce，Ga，Zr，Pb，Th，U等元素組成，其中以 Sr含量最為豐富，其次為 Ce和Y。其中黃河的Sr(95×10-6～5526×10-6)和Ce(13×10-6～7593×10-6)含量最高。稀土元素由于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于沉積物來源判別、構(gòu)造環(huán)境變化等方面的研究，此次分析的樣品中，黃河的磷灰石Sm和Nd元素的平均值、分布范圍與劉公島、威海和銀灘的樣品截然不同。此外，四個(gè)樣品的∑REE(La—Eu)平均含量分別為：黃河3015×10-6、劉公島708×10-6、威海792×10-6、銀灘175×10-6，黃河與其他三個(gè)樣品明顯不同。

表1 磷灰石 LA-ICP-MS 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

將兩個(gè)微量元素含量或比值對其中一個(gè)元素或其他元素做散點(diǎn)圖，這種圖解使用最為普遍，可有效判別源區(qū)(Belousova et al., 2002; Morton and Yaxley, 2007; 張宏飛和高山, 2016；O′Sullivan et al., 2020)。磷灰石的主量元素CaO,SiO2和P2O5表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系，而Y和Ce，Sm和Nd則表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系(圖5a—5d)，盡管威海(將劉公島和威海樣品合并)和銀灘的分布區(qū)域發(fā)生重疊，但二者與黃河的分布范圍明顯不同，指示了不同的物質(zhì)組成。在Sr/Y和∑REE的二維散點(diǎn)圖中(圖5e)，可以發(fā)現(xiàn)二者呈現(xiàn)顯著的負(fù)正相關(guān)關(guān)系，而在Ce/Yb和 ∑REE的二維散點(diǎn)圖中(圖5f)，則呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，這可以有效區(qū)分黃河、威海、銀灘的分布區(qū)域。

a—CaO和P2O5；b—SiO2和P2O5；c—Y和Ce；d—Sm和Nd；e—Sr/Y和∑REE；f—Ce/Yb和∑REE

遼河下游的鋯石U-Pb峰值年齡主要集中在263 Ma,520 Ma,1768 Ma和2496 Ma(林旭等, 2020a；圖6a)。灤河與遼河相比，最大的不同是其流域內(nèi)出現(xiàn)795 Ma的新元古代峰值年齡(圖6b)。海河流域包括永定河、滹沱河、漳河的碎屑鋯石樣品，其主要U-Pb年齡峰值集中在154 Ma,257 Ma,1852 Ma和2470 Ma，缺乏古生代和新元古代峰值年齡(圖6c)。黃河流域下游入?？诘乃樾间喪疷-Pb年齡，主要出現(xiàn)250 Ma,411 Ma,941 Ma,1867 Ma和2441 Ma的峰值(Nie et al., 2015；圖6d)。遼東灣地表鉆孔的碎屑鋯石主要包含中生代(130 Ma)和古生代(260 Ma、389 Ma和519 Ma)峰值年齡，其古元古代和新太古代峰值年齡不顯著(Huang et al., 2020；圖6e)。膠東基巖(Zhao et al., 2018；圖6f)和膠東碎屑(林旭等, 2020a；圖6g)鋯石U-Pb峰值年齡組成十分相似，主要由中生代(117 Ma,160 Ma,221～223 Ma)和古生代(405 Ma)，以及新元古代(729 Ma)峰值年齡組成，古元古代和新太古代峰值年齡不顯著。渤海中央盆地東南部中新世館陶組的碎屑鋯石U-Pb峰值年齡出現(xiàn)三個(gè)主要峰值：152 Ma，258 Ma和752 Ma(李夢蕓, 2017；圖6h)。渤海中央盆地地表鉆孔的碎屑鋯石U-Pb峰值年齡集中在250 Ma，408 Ma，911 Ma(Huang et al., 2020；圖6i)，古元古代和新太古代峰值年齡不顯著。萊州灣地表鉆孔的碎屑鋯石U-Pb峰值年齡包括117 Ma，241 Ma，417 Ma和982 Ma(Huang et al., 2020；圖6j)。Xiao et al.(2020)對渤海灣CK3鉆孔進(jìn)行了碎屑鋯石U-Pb年齡物源示蹤研究，結(jié)果表明1.5 Ma后碎屑物質(zhì)主要來自黃河。

a—遼河、b—灤河、c—海河(林旭等, 2020a)；d—黃河(Nie et al., 2015)；e—遼東灣鉆孔(Huang et al., 2020)；f—膠東半島基巖(Zhao et al., 2018)；g—膠東半島碎屑(林旭等, 2020a)；h—中新世中央盆地鉆孔(李孟蕓, 2017)；i—晚第四紀(jì)中央盆地鉆孔；j—萊州灣鉆孔(Huang et al., 2020)

從鋯石U-Pb年齡之間的K-S距離MDS圖可知(圖7)，萊州灣和渤海中央盆地晚第四紀(jì)鉆孔的碎屑鋯石U-Pb年齡和黃河的距離比較近。渤海東南部中新世鉆孔的碎屑鋯石U-Pb年齡與膠東基巖和膠東碎屑鋯石U-Pb年齡分布區(qū)域接近。同時(shí)膠東半島碎屑鋯石U-Pb年齡和萊州灣鉆孔的距離也較近。遼東灣的物質(zhì)組成和遼河的親緣性最近。太行山和燕山的滹沱河、漳河、永定河和灤河與這些鉆孔的親緣性均不高，而來自朝鮮半島的漢江和大同江與上述區(qū)域的距離則更遠(yuǎn)。

圖7 鋯石U-Pb年齡之間的K-S統(tǒng)計(jì)距離多維判別圖(MDS)

4 討論

環(huán)渤海灣盆地地表河流碎屑鋯石U-Pb年齡(林旭等, 2020a)和遼東灣、中央盆地和萊州灣鉆孔的碎屑鋯石U-Pb年齡(李孟蕓, 2017; Huang et al., 2020)的研究成果，為系統(tǒng)討論這些鉆孔的物質(zhì)來源提供了依據(jù)。遼東灣鉆孔晚第四紀(jì)近地表的碎屑鋯石U-Pb峰值年齡(Huang et al., 2020；圖6e)，與灤河相比缺少新元古代峰值年齡(林旭等, 2020a)，同時(shí)其古元古代和新太古代峰值年齡不顯著；而與海河的鋯石U-Pb峰值年齡組成最大的不同體現(xiàn)在，遼東灣鉆孔具有早古生代的峰值年齡(519 Ma)，古元古代和新太古代峰值年齡不顯著；與黃河下游河口的碎屑鋯石U-Pb峰值年齡相比(Nie et al., 2015)，遼東灣鉆孔不具有新元古代峰值年齡，但富集中生代峰值年齡，因此灤河、海河、黃河的碎屑鋯石U-Pb峰值年齡組成與遼東灣鉆孔存在顯著差異，但其與遼河高度吻合，結(jié)合MDS判斷結(jié)果，說明遼東灣鉆孔的碎屑物質(zhì)主要來自遼河下游。另外，遼東灣表層沉積物重礦物組合物源示蹤結(jié)果表明，遼河流域是區(qū)域內(nèi)碎屑物質(zhì)的主要來源區(qū)(王利波等, 2014)，這與金秉福等(2014)開展的遼東灣全巖主量和微量元素以及單顆粒角閃石原位地球化學(xué)指標(biāo)分析的結(jié)果一致。

萊州灣鉆孔晚第四紀(jì)近地表的碎屑鋯石U-Pb峰值年齡組成與遼河和海河相比，其存在明顯的新元古代峰值年齡，而與灤河相比卻又缺乏古元古代和新太古代峰值年齡；與膠東基巖(Zhao et al., 2018)和膠東碎屑(林旭等, 2020a)鋯石U-Pb峰值年齡相比，雖然都出現(xiàn)新元古代峰值年齡，但萊州灣鉆孔集中在982 Ma，后者則集中在729 Ma。萊州灣鉆孔碎屑鋯石U-Pb峰值年齡組成和黃河相似。但是萊州灣鉆孔中也出現(xiàn)了117 Ma的中生代峰值年齡，這一峰值年齡在黃河流域下游、海河和灤河并沒有出現(xiàn)(Nie et al., 2015)，而在膠東半島碎屑(林旭等, 2020a)和流入萊州灣的膠萊河中出現(xiàn)(耿顯雷等, 2016)。這也體現(xiàn)在MDS判斷結(jié)果上，可以清楚的看到萊州灣鉆孔和黃河、膠東半島存在親近性，因而萊州灣的物質(zhì)主要來自黃河，但膠東半島也提供了部分物質(zhì)。郭飛等(2016)通過對萊州灣晚第四紀(jì)鉆孔沉積物開展全巖常微量元素以及稀土元素含量分析，對比發(fā)現(xiàn)黃河是萊州灣的主要物質(zhì)貢獻(xiàn)河流，同時(shí)膠萊河和濰河也提供了重要物源，這與黃學(xué)勇(2019)在萊州灣內(nèi)部晚第四紀(jì)鉆孔的全巖常微量元素以及稀土元素物源示蹤結(jié)果吻合，這也進(jìn)一步說明萊州灣內(nèi)碎屑物質(zhì)來源的多元性。

渤海中央盆地位于遼東灣、渤海灣、萊州灣交匯處，因而是判斷遼河、灤河、海河和黃河物質(zhì)擴(kuò)散的理想?yún)^(qū)域。從圖6中可以明顯看出，渤海中央盆地晚第四紀(jì)鉆孔的碎屑鋯石U-Pb峰值年齡組成，與遼河和海河相比出現(xiàn)明顯的新元古代峰值年齡；與灤河相比古元古代和新太古代峰值年齡不明顯，同時(shí)二者的新元古代峰值年齡也不相同；與膠東半島基巖和碎屑鋯石U-Pb峰值年齡組成最顯著的差異在于，后者出現(xiàn)明顯的中生代峰值年齡(160 Ma)，而在渤海中央盆地則以250 Ma的峰值為主。渤海中央盆地中新世鉆孔的碎屑鋯石U-Pb年齡特征和MDS判斷結(jié)果，表明其碎屑物質(zhì)在中新世時(shí)主要來自膠東半島(李孟蕓, 2017)，與鄰近區(qū)域內(nèi)晚第四紀(jì)鉆孔的碎屑鋯石U-Pb峰值年齡組成截然不同。Xiao et al.(2020)對渤海灣西部陸地中新世、上新世和更新世鉆孔的碎屑鋯石U-Pb年齡物源示蹤結(jié)果表明，黃河在早更新世(1.5 Ma)流入渤海灣，這與Liu et al.(2020)在黃河三角洲第四紀(jì)鉆孔開展的碎屑重礦物物源示蹤結(jié)果(1.9 Ma)相近。此外，受晚更新世中國東部陸架海平面下降的影響，黃河深入“干涸”的渤海內(nèi)部(趙希濤等, 1979)，對渤海近地表的碎屑物質(zhì)組成起到重要影響。因而，渤海中央盆地中新世(膠東半島)的碎屑物質(zhì)沒有經(jīng)歷再循環(huán)過程進(jìn)入到后期的近地表沉積地層中。另外，在黃海暖流的影響下，黃海與渤海通過渤海海峽進(jìn)行物質(zhì)聯(lián)系，但是從碎屑鋯石U-Pb年齡譜(Wu et al., 2007; Choi et al., 2013, 2016)和MDS判斷結(jié)果來看，朝鮮半島和黃海并不是渤海中央盆地物質(zhì)的主要源區(qū)。從鋯石U-Pb年齡譜的形態(tài)特征和年齡組成上，渤海中央盆地晚第四紀(jì)鉆孔的鋯石主要來自黃河，這也進(jìn)一步體現(xiàn)在MDS判斷結(jié)果中。渤海灣中央盆地近地表的主微量元素(藍(lán)先洪等, 2016)、稀土元素(鄭世雯, 2017)和粘土礦物(劉希青 等, 2018)物源示蹤結(jié)果表明，黃河成為區(qū)域中主要的物質(zhì)輸入河流。張連杰等(2019)對渤海灣近地表的物質(zhì)進(jìn)行礦物組合分析，結(jié)果表明黃河碎屑物質(zhì)的影響力最強(qiáng)，控制著渤海灣的整個(gè)南半部；灤河控制著渤海灣的北部和東北部；海河碎屑物質(zhì)的影響力較弱，僅局限在渤海灣西北部的海河口附近。因而，從區(qū)域上來說，黃河對渤海的物質(zhì)組成影響最大，同時(shí)影響著萊州灣、渤海灣和中央盆地的物質(zhì)組成。

綜上可知，渤海的碎屑沉積物主要以遠(yuǎn)源的黃河物質(zhì)為主，而黃河(渤海)物質(zhì)是否和膠東半島東部海灣的碎屑物質(zhì)存在物源聯(lián)系？回答這一問題的關(guān)鍵在于對二者開展物源示蹤判別。以往的物源示蹤結(jié)果研究表明，威海灣外部的泥質(zhì)沉積體主要來自黃河(Li et al., 2015; Zhong et al., 2020)。這些泥質(zhì)體在潮汐、海岸流和臺(tái)風(fēng)的作用下，再次搬運(yùn)進(jìn)入威海灣內(nèi)(Zhong et al., 2020)。但是從威海灣內(nèi)的劉公島和威海岸邊的砂級磷灰石原位地球化學(xué)分析結(jié)果可以明顯看到，黃河與這些海岸砂不存在物源關(guān)系，結(jié)合林旭等(2020a)對威海灣內(nèi)的碎屑鋯石和鉀長石物源分析，說明威海灣的砂級物質(zhì)主要來自當(dāng)?shù)亍＿@與膠東半島南部的銀灘灣(林旭等, 2020a)、乳山灣(劉金慶等, 2016)、膠州灣(劉金慶等, 2016; Hu et al., 2018)的情形相似，即粗顆粒物質(zhì)主要來自當(dāng)?shù)睾恿?，而?xì)顆粒物質(zhì)來自黃河。因而，黃河(渤海)物質(zhì)與膠東半島海灣的砂級物質(zhì)不存在物源關(guān)系，主要以細(xì)顆粒組分出現(xiàn)在黃海。

5 結(jié)論

通過對遼河、灤河、永定河、滹沱河、漳河和黃河的碎屑鋯石 U-Pb 年齡，與渤海的遼東灣、中央盆地和萊州灣的碎屑鋯石U-Pb年齡進(jìn)行峰值對比，結(jié)合 MDS 圖判斷鋯石U-Pb年齡組成的遠(yuǎn)近距離，系統(tǒng)判別了渤海各個(gè)海灣的物質(zhì)來源，結(jié)果表明，遼東灣的碎屑物質(zhì)主要來自遼河；渤海中央盆地的碎屑物質(zhì)同樣以黃河為主；萊州灣的物質(zhì)組成主要受黃河影響，但膠東半島也對萊州灣提供了部分碎屑物質(zhì)。因而，黃河對渤海的碎屑物質(zhì)組成的影響要遠(yuǎn)強(qiáng)過遼河、灤河和海河。碎屑磷灰石原位主微量元素分析結(jié)果表明，黃河與膠東半島的威海灣和銀灘灣沒有物源聯(lián)系，膠東半島海灣內(nèi)的砂級物質(zhì)主要以本地物質(zhì)為主。

致謝：衷心感謝兩位審稿人的修改建議，感謝碩士研究生劉海金和李兆寧野外樣品采集的幫助。