南黄海晚更新世以来环境演变的矿物—地球化学记录

论文摘要

本文通过对南黄海两个代表性的钻孔NT1和NT2孔沉积物的矿物和元素地球化学特征的研究,探讨了晚更新世以来南黄海的物质来源和沉积环境。运用数理统计方法将钻孔、长江、黄河及韩国河流沉积物做了对比,确定了不同河流对南黄海物质来源的贡献。论证了南黄海晚更新世以来高海平面时期存在两个“古冷涡”。在南黄海首次发现胶黄铁矿(Fe3S4)、锰方解石和重晶石晶体三种具有环境意义的海洋自生矿物,论述了南黄海冷涡沉积中自生黄铁矿的特征与环境指示意义。NT1孔位于南黄海涡旋泥中心区(123o24.29’N,35o26.60’E),主要沉积了晚更新世以来的细粒物质,孔深70m,鉴定矿物40余种。根据矿物、元素的垂向分布特征及沉积类型,自上而下将NT1孔岩芯分为五层或五个矿物段(十个矿物亚段)。通过将NT1岩芯与长江、黄河、锦江和荣山江沉积物的矿物—地球化学特征进行分析对比可知,在物源方面,第一、三、五层(段)岩芯沉积物的重矿物以自生黄铁矿为主,陆源矿物组合为角闪石、绿帘石、白云石、钛铁矿和片状矿物,显示了与长江的矿物组合更接近,即沉积物可能主要来源于长江;其元素地球化学以富含多数金属氧化物、有机碳和大部分微量元素为特征,对化学元素,富集因子和判别函数分析表明,各种特征均接近于长江,说明沉积物主要来自长江。在环境方面,第一、三、五层由于富集大量的自生黄铁矿,反映了弱的水动力、还原环境以及高海平面时期海相沉积环境;Na/Al、Na/K的比值反映了气候温暖湿润。因此,在高海平面时期和温暖湿润的气候条件下,长江物质对南黄海沉积物的贡献大于黄河、锦江和荣山江。第二、四层(段)的重矿物组合以片状矿物、方解石、绿帘石、角闪石和石榴石为主,显示与黄河矿物组合更接近,沉积物可能主要来自黄河。元素分析反映第二、四层沉积物以富Si、Ca、Na、Mn、P、Sr,贫Al、K、Ti、Mg、Fe、有机碳和贫14种微量元素(除了Sr以外)为特征,对化学元素、富集因子和判别函数分析发现,黄河物质的贡献大于长江、锦江和荣山江。在环境方面,第二、四层的矿物组合与Na/Al、Na/K的比值反映了较强的水动力条件和氧化作用为主的滨岸、河口和陆相沉积环境,反映了低海平面时期和较干燥、寒冷的气候条件。也就是说在低海平面时期和较干燥、寒冷的气候条件下,黄河物质对南黄海沉积物的贡献大于长江、锦江和荣山江。第一、三层沉积物对应着高海平面时期HⅠ、HⅡ海侵层,其矿物及元素特征均证明这两段岩芯形成时有“古冷涡”存在,古生物、水动力机制、孢粉、沉积物类型均为其存在提供了佐证。从而可推测,只要高海平面时期有黄海暖流和黄海环流出现则必定有“古冷涡”存在。NT2孔位于南黄海西南部(122o15.49’N,33o27.53’E),主要沉积了中更新世晚期以来的物质,孔深70m,发现矿物42种。据矿物的垂向分布特征及沉积类型,自上而下将NT2孔岩芯分为三个矿物段和六个矿物亚段。根据地球化学特征,又将NT2孔沉积物自上而下分为五层,基本上同矿物分段相对应。第一、二、四层化学元素分布特征相似,以富含多数氧化物和微量元素、贫Si、Na和Sr为特征,反应了近岸浅海环境,代表着HⅠ、HⅡ、HⅣ的高海平面时期;Na/Al和Na/K比值反应为温暖湿润的气候。化学元素、判别函数和富集因子均显示长江物质对物源的贡献大于黄河。稀土元素经北美页岩、上地壳和球粒陨石标准化的配分模式趋向于和长江更接近。第三、五层的化学元素分布相似,以贫Al、K、Ti、Mg、Corg、REE和微量元素,富Si、Ca、Na、Sr为特征。矿物组合和元素特征反应为海陆交互相,与古生物和孢粉反映的环境一致;Na/Al和Na/K比值反应了较干燥和寒冷的气候;元素、判别函数和富集因子显示黄河物质对物源的贡献大于长江。总之,晚更新世以来,NT1、NT2岩芯的矿物、地球化学、古生物和孢粉资料都反应了在温暖湿润的气候条件下和高海平面时期,长江物质对南黄海的贡献大于黄河、锦江和荣山江;而在干燥寒冷的气候条件和低海平面时期,黄河物质对南黄海物源的贡献大于长江、锦江和荣山江。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.1.1 研究意义
• 1.1.2 海洋沉积矿物-地球化学研究现状
• 1.1.3 南黄海沉积矿物-地球化学研究现状
• 1.2 本论文研究概况
• 2 研究区地质概况
• 2.1 地理概况
• 2.2 地形地貌特征
• 2.3 黄海流场
• 2.4 沿岸主要水系
• 2.5 黄海气候特征
• 2.6 区域地质背景
• 2.7 更新世以来黄海古地理概况
• 2.8 黄海晚第四纪地层和年代划分
• 3 研究样品来源和分析测试方法
• 3.1 样品来源及采样方法
• 3.2 样品测试方法
• 3.2.1 碎屑矿物分析
• 3.2.2 元素地球化学分析
• 4 NT1 岩芯沉积物矿物特征
• 4.1 NT1 沉积物类型及其垂向分布
• 4.2 NT1 碎屑矿物的组成、含量及组合特征
• 4.2.1 NT1 的主要轻、重矿物的含量特征
• 4.2.2 矿物段及其组合特征
• 4.2.3 NT1 岩芯矿物记录的古环境及物源意义
• 4.2.4 氧化-还原环境
• 4.2.5 矿物组合与沉积物类型及沉积动力环境
• 4.2.6 关于古冷水团存在的证据
• 4.2.7 小结
• 5 NT1 岩芯的沉积地球化学特征
• 5.1 NT1 岩芯化学要素与沉积物粒度的相关性
• 5.2 NT1 岩芯诸化学要素之间的相关性分析
• 5.3 NT1 岩芯诸化学要素的赋存状态
• 5.4 NT1 岩芯化学成分的垂向变化所反映的环境
• 5.5 NT1 岩芯地球化学成分反映的古环境意义
• 5.6 NT1 岩芯化学成分的垂向变化反应的物源信息
• 5.6.1 NT1 岩芯沉积物常量元素的物源分析
• 5.6.2 NT1 岩芯沉积物微量元素的物源分析
• 5.6.3 物质来源的讨论
• 5.6.4 小结
• 5.7 NT1 岩芯沉积物稀土元素地球化学特征及其环境意义
• 5.7.1 计算方法
• 5.7.2 稀土元素的配分模式及物源信息
• 5.7.3 δEu 和δCe 异常
• 5.7.4 源区判别
• 5.7.5 小结
• 6 NT2 岩芯沉积物矿物特征
• 6.1 NT2 碎屑矿物的分布与组合特征
• 6.1.1 碎屑矿物的组成、含量及分布特征
• 6.1.2 矿物段及组合特征
• 6.2 影响矿物组合与分布的因素
• 6.3 NT2 矿物纪录的古环境及物源意义
• 6.3.1 矿物反映的氧化还原环境
• 6.3.2 小结
• 6.4 NT1 孔与NT2 矿物组合对比
• 7 NT2 岩芯的沉积地球化学特征
• 7.1 地球化学总体特征
• 7.2 NT2 岩芯化学元素与沉积物粒度的相关性
• 7.3 NT2 岩芯化学要素之间的相关性分析
• 7.4 NT2 岩芯化学成分的垂向变化反映的环境
• 7.5 NT2 岩芯地球化学成分与气候信息
• 7.6 NT2 岩芯化学成分的垂向变化反应的物源信息
• 7.7 NT2 岩芯沉积物稀土元素地球化学特征及其环境意义
• 7.7.1 稀土元素的配分模式
• 7.7.2 δEu 和δCe 异常
• 7.7.3 源区判别
• 7.8 小结
• 8 自生矿物
• 8.1 自生黄铁矿的特征与环境指示意义
• 8.1.1 研究方法
• 8.1.2 结果与讨论
• 8.1.3 自生黄铁矿的成因
• 8.1.4 NT1 指示的古冷涡（古冷水团）及暖流存在的证据
• 8.1.5 小结
• 8.2 南黄海陆架泥中的胶黄铁矿
• 8.2.1 样品来源和方法
• 8.2.2 胶黄铁矿的成因
• 8.3 自生重晶石
• 8.3.1 自生重晶石的特征
• 8.3.2 自生重晶石的成因
• 8.4 钙锰自生碳酸盐-锰方解石
• 8.4.1 锰方解石的特征
• 8.4.2 成分和结构
• 8.4.3 成因分析
• 9 结论
• 图版与图版说明
• 参考文献
• 致谢