沉积学报  2016, Vol. 34 Issue (5): 902−911

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张凯棣, 李安春, 董江, 张晋
ZHANG KaiDi, LI AnChun, DONG Jiang, ZHANG Jin
东海表层沉积物碎屑矿物组合分布特征及其物源环境指示
Detrital Mineral Distributions in Surface Sediments of the East China Sea: Implications for Sediment Provenance and Sedimentary Environment
沉积学报, 2016, 34(5): 902-911
ACTA SEDIMENTOLOGICA SINCA, 2016, 34(5): 902-911
10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.009

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收稿日期:2015-09-01
收修改稿日期:2015-12-11
东海表层沉积物碎屑矿物组合分布特征及其物源环境指示
张凯棣1,2, 李安春1, 董江1,2, 张晋1     
1. 中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室 山东青岛 266071 ;
2. 中国科学院大学 北京 100049
摘要: 为进一步明确东海陆架区的沉积物物源及水动力环境,对研究区表层沉积物的碎屑矿物进行了鉴定分析。研究区共鉴定出49种重矿物、8种轻矿物。根据碎屑矿物的组合分布结合矿物形态特征,将东海陆架区划分为三个矿物区,内陆架矿物区、外陆架矿物区及虎皮礁矿物区。内陆架矿物区,动力分选是影响碎屑矿物分布的主要因素,物质来源相对单一,碎屑矿物主要来源于现代长江物质,闽浙沿岸近岸河流的输入,人类活动也对该区的矿物组成产生一定的影响;外陆架矿物区,重矿物分布的主控因素是长期的分选作用,主要是长江物质经后期改造形成,现代长江物质可从内陆架中北部扩散至124.5°E左右,此外外陆架东南部地形的变化也对碎屑矿物的分布起到一定控制作用;虎皮礁矿物区,有来自黄河、长江、火山物质的多重影响,且水动力环境相对复杂。
关键词东海     表层沉积物     碎屑矿物     物源     沉积环境    
Detrital Mineral Distributions in Surface Sediments of the East China Sea: Implications for Sediment Provenance and Sedimentary Environment
ZHANG KaiDi1,2, LI AnChun1, DONG Jiang1,2, ZHANG 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
Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.41430965
Abstract: 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 29°N, 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.
Key words: East China Sea     surface sediment     detrital mineral     provenance     depositional environment    
0 引言

碎屑矿物是海洋沉积物的基本组成,不同海域由于物质来源及沉积环境的不同,碎屑矿物的组成分布、表面形态等存在明显差异。因此分析碎屑矿物特征可以有效地指示研究区沉积物的来源、扩散路径及沉积环境等。

东海宽阔的大陆架北宽南窄,北缓南陡,地形自大陆岸线向东南缓缓倾斜,平均水深72 m[1]。研究区陆源物质丰富,主要来自于长江、黄河及沿岸入海河流,该区还受到季节性变化的长江冲淡水、闽浙沿岸流、台湾暖流及黑潮的影响,水动力环境复杂。

前人已对东海陆架表层沉积物碎屑矿物进行过部分研究,主要是运用重矿物组合特征来示踪物源和反映沉积物扩散[2-8]。由于选取的研究粒级、轻重矿物分离重液比重及鉴定方法的不同,研究结果也不尽相同[9],陈丽蓉等对东海陆架碎屑矿物做过相对统一的调查研究但由于当时的条件限制未能详细阐述物源、水动力与碎屑矿物组成分布特征的联系。

本文利用近年来取自东海陆架的表层沉积物样品,分析了研究区碎屑矿物的组合分布特征,并结合碎屑矿物的形态特征进一步探讨研究区的沉积物来源、水动力环境特征。

1 材料和方法

本文样品在2011年国家基金委秋季开放航次中取得(另补充5个2012年站位;3个2015年站位),共计69个表层沉积物样,取样站位分布如图 1。由于细砂与粗粉砂粒级中重矿物含量最高,种类最多,可以很好地指示沉积物的来源及母岩性质[2],且进入现代海洋的河流悬浮体主要为63~125 μm粒级。因此结合东海沉积物类型较粗的特征,本文选取63~250 μm粒级的沉积物作为研究对象。取一定量的沉积物原样浸泡24 h后过63 μm水筛,烘干后进一步筛取63~250 μm粒级组分进行轻重矿物的分离与鉴定。用比重为2.80的三溴甲烷重液对所选粒级沉积物进行轻重矿物分离,分离后烘干、称重。每个样品轻重矿物各鉴定300~500颗矿物颗粒,计算各种矿物的颗粒百分含量。先在实体镜下仔细观察矿物的颜色、光泽、形态、磁性和表面特征等,然后进一步在偏光显微镜下用油浸法测定透明矿物的光学性质,确定矿物类别。矿物的分离鉴定在中国科学院海洋研究所地质与环境重点实验室完成。

图 1 东海陆架表层沉积物取样站位 Figure 1 Location of sampling stations in the study area

由于片状矿物(以白云母为主)中常发生类质同相替换,铁锰镁等元素含量变化较大,其比重不尽相同,因此在轻、重矿物中均有分布。本文将轻重矿物分离鉴定,计算分析各矿物在轻、重矿物中的相对百分含量,所以不同比重的片状矿物将分别在轻、重矿物中讨论。

2 结果 2.1 重矿物组合及分布

重矿物的重量百分含量是指重矿物干重与63~250 μm粒级干重的百分比值,该数值与沉积环境有较为密切的关系[10]。研究区碎屑矿物中重矿物含量为0.5%~29.4%,平均含量为16.3%。整体上看(图 2)高含量区(>15%)主要分布在研究区中部中外陆架,中东部高达30%。研究区西部近岸区域(长江口外、杭州湾及闽浙沿岸)和东北部区域(济州岛西南)重矿物含量低,在29°N附近出现一个向东延伸至124.5°E的重矿物低值区。

图 2 重矿物重量百分含量(%) Figure 2 Weight percent of heavy mineral contents

研究海区重矿物共有49种,以普通角闪石、绿帘石、片状矿物(白云母+黑云母+风化云母+绿泥石)、碳酸盐矿物(白云石+文石+菱铁矿+菱镁矿)金属矿物(自生黄铁矿除外)和辉石为主(平均百分含量见表 1);稳定矿物(石榴子石、榍石、锆石等)分布较广但百分含量都小于1.0%;火山成因的矿物(橄榄石)、自生矿物(海绿石、自生黄铁矿)、变质岩矿物(红柱石、蓝晶石及矽线石)等其他矿物仅在局部区域出现且含量甚微。图 3给出了几类主要重矿物在研究区的平面含量分布特征。

表 1 东海陆架表层各矿物区主要碎屑矿物含量(%) Table 1 Main mineral content in each province and sub-provinces in surficial sediments of the East China Sea shelf
矿物分区 主要重矿物组分 主要轻矿物组分
重矿物 普通角闪石 绿帘石 辉石 片状矿物 白云石 变质岩矿物 磁铁矿 石榴子石 榍石 橄榄石 石英 斜长石 钾长石 矿物方解石 片状矿物
研究区 16.3 39.5 12.7 1.7 12.0 9.6 0.2 0.8 0.5 0.2 0.1 35.3 52.6 6.7 0.9 4.0
内陆架矿物区(Ⅰ区) 8.8 30.5 8.0 2.0 26.4 15.6 0.1 0.8 0.3 0.1 0.0 32.9 44.9 5.6 2.0 14.6
Ⅰ1矿物亚区 10.2 33.2 13.4 2.0 15.1 11.6 0.0 0.2 0.3 0.0 0.0 34.5 58.4 5.1 2.0 0.0
Ⅰ2矿物亚区 10.2 30.1 5.0 1.8 30.7 15.5 0.1 0.1 0.3 0.1 0.0 32.5 47.9 5.9 2.2 11.5
Ⅰ3矿物亚区 13.2 38.6 10.0 7.0 13.0 12.0 0.0 0.2 0.3 0.0 0.0 39.4 43.6 7.7 2.1 7.9
Ⅰ4矿物亚区 7.3 25.3 8.0 1.5 30.5 13.7 0.2 1.4 0.2 0.1 0.0 31.2 42.9 5.1 2.4 19.0
外陆架矿物区(Ⅱ区) 19.1 44.8 11.3 1.7 6.8 8.4 0.2 0.6 0.4 0.2 0.0 35.7 54.7 7.3 0.7 1.5
Ⅱ1矿物亚区 20.1 46.8 12.2 1.6 4.7 8.1 0.1 0.6 0.3 0.2 0.0 36.7 54.4 7.2 0.5 1.3
Ⅱ2矿物亚区 15.2 37.5 7.9 2.4 7.2 10.9 0.2 0.4 0.5 0.2 0.0 26.3 57.6 9.7 1.9 4.4
虎皮礁矿物区(Ⅲ区) 16.4 42.3 26.4 2.2 9.4 5.8 0.2 1.4 1.5 0.6 0.6 37.4 54.1 6.3 0.2 0.2
长江* 12.6 24.2 8.0 2.1 28.0 26.0 0.2 0.4 1.0 0.5 0.0 42.3 31.5 14.1 2.5 9.6
瓯江# 1.7 3.4 16.6 0.8 4.6 0.8 0.5 21.1 0.3 0.8 0.1
注:*数据引自陈丽蓉,2008;#董江未发表数据。
图 3 东海陆架表层沉积物中几种重矿物颗粒百分含量分布(%) Figure 3 Distribution of particle percentage content of several kinds of heavy minerals

研究区的普通角闪石多为短柱状、粒状,少数呈板状,颜色以深绿色、暗绿色、黄绿色为主,常嵌有磁铁矿颗粒。内陆架普通角闪石颗粒大多新鲜,磨圆较差,透明到半透明。外陆架海区普通角闪石颗粒大多风化严重,磨圆好,呈粒状,半透明到不透明,表面颜色不均匀。普通角闪石是东海陆架表层沉积物中含量最高的重矿物,百分含量可达39.5%。整体分布趋势由西向东含量增加,低值区出现在长江口以南的内陆架(123°E以西),高值区出现在研究区东部最高值可达68.1%。

东海陆架表层沉积物中新鲜的绿帘石颗粒为粒状,黄绿色、浅黄绿色至黄色,玻璃光泽,透明度好,磨圆差。研究区有些绿帘石为其他矿物风化而来,颜色不均匀,油脂光泽,半透明到不透明。绿帘石含量变化趋势大体与普通角闪石相同,但在闽浙沿岸出现高值区。研究区北部含量最高可达30.8%。

研究区片状矿物平均含量为12.0%,其分布特征与普通角闪石相反,内陆架含量高,由西向东含量减少,百分含量等值线大致与等深线平行,但在29°N附近有一向东延伸的舌状高值区。片状矿物中以白云母含量最高(占5.1%),白云母多为无色透明,也有少量为浅绿色、褐色,主要呈薄片状或稍厚的板状。黑云母含量较少,以褐色为主。绿泥石及风化云母均为绿色或黄绿色,根据是否分层及其光学性质加以区分。

碳酸盐矿物中白云石占绝大部分,菱镁矿、菱铁矿及文石含量很少。白云石含量同片状矿物一样也出现由陆向海百分含量降低的趋势。研究区白云石颗粒以灰白色、黄白色为主,呈粒状,磨圆程度差异较大,玻璃光泽至油脂光泽,有时嵌有磁铁矿颗粒或其他不透明矿物颗粒。

金属矿物中主要包括磁铁矿、钛铁矿、褐铁矿及赤铁矿。其中以磁铁矿和钛铁矿含量最高,其平均百分含量分别为0.8%及1.0%。磁铁矿在北部内陆架出现低值,而在闽浙沿岸及虎皮礁附近出现高值。研究海区磁铁矿多为粒状,金属光泽,极少见到自形的八面体或六面体。闽浙沿岸站位出现薄的长条状或短片状的磁铁矿,表面有红色铁锈,而虎皮礁附近的磁铁矿则呈现粒状,两者形态上存在明显差别。

辉石在研究海区平均含量为1.7%,但分布广泛。整体由北向南含量逐渐减少。研究区辉石多不新鲜,表面浑浊呈黄绿色或黄棕色,磨圆较好。

石榴子石在研究区含量不高但分布广泛。高值区出现在虎皮礁附近,低值区出现在123°E以西的内陆架区域。整体出现由内陆架向外陆架含量升高的趋势。研究区中石榴子石多为粉红色、橙色,少数出现无色,光泽强,透明度好,磨圆中等。

2.2 轻矿物组成及分布

东海陆架表层沉积物碎屑矿物中轻矿物占主导地位,最高含量可达99.5%,平均含量为83.7%。经鉴定,研究区有8种轻矿物,其中长石含量最高(斜长石+钾长石)平均可达59.3%,第二是石英平均含量为35.3%,片状矿物(白云母+风化云母+绿泥石)含量占4.0%排第三,其次是方解石平均含量为0.9%,海绿石含量很少仅占0.1%。

研究区石英含量变化范围为16.7%~50.1%,平均值为35.3%。由图 4可知整体趋势是研究区北部石英含量高于南部,但在浙闽近岸区南部含量较高。最高值出现在研究区北部长江口以外海域,低值区( < 30%)则出现在研究区中部124°E以西29°N~30°N之间,闽浙沿岸石英含量等值线与等深线近乎平行,由近岸向海含量降低。长石是研究区含量最高的轻矿物,其颗粒百分含量变化范围为29.6~85.5%,平均含量为59.3%。其含量平面分布特征与石英相反,低值区( < 44%)出现在闽浙沿岸,次低值区( < 54%)分布在长江口外与石英高值区相一致,高值区(>66%)出现在研究区最北部和中部。方解石的含量较低,变化范围为0~6.5%,平均值为0.9%,内陆架含量较高,向外海含量降低,在研究区北部和东部含量几乎为0,最高含量位于闽浙沿岸南部达6.5%,次高值分布在长江口以南28.5°N以北近岸区,在29°N以外有向东北扩散的趋势,最东可达125°E。研究区片状矿物(白云母+风化云母+绿泥石)主要分布在内陆架海域尤其是闽浙沿岸,含量最高可达22.8%,研究区北部和东部大片区域片状矿物含量为0。片状矿物的分布特征与方解石很相似在29°N附近也出现一向东北延伸的趋势可达124.5°E左右。

图 4 东海陆架表层沉积物中轻矿物颗粒百分含量分布(%) Figure 4 Distribution of particle percentage content of light minerals
3 讨论

选取研究区优势矿物和特征矿物(角闪石类、帘石类、白云石、金属矿物、石榴子石、风化碎屑、片状矿物(重矿物部分)、石英、方解石、长石、海绿石)颗粒百分含量作为变量进行Q型聚类分析,将研究区划分为三个矿物区(Ⅰ内陆架矿物区、Ⅱ外陆架矿物区、Ⅲ虎皮礁矿物区),又进一步跟据各矿物区主要组成矿物含量变化及矿物表面形态将研究区划分为七个矿物亚区(图 5)。各矿物区由于物源及沉积环境的不同,主要碎屑矿物组成含量及形态特征存在明显差异。

图 5 东海陆架表层沉积物碎屑矿物组合分区 箭头代表沉积物输运方向,其中:红色代表长江来源物质;黄色代表老黄河口来源物质;绿色代表闽浙沿岸流河流来源物质 Figure 5 Detrital mineral assemblage provinces in the study area The 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.

内陆架矿物区:位于123°E以西的内陆架区域地势平缓,水动力主要受长江冲淡水、闽浙沿岸流的影响。该矿物区与外陆架矿物区在重矿物百分含量上存在明显差异,该区重矿物含量明显低于全区平均值,而片状矿物和方解石含量较高。此外,该区碎屑矿物较新鲜,风化矿物含量低于外陆架。前人研究表明陆源物质入海后会发生差异性沉降,在水动力条件活跃区沉积分选良好的粗粒沉积物(细砂—中砂),在这些区域比重大硬度大不易被冲刷搬运的矿物富集,而在水动力条件较弱的地区则会沉积分选相对较差的细粒沉积物(粉砂与泥)。片状矿物由于其形态呈片状且比重较小其动力学特征与比粉砂相似,所以在水动力条件较弱的地区相对富集[11]。内陆架较受台湾暖流等海流影响的外陆架而言水动力环境较弱,因此矿物区片状矿物含量高,其中又以水动力环境最弱的Ⅰ2和Ⅰ4亚区含量最高。由图 6可看出,该矿物区平均粒径与重矿物百分含量两者相关系数R2为0.75,具有较好的线性相关关系,即平均粒径(Ф值)越小,重矿物质量百分含量越高,而在Ⅱ区、Ⅲ区中两者之间相关性微弱(图 6),反映了内陆架矿物区物质来源相对单一,动力分选是控制重矿物分布的首要因素[12]。将内陆架矿物区陆源碎屑矿物组成与长江水系矿物组成对比发现两者重矿物组成接近(表 1),结合前人研究[13-14]可以推断该区的主要物质来自长江,此外Ⅰ区中磁铁矿、片状矿物等含量的局部变化说明闽浙沿岸河流物质、岛屿侵蚀物质的输入及人类活动对该区的矿物组成也有一定的影响。内陆架矿物区又由于普通角闪石、绿帘石、白云石、磁铁矿等主要碎屑矿物的含量的不同被分为四个矿物亚区。

图 6 东海陆架表层沉积物重矿物含量与平均粒径的关系 Figure 6 The correlation between heavy mineral content and mean grain size

Ⅰ1矿物亚区位于长江口外,分布范围较小,之所以独立划分,是因为其片状矿物、白云石含量要明显低于内陆架矿物区的平均值,而普通角闪石、绿帘石、石榴子石含量则较高。Ⅰ1亚区的主要矿物按含量高底依次为普通角闪石、片状矿物、绿帘石、白云石。Ⅰ2亚区覆盖了31°N~29°N的内陆架区域。在Ⅰ2矿物亚区内,片状矿物含量占主导地位,是研究海区片状矿物、白云石含量最高的区域,而普通角闪石、绿帘石含量则低于Ⅰ区平均值。Ⅰ2亚区的主要矿物按含量高底依次为片状矿物、普通角闪石、白云石、绿帘石。Ⅰ1、Ⅰ2矿物亚区矿物组成差异主要受到细粒物质的供应及沿岸流的影响。长江携带的细粒入海物质在强劲的冬季风驱动的沿岸流的作用下向西南运移,Ⅰ2区受到源源不断的细粒物质的供应,因此其片状矿物含量很高;而Ⅰ1区细粒物质供应相对较少且冬季受到沿岸流的冲刷侵蚀导致其片状矿物、白云石含量较低。Ⅰ1矿物区的存在表明长江冲淡水的输运作用要远逊于沿岸流的输运作用。

Ⅰ3矿物亚区位于29.3°N~28.4°N附近,向东至123°E。其矿物组成特点是片状矿物和白云石含量小于南北两矿物亚区出现内陆架矿物区最低值,而普通角闪石和绿帘石含量最高分别可达38.6%、13.9%。轻矿物中钾长石也出现内陆架区最高值7.7%。矿物组合为普通角闪石、绿帘石、片状矿物、白云石。前人研究认为东海存在明显的跨陆架锋(CPF),CPF的存在对内陆架物质向外陆架的输送具有重要意义[15-17],研究区表层的温盐等值线图(图 7)明显的显示出CPF的存在,因此本文认为研究区中部Ⅰ3矿物亚区的矿物组成与跨陆架锋的存在有直接关系。由长江来的细粒物质一部分被沿岸流向南输运,而另一少部分被CPF带向外陆架,由于量相对较少所以该区的片状矿物、白云石等比重小的矿物相对含量降低。

图 7 2011年10月温度、盐度平面分布 Figure 7 Distribution of temperature and salinity in October, 2011

Ⅰ4亚区位于闽浙沿岸,28.4°N以南。Ⅰ4矿物亚区继承了由沿岸流带来的长江细粒物质特征,片状矿物含量较高,平均含量达到30.5%,白云石含量为13.7%,这两种主要矿物含量均略低于Ⅰ2区而高于Ⅰ1、Ⅰ3区;普通角闪石、绿帘石含量低于内陆架矿物区平均值,尤其是普通角闪石平均含量仅达25.3%;该区近岸站位(DH6-1、Z1)绿帘石含量较高,推断是受到瓯江物质的影响(瓯江绿帘石平均含量为16.74)。轻矿物中该区矿物方解石含量高(2.4%),是研究海区含量最高区域。磁铁矿在该区的平均含量可达1.4%,远高于其他矿物亚区,高值站位分布在近岸(Z1、Z9、DH7-1、DH8-1)且矿物形态表现为片状,表面有铁锈存在因此判断为近岸人类活动影响造成;此外由于台湾暖流与闽浙沿岸流之间的“滞流带”[18]形成还原环境[19],导致该区自生黄铁矿富集,靠近陆地的几个站位(Z1、Z9、DH7-1、DH7-2、DH8-1)出现大量的球粒状自生黄铁矿,最高含量可达5.7%。该区矿物组合为片状矿物、普通角闪石、白云石、绿帘石、矿物方解石。磁铁矿、自生黄铁矿为其特征矿物。

外陆架矿物区:温盐分布(图 7)表明秋季相对低温低盐的长江冲淡水、沿岸其他河流的输入及闽浙沿岸流主要作用在内陆架,123°E以东的外陆架则主要受到台湾暖流及黑潮的影响[20]。该区重矿物含量较高,普通角闪石、绿帘石、钾长石含量明显高于内陆架矿物区,而片状矿物、白云石、矿物方解石含量则低于内陆架矿物区,此外广泛分布的自生海绿石也可与其他矿物区相区分。外陆架矿物区陆源碎屑矿物组合与长江矿物组合相似,但角闪石、绿帘石等矿物多呈现风化状态,结合前人测年结果[2]确定其为古长江物质,之所以普通角闪石、稳定矿物等比重较大的矿物含量较高而片状矿物等小比重矿物含量降低甚至在某些站位缺失是因为该区受到台湾暖流及黑潮的冲刷。水流长期的冲刷淘洗将原本古长江来源沉积物中片状矿物、白云石、矿物方解石等易风化或搬运的组分搬离,后期即使有现代沉积物少量补充,也由于较强的水动力作用使得比重较小的矿物难以沉积下来。由于外陆架矿物区沉积物粒度较粗呈弱氧化环境[21],因此该区自生海绿石分布广泛。根据普通角闪石、绿帘石等主要组成矿物含量的变化将该区划分为两个亚区。Ⅱ1亚区:Ⅱ1亚区包括了外陆架矿物区的大部分区域。其矿物组成特点是普通角闪石占主导(平均含量46.8%),片状矿物、白云石、矿物方解石含量低,钾长石含量较高(7.2%)。变质岩矿物、稳定矿物、帘石类矿物与研究海区平均值接近,其中由于陆架东南部的地势起伏造成石榴子石、榍石出现斑块状的高值区。

Ⅱ2亚区:该区位于29.3°N~28.4°N,123°E~124.5°E附近,重矿物含量低于Ⅱ1区,其矿物组成特征与Ⅱ1矿物亚区相比片状矿物、白云石、矿物方解石含量高,而普通角闪石、绿帘石含量则低于外陆架矿物区平均值。这是因为由于跨陆架锋(CPF)的存在使Ⅱ2矿物亚区沉积了部分由内陆架输运来的细粒沉积物,片状矿物、白云石含量较Ⅱ1矿物亚区有所增加。该矿物亚区是Ⅰ3矿物亚区向外陆架的延伸。矿物组合为普通角闪石、白云石、绿帘石、片状矿物。

虎皮礁矿物区:虎皮礁矿物区位于研究区的东北部,矿物组合特征与前两个矿物区有较大差别。绿帘石、石榴子石、金属矿物含量的升高,新鲜、磨圆较差的橄榄石的出现表明其物质来源的多样性。该区的特征矿物是橄榄石,最高含量可达1.9%,普通角闪石含量(42.3%)也高于研究区平均值。片状矿物虽低于研究区平均值但略含量高于外陆架矿物区,而白云石、矿物方解石则在该区出现最低值。虎皮礁矿物区的沉积物主要是由黄海沿岸流搬运来的黄河物质[7, 17, 22-24],绿帘石、石榴子石含量较高,但由于秋季黑潮爬升水(温度大于24℃,盐度大于34‰)向陆架西北入侵至虎皮礁矿物区(图 7),阻止了黄海沿岸流向东南的扩散[25-26]且冲刷该区底质,因此比重较小的方解石含量出现低值。长江冲淡水夏季向东北方向输运的长江物质的沉积也对该区域沉积物有一定贡献,而橄榄石则来自虎皮礁的火山物质。

由于同一海域砂质沉积与泥质沉积可能有不同的物质来源[27],因此本文通过碎屑矿物对物源的指示具有一定的局限性,仅代表较粗物质的来源。

4 结论

(1) 东海陆架表层沉积物中共有49种重矿物,其中普通角闪石含量最高,绿帘石、片状矿物、碳酸盐矿物次之,金属矿物、辉石排第三,另外还有透闪石、石榴子石、榍石、锆石、橄榄石、海绿石、红柱石等。轻矿物共有八种,其中长石含量最高,其次是石英,片状矿物(白云母+风化云母+绿泥石)排第三位,方解石第四,海绿石含量很少仅占0.1%。

(2) 研究区沉积物中重矿物质量百分含量平均值为16.3%,高值区位于研究区中部的中外陆架,研究区西部(内陆架)及东北部(济州岛西南)含量较低。按其含量由高到低依次为:角闪石类矿物,主要分布在外陆架;片状矿物,主要分布在内陆架,在29°N附近出现向东延伸的舌状高值区;帘石类矿物与片状矿物分布趋势相反;金属类矿物主要在闽浙沿岸和虎皮礁附近含量较高;自生黄铁矿、海绿石、橄榄石仅出现在特定区域。

(3) 根据Q型聚类分析可将研究区划分为3个矿物区,7个矿物亚区。内陆架矿物区(Ⅰ区),物质来源相对单一,动力分选和物源是控制重矿物分布的主要因素,陆源碎屑物质主要来源于长江其次是其他沿岸河流的输入,值得注意的是人类活动的影响使得闽浙沿岸磁铁矿的含量出现异常高值。外陆架矿物区(Ⅱ区),碎屑物质主要来源于古长江物质,在台湾暖流、黑潮的长期冲刷下重矿物含量特别高,碎屑矿物多已风化,片状矿物、白云石等易风化和搬运的矿物含量较少甚至缺失。在29°N附近现代长江入海的细粒物质向东北方向扩散,对外陆架矿物区碎屑矿物组成有一定影响。虎皮礁矿物区(Ⅲ区)物质来源、水动力环境复杂,碎屑矿物组成与前两矿物区有较大差异。

(4) Ⅰ3矿物亚区和Ⅱ2矿物亚区的碎屑矿物特征表明在浙江近岸北部海域有现代细粒沉积物向外延伸的趋势,这种趋势与沿岸水团锋面穿刺的水文现象不无关系,表明东海内陆架的陆源沉积物不仅沿岸输运而且还存在跨陆架的输运,从重矿物、片状矿物和白云石的含量分布看可扩散至125°E以外的外陆架海域。

致谢: 感谢孙承武老师参加航次样品采集,科学三号考察船全体船队员在调查航次中付出辛勤劳动,在此一并致谢。
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