近2.1 Ma以來帕里西維拉海盆黏土礦物輸入變化及其對中更新世氣候轉(zhuǎn)型的響應(yīng)

顏鈺，蔣富清,4，曾志剛,4，鄭昊

1.中國科學(xué)院海洋研究所，中國科學(xué)院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266071

2.中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心，青島 266071

3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

4.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室，青島 266237

帕里西維拉海盆是西北太平洋的一個(gè)深水盆地，西鄰九州-帕勞海脊，北接四國海盆，東鄰西馬里亞納海槽，南部是復(fù)雜的島弧、海溝和斷裂帶系統(tǒng)，海盆底部西高東低，中部相對較平坦（圖1）。帕里西維拉海盆最主要的表層流為北赤道流，最主要的底層流是南極底層水（圖1）。由于遠(yuǎn)離大陸，缺少河流來源物質(zhì)的輸入[1]，該海盆沉積的碎屑沉積物主要由亞洲風(fēng)塵和火山碎屑物質(zhì)組成[2]。近2 Ma以來，風(fēng)塵沉積明顯地響應(yīng)了亞洲內(nèi)陸的古氣候變化以及中更新世氣候轉(zhuǎn)型[2]，因而帕里西維拉海盆碎屑沉積物是古氣候的重要載體，是重建亞洲內(nèi)陸古氣候以及氣候驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究的重要區(qū)域。

圖1 研究區(qū)地形、洋流和巖心站位紅色實(shí)心圓：PV090102 孔；黃色空心圓：本文提及的其他站位（MD06-3050[3, 5]，PC-631[11]，C-P19[12]，PV090510[4]，WP1、WP2 和 WP40[7]，U1438A[8]，ODP 782A[9]）；黃色箭頭：東亞冬季風(fēng)；橙色箭頭：盛行西風(fēng)帶；淺藍(lán)色箭頭：表層流流向；淺灰色箭頭：底層水流向[13-14]；紅色虛線：索夫干斷裂；SF：索夫干斷裂；NEC：北赤道流；NECC：北赤道逆流；UCDW：上層繞極深層水；LCDW：下層繞極深層水。Fig.1 The topography and ocean currents in the study area, and the core localityRed dot: Core PV090102; Yellow circle: other stations mentioned in this article (MD06-3050[3, 5], PC-631[11], C-P19[12], PV090510[4], WP1, WP2, and WP40[7],U1438A[8], and ODP 782A[9]).Yellow arrows: the East Asian winter monsoon; orange arrows: prevailing westerly trajectories; light blue arrows: shallow currents; light gray arrows[13-14]: deep water currents.Red dotted line: the Suofgan fault.SF: Suofgan Fault; NEC: North Equatorial Current; NECC: North Equatorial Counter Current; UCDW: Upper Circumpolar Deep Water; LCDW: Lower Circumpolar Deep Water.

由于黏土礦物對氣候和環(huán)境的變化十分敏感，不同的氣候和環(huán)境形成的黏土礦物組成、特征參數(shù)和含量等具有不同的特征，因而黏土礦物不僅可以記錄源區(qū)信息，而且可用于源區(qū)的古氣候重建[3-5]。黏土礦物是帕里西維拉海盆沉積物的主要礦物組成，在碎屑組分中的含量可達(dá)58.7%～63.5%[6]。因此，研究帕里西維拉海盆的黏土礦物可以提供源區(qū)古氣候演化的重要信息。

在帕里西維拉海盆附近的幾個(gè)深水盆地和海脊區(qū)域，如北部的奄美三角盆地、伊豆-小笠原海脊，西部的西菲律賓海盆，針對黏土礦物的源區(qū)識(shí)別已經(jīng)開展了系統(tǒng)的研究[3-5,7-12]。在西菲律賓海盆，石學(xué)法等[7]通過對WP1、WP2以及WP40三個(gè)站的黏土礦物的研究，認(rèn)為西菲律賓海盆伊利石、綠泥石和高嶺石來源于陸地，蒙脫石來源于海底風(fēng)化的火山巖。Wan等[3]和Yu等[5]對2.36 Ma以來菲律賓海本哈姆隆起上MD06-3 050孔黏土礦物的來源進(jìn)行了研究，認(rèn)為伊利石、綠泥石和高嶺石主要來源于亞洲大陸，蒙皂石為呂宋島火山物質(zhì)風(fēng)化形成。劉華華等[8]和楊佳毅等[9]分別通過對晚更新世以來奄美三角盆地U1438A孔和上新世以來伊豆-小笠原海脊ODP 782A孔的黏土礦物的研究，認(rèn)為伊利石、綠泥石和高嶺石主要來源于亞洲大陸風(fēng)塵，蒙皂石主要來源于研究區(qū)周圍火山島弧物質(zhì)。然而目前對于帕里西維拉海盆黏土礦物的來源還存在模糊的認(rèn)識(shí)。靳寧等[10]通過對帕里西維拉海盆西北部表層沉積物中黏土礦物進(jìn)行研究，認(rèn)為該區(qū)伊利石主要來源于研究區(qū)以西陸地及周邊島嶼，可能與中國內(nèi)陸黃土有關(guān)；高嶺石和綠泥石以陸源為主；蒙皂石則為基性火山物質(zhì)蝕變形成。而Seo等[11]對600 ka以來的帕里西維拉海盆九州-帕勞海脊上的PC-631孔黏土礦物來源分析，認(rèn)為其主要來源于亞洲中西部沙漠與火山島弧，但是對于4種主要黏土礦物的具體來源缺乏明確的認(rèn)識(shí)。Ming等[4]通過對1.95 Ma以來的帕里西維拉海盆東部PV090510孔黏土礦物的研究認(rèn)為，伊利石、綠泥石以及高嶺石來源于中亞大陸，蒙皂石來源于馬里亞納島弧火山物質(zhì)。

西北太平洋沉積的黏土礦物通常被用作古氣候變化的示蹤指標(biāo)。在菲律賓海北部，ODP 782A孔（伊利石+綠泥石）/蒙皂石比值記錄了上新世以來北半球冰蓋進(jìn)一步擴(kuò)張和亞洲內(nèi)陸的干旱，而（伊利石+綠泥石）/高嶺石可以作為亞洲大陸干濕變化的示蹤指標(biāo)[9]。西菲律賓海本哈姆隆起上的MD06-3050孔伊利石/蒙皂石比值被用作東亞冬季風(fēng)的替代指標(biāo)[3]，而蒙皂石/（伊利石+綠泥石）比值被用作東亞夏季風(fēng)的替代指標(biāo)[5]。在帕里西維拉海盆中南部的PV090510孔和C-P19孔沉積物中，（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙脫石比值可以作為東亞季風(fēng)和中亞干旱強(qiáng)度的替代指標(biāo)[4,12]，然而該比值重建的古氣候變化與帕里西維拉海盆的風(fēng)塵通量記錄變化并不相同[2]，而且與中更新世氣候特征并不一致，表明在帕里西維拉海盆，通過黏土礦物比值進(jìn)行古氣候重建還存在問題。

為此，本文以菲律賓海帕里西維拉海盆西部PV090102孔沉積物為研究對象，對其中黏土礦物的含量、特征參數(shù)和形貌特征指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，在此基礎(chǔ)上探討了近2.1 Ma以來帕里西維拉海盆黏土礦物的來源，并進(jìn)一步研究了不同黏土礦物組合及通量變化特征，及其對中更新世氣候轉(zhuǎn)型的響應(yīng)，為第四紀(jì)以來亞洲大陸古氣候演化及火山島弧氣候變化的重建提供更多依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究材料

本文的研究樣品PV090102孔取自西北太平洋帕里西維拉海盆西部（17.921°N 、135.878°E）（圖1），由中國科學(xué)院海洋研究所于2004年在“科學(xué)一號(hào)”科考船上用重力取樣器采集，取樣水深4 350 m。沉積物主要由黃褐色黏土組成，并含有紅褐色黏土夾層。巖心的年代框架已通過古地磁對比建立[15]，378 cm長的巖心沉積物記錄了約2.1 Ma的沉積歷史。每隔4 cm取樣，共計(jì)取樣95個(gè)用于黏土礦物的分離提取及分析。

1.2 黏土礦物的分離和識(shí)別

首先取沉積物原樣1～2 cm3，加入10%的H2O2去除有機(jī)質(zhì)，然后經(jīng)蒸餾水清洗至產(chǎn)生抗絮凝作用，采用沉降法分離出＜2 μm黏土組分。在黏土樣品中加入適量超純水充分混合后，用涂片法制成定向薄片，自然風(fēng)干后獲得自然片（N片）。對自然片進(jìn)行乙二醇蒸汽飽和處理（60℃，12 h），制成乙二醇飽和片（EG片）。挑選部分有代表性的樣品加熱（550℃，2 h），制成加熱片（T 片）。用 X-射線衍射儀對自然片、乙二醇飽和片和加熱片分別進(jìn)行測試，依據(jù)主要黏土礦物特征衍射峰在自然片、乙二醇飽和片和加熱片的變化，識(shí)別不同的黏土礦物。上述分析測試在中國科學(xué)院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，X-射線衍射儀為德國布魯克（Bruker）D8 Advance，掃描角度（2θ）為 3°～30°，步長 0.02°，步頻0.5 s/步，管流 40 mA，管壓 40 kV。

1.3 黏土礦物的含量、通量和特征參數(shù)

黏土礦物相對含量的計(jì)算是使用Topas 2P軟件和Biscaye方法，將主要黏土礦物的特征衍射峰面積乘以強(qiáng)度因子得到的，各黏土礦物的強(qiáng)度因子為蒙皂石∶伊利石∶（高嶺石+綠泥石）=1∶4∶2，綠泥石和高嶺石的含量依據(jù)綠泥石（3.54 ?）和高嶺石（3.58 ?）的衍射峰面積比值進(jìn)行計(jì)算，,4種黏土礦物加權(quán)后含量總和為100%[16]。

黏土礦物通量的計(jì)算公式如下，以伊利石為例：

伊利石 通 量（mg·cm-2·ka-1） = 線 性 沉積速 率（cm-2·ka-1）×干容重（g·cm-3）× 伊利石在全樣中的含量（%）

其中，伊利石在全樣中的含量（%）=碎屑含量×小于2 μm組分在碎屑中的含量×伊利石的相對含量×100%

伊利石的化學(xué)指數(shù)是乙二醇飽和曲線上5 ?與10 ?衍射峰的面積比，若比值大于0.4，為富Al伊利石，表明該伊利石經(jīng)歷了較強(qiáng)的水解作用；若比值小于0.4，為富Fe-Mg伊利石，說明該伊利石經(jīng)歷了較強(qiáng)的物理風(fēng)化[17]。伊利石的結(jié)晶度是乙二醇飽和曲線上10 ?衍射峰的半峰寬，該指數(shù)越低，表明伊利石的結(jié)晶度越好，反之則相反[18]。蒙皂石的結(jié)晶度是乙二醇飽和曲線上17 ?衍射峰的半峰寬，該指數(shù)小于1.5，表明蒙皂石結(jié)晶程度好，1.5～2.0說明結(jié)晶程度中等，大于2.0說明結(jié)晶程度差[17]。

1.4 黏土礦物的形貌特征

在黏土樣品中加入0.2 mL超純水充分混合后，取2～3滴樣品加入0.2 mL無水乙醇，用渦旋混勻器將黏土礦物顆粒充分分散，然后取少量分散溶液涂于干凈的蓋玻片上自然風(fēng)干。將待測樣品鍍碳后，在掃描電鏡下進(jìn)行形貌特征的觀察，同時(shí)輔以能譜分析以確認(rèn)黏土礦物的種類。樣品在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司用捷克共和國電子公司生產(chǎn)的MIRA3掃描電子顯微鏡分析，該電鏡為高分辨率的熱場發(fā)射掃描電鏡，最高分辨率為1.0 nm，附帶AMETEK EDAX element30電子能譜。拍攝照片時(shí)使用電壓為15 kv，放大倍數(shù)根據(jù)樣品做調(diào)整，工作距離15 mm，束斑大小為5 nm，圖片獲取模式為高精度模式。

2 結(jié)果

2.1 黏土礦物的組成

在黏土礦物的自然定向片X射線衍射圖譜（圖2）上15 ?附近的反射峰識(shí)別出蒙皂石和綠泥石的混合疊加峰；在經(jīng)乙二醇飽和處理后，此特征峰分異為17 ?和14 ?衍射峰，分別為蒙皂石和綠泥石的特征衍射峰，說明存在這兩種黏土礦物。在黏土礦物的自然定向片X射線衍射圖譜（圖2）上12 ?附近的反射峰識(shí)別出伊利石-蒙皂石混層礦物，為了便于討論，下文中提到的蒙皂石包含了此處的伊利石-蒙皂石混層礦物。自然片中，伊利石10 ?和5 ?反射峰清晰明顯，經(jīng)乙二醇飽和處理后，特征峰的位置和強(qiáng)度沒有發(fā)生明顯變化，當(dāng)加熱至550℃后，由于蒙皂石轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾?，衍射峰?qiáng)度有所增強(qiáng)，因此我們認(rèn)為樣品中存在伊利石。高嶺石和綠泥石礦物在自然定向片圖譜上都出現(xiàn)了7 ?和3.5 ?兩個(gè)特征峰，3.5 ?特征峰出現(xiàn)了雙峰現(xiàn)象，說明兩種礦物同時(shí)存在。經(jīng)加熱處理后，高嶺石變?yōu)榉蔷з|(zhì)物質(zhì)而消失。綠泥石的第一級(jí)和第三級(jí)基面反射較弱，而第二級(jí)和第四級(jí)基面反射較強(qiáng)，說明綠泥石具有富鐵的特征[19]。

圖2 PV090102孔黏土礦物典型X-射線衍射圖譜深度為116～118 cm的樣品。Fig.2 Typical X-Ray diffraction spectra of clay minerals in Core PV090102 sedimentSample from 116～118 cm.

2.2 黏土礦物的含量和通量

PV090102孔中4種主要黏土礦物在全樣中的含量和通量變化如圖3所示。蒙皂石含量變化范圍為4%～13%，平均為8%。2.1～1.2 Ma，蒙皂石含量呈降低趨勢；1.2～0.5 Ma，蒙皂石含量上升；0.5 Ma以來，蒙皂石含量迅速降低（圖3）。蒙皂石通 量 平 均 為 7.6 mg·cm-2·ka-1， 變 化 范 圍 為 1.9～13.7 mg·cm-2·ka-1。2.1 Ma 以來，其變化趨勢與蒙皂石含量相似，2.1～1.2 Ma，蒙皂石通量整體較低，平均為 5.4 mg·cm-2·ka-1；1.2～0.5 Ma，蒙皂石通量從4.8 mg·cm-2·ka-1迅速增加至 13.6 mg·cm-2·ka-1；0.5 Ma以來，蒙皂石通量呈現(xiàn)降低的趨勢，由13.6 mg·cm-2·ka-1降低至 5.9 mg·cm-2·ka-1（圖3）。伊利石含量平均含量為11%，變化范圍為7%～14%。2.1～1.2 Ma，伊利石含量呈明顯的增加趨勢；1.2 Ma以來，伊利石含量呈略微增加的趨勢（圖3）。伊利石的通量平均為10.8 mg·cm-2·ka-1，變化范圍為 2.7～16.8 mg·cm-2·ka-1。在2.1～1.2 Ma期間，伊利石通量較小，變化范圍為2.7～ 10.0 mg·cm-2·ka-1， 沒 有 明 顯 的 變 化 趨 勢 ；1.2～0.7 Ma，伊利石通量由 6.8 mg·cm-2·ka-1增加至12.2 mg·cm-2·ka-1；0.7 Ma至今，伊利石通量較高，變化范圍為 8.3～16.8 mg·cm-2·ka-1，沒有明顯的變化趨勢（圖3）。綠泥石的含量變化范圍為1%～5%，平均為3%，2.1 Ma以來沒有明顯的變化趨勢（圖3）。綠泥石通量平均為 2.9 mg·cm-2·ka-1，變化范圍為0.7～5.4 mg·cm-2·ka-1。在 2.1～1.2 Ma期間，綠泥石通量較小，為 0.7～2.7 mg·cm-2·ka-1，沒有明顯的變化趨勢；1.2～0.7 Ma，綠泥石通量由 1.5 mg·cm-2·ka-1增加至 4.4 mg·cm-2·ka-1；0.7 Ma 至今，綠泥石通量較高，為 2.3～4.4 mg·cm-2·ka-1，沒有明顯的變化趨勢（圖3）。高嶺石含量在0.3%～3%變化，平均為1%，2.1 Ma以來沒有明顯的變化趨勢（圖3）。高嶺石 通 量平 均 為 1.3 mg·cm-2·ka-1， 變 化范 圍 為 0.3～3.7 mg·cm-2·ka-1。在 2.1～1.2 Ma 期間，高嶺石通量較小，變化范圍為 0.3～1.5 mg·cm-2·ka-1，沒有明顯的變化趨勢；1.2～0.7 Ma，高嶺石通量由1.0 mg·cm-2·ka-1增加至 1.4 mg·cm-2·ka-1；0.7 Ma 至今，高嶺石通量較高，變化范圍為 0.4～3.7 mg·cm-2·ka-1，沒有明顯的變化趨勢（圖3）。

圖3 PV090102孔沉積物中主要黏土礦物的含量和通量變化Fig.3 Variation of contents and mass accumulation rates (MARs) of the major clay minerals in Core PV090102 sediment

2.3 黏土礦物的特征參數(shù)

PV090102孔中蒙皂石結(jié)晶度變化范圍為1.03～2.28°△2θ，平 均為 1.48°△2θ， 小 于 1.5°△2θ，顯示其結(jié)晶程度好。2.1 Ma以來，蒙皂石結(jié)晶度沒有明顯的變化趨勢；2.1～1.2 Ma期間，變化范圍為1.17～2.13°△2θ；1.2～0.5 Ma，蒙皂 石 結(jié)晶度從1.69°△2θ降低至 1.54°△2θ；0.5 Ma至今，蒙皂石結(jié)晶度從 1.54°△2θ降低至 1.31°△2θ（圖4）。

伊利石結(jié)晶度變化范圍為0.23～0.51°△2θ，平均為0.29°△2θ，代表結(jié)晶度較高，指示其形成于氣候寒冷且水解作用弱的陸地源區(qū)；伊利石化學(xué)指數(shù)變化范圍為0.18～0.5，平均為0.32，小于0.4，表明該孔中的伊利石為富Fe-Mg伊利石，且經(jīng)歷了較強(qiáng)的物理風(fēng)化。2.1 Ma以來，伊利石化學(xué)指數(shù)整體呈現(xiàn)降低的趨勢，在2.1～1.2 Ma期間，伊利石化學(xué)指數(shù)從0.36降低至0.22；1.2～0.5 Ma，伊利石化學(xué)指數(shù)沒有明顯的變化趨勢，變化范圍為0.18～0.48；0.5 Ma至今，伊利石化學(xué)指數(shù)變化很小，變化范圍為 0.20～0.40（圖4）。在 2.1～1.2 Ma期間，伊利石結(jié)晶度從 0.33°△2θ增加至 0.40°△2θ；1.2～0.5 Ma，伊利石結(jié)晶度從0.40°△2θ降低至0.23°△2θ；0.5 Ma至今，伊利石結(jié)晶度先從0.23°△2θ增加至0.44°△2θ，然后降低至 0.24°△2θ（圖4）。

圖4 PV090102孔沉積物中伊利石化學(xué)指數(shù)、伊利石和蒙皂石結(jié)晶度變化Fig.4 Variations in chemistry index of illite, the crystallinity of illite and smectite in Core PV090102 sediment

2.4 黏土礦物的形貌特征

掃描電鏡結(jié)合能譜分析表明，PV090102孔中蒙皂石形狀不規(guī)則，多為花朵狀和蜂窩狀，邊緣較模糊（圖5A、 B）；伊利石為板片狀，邊緣清晰，部分伊利石顆粒邊緣棱角受到磨蝕，呈現(xiàn)鈍圓狀（圖5C）；綠泥石呈不規(guī)則薄片狀（圖5D）。

3 討論

3.1 黏土礦物的來源

PV090102孔黏土礦物的來源是通過與潛在源區(qū)黏土礦物組成和特征參數(shù)進(jìn)行對比，并結(jié)合黏土礦物的形貌特征、化學(xué)特征和區(qū)域地質(zhì)背景的分析進(jìn)行識(shí)別。根據(jù)帕里西維拉海盆的地理位置、地質(zhì)環(huán)境以及黏土礦物的組成特征（圖6），我們認(rèn)為PV090102孔黏土礦物的可能源區(qū)包括亞洲大陸[20-23]、臺(tái)灣島[23-27]、四國海盆[28]、九州-帕勞海脊[11]、南海海槽[29]、日本[30]、馬里亞納海槽[31]和呂宋島[32]等（圖6）。依據(jù)主要黏土礦物組成，PV090102孔黏土礦物組成與菲律賓海其他海域相似, 總體上表現(xiàn)為亞洲大陸物質(zhì)與火山島弧物質(zhì)混合的特征（圖6），但是4種主要黏土礦物伊利石、蒙皂石、綠泥石和高嶺石的具體來源需要進(jìn)一步的分析。

3.1.1 伊利石

由于馬里亞納海槽[31]、日本[30]和呂宋島[32]的伊利石含量均低于PV090102孔伊利石含量（圖6），因此上述火山島弧區(qū)不是PV090102孔伊利石的主要源區(qū)。PV090102孔伊利石多呈不規(guī)則片狀（圖5C），沒有發(fā)現(xiàn)邊緣有“細(xì)針狀”的伊利石，這表明伊利石不是自生成因的，而是陸源伊利石[33]。亞洲大陸（以黃土為例）[20-23]和臺(tái)灣島[23-27]的伊利石含量高于PV090102孔的伊利石含量，是伊利石的兩個(gè)潛在源區(qū)。雖然臺(tái)灣島河流沉積物中黏土礦物的伊利石含量可達(dá)53%，但是臺(tái)灣島伊利石的結(jié)晶度[23-24]明顯低于PV090102孔伊利石的結(jié)晶度（圖7），表明臺(tái)灣島不是PV090102孔伊利石的源區(qū)。PV090102孔伊利石化學(xué)指數(shù)變化范圍為0.18～0.5，平均為0.32，小于0.4（圖4），表明該孔伊利石為富Fe-Mg伊利石，且經(jīng)歷了較強(qiáng)的物理風(fēng)化。伊利石結(jié)晶度變化范圍為 0.23～0.51°△2θ，平均為 0.29°△2θ（圖4），代表結(jié)晶度較高，指示形成于氣候寒冷且水解作用弱的陸地源區(qū)。同時(shí)，這也與中國黃土（0.22～0.33°△2θ）及古土壤（0.22～0.42°△2θ）的伊利石結(jié)晶度變化范圍相似[34]（圖7），表明PV090102孔中的伊利石主要來源于亞洲大陸。另外，從亞洲大陸向帕里西維拉海盆和馬里亞納海槽方向，隨著與亞洲大陸距離的逐漸增加，伊利石的含量逐漸降低[10]，伊利石區(qū)域分布特征從另一側(cè)面證實(shí)了PV090102孔中的伊利石來源于亞洲大陸。

圖7 PV090102孔、亞洲大陸（黃土）[3]和臺(tái)灣島[23-24]沉積物中伊利石結(jié)晶度和化學(xué)指數(shù)散點(diǎn)圖Fig.7 Scatter diagram of chemistry index and crystallinity of illite in sediments from Core PV090102 (this study), Asian continent(loess)[3] and Taiwan Island[23-24].

3.1.2 蒙皂石

蒙皂石廣泛分布于大洋沉積物中，有兩種主要成因，一是陸源碎屑成因，是溫暖至半干旱氣候條件下大陸母巖水解作用的產(chǎn)物[18]；另一種為火山島弧成因，是海底基性火山物質(zhì)經(jīng)長時(shí)間海解作用蝕變形成[18]。PV090102孔蒙皂石含量平均為34%，明顯高于亞洲大陸[20-23]和臺(tái)灣島[23-27]的蒙皂石含量（圖6），因此亞洲大陸和臺(tái)灣島不是該孔蒙皂石的主要源區(qū)。馬里亞納海槽、呂宋島和日本列島的蒙皂石含量分別為79%、87%和70%[30-32]，高于PV090102孔的蒙皂石含量（圖6），可能是PV090102孔蒙皂石的源區(qū)。PV090102孔蒙皂石結(jié)晶度變化范圍為1.03～2.28°△2θ，平均為 1.48°△2θ，低于呂宋島河流沉積物中蒙皂石的結(jié)晶度（平均為 1.66°△2θ）[32]，而且由于自東向西流動(dòng)的北赤道流的阻擋作用，呂宋島的物質(zhì)很難到達(dá)PV090102孔，因此呂宋島不是PV090102孔中蒙皂石的源區(qū)。盡管日本列島黏土礦物中蒙皂石含量高達(dá)51%[30]，但是由于由西南向東北流動(dòng)的對馬暖流以及索夫干斷裂的阻擋作用，日本列島很難向PV090102孔輸送大量的蒙皂石。PV090102孔蒙皂石Fe2O3含量平均為5.9%，MgO含量平均為5.3%，符合海洋沉積物自生蒙皂石富含鐵及少量鎂的特征[35-37]，并且該孔蒙皂石多呈花朵狀和蜂窩狀（圖5A、 B），具有典型的火山成因蒙皂石特征[10]，因此我們認(rèn)為PV090102孔蒙皂石為來源于火山島弧蝕變的自生蒙皂石。

圖5 PV090102孔黏土礦物的掃描電鏡照片和對應(yīng)的能譜圖A.花朵狀蒙皂石，B.蜂窩狀蒙皂石，C.伊利石，D.綠泥石。Fig.5 The scanning electron microscope photographs and corresponding energy dispersive spectra of clay minerals in Core PV090102A.Flower-like smectite， B.honeycomb-like smectite， C.illite， D.chlorite.

圖6 PV090102孔與可能源區(qū)的黏土礦物特征三角圖可能源區(qū)包括九州-帕勞海脊[11]、亞洲大陸（黃土）[20-23]、臺(tái)灣島[23-27]、四國海盆[28]、南海海槽[29]、日本列島[30]、馬里亞納海槽[31]和呂宋島[32]。Fig.6 Ternary diagram showing variation in clay mineral composition of sediments from Core PV090102 (this study)and the potential source areasThe potential source areas include Kyushu-Palau Ridge[11], Asian continent(loess)[20-23], Taiwan Island[23-27], Shikoku Basin[28], Nankai Trough[29],Japanese archipelago [30], Mariana Trough[31], and Luzon Island[32].

3.1.3 綠泥石

綠泥石多形成于干冷的條件下，且深海沉積物中的綠泥石大部分是陸源碎屑成因的，也有少部分是由火山物質(zhì)蝕變形成的[38]。PV090102孔綠泥石含量與該孔伊利石含量呈正相關(guān)關(guān)系（圖3），與蒙皂石含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖3），因此我們認(rèn)為PV090102孔中綠泥石可能與伊利石有相同的源區(qū)。Kolla等[39]通過對菲律賓海黏土礦物的研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)綠泥石的區(qū)域分布特征與伊利石相似，這進(jìn)一步說明PV090102孔中的綠泥石與該孔的伊利石有相同的源區(qū)。由于PV090102孔中的伊利石來源于亞洲大陸，因此該孔綠泥石也來源于亞洲大陸。另外，PV090102孔中的綠泥石的X-射線衍射圖中綠泥石的第一級(jí)基面反射較弱，而第二級(jí)和第四級(jí)基面反射較強(qiáng)，表明該綠泥石為富鐵綠泥石[19]，這與亞洲大陸的綠泥石相似[39]。上述證據(jù)均表明PV090102孔中的綠泥石為來源于亞洲大陸的風(fēng)塵綠泥石。

3.1.4 高嶺石

由于高嶺石的形成需要酸性環(huán)境，而海洋呈堿性或弱堿性環(huán)境，因此大洋中的高嶺石多來源于陸地[38]。PV090102孔中高嶺石的平均含量為6%，明顯低于臺(tái)灣島[23-27]、南海海槽[29]、日本列島[30]和馬里亞納海槽[31]的高嶺石含量，因此日本列島、臺(tái)灣島、馬里亞納海槽和南海海槽不是該孔高嶺石的主要源區(qū)。雖然呂宋島的高嶺石平均含量為8.6%[32]，略高于PV090102孔中高嶺石含量，但是由于自東向西流動(dòng)的北赤道流的阻擋作用，呂宋島的物質(zhì)很難到達(dá)PV090102孔，因此呂宋島也不是PV090102孔中高嶺石的源區(qū)。由于該孔黏土礦物主要來源于亞洲大陸和火山島弧，通過上述分析可以排除火山島弧對PV090102孔高嶺石的貢獻(xiàn)，因此該孔高嶺石主要來源于亞洲大陸。另外，該孔高嶺石含量明顯低于亞洲大陸黃土的高嶺石含量（6%～16%，平均為9%）[30]和亞洲沙漠高嶺石含量（9%～18%，平均為10%）[21]（圖6），并且該孔伊利石與高嶺石的比值為8，與黃土的8.9較為接近[3]，因此，我們認(rèn)為亞洲大陸是PV090102孔高嶺石的主要源區(qū)。

3.2 黏土礦物對中更新世氣候轉(zhuǎn)型的響應(yīng)

PV090102孔中的伊利石、綠泥石和高嶺石來源于亞洲大陸，蒙皂石來源于周圍火山島弧，因此可以用伊利石+綠泥石+高嶺石代表亞洲大陸端元，蒙皂石代表火山島弧端元，采用（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石比值代表PV090102孔中亞洲大陸風(fēng)塵物質(zhì)相對于火山島弧物質(zhì)的輸入變化。2.1 Ma以來，PV090102孔（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石比值整體上變化不大（圖8）。2.1～0.5 Ma，（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石比值較低且較穩(wěn)定；0.5 Ma以來，（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石比值呈增加趨勢（圖8），這與鄰近站位PV090510孔中（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石比值[4]變化一致。Ming等[4]認(rèn)為PV090510孔中（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石比值可以作為東亞季風(fēng)和中亞干旱的替代指標(biāo)。然而，PV090510孔（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石比值的變化并沒有響應(yīng)中更新世氣候轉(zhuǎn)型期東亞季風(fēng)增強(qiáng)以及亞洲大陸干旱增強(qiáng)的變化，因此該比值作為東亞季風(fēng)和中亞干旱的替代指標(biāo)存在很大的局限性。同時(shí)，PV090102孔中（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石比值與該孔總風(fēng)塵通量[2]以及風(fēng)塵石英通量[40]在中更新世明顯增加不同（圖8），無法明確指示中更新世亞洲內(nèi)陸干旱加劇和東亞季風(fēng)的增強(qiáng)[41-42]。因此，（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石比值盡管可以部分消除黏土礦物之間稀釋效應(yīng)的影響，但是作為東亞季風(fēng)和中亞干旱的替代指標(biāo)顯然存在問題。

圖8 PV090102孔（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石與其他陸地和海洋風(fēng)塵記錄對比a.PV090102 孔（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石，b.PV090510 孔（伊利石+綠泥石+高嶺石）/蒙皂石[4]，c.PV090102 孔風(fēng)塵通量[2]，d.PV090102 孔風(fēng)塵石英通量[40]，e.LR04 的 δ18O 值[43]。Fig.8 Comparison in the (illite+chlorite+kaolinite)/smectite in Core PV090102 and other terrestrial and oceanic dust recordsa.(Illite+chlorite+kaolinite)/smectite in Core PV090102 (this study), b.(illite+chlorite+kaolinite)/smectite in core PV090510[4], c: dust MARs in Core PV090102[2], d.quartz MARs in Core PV090102[40], e.the stacked benthic oxygen isotope record[43].

中更新世氣候轉(zhuǎn)型期PV090102孔火山物質(zhì)含量呈降低趨勢[2]（圖9），但是沉積速率卻明顯增加，表明中更新世氣候轉(zhuǎn)型期帕里西維拉海盆的陸源碎屑沉積物輸入增加。中更新世以來，PV090102孔中伊利石、綠泥石和高嶺石的沉積通量均明顯增加（圖9），是早更新世的1.6倍以上，這與該孔總的風(fēng)塵通量[2]、風(fēng)塵石英通量[40]以及沉積速率[2]在中更新世明顯增加一致（圖9），表明中更新世氣候轉(zhuǎn)型期亞洲大陸干旱化加劇，風(fēng)塵沉積物對研究區(qū)的貢獻(xiàn)量增大，進(jìn)而使該孔黏土礦物、風(fēng)塵石英以及總風(fēng)塵通量明顯增加。由于伊利石、綠泥石和高嶺石來源于亞洲大陸，因此伊利石通量、綠泥石通量和高嶺石通量的增加代表了亞洲內(nèi)陸風(fēng)塵供應(yīng)量的增加。這與柴達(dá)木盆地的蒿/藜（A/C）記錄的亞洲內(nèi)陸干旱化加劇[41]的環(huán)境一致（圖9），表明伊利石、綠泥石和高嶺石通量的增加響應(yīng)了中更新世以來的亞洲內(nèi)陸的干旱加強(qiáng)。然而，中更新世以來，伊利石、綠泥石和高嶺石通量變化并沒有像風(fēng)塵石英通量[40]那樣呈現(xiàn)出明顯的高低變化（可能是冰期-間冰期旋回）（圖9），其主要原因可能是黏土礦物對于氣候變化不如石英敏感；另外，由于研究樣品的年代框架是基于古地磁極性特征和線性內(nèi)插得到的，分辨率較低，這在一定程度上影響了不同指標(biāo)的對比研究。

圖9 PV090102孔主要黏土礦物沉積通量與其他陸地和海洋風(fēng)塵記錄對比a.LR04的δ18O值[43]，b.PV090102孔伊利石通量，c.PV090102孔綠泥石通量，d.PV090102孔高嶺石通量，e.PV090102孔沉積速率[2]，f.PV090102 孔風(fēng)塵通量[2]，g.PV090102 孔風(fēng)塵石英通量[40]，h.柴達(dá)木盆地 A/C[41]，i.ODP 806 的4He 通量[44]，j.ODP 1090 的風(fēng)塵通量[45]，k.PV090102孔蒙皂石通量，l.PV090102孔火山物質(zhì)通量[2]，m.PV090102孔火山物質(zhì)含量[2]。Fig.9 Comparison of MARs of major clay minerals in Core PV090102 with other terrestrial and oceanic dust recordsa.the stacked benthic oxygen isotope record[43], b.MARs of illite in core PV090102 (this study), c.MARs of chlorite in core PV090102 (this study), d.MARs of kaolinite in core PV090102 (this study), e.sedimentary rate of the core PV090102[2], f.dust MARs in Core PV090102[2], g.quartz MARs in Core PV090102[40], h.the ratio of Artemisia/Chenopodiaceae in the Qaidam Basin[41], i.average 4He flux of ODP site 806 in the western equatorial Pacific[44],j.the dust mass accumulation rates (MARs) of ODP site 1090 in the South Atlantic[45], k.MARs of smectite in core PV090102 (this study),l.volcanic material MARs in Core PV090102[2], m.volcanic material contents in core PV090102[2].

中更新世以來，帕里西維拉海盆伊利石、綠泥石和高嶺石的沉積通量明顯增加，與南大西洋風(fēng)塵通量[45]、赤道太平洋風(fēng)塵通量[44]和氧同位素曲線記錄的全球冰量[43]的增加是一致的，表明中更新世以來風(fēng)塵通量的增加是一種全球性的現(xiàn)象，指示了這一時(shí)期全球干旱程度加強(qiáng)，同時(shí)也表明中更新世氣候轉(zhuǎn)型這一全球性的變化在西太平洋深海沉積物中有明顯的響應(yīng)。

中更新世以來，蒙皂石通量（平均 8.5 mg·cm-2·ka-1）明 顯增加，是早更新世（平均 5.4 mg·cm-2·ka-1）的1.6倍，這與該孔火山通量在中更新世的明顯增加是一致的[2]（圖9）。由于PV090102孔中蒙皂石來源于火山島弧，且蒙皂石的通量與該孔火山通量變化一致，因此我們認(rèn)為中更新世以來蒙皂石通量的增加可能響應(yīng)了中更新世火山物質(zhì)輸入的增加。

4 結(jié)論

（1）2.1 Ma以來，帕里西維拉海盆PV090102孔中黏土礦物以伊利石（48%）和蒙皂石（34%）為主，綠泥石（13%）和高嶺石（6%）含量相對較少。通過研究黏土礦物組合特征、含量、特征參數(shù)和形貌特征，并與潛在源區(qū)進(jìn)行對比分析，我們認(rèn)為蒙皂石主要來源于帕里西維拉海盆周圍的島弧火山物質(zhì)，伊利石、綠泥石和高嶺石主要來源于亞洲大陸風(fēng)塵。

（2）亞洲大陸來源的黏土礦物（伊利石、綠泥石和高嶺石）的沉積通量在中更新世明顯增加，與柴達(dá)木盆地蒿/藜反映的亞洲大陸干旱的變化一致，表明中更新世氣候轉(zhuǎn)型期亞洲內(nèi)陸干旱加劇，導(dǎo)致帕里西維拉海盆輸入的伊利石、綠泥石和高嶺石增加。因此，西北太平洋伊利石等黏土礦物的通量可以作為亞洲內(nèi)陸氣候變化的示蹤指標(biāo)，并可用于重建長時(shí)間尺度亞洲內(nèi)陸古氣候變化。

（3）2.1 Ma以來，帕里西維拉海盆PV090102孔中的蒙皂石通量先增加后降低的趨勢與該孔火山通量的變化趨勢具有很好的一致性，可以作為火山物質(zhì)輸入的替代指標(biāo)，用于西北太平洋火山物質(zhì)輸入的相關(guān)研究。

致謝：感謝“科學(xué)一號(hào)”考察船上所有科學(xué)家及船員做出的貢獻(xiàn)。