張凱棣 李安春 董 江 張 晉

(1.中國科學院海洋研究所海洋地質與環(huán)境重點實驗室 山東青島 266071；2.中國科學院大學 北京 100049)

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東海表層沉積物碎屑礦物組合分布特征及其物源環(huán)境指示

張凱棣 李安春 董 江 張 晉

(1.中國科學院海洋研究所海洋地質與環(huán)境重點實驗室 山東青島 266071；2.中國科學院大學 北京 100049)

為進一步明確東海陸架區(qū)的沉積物物源及水動力環(huán)境，對研究區(qū)表層沉積物的碎屑礦物進行了鑒定分析。研究區(qū)共鑒定出49種重礦物、8種輕礦物。根據(jù)碎屑礦物的組合分布結合礦物形態(tài)特征，將東海陸架區(qū)劃分為三個礦物區(qū)，內陸架礦物區(qū)、外陸架礦物區(qū)及虎皮礁礦物區(qū)。內陸架礦物區(qū)，動力分選是影響碎屑礦物分布的主要因素，物質來源相對單一，碎屑礦物主要來源于現(xiàn)代長江物質，閩浙沿岸近岸河流的輸入，人類活動也對該區(qū)的礦物組成產生一定的影響；外陸架礦物區(qū)，重礦物分布的主控因素是長期的分選作用，主要是長江物質經(jīng)后期改造形成，現(xiàn)代長江物質可從內陸架中北部擴散至124.5°E左右，此外外陸架東南部地形的變化也對碎屑礦物的分布起到一定控制作用；虎皮礁礦物區(qū)，有來自黃河、長江、火山物質的多重影響，且水動力環(huán)境相對復雜。

東海 表層沉積物 碎屑礦物 物源 沉積環(huán)境

0 引言

碎屑礦物是海洋沉積物的基本組成，不同海域由于物質來源及沉積環(huán)境的不同，碎屑礦物的組成分布、表面形態(tài)等存在明顯差異。因此分析碎屑礦物特征可以有效地指示研究區(qū)沉積物的來源、擴散路徑及沉積環(huán)境等。

東海寬闊的大陸架北寬南窄，北緩南陡，地形自大陸岸線向東南緩緩傾斜，平均水深72 m[1]。研究區(qū)陸源物質豐富，主要來自于長江、黃河及沿岸入海河流，該區(qū)還受到季節(jié)性變化的長江沖淡水、閩浙沿岸流、臺灣暖流及黑潮的影響，水動力環(huán)境復雜。

前人已對東海陸架表層沉積物碎屑礦物進行過部分研究，主要是運用重礦物組合特征來示蹤物源和反映沉積物擴散[2-8]。由于選取的研究粒級、輕重礦物分離重液比重及鑒定方法的不同，研究結果也不盡相同[9]，陳麗蓉等對東海陸架碎屑礦物做過相對統(tǒng)一的調查研究但由于當時的條件限制未能詳細闡述物源、水動力與碎屑礦物組成分布特征的聯(lián)系。

本文利用近年來取自東海陸架的表層沉積物樣品，分析了研究區(qū)碎屑礦物的組合分布特征，并結合碎屑礦物的形態(tài)特征進一步探討研究區(qū)的沉積物來源、水動力環(huán)境特征。

1 材料和方法

本文樣品在2011年國家基金委秋季開放航次中取得(另補充5個2012年站位；3個2015年站位)，共計69個表層沉積物樣，取樣站位分布如圖1。由于細砂與粗粉砂粒級中重礦物含量最高，種類最多，可以很好地指示沉積物的來源及母巖性質[2]，且進入現(xiàn)代海洋的河流懸浮體主要為63～125 μm粒級。因此結合東海沉積物類型較粗的特征，本文選取63～250 μm粒級的沉積物作為研究對象。取一定量的沉積物原樣浸泡24 h后過63 μm水篩，烘干后進一步篩取63～250 μm粒級組分進行輕重礦物的分離與鑒定。用比重為2.80的三溴甲烷重液對所選粒級沉積物進行輕重礦物分離，分離后烘干、稱重。每個樣品輕重礦物各鑒定300～500顆礦物顆粒，計算各種礦物的顆粒百分含量。先在實體鏡下仔細觀察礦物的顏色、光澤、形態(tài)、磁性和表面特征等，然后進一步在偏光顯微鏡下用油浸法測定透明礦物的光學性質，確定礦物類別。礦物的分離鑒定在中國科學院海洋研究所地質與環(huán)境重點實驗室完成。

由于片狀礦物(以白云母為主)中常發(fā)生類質同相替換，鐵錳鎂等元素含量變化較大，其比重不盡相同，因此在輕、重礦物中均有分布。本文將輕重礦物分離鑒定，計算分析各礦物在輕、重礦物中的相對百分含量，所以不同比重的片狀礦物將分別在輕、重礦物中討論。

圖1 東海陸架表層沉積物取樣站位Fig.1 Location of sampling stations in the study area

2 結果

2.1 重礦物組合及分布

重礦物的重量百分含量是指重礦物干重與63～250 μm粒級干重的百分比值，該數(shù)值與沉積環(huán)境有較為密切的關系[10]。研究區(qū)碎屑礦物中重礦物含量

為0.5%～29.4%，平均含量為16.3%。整體上看(圖2)高含量區(qū)(>15%)主要分布在研究區(qū)中部中外陸架，中東部高達30%。研究區(qū)西部近岸區(qū)域(長江口外、杭州灣及閩浙沿岸)和東北部區(qū)域(濟州島西南)重礦物含量低，在29°N附近出現(xiàn)一個向東延伸至124.5°E的重礦物低值區(qū)。

研究海區(qū)重礦物共有49種，以普通角閃石、綠簾石、片狀礦物(白云母+黑云母+風化云母+綠泥石)、碳酸鹽礦物(白云石+文石+菱鐵礦+菱鎂礦)金屬礦物(自生黃鐵礦除外)和輝石為主(平均百分含量見表1)；穩(wěn)定礦物(石榴子石、榍石、鋯石等)分布較廣但百分含量都小于1.0%；火山成因的礦物(橄欖石)、自生礦物(海綠石、自生黃鐵礦)、變質巖礦物(紅柱石、藍晶石及矽線石)等其他礦物僅在局部區(qū)域出現(xiàn)且含量甚微。圖3給出了幾類主要重礦物在研究區(qū)的平面含量分布特征。

研究區(qū)的普通角閃石多為短柱狀、粒狀，少數(shù)呈板狀，顏色以深綠色、暗綠色、黃綠色為主，常嵌有磁鐵礦顆粒。內陸架普通角閃石顆粒大多新鮮，磨圓較差，透明到半透明。外陸架海區(qū)普通角閃石顆粒大多風化嚴重，磨圓好，呈粒狀，半透明到不透明，表面顏色不均勻。普通角閃石是東海陸架表層沉積物中含量最高的重礦物，百分含量可達39.5%。整體分布趨勢由西向東含量增加，低值區(qū)出現(xiàn)在長江口以南的內陸架(123°E以西)，高值區(qū)出現(xiàn)在研究區(qū)東部最高值可達68.1%。

東海陸架表層沉積物中新鮮的綠簾石顆粒為粒狀，黃綠色、淺黃綠色至黃色，玻璃光澤，透明度好，磨圓差。研究區(qū)有些綠簾石為其他礦物風化而來，顏色不均勻，油脂光澤，半透明到不透明。綠簾石含量變化趨勢大體與普通角閃石相同，但在閩浙沿岸出現(xiàn)高值區(qū)。研究區(qū)北部含量最高可達30.8%。

研究區(qū)片狀礦物平均含量為12.0%，其分布特征與普通角閃石相反，內陸架含量高，由西向東含量減少，百分含量等值線大致與等深線平行，但在29°N附近有一向東延伸的舌狀高值區(qū)。片狀礦物中以白云母含量最高(占5.1%)，白云母多為無色透明，也有少量為淺綠色、褐色，主要呈薄片狀或稍厚的板狀。黑云母含量較少，以褐色為主。綠泥石及風化云母均為綠色或黃綠色，根據(jù)是否分層及其光學性質加以區(qū)分。

碳酸鹽礦物中白云石占絕大部分，菱鎂礦、菱鐵礦及文石含量很少。白云石含量同片狀礦物一樣也出現(xiàn)由陸向海百分含量降低的趨勢。研究區(qū)白云石顆粒以灰白色、黃白色為主，呈粒狀，磨圓程度差異較大，玻璃光澤至油脂光澤，有時嵌有磁鐵礦顆?；蚱渌煌该鞯V物顆粒。

金屬礦物中主要包括磁鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦及赤鐵礦。其中以磁鐵礦和鈦鐵礦含量最高，其平均百分含量分別為0.8%及1.0%。磁鐵礦在北部內陸架出現(xiàn)低值，而在閩浙沿岸及虎皮礁附近出現(xiàn)高值。研究海區(qū)磁鐵礦多為粒狀，金屬光澤，極少見到自形的八面體或六面體。閩浙沿岸站位出現(xiàn)薄的長條狀或短片狀的磁鐵礦，表面有紅色鐵銹，而虎皮礁附近的磁鐵礦則呈現(xiàn)粒狀，兩者形態(tài)上存在明顯差別。

輝石在研究海區(qū)平均含量為1.7%，但分布廣泛。整體由北向南含量逐漸減少。研究區(qū)輝石多不新鮮，表面渾濁呈黃綠色或黃棕色，磨圓較好。

石榴子石在研究區(qū)含量不高但分布廣泛。高值區(qū)出現(xiàn)在虎皮礁附近，低值區(qū)出現(xiàn)在123°E以西的內陸架區(qū)域。整體出現(xiàn)由內陸架向外陸架含量升高的趨勢。研究區(qū)中石榴子石多為粉紅色、橙色，少數(shù)出現(xiàn)無色，光澤強，透明度好，磨圓中等。

2.2 輕礦物組成及分布

東海陸架表層沉積物碎屑礦物中輕礦物占主導地位，最高含量可達99.5%，平均含量為83.7%。經(jīng)鑒定，研究區(qū)有8種輕礦物，其中長石含量最高(斜長石+鉀長石)平均可達59.3%，第二是石英平均含量為35.3%，片狀礦物(白云母+風化云母+綠泥石)含量占4.0%排第三，其次是方解石平均含量為0.9%，海綠石含量很少僅占0.1%。

研究區(qū)石英含量變化范圍為16.7%～50.1%，平均值為35.3%。由圖4可知整體趨勢是研究區(qū)北部石英含量高于南部，但在浙閩近岸區(qū)南部含量較高。最高值出現(xiàn)在研究區(qū)北部長江口以外海域，低值區(qū)(<30%)則出現(xiàn)在研究區(qū)中部124°E以西29°N～30°N之間，閩浙沿岸石英含量等值線與等深線近乎平行，由近岸向海含量降低。長石是研究區(qū)含量最高的輕礦物，其顆粒百分含量變化范圍為29.6～85.5%，平均含量為59.3%。其含量平面分布特征與石英相反，低值區(qū)(<44%)出現(xiàn)在閩浙沿岸，次低值區(qū)(<54%)分布在長江口外與石英高值區(qū)相一致，高值區(qū)(>66%)出現(xiàn)在研究區(qū)最北部和中部。方解石的含量較低，變化范圍為0～6.5%，平均值為0.9%，內陸架含量較高，向外海含量降低，在研究區(qū)北部和東部含量幾乎為0，最高含量位于閩浙沿岸南部達6.5%，次高值分布在長江口以南28.5°N以北近岸區(qū)，在29°N以外有向東北擴散的趨勢，最東可達125°E。研究區(qū)片狀礦物(白云母+風化云母+綠泥石)主要分布在內陸架海域尤其是閩浙沿岸，含量最高可達22.8%，研究區(qū)北部和東部大片區(qū)域片狀礦物含量為0。片狀礦物的分布特征與方解石很相似在29°N附近也出現(xiàn)一向東北延伸的趨勢可達124.5°E左右。

圖2 重礦物重量百分含量(%)Fig.2 Weight percent of heavy mineral contents

礦物分區(qū)主要重礦物組分主要輕礦物組分重礦物普通角閃石綠簾石輝石片狀礦物白云石變質巖礦物磁鐵礦石榴子石榍石橄欖石石英斜長石鉀長石礦物方解石片狀礦物研究區(qū)16.339.512.71.712.09.60.20.80.50.20.135.352.66.70.94.0內陸架礦物區(qū)(I區(qū))8.830.58.02.026.415.60.10.80.30.10.032.944.95.62.014.6I1礦物亞區(qū)10.233.213.42.015.111.60.00.20.30.00.034.558.45.12.00.0I2礦物亞區(qū)10.230.15.01.830.715.50.10.10.30.10.032.547.95.92.211.5I3礦物亞區(qū)13.238.610.07.013.012.00.00.20.30.00.039.443.67.72.17.9I4礦物亞區(qū)7.325.38.01.530.513.70.21.40.20.10.031.242.95.12.419.0外陸架礦物區(qū)(II區(qū))19.144.811.31.76.88.40.20.60.40.20.035.754.77.30.71.5II1礦物亞區(qū)20.146.812.21.64.78.10.10.60.30.20.036.754.47.20.51.3II2礦物亞區(qū)15.237.57.92.47.210.90.20.40.50.20.026.357.69.71.94.4虎皮礁礦物區(qū)(III區(qū))16.442.326.42.29.45.80.21.41.50.60.637.454.16.30.20.2長江*12.624.28.02.128.026.00.20.41.00.50.042.331.514.12.59.6甌江#1.73.416.60.84.60.80.521.10.30.80.1

注：*數(shù)據(jù)引自陳麗蓉，2008；#董江未發(fā)表數(shù)據(jù)。

3 討論

選取研究區(qū)優(yōu)勢礦物和特征礦物(角閃石類、簾石類、白云石、金屬礦物、石榴子石、風化碎屑、片狀礦物(重礦物部分)、石英、方解石、長石、海綠石)顆粒百分含量作為變量進行Q型聚類分析，將研究區(qū)劃分為三個礦物區(qū)(I內陸架礦物區(qū)、II外陸架礦物區(qū)、III虎皮礁礦物區(qū))，又進一步跟據(jù)各礦物區(qū)主要組成礦物含量變化及礦物表面形態(tài)將研究區(qū)劃分為七個礦物亞區(qū)(圖 5)。各礦物區(qū)由于物源及沉積環(huán)境的不同，主要碎屑礦物組成含量及形態(tài)特征存在明顯差異。

內陸架礦物區(qū)：位于123°E以西的內陸架區(qū)域地勢平緩，水動力主要受長江沖淡水、閩浙沿岸流的影響。該礦物區(qū)與外陸架礦物區(qū)在重礦物百分含量上存在明顯差異，該區(qū)重礦物含量明顯低于全區(qū)平均值，而片狀礦物和方解石含量較高。此外，該區(qū)碎屑礦物較新鮮，風化礦物含量低于外陸架。前人研究表明陸源物質入海后會發(fā)生差異性沉降，在水動力條件活躍區(qū)沉積分選良好的粗粒沉積物(細砂—中砂)，在這些區(qū)域比重大硬度大不易被沖刷搬運的礦物富集，而在水動力條件較弱的地區(qū)則會沉積分選相對較差的細粒沉積物(粉砂與泥)。片狀礦物由于其形態(tài)呈片狀且比重較小其動力學特征與比粉砂相似，所以在水動力條件較弱的地區(qū)相對富集[11]。內陸架較受臺灣暖流等海流影響的外陸架而言水動力環(huán)境較弱，因此礦物區(qū)片狀礦物含量高，其中又以水動力環(huán)境最弱的I2和I4亞區(qū)含量最高。由圖6可看出，該礦物區(qū)平均粒徑與重礦物百分含量兩者相關系數(shù)R2為0.75，具有較好的線性相關關系，即平均粒徑(Ф值)越小，重礦物質量百分含量越高，而在II區(qū)、III區(qū)中兩者之間相關性微弱(圖6)，反映了內陸架礦物區(qū)物質來源相對單一，動力分選是控制重礦物分布的首要因素[12]。將內陸架礦物區(qū)陸源碎屑礦物組成與長江水系礦物組成對比發(fā)現(xiàn)兩者重礦物組成接近(表1)，結合前人研究[13-14]可以推斷該區(qū)的主要物質來自長江，此外I區(qū)中磁鐵礦、片狀礦物等含量的局部變化說明閩浙沿岸河流物質、島嶼侵蝕物質的輸入及人類活動對該區(qū)的礦物組成也有一定的影響。內陸架礦物區(qū)又由于普通角閃石、綠簾石、白云石、磁鐵礦等主要碎屑礦物的含量的不同被分為四個礦物亞區(qū)。

I1礦物亞區(qū)位于長江口外，分布范圍較小，之所以獨立劃分，是因為其片狀礦物、白云石含量要明顯低于內陸架礦物區(qū)的平均值，而普通角閃石、綠簾石、石榴子石含量則較高。I1亞區(qū)的主要礦物按含量高底依次為普通角閃石、片狀礦物、綠簾石、白云石。I2亞區(qū)覆蓋了31°N～29°N的內陸架區(qū)域。在I2礦物亞區(qū)內，片狀礦物含量占主導地位，是研究海區(qū)片狀礦物、白云石含量最高的區(qū)域，而普通角閃石、綠簾石含量則低于I區(qū)平均值。I2亞區(qū)的主要礦物按含量高底依次為片狀礦物、普通角閃石、白云石、綠簾石。I1、I2礦物亞區(qū)礦物組成差異主要受到細粒物質的供應及沿岸流的影響。長江攜帶的細粒入海物質在強勁的冬季風驅動的沿岸流的作用下向西南運移，I2區(qū)受到源源不斷的細粒物質的供應，因此其片狀礦物含量很高；而I1區(qū)細粒物質供應相對較少且冬季受到沿岸流的沖刷侵蝕導致其片狀礦物、白云石含量較低。I1礦物區(qū)的存在表明長江沖淡水的輸運作用要遠遜于沿岸流的輸運作用。

I3礦物亞區(qū)位于29.3°N ～28.4°N附近，向東至123°E。其礦物組成特點是片狀礦物和白云石含量小于南北兩礦物亞區(qū)出現(xiàn)內陸架礦物區(qū)最低值，而普通角閃石和綠簾石含量最高分別可達38.6%、13.9%。輕礦物中鉀長石也出現(xiàn)內陸架區(qū)最高值7.7%。礦物組合為普通角閃石、綠簾石、片狀礦物、白云石。前人研究認為東海存在明顯的跨陸架鋒(CPF)，CPF的存在對內陸架物質向外陸架的輸送具有重要意義[15-17]，研究區(qū)表層的溫鹽等值線圖(圖7)明顯的顯示出CPF的存在，因此本文認為研究區(qū)中部I3 礦物亞區(qū)的礦物組成與跨陸架鋒的存在有直接關系。由長江來的細粒物質一部分被沿岸流向南輸運，而另一少部分被CPF帶向外陸架，由于量相對較少所以該區(qū)的片狀礦物、白云石等比重小的礦物相對含量降低。

I4亞區(qū)位于閩浙沿岸，28.4°N以南。I4礦物亞區(qū)繼承了由沿岸流帶來的長江細粒物質特征，片狀礦物含量較高，平均含量達到30.5%，白云石含量為13.7%，這兩種主要礦物含量均略低于I2區(qū)而高于I1、I3區(qū)；普通角閃石、綠簾石含量低于內陸架礦物區(qū)平均值，尤其是普通角閃石平均含量僅達25.3%；該區(qū)近岸站位(DH6-1、Z1)綠簾石含量較高，推斷是受到甌江物質的影響(甌江綠簾石平均含量為16.74)。輕礦物中該區(qū)礦物方解石含量高(2.4%)，是研究海區(qū)含量最高區(qū)域。磁鐵礦在該區(qū)的平均含量可達1.4%，遠高于其他礦物亞區(qū)，高值站位分布在近岸(Z1、Z9、DH7-1、DH8-1)且礦物形態(tài)表現(xiàn)為片狀，表面有鐵銹存在因此判斷為近岸人類活動影響造成；此外由于臺灣暖流與閩浙沿岸流之間的“滯流帶”[18]形成還原環(huán)境[19]，導致該區(qū)自生黃鐵礦富集，靠近陸地的幾個站位(Z1、Z9、DH7-1、DH7-2、DH8-1)出現(xiàn)大量的球粒狀自生黃鐵礦，最高含量可達5.7%。該區(qū)礦物組合為片狀礦物、普通角閃石、白云石、綠簾石、礦物方解石。磁鐵礦、自生黃鐵礦為其特征礦物。

外陸架礦物區(qū)：溫鹽分布(圖7)表明秋季相對低溫低鹽的長江沖淡水、沿岸其他河流的輸入及閩浙沿岸流主要作用在內陸架，123°E以東的外陸架則主要受到臺灣暖流及黑潮的影響[20]。該區(qū)重礦物含量較高，普通角閃石、綠簾石、鉀長石含量明顯高于內陸架礦物區(qū)，而片狀礦物、白云石、礦物方解石含量則低于內陸架礦物區(qū)，此外廣泛分布的自生海綠石也可與其他礦物區(qū)相區(qū)分。外陸架礦物區(qū)陸源碎屑礦物組合與長江礦物組合相似，但角閃石、綠簾石等礦物多呈現(xiàn)風化狀態(tài)，結合前人測年結果[2]確定其為古長江物質，之所以普通角閃石、穩(wěn)定礦物等比重較大的礦物含量較高而片狀礦物等小比重礦物含量降低甚至在某些站位缺失是因為該區(qū)受到臺灣暖流及黑潮的沖刷。水流長期的沖刷淘洗將原本古長江來源沉積物中片狀礦物、白云石、礦物方解石等易風化或搬運的組分搬離，后期即使有現(xiàn)代沉積物少量補充，也由于較強的水動力作用使得比重較小的礦物難以沉積下來。由于外陸架礦物區(qū)沉積物粒度較粗呈弱氧化環(huán)境[21]，因此該區(qū)自生海綠石分布廣泛。根據(jù)普通角閃石、綠簾石等主要組成礦物含量的變化將該區(qū)劃分為兩個亞區(qū)。II1亞區(qū)：II1亞區(qū)包括了外陸架礦物區(qū)的大部分區(qū)域。其礦物組成特點是普通角閃石占主導(平均含量46.8%)，片狀礦物、白云石、礦物方解石含量低，鉀長石含量較高(7.2%)。變質巖礦物、穩(wěn)定礦物、簾石類礦物與研究海區(qū)平均值接近，其中由于陸架東南部的地勢起伏造成石榴子石、榍石出現(xiàn)斑塊狀的高值區(qū)。

II2亞區(qū)：該區(qū)位于29.3°N～28.4°N，123°E～124.5°E附近，重礦物含量低于II1區(qū)，其礦物組成特征與II1礦物亞區(qū)相比片狀礦物、白云石、礦物方解石含量高，而普通角閃石、綠簾石含量則低于外陸架礦物區(qū)平均值。這是因為由于跨陸架鋒(CPF)的存在使II2礦物亞區(qū)沉積了部分由內陸架輸運來的細粒沉積物，片狀礦物、白云石含量較II1礦物亞區(qū)有所增加。該礦物亞區(qū)是I3礦物亞區(qū)向外陸架的延伸。礦物組合為普通角閃石、白云石、綠簾石、片狀礦物。

虎皮礁礦物區(qū)：虎皮礁礦物區(qū)位于研究區(qū)的東北部，礦物組合特征與前兩個礦物區(qū)有較大差別。綠簾石、石榴子石、金屬礦物含量的升高，新鮮、磨圓較差的橄欖石的出現(xiàn)表明其物質來源的多樣性。該區(qū)的特征礦物是橄欖石，最高含量可達1.9%，普通角閃石含量(42.3%)也高于研究區(qū)平均值。片狀礦物雖低于研究區(qū)平均值但略含量高于外陸架礦物區(qū)，而白云石、礦物方解石則在該區(qū)出現(xiàn)最低值?；⑵そ傅V物區(qū)的沉積物主要是由黃海沿岸流搬運來的黃河物質[7,17,22-24]，綠簾石、石榴子石含量較高，但由于秋季黑潮爬升水(溫度大于24℃，鹽度大于34‰)向陸架西北入侵至虎皮礁礦物區(qū)(圖7)，阻止了黃海沿岸流向東南的擴散[25-26]且沖刷該區(qū)底質，因此比重較小的方解石含量出現(xiàn)低值。長江沖淡水夏季向東北方向輸運的長江物質的沉積也對該區(qū)域沉積物有一定貢獻，而橄欖石則來自虎皮礁的火山物質。

由于同一海域砂質沉積與泥質沉積可能有不同的物質來源[27]，因此本文通過碎屑礦物對物源的指示具有一定的局限性，僅代表較粗物質的來源。

圖3 東海陸架表層沉積物中幾種重礦物顆粒百分含量分布(%)Fig.3 Distribution of particle percentage content of several kinds of heavy minerals

圖4 東海陸架表層沉積物中輕礦物顆粒百分含量分布(%)Fig.4 Distribution of particle percentage content of light minerals

圖5 東海陸架表層沉積物碎屑礦物組合分區(qū)箭頭代表沉積物輸運方向，其中：紅色代表長江來源物質；黃色代表老黃河口來源物質；綠色代表閩浙沿岸流河流來源物質Fig.5 Detrital mineral assemblage provinces in the study areaThe arrows represent the direction of the sediment transport: the red one represents the sediment discharged by Yangtze River; the yellow one represents the sediment from the old Yellow River delta; the green one represents the sediment discharged from the small rivers along the Min-Zhe coast.

圖6 東海陸架表層沉積物重礦物含量與平均粒徑的關系Fig.6 The correlation between heavy mineral content and mean grain size

圖7 2011年10月溫度、鹽度平面分布Fig.7 Distribution of temperature and salinity in October，2011

4 結論

(1) 東海陸架表層沉積物中共有49種重礦物，其中普通角閃石含量最高，綠簾石、片狀礦物、碳酸鹽礦物次之，金屬礦物、輝石排第三，另外還有透閃石、石榴子石、榍石、鋯石、橄欖石、海綠石、紅柱石等。輕礦物共有八種，其中長石含量最高，其次是石英，片狀礦物(白云母+風化云母+綠泥石)排第三位，方解石第四，海綠石含量很少僅占0.1%。

(2) 研究區(qū)沉積物中重礦物質量百分含量平均值為16.3%，高值區(qū)位于研究區(qū)中部的中外陸架，研究區(qū)西部(內陸架)及東北部(濟州島西南)含量較低。按其含量由高到低依次為：角閃石類礦物，主要分布在外陸架；片狀礦物，主要分布在內陸架，在29°N附近出現(xiàn)向東延伸的舌狀高值區(qū)；簾石類礦物與片狀礦物分布趨勢相反；金屬類礦物主要在閩浙沿岸和虎皮礁附近含量較高；自生黃鐵礦、海綠石、橄欖石僅出現(xiàn)在特定區(qū)域。

(3) 根據(jù)Q型聚類分析可將研究區(qū)劃分為3個礦物區(qū)，7個礦物亞區(qū)。內陸架礦物區(qū)(I區(qū))，物質來源相對單一，動力分選和物源是控制重礦物分布的主要因素，陸源碎屑物質主要來源于長江其次是其他沿岸河流的輸入，值得注意的是人類活動的影響使得閩浙沿岸磁鐵礦的含量出現(xiàn)異常高值。外陸架礦物區(qū)(II區(qū))，碎屑物質主要來源于古長江物質，在臺灣暖流、黑潮的長期沖刷下重礦物含量特別高，碎屑礦物多已風化，片狀礦物、白云石等易風化和搬運的礦物含量較少甚至缺失。在29°N附近現(xiàn)代長江入海的細粒物質向東北方向擴散，對外陸架礦物區(qū)碎屑礦物組成有一定影響?；⑵そ傅V物區(qū)(III區(qū))物質來源、水動力環(huán)境復雜，碎屑礦物組成與前兩礦物區(qū)有較大差異。

(4) I3礦物亞區(qū)和II2礦物亞區(qū)的碎屑礦物特征表明在浙江近岸北部海域有現(xiàn)代細粒沉積物向外延伸的趨勢，這種趨勢與沿岸水團鋒面穿刺的水文現(xiàn)象不無關系，表明東海內陸架的陸源沉積物不僅沿岸輸運而且還存在跨陸架的輸運，從重礦物、片狀礦物和白云石的含量分布看可擴散至125°E以外的外陸架海域。

致謝 感謝孫承武老師參加航次樣品采集，科學三號考察船全體船隊員在調查航次中付出辛勤勞動，在此一并致謝。

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Detrital Mineral Distributions in Surface Sediments of the East China Sea: Implications for Sediment Provenance and Sedimentary Environment

ZHANG KaiDi1,2LI AnChun1DONG Jiang1,2ZHANG Jin1

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

The East China Sea continental shelf is an area characterized by complicated hydrodynamic conditions and large variability in sediment texture. Detrital mineral examinations were carried out on 69 surface sediment samples (0～5 cm) collected from the East China Sea continental shelf to investigate the spatial variations of sediment composition and their underlying mechanisms. The average content of heavy minerals in the study area is 16.3%. The high value zone is located in the middle and outer continental shelf while the inner shelf and the southwest of Jeju Island have much lower content. A total of 49 species of heavy minerals were discovered in the study area, dominated by hornblende and followed by epidote, schistose mineral and carbonate mineral; metallic minerals and pyroxene are in the third row; the rest are tremolite, garnet, sphene, zircon, olivine, glauconite, andalusite and so on. Light minerals mainly consist of feldspar followed by quartz; schistose minerals and calcite are respectively in the third and fourth row. According to the characteristics of detrital mineral assemblages, the East China Sea continental shelf can be divided into three districts: Inner-shelf area (Unit I), Outer-shelf area (Unit II) and Tiger Reef area (Unit III). Sediments in Unit I are mainly from the Yangtze River and the Fujian and Zhejiang coastal rivers. Hydrodynamic sorting is the primary factor that controls the distribution of detrital minerals in this unit; besides human activities also have a certain impact. However the long-term separation is the main control factor of the distribution of heavy minerals in Unite II. In the vicinity of the 29oN, fine-grained sediments from the modern Yangtze River were spreading to the northeast into the sea make an obvious effect on the detrital mineral composition in Unit II. Unit III has relatively varied provenances and complicated hydrodynamic environment. The materials from the Yellow River, the Yangtze River and submarine volcanos both influence there. Thus it has a bigger difference in detrital mineral assemblages with the first two.

East China Sea; surface sediment; detrital mineral; provenance; depositional environment

1000-0550(2016)05-0902-10

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.009

2015-09-01； 收修改稿日期： 2015-12-11

國家自然科學基金重點項目(41430965)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.41430965]

張凱棣 女 1990年出生 博士 海洋沉積與礦物學 E-mail: luanluan90528@163.com

李安春 男 研究員 E-mail: acli@qdio.ac.cn

P736.21

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