长江口泥质区表层沉积物元素地球化学.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2010年6月 海 洋 地 质与第 四 纪 地 质 Vol. 30 ,No. 3 第30卷 第3期 MARINE GEOLOGY Ⅱ 区位于研究区中部,富集Al2O3、Fe2O3、MgO、Cu等元素;Ⅲ 区位于研究区东部,元素分布特征与 Ⅰ 区相 似,不同之处是 Ⅲ 区明显富集CaO、Sr两种元素。在以长江沉积物为主要物源的前提下,沉积物粒度是控制研究区 内常、 微量元素分布的第一因素,生源物质、 物源和自生作用也是控制研究区元素分布的重要原因。 关键词元素地球化学;数理统计方法;地球化学分区;长江口泥质区 中图分类号P736. 4 文献标识码A 文章编号02562149220100320061210 东海陆架分布有两大斑状泥质区,即济州岛西 南泥质区和近岸泥质区。近岸泥质区又可分为长江 口泥质区和闽浙沿岸泥质区两个亚区,中间以粉砂 沉积相间隔[1]。对于东海陆架沉积物的地球化学特 征,前人已做了许多工作,取得了大量成果[127]。赵 一阳等[2]早在1990年以前就系统地研究了中国浅 海沉积物地球化学特征,总结了各元素的分布规律 及各海区内元素的分布特征,提出了 “元素的粒度控 制规律” 。Yang Z S ,Saito Y等[324]的研究表明,泥 质区是东海陆架的现代沉积中心,是物质的汇。一 些学者针对长江口泥质区的矿物和地球化学进行了 探讨,认为东海近岸泥质区地球化学特征与长江沉 积物十分相似,其主要物质来源即长江入海沉积 物[526]。肖尚斌等[7]对位于闽浙沿岸泥质区的DD2 孔进行了粒度分析、AMS 14 C年龄测试和主元素、 微量元素分析,总结了近2 ka来东海内陆架泥质沉 积物地球化学特征。 以往的研究往往由于受限于取样范围和取样间 隔,导致对长江口泥质区的研究缺乏系统性和等时 性,本文在长江口泥质区进行大范围、 高密度取样基 础上,选择了105个表层沉积物样品系统研究了其 常微量元素含量、 分布特征,进行了地球化学分区, 讨论了其控制因素和地质意义。 基金项目我国近海海洋综合调查与评价专项课题 908 2012 CJ08 ,908202202205 ,9082ZC2I2 05 作者简介张忆1985 , 女,硕士生,主要从事海洋地球化学研 究,E2mail zhangyi 收稿日期2009211224 ;改回日期2010201216. 周立君编辑 1 材料与方法 本文所选用的105个表层样品位于长江口南支 外和长江口泥质区,由国家海洋局第一海洋研究所 于2006年59月用 “金星二号” 科学考察船取得, 取样站位如图1所示。所有样品均由箱式取样器采 取。样品先在50℃ 环境下烘干,再于玛瑙研钵中被 研磨至200目,之后采用标准压片法,将样品制成X 荧光射线光谱分析所需的样品片。样品常微量元素 测试所采用的仪器是德国Siemens公司生产的SRS 303型X射线荧光光谱分析仪。测试过程中,用 GDS29和空白样品进行质量监测,同时,随机重复 测量了30 的样品。元素的测量精度一般为相对 误差小于3 。X荧光分析方法所得到的常量元素 包括SiO2、Al2O3、TFe2O3全铁、MgO、CaO、K2O、 Na2O、MnO、TiO2、P2O5,共计10项,以元素氧化物 的质量分数 给出,微量元素Cu、Pb、Ba、Sr、V、 Zn、Co、Ni、Cr、Zr以元素的质量分数μg/ g给出, 实验于国土资源部青岛海洋地质研究所完成。 另外,还对样品进行了粒度分析。粒度分析的 样品处理如下取适量样品置于烧杯中,加入15 mL 3 的双氧水浸泡24 h ,去除有机质;然后加入5 mL 3 mol/ L的稀盐酸浸泡24 h去除沉积物中的钙质 胶结物及生物贝壳,其后将样品进行3次离心、 洗 盐使溶液至中性为止。处理后的样品经超声波振荡 分散后上机测试。粒度分析所用仪器为英国Malv2 ern公司生产的Master sizer 2000型激光粒度仪, 测量范围为0102～2 000μm ,重复测量的相对误差 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 海 洋 地 质与第 四 纪 地 质2010年 小于3 ,实验于国家海洋局第一海洋研究所海洋 沉积与环境地质国家海洋局重点实验室完成。 图1 长江口泥质区取样站位 Fig. 1 Study area and sampling stations in the mud area of Yangtze Estuary 2 结果与讨论 2. 1 常微量元素地球化学基本特征 选取的105个表层沉积物样品的平均粒径为 6123Φ,按照沉积物类型对样品进行统计,其中砂质 样品1个,粉砂质砂样品21个,砂质粉砂样品12 个,粉砂样品8个,黏土质粉砂63个,可见黏土质粉 砂是研究区内的优势沉积物类型,研究区沉积物类 型见图2 ,黏土质粉砂及粉砂的分布区域即是泥质 区的大致范围。 图2 长江口泥质区沉积物类型 Fig. 2 Sediment types in the mud area of Yangtze Estuary 研究区内表层沉积物地球化学组成以SiO2和 Al2O3为主,其平均值分别为58128 和14131 见 表1 ,两 者 之 和 占 总 化 学 成 分 的67104 ～ 82144 ,表明研究区内沉积物以硅酸盐和铝硅酸盐 为主。CaO的含量为2163 ～7195 ,平均值为 4161 ,总体含量较低。TFe2O3、MgO、Na2O、K2O 的含量均在10 以下, TiO2、P2O5、MnO的含量则 在1 以下。微量元素中Ba、Sr、Zr的含量明显高 于其他微量元素的含量,Ba的平均含量为433178 μg/ g ,Sr、Zr的平均含量达到150μg/ g以上; Cu、 Pb、Co、Ni、Cr的含量均为0～100μg/ g ,变化范围 小;V、Zn两种元素的含量为40～150μg/ g。 从表1 中还可得出几种常量元素的含量分布模式Al Fe Ca K Mg Na ,与长江沉积物主要元素的含量 模式完全一致[2],说明了泥质区沉积物的主要物质 来源是长江,与黄河的分布模式Al Ca Fe Na ≥K Mg[2]明显不同。 研究区内常微量元素的含量与沉积物类型及沉 积物平均粒径关系密切。对不同类型的沉积物进行 统计分析,计算各类沉积物中元素的富集系数,即将 各类型沉积物的元素含量平均值[Means ] 与总的 沉积物平均值[Mean t ] 相比,然后依元素变化投 影作图,得到图3。由于砂质沉积物样品只有一个, 因此,未对砂质沉积物计算平均值、 富集系数作图。 与总体平均值相比,图中富集系数大于1的部分表 示相对总体该元素在此类沉积物中富集,反之则是 亏损。从图3可知,粉砂质砂和黏土质粉砂中各元 素的变化范围较大,而砂质粉砂和粉砂中的变化则 相对小。粉砂质砂中富集SiO2、CaO、Na2O、Sr、Zr , 亏损Al2O3、TFe2O3、MgO、K2O、TiO2、MnO、Cu、 Pb、V、Zn、Co、Ni、Cr ;黏土质粉砂中各元素的富集 规律则与之相反。砂质粉砂中,特别富集CaO、Sr、 Zr ,亏损P2O5,其他元素与总平均值接近。粉砂中 明显富集Cu、V、Zr ,亏损P2O5、Sr ,其余元素变化不 大。从图3中还可知,不同元素随沉积物类型的变 化呈现出一定的变化趋势Al2O3、TFe2O3、MgO、 K2O、TiO2、MnO、Cu、Pb、V、Zn、Co、Ni、Cr的含量 依粉砂质砂 → 砂质粉砂 → 粉砂 →黏土质粉砂的顺 序,随粒度变细而含量逐渐增高;SiO2、CaO、Na2O、 Sr、Zr依粒度变细的顺序,含量呈降低趋势;Ba在各 类型沉积物中含量变化幅度较小,依粒度变细的顺 序,含量有所上升,与Al2O3、TFe2O3、MgO等元素 具有相似的变化规律; Zr受沉积物粒度的影响较 小,依粒度变细的顺序含量略有下降。 26 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第3期 张忆,等长江口泥质区表层沉积物元素地球化学 表1 长江口泥质区常微量元素含量 Table 1 Geochemical contents of the major and trace elements in sediments of the mud area of Yangtze Estuary 所有类型沉 积物 105 个 砂 1 个粉砂质砂 21 个砂质粉砂 12 个粉砂 8 个黏土质粉砂 63 个 SiO2/ 52. 37 58. 2871. 98 55. 79 62. 64 54. 05 58.27 54. 14 57. 90 52. 37 56. 52 71. 9868. 0365. 2765. 7166. 56 Al2O3/ 10. 47 14. 3110. 47 10. 50 12. 60 11. 22 13.81 12. 67 14. 49 11. 57 15. 05 17. 4015. 3915. 7115. 4917. 40 TFe2O3/ 3. 67 5. 734. 05 3. 67 4. 74 4. 45 5. 44 4. 30 5. 89 3. 99 6.15 7. 115. 976. 666. 777. 11 MgO/ 1. 76 2. 661. 76 1. 83 2. 26 2. 28 2. 56 2. 16 2. 67 2. 10 2.83 3. 182. 872. 842. 913. 18 CaO/ 2. 63 4. 613. 80 3. 72 5. 23 3. 94 5. 17 4. 25 4. 46 2. 63 4.33 7. 957. 627. 954. 655. 22 Na2O/ 1. 37 1. 902. 10 1. 81 2. 10 1. 37 1. 94 1. 69 1. 85 1. 37 1.82 2. 652. 652. 212. 082. 21 K2O/ 1. 75 2. 752. 04 1. 75 2. 46 2. 27 2. 68 2. 24 2. 73 2. 21 2.87 3. 252. 972. 993. 003. 25 TiO2/ 0. 32 0. 510. 32 0. 33 0. 46 0. 39 0. 47 0. 47 0. 51 0. 44 0.54 0. 850. 750. 670. 530. 85 P2O5/ 0. 05 0. 070. 05 0. 05 0. 08 0. 06 0. 07 0. 06 0. 07 0. 05 0.08 0. 180. 160. 150. 070. 18 MnO/ 0. 05 0. 070. 05 0. 05 0. 06 0. 05 0. 07 0. 06 0. 08 0. 06 0.08 0. 120. 090. 090. 100. 12 Cu/ μg/ g 2 26. 812 2. 00 13. 81 11. 00 25.98 13. 00 28. 63 10. 00 31. 77 6444. 0064. 0038. 0044. 00 Pb/ μg/ g 17 28. 3822 17. 00 23. 19 20. 00 27.06 21. 00 28. 75 19. 00 30. 56 3827. 4033. 0034. 0038. 00 Ba/ μg/ g 339 433. 78404 339. 00 413. 10 391. 00 429. 73 393. 00 432. 63 385. 00 442. 94 485454. 80458. 80449. 00485. 00 Sr/ μ g/ g 112 159. 77160 159. 00 203. 06 141. 00 176. 53 133. 00 144. 50 112. 00 144. 43 314314. 00274. 00155. 00178. 30 V/ μ g/ g 54 93. 6154 59. 00 74. 49 73. 00 87.96 78. 00 97. 63 74. 00 101. 71 147111. 70131. 00130. 00147. 00 Zn/ μ g/ g 46 90. 4951 46. 00 69. 47 62. 00 84.52 62. 00 92. 25 60. 00 99. 53 12096. 10100. 00114. 00120. 00 Co/ μg/ g 10 15. 8412 11. 00 13. 65 12. 00 15.01 12. 00 15. 88 11. 00 16. 93 2116. 0019. 0019. 0021. 00 Ni/ μ g/ g 20 39. 3823 20. 00 30. 31 27. 00 36.67 29. 00 41. 25 25. 00 43. 27 5239. 6047. 0048. 0052. 00 Cr/ μ g/ g 55 83. 1055 61. 00 71. 23 68. 00 77.91 69. 00 86. 25 69. 00 88. 54 9889. 0092. 0096. 0098. 00 Zr/ μ g/ g 126 185. 98132 126. 00 195. 12 131. 00 194. 46 151. 00 192. 25 131. 00 181. 80 350350. 00313. 00278. 00258. 00 36 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 海 洋 地 质与第 四 纪 地 质2010年 图3 长江口泥质区常微量元素含量随沉积物类型的变化趋势 Fig. 3 Trends of variations in the relative contents of major and trace elements in different sediments in the mud area of Yangtze Estuary 研究区内常微量元素之间的相关性用Pearson 相关系数进行度量,所计算的结果再经双尾显著性 检验,结果见表2。SiO2是研究区内占主导地位的 元素,与大多数元素呈负相关,如Al2O3、Fe2O3、 MgO、K2O、Pb、Zn、Ni、Cr与SiO2的相关系数均在 - 018以上。长江口泥质区的主要物质来源是长 江,以陆源碎屑沉积物为主,当SiO2含量高时,大部 分元素的含量低,即SiO2是许多元素含量的稀释 剂[8]。Al2O3也是研究区表层沉积物中的重要组 分,与SiO2两者呈负相关,由表2可以看出, Pb、 MnO与Al2O3呈正相关,相关系数在017以上;Ba、 Zn、Cr与Al2O3呈正相关,相关系数在018以上,而 TFe2O3、MgO、K2O、Ni与Al2O3的相关性则更强, 在019以上。Al是黏土矿物的特征元素,这些元素 与Al2O3的相关关系反映了它们都具有亲黏土性。 TFe2O3与Co、Ni等元素存在强烈的正相关性,相关 系数达018甚至019以上,这些过渡族元素在地球 化学行为上具有相似性,在母岩中就存在相伴生的 关系,又经过表生作用以相似的迁移方式进行搬运、 沉积,使这些元素之间相关性显著。CaO、Sr两者 相关性最强,它们主要赋存于钙质生物贝壳中,受生 物沉积作用影响。TiO2、P2O5两者相关性十分明 显,与其他元素的相关性较差,说明它们的地球化学 行为与亲碎屑元素有所不同。Zr与任何一种微量 元素的相关性都不强,是因为Zr主要赋存于重矿物 锆石中,极难溶解,迁移能力弱,受沉积物粒度的变 化影响小,基本不受沉积物类型变化的控制,是可用 于示踪源区的元素。由此可见,研究区元素间的相 关性受到了沉积物粒度、 母岩特征、 生物沉积作用和 元素地球化学性质的共同影响。 2. 2 常微量元素含量平面分布趋势 对研究区常微量元素的含量进行了划分,含量 划分的主要目的是突出高、 低含量区,表现背景值。 划分原则如下 1 全部数据按含量从低至高统计累 积频率;将累积频率分为6个等级 0 最小值、 10 、25 、50 、75 、90 、100 最大值 ; 求得 各级的含量范围并作图 ;2 各级所反映的地球化学 含义为 0～10 为极低值,10 ～25 为低值,两 者分布区称为低含量区;25 ～50 为低中值低背 景值 ,50 ～75 为高中值高背景值 , 两者分布 区称为中含量区;75 ～90 为高值,90 ～100 为极高值,两者分布区为高含量区[9]。从所得元素 含量等值线图中,可将研究区内常微量元素含量的 平面分布分为以下4类,其中Si、Al、Fe等10种代 表性元素的平面分布趋势见图4。 1 Al2O3、TFe2O3、 MgO、K2O、Cu、Pb、Ba、V、 Zn、Co、Ni、Cr的含量分布这些元素的含量平面等 值线分布以123E为界,123E以东为低含量区,等 值线呈带状平行岸线分布,12215 ～123E之间为 高含量区,有相对低值的区域将高值区分隔成2～3 个斑状区域。12215E以西元素含量以中、 低值为 主,局部地区有高含量值出现。此类元素的分布特 点即中间高、 东西两侧相对较低。 2 SiO2、Zr的含量分布SiO2是研究区内沉积 物的主要化学组分,多赋存于粗粒沉积物中,与大多 数元素呈负相关,其含量分布与第一类以Al2O3为 代表的元素相反12215 ～123E之间为明显的低 值区, 123E以东是SiO2含量的高值区,12215E以 西地区是其含量的中、 高值区, Zr含量的分布与 SiO2十分相似,分布特点是中间低、 东西两侧高。 3 CaO、Na2O、Sr的含量分布以123 E为界 东西两侧明显分为高值区和低值区,123E以东为 一块伸向西北方向的楔状高值区,123E以西元素 含量降低,低值区呈斑状杂乱分布,可见CaO、 Na2O、Sr的分布也受到沉积物粒度效应的影响,但 在粒度分布的一致程度上不及前两类,CaO、Sr常 出现在钙质生物贝壳中,Na2O多赋存于长石中,因 此,除了粒度控制律以外,还有生源物质及物源等其 他因素影响了此类元素的分布。 4 TiO2、P2O5、MnO的含量分布123 E以东 以低含量区为主,123E以西则呈斑状分布着高含 量区。TiO2和P2O5的含量平面等值线分布极为相 似,均受沉积物粒度的影响不大, Ti以溶解态迁移 46 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第3期 张忆,等长江口泥质区表层沉积物元素地球化学56 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 海 洋 地 质与第 四 纪 地 质2010年 图4 长江口泥质区常微量元素含量平面分布 Fig. 4 Distribution of major and trace elements in the mud area of Yangtze Estuary 的极少,主要以重矿物钛铁矿、 金红石的形式进行搬 运[2]。P、Mn两种元素的 “自生性” 比 “陆源性” 强, 它们的分布受粒度的影响较小,从海水中由 “溶解” 状态经化学或生物化学等作用聚集到沉积物中[10], P可形成磷灰石等矿物。MnO的分布可能还受到 自生作用和再悬浮作用的控制[2]。 2. 3 元素地球化学分区 为了进行元素地球化学分区,首先对研究区内 所有站位常微量测试结果进行R型聚类分析,选用 Ward的方法进行聚类判别,结果如图5所示。选 定判别距离为5时,常微量元素可以分为比较明显 的3种类型,第1类为P2O5、MnO、TiO2、MgO、 K2O、Na2O、Fe2O3、CaO、Al2O3、Co、Cu、Pb、Ni、 SiO2;第2类为Zn、Cr、V、Sr、Zr ,单个元素Ba为第 3类。在R型聚类分析结果的基础上,对所有105 个样品进行Q型聚类分析。所挑选进行Q型聚类 分析的元素必须具有代表性,不遗漏研究区内的地 66 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第3期 张忆,等长江口泥质区表层沉积物元素地球化学 球化学信息,参考元素间的相关性见表2 ,所选取元 素之间的相关性应尽量小,具有独立性。再结合R 型聚类分析的结果,每一类元素选取一个作为代表, 或同一类元素按一定聚类间隔选取代表元素。根据 以上原则,挑选出SiO2、Al2O3、P2O5、Ba、Sr、V共6 种元素作为Q型聚类分析的基础。判别方法仍选 用Ward方法,将得到的结果按照实际经纬度进行 投图,并划分了各类样品的分布范围图 6 。研究 区内所有样品可分为3个区,Ⅰ 区样品共24个,主 要分布在12215E以西的近岸地带,只有4个站位 位于研究区东部;Ⅱ 区样品共64个,均分布在123 E以西地区,12215～123E是 Ⅱ 区样品分布的主要 区域,12215E以西的近岸地带也有少量此类样品 分布;Ⅲ 区样品共17个,主要分布于123E以东的 研究区东部。 图5 长江口泥质区典型常微量元素R型聚类 Fig. 5 Results of R2cluster analysis for all 20 elements in the mud area of Yangtze Estuar 图6 长江口泥质区元素地球化学分区 Fig. 6 Elemental geochemical provinces of the mud area of the Yangtze Estuary 根据Q型聚类分析所得到的分区,结合3个类 型样品的元素地球化学特征,可将研究区划分为3 个地球化学区。Ⅰ 区对应于第1类聚类分析样品的 分布区域,位于研究区西部,主要富集SiO2、Na2O、 Zr ,此3种元素以外的所有元素相对总体均呈现亏 损,并且明显亏损Cu ;Ⅱ 区对应于第2类聚类分析 样品的分布区域,位于研究区中部,元素的富集特征 与 Ⅰ 区恰好相反,除亏损SiO2、Na2O、Zr以外,其余 元素相对总体呈现不同程度的富集,且明显富集 Cu ;Ⅲ 区对应于第3类聚类分析样品的分布区域, 位于研究区东部,元素分布特征与 Ⅰ 区相似,并且富 集与亏损的程度较 Ⅰ 区稍大,不同之处是 Ⅲ 区明显 富集CaO、Sr两种元素见表3 ,图 7 。其中CaO的 含量为5165 ,即Ca的含量为4104 ,Sr的含量 为218181μg/ g ,均已明显超过长江沉积物中两种 元素的平均含量2186 和150μg/ g[2]。结合 Ⅲ区 所处位置,认为这部分沉积物来自于海洋源,Ca主 要由低海平面时形成的钙质生物残骸所提供[11]。 长江口泥质区的沉积物主要来自于长江[2 ,12], 以粉砂、 黏土等细粒沉积物为主图 7 。长江物质 入海后由于沉积水动力条件发生改变,粗粒级的沉 积物迅速在河口地区沉积,而细粒物质则随着长江 沿岸流继续向南输运。随着水动力条件减弱、 水深 加大,在低能环境下细粒沉积物逐渐沉积下来[8]。 Ⅰ 区与 Ⅱ 区的样品分布存在一定程度的相互交叉。 刘阿成认为杭州湾外海域岛屿的存在影响了沉积物 的分布,特别是对粉砂粒级影响明显,致使形成了不 同的沉积物粒度分布区。岛屿的存在还影响了潮流 场,局部潮流场的改变也是改变沉积物分布的原 因[13]。Ⅰ 区的沉积物粒度和地球化学特征分布呈 斑块状是受到研究区内岛屿与潮流场的影响。Ⅰ 区 样品主要分布于长江水下三角洲和舟山群岛近岸。 刘健等通过对沉积物磁学特征的分析,认为舟山群 岛近岸细粒沉积物是长江物质经沿岸流搬运而 来[14]。舟山群岛近岸的沉积物和长江水下三角洲 的沉积物均主要来自于长江,而非岛屿风化侵蚀形 成。Ⅰ 区样品平均粒径比 Ⅱ 区粗图7 ,相对 Ⅱ区 富集Si、Na、Zr等元素,而Al、Fe等与细粒物质密 切相关的元素在 Ⅱ 区含量高于 Ⅰ 区。Ⅱ 区与 Ⅲ 区之 间的差异是内外陆架沉积环境和水动力条件造成 的,Ⅱ 区所在的123E以西地区,是闽浙沿岸流起主 要作用的地区,沉积物以长江搬运来的入海物质为 主,Ⅲ区则主要在123E以东,受控于台湾暖 流[1 ,15],属残留砂沉积区,因此,相对于 Ⅱ区Ca、Sr 含量高。 76 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 海 洋 地 质与第 四 纪 地 质2010年 表3 长江口泥质区内不同地球化学分区的常微量元素平均含量单位常量元素为;微量元素为μ g/ g Table 3 Mean contents of major and trace elements of different geochemical provinces in the study area major elements ; trace elementsμ g/ g SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaONa2OK2OTiO2P2O5MnO Ⅰ 区61. 7713. 085. 022. 434. 601. 982. 500. 470. 070. 07 Ⅱ 区56. 0715. 236. 252. 854. 341. 812. 910. 540. 080. 08 Ⅲ 区61. 6312. 574. 752. 265. 652. 112. 480. 420. 070. 06 CuPbBaSrVZnCoNiCrZr Ⅰ 区18. 2924. 75409.42157. 5890. 5477. 4614. 0033. 2975. 67214. 46 Ⅱ 区33. 1331. 03448.54144. 90100. 32100. 6617. 1143. 9089. 22175. 37 Ⅲ 区15. 0523. 56412.61218. 8172. 6870. 5813. 6430. 9470. 56185. 72 图7 长江口泥质区表层沉积物平均粒径分布 Fig. 7 Distribution of mean grain size of the surface sediments in the mud area of Yangtze Estuary 2. 4 元素地球化学控制因素 为探讨研究区内元素地球化学的控制因素,利 用Spss软件,选取Varimax法作为因子分析的旋转 法[16],对SiO2、Al2O3、TFe2O3全铁、MgO、CaO、 K2O、Na2O、MnO、TiO2、P2O5、Cu、Pb、Ba、Sr、V、 Zn、Co、Ni、Cr、Zr共20种常微量元素进行了R型 因子分析。结果显示,因子分析所得的3个因子的 方差累积百分比占总方差百分比的821467 ,能够 较全面地反映研究区内元素地球化学控制因素的变 化情况。 因子1的方差贡献为501862 ,是研究区内控 制元素分布的主要因素。因子1的元素组合为 Al2O3、TFe2O3、MgO、K2O、MnO、Cu、Pb、Ba、Zn、 Co、Ni、Cr ,SiO2是与之相反的最大负载荷,Zr也有 较大的负载荷。Al2O3、TFe2O3、MgO、K2O、MnO、 Cu、Pb、Ba、Zn、Co、Ni、Cr等元素受控于细粒级沉积 物的分布,在 Ⅱ 区含量高,在粒度较粗的 Ⅰ 区、 Ⅲ 区 含量低。Al2O3、TFe2O3、MgO等元素在黏土矿物 中含量高,与黏土粒级有良好的相关性表 2 。同 时,在河口地区,细粒沉积物表面由于胶体的形成而 吸附Cu、Pb、Zn等金属离子,沉积水动力和沉积介 质物化性质的改变,使这些元素与细粒沉积物一起 发生沉积。SiO2、Zr则与以上元素分布趋势恰好相 反,多赋存于砂粒级中。参照图2 ,可知研究区内元 素的分布与沉积物类型分布相一致,因此,研究区在 物源相对单一的情况下,沉积物粒度是控制元素分 布的最主要因素,沉积物粒度的变化也反映了沉积 环境水动力条件的不同。 因子2的方差贡献为181210 ,主要受控于因 子2的元素是CaO、Na2O、Sr。3种元素的含量平 面等值线分布十分相似,向远岸的方向含量增加,在 Ⅲ 区出现高值。浅海粗粒沉积物中常富含钙质生物 贝壳,以CaCO3为主要成分。Sr由于离子半径与 Ca相似,在CaCO3中Sr可以类质同相取代Ca的位 置。CaO、Sr与钙质生物密切相关,因此,因子2可 认为是生物因素对元素分布的影响因子。 因子3的方差贡献为131395 ,主要的元素组 合为TiO2、P2O5、V , TiO2存在于独立矿物钛铁矿 中,在搬运过程中很少迁移,可代表源区的特征。P 的自生作用则形成磷灰石等含磷矿物。V与TiO2 的相关性较强,因子载荷较大应与源区原岩的性质 有关。因此,因子3主要体现了物源和自生作用对 元素分布的影响。 结合元素的地球化学分区和因子分析可知, 123E两侧的沉积物中砂、 粉砂、 泥的含量有较大变 化,因为这里是内外陆架的分界[8],沉积环境明显不 同。123E以东水深加大,受到台湾暖流的 “顶托作 用” [5 ,17] ,远岸一侧的粗粒物质部分来自台湾暖流携 带的扬子浅滩、 东海潮流沙脊物质。元素分区中的 Ⅱ 区与 Ⅲ 区之间,凡是主要受因子1控制的元素都 在123E两侧出现了含量的明显变化,变化梯度大, 86 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第3期 张忆,等长江口泥质区表层沉积物元素地球化学 含量等值线沿经度方向带状分布;受因子2控制的 元素则在123E以东地区出现了明显的高值区;受 因子3控制的TiO2、P2O5两种元素呈斑状分布,由 表2可知它们与各种类型沉积物的相关性都在014 以下,沉积物粒度对于分布控制较小,TiO2、P2O5分 别存在于重矿物钛铁矿、 金红石、 磷灰石中,说明物 源区的地球化学特征和自生作用,也是控制区内元 素分布的因素之一。 3 结论 1长江口泥质区表层沉积物中以Si、Al两种 元素为主,两者之和占总化学成分的67104 至 82144 不等,两者之间呈显著的负相关性,其余常 量元素的含量均在10 以下。Ba、Sr、Zr的含量显 著高于其他微量元素;Ca、Sr等亲生物元素的含量 较低。 2元素含量在平面上的分布趋势分为4类,第 1类为Al2O3、TFe2O3、MgO、K2O、Cu、Pb、Ba、V、 Zn、Co、Ni、Cr等元素,分布明显受粒度控制,细粒 沉积物分布区元素含量高,粗粒沉积物分布区的元 素含量低;第2类是SiO2、Zr两种元素,它们的分布 同样受沉积物粒度控制,但分布趋势与第1类元素 相反;第3类是CaO、Na2O、Sr三种元素,其分布受 到沉积物粒度的影响,但并不与粒度分布完全一致, 受到生源物质及物源的影响;第4类是TiO2、P2O5、 MnO三种元素,呈斑状分布,受沉积物粒度的影响 很小。前两类在123E两侧都有明显的含量变化, 等值线沿岸线呈带状密集分布。 3长江口泥质区的元素地球化学分区可沿由 岸向海的方向分为3个区域,Ⅰ 区位于研究区西部, 相对富集SiO2、Na2O、Zr ;Ⅱ 区位于研究区中部,相 对富集Al2O3、TFe2O3、MgO、K2O、MnO、Cu、Pb、 Ba、Zn、Co、Ni、Cr等;Ⅲ 区位于研究区西部,总体特 征与 Ⅰ 区相似,但Ca、Sr含量明显高于 Ⅰ 区。 4长江口泥质区元素地球化学特征主要受控 于3个因子沉积物的粒度、 生物沉积作用,物源和 自生作用。而沉积物粒度又是沉积环境水动力条件 的体现,123E是内外陆架的分界处,元素的分布大 都受到了此沉积环境水动力条件变化的影响。生物 因素、 物源特征和自生作用也影响了元素的分布,但 仅限于TiO2、P2O5等个别元素。 致谢国家海洋局第一海洋研究所乔淑卿博士、 刘升发博士对本文提出了宝贵意见,谨致谢忱 参考文献 References [1] 郭志刚,杨作升,陈志林,等.东海陆架泥质区沉积有机质的物 源分析[J ].地球化学,2001 ,305 4162424. 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