（海洋地质专业论文）南海西南晚更新世以来沉积地球化学特征及其古环境意义.pdf

摘要 摘要 m d 0 1 2 3 9 2 站( 11 0 。1 2 6 4 ，e ，0 9 。5 1 1 3 n ) 位于南海西南陆坡，处于湄公河三 角洲北缘。本文通过对m d 0 1 2 3 9 2 站四十余万年以来的地层学、沉积学、元素 地球化学、古海洋学等方面的研究，探讨了该站的物源变化情况，物源区的风 化及元素地球化学对古生产力的指示作用。 m d 0 1 2 3 9 2 站的n d 同位素、稀土元素配分模式、l a t h s c 和n 1 s c z r 1 0 判别分析研究表明，该站位的陆源沉积主要为湄公河带来的陆源碎屑，并且其 物源四十万年来没有发生明显变化。 粒度分析表明，沉积物粒度主要受海平面升降的影响，并在氧同位素5 期 到6 期之间可能存在沉积物的顺坡搬运。 对沉积物稀土元素的分析显示，m d 0 1 2 3 9 2 站沉积物物源区在冰期时化学 风化弱而在间冰期时表现为相对强的化学风化。对稀土元素用t i 标准化后显示 冰期高而间冰期低，显示了冰期时物源区物理风化较强。而对主、微量元素标 准化研究并结合元素在化学风化的行为表明，m d 0 1 2 3 9 2 站物源区化学风化在 间冰期较冰期强。 同时样品中c a c 0 3 含量在间冰期时高而在冰期时低，表现出“大西洋旋回” 的特征。陆源碎屑含量则与c a c 0 3 含量相反，体现了m d 0 1 2 3 9 2 站c a c 0 3 旋回 属于稀释旋回的特征。 通过元素演变揭示古生产力的变化情况表明，在冰期时钙质生物生产力较 低而间冰期时较高，与间冰期时相对较高海水温度，生物繁盛有关。硅质生物 生产力主要受陆源输入的影响较大，但并没有表现出冰期高而间冰期低的特征。 关键字：南海西南部，主量元素，微量元素，风化，古生产力，地球化学分析， 晚更新世 a b s t r a c t a b s t r a c t t h es t u d i e ds i t em d o1 - 2 3 9 2i sl o c a t e da t1 10 。12 6 4 ，e 0 9 。51 13 no nt h e s o u t h w e s ts l o p eo ft h es o u t hc h i n as e a ( s c s ) ，c l o s e dt ot h en o r t h e r nm a r g i no f m e k o n gd e l t a b a s e d o ns t r a t i g r a p h i c a l ，s e d i m e n t o l o g i c a l ，g e o c h e m i c a la n d p a l e o c e a n o g r a p h i c a ls t u d i e so nt h ep a s t4 0 0k y rs e d i m e n to f m d 0 1 2 3 9 2 ，t h ec h a n g e o ft h es o u r c ea r e aa n di t sw e a t h e r i n ga sw e l la st h ep a l e o p r o d u c t i v i t yi m p l i c a t i o n so f e l e m e n t a lg e o c h e m i s t r yw e r ei n v e s t i g a t e d t h en di s o t o p e ，t h er a r ee a r t he l e m e n t ( r e e ) d i s t r i b u t i o np a r e m ，l a - t h s c a n dt h s c z r lod i s c r i m i n a t i o nd i a g r a m sa l li n d i c a t et h a tt h em e k o n gr i v e rw a st h e m a i ns o u r c eo ft h em d 01 2 39 2s e d i m e n ta n dt h es o u r c ea r e ad i dn o tc h a n g em u c hi n t h ep a s t4 0 0k y r t h eg r a i ns i z eo ft h es e d i m e n tw a sm a i n l yc o n t r o l l e db yt h es e al e v e lc h a n g e ， w i t h p r o b a b l ed o w n - s l o p et r a n s p o r th a p p e n e db e t w e e n m i s5a n dm i s6 t h er e er e s u l t ss h o wt h a tt h ec h e m i c a lw e a t h e r i n go ft h es o u r c ea r e a w e a k e n e dd u r i n gt h eg l a c i a l sp e r i o d sa n ds t r e n g t h e n e dd u r i n gi n t e r g l a c i a l s t h e t i n o r m a l i z e dr a t i o so ft h er e ew e r eh i g hd u r i n gg l a c i a l sa n db u td e c r e a s e dd u r i n g i n t e r g l a c i a l s ，i n d i c a t i n gi n t e n s i f i e dp h y s i c a le r o s i o nd u r i n gg l a c i a l s t h em a i na n d t r a c ee l e m e n tn o r m a l i z e dr a t i o sa n dt h eb e h a v i o ro ft h ee l e m e n t sd u r i n gc h e m i c a l w e a t h e r i n gr e f l e c ts t r o n g e rc h e m i c a lw e a t h e r i n gi ni n t e r g l a c i a l st h a ni ng l a c i a l s v a r i a t i o n si nt ia n dc a oc o n c e n t r a f i o n sw e r eu s e dt ot r a c kt h ec h a n g eo f t e r r e s t r i a la n dt h eb i o g e n i cc a r b o n a t ec o n t e n t sr e s p e c t i v e l y i ti n d i c a t e dt h a tt h e c o n t e n to fc a c 0 3f o l l o w st h e “a t l a n t i cc y c l i c i t i e s i nh a v i n gl o wv a l u e sd u r i n g g l a c i a l sa n dh i g hv a l u e sd u r i n gi n t e r g l a c i a l s i nc o n t r a s t ，t h ec o n t e n to ft e r r i g e n o u s s e d i m e n ts h o wa no p p o s i t eg l a c i a l - i n t e r g l a c i a lv a r i a t i o np a r e m t h er e s u l t si n d i c a t e t h a tt h ec a c 0 3c y c l ea tt h i ss c sl o c a l i t yw a ss t r o n g l yi n f l u e n c e db yt e r r i g e n o u s d i l u t i o n t h ep a l e o p r o d u c t i v i t ye s t i m a t e db ye l e m e n ta n a l y s e ss h o w e dt h a th i g h a c c u m u l a t i o no fb i o g e n i cc a r b o n a t ei ni n t e r g l a c i a l sa n dl o wi ng l a c i a l s ，m a i n l y n a b s t r a c t i n f l u e n c e db yw a r m e ro c e a nw a t e ra n dh i g h e rb i o l o g i cp r o l i f e r a t i o ni ni n t e r g l a c i a l s t h es il i c e o u sb i o g e n i cp r o d u c t i v i t yw a sm a i n l yi n f l u e n c e d ，h o w e v e r , b yt h ei n f l u xo f t e r r i g e n o u sd e b r i s ，b u tl e a v i n ga n yc h a r a c t e r i s t i c so fh i g hv a l u e si ng l a c i a l so rl o w v a l u ei ni n t e r g l a c i a l s k e yw o r d s ：s o u t h w e s t e r n s o u t h c h i n as e a ，m a i ne l e m e n t ，t r a c ee l e m e n t ， w e a t h e r i n g ，p a l e o p r o d u c t i v i t y , g e o c h e m i c a la n a l y s i s ，l a t ep l e i s t o c e n e i i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名； 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名： 年月日 第一章前言 第一章前言 南海是西太平洋一个重要的组成部分，也是世界上最大的边缘海，它北接 中国大陆，南部属于“西太平洋暖池”，西部通过湄公河、红河等与青藏高原地 区相连，东部以巴士海峡与开阔大洋相通。南海沉积物保存了通过湄公河、珠 江等河流搬运过来的河流沉积物，而且保存了风尘沉积物，记录了丰富的古气 候和古环境信息。近年来，我国及世界其它国家的科学家对南海作了大量工作， 自1 9 9 4 年德国“s o n n e9 5 ”航次在该区初次工作后，又在9 6 9 9 年间先后四次 在该地区开展研究工作，法国“m a r i o nd u 行e s n e ”2 0 0 1 年开展的“i m a g e s 航 次也在该区开展了工作，1 9 9 9 年2 月到4 月，大洋钻探第1 8 4 航次在南海南北 六个深水站位成功钻孔1 7 口，不仅为探索全球和区域气候演变提供了环境的研 究素材，也首次为研究南海本身的形成演化及气候变化等创造了有利条件。 南海沉积学研究表明，南海深海陆源物质基本源于河流输入物，风尘沉积 在现代沉积中可以忽略( w a n g ，1 9 9 9 ) 。南海南部主要接受源自青藏高原的湄公 河和源自加里曼丹岛的河流提供的陆源物质。经湄公河输入南海的输沙量约 1 6 0 x 1 0 6 吨年( 王颖，1 9 9 6 ；m i l l i m a n & m e a d e ，1 9 8 3 ) ，而从加里曼丹等构造强烈 隆升的岛屿输入的河流虽然流域面积较小，但也带来较高的输沙量( m i l l i m a na n d s y v i t s k i ，1 9 9 4 ) 。而在末次冰期时，南海周边的地理环境与现代差异巨大。由于 海平面下降，南海变为半封闭的海湾，仅靠巴士海峡与外海相连，南海南部的 加里曼丹仍为热带气候，雨量充沛( 李逊，1 9 9 9 ) ，由于巽他( s u n d a ) 陆架的出露， 古巽他河等成为南部的主要物源供应者( s t a t t e g g e r ，1 9 9 7 ) ，使得南海南部深海沉 积速率发生明显改变( 冰期为1 7 9 9 c m 2 k a ，冰后期则为6 4 2g c m 2 k a 。黄维， 1 9 9 8 ) ；而在南海西南陆坡，由于夏季风的影响导致沿岸上升流发育( j i a n ，2 0 0 1 ) 。 在开展了大量古生物、同位素工作的同时，一些研究者也开展了元素地球化学 工作。如德国w e h a u s e n ( 2 0 0 2 ) 等人高分辨率的研究了南海北部1 1 4 5 站上新世 晚期( 3 2 2 5 m a ) 的深海沉积物的元素含量与东亚季风的关系，发现k s i 比值 曲线与北纬6 5 度的太阳辐射强度变化几乎完全同步，反映了东亚季风演化与轨 道驱动的关系。l ie ta l ( 2 0 0 3 ) 对1 1 4 8 站沉积物n d 同位素进行分析，结果显 示了自早渐新世以来南海形成演化过程中重要的构造事件。 第一章前言 随着近年来南海航次的增多，特别是2 0 0 1 年开展的i m a g e s 南海航次， 在湄公河口外陆坡钻取的m d 0 1 2 3 9 2 孔，长达4 3 米的柱状样，为本项研究提供 难得的分析样品。本文主要借助地球化学资料，并结合氧同位素、碳酸盐含量、 粒度、堆积速率等多方面的资料，揭示m d 0 1 2 3 9 2 站纪录的古环境变化的信息， 探讨m d 0 1 2 3 9 2 站沉积物物源区的风化情况，并从元素地球化学的角度来探讨 南海西南陆坡古生产力的变化情况。 2 第审柑抖和上法 2 1 研究材料 第二章材料和方法 奉论文样品取自w e p a m a 航次第一航段2 3 9 2 孔，m d 0 1 - 2 3 9 2 站 ( 1 1 0 9 1 26 4 e 、0 9 4 5 113 n ) 位于南海南部湄公河三角洲北缘( 幽i 一1 ) ，水源1 9 6 6 m 岩芯长4 32 0 米。沉积物主要由橄榄灰、， 至椿黄棕色钙质超微化石软泥组成，含 少量肯孔虫和硅藻，地层的多数位置都 发育微生物扰动构造，常见富有机质斑 川 点，在2 5 80 2 6 05 c m 处发育火i 【| 灰层 沉积物柱状样下部发育生物壳体碎屑。i5 。 根据车丐质超微化石生物地层学限定，此 孔的底部地层大致为04 4 m a ( 详见第三 章) 。粒度分析每5c l r l 等阳j 距取样，共 计8 6 4 个样品元素地球化学分析1 6m 以上每2 0 啪取个样，1 6m 以下5 0 5 。 c m 取个样共13 5 个样品，取冰期1 问冰期共四个样品进行n d 同位素分 析，并挑选沉积物中有孔虫( g r u b e r ) 获取氧同位素数据，有孔虫挑选1 6 m 咀 上为5c m 一个样品，1 6 m 以下为1 0c m 个样品，共计5 8 9 个样品。本次工作 实验内容见表11 。 表1 1 实验内容统计表 壁盐鲞塑竺型塑!j 塑里 卜蒜然鼎 ”e j 亘区二土二 氧同值素 5 8 9 完成单位 同济大学海洋地质教育部实验室 同济大学海洋地质教育部实验室 广州地球化学研究所 同济大学海洋地质教育部宴验室 ，、 第二章材料和方法 2 2 研究方法 2 2 1 粒度分析方法 沉积物粒度分析方法如下： ( 1 ) 待测样品烘干，每份样品称0 1 5 枷2 9 左右放置于烧杯中。 ( 2 ) 每个烧杯中加双氧水2 0 0 m l ，然后放置于电热板上加热，充分反应除去其 中有机质。 ( 3 )向每份样品中加入2 0 0 m l ，2 的盐酸溶液，除去其中钙质，在加热板上 加热到反应完全为止。 ( 4 ) 盐酸反应完后，向烧杯中加水至8 0 0 m l ，静置一个晚上。第二天换水一次 再静置一个晚上。目的是充分稀释盐酸溶液并除去样品中的h c l 。 ( 5 ) 将杯中上层的水倒掉，注意不能将样品倒出，然后将底部样品倒入小塑 料瓶中，静置一个晚上。 ( 6 ) 小塑料瓶中的水用吸管小心吸出，注意不能将样品吸出，然后将小塑料 瓶中的样品倒置于离心管中，样品不能超过1 0 m l 。 ( 7 ) 配置l m o l 1 的碳酸钠溶液，向离心管中加入该碳酸钠溶液至4 0 m l 。然后 在8 5 下水浴5 个小时。利用碳酸钠除去样品中的蛋白石。 ( 8 ) 离心管中的样品放置于离心机中离心十五分钟以上，将离心管中的水倒 出，再加水至3 5 m l 。再在离心机上离心十五分钟以上，倒出离心管中的 水，加水大约1 0 m l ，预处理过程结束。 预处理结束后，将样品在c o u l t e r 全自动激光粒度分析仪上进行测试。 2 2 2 元素地球化学分析方法 元素地球化学的分析方法如下： ( 1 ) 取少量样品在6 0 下烘干。 ( 2 ) 将样品磨碎后，在6 5 0 温度下烧( 在6 5 0 下持续两小时，两小时后， 最好保温一段时间后再取出) 然后，将样品放入小纸包中待用。 ( 3 ) 称样品3 0 m g ，放入溶样器中。 ( 4 ) 向样品中加入1 ：1 h n 0 3 ，约l 毫升，再加入纯h f 约3 毫升，然后在超声 4 第二章材料和方法 波上震荡一小时，然后在加热板上保温2 4 小时。 ( 5 ) 将样品蒸干，然后先加l 毫升l ：1 h n 0 3 ，5 分钟后加3 毫升纯h f ，然后 放到加热板上保温7 天，在此期间每天超声一次，每次至少半小时。 ( 6 ) 保温完毕后，将样品蒸干，然后加1 ：1 h n 0 3 约4 毫升，再超声波震荡 3 0 分钟。 ( 7 ) 用2 的h n 0 3 稀释样品至样品重量的1 0 0 0 倍，作为主量元素的待测溶 液，在稀释1 0 0 0 倍后的溶液中取出4 克左右，稀释1 0 倍，作为微量元素的待 测溶液。 预处理结束后，待测溶液采用i c p m s 以及i c p a e s 进行分析，分析中使 用国际标样( g s d 9 、m a g 1 、w - 2 等) 、空白样品进行校正。样品精确度及准 确度由国际标样及空白样品监控，在主量元素的测试过程中，加入2 0p p b 的内 标溶液r h 对仪器的稳定性进行监测。测量结果显示，主量元素的误差在1 以 下，微量元素的误差小于5 。 第三章年代地层框架的建立 第三章年代地层框架的建立 根据钙质超微化石生物地层学限定，m d 0 1 2 3 9 2 站的底部地层大致为 0 4 4 m a ，通过该站与11 4 4 站、1 7 9 4 0 站对比，确定的间冰段事件( i n t e r s t a d i a le v e n t ) 的深度及年龄( 表3 - 1 ) ( 据李前裕等未发表资料) ，根据浮游有孔虫g r u b e r 壳 体氧同位素曲线与s p e c m a p 曲线对比( 图3 1 ) 显示，该站位包含了氧同位素 1 2 期以来完整的沉积旋回，氧同位素各期次的年龄界限划分见表3 2 。底部年龄 为4 4 1 万年。 表3 - 1m d 0 1 - 2 3 9 2 站、1 1 4 4 站( b u h r i n ge ta 1 ，i np r e s s ) 、1 7 9 4 0 站( w a n gl e ta 1 ，1 9 9 9 ) 1 茸q 冰 段事件( i n t e r s t a d i a le v e n t ) 的年龄及深度，时间据s h a c k l e t o ne ta 1 ( 2 0 0 4 ) 事件年龄 m d 0 1 2 3 9 2o d p i l 4 4 1 7 9 4 0 【千年】 深度【m 】8 1 s o 深度【m c d 】8 x s o 年龄【l ( a 】深度【m 】8 i s o年龄【k a 】 t o p y d 2 3 72 4 9 56 7 31 5 31 1 7 36 5 0 5- 2 1l1 0 4 i s l1 4 6 62 9 7- 2 6 8 7 1 0 0 i - 2 0 4 1 4 3 77 9 8 5- 21 5 3 7 h l3 6 71 3 l l 9 2 6 5- 0 9 62 1 0 8 i s 22 3 6 54 5 7- 2 3 5 52 6 1 9- 1 1 72 3 3 79 3 2 51 4 4 52 1 5 5 h 24 9 2- 1 4 0 82 6 8 9o 6 22 3 8l9 3 8 5- 1 0 72 1 9 4 i s 3 2 9 1 45 1 7- 2 2 0 73 1 6 2i 5 52 7 7 01 0 4 0 51 7 32 8 2 i s 43 0 4 35 5 2- 2 2 4 63 3 0 7一1 5 62 8 8 91 0 7 0 5一1 6 92 8 9 h 35 7 21 5 8 93 3 5 7一1 0 52 9 2 91 0 8 4 51 1 82 9 2 3 i s 53 3 3 85 8 72 2 8 43 6 6 21 6 23 1 7 2l 1 3 6 5- 1 6 93 1 0 9 i s 63 4 7 26 1 72 3 6 l3 8 6 31 5 73 3 7 91 1 8 0 5一1 8 43 2 9 5 i s 7 3 8 6 46 6 2 - 2 1 1 9 4 1 7 6 1 7 0 3 6 6 61 2 0 6 5 1 7 83 4 0 5 i s 83 9 6 97 1 7- 2 2 0 34 4 0 2- l - 7 63 8 3 21 2 5 2 51 9 8 53 7 4 3 h 47 3 71 2 9 34 4 5 21 1 03 8 7 71 2 6 2 5- 1 4 0 53 8 2 2 i s 94 1 4 37 6 2- 2 7 0 94 5 5 2_ 0 1 43 9 6 61 2 7 2 51 8 l3 9 o o i s l 04 3 1 67 9 7- 2 7 8 94 6 9 71 7 24 0 9 6 i s l l4 6 4 78 1 2- 2 4 2 64 8 7 3- 1 7 74 2 5 3 i s l 24 8 o l8 4 2- 2 7 3 85 2 91 6 64 5 1 4 h 58 7 21 9 2 75 3 5 6- 1 0 44 5 6 6 i s l 34 9 4 58 8 22 6 4 45 5 0 61 5 84 7 0 9 i s l 45 4 2 9 9 3 2 - 2 6 5 4 h 5 2 6 第三章年代地层框架的建立 i s l 55 5 6 69 8 22 8 8 6 i s l 61 0 1 72 9 3 06 4 7 72 2 25 6 3 7 l s l 75 9 o ol0 4 2- 2 6 8 26 6 4 71 6 75 8 2 3 h 61 0 5 7- 1 6 6 0 l s l 81 1 0 2- 2 5 8 7 7 0 3 3 - 1 5 36 1 8 7 i s l 91 2 1 72 7 7 07 7 9 52 1 36 8 6 l t o b aa s h7 4 0 01 2 2 57 1 0 0 i s 2 07 4 51 2 5 23 0 0 08 1 2 11 9 47 2 8 8 i s 2 l1 3 3 73 6 1 98 8 5 7- 2 4 98 3 7 5 i s 2 21 4 5 83 3 6 2 9 5 4 2 - 2 2 38 9 7l i s 2 31 5 0 73 4 8 71 0 4 1 3- 2 5 01 0 0 2 5 m i s 5 41 5 2 7- 2 4 2 51 0 6 8 1- 1 6 31 0 6 3 6 m 1 5 5 5 31 6 3 23 5 0 81 1 2 0 52 5 l1 2 8 5 0 m i s 6 21 6 8 2i 9 0 81 1 4 5 5- o 8 2 量 u 越 赚 0 5 0 0 l o 1 5 2 0 2 5 3 0 0 0 3 5 4 0 0 0 4 5 0 0 年龄k a o1 5 03 0 04 5 0 0 5 0 0 1 0 j 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 0 0 4 5 0 0 g t u b e r 8 8 0 ( 。o o ，p d b ) s p e c m a p 一432l0 i 一2 - 3 图3 - 1 年龄地层界线 7 第三章年代地层框架的建立 表3 2m d 0 1 2 3 9 2 站氧同位素分期的年龄及其对应深度 m i s 年龄( k a )深度( c m ) m i s 年龄( k a )深度( c m ) l1 4 6 62 9 772 5 5 3 02 4 9 2 24 1 4 37 6 282 9 1 7 93 0 1 2 35 8 7 21 0 3 7 93 3 2 0 9 3 2 1 2 47 3 3 41 2 1 71 0 3 7 0 9 1 3 4 9 2 51 2 4 6 51 6 7 21 14 1 2 5 73 8 0 2 61 9 0 2 61 9 7 21 24 3 9 8 04 3 1 2 8 第四章m d 0 1 2 3 9 2 站沉积物特征及古环境意义 第四章m d 0 1 2 3 9 2 站沉积物特征及古环境意义 4 1 沉积物源的变化特征 在影响沉积物中元素含量的各种因素中，沉积物源区是最重要的，已有研 究表明物源区的地球化学成分是碎屑岩化学成分的主要控制因素( r o l l i n s o n ， 1 9 9 3 ) 。南海深海陆源物质基本源于河流输入物，风尘沉积在现代沉积中可以忽 略( w a n g ，1 9 9 9 ) 。南海南部主要接受源自青藏高原的湄公河和源自加里曼丹岛 的河流提供的陆源物质。湄公河长4 8 8 0k m ( g u p t a ，2 0 0 2 ) ，流域面积7 9 0 x1 0 3 k m 2 ，年输沙量位居世界第十，达到1 6 亿吨( m i l l i m a na n dm e a d e ，1 9 8 3 ；m i l l i m a n a n ds y v i t s k i ，1 9 9 2 ) 。而从加里曼丹等构造强烈隆升的岛屿输入的河流虽然流域面 积较小，但也带来较高的输沙量( m i l l i m a na n ds y v i t s k i ，1 9 9 4 ) 。m d 0 1 2 3 9 2 站位 于南海西南陆坡，湄公河三角洲北缘。刘志飞等研究表明，南海西南陆坡的沉 积物主要来源于湄公河，而风成沉积含量很少，低于陆源碎屑沉积量的2 5 ( l i u e ta l ，2 0 0 4 ) 。 m d 0 1 2 3 9 2 站沉积物n d 同位素分析结果显示( 表4 1 ) ，1 4 3 n 1 i 1 4 4 n d 在冰期、 间冰期并没有发生明显变化，最小仅相差o 0 0 0 0 0 2 ，最大也只相差0 0 0 0 0 3 3 。 一般认为澳大利亚后太古代页岩( p a a s ) 的稀土元素配分模式代表了上地 壳稀土元素的平均成分( r o l l i n s o n ，1 9 9 3 ) ，m d 0 1 2 3 9 2 站稀土元素的配分模式 表现出轻稀土元素富集，重稀土元素含量均一，e u 元素明显负异常的特征，分 布趋势与澳大利亚后太古代页岩( p a a s ) 完全一致，是陆源物质经较大河流长 距离搬运充分混合后的结果。 表4 - 1m d 0 1 - 2 3 9 2 站n d 同位素结果 深度( e r a )年龄( k a ) 1 4 3 n d 1 4 d 期次冰期间冰期 7 80 2 50 5 1 2 0 6 6 i间冰期 11 0 2 一1 1 0 36 3 9 20 5 1 2 0 6 8 冰期 3 1 8 7 3 1 8 83 2 6 2 0o 5 1 2 0 5 4 间冰期 4 3 0 2 _ 4 3 0 34 3 9 3 4o 5 1 2 0 8 7 冰期 l a t h s c 和t h s c z r 1 0 判别分析图对该站位的物源变化也显示了相同的特 征。元素l a 、t h 、s c 、z r 等被认为是稳定性很强的元素，适合做源区的指示性 9 第四章m d 0 1 2 3 9 2 站沉积物特征及古环境意义 元素。l a t h s c 和t h s c z r 1 0 判别分析图在冰期间冰期也没有发生明显变化。 以上n d 同位素、稀土元素及l a t h s c 和t h s c z r 1 0 判别分析图均显示 m d 0 1 2 3 9 2 站晚更新世以来沉积物源区没有发生变化，因此可以认为风成搬运 的其它源区物质含量可以忽略。 1 0 l a c cp rn ds me ug dt bd yh oe rt my bl ” 图4 - 1m d 0 1 2 3 9 2 站稀土配分模式 l a z “1 0 图4 2l a t h s e 及t h s c z r 1 0 判别分析图 4 2 粒度的变化特征及其古环境意义 本文前面已经说明m d 0 1 2 3 9 2 站沉积物源主要为湄公河带来的陆源碎屑， 并且4 0 万年来没有发生明显变化。本文的粒度数据是样品经过预处理将有机质、 自生碳酸盐、蛋白石都除去后所测得的值，因此数据主要为陆源碎屑的粒度值。 由于m d 0 1 2 3 9 2 站位于湄公河三角洲北缘，距离湄公河口较近。而在该站位所 i o 第四审m d 0 1 - 2 3 9 2 站0 l 杠1 物特“：及古蚪境意义 在的南海k 域内没有除溻公河以外大的河流7 t 入南海，此，该站位的粒度 变化辛要受湄公河的影响。在冰期低海平面时，这种影响将更加显著。为r 反 映柱状样t 小蚓粒 午音量的分布特征，将样品的五个不同粒径区间的百分含量 进行了比较( 图4 - 3 ) 。从图中可看出m d 0 1 2 3 9 2 柱状样咀 2 8 p m 组分占优势( 平均 4 0 ) ，而 8 6 3 9 m 组分与 8 6 3 9 m 组分含最有显著增加，平均达到3 0 p a 上，有时甚至达到4 0 。 6 3 p m 组分主要分布 在m i s2 , 8 ，1 2 期，而从m d 0 1 2 3 9 2 站柞状样m e d i a n 值来看，粒径丰要分布在5 a m 左右，在m i s5 期和m i s6 期的过渡阶段，粒径有突然的升高，在m i s4 期 时达到最大值，后缓慢降低。而m e d i a n 总体上体现了冰期高而间冰期时低的特 征，这是由于在冰期时，海平面下降，m d 0 1 2 3 9 2 站位距离湄公州口变近，湄 公河对该站住的沉积物影响增大，沉积物粒度随之变大；而间冰期随着海平面 上升，这种影响降低，粒度也会相应变小。与此相对应，在冰期时， 6 3 i a m 纽 分又增加的趋势而 2 8 m 的细组分的卣分宙量体现为低值。m i s5 期和m i s6 期的过渡阶段，粒径突然升高可能是由丁这个时期处于快速海进时 期，造成顺坡搬运( 汪品先等1 9 9 5 w a n g p x ，1 9 9 9 ) ，这一阶段沉积速率也 第四章m d 0 1 2 3 9 2 站沉积物特征及古环境意义 从4 5 c m k a 升高到8 9 c m k a ，也说明大量陆源物质的再沉积现象。这种现象与 w e a v e r 和k u i j p e r s ( 1 9 8 3 ) 得出的结论相吻合，即深海顺坡搬运主要发生在同位素 期过渡时期的海进和海退过程，也就是海岸线和三角洲的重组时期。 1 2 第五章地球化学特征及其古环境意义 第五章地球化学特征及其古环境意义 亚洲季风系统是南亚和东亚气候系统中重要的组成之一。季风主导了风的 季节性变化、降雨以及径流量，并对东南亚陆地植被的覆盖起到了一定的影响 ( d i n ge ta 1 ，1 9 9 8 ；w a n ge ta l ，1 9 9 9 ) 。间冰期，南海以加强的夏季风和减弱的冬 季风为特征；冰期则以强盛的冬季风和减弱的夏季风为主( w a n ge ta l ，1 9 9 9 ；j i a ne t a l ，2 0 0 1 ) 。在一定的区域范围内，夏季风降雨强度的变化是喜马拉亚和青藏高原 风化剥蚀的一个重要因素( b o u q u i l l o ne ta 1 ，1 9 9 0 ；d e r r ya n df r a n c e l a n o r d ，1 9 9 6 ) ， 前人从各个角度探讨了风化剥蚀与气候的关系( c o l i a ne ta 1 ，1 9 9 9 ；w e h a u s e na n d b r u m s a c k ，2 0 0 2 ；l i u ，2 0 0 4 ) 。而由于地球化学方法对探讨气候的变化有得天独厚的 条件而被许多学者所采用( w e h a u s e n ，2 0 0 2 ，2 0 0 3 ；t a j ，2 0 0 0 ；l i u ，2 0 0 4 ；w e ie t a l ，2 0 0 3 a ，2 0 0 4 ；t a m b u r i n i ，2 0 0 3 ) 。对南海南、北部孢粉的研究表明，南海北部的 气候在间冰期表现为温暖湿润，而在冰期时具有寒冷干燥的特征( 孙湘君，1 9 9 9 ； s u ne ta 1 ，2 0 0 3 ) ，而南海南部在末次冰期时温度较现在低，湿度没有明显变化( 孙 湘君，1 9 9 9 ；李逊，1 9 9 9 ) 。我们对m d 0 1 2 3 9 2 站约4 3 米的沉积柱状样的主、 微量元素进行分析，通过元素在冰期、间冰期的演变特征，得出元素与气候的 关系，揭示元素变化的控制因素，使我们对南海西南陆坡及东南亚的古气候有 更加深入地了解。 5 1 稀土元素( 1 也e ) 的变化特征及其古环境意义 海洋沉积物中稀土元素的含量、配分模式和一些重要的稀土元素参数对探 讨沉积物的形成条件、物源区性质和气候环境具有重要意义。b a l a s h o v 等( 1 9 6 4 ) 最早指出，在强化学风化过程中稀土元素是不稳定的，张虎才等( 1 9 9 7 ) 也得 出相同的结论，而这种强烈的化学风化往往发生在温暖、潮湿的环境中。n e s b i t t 和m a r k o v i c s ( 1 9 9 7 ) 经过进一步研究表明，稀土元素在风化系数( c i a ) 达到 6 5 以上才发生明显的迁移，但也有证据表明甚至在更冷条件下的很弱的化学风 化过程中，稀土元素也可以活动( n e s b i t t ，1 9 7 9 ) 。f l e e t ( 1 9 8 4 ) 的研究结果表 明稀土元素的活动也许在风化作用过程中产生，但在河流和地表水的剥蚀和搬 第五章地球化学特征及其古环境意义 运过程中的变化不明显，由此可以得出结论，源区的风化作用程度是沉积物稀 土元素组成的一个重要制约因素。本文前面已经说明，m d 0 1 2 3 9 2 的物源区4 0 万年来没有发生明显变化，因此稀土元素及其相关参数的变化代表了源区气候 环境变更。 m d 0 1 2 3 9 2 站的稀土元素相关性分析显示，稀土元素之间的相关系数( 表 5 1 ) 均在0 7 以上。其配分模式( 图4 1 ) 显示出轻稀土元素富集，重稀土元素 含量均一，e u 元素明显负异常的特征，分布趋势与澳大利亚后太古代页岩 ( p a a s ) 完全一致。 表5 - 1 稀土元素的相关性 l ac ep rn ds me ug d t b d y h oe rt my bl uy 1 o 9 8 0 9 7 o 9 5 o 9 l 0 9 4 o 9 2 o 8 8 o 8 2 o 引 0 8 4 1 0 0 o 9 8 o 9 5 o 9 3 o 9 3 o 9 2 o 8 5 0 7 6 1 0 9 7 0 9 4 0 9 6 0 9 5 0 9 0 0 8 3 o 7 60 8 3 0 8 20 8 8 1 0 0 0 9 4l - 0 0 0 9 70 9 41 0 0 0 9 50 9 30 9 81 0 0 o 9 30 8 70 9 5 0 9 7l j d o 0 8 70 7 90 9 00 9 10 9 71 0 0 o 8 60 7 90 8 90 9 10 9 60 9 71 0 8 90 8 50 9 20 9 50 9 叮0 9 5o 9 61 0 0 l u 0 7 30 8 90 8 20 8 6 0 8 80 8 70 8 80 9 00 9 30 9 00 8 5 0 8 7 0 9 4i 0 0 y 0 8 2o 7 6o 8 l0 8 5 o 8 30 8 00 8 80 8 20 8 10 7 30 6 5o 6 50 7 40 8 21 0 0 6 e u 异常是反映古环境的的重要参数，e u 作为变价稀土元素，在风化成土 过程中主要受氧化还原环境影响，具有不同于其它稀土元素的地球化学行为， 大量研究表明e u 在岩石风化过程中，风化壳的某些层次有明显的异常现象。当 土壤中e u 3 + 还原成e u 2 + 以后e u 元素淋溶损失，造成e u 元素负异常，因此，土 壤中e u 的负异常值大小反映了土壤还原条件和淋溶程度的强弱( 黄成敏，2 0 0 2 ) 。 用公式： 6 肛丽e u , 1 4 s ! 蛇 盯 雅 盯 黔 加 记 配 o o o o o o o o o o o 卯 鳄 舛 眇 踮 盯 ：2 竹 竹 ， o o n 0 0 o o o o o o o h & h m 跏 h 僦 n 聊：宝 h i 曼 n 第f i 章地球化2 特征厦其古环境意义 ： | l 1 ，0 v 释坦皋制轻稚槭霉糍唳叫簿督n异h-i夏函 * 目dg o _ 。工 o | r n = o = 口 = o 第五章地球化学特征及其古环境意义 计算元素e u 的异常值，6 e u 值介于0 6 与o 6 8 之间( 图5 1 ) ，属于中度异常。 而该站位5 e u 值随着冰期、间冰期的更替并没有发生明显变化，已有研究表明， 末次冰期时南海南部温度下降而湿度没有明显变化。可能是这个原因造成 m d 0 1 2 3 9 2 站e u 元素的异常值在冰期问冰期没有发生明显变化。 h r e e l r e e 值介于0 2 4 川3 之间，其变化趋势显示出冰期时高而问冰期 时低的特征，一般认为，在岩土强烈风化过程中，重稀土元素( h r e e ) 较轻稀 土元素( l i 垣e ) 更易在溶液中形成重碳酸盐和有机络合物，优先被溶解迁移， 而l r e e 则被粘土优先吸附，使轻、重稀土发生分异，轻稀土相对富集，重稀 土亏损。因此随着风化程度的加强，h r e e l r e e 的比值将减小。因此 h r e e l r e e 变化趋势表明m d 0 1 2 3 9 2 站沉积物物源区间冰期时风化较强，而 在冰期时风化相对较弱。同时s m n d ，l a n d 等指示化学风化强度的指标也显示 出间冰期时高而冰期时低的特征。这个结果与l i u ( 2 0 0 4 ) 对南海西南