王亮，范德江，李巍然，張喜林，3，陳彬，3，田元

(1.中國(guó)海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院 海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；2.國(guó)家海洋局 第三海洋研究所，福建 廈門 361005；3.國(guó)土資源部 青島海洋地質(zhì)研究所，山東 青島 266071)

東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)百年來(lái)黏土礦物組成變化及其環(huán)境意義

王亮1，2，范德江1*，李巍然1，張喜林1，3，陳彬1，3，田元1

(1.中國(guó)海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院 海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；2.國(guó)家海洋局 第三海洋研究所，福建 廈門 361005；3.國(guó)土資源部 青島海洋地質(zhì)研究所，山東 青島 266071)

東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)是東?，F(xiàn)代沉積的“匯”，其中黏土組分是泥質(zhì)區(qū)沉積物的重要組成部分。沉積物中黏土礦物組合是反映沉積區(qū)物質(zhì)來(lái)源和搬運(yùn)動(dòng)力狀況的良好指標(biāo)。本文利用XRD方法分析了東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)兩根沉積物巖心中黏土礦物組成和含量變化，結(jié)合放射性年代標(biāo)定，揭示了近百年來(lái)黏土礦物組成的演變特征，探討了黏土礦物的來(lái)源及其含量變化的制約因素。結(jié)果表明：東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)沉積物以長(zhǎng)江來(lái)源物質(zhì)為主，受黃河及甌江等河流物質(zhì)的影響；近百年來(lái)內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)黏土礦物組合發(fā)生顯著階段性變化，它們是東亞季風(fēng)強(qiáng)弱波動(dòng)和長(zhǎng)江入海懸沙減少的共同作用的結(jié)果。

東海內(nèi)陸架；黏土礦物；物源；東亞季風(fēng)；長(zhǎng)江輸沙

1 引言

東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)分布在長(zhǎng)江入?？谝阅?、水深60 m以淺的閩浙沿岸一帶。東海泥質(zhì)區(qū)主要由32 μm以下的細(xì)顆粒物質(zhì)組成，分選良好[1]，該泥質(zhì)區(qū)呈東北-西南向條帶狀分布，厚度介于0～40 m，為現(xiàn)代沉積中心和物質(zhì)的“匯”[2-4]，也是研究全新世以來(lái)海陸相互作用及沉積記錄對(duì)自然變化與人類活動(dòng)作用響應(yīng)的重要選區(qū)。東海內(nèi)陸架的全新世沉積速率[5]和現(xiàn)代沉積速率的研究[2，6—7]均表明本區(qū)為僅次于長(zhǎng)江口的高速沉積區(qū)，百年來(lái)的沉積速率約0.5～2.5 cm/a[2，8—10]，可以實(shí)現(xiàn)年際甚至季節(jié)分辨率的沉積記錄識(shí)別。眾多的學(xué)者研究認(rèn)為內(nèi)陸架泥質(zhì)沉積體主要由來(lái)自長(zhǎng)江的物質(zhì)在浙閩沿岸流等動(dòng)力作用下沉積而成[3，11—15]，同時(shí)，含有浙江沿岸小型河流輸入的部分物質(zhì)[16]。

黏土粒級(jí)組分是內(nèi)陸架泥質(zhì)沉積的重要組成部分，它在追蹤季風(fēng)演變和物質(zhì)來(lái)源上有重要意義[17—18]。黏土礦物作為黏土粒級(jí)組分的主體，黏土礦物組合變化為研究物質(zhì)來(lái)源及搬運(yùn)途徑、環(huán)流強(qiáng)度的演化以及研究氣候變化原因、機(jī)制和對(duì)地球系統(tǒng)的響應(yīng)提供了豐富的資料及背景材料[19]。東海內(nèi)陸架黏土礦物組分均以伊利石、綠泥石、高嶺石、蒙脫石為主，東海表層沉積物黏土礦物整體分布特征表現(xiàn)為由北向南蒙脫石含量由高變低，綠泥石、伊利石、高嶺石由低變高[18]。此外，陸架區(qū)域蒙脫石的含量分布與伊利石相反，在北部和南部含量較高、中部較低，高嶺石含量由近岸向外海逐漸減少[20—21]。

東海表層沉積物的黏土礦物研究幾十年來(lái)已獲得不少進(jìn)展，千年及以上時(shí)間尺度上的黏土礦物研究亦有開展[7，10]，但由于其來(lái)源以長(zhǎng)江物質(zhì)為主，所以黏土礦物年際演變研究較少，至于百年尺度高分辨率的研究更是鮮有涉及。歷史資料顯示，洪水事件使長(zhǎng)江入海主河道不斷改變，1870年期間的大洪水使長(zhǎng)江入海主泓改走南支，而1949、1954年洪水使長(zhǎng)江主泓重回北港。此外，由于大壩建設(shè)及水土保持，1980年以后長(zhǎng)江入海物質(zhì)大幅減少[22—24]，細(xì)顆粒沉積物的沿岸輸運(yùn)也隨之大幅減少。這些過程在東海內(nèi)陸架區(qū)黏土礦物組成與分布上是否存在明顯響應(yīng)以及其變化如何等問題亟需清晰的認(rèn)識(shí)。本文通過對(duì)閩浙沿岸的兩根沉積物巖心中高分辨的黏土礦物分析，以期獲得百年來(lái)內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)黏土礦物含量的演化規(guī)律及其對(duì)上述短期變化響應(yīng)的認(rèn)識(shí)。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

沉積物巖心采集于2009年5月，由“東方紅2號(hào)”科學(xué)考察船執(zhí)行973項(xiàng)目“中國(guó)東部陸架海海洋物理環(huán)境演變及其環(huán)境效應(yīng)”時(shí)使用重力取樣器獲得。其中，C0702站位于29°12.527′N，122°27.176′E，水深40 m，巖心總長(zhǎng)為180 cm；C0803站位于27°38.37′N，121°39.24′E，水深45 m，巖心總長(zhǎng)度為189 cm。兩站均位于東海內(nèi)陸架泥質(zhì)沉積區(qū)內(nèi)，其位置及鄰近海域的底質(zhì)分布見圖1。

圖1 研究站位及東海近岸底質(zhì)類型(底圖源自文獻(xiàn)[25])Fig.1 Location of the studied cores and the surface sediment distribution in the coastal areas of the East China Sea (modified after reference [25])

2.2 分析測(cè)試方法

放射性核素測(cè)定：測(cè)試前首先將約10 g沉積物樣品烘干，烘干后適當(dāng)研磨，取2～5 g干樣裝入專用的測(cè)試樣盒密封15 d。用γ分析方法對(duì)各樣品進(jìn)行無(wú)損壞的多種核素同時(shí)直接測(cè)量。分析儀器為美國(guó)EG&G公司生產(chǎn)的由高純鍺井型探測(cè)器(Ortec HPGe GWL)與Ortec 919型譜控制器和IBM微機(jī)構(gòu)成的16 k道多道分析器所組成的γ譜分析系統(tǒng)。放射性210Pb、137Cs的測(cè)定在中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊沉積與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

黏土礦物分析：黏土礦物分析包括飽和片的制作、分析測(cè)試以及黏土含量計(jì)算等步驟。

飽和片的制作：取3～5 g沉積物樣品放入燒杯中，多次滴加少量30%的H2O2并充分?jǐn)嚢?，再靜置12 h以充分去除有機(jī)質(zhì)。然后，加入適量的(NaPO3)6分散劑及蒸餾水，混勻后靜置。根據(jù)Stokes沉降原理連續(xù)提取小于2 μm的黏土級(jí)組分，離心，直到提取足量的樣品以制作黏土礦物的定向片。用滴管將樣品均勻涂在載玻片上，待定向片自然干燥后，用乙二醇蒸汽56°C下飽和48 h后上機(jī)測(cè)試。

分析測(cè)試：黏土礦物X射線衍射(XRD)分析在中國(guó)海洋大學(xué)分析測(cè)試中心完成，測(cè)試儀器為日本理學(xué)產(chǎn)D/max-RB型旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線衍射儀。儀器參數(shù)為：Cu靶，工作電壓40 kV，工作電流100 mA。衍射條件設(shè)置：步進(jìn)長(zhǎng)度0.02°(2θ)，掃描速度2°/min，掃描范圍3°～33°。

含量計(jì)算：對(duì)黏土礦物的識(shí)別主要是根據(jù)衍射圖譜上(001)晶面反射峰的位置來(lái)確定，即蒙脫石(17 ?)、伊利石(10 ?)及高嶺石/綠泥石(7 ?)，其中，高嶺石和綠泥石含量依據(jù)3.57 ?/3.54 ? 的衍射峰強(qiáng)度比值來(lái)確定。對(duì)黏土礦物進(jìn)行半定量計(jì)算時(shí)，各衍射峰的權(quán)重因子參照《海洋調(diào)查-海洋地質(zhì)地球物質(zhì)調(diào)查國(guó)家規(guī)范》(GB/T 2763.8—2007)。

3 分析結(jié)果

3.1 沉積物巖心的粒度特征

C0702站沉積物主要為黏土質(zhì)粉砂，存在較明顯的沉積條帶。其中在32.5～35 cm、65～67 cm、133～135 cm等層位見粉砂夾層，9.5 cm及28.5 cm等處雜有寬度3～5 mm黑色有機(jī)質(zhì)團(tuán)塊或條帶，其整體粒度組成見圖2。

C0803站沉積物整體較均一，屬性上也以黏土質(zhì)粉砂為主，但在75～85 cm等層位砂質(zhì)含量明顯增加。上層17 cm顏色較深，含水率不高，且12～15 cm見黑色有機(jī)質(zhì)斑塊。在46 cm、80 cm及115 cm處見貝殼碎屑，140 cm以下條帶現(xiàn)象較明顯，巖心粒度組成見圖2。

圖2 C0702站和C0803站巖心粒度垂向分布Fig.2 The down-core grain size distributions in the cores C0702 and C0803

3.2 沉積物巖心的年代標(biāo)定

本文利用210Pb和137Cs相結(jié)合的方法進(jìn)行巖心的年代標(biāo)定。采用作圖法(CIC模式)求得210Pb對(duì)應(yīng)的沉積速率；利用137Cs集中釋放形成的峰值確定年代，包括1963或1964年全球集中核實(shí)驗(yàn)形成的主蓄積峰以及1986年受切爾諾貝利核事故影響形成的次蓄積峰。

圖3 沉積物巖心放射性核素分布及沉積速率Fig.3 Radionuclides distribution and sedimentation rates in the cores C0702 and C0803

從C0702站137Cs的分布可見，其主要蓄積峰在20～21 cm和50～51 cm處，分別對(duì)應(yīng)1986年和1964年。以此判斷，1986-2009年間，沉積速率約為0.87 cm/a；1964-1986年階段，沉積速率約為1.41 cm/a；1964年以前的沉積速率以1964-2009年間的平均速率進(jìn)行估算。則整根巖心覆蓋的時(shí)間尺度約為1851-2009年。由于本站210Pbexe的強(qiáng)度分布與正常的衰變規(guī)律差異較大，以此計(jì)算的巖心沉積速率(約3.2 cm/a)與137Cs的結(jié)果出入較大，故不予采用。但選取的24～66 cm層位內(nèi)依據(jù)210Pbexe強(qiáng)度擬合的結(jié)果(1.42 cm/a)與137Cs的結(jié)果吻合的很好。這一沉積速率與附近的S0703站的結(jié)果1.42 cm/a[26]也可以很好地對(duì)比。

從C0803站放射性核素的分布可以看出：依據(jù)137Cs的強(qiáng)度峰判斷，1986年以來(lái)的平均沉積速率約1.0 cm/a，1964-1986年間平均沉積速率為1.05 cm/a；依據(jù)210Pbexe的強(qiáng)度進(jìn)行擬合，據(jù)剔除異常點(diǎn)后的22個(gè)層位的強(qiáng)度數(shù)據(jù)，得到平均沉積速率為1.05 cm/a，此時(shí)數(shù)據(jù)擬合效果很好(r2=0.919)。對(duì)比可知兩種測(cè)年方式得到的結(jié)果吻合較好，綜合判定其平均沉積速率為1.05 cm/a，而C0803站整個(gè)巖心189 cm的時(shí)間跨度約為180 a。

3.3 C0702站黏土礦物組成及垂向變化

測(cè)試樣品的XRD曲線顯示大部分層位的黏土礦物主要衍射峰均十分明顯。根據(jù)典型層位的衍射圖譜(圖4)，可以看出某些層位蒙脫石衍射峰(17 ?)十分微弱，如在33～34 cm、81～82 cm處，表明其含量很少。除此以外的其他層位的圖譜比較一致。此外，樣品的XRD曲線也顯示出方解石和白云石的存在。

圖4 C0702站若干典型層位細(xì)粒沉積物XRD曲線圖譜Fig.4 The XRD patterns of sediments in some typical layers in the core C0702

表1 C0702站巖心黏土礦物含量及比值的統(tǒng)計(jì)特征

Tab.1 Statistics of clay mineral contents and their ratios in the core C0702

項(xiàng)目各黏土礦物含量/%黏土礦物含量比值蒙脫石伊利石高嶺石綠泥石高嶺石+綠泥石伊利石/蒙脫石綠泥石/高嶺石伊利石/高嶺石0～120cm最大值5 278 318 89 626 4148 50 75 8最小值0 571 713 67 521 114 10 43 8平均值2 473 715 08 923 935 90 64 9標(biāo)準(zhǔn)偏差0 81 40 90 51 122 10 00 4上段平均值2 873 015 19 124 226 90 64 8標(biāo)準(zhǔn)偏差0 70 40 50 40 84 70 00 2下段平均值1 974 614 98 723 645 50 65 0標(biāo)準(zhǔn)偏差0 41 51 30 61 328 80 10 5

C0702站黏土礦物組合為伊利石-高嶺石-綠泥石-蒙脫石組合。其中，伊利石含量最高，平均約為73.83%；高嶺石和綠泥石次之，均值分別約為15%和8.86%；蒙脫石含量最低，其統(tǒng)計(jì)值見表1。整體來(lái)講，C0702站主要黏土礦物含量基本穩(wěn)定。

C0702站黏土礦物分布還表現(xiàn)出局部突變和階段性差異。在33～34 cm、81～82 cm、109～110 cm和117～118 cm處，黏土礦物含量有顯著波動(dòng)(圖5)；而以約64 cm為界，上下部分差異明顯。與下部相比，上部64 cm除伊利石平均含量降低外，其他3種礦物平均含量均有升高(圖5)。去掉33～34 cm顯著異常層位后，上層64 cm的蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石的平均含量分別為2.8%、73.0%、15.1%和9.1%，而下部的平均值分別為1.9%、74.6%、14.9%和8.7%(見表1)，其變率(選取層位組分含量的差值相對(duì)于整個(gè)巖心中最大值與最小值差值的比值)依次為27.94%、-37.35%、20.15%和24.2%；同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)偏差顯示上部64 cm各礦物的含量波動(dòng)均比下部微弱。結(jié)合沉積年代的標(biāo)定，判斷整個(gè)沉積物巖心黏土礦物含量階段性突變開始的時(shí)間為1952-1953年。

圖5 C0702站和C0803站巖心黏土礦物的垂向分布特征Fig.5 The down-core distributions of clay minerals in sediments from the cores C0702 and C0803

3.4 C0803站黏土礦物組成及垂向變化

C0803站黏土礦物XRD圖譜中主要衍射峰也十分明顯，相比C0702站方解石衍射峰微弱(見圖6)。本站黏土礦物也為伊利石-高嶺石-綠泥石-蒙脫石組合，其伊利石的平均含量最高，高嶺石的和綠泥石的含量次之；蒙脫石的含量最低，具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2。在20～21 cm、36～37 cm、56～57 cm、132～134 cm等層位的黏土礦物含量明顯異常于上下層位(圖5和圖6)。

垂向分布上，以62 cm為界可以將整個(gè)巖心分為上下兩段。其中62 cm以上伊利石的含量明顯降低，高嶺石和綠泥石的含量顯著升高(圖5)，上部62 cm內(nèi)伊利石、高嶺石、綠泥石和蒙脫石的含量均值分別為為72%、15.3%、10.0%和2.8%，蒙脫石的含量在62 cm以上也略有減小，相對(duì)其他3種礦物變化幅度不大，但在62 cm以上其含量波動(dòng)變大，標(biāo)準(zhǔn)偏差由1.5變?yōu)?.9(見表2)。62 cm以下4種黏土礦物含量的平均值分別為74.3%、14.1%、8.6%和3.0%，其變率依次為-25.1%、25.%、24%和-3.3%，從黏土礦物含量標(biāo)準(zhǔn)偏差看上層黏土礦物的含量波動(dòng)略有降低。結(jié)合沉積物巖心的時(shí)間標(biāo)定，判斷該站黏土礦物含量階段性突變開始的時(shí)間為1951-1952年。

圖6 C0803站巖心典型層位X射線衍射峰特征Fig.6 The XRD patterns of sediments in some typical layers in the core C0803

表2 C0803站巖心黏土礦物含量及比值的統(tǒng)計(jì)特征

Tab.2 Statistics of clay mineral contents and their ratios in the core C0803

項(xiàng)目各黏土礦物含量%黏土礦物含量比值蒙脫石伊利石高嶺石綠泥石高嶺石+綠泥石伊利石/蒙脫石綠泥石/高嶺石伊利石/高嶺石0～187cm最大值8 277 017 512 128 6149 70 86 0最小值0 567 712 76 420 98 60 43 9平均值2 973 214 79 324 033 50 65 0標(biāo)準(zhǔn)偏差1 51 91 11 11 921 90 10 5上段平均值2 872 015 310 025 239 20 74 7標(biāo)準(zhǔn)偏差1 91 71 11 21 629 30 10 1下段平均值3 074 314 18 622 727 70 65 3標(biāo)準(zhǔn)偏差0 91 30 80 60 911 60 10 4

4 討論

沉積區(qū)的黏土礦物組成主要取決于物源區(qū)的巖性及氣候特征以及搬運(yùn)過程的分異等[27—29]。一般來(lái)講，高嶺石形成于溫暖和潮濕的氣候條件，伊利石和綠泥石形成于相對(duì)寒冷和干旱的氣候條件，而蒙脫石與火山巖的化學(xué)風(fēng)化作用密切相關(guān)[30]。黏土礦物含量的變化除了與物質(zhì)來(lái)源密切相關(guān)外，還受相互間稀釋作用的制約。以往本區(qū)黏土礦物的研究側(cè)重于表層沉積物，而巖心沉積物的研究中年代分辨率較低，數(shù)據(jù)雖然也表明黏土礦物含量的微弱變化[7]，但由于一般認(rèn)為東海內(nèi)陸架的沉積物主要受長(zhǎng)江物源控制，且垂向變化不甚明顯，所以很少深入討論。

4.1 泥質(zhì)區(qū)沉積物中黏土礦物來(lái)源分析

東海沉積物主要來(lái)自長(zhǎng)江入海徑流的泥沙輸運(yùn)以及長(zhǎng)江口外物質(zhì)的冬季再懸浮后的向南搬運(yùn)[3，12—14]。同時(shí)，東海泥質(zhì)區(qū)沉積物受到黃河物質(zhì)的較大影響，特別是北部沉積區(qū)[31]，蘇北淺灘的物質(zhì)向南輸運(yùn)可直達(dá)杭州灣及其以南[32]。對(duì)長(zhǎng)江水下三角洲的研究表明約600年前黃河物質(zhì)開始在長(zhǎng)江口外沉積中有明顯體現(xiàn)，1855年以后廢黃河物質(zhì)也能穿越長(zhǎng)江口向南運(yùn)移[25]。近期通過對(duì)黏土礦物組合研究發(fā)現(xiàn)，黃河物質(zhì)影響范圍不僅局限于東海東北部的泥質(zhì)區(qū)，而是向南推進(jìn)近2個(gè)緯度，可達(dá)29°N。

由于長(zhǎng)江、黃河流域物源區(qū)氣候及風(fēng)化類型的差別，長(zhǎng)江與黃河沉積物黏土礦物組成差異明顯，這有利于區(qū)分識(shí)別兩種沉積物的貢獻(xiàn)[34]。相比黃河物質(zhì)，長(zhǎng)江的伊利石、高嶺石和綠泥石含均偏高，而蒙脫石含量顯著偏低；黃河與長(zhǎng)江沉積物中黏土礦物相比，蒙脫石含量一般是長(zhǎng)江蒙脫石平均含量的1～3倍[18]，長(zhǎng)江和黃河沉積物伊利石/蒙脫石比值差別明顯[34]。周曉靜等對(duì)浙江沿岸表層沉積物中黏土礦物的研究認(rèn)為伊利石、蒙脫石和高嶺石的相對(duì)含量較穩(wěn)定，具有作為長(zhǎng)江物源示蹤標(biāo)記的價(jià)值[35]。此外，長(zhǎng)江口以南入海河流的物質(zhì)組成與長(zhǎng)江也有較大差異。徐勇航等的研究表明福建河流(閩江)的黏土礦物以高嶺石為主(40%)，其次是伊利石(30%)和綠泥石，不含蒙脫石[36]，而臺(tái)灣西部河流中黏土礦物以伊利石和綠泥石為主[37]，與長(zhǎng)江河流及東海內(nèi)陸架黏土礦物相比伊利石含量相當(dāng)或略低，綠泥石含量明顯偏高，高嶺石和蒙脫石含量明顯偏低。韓江、珠江的高嶺石含量很高[38]。不過，浙閩等地的山溪性河流源近流短，入海懸沙相對(duì)長(zhǎng)江泥沙供給量有限，同時(shí)較粗物質(zhì)在河流入海口附近沉積，每年僅攜帶少量細(xì)顆粒物質(zhì)入海，而長(zhǎng)江的年輸沙量約3～5億噸，且以粉砂和黏土為主，據(jù)估計(jì)長(zhǎng)江入海物質(zhì)的約30%搬運(yùn)至內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)，因此，浙江沿岸內(nèi)陸架區(qū)的沉積物主要受長(zhǎng)江入海物質(zhì)的控制[39]。

兩站黏土礦物均為伊利石-高嶺石-綠泥石-蒙脫石組合，伊利石占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，顯示兩站沉積物與長(zhǎng)江口外以及內(nèi)陸架大部分地區(qū)的黏土礦物組成的一致性，根據(jù)端元分析結(jié)果(見圖7a)，可見其主要受長(zhǎng)江的控制，同時(shí)受黃河等河流的部分影響。

由于長(zhǎng)江物質(zhì)對(duì)東海內(nèi)陸架物質(zhì)組成的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)比兩站沉積礦物的分布和變化可以 看出其含量和波動(dòng)規(guī)律具有很大的相似性。從兩站沉積物的黏土礦物組成波動(dòng)來(lái)看，除蒙脫石外，兩站黏土礦物變化規(guī)律基本相似，表現(xiàn)為伊利石含量的降低，高嶺石和綠泥石含量的升高，且其突變時(shí)間接近。同時(shí)，從兩站的對(duì)比來(lái)看(表3)，南部高嶺石和綠泥石的含量增大幅度高于北部，且綠泥石的變化幅度大于高嶺石。C0702站的蒙脫石含量在64 cm以上顯著升高，而C0803站上層62 cm的蒙脫石含量相比底部略有下降。一般情況下，海洋沉積物中黏土礦物組成的變化主要?dú)w因于不同物源的貢獻(xiàn)差異，結(jié)合洪、枯季懸浮體中黏土礦物的變化規(guī)律，推斷伊利石含量降低、高嶺石含量升高可能源于長(zhǎng)江來(lái)源黏土物質(zhì)的減少。由于C0702站距長(zhǎng)江口較近，受黃海物質(zhì)影響的可能較大，因此推斷C0702站上層蒙脫石含量的升高也可能源于廢黃河物質(zhì)輸運(yùn)的比例增大。隨著與長(zhǎng)江口距離的增大，閩浙沿岸泥質(zhì)區(qū)越向南與福建等南部河流的關(guān)系越大，這也可以通過C0702站和C0803站20世紀(jì)80年代前后沉積速率的對(duì)比來(lái)說明。對(duì)比兩站突變層位上下部分黏土礦物的平均含量與東海主要河流黏土礦物數(shù)據(jù)(見圖7b)，只從物源上看，C0803站黏土礦物的上層的變化似乎表明泥質(zhì)區(qū)南部黏土礦物北向輸運(yùn)比例的增加。

圖7 C0702和C0803站及鄰近河流和海域黏土礦物特征圖Fig.7 Ternary diagram of clay mineralogy for the cores C0702，C0803，nearby rivers and adjacent areas

表3 兩站沉積物黏土礦物組成的階段性變化

Tab.3 Periodic changes of clay mineral contents in the two cores

礦物蒙脫石含量/%伊利石含量/%高嶺石含量/%綠泥石含量/%站位C0702C0803C0702C0803C0702C0803C0702C0803下部1 93 074 674 314 914 18 78 6上部2 82 873 072 015 115 39 110 0演變趨勢(shì)升降降降升(小)升(大)升(小)升(大)

4.2 1950年前后黏土礦物組成改變的原因

事件性過程如臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮等引起沉積物粒度組成以及黏土礦物含量的突變，如C0702站35 cm附近，沉積記錄表現(xiàn)出砂和粉砂含量的突增以及黏土礦物中蒙脫石含量的突增、高嶺石和綠泥石含量銳減。但在一般情況下，百年尺度上黏土礦物含量的變化主要源于搬運(yùn)動(dòng)力的波動(dòng)及物源區(qū)貢獻(xiàn)量的差異，而東海沿岸流強(qiáng)度受控于東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度，以下從冬季風(fēng)強(qiáng)度波動(dòng)和長(zhǎng)江入海懸沙量改變兩方面來(lái)討論。

4.2.1 東亞冬季風(fēng)的影響

黏土礦物組合特征除了受物源區(qū)的影響，也受控于搬運(yùn)過程的影響[30，40—41]。東海泥質(zhì)區(qū)的形成是長(zhǎng)江入海物質(zhì)在東海沿岸流和臺(tái)灣暖流相互作用的結(jié)果，而顆粒物在東海內(nèi)陸架的輸運(yùn)主要取決于冬季東海沿岸流的強(qiáng)度，即冬季風(fēng)的強(qiáng)弱。當(dāng)冬季風(fēng)增強(qiáng)、沿岸流強(qiáng)度增大時(shí)，顆粒物被搬運(yùn)至更遠(yuǎn)處沉降。而從東海陸架區(qū)表層沉積物黏土礦物的分布特征來(lái)看，長(zhǎng)江口及杭州灣海域的伊利石含量相比浙江沿岸泥質(zhì)區(qū)明顯偏低[18]。據(jù)此推斷，當(dāng)冬季風(fēng)增強(qiáng)時(shí)，同一站位的伊利石含量就會(huì)降低而高嶺石的含量相應(yīng)升高。

當(dāng)冬季風(fēng)增強(qiáng)時(shí)，沿岸流的強(qiáng)度也增強(qiáng)，此時(shí)搬運(yùn)的顆粒物的粒度相應(yīng)的粗化，其黏土與粉砂的比值降低，同時(shí)根據(jù)粒徑-標(biāo)準(zhǔn)偏差劃分出敏感粒級(jí)，則存在粗粒組分的平均粒徑變化可近似指代冬季風(fēng)的強(qiáng)弱波動(dòng)[42]。從C0702站和C0803站中黏土礦物與敏感組分中粗粒級(jí)平均粒徑以及黏土/粉砂的對(duì)應(yīng)來(lái)看(見圖8和圖9)，除個(gè)別異常層位外，一般在粗粒組分的平均粒徑增大且黏土/粉砂減小時(shí)，即冬季風(fēng)強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，伊利石含量降低、高嶺石含量升高。

近100 a內(nèi)東亞冬季風(fēng)經(jīng)歷了幾個(gè)階段的變化。徐建軍等的研究認(rèn)為1958-1982年處于本世紀(jì)最強(qiáng)的冬季風(fēng)時(shí)期，之后又有所減弱[43]。對(duì)1948-2008年間東亞冬季風(fēng)指數(shù)的研究也顯示呈現(xiàn)東亞冬季風(fēng)具有明顯的強(qiáng)弱期：20世紀(jì)50年代至60年代中期和70年代末至80年代中期，冬季風(fēng)顯著偏強(qiáng)；60年代末至70年代中期以及80年代中期至今偏弱[44]。而東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)弱波動(dòng)必然會(huì)在黏土礦物組合的年代記錄中得到反映。本研究中C0702站和C0803站對(duì)應(yīng)深度的伊利石、高嶺石含量變化與冬季風(fēng)在20世紀(jì)50年代的增強(qiáng)有較好的對(duì)應(yīng)，此外隨冬季風(fēng)的增強(qiáng)，廢黃河物質(zhì)向南輸運(yùn)也會(huì)增多，而黃海來(lái)源沉積物中蒙脫石的比例明顯高于長(zhǎng)江物質(zhì)，這也為C0702站的50年代后蒙脫石含量的增加找到原因。由于黃海物質(zhì)的影響范圍局限于東海北部，最遠(yuǎn)可能不超過29°N，因此在C0803站沉積物中的蒙脫石變化規(guī)律和C0702站明顯不同。也正是由于冬季風(fēng)的減弱，C0803站的蒙脫石含量在80年代以后進(jìn)一步降低。

為了更直觀地判斷季風(fēng)對(duì)泥質(zhì)區(qū)黏土礦物組成階段性變化影響，對(duì)比了1950年以來(lái)兩站伊利石和高嶺石含量與冬、夏季風(fēng)強(qiáng)度的變化(見圖10)。從圖中可以看出，從1950年以來(lái)冬、夏季風(fēng)強(qiáng)度變化比較類似，且冬夏季風(fēng)增強(qiáng)時(shí)，整體表現(xiàn)為伊利石含量降低，高嶺石含量升高。同時(shí)需要注意的是，盡管兩者物質(zhì)來(lái)源基本一致，但由于與物源區(qū)距離差異，兩站位之間黏土礦物含量波動(dòng)的也存在微弱差異。

圖8 C0702站黏土礦物含量與沉積物粒度波動(dòng)特征對(duì)比Fig.8 The relationship between clay mineral distributions and grain size variations in the core C0702

圖9 C0803站黏土礦物含量與沉積物粒度波動(dòng)特征對(duì)比Fig.9 The relationship between clay mineral distributions and grain size variations in the core C0803

圖10 近60 a來(lái)巖心中伊利石、高嶺石含量波動(dòng)與東亞季風(fēng)強(qiáng)度波動(dòng)的對(duì)比Fig.10 Comparison betweem variations of illite，kaolinite contents in the two cores and the strength of East Asian monsoon in the latest 60 years

圖11 長(zhǎng)江年入海懸沙量、東亞冬季風(fēng)與伊利石、高嶺石比值的變化特征Fig.11 Comparison of the Sediment diacharge of the Changjiang River，intensity of the East Asian Winter Monsoon and ratios changes of illite and kaolinite

隨著全球變暖，20世紀(jì)80年代以后東亞冬季風(fēng)逐漸減弱，這會(huì)引起長(zhǎng)江來(lái)源物質(zhì)向南輸運(yùn)量的減少，這也應(yīng)是位于杭州灣外的C0702站的沉積速率在80年代后大幅減小的原因之一。由于長(zhǎng)江來(lái)源物質(zhì)減少，其在閩浙泥質(zhì)區(qū)的物質(zhì)供應(yīng)必然較少，但C0803站沉積速率基本穩(wěn)定，表明必有其他來(lái)源物質(zhì)的相應(yīng)補(bǔ)充，可能是東海南部物質(zhì)供應(yīng)增加。而兩站的黏土礦物組合與50年代以前相比仍表現(xiàn)出伊利石含量偏低而高嶺石的含量相偏高，這表明除季風(fēng)的作用外，必有其他因素的影響，其中最可能是源于長(zhǎng)江入海顆粒物的減少。

4.2.2 長(zhǎng)江入海物質(zhì)通量的改變

根據(jù)Wang等重建的1860年以來(lái)的長(zhǎng)江年入海懸沙量[45]與C0702和C0803站伊利石與高嶺石的比值的年代特征對(duì)比來(lái)看，當(dāng)年輸沙量降低時(shí)，高嶺石含量升高，伊利石含量及伊利石/高嶺石的比值均降低，且兩站的波動(dòng)較為一致；這表明長(zhǎng)江入海懸沙量的變化對(duì)東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)的黏土礦物組成也有重要影響。研究表明，20世紀(jì)50年代以前，長(zhǎng)江入海水沙變化主要受自然因素的控制；隨后，由于人類活動(dòng)的不斷增強(qiáng)，特別是由于江河筑壩、水土保持等人類活動(dòng)的影響，長(zhǎng)江的年入海懸沙不斷減小。特別是近30年來(lái)，從20世紀(jì)50年代至80年代的年均近5億噸銳減至3億多噸[22，24，45]。此外，對(duì)當(dāng)前長(zhǎng)江干支流黏土礦物的研究顯示，漢江等上、中游支流的細(xì)顆粒沉積物對(duì)干流中下游影響較大[47]。由于長(zhǎng)江中上游物質(zhì)來(lái)源的減少，必然會(huì)引起伊利石含量的下降以及高嶺石等組分含量的相對(duì)升高。此外，對(duì)長(zhǎng)江下游懸浮體中黏土礦物的研究顯示洪、枯季節(jié)長(zhǎng)江懸浮體中黏土礦物表現(xiàn)不同，與洪季相比，枯季懸浮體中的伊利石含量下降而高嶺石含量上升[49]。這與長(zhǎng)江入海懸沙的減少而引起伊利石含量降低、高嶺石含量升高類似。同時(shí)，長(zhǎng)江輸沙的減少也會(huì)引起內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)北部沉積物中廢黃河來(lái)源物質(zhì)比例的相對(duì)增加，使得C0702站1980年以后蒙脫石含量仍偏高。

5 結(jié)論

(1)東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)黏土礦物組成表明其主要來(lái)源于長(zhǎng)江物質(zhì)，同時(shí)受到黃河及甌江等河流來(lái)源的影響。近百年來(lái)泥質(zhì)區(qū)的黏土礦物組合特征產(chǎn)生了明顯的階段性變化，除蒙脫石外，其他黏土礦物的含量變率約為20%。

(2)約從1952年起，杭州灣以南泥質(zhì)區(qū)的蒙脫石含量明顯升高，伊利石含量明顯下降，高嶺石和綠泥石含量整體升高。而甌江口外的沉積記錄顯示約1951年以來(lái)伊利石和蒙脫石含量明顯下降，高嶺石和綠泥石含量升高。

(3)東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)黏土礦物含量近60年來(lái)的變化受東亞冬季風(fēng)強(qiáng)弱變化以及長(zhǎng)江入海懸沙量不斷減少的共同影響。冬季風(fēng)的增強(qiáng)導(dǎo)致伊利石含量的降低、高嶺石含量的升高，而長(zhǎng)江入海懸沙量的減少也會(huì)引起伊利石含量的降低。

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The variation of clay minerals contents on the inner shelf of the East China Sea in the last one hundred years and its environmental implication

Wang Liang1，2，F(xiàn)an Dejiang1，Li Weiran1，Zhang Xilin1，3，Chen Bin1，3，Tian Yuan1

(1.KeyLabofSubmarineGeosciencesandTechnologyintheMinistryofEducation，CollegeofMarineGeosciences，OceanUniversityofChina，Qingdao266100，China; 2.ThirdInstituteofOceanography，StateOceanicAdministration，Xiamen361005，China; 3.QingdaoInstituteofMarineGeology，MinistryofLandandResources，Qingdao266071，China)

The modern depocenter in the East China Sea is the mud area on the inner shelf，and the clay fraction of the sediments in the area is the main component. In the study of sedimentology，the clay minerals assemblage was widely used as an indicator of provenance and transportation of particulates. In this study，we used the method of XRD to study the variation of clay mineral contents in two gravity cores collected from the mud area. The clay minerals，together with the analysis of grain size and radioactive dating on the samples，have been used to discuss their environmental implications. The result shows that sediments in the mud area of East China Sea are mainly derived from the supply of Changjiang River，and contain a little from the Huanghe River and Oujiang River. And，clay mineral records have exhibited significant changes in the last one hundred years，which may be influenced by the fluctuations of East Asian Monsoon and the decreasing of sediment discharge of the Changjiang River.

inner shelf in the East China Sea；clay minerals；provenance；East Asian Monsoon；sediment discharge of the Changjiang River

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.05.009

2013-12-25；

2014-06-05。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41376055,41030856)；國(guó)家重大基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2010CB951202)。

王亮(1983—)，男，河南省項(xiàng)城市人，助理研究員，主要從事海洋沉積學(xué)研究。E-mail:wliangouc016@163.com

*通信作者：范德江(1965—)，男，福建省閩清縣人，教授，從事海洋沉積學(xué)和沉積地球化學(xué)研究。E-mail:djfan@ouc.edu.cn

P736.21+2

A

0253-4193(2015)05-0087-14

王亮，范德江，李巍然，等.東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)百年來(lái)黏土礦物組成變化及其環(huán)境意義[J].海洋學(xué)報(bào)，2015，37(5)：87-100，

Wang Liang，F(xiàn)an Dejiang，Li Weiran，et al.The variation of clay minerals contents on the inner shelf of the East China Sea in the last one hundred years and its environmental implication[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(5)：87-100，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2015.05.009