沖繩海槽中段沉積物物源識(shí)別及其熱液活動(dòng)指示

魏杰瑞, 黃 朋

沖繩海槽中段沉積物物源識(shí)別及其熱液活動(dòng)指示

魏杰瑞1, 2, 黃 朋1, 2

(1. 中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所 海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

沖繩海槽中段熱液活動(dòng)區(qū)表層沉積物的主、微量和稀土元素分析結(jié)果表明: 區(qū)內(nèi)沉積物主要由陸源物質(zhì)與熱液源物質(zhì)組分組成, Hg、Au、Sb、Cu、Pb、Zn、Ba、As、Fe和Co等微量元素富集; 沉積物的化學(xué)風(fēng)化程度中等, A-CN-K圖解表明其暫未受到鉀交代影響, 且其母巖成分接近花崗閃長(zhǎng)巖; 北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式曲線整體較為平坦, 輕重稀土分餾較弱, 部分樣品具有與熱液流體類似的明顯正銪異常。受熱液活動(dòng)影響, 部分沉積物中的Fe、Cu、As、Pb和Zn顯著富集, 結(jié)合樣品所處站位, 整體顯示含金屬沉積物-過(guò)渡沉積物-正常沉積物的空間分配模式。結(jié)合(La/Sm)N、(La/Yb)N比值指示區(qū)內(nèi)沉積物的陸源物質(zhì)主要來(lái)自于黃河與臺(tái)灣島河流。

沖繩海槽; 熱液活動(dòng); 表層沉積物; 物源

沖繩海槽是弧后盆地演化早期階段的典型代表, 強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿作用導(dǎo)致海槽內(nèi)熱液活動(dòng)廣泛發(fā)育,為了解弧后盆地?zé)嵋夯顒?dòng)提供了一個(gè)天然實(shí)驗(yàn)室。Yasui等[1]首次報(bào)道海槽內(nèi)部存在異常的高熱流區(qū)。在此之后, 有關(guān)沖繩海槽熱液區(qū)的調(diào)查活動(dòng)和研究從未停歇。迄今為止, 在沖繩海槽內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了諸多熱液區(qū), 但在中段最為集中, 諸如伊平屋海嶺, 伊是名海洼, 夏島84-1海丘、南奄西海丘、比嘉等熱液區(qū)[2-5]。熱液產(chǎn)物進(jìn)入海洋系統(tǒng)后, 通過(guò)沉積作用、生物過(guò)程和吸附沉淀等途徑, 以塊狀和顆粒狀組分、有機(jī)質(zhì)和生物殼體以及顆粒物外包鐵錳氧化物/氫氧化物薄膜等形式, 混入正常海洋沉積物, 形成以“含金屬沉積物”-“過(guò)渡沉積物”-“正常沉積物”為特征的空間分布模式[6]。然而, 當(dāng)前對(duì)海槽區(qū)熱液產(chǎn)物的地球化學(xué)研究多集中于熱液噴口附近的塊狀沉積物, 對(duì)分布更廣泛、熱液產(chǎn)物承載量更大的松散沉積物涉及相對(duì)較少[7-13]。尤其是針對(duì)作為典型熱液產(chǎn)物的含金屬沉積物研究較少, 而其記錄著熱液物質(zhì)輸運(yùn)的地質(zhì)信息, 是了解熱液系統(tǒng)物質(zhì)來(lái)源及其輸運(yùn)過(guò)程的天然檔案[6, 14]。

研究所涉及樣品來(lái)自中國(guó)科學(xué)院海洋研究所主持的2014年沖繩海槽熱液航次, 采樣點(diǎn)位于沖繩海槽中段夏島84-1, 伊平屋北海丘和伊平屋熱液區(qū)附近一處新發(fā)現(xiàn)的熱液噴口周邊, 包括正常沉積物與含金屬沉積物。本研究分析所獲沉積物的常量、微量和稀土元素特征, 并將其與長(zhǎng)江、黃河和臺(tái)灣島等陸源物質(zhì)進(jìn)行對(duì)比, 解析其物源。同時(shí), 通過(guò)與JADE區(qū)熱液產(chǎn)物比較, 了解熱液組分在表層沉積物中的變化特征以及熱液活動(dòng)對(duì)表層沉積物的地球化學(xué)貢獻(xiàn)。

1 區(qū)域背景

沖繩海槽地處西太平洋中北部, 是在陸內(nèi)張裂作用形成的弧后盆地, 其整體為弧線彎曲, 向太平洋方向凸出, 軸線近N-S向延伸。近東-西向的吐喀喇和宮古斷裂帶將沖繩海槽由北至南分為三段, 地貌各有不同。北段地形復(fù)雜, 起伏較多; 中段較為平坦; 南段坡度變大, 呈現(xiàn)階梯狀地形。由于海槽處于東海大陸架東南部, 位于大陸邊緣, 其水文環(huán)流體系復(fù)雜。黑潮主干由臺(tái)灣島東側(cè)進(jìn)入東海, 之后繼續(xù)沿東海大陸坡向東北方向移動(dòng), 其主干及支流是影響沖繩海槽的主要流系[2]。

來(lái)自長(zhǎng)江和黃河的陸源物質(zhì)供應(yīng), 使得海槽北部的沉積層非常厚(可達(dá)8 km)。沖繩海槽相對(duì)遠(yuǎn)離大陸, 同時(shí)具有淺海與深海沉積環(huán)境, 并受到黑潮的影響。由于海槽與大洋的聯(lián)系被琉球島弧隔斷, 而濁流和海底火山、熱液活動(dòng)又豐富了槽內(nèi)沉積物, 這使得沖繩海槽的沉積環(huán)境更加復(fù)雜。Zhao等[15]通過(guò)中國(guó)大陸架沉積物與海槽沉積物元素含量對(duì)比, 反映海槽的陸源物質(zhì)主要來(lái)自于長(zhǎng)江、黃河。然而, 沖繩海槽沉積物中有21種元素明顯富集, 如Au、Hg、Mu、Sb和Bi等, 這些元素的富集被認(rèn)為是海底熱液活動(dòng)的貢獻(xiàn)。

沖繩海槽中部, 熱液活動(dòng)格外發(fā)育。自1986年發(fā)現(xiàn)夏島84-1熱液噴口以來(lái), 海槽中段還陸續(xù)發(fā)現(xiàn)伊平屋海洼、伊是名海洼、南奄西海丘等一系列熱液區(qū)。海槽中段熱液礦物種類豐富, 主要有硫化物、硫酸鹽、碳酸鹽、氧化物等6大類40多種; 熱液沉積物相對(duì)于正常沉積物富集金屬元素, 如Fe、Mn、Zn、Pb、Cu、Au、Ag和Hg等。但不同熱液活動(dòng)區(qū), 熱液礦物組合與地球化學(xué)組成有明顯差異。例如伊平屋海洼熱液產(chǎn)物以富碳酸鹽礦物為特征, 如錳方解石、菱錳礦等, 相對(duì)其他熱液區(qū)更富集Mn、Ca和Si; 伊是名海洼則以硫化物為主, 如閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦等, 相對(duì)更富集Zn、Pb和Hg[2-3]。

圖1 沖繩海槽地質(zhì)圖(數(shù)據(jù)來(lái)自https://topex.ucsd.edu/cgi-bin/get_data.cgi)

2 樣品和實(shí)驗(yàn)方法

本文研究所選用的樣品是2014年沖繩海槽熱液專屬航次采集的新發(fā)現(xiàn)熱液噴口及附近7站表層沉積物樣品。站位沉積物樣品顏色大多為黑色, 弱黏性,無(wú)特殊氣味, 未見生物殼體; 樣品主要為松散砂質(zhì)沉積, 分選由差到一般, 常混有細(xì)礫; T2、T4站位樣品以粗粉砂為主, 其中T4站位樣品呈現(xiàn)黃褐色。

樣品元素組成測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。將沉積物樣品使用純水清洗3次, 然后在60 ℃溫度下烘干24 h, 并使用瑪瑙研缽研磨至小于200目。稱取40 mg樣品粉末于Teflon罐中, 加入硝酸和氫氟酸, 加熱, 使其完全溶解, 用DDW(雙蒸水)稀釋至40 g, 上機(jī)測(cè)試分析儀器為ICP-MS(美國(guó)產(chǎn)的Varian 820型電感耦合等離子質(zhì)譜儀)。標(biāo)樣選用美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和中國(guó)巖石與沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BCR-2、BHVO-2、GBW07314、GBW07315和GBW07316, 其中T4站樣品為重復(fù)樣, ICP-MS的檢出限10–12～10–9g/g, 分析誤差小于5%。

3 結(jié)果

3.1 常量元素

本文對(duì)全樣中Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、MnO、TiO2、P2O5共9種常量元素百分含量進(jìn)行分析。Al2O3含量明顯高于其他元素, 除T4站位外, 各站位樣品的Al2O3含量均大于10%。Fe2O3和CaO兩種成分在各站位之間差異較大, 其中T4、T6站位樣品的Fe2O3、CaO為異常高值, 含量達(dá)25.8%、22.6%。MgO、Na2O、K2O三種成分含量大多為1.00%～3.00%; MnO、TiO2、P2O5三種成分含量較低, 普遍小于0.30%(表1)。除Fe2O3和CaO外, 其余元素含量分布較為穩(wěn)定。

表1 沖繩海槽中部表層沉積物常量和微量元素組成

注: 黃河、長(zhǎng)江數(shù)據(jù)來(lái)源于楊守業(yè)等[17-18];“—”表示無(wú)數(shù)據(jù)

3.2 微量及稀土元素

研究區(qū)樣品微量元素含量普遍較高, 其中T3, T4樣品中元素含量表現(xiàn)突出。T3站位樣品Cu含量506 μg/g, Zn含量825 μg/g, Ba含量13 031 μg/g, Pb含量1 323 μg/g; T4站位樣品Cu含量6 032 μg/g, Zn含量16 113 μg/g, As含量1 092 μg/g, Ba含量920 μg/g, Pb含量3 908 μg/g。Sr含量比海槽北段沉積物的高, 與南段沉積物相當(dāng)[9]。

各站位樣品中, 除了T4站樣品的∑REE低于100 μg/g外, 其余站位樣品介于117～196 μg/g之間, 平均160.7 μg/g, 高于沖繩海槽北段沉積物∑REE(125.68 μg/g), 與沖繩海槽南段沉積物∑REE含量(159.86 μg/g)相當(dāng), 低于長(zhǎng)江沉積物∑REE含量(170.95 μg/g), 而高于黃河沉積物∑REE含量(138.76 μg/g)[9, 17](表1)。

經(jīng)北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化后, 樣品REE分配模式整體較為平坦。T1、S5、T6、T7站樣品輕稀土略富集, 重稀土相對(duì)虧損, 具弱Ce和Eu異常。T2站位樣品呈現(xiàn)輕稀土相對(duì)虧損, 重稀土相對(duì)富集, 弱Ce異常和明顯的Eu正異常。而T3、T4站樣品具明顯Eu正異常, REE分布形態(tài)總體與北美頁(yè)巖形態(tài)類似。

4 討論

4.1 常量元素相關(guān)性變化及其物源指示意義

沖繩海槽中段沉積物3個(gè)主因子累積方差貢獻(xiàn)為92%, 可以代表所有分析樣品的情況(表2)。第一主因子F1的貢獻(xiàn)率為50%, 表明這對(duì)沖繩海槽中段沉積物的化學(xué)組成有著決定性的影響。與F1因子關(guān)系緊密的成分包括Al2O3、K2O, 是陸源組分的代表, 其中CaO在本組分中占49%, 有一定的比重, 代表一定程度生物源物質(zhì)的加入。F2因子的貢獻(xiàn)率為30%, 與之緊密相關(guān)的成分是MgO、Na2O、TiO2, 為火山源物質(zhì)的組合。F3因子的貢獻(xiàn)率為12%, 與之緊密相關(guān)的成分為MnO, 其中P2O5、Fe2O3在該組分中占據(jù)0.11和0.13, 以及在F1, F2因子中均有一定程度的占比, 代表熱液源物質(zhì)和海洋自生組分的加入。

表2 表層沉積物因子分析結(jié)果

4.2 表層沉積物化學(xué)蝕變特征

Wedepohl[19]大致計(jì)算了上地殼的礦物構(gòu)成, 以斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和石英為主要成分。由此可見, 上地殼的化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中, 其母源礦物主要是長(zhǎng)石類礦物。其蘊(yùn)含的Na、K等堿金屬元素隨地表流體的運(yùn)移而流失, 黏土礦物也在此時(shí)形成(如蒙脫石, 綠泥石, 高嶺石等)。同時(shí)在風(fēng)化過(guò)程中, 風(fēng)化產(chǎn)物的Al2O3摩爾分?jǐn)?shù)會(huì)隨著化學(xué)風(fēng)化程度的加強(qiáng)而變化?；诖? Nesbitt等[20]提出把化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)作為一個(gè)指標(biāo)來(lái)反映物源區(qū)風(fēng)化程度。根據(jù)CIA計(jì)算公式, 對(duì)沉積物中的CaO數(shù)據(jù)進(jìn)行校正, 采用McLennan的方法, 即如果CaO

A-CN-K三角圖解是判斷源巖成分的有效方法[23]。通過(guò)確定樣品風(fēng)化趨勢(shì)線, 并將它與源巖進(jìn)行對(duì)比, 即可判斷源巖的成分。圖2顯示, 研究區(qū)沉積物風(fēng)化趨勢(shì)線位于理想風(fēng)化趨勢(shì)線左側(cè), 反映源區(qū)風(fēng)化產(chǎn)物暫時(shí)未到受鉀交代的影響。在A-CN-K圖中, 根據(jù)實(shí)際風(fēng)化趨勢(shì)線的反向延長(zhǎng)線與長(zhǎng)石連線的交點(diǎn), 可以大致估算物源區(qū)巖石中斜長(zhǎng)石與鉀長(zhǎng)石之比。由此, 研究區(qū)表層沉積物物源區(qū)斜長(zhǎng)石與鉀長(zhǎng)石的比值大致為4︰1, 表明中段表層沉積物的母巖成分接近于花崗閃長(zhǎng)巖。

圖2 表層沉積物A-CN-K圖解

注: 長(zhǎng)江沉積物與黃河沉積物數(shù)據(jù)來(lái)源參考文獻(xiàn)[18], Pl為斜長(zhǎng)石, Ksp為鉀長(zhǎng)石, Mos為白云母, II為伊利石, Gd為花崗閃長(zhǎng)巖

4.3 元素富集因子

作為熱液活動(dòng)區(qū), 研究區(qū)沉積物受熱液產(chǎn)物的影響, 通常在某些元素的組成上表現(xiàn)出富集的趨勢(shì)。這里引入了富集因子法來(lái)為判定元素是否富集, 并定量的表述其富集程度。富集因子法(enrichment factors, 以E表示)主要以Al作為參考值, 某一元素(Me)相對(duì)于地殼元素豐度的富集程度來(lái)定義:E= (Me/Al)沉積物/(Me/Al)地殼。當(dāng)E值為1時(shí), 認(rèn)為目標(biāo)元素來(lái)源于地殼, 未經(jīng)歷明顯富集過(guò)程;E值位于1～10區(qū)間時(shí), 代表該目標(biāo)元素可能來(lái)源于地殼, 但經(jīng)歷了明顯的富集過(guò)程; 當(dāng)E值大于10時(shí), 認(rèn)為地殼不是目標(biāo)元素的主要來(lái)源。沖繩海槽中部T3、T4站位表層沉積物的Cu、Pb、Zn、Ba、As元素富集系數(shù)均大于1。特別是T4站沉積物, Cu、Zn、Pb的富集因子遠(yuǎn)大于10, 結(jié)合圖1采樣站位, 指示熱液活動(dòng)對(duì)沉積物組成有重要貢獻(xiàn)(表3)。

表3 表層沉積物部分元素富集因子

注: 長(zhǎng)江沉積物與黃河沉積物數(shù)據(jù)來(lái)源于參考文獻(xiàn)[18]

此外, Co、Ni是典型水成成因元素, 且常通過(guò)自生鐵錳相礦物的吸附作用而被富集。表3中Co的元素富集系數(shù)顯著較低, 而Ni的富集系數(shù)與長(zhǎng)江、黃河略相當(dāng), 表明區(qū)內(nèi)自身鐵錳相可能形成于沉積期后作用。

4.4 沉積物地球化學(xué)組成與熱液活動(dòng)的特征

沖繩海槽中段, 熱液區(qū)分布較為集中, 熱液組分對(duì)沉積物組成的影響較大[24-26]。相對(duì)于熱液活動(dòng)區(qū)外的表層沉積物組成, 研究區(qū)沉積物常量元素中Fe2O3、MnO的含量明顯更高。K2O、MgO、CaO含量變化較大, TiO2的含量很低; CaO含量較高, 但總體變化較大, 1.46%～22.6%, 表明區(qū)內(nèi)生物沉積強(qiáng)度不一, 這可能與黑潮的活動(dòng)路徑有關(guān)。

研究區(qū)表層沉積物的Cu、Pb、Zn以及Ba、Mo明顯較北段沉積物富集, 與南段沉積物大致相當(dāng)[9], 極可能受到熱液活動(dòng)影響。除T1、T2站位外, 其余站位微量元素Cu、Zn、Pb、Sr、Ba含量明顯較高, 特別是在T3、T4站, 沉積物顯著富集Cu、Zn、Pb、Ba、As。

海洋含金屬沉積物一般富集Fe、Mn、Ni、Co、Cu、Zn、Cr、U、As和Hg等元素, 而相對(duì)虧損Al、Ti等陸源元素; 元素含量比值Fe+Mn/Ti>25, 或者同時(shí)滿足Fe/Al+Fe+Mn>0.5,Al/Al+Fe+Mn<0.3,Fe+Mn/Al>2.5[27]。對(duì)于無(wú)生物沉積的含金屬沉積物, Fe的含量應(yīng)當(dāng)大于或等于10%, 同時(shí)虧損Al和Ti等元素[6]。前人對(duì)東太平洋海隆的含金屬沉積物研究表明Fe的含量在6.08%～20.5%, Mn的含量在0.94%～ 5.39%, Ba的含量在1 197～10 650 μg/g, Cu的含量為92.6～1 498 μg/g, Zn的含量為34.0～404 μg/g; 如若去除鈣質(zhì)生物(CaCO3)的影響,Fe>10%,Mn>3%,Al/Al+Fe+Mn<0.3[28]。在沖繩海槽中段夏島84-1, 伊平屋和伊是名熱液區(qū)之間的沉積物, 受熱液活動(dòng)影響明顯富集Cu、Pb、Zn、Hg、Co、Cd、Ni和V等元素, 這與沖繩海槽中段熱液硫化物中所富集的元素一致[29]。前人基于對(duì)JADE區(qū)熱液礦床硫化物和巖石的Pb同位素研究表明JADE熱液區(qū)中的鉛來(lái)自于沉積物和火山巖[30], 與在Lau盆地的研究結(jié)果相類似[31]。事實(shí)上, 沖繩海槽沉積物中的Pb元素富集程度要高于Lau盆地。至于沉積物中的As和Sb的富集, 可能是沉積物從熱液物質(zhì)中浸出這些元素的結(jié)果, 而Rubin則提出海底熱液系統(tǒng)中大量的As和Sb也可能起源于巖漿[32]。

T3、T4站位表層沉積物樣品中, CaO含量較低(1.52%, 1.46%)對(duì)其他組分影響較小, 可為去鈣質(zhì)沉積研究。研究區(qū)沉積物中Cu、Pb、Zn和Ba等元素含量較高, 高于一般含金屬沉積物的微量元素含量, 但Mn、Fe的含量相對(duì)較低, 僅有T4站位樣品略高于上述含金屬沉積物; Al、Ti等陸源元素含量較高(0.60≤Al/Al+Fe+Mn≤0.71, T4站位0.12), 反映研究區(qū)樣品大部分為正常沉積物。

以上沉積物元素組成表明T4站位沉積物為典型含金屬沉積物, T3站位為正常沉積物與含金屬沉積物之間的過(guò)渡沉積物, 其余站位沉積物為正常沉積物。

沖繩海槽的陸源物質(zhì)主要來(lái)自于長(zhǎng)江、黃河和臺(tái)灣島河流沉積物[33-34]。在表生環(huán)境中, 稀土元素的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定, 其攜帶的物源信息不易變化, 可用于沉積物物源示蹤劑[33]。由于沖繩海槽中段熱液活動(dòng)較為頻繁, 沉積物若處在熱液噴口附近, 則會(huì)繼承熱液流體的REE分配模式, 表現(xiàn)為明顯的Eu正異常; 而遠(yuǎn)離噴口的沉積物, 熱液流體REE特征會(huì)逐漸減弱, Eu一般無(wú)明顯異常, 逐漸呈現(xiàn)海水的重稀土富集特征[35]。圖3和表4顯示, 長(zhǎng)江沉積物與臺(tái)灣島河流沉積物的稀土總量相近, 高于黃河沉積物, 海槽中部熱液硫化物稀土總量低于上述三種沉積物。源自長(zhǎng)江、黃河和臺(tái)灣島河流的沉積物具有較為接近的(La/Yb)N、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N比值, 指示長(zhǎng)江、黃河、臺(tái)灣島河流三者沉積物具有較為明顯的輕-重稀土、重稀土之間的分餾, 輕稀土之間分餾較弱。JADE區(qū)熱液硫化物的輕、重稀土之間的分餾都很明顯, 且表現(xiàn)明顯的負(fù)鈰異常與較弱的正銪異常。

圖3 沖繩海槽中段表層沉積物及相關(guān)地質(zhì)體北美頁(yè)巖稀土配分模式

注: 長(zhǎng)江、黃河沉積物數(shù)據(jù)來(lái)源文獻(xiàn)[17], JADE區(qū)硫化物數(shù)據(jù)來(lái)源文獻(xiàn)[29], 臺(tái)灣島河流沉積物數(shù)據(jù)來(lái)源文獻(xiàn)[36], NPDW數(shù)據(jù)來(lái)源文獻(xiàn)[37]

表4 表層沉積物與相關(guān)地質(zhì)體稀土元素特征

注: 長(zhǎng)江、黃河沉積物數(shù)據(jù)來(lái)源文獻(xiàn)[17], JADE區(qū)硫化物數(shù)據(jù)來(lái)源文獻(xiàn)[29], 臺(tái)灣島河流沉積物數(shù)據(jù)來(lái)源文獻(xiàn)[36], NPDW數(shù)據(jù)來(lái)源文獻(xiàn)[37]

研究區(qū)沉積物整體(La/Yb)N平均值1.12, (La/Sm)N平均值1.03, (Gd/Yb)N平均值1.03, δCeN為0.82～0.92, 為弱負(fù)異常, δEuN為0.98～1.41, 變化較大, 僅T6顯示為負(fù)銪異常; 輕重稀土分餾不明顯, 曲線較為平坦, 與長(zhǎng)江、黃河沉積物類似[17]。結(jié)合(La/Sm)N、(La/Yb)N指標(biāo)(圖4), 研究區(qū)表層沉積物樣品部分與臺(tái)灣島河流、黃河沉積物重合, 遠(yuǎn)離長(zhǎng)江沉積物, 說(shuō)明沖繩海槽中段表層沉積物的陸源物質(zhì)主要來(lái)源于臺(tái)灣島河流與黃河。其次, 在(La/Sm)N-(La/Yb)N圖解中(圖4), 沖繩海槽中段沉積物并不完全位于臺(tái)灣島河流與黃河沉積物所代表的區(qū)域內(nèi), 并且部分樣品輕稀土、重稀土的分餾減弱, 重稀土含量升高, 反映其他富集重稀土的物質(zhì)端元的貢獻(xiàn), 諸如熱液、巖漿活動(dòng)。

圖4 表層沉積物北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化(La/Sm)N-(La/Yb)N圖解

注: 長(zhǎng)江沉積物、黃河沉積物[17], JADE區(qū)硫化物[29], 臺(tái)灣島沉積物[36], 沖繩海槽火山巖[38]

以上研究表明, 研究區(qū)表層沉積物主要源自大陸風(fēng)化的陸源碎屑, 且陸源組分主要來(lái)自于黃河和臺(tái)灣島河流, 同時(shí), 火山熱液活動(dòng)對(duì)其物質(zhì)組成也有重要貢獻(xiàn)。

5 結(jié)論

1) 沖繩海槽中段表層沉積物主要由陸源組分、熱液組分、部分生物源組分以及自生組分構(gòu)成; 富集Fe、Cu、Zn、Pb、Ba和As等元素, 其中T4站位沉積物為典型含金屬沉積物, 全部樣品為含金屬沉積物向正常沉積物過(guò)渡; 其CIA值反映區(qū)內(nèi)沉積物化學(xué)風(fēng)化程度中等偏上, A-CN-K圖解顯示其暫未受到鉀交代影響, 且其母巖成分接近花崗閃長(zhǎng)巖。

2) 沖繩海槽中段表層沉積物主要由來(lái)自大陸風(fēng)化的陸源碎屑組成, 結(jié)合(La/Sm)N、(La/Yb)N比值, 其陸源組分主要來(lái)自于黃河和臺(tái)灣島河流。此外, 受熱液活動(dòng)影響, 沖繩海槽中段部分樣品表現(xiàn)出與熱液流體相似的正銪異常的稀土特征。

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Provenance identification of sediments in the central Okinawa Trough and its implications for hydrothermal activity

WEI Jie-rui1, 2, HUANG Peng1, 2

(1. CAS Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Surface samples in hydrothermal fields of the central Okinawa Trough are analyzed for major and trace element composition. Results propose that the samples are mainly composed of terrestrials and hydrothermal materials. The deposits are an enrichment of trace elements such as Hg, Au, Sb, Cu, Pb, Zn, Ba, As, and Co, which have moderate chemical alteration index (CIA) values and are not affected by potassium replacement. The A-CN-K diagram shows that the parent rock composition is close to granodiorite. The standardization rare earth elements (REE) distribution pattern of North American Shale is relatively flat, which implies the slight fraction between light-group rare earth elements (LREE) and heavy-group rare earth elements (HREE). Part of samples have positive Eu anomalies similar to those of hydrothermal fluids. Under the influence of hydrothermal activity, some sediments are prominently enriched in Fe, Cu, As, Pb, and Zn. Combined with the location of the samples, the spatial distribution shows a pattern of metalliferous sediments-transitional sediments-normal sediments. This pattern and ratios of (La/Sm)Nand (La/Yb)Nindicate that the terrigenous component of the samples in the central Okinawa Trough comes mainly from the Yellow River and Taiwan island river.

Okinawa Trough; hydrothermal activity; surficial sediments; provenance

Jan. 19, 2021

P67

A

1000-3096(2021)12-0008-10

10.11759/hykx20210119002

2021-01-19;

2021-03-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41576055); 中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDB42020303)

[National Natural Science Foundation of China, No. 41576055; Chinese Academy of Sciences Strategic Leading Science and Technology project, No. XDB42020303]

魏杰瑞(1996—), 男(漢族), 湖北省潛江人, 碩士, 主要從事海洋沉積學(xué)研究, E-mail: 873340421@qq.com; 黃朋(1972—),通信作者, E-mail: huangpeng@qdio.ac.cn

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)