8 海洋学报 37 卷 北向南蒙脱石含量由高变低, 绿泥石 伊利石 高岭石 [18] 由低变高 此外, 陆架区域蒙脱石的含量分布与伊利石相反, 在北部和南部含量较高 中部较低, 高岭 [20 21] 石含量由近岸向外海逐渐减少 东海表层沉积物的黏土矿物研究几十年来已获得不少进展, 千年及以上时间尺度

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1 第 37 卷第 5 期海洋学报 Vol.37,No 年 5 月 HaiyangXuebao May2015 王亮, 范德江, 李巍然, 等. 东海内陆架泥质区百年来黏土矿物组成变化及其环境意义 [J]. 海洋学报,2015,37(5):87-100,doi: /j.issn WangLiang,FanDejiang,LiWeiran,etal.ThevariationofclaymineralscontentsontheinnershelfoftheEastChinaSeainthelastone hundredyears andits environmentalimplication[j]. Haiyang Xuebao,2015,37(5):87-100,doi: /j.issn 东海内陆架泥质区百年来黏土矿物组成变化及其环境意义 王亮 1,2, 范德江 1, 李巍然 1, 张喜林 1,3, 陈彬 1,3, 田元 1 (1. 中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室, 山东青岛 ;2. 国家海洋局第三海洋研究所, 福建厦门 ;3. 国土资源部青岛海洋地质研究所, 山东青岛 ) 摘要 : 东海内陆架泥质区是东海现代沉积的 汇, 其中黏土组分是泥质区沉积物的重要组成部分 沉积物中黏土矿物组合是反映沉积区物质来源和搬运动力状况的良好指标 本文利用 XRD 方法分析了东海内陆架泥质区两根沉积物岩心中黏土矿物组成和含量变化, 结合放射性年代标定, 揭示了近百年来黏土矿物组成的演变特征, 探讨了黏土矿物的来源及其含量变化的制约因素 结果表明 : 东海内陆架泥质区沉积物以长江来源物质为主, 受黄河及瓯江等河流物质的影响 ; 近百年来内陆架泥质区黏土矿物组合发生显著阶段性变化, 它们是东亚季风强弱波动和长江入海悬沙减少的共同作用的结果 关键词 : 东海内陆架 ; 黏土矿物 ; 物源 ; 东亚季风 ; 长江输沙中图分类号 :P 文献标志码 :A 文章编号 : (2015) 引言 东海内陆架泥质区分布在长江入海口以南 水深 60m 以浅的闽浙沿岸一带 东海泥质区主要由 32 [1] μm 以下的细颗粒物质组成, 分选良好, 该泥质区呈东北 - 西南向条带状分布, 厚度介于 0~40m, 为现代沉积中心和物质的 汇 [2-4], 也是研究全新世以来海陆相互作用及沉积记录对自然变化与人类活动作用响应的重要选区 东海内陆架的全新世沉积速 [5] [2,6 7] 率和现代沉积速率的研究均表明本区为仅次于长江口的高速沉积区, 百年来的沉积速率约 0.5~ 2.5cm/a [2,8 10], 可以实现年际甚至季节分辨率的沉 积记录识别 众多的学者研究认为内陆架泥质沉积体主要由来自长江的物质在浙闽沿岸流等动力作用 [3,11 15] 下沉积而成, 同时, 含有浙江沿岸小型河流输 [16] 入的部分物质 黏土粒级组分是内陆架泥质沉积的重要组成部分, 它在追踪季风演变和物质来源上有重要意 [17 18] 义 黏土矿物作为黏土粒级组分的主体, 黏土矿物组合变化为研究物质来源及搬运途径 环流强度的演化以及研究气候变化原因 机制和对地球系统的 [19] 响应提供了丰富的资料及背景材料 东海内陆架黏土矿物组分均以伊利石 绿泥石 高岭石 蒙脱石为主, 东海表层沉积物黏土矿物整体分布特征表现为由 收稿日期 : ; 修订日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( , ); 国家重大基础研究发展计划项目 (2010CB951202) 作者简介 : 王亮 (1983 ), 男, 河南省项城市人, 助理研究员, 主要从事海洋沉积学研究 E mail:wliangouc016@163.com 通信作者 : 范德江 (1965 ), 男, 福建省闽清县人, 教授, 从事海洋沉积学和沉积地球化学研究 E mail:djfan@ouc.edu.cn

2 8 海洋学报 37 卷 北向南蒙脱石含量由高变低, 绿泥石 伊利石 高岭石 [18] 由低变高 此外, 陆架区域蒙脱石的含量分布与伊利石相反, 在北部和南部含量较高 中部较低, 高岭 [20 21] 石含量由近岸向外海逐渐减少 东海表层沉积物的黏土矿物研究几十年来已获得不少进展, 千年及以上时间尺度上的黏土矿物研究 [7,10] 亦有开展, 但由于其来源以长江物质为主, 所以黏土矿物年际演变研究较少, 至于百年尺度高分辨率的研究更是鲜有涉及 历史资料显示, 洪水事件使长江入海主河道不断改变,1870 年期间的大洪水使长江入海主泓改走南支, 而 年洪水使长江主 泓重回北港 此外, 由于大坝建设及水土保持,1980 [22 24] 年以后长江入海物质大幅减少, 细颗粒沉积物的沿岸输运也随之大幅减少 这些过程在东海内陆架区黏土矿物组成与分布上是否存在明显响应以及其变化如何等问题亟需清晰的认识 本文通过对闽浙沿岸的两根沉积物岩心中高分辨的黏土矿物分析, 以期获得百年来内陆架泥质区黏土矿物含量的演化规律及其对上述短期变化响应的认识 2 材料与方法 2.1 样品采集沉积物岩心采集于 2009 年 5 月, 由 东方红 2 号 科学考察船执行 973 项目 中国东部陆架海海洋物理环境演变及其环境效应 时使用重力取样器获得 其中,C0702 站位于 N, E, 水深 40 m, 岩心总长为 180cm;C0803 站位于 N, E, 水深 45 m, 岩心总长度为 189cm 两站均位于东海内陆架泥质沉积区内, 其位置及邻近海域的底质分布见图 分析测试方法放射性核素测定 : 测试前首先将约 10g 沉积物样品烘干, 烘干后适当研磨, 取 2~5g 干样装入专用的测试样盒密封 15d 用 γ 分析方法对各样品进行无损坏的多种核素同时直接测量 分析仪器为美国 EG&G 公司生产的由高纯锗井型探测器 (Ortec HPGeGWL) 与 Ortec919 型谱控制器和 IBM 微机构成的 16k 道多道分析器所组成的 γ 谱分析系统 放射性 210 Pb 137 Cs 的测定在中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊沉积与环境重点实验室完成 黏土矿物分析 : 黏土矿物分析包括饱和片的制作 分析测试以及黏土含量计算等步骤 饱和片的制作 : 取 3~5g 沉积物样品放入烧杯 图 1 研究站位及东海近岸底质类型 ( 底图源自文献 [25]) Fig.1 Locationofthestudiedcoresandthesurfacesediment distributioninthecoastalareasoftheeastchinasea(modified afterreference[25]) 中, 多次滴加少量 30% 的 H 2O 2 并充分搅拌, 再静置 12h 以充分去除有机质 然后, 加入适量的 (NaPO 3 ) 6 分散剂及蒸馏水, 混匀后静置 根据 Stokes 沉降原理连续提取小于 2μm 的黏土级组分, 离心, 直到提取足量的样品以制作黏土矿物的定向片 用滴管将样品均匀涂在载玻片上, 待定向片自然干燥后, 用乙二醇蒸汽 56 C 下饱和 48h 后上机测试 分析测试 : 黏土矿物 X 射线衍射 (XRD) 分析在中国海洋大学分析测试中心完成, 测试仪器为日本理学产 D/max RB 型旋转阳极 X 射线衍射仪 仪器参数为 :Cu 靶, 工作电压 40kV, 工作电流 100mA 衍射条件设置 : 步进长度 0.02 (2θ), 扫描速度 2 /min, 扫描范围 3 ~33 含量计算 : 对黏土矿物的识别主要是根据衍射图谱上 (001) 晶面反射峰的位置来确定, 即蒙脱石 (17?) 伊利石 (10?) 及高岭石 / 绿泥石 (7?), 其中, 高岭石和绿泥石含量依据 3.57?/3.54? 的衍射峰强度比值来确定 对黏土矿物进行半定量计算时, 各衍射峰的权重因子参照 海洋调查 - 海洋地质地球物质调查国家规范 (GB/T ) 3 分析结果 3.1 沉积物岩心的粒度特征 C0702 站沉积物主要为黏土质粉砂, 存在较明显

3 5期 王亮等 东海内陆架泥质区百年来黏土矿物组成变化及其环境意义 的沉积条带 其中在 32 5 35m 65 67m 133 135m 等层位见 粉 砂 夹 层 5m 及 28 5m 等 处 杂有宽度 3 5 mm 黑色有机质团块或 条 带 其整 体 粒度组成见图 2 C0803 站沉积物整体较均一 属性上也以黏土质 8 粉砂为主 但 在 75 85m 等 层 位 砂 质 含 量 明 显 增 加 上层 17m 颜色较深 含水率不高 且 12 15m 见黑色有机质斑块 在 46m 80m 及 115m 处见 贝壳碎屑 140m 以下条带现象较明显 岩心粒度组 成见图 2 图 2 C0702 站和 C0803 站岩心粒度垂向分布 F 2 T w g z bu C0702 C0803 g 3 2 沉积物岩心的年代标定 利用137C集中释放形成的峰值确定年代 包括 积速率 本文利用210Pb 和137C相结合的方法进行岩心的 年代标定 采用作图法 C IC 模式 求得 Pb对应的沉 210 1 6 3或1 6 4年全球集中核实验形成的主蓄积峰以及 1 8 6年受切尔诺贝利核事故影响形成的次蓄积峰 图 3 沉积物岩心放射性核素分布及沉积速率 F 3 R u bu m C0702 C0803 g 从 C0 7 0 2站137C的分布可见 其主要蓄积峰在 2 0 分别对应1 1m 和5 0 5 1m 处 8 6年和1 6 4年 2 以此判断 沉积速率约为 0 1 8 6 2 0 0 年间 8 7m 1 6 4 1 8 6年阶段 沉积速率约为 1 4 1m 1 6 4年

4 90 海洋学报 37 卷 以前的沉积速率以 年间的平均速率进行估算 则整根岩心覆盖的时间尺度约为 年 由于本站 210 Pb exe 的强度分布与正常的衰变规律差异较大, 以此计算的岩心沉积速率 ( 约 3.2cm/a) 与 137 Cs 的结果出入较大, 故不予采用 但选取的 24~66cm 层位内依据 210 Pb exe 强度拟合的结果 (1.42cm/a) 与 137 Cs 的结果吻合的很好 这一沉积速率与附近的 S0703 站的结果 1.42cm/a [26] 也可以很好地对比 从 C0803 站放射性核素的分布可以看出 : 依据 137 Cs 的强度峰判断,1986 年以来的平均沉积速率约 1.0cm/a, 年间平均沉积速率为 1.05cm/ a; 依据 210 Pb exe 的强度进行拟合, 据剔除异常点后的 22 个层位的强度数据, 得到平均沉积速率为 1.05cm/a, 此时数据拟合效果很好 ( 狉 2 =0.919) 对比可知两种测年方式得到的结果吻合较好, 综合判定其平均沉积速率为 1.05cm/a, 而 C0803 站整个岩心 189cm 的时间跨度约为 180a 3.3 犆 0702 站黏土矿物组成及垂向变化 测试样品的 XRD 曲线显示大部分层位的黏土矿物主要衍射峰均十分明显 根据典型层位的衍射图谱 ( 图 4), 可以看出某些层位蒙脱石衍射峰 (17?) 十分微弱, 如在 33~34cm 81~82cm 处, 表明其含量很少 除此以外的其他层位的图谱比较一致 此外, 样品的 XRD 曲线也显示出方解石和白云石的存在 图 4 C0702 站若干典型层位细粒沉积物 XRD 曲线图谱 Fig.4 TheXRDpaternsofsedimentsinsometypicallayersinthecoreC0702 表 1 犆 0702 站岩心黏土矿物含量及比值的统计特征 犜犪犫.1 犛狋犪狋犻狊狋犻犮狊狅犳犮犾犪狔犿犻狀犲狉犪犾犮狅狀狋犲狀狋狊犪狀犱狋犺犲犻狉狉犪狋犻狅狊犻狀狋犺犲犮狅狉犲犆 0702 各黏土矿物含量 /% 黏土矿物含量比值 项目 蒙脱石伊利石高岭石绿泥石 高岭石 + 绿泥石 伊利石 / 蒙脱石 绿泥石 / 高岭石 伊利石 / 高岭石 0~120cm 最大值 最小值 平均值 标准偏差 上段 平均值 标准偏差 下段 平均值 标准偏差

5 5期 王亮等 东海内陆架泥质区百年来黏土矿物组成变化及其环境意义 C0702 站黏土矿物 组 合为 伊 利 石 高 岭 石 绿 泥石 蒙脱石组合 其中 伊利石含 量最高 平均约 为 73 83 高 岭 石 和 绿 泥 石 次 之 均 值 分 别 约 为 15 和 8 86 蒙 脱 石 含 量 最 低 其 统 计 值 见 表 1 整体来讲 C0702 站主要黏土矿物含量基本稳定 C0702 站黏土矿物分 布 还 表 现 出 局 部 突 变 和 阶 段性差异 在33 34m 81 82m 10 110m 和 1 平均含量均有升高 图5 去掉33 34m 显著异常 层位后 上层 64m 的蒙脱石 伊利石 高岭石 绿泥 石的 平 均 含 量 分 别 为 2 8 73 0 15 1 和 1 而下部的平均值分别为 1 74 6 14 和8 7 见表 1 其变率 选取层位组分含量的差值 相对于整个岩心中最大值与最小值差值的比值 依次 为 27 4 37 35 20 15 和 24 2 同 时 标 准 117 118m 处 黏土矿物含量有显著波动 图 5 而 以约 64m 为 界 上下部分差异明显 与下 部 相比 偏差显示上部 64m 各矿物的含量波 动均 比下 部微 弱 结合沉积年代的标定 判断整个沉积物岩心黏土 上部 64m 除伊利石平均含量降低外 其他 3 种矿物 矿物含量阶段性突变开始的时间为 152 153 年 图 5 C0702 站和 C0803 站岩心黏土矿物的垂向分布特征 F 5 T w bu f m f m C0702 C0803 g ym 3 4 犆0803 站黏土矿物组成及垂向变化 C0803 站黏土矿物 XRD 图谱中主要衍射峰也十 高岭石和绿泥石的含量显著升 高 图 5 上部 62m 分明显 相比 C0702 站 方 解 石 衍 射 峰 微 弱 见 图 6 为为 72 15 3 10 0 和 2 8 蒙脱石的含量在 本站黏土矿物也为伊利石 高岭石 绿泥石 蒙 脱 62m 以上也略有减小 相对其他 3 种矿物变化幅度 不大 但在 62m 以上 其含 量波 动变大 标 准偏 差由 石组合 其伊利石的平均含量最高 高岭 石的和 绿泥 石的含量次之 蒙脱石的含量最低 具体 统计数 据见 表 2 在20 21m 36 37m 56 57m 132 134 内伊利石 高岭石 绿泥石和蒙脱 石的 含量 均值 分别 1 5 变为 1 见 表 2 62m 以 下 4 种 黏土 矿 物 含 量的平 均 值 分 别 为 74 3 14 1 8 6 和 3 0 m 等层位的黏土矿物含量明显异常于上下层位 图 5 和图 6 其变率依次为 25 1 25 24 和 3 3 从黏 垂向分布上 以 62m 为界可以将整个岩心分为 有降低 结合沉积物岩心的时间标定 判断该站黏土 上下两段 其中 62m 以上伊利石的含量明显降低 土矿物含量标准偏差看上层黏土矿物的含量 波动 略 矿物含量阶段性突变开始的时间为 151 152 年

6 92 海洋学报 37 卷 图 6 C0803 站岩心典型层位 X 射线衍射峰特征 Fig.6 TheXRDpaternsofsedimentsinsometypicallayersinthecoreC0803 表 2 犆 0803 站岩心黏土矿物含量及比值的统计特征 犜犪犫.2 犛狋犪狋犻狊狋犻犮狊狅犳犮犾犪狔犿犻狀犲狉犪犾犮狅狀狋犲狀狋狊犪狀犱狋犺犲犻狉狉犪狋犻狅狊犻狀狋犺犲犮狅狉犲犆 0803 各黏土矿物含量 % 黏土矿物含量比值 项目 蒙脱石伊利石高岭石绿泥石 高岭石 + 绿泥石 伊利石 / 蒙脱石 绿泥石 / 高岭石 伊利石 / 高岭石 0~187cm 最大值 最小值 平均值 标准偏差 上段 平均值 标准偏差 下段 平均值 标准偏差 讨论 沉积区的黏土矿物组成主要取决于物源区的岩 [27 29] 性及气候特征以及搬运过程的分异等 一般来讲, 高岭石形成于温暖和潮湿的气候条件, 伊利石和绿泥石形成于相对寒冷和干旱的气候条件, 而蒙脱石 [30] 与火山岩的化学风化作用密切相关 黏土矿物含量的变化除了与物质来源密切相关外, 还受相互间稀 释作用的制约 以往本区黏土矿物的研究侧重于表层沉积物, 而岩心沉积物的研究中年代分辨率较低, [7] 数据虽然也表明黏土矿物含量的微弱变化, 但由于一般认为东海内陆架的沉积物主要受长江物源控制, 且垂向变化不甚明显, 所以很少深入讨论 4.1 泥质区沉积物中黏土矿物来源分析东海沉积物主要来自长江入海径流的泥沙输运以及长江口外物质的冬季再悬浮后的向南搬

7 5 期王亮等 : 东海内陆架泥质区百年来黏土矿物组成变化及其环境意义 93 [3,12 14] 运 同时, 东海泥质区沉积物受到黄河物质的 [31] 较大影响, 特别是北部沉积区, 苏北浅滩的物质向 [32] 南输运可直达杭州湾及其以南 对长江水下三角洲的研究表明约 600 年前黄河物质开始在长江口外沉积中有明显体现,1855 年以后废黄河物质也能穿 [25] 越长江口向南运移 近期通过对黏土矿物组合研究发现, 黄河物质影响范围不仅局限于东海东北部的泥质区, 而是向南推进近 2 个纬度, 可达 29 N 由于长江 黄河流域物源区气候及风化类型的差别, 长江与黄河沉积物黏土矿物组成差异明显, 这有 [34] 利于区分识别两种沉积物的贡献 相比黄河物质, 长江的伊利石 高岭石和绿泥石含均偏高, 而蒙脱石含量显著偏低 ; 黄河与长江沉积物中黏土矿物相比, 蒙脱石含量一般是长江蒙脱石平均含量的 1~3 [18] 倍, 长江和黄河沉积物伊利石 / 蒙脱石比值差别明 [34] 显 周晓静等对浙江沿岸表层沉积物中黏土矿物的研究认为伊利石 蒙脱石和高岭石的相对含量较稳 [35] 定, 具有作为长江物源示踪标记的价值 此外, 长江口以南入海河流的物质组成与长江也有较大差异 徐勇航等的研究表明福建河流 ( 闽江 ) 的黏土矿物以高岭石为主 (40%), 其次是伊利石 (30%) 和绿泥石, [36] 不含蒙脱石, 而台湾西部河流中黏土矿物以伊利 [37] 石和绿泥石为主, 与长江河流及东海内陆架黏土矿物相比伊利石含量相当或略低, 绿泥石含量明显偏高, 高岭石和蒙脱石含量明显偏低 韩江 珠江的高 [38] 岭石含量很高 不过, 浙闽等地的山溪性河流源近流短, 入海悬沙相对长江泥沙供给量有限, 同时较粗物质在河流入海口附近沉积, 每年仅携带少量细颗粒物质入海, 而长江的年输沙量约 3~5 亿吨, 且以粉砂和黏土为主, 据估计长江入海物质的约 30% 搬运至内陆架泥质区, 因此, 浙江沿岸内陆架区的沉积物 [39] 主要受长江入海物质的控制 两站黏土矿物均为伊利石 - 高岭石 - 绿泥石 - 蒙脱石组合, 伊利石占绝对优势, 显示两站沉积物与长江口外以及内陆架大部分地区的黏土矿物组成的一致性, 根据端元分析结果 ( 见图 7a), 可见其主要受长江的控制, 同时受黄河等河流的部分影响 由于长江物质对东海内陆架物质组成的绝对优势, 对比两站沉积矿物的分布和变化可以看出其含量和波动规律具有很大的相似性 从两站沉积物的黏土矿物组成波动来看, 除蒙脱石外, 两站黏土矿物变化规律基本相似, 表现为伊利石含量的降低, 高岭石和绿泥石含量的升高, 且其突变时间接近 同时, 从两站的对比来看 ( 表 3), 南部高岭石和绿泥石的含量增大幅度高于北部, 且绿泥石的变化幅度大于高岭石 C0702 站的蒙脱石含量在 64cm 以上显著升高, 而 C0803 站上层 62cm 的蒙脱石含量相比底部略有下降 一般情况下, 海洋沉积物中黏土矿物组成的变化主要归因于不同物源的贡献差异, 结合洪 枯季悬浮体中黏土矿物的变化规律, 推断伊利石含量降低 高岭石含量升高可能源于长江来源黏土物质的减少 由于 C0702 站距长江口较近, 受黄海物质影响的可能较大, 因此推断 C0702 站上层蒙脱石含量的升高也可能源于废黄河物质输运的比例增大 随着与长江口距离的增大, 闽浙沿岸泥质区越向南与福建等南部河流的关系越大, 这也可以通过 C0702 站和 C0803 站 20 世纪 80 年代前后沉积速率的对比来说明 对比两站突变层位上下部分黏土矿物的平均含量与东海主要河流黏土矿物数据 ( 见图 7b), 只从物源上看, C0803 站黏土矿物的上层的变化似乎表明泥质区南部黏土矿物北向输运比例的增加 表 3 两站沉积物黏土矿物组成的阶段性变化 犜犪犫.3 犘犲狉犻狅犱犻犮犮犺犪狀犵犲狊狅犳犮犾犪狔犿犻狀犲狉犪犾犮狅狀狋犲狀狋狊犻狀狋犺犲狋狑狅犮狅狉犲狊 矿物 蒙脱石含量 /% 伊利石含量 /% 高岭石含量 /% 绿泥石含量 /% 站位 C0702 C0803 C0702 C0803 C0702 C0803 C0702 C0803 下部 上部 演变趋势 升 降 降 降 升 ( 小 ) 升 ( 大 ) 升 ( 小 ) 升 ( 大 ) 年前后黏土矿物组成改变的原因 事件性过程如台风 风暴潮等引起沉积物粒度组 成以及黏土矿物含量的突变, 如 C0702 站 35cm 附近, 沉积记录表现出砂和粉砂含量的突增以及黏土矿

8 海洋学报 37 卷 4 图 7 C0702 和 C0803 站及邻近河流和海域黏土矿物特征图 F 7 T m f gyf C0702 C0803 by v g y g ym j 各层位黏土矿物端元图 b 两站沉积物上下部分黏土矿物演变趋势 闽江数据来自参考文献 7 其他区域黏土矿物数据来源于参考文献 38 T m f f m b v u f w f M v f m f y g ym ym 7 f f m f 38 g 物中蒙脱石含量的突增 高岭石和绿泥 石含 量锐减 但在一般情况下 百年尺度上黏土矿物含量的变化主 度增强时 伊利石含量降低 高岭石含量升高 近 100内东亚冬季风经历了几个阶段的变化 要源于搬运动力的波动及物源区贡献量的差异 而东 徐建军等的研究认为 158 182 年处于本世纪最强 海沿岸流强度受控于东亚冬季风的强度 以下从冬季 的冬季风时期 之 后 又 有 所 减 弱 43 对 148 2008 风强度波动和长江入海悬沙量改变两方面来讨论 年间东亚冬季风指数的研究也显示呈现东亚 冬季 风 4 2 1 东亚冬季风的影响 黏土矿物组合特征除了受物源区的影响 也受控 具有明显的强弱期 20 世纪50 年代至60 年代中期和 70 年代末至 80 年 代中 期 冬 季风 显著 偏强 60 年代 于搬运过程的影响 30 40 41 东海泥质区的形成是长江 末至 70 年代中期以及 80 年代中期至今偏弱 44 而 入海物质在东海沿岸流和台湾暖流相互作用的结果 东亚冬季风的强弱波动必然会在黏土矿物组 合的 年 而颗粒物在东海内陆架的输运主要取决于冬季东海沿 代记录中得到反映 本研究中 C0702 站和 C0803 站 岸流的强度 即冬季风的强弱 当冬季风增强 沿岸流 对应深度的 伊 利 石 高 岭 石 含 量 变 化 与 冬 季 风 在 20 强度增大时 颗粒物被搬运至更远处沉降 而从东海 世纪 50 年代的增强有较好的对 应 此 外随 冬季 风的 陆架区表层沉积物黏土矿物的分布特征来看 长江口 增强 废黄河物质向南输运也会 增多 而黄 海来 源沉 及杭州湾海域的伊利石含量相比浙江沿岸泥质区明显 积物中 蒙 脱 石 的 比 例 明 显 高 于 长 江 物 质 这 也 为 18 偏低 据此推断 当冬季风增强时 同一站位的伊利 石含量就会降低而高岭石的含量相应升高 C0702 站的 50 年 代 后 蒙 脱 石 含 量 的 增 加 找 到 原 因 由于黄海物质的影响范围局限于东海北部 最远可能 当冬季风增强时 沿岸流的强度也增 强 此时搬 不超过 2 N 因 此在 C0803 站 沉 积 物 中 的 蒙 脱 石 变 运的颗粒物的粒度相应的粗化 其黏土与粉砂的比值 化规律和 C0702 站明显不同 也正是由于 冬季 风的 降低 同时根据粒径 标准偏差划分出敏 感粒 级 则 存在粗粒组分的平均粒径变化可近似指代冬季 风的 减弱 C0803 站的 蒙 脱 石 含 量 在 80 年 代 以 后 进 一 步 降低 强弱波动 42 从 C0702 站和 C0803 站中黏土矿物与 为了更直观地判断季风对泥质区黏土矿 物组 成 敏感组分中粗粒级平均粒径以及黏土 粉砂的对应来 阶段性变化影响 对 比了 150 年 以来 两站 伊利 石和 看 见图8 和图 除个别异常层位外 一般在粗粒组 高岭石含量与冬 夏季风强度的变化 见图10 从图 分的平均粒径增大且黏土 粉砂减小 时 即 冬季 风强 中可以看出 从 150 年以来冬 夏季风强度变化比较

9 5 期王亮等 : 东海内陆架泥质区百年来黏土矿物组成变化及其环境意义 95 类似, 且冬夏季风增强时, 整体表现为伊利石含量降低, 高岭石含量升高 同时需要注意的是, 尽管两者 物质来源基本一致, 但由于与物源区距离差异, 两站位之间黏土矿物含量波动的也存在微弱差异 图 8 C0702 站黏土矿物含量与沉积物粒度波动特征对比 Fig.8 TherelationshipbetweenclaymineraldistributionsandgrainsizevariationsinthecoreC0702 图 9 C0803 站黏土矿物含量与沉积物粒度波动特征对比 Fig.9 TherelationshipbetweenclaymineraldistributionsandgrainsizevariationsinthecoreC0803 随着全球变暖,20 世纪 80 年代以后东亚冬季风逐渐减弱, 这会引起长江来源物质向南输运量的减少, 这也应是位于杭州湾外的 C0702 站的沉积速率在 80 年代后大幅减小的原因之一 由于长江来源物质减少, 其在闽浙泥质区的物质供应必然较少, 但 C0803 站沉积速率基本稳定, 表明必有其他来源物质的相应补充, 可能是东海南部物质供应增加 而两站 的黏土矿物组合与 50 年代以前相比仍表现出伊利石含量偏低而高岭石的含量相偏高, 这表明除季风的作用外, 必有其他因素的影响, 其中最可能是源于长江入海颗粒物的减少 长江入海物质通量的改变根据 Wang 等重建的 1860 年以来的长江年入海 [45] 悬沙量与 C0702 和 C0803 站伊利石与高岭石的比

10 海洋学报 37 卷 6 图 10 近 60来岩心中伊利石 高岭石含量波动与东亚季风强度波动的对比 F 10 Cmp b w mv f k w g fe A m g 60y 冬季风指数源于文献 44 夏季风指数源于文献 46 D f w m umm m f m f 45 46 v p y 图 11 长江年入海悬沙量 东亚冬季风与伊利石 高岭石比值的变化特征 F 11 Cmp f S m f C g gr v f E A W M g g j y g f k 长江年输沙量数据来源于文献 45 冬季风指数源自文献 44 48 D f S m f C g gr v f m f 45 f E A W M f m f 44 48 g j

11 5 期王亮等 : 东海内陆架泥质区百年来黏土矿物组成变化及其环境意义 97 值的年代特征对比来看, 当年输沙量降低时, 高岭石含量升高, 伊利石含量及伊利石 / 高岭石的比值均降低, 且两站的波动较为一致 ; 这表明长江入海悬沙量的变化对东海内陆架泥质区的黏土矿物组成也有重要影响 研究表明,20 世纪 50 年代以前, 长江入海水沙变化主要受自然因素的控制 ; 随后, 由于人类活动的不断增强, 特别是由于江河筑坝 水土保持等人类活动的影响, 长江的年入海悬沙不断减小 特别是近 30 年来, 从 20 世纪 50 年代至 80 年代的年均近 5 亿 [22,24,45] 吨锐减至 3 亿多吨 此外, 对当前长江干支流黏土矿物的研究显示, 汉江等上 中游支流的细颗粒 [47] 沉积物对干流中下游影响较大 由于长江中上游物质来源的减少, 必然会引起伊利石含量的下降以及高岭石等组分含量的相对升高 此外, 对长江下游悬浮体中黏土矿物的研究显示洪 枯季节长江悬浮体中黏土矿物表现不同, 与洪季相比, 枯季悬浮体中的伊 [49] 利石含量下降而高岭石含量上升 这与长江入海悬沙的减少而引起伊利石含量降低 高岭石含量升高类似 同时, 长江输沙的减少也会引起内陆架泥质区 北部沉积物中废黄河来源物质比例的相对增加, 使得 C0702 站 1980 年以后蒙脱石含量仍偏高 5 结论 (1) 东海内陆架泥质区黏土矿物组成表明其主要来源于长江物质, 同时受到黄河及瓯江等河流来源的影响 近百年来泥质区的黏土矿物组合特征产生了明显的阶段性变化, 除蒙脱石外, 其他黏土矿物的含量变率约为 20% (2) 约从 1952 年起, 杭州湾以南泥质区的蒙脱石含量明显升高, 伊利石含量明显下降, 高岭石和绿泥石含量整体升高 而瓯江口外的沉积记录显示约 1951 年以来伊利石和蒙脱石含量明显下降, 高岭石和绿泥石含量升高 (3) 东海内陆架泥质区黏土矿物含量近 60 年来的变化受东亚冬季风强弱变化以及长江入海悬沙量不断减少的共同影响 冬季风的增强导致伊利石含量的降低 高岭石含量的升高, 而长江入海悬沙量的减少也会引起伊利石含量的降低 参考文献 : [1] 胡敦欣, 杨作升, 等. 东海海洋通量关键过程 [M]. 北京 : 海洋出版社,2001: HuDunxin,YangZuosheng,etal.KeyProcessesoftheEastChinaSeaFlux[M].Beijing:ChinaOceanPress,2001: [2] LiuJP,LiAC,XuKH,etal.SedimentaryfeaturesoftheYangtzeRiver derivedalong shelfclinoformdepositintheeastchinasea[j].continen talshelfresearch,2006,26(17/18): [3] LiuJP,XuK H,LiAC,etal.FluxandfateofYangtzeRiversedimentdeliveredtotheEastChinaSea[J].Geomorphology,2007,85: [4] 肖尚斌, 李安春, 刘卫国, 等. 闽浙沿岸泥质沉积的物源分析 [J]. 自然科学进展,2009,19(2): XiaoShangbin,LiAnchun,LiuWeiguo,etal.TheanalysisofprovanceofthesedimentintheMin Zhemudareas[J].ProgressinNaturalScience, 2009,19(2): [5] 叶银灿, 庄振业, 刘杜娟, 等. 东海全新世沉积强度分区 [J]. 青岛海洋大学学报 ( 自然科学版 ),2002,36(6): YeYincan,ZhuangZhenye,LiuDujuan,etal.HolocenedepositionalstrengthzoningintheEastChinaSea[J].JournalofOceanUniversityofQing dao,2002,36(6): [6] 李军, 胡邦琦, 窦衍光, 等. 中国东部海域泥质沉积区现代沉积速率及其物源控制效应初探 [J]. 地质论评,2012,58(4): LiJun,HuBangqi,DouYanguang,etal.Modernsedimentationrate,budgetandsupplyofthemuddydepositsintheEastChinaSea[J].Geological Review (inchinese),2012,58(4): [7] XuK H,LiAC,LiuJP,etal.Provenance,structure,andformationofthemudwedgealonginnercontinentalshelfoftheEastChinaSea:Asyn thesisoftheyangtzedispersalsystem[j].marinegeology,2012, : [8] 夏小明, 谢钦春, 李炎, 等. 东海沿岸海底沉积物中的 137 Cs 210 Pb 分布及其沉积环境解释 [J]. 东海海洋,1999(01): XiaXiaoming,XieQinchun,LiYan,etal. 137 Csand 210 PbprofilesoftheseabedcoresalongtheEastChinaSeacoastandtheirimplicationstosedi mentaryenvironment[j].donghaimarinescience,1999(01): [9] HuhCA,SuCC.SedimentationdynamicsintheEastChinaSeaelucidatedfrom 210 Pb, 137 Csand 239,240 Pu[J].MarineGeology,1999,160(1): [10] 刘升发, 石学法, 刘焱光, 等. 中全新世以来东亚冬季风的东海内陆架泥质沉积记录 [J]. 科学通报,2010,56(14): LiuShengfa,ShiXuefa,LiuYanguang,etal.RecordsoftheEastAsianwintermonsoonfromthemudareaontheinnershelfoftheEastChinaSea sincethemid Holocene[J].ChineseScienceBuletin,2010,56(14): [11] 秦蕴珊, 赵一阳, 陈丽蓉, 等. 东海地质 [M]. 北京 : 科学出版社,1987. QinYunshan,ZhaoYiyang,ChenLirong,etal.GeologyoftheEastChinaSea[M].Beijing:ChinaSciencePress,1987. [12] MilimanJD,BeardsleyRC,YangZ,etal.ModernHuanghe derivedmudsontheoutershelfoftheeastchinasea:identificationandpotential transportmechanisms[j].continentalshelfresearch,1985,4(1/2):

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14 100 海洋学报 37 卷 犜犺犲狏犪狉犻犪狋犻狅狀狅犳犮犾犪狔犿犻狀犲狉犪犾狊犮狅狀狋犲狀狋狊狅狀狋犺犲犻狀狀犲狉狊犺犲犾犳狅犳狋犺犲犈犪狊狋犆犺犻狀犪犛犲犪犻狀狋犺犲犾犪狊狋狅狀犲犺狌狀犱狉犲犱狔犲犪狉狊犪狀犱犻狋狊犲狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犻犿狆犾犻犮犪狋犻狅狀 WangLiang 1,2,FanDejiang 1,LiWeiran 1,ZhangXilin 1,3,ChenBin 1,3,TianYuan 1 (1. 犓犲狔犔犪犫狅犳犛狌犫犿犪狉犻狀犲犌犲狅狊犮犻犲狀犮犲狊犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犻狀狋犺犲犕犻狀犻狊狋狉狔狅犳犈犱狌犮犪狋犻狅狀, 犆狅犾犲犵犲狅犳犕犪狉犻狀犲犌犲狅狊犮犻犲狀犮犲狊, 犗犮犲犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻 狋狔狅犳犆犺犻狀犪, 犙犻狀犵犱犪狅 , 犆犺犻狀犪 ;2. 犜犺犻狉犱犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犗犮犲犪狀狅犵狉犪狆犺狔, 犛狋犪狋犲犗犮犲犪狀犻犮犃犱犿犻狀犻狊狋狉犪狋犻狅狀, 犡犻犪犿犲狀 , 犆犺犻狀犪 ;3. 犙犻狀犵犱犪狅犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犕犪狉犻狀犲犌犲狅犾狅犵狔, 犕犻狀犻狊狋狉狔狅犳犔犪狀犱犪狀犱犚犲狊狅狌狉犮犲狊, 犙犻狀犵犱犪狅 , 犆犺犻狀犪 ) 犃犫狊狋狉犪犮狋 :ThemoderndepocenterintheEastChinaSeaisthemudareaontheinnershelf,andtheclayfractionof thesedimentsintheareaisthemaincomponent.inthestudyofsedimentology,theclaymineralsassemblagewas widelyusedasanindicatorofprovenanceandtransportationofparticulates.inthisstudy,weusedthemethodof XRDtostudythevariationofclaymineralcontentsintwogravitycorescolectedfromthemudarea.Theclay minerals,togetherwiththeanalysisofgrainsizeandradioactivedatingonthesamples,havebeenusedtodiscuss theirenvironmentalimplications.theresultshowsthatsedimentsinthemudareaofeastchinaseaaremainlyde rivedfromthesupplyofchangjiangriver,andcontainalitlefromthehuangheriverandoujiangriver.and, claymineralrecordshaveexhibitedsignificantchangesinthelastonehundredyears,whichmaybeinfluencedby thefluctuationsofeastasianmonsoonandthedecreasingofsedimentdischargeofthechangjiangriver. 犓犲狔狑狅狉犱狊 :innershelfintheeastchinasea;clayminerals;provenance;eastasianmonsoon;sedimentdischargeof thechangjiangriver

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