太平洋CC區(qū)西部沉積物地球化學(xué)特征及其成因

姜柳青，汪衛(wèi)國，梁積偉，戴霜，蔣敏，陶文星，馬曉軍

1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054

2.自然資源部第三海洋研究所，福建廈門 361005

3.蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，蘭州 730000

0 引言

太平洋CC區(qū)（Clarion-Clipperton Zone）是全球多金屬結(jié)核最富集的海域之一[1]。因多金屬結(jié)核具有潛在的經(jīng)濟價值[2]，一些國家和企業(yè)陸續(xù)在CC區(qū)內(nèi)獲得勘探合同區(qū)。然而深海資源勘探、試采以及即將開始的采礦活動對生態(tài)、環(huán)境的影響越來越受關(guān)注[3-5]。考慮到采礦產(chǎn)生的羽流釋放有毒元素到海水中，且其再沉積對底棲生物產(chǎn)生嚴(yán)重影響[6]，國際海底管理局將沉積物地球化學(xué)特征作為環(huán)境基線研究、勘探開發(fā)對生態(tài)環(huán)境影響評價的內(nèi)容[7-8]。我國自20世紀(jì)80年代起持續(xù)對CC區(qū)西部開展多金屬結(jié)核調(diào)查，同時開展表層沉積物元素含量及區(qū)域變化[9-25]、沉積物與多金屬結(jié)核資源關(guān)系[21-22,26-28]、沉積物稀土等方面的研究[13,29-34]，對CC區(qū)西部沉積物地球化學(xué)特征及其成因機制的認(rèn)識日益加深。國外學(xué)者則對CC區(qū)中部和東部沉積物地球化學(xué)開展較多研究[35-38]。環(huán)境基線研究和采礦的生態(tài)環(huán)境影響評價，需要對采礦影響深度的沉積物進行綜合研究，僅對表層沉積物的研究是不足的。國際海底管理局明確要求對采礦活動影響深度以內(nèi)的沉積物按一定間隔分層測試[7-8]。根據(jù)CC區(qū)沉積物土力學(xué)特征，多金屬結(jié)核采礦的影響深度不超過30 cm[39]。這就需要開展沉積物短柱樣的地球化學(xué)研究。本文對CC區(qū)西部中國大洋協(xié)會勘探合同區(qū)及其鄰域采集的沉積物短柱樣進行地球化學(xué)分析，研究該區(qū)淺表層沉積物元素時空變化特征及其控制因素。

1 區(qū)域概況

CC區(qū)是指位于東太平洋克拉里昂、克里帕頓兩條近東西向轉(zhuǎn)換斷層之間的區(qū)域，西臨萊恩海山鏈，東臨東太平洋海?。▓D1）。因板塊擴張，CC區(qū)洋殼年齡自東太平洋海隆向西逐漸變老，西側(cè)最老洋殼年齡達(dá)90 Ma[40]。海底地形也向西逐漸加深，CC區(qū)西部平均水深大于5 000 m，局部達(dá)5 300～5 400 m，為深海丘陵地形。海底沉積速率為0.5 mm/ka至幾毫米每千年[41]。因CC區(qū)南部生產(chǎn)力較高，加之西部接收沉積的時間長于東部，導(dǎo)致CC區(qū)內(nèi)沉積物厚度南部比北部厚，西部比東部厚。CC區(qū)內(nèi)沉積物類型呈南北分帶，自北向南依次為紅黏土、硅質(zhì)軟泥、鈣質(zhì)—硅質(zhì)軟泥和鈣質(zhì)軟泥[42]?，F(xiàn)今，CC區(qū)表層海水受向西的北太平洋流控制，底層受富氧的南極底流（AABW）影響[42]。

圖1 研究區(qū)域圖及站位分布圖Fig.1 Study area and location of 7 cores

2 樣品與方法

本文研究樣品為2017年“向陽紅03”科考船執(zhí)行大洋45航次期間在太平洋CC區(qū)西部采集的7根多管樣和箱式插管樣，樣長35～55 cm。7根短柱樣大約沿經(jīng)度154.5°W南北向分布，所跨緯度為8.5°～13.0°N，取樣站位水深4 971～5 424 m（圖1、表1）。現(xiàn)場對表層沉積物涂片鑒定，顯示研究區(qū)沉積物碎屑組分有微鐵錳結(jié)核、石英、鈉長石、火山玻璃、有機質(zhì)團塊、生物磷灰石等，生源組分以放射蟲、硅藻及海綿骨針等為主。

表1 沉積物柱樣站位信息Table 1 Information for sediment cores

各柱樣15 cm以上層段，按照國際海底管理局規(guī)定[8]以1、3、5、8、12 cm間隔進行樣品分析，15 cm以下層段以5 cm為間隔進行樣品分析，共計分析80個樣品。沉積物樣品烘干后，用瑪瑙研缽研磨至200目粉末。稱取約30 mg樣品放入Teflon杯，加入1∶1硝酸和氫氟酸溶液2 mL，超聲波振蕩20 min后放置在150℃電熱板上加熱至近干。再次加入1∶1硝酸和氫氟酸溶液2 mL，超聲波振蕩20 min、靜置48 h后，用電熱板加熱至近干。然后反復(fù)2次加入1 mL硝酸，加熱至近干。最后加入2 mL硝酸和3 mL超純水，靜置48h后，用容量瓶定容至60 g用于上機測試。常微量元素測量在蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院超凈實驗室完成，其中常量元素使用VISTA-MPX型等離子光譜儀，微量元素分析儀器為Skyray Instrument USA Inc.生產(chǎn)的ICP-MS—2 000型等離子質(zhì)譜儀。測試過程中使用美國地質(zhì)調(diào)查局的BHVO-2和BCR-2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進行質(zhì)量控制，其中常量元素的測量誤差低于1.36%，微量元素的測量誤差低于1.42%。

粒度分析取適量樣品放入燒杯中，加入10 mL 30%的H2O2，室溫反應(yīng)24 h以去除有機質(zhì)。加入10 mL 0.5 N的六偏磷酸鈉（[NaPO3]6），超聲振蕩分散10 min后，在自然資源部第三海洋研究所利用MasterSizer—2 000型激光粒度儀進行粒度測試，測量誤差<3%。

3 結(jié)果

3.1 元素含量

7根柱樣沉積物常微量元素含量統(tǒng)計結(jié)果見表2。因等離子光譜法無法準(zhǔn)確測量SiO2含量，本論文常量元素及后續(xù)的討論中不包括SiO2。研究區(qū)常量元素平均含量由大到小為Al2O3>Fe2O3>Na2O>MgO>K2O>CaO>TiO2>MnO>P2O5，位于研究區(qū)北部的MC41、MC40、MC29和偏西的MC34柱樣沉積物中Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、TiO2等元素平均含量較南部的三根柱樣高；微量元素中，Ba含量最高（1 830.73～4 474.61μg/g），Cu、Sr含量次之（約200～530μg/g），其 次 為Ni、Zr、Zn、V、B、Co、Rb、Cr、Pb（約20～200μg/g），而大部分樣品的Mo、Cs、Hf、Ta、Th、U、Nb含量小于10μg/g。

表2 7根柱樣沉積物常微量元素含量統(tǒng)計表Table 2 Major and trace element content of 7 cores

續(xù)表

7根柱樣沉積物常量元素含量有差異（圖2）。其中，位于最南部的BC08柱樣，沉積物中MnO含量明顯低于其它柱樣；BC29柱樣沉積物中Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O等含量整體較低，而Na2O、P2O5、MnO等常量元素含量較其它柱樣的高；研究區(qū)北部的MC40柱樣5～25 cm層段沉積物中CaO和Sr含量明顯高于其它柱樣。

圖2 7根柱樣沉積物常量元素隨深度變化Fig.2 Major element content vs.depth of sediments of 7 cores

7根柱沉積物常量元素隨深度變化分為2類，其中位于研究區(qū)南部的BC29柱樣，沉積物中的Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O、MnO等元素含量呈向上增高的變化趨勢，而P2O5含量向上降低；其余6根柱樣Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O等向上略微降低，MnO、P2O5、Na2O等波動變化。

選取微量元素中代表性元素作其隨深度變化圖，根據(jù)其含量和隨深度變化情況同樣分為明顯的2類（圖3），其中位于研究區(qū)南部的BC29柱樣，沉積物中Zr、Cr、Pb等元素含量較其它柱樣低，Ni、Cu、Mo等元素含量較其它柱樣高，且Zr、Cr、Pb、Ni、Cu等元素含量呈明顯的向上增高的變化趨勢，Mo向上先增高后降低；其余6根柱樣沉積物中除Ni、Cu變化不明顯外，Zr、Cr、Pb、Mo等元素含量向上略有降低。

圖3 7根柱樣沉積物微量元素隨深度變化Fig.3 Trace element content vs.depth of sediments of 7 cores

3.2 元素富集與虧損

用各元素與其上地殼中平均含量（UCC）的比值[43]來表征研究區(qū)沉積物常微量元素的富集與虧損（圖4）。結(jié)果顯示，研究區(qū)沉積物中Na2O、MgO、MnO、P2O5、Fe2O3等常量元素相對UCC富集，其中MnO和P2O5的富集尤為明顯，其含量分別是UCC含量的3.22～8.98倍和1.04～3.64倍；Al2O3、K2O、CaO等常量元素相對虧損，其與UCC比值分別為0.50～0.86，0.51～0.83，0.36～0.98（圖4a）。微量元素中Co、Ni、Cu、Zn、Pb、B、Mo、Ba等相對富集，其與UCC的比值分別為4.05～6.09，2.46～5.97，10.59～19.11，1.51～2.37，1.18～1.70，4.17～7.41，2.10～18.86，2.92～7.13；而Nb、Ta、Zr、Hf、U等高場強元素和Sr相對虧損，其與UCC的比值分別為0.56～0.98，0.39～0.74，0.55～0.82，0.50～0.71，0.47～0.66，0.49～0.87；V、Cr、Th、Rb、Cs等元素相對于UCC值略有虧損或富集，其與UCC的比值分別為0.81～1.39，0.47～1.07，0.58～1.11，0.60～1.11，0.80～1.72（圖4b）。

圖4 沉積物常量和微量元素上地殼均值化配分曲線圖（UCC值選自文獻(xiàn)[43]）Fig.4 UCC?normalized diagram of(a)major elements,and(b)trace elements(UCC values from reference[43])

3.3 聚類和因子分析

對7根柱樣80個沉積物樣品的常微量元素進行R型聚類分析。結(jié)果顯示在距離等于15時，研究區(qū)沉積物中的元素分為四類（圖5）。其中，第一類包括Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、TiO2等常量元素和V、Cr、Co、Rb、Zr、Nb、Cs、Hf、Ta、Pb、Th、U等微量元素；第二類包括MnO、P2O5、B、Ni、Cu、Zn、Mo、Ba；第三類包括CaO和Sr；第四類只有Na2O。

圖5 沉積物化學(xué)組分聚類分析樹狀圖Fig.5 Cluster analysis for elements in sediments from 7 cores

對80個樣品的常微量元素進行R型因子分析，根據(jù)方差特征值大于1的原則，用最大方差法進行旋轉(zhuǎn)后，前4個因子的方差貢獻(xiàn)率分別為：51.2%、24.2%、7.9%和6.2%，累積方差貢獻(xiàn)率為89.5%。本次因子分析的KMO值為0.82，Bartlett球形度檢驗的近似卡方值為5 928，顯著性<0.05，說明樣本適合因子分析，分析結(jié)果可接受。因子載荷和因子得分圖顯示（圖6），主因子F1上載荷值較大的元素包括：Al、Fe、K、Ti、Mg、Nb、Ta、Zr、Hf、Pb、Th、Cs、Rb、V、Cr等；主因子F2上載荷值較大的元素包括：P、B、Ba、Sr、Cu、Zn等；主因子F3上載荷值較大的元素包括：Mn、Mo、Ni；主因子F4上正載荷值較大的元素有：Ca、Sr，負(fù)載荷值較大的元素為Na。由于F2與F3中的某些元素具有較高的相關(guān)性（如P與Mo、Ni與Zn、Mn與Cu），可將F2與F3歸為一類。

圖6 因子載荷（a，b）和因子得分（c，d）散點圖Fig.6 Scatter plots:(a,b)factor load,and(c,d)factor score

4 討論

4.1 元素來源與成因

以上聚類分析和因子分析結(jié)果基本一致，CC區(qū)西部沉積物常微量元素分為4種元素組合，并受4個因子控制。其中，第一類元素組合中的Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、TiO2等常量元素，均為主因子F1上載荷值較大的元素。主因子F1的方差貢獻(xiàn)率高達(dá)51.2%，是研究區(qū)沉積物元素變化的最主要地質(zhì)因素。Al2O3、TiO2主要存在于鋁硅酸鹽礦物中，因不參與生物過程[23]，其它元素與Al2O3、TiO2的比值常作為判斷非陸源元素成因或來源的依據(jù)。第一類元素組合中的Fe2O3、K2O、MgO等常量元素也是鋁硅酸鹽礦物中的常見元素。而深海中鋁硅酸鹽以陸源供應(yīng)為主。在東太平洋，鋁硅酸鹽多以亞洲或美洲大陸粉塵成因的黏土礦物形式存在[44]。第一類元素組合中的V、Cr、Pb、Rb、Hf、Zr、Ta等微量元素與陸源成因的常量元素強相關(guān)，表明這些元素也是陸源成因的。

第二類元素組合中的MnO、Ni、Cu、Zn、Mo等元素，是鐵錳結(jié)核中的高含量元素。這些元素來自海水[2]。海水中的Mn2+在海底低氧環(huán)境下被氧化成不溶的MnO2膠體或顆粒，MnO2可吸附Cu2+、Zn2+、Ni2+等二價金屬離子，而MoO42-則被Fe(OOH)-吸附[2]。P2O5也來自海水。海洋生物自海水中攝取磷，當(dāng)生物碎屑在深水中分解后，難容的磷酸鹽可在沉積物中保存下來。此外，磷可在鐵錳結(jié)核中富集，其含量是深海沉積物的3倍[23]。研究區(qū)第二類組合中的相關(guān)元素與沉積物中常見的微鐵錳顆粒有關(guān)。

第三類元素組合僅包括CaO和Sr。這兩種元素的強相關(guān)表明其與鈣質(zhì)生物有關(guān)。在CC區(qū)西部，碳酸鈣補償深度（CCD）為5 000 m[45]，研究區(qū)北部的MC40柱樣水深略淺于CCD深度，該柱樣5～25 cm層段CaO、Sr含量異常高，是未溶的鈣質(zhì)生物碎屑導(dǎo)致的。其它6根柱樣中的CaO含量基本一致，多低于2%。需要說明的是：除CaO和Sr為生物成因外，研究區(qū)沉積物中還含有大量的硅質(zhì)生物碎屑。毋庸置疑，沉積物中部分Si也是生物成因的。因本研究沒有進行SiO2含量的分析，故不做進一步討論。

聚類分析和因子分析結(jié)果顯示，研究區(qū)沉積物中Na2O既非陸源成因的、也非海水自生或生物成因的。涂片發(fā)現(xiàn)沉積物中含石英、火山玻璃、鈉長石等顆粒?；鹕讲Ａе型ǔ＞哂休^高的Na2O含量[46]。與火山相關(guān)的熱液活動，可形成鈉長石，成為沉積物中Na2O的來源[16,24]。此外，熱液活動可形成板條狀或柱狀單晶體重晶石，周懷陽等[24]認(rèn)為受熱液活動影響的沉積物中Ba/Ti比值具大幅度躍升的特征，使其有別于海洋化學(xué)和生物生產(chǎn)力變化導(dǎo)致的Ba異常。7根柱樣的Ba/Ti比值顯示，位于南部的BC29柱樣沉積物的Ba/Ti比值異常高，并呈向上減小的變化趨勢（圖7）。位于其南部的BC08柱樣Ba/Ti值僅次于BC29柱樣的，其比值整體大于1，高于其它柱樣的，且3 cm以下層段也有向上減小的趨勢。而MC29以北的其它柱樣，除了MC40柱樣因15 cm處碳酸鈣含量異常高而導(dǎo)致生物Ba含量增加外，其余柱樣沉積物中Ba/Ti比值均<1，各柱樣中Ba/Ti比值呈自南向北減少的趨勢。BC29和BC08柱樣的Ba/Ti比值及其隨深度的變化，表明研究區(qū)南部沉積物中有火山—熱液來源的物質(zhì)，而且火山—熱液作用逐漸減弱。值得注意的是，因子分析顯示Ba為海水來源的，這是由于熱液成因的重晶石中Ba并非直接來源于火山或熱液物質(zhì)，而是生物吸附海水中的Ba沉積后受熱水淋濾作用局部富集[24,47]。

圖7 各沉積物柱樣中Ba/Ti隨深度變化Fig.7 Ba/Ti ratio vs.depth of sediments from 7 cores

值得注意的是，BC29柱樣沉積物主微量元素含量顯示出與其它柱樣明顯不同的縱向變化趨勢（圖2，3），即陸源成因元素（Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2、K2O、Zr、Cr、Pb）含量很低且向上增高，與微鐵錳顆粒相關(guān)的元素（MnO、Cu、Ni）含量較其它柱樣高且向上增高，而其余柱樣陸源成因元素含量高且向上略微降低，表明該柱樣與其余柱樣沉積物具有明顯不同的主導(dǎo)元素，推測該柱樣沉積物中SiO2含量可能比較高且向上降低，因本研究未進行SiO2含量分析，故不做進一步討論。

各柱樣因子得分結(jié)果顯示研究區(qū)沉積物元素來源存在空間上的差異（圖6c，d）。位于研究區(qū)北部（10.2°N以北）的MC41、MC40、和MC29沉積物元素為陸源、海水自生來源和鈣質(zhì)生物來源的；而研究區(qū)南部（10.2°N以南）的MC34、MC13、BC29和BC08柱樣，沉積物元素除陸源、海水自生來源外，還有火山—熱液來源的，而鈣質(zhì)生物的來源則不明顯。

4.2 沉積物元素時空變化的地質(zhì)環(huán)境因素

4.2.1 沉積物粒度與元素含量的關(guān)系

沉積物中元素含量常受沉積物顆粒的影響。研究區(qū)表層沉積物自北向南變粗[13]，本文研究的7根柱樣中，除BC29柱樣的沉積物呈向上變細(xì)外，其余6根柱樣的沉積物均向上變粗（圖8）。BC29柱樣陸源的Al2O3、Fe2O3、MgO、TiO2等元素含量呈向上波動增加的變化趨勢，而MC34、MC41等柱樣的陸源常量元素則呈向上波動降低的變化趨勢（圖2），研究區(qū)沉積物粒度與元素含量之間似乎存在關(guān)系。然而，全部7根柱樣代表不同來源和成因的Al2O3、MnO、CaO和Na2O等四種常量元素含量與平均粒徑的散點圖則顯示元素與粒度的相關(guān)性不明顯（圖9），但就每一根柱樣的元素與其粒徑進行分析顯示，個別柱樣的部分元素與其平均粒徑具較好的相關(guān)性。例如BC29、MC29和MC41柱樣的平均粒徑與陸源成因的Al2O3含量相關(guān)性較好；鈣質(zhì)生物成因的CaO僅在MC41柱樣中與平均粒徑呈強相關(guān)；海水自生成因的MnO含量僅在MC34和MC29柱樣中與平均粒徑具有相關(guān)性?；鹕健獰嵋撼梢虻腘a2O含量僅在MC34柱樣中具有較好的相關(guān)性。由此可見，盡管研究區(qū)沉積物粒度與部分元素含量之間存在相關(guān)性，但遠(yuǎn)不如近岸和陸架海域粒度對元素含量的影響那么明顯。這是由于研究區(qū)沉積物以陸源粉塵來源的為主，陸源黏土顆粒較細(xì)且粒徑基本一致，不如近岸或陸架區(qū)沉積物粒度變化明顯。此外，研究區(qū)沉積物元素來源較近岸和陸架區(qū)的復(fù)雜，沉積物中鈣質(zhì)生物成因、海水自生成因、火山—熱液成因的生物碎屑、微鐵錳結(jié)核、火山玻璃、石英和鈉長石等礦物雖然含量較少，且其顆粒大多較細(xì)（細(xì)粉砂粒級），對平均粒徑的影響較小，但卻足以引起某些元素含量的變化，使得研究區(qū)粒度與元素含量的相關(guān)性整體不強。

圖8 7根柱樣沉積物平均粒徑隨深度變化圖Fig.8 Mean grain size vs.depth of sediments of 7 cores

圖9 7根柱樣沉積物元素與平均粒徑散點圖及其線性回歸系數(shù)Fig.9 Scatter plot of element and mean grain size of sediments from 7 cores with correlation coefficients of the linear regressions

4.2.2 大氣環(huán)流對陸源物質(zhì)的影響

大氣環(huán)流和河流是陸源物質(zhì)向海洋搬運的兩條途徑。研究區(qū)遠(yuǎn)離大陸，深海沉積物中的陸源物質(zhì)來源主要受大氣環(huán)流的控制。北太平洋大氣環(huán)流受季節(jié)影響：冬季盛行東北信風(fēng)，夏季受中亞、南亞西風(fēng)帶的影響[48-49]。太平洋CC區(qū)位于信風(fēng)、西風(fēng)帶和高空氣流復(fù)合作用區(qū)，信風(fēng)來自北美，北美氣候相對溫濕，可提供的陸源物質(zhì)比較少；西風(fēng)帶來自中亞和南亞；高空氣流來自亞洲，主要在10～12 km的高空運動，無論冬季、夏季都存在，可向太平洋搬運地表風(fēng)化顆粒、尤其是中亞沙漠的石英砂粒和黏土物質(zhì)，是CC區(qū)風(fēng)成沉積的主要動力[48,50]。如前所述，研究區(qū)西部和北部柱樣沉積物中陸源元素含量高于南部（表2），說明陸源物質(zhì)可能主要來自西北方向的亞洲風(fēng)塵沉積。

4.2.3 生產(chǎn)力與CCD變化對鈣質(zhì)生源元素含量的控制

大洋沉積物中鈣質(zhì)生物碎屑含量是鈣質(zhì)生物遺體輸入和CCD深度以下碳酸鈣溶解的動態(tài)平衡。研究區(qū)柱樣中鈣質(zhì)生源元素含量與CCD深度和生產(chǎn)力變化有關(guān)。MC40柱樣5～25 cm層段CaO含量明顯高于其它柱樣，其CaO含量最大達(dá)6%，平均值3%，而其它柱樣CaO含量整體低于2%（圖2）?？紤]到最上部沉積物未壓實，沉積速率按5 mm/ka計算[41]，則MC40柱樣5～25 cm高CaO含量層段沉積年代為末次冰期。該時期隨著海平面下降，加之生產(chǎn)力的變化[51]，使得MC40柱樣海底位于CCD深度以上[45]，鈣質(zhì)生物碎屑得以保存。而其它柱樣中的CaO含量仍整體較低，說明CCD深度的變化沒有影響到其它柱樣。末次冰期結(jié)束后，MC40柱樣CaO含量急劇降低，但由于其水深接近5 000 m的CCD深度[45]，碳酸鈣溶解速率較其它柱樣的低，使得MC40柱樣最頂部CaO含量仍高于其它柱樣的。盡管其它柱樣在末次冰期時水深仍大于CCD深度，但由于末次冰期海平面下降和生產(chǎn)力的變化，其CaO含量仍相對較高。例如MC41柱樣CaO含量呈明顯的向下增加的變化趨勢；BC08、BC29柱樣最上部5 cm（相當(dāng)于末次冰期之后沉積的）層段中CaO有明顯的降低。這種柱樣頂部CaO含量降低的現(xiàn)象在研究區(qū)常見[18]，應(yīng)為海平面和生產(chǎn)力變化導(dǎo)致的。

4.2.4 南極底流對元素含量的影響

研究表明，南極底流（AABW）對太平洋沉積具有兩方面的作用：一方面使生物碳酸鹽溶解，使已經(jīng)形成的結(jié)核、沉積物被沖刷、侵蝕，另一方面可以促進成礦物質(zhì)的富集和多金屬結(jié)核的形成[48]。研究區(qū)MnO、Co、Ni、Cu、Zn、Mo等元素含量與上地殼元素平均含量相比顯著富集。這些元素是從海水中被吸附到沉積物中，并以微鐵錳結(jié)核的形式存在，其富集常與南極底流輸入的富氧海水有關(guān)。沿南極陸坡下沉形成的南極底流，流經(jīng)湯加和薩摩亞海盆后進入西太平洋，而后經(jīng)萊恩群島進入東太平洋海盆[52]。富氧的海底環(huán)境有利于Mn的氧化物和鐵的氫氧化物的沉淀，而Mn的氧化物和鐵的氫氧化物可吸附其它二價金屬離子[53]。正是由于南極底流形成的海底富氧環(huán)境，使得CC區(qū)成為全球鐵錳結(jié)核最富集的海區(qū)之一。沉積物中也因微鐵錳結(jié)核的存在而富集與CC區(qū)鐵錳結(jié)核相同的二價金屬元素[54-56]。

4.2.5 火山—熱液活動對元素含量的影響

沉積物中極少量的火山玻璃、鈉長石指示研究區(qū)可能有火山—熱液來源的物質(zhì)。因子分析顯示研究區(qū)南部柱樣沉積物受火山—熱液物質(zhì)的影響。位于研究區(qū)南部的BC29柱樣顯著升高的Ba/Ti比值及其向北的遞減，也說明南部受火山—熱液物質(zhì)的影響。然而，由于火山—熱液作用對沉積物元素的影響處于次要地位，其因子載荷僅為6.2%；另一方面，與火山—熱液活動可能有關(guān)的Fe2O3、Cr、Pb[23]等元素與Al2O3、TiO2等陸源成因的元素正相關(guān)，并且從BC29柱樣的Ba/Ti比值可以看出，火山—熱液作用在地質(zhì)時期的影響逐漸減弱。因此，與以上四種地質(zhì)環(huán)境對沉積物元素的影響而言，火山—熱液作用對沉積物元素的影響最小。

5 結(jié)論

（1）太平洋CC區(qū)西部7根沉積物短柱樣的沉積物元素含量與大陸上地殼平均值相比，沉積物具有顯著的MnO、P2O5、Co、Ni、Cu、Zn、Mo等元素富集的特征。

（2）研究區(qū)沉積物元素分為四種成因組合，其中Al2O3、Fe2O3、K2O、MgO、TiO2、V、Cr、Co、Rb、Zr、Nb、Cs、Hf、Ta、Pb、Th、U等為陸源粉塵黏土成因，受大氣環(huán)流的影響，陸源物質(zhì)主要來自亞洲高空氣流攜帶的粉塵物質(zhì)；CaO和Sr為鈣質(zhì)生物成因，其含量變化與柱樣所處水深、冰期海平面下降和生產(chǎn)力變化導(dǎo)致的CCD深度變化有關(guān)；MnO、P2O5、Ni、Cu、Zn、Mo等為海水自生成因，其富集受富氧的南極底流活動的影響；Na2O為火山—熱液成因，Ba/Ti比值指示火山—熱液作用在地質(zhì)歷史時期逐漸減弱，且對沉積物的影響向北減弱。

（3）以10.2°N為界，以北沉積物元素為陸源、海水自生源和鈣質(zhì)生物來源；以南沉積物元素為陸源、海水自生源和火山—熱液來源。

致謝 感謝中國大洋45航次全體船員和科考隊員在表層沉積物取樣過程中所付出的艱辛工作，同時也感謝強磊在元素分析中的大力幫助。