长江水下三角洲表层沉积物粘土矿物分布及其影响因素.pdf

第25卷第4期 2007年10月 海洋 科 学 进展 ADVANCESINMARINESCIENCE Vol. 25 No. 4 Oct. , 2007 长江水下三角洲表层沉积物粘土 矿物分布及其影响因素 3 方习生1 ,2,石学法1 ,2,王国庆1 ,2 1. 国家海洋局 第一海洋研究所,山东 青岛266061 ; 2.海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室,山东 青岛266061 摘 要采用X射线衍射XRD分析技术分析了长江水下三角洲地区65个表层沉积物样品的粘土矿物。结果表 明,长江水下三角洲粘土矿物主要由伊利石、 绿泥石、 高岭石和蒙皂石构成;长江水下三角洲亚环境粘土矿物组成 则不同,三角洲前缘亚环境中高岭石和绿泥石的平均含量高于前三角洲的含量,而前三角洲亚环境中伊利石和蒙 皂石的平均含量高于三角洲前缘的含量。研究区粘土矿物主要来自长江流域,属于长江源,其分布主要受沉积动 力环境和粘土本身性质的制约。 关键词长江水下三角洲;表层沉积物;粘土矿物 中图分类号P73613 文献标识码A 文章编号16712664720070420419209 粘土矿物广泛地分布于各种类型的沉积物中,是海洋沉积物的重要组成部分,在浅海区约占沉积物总量 的1/ 4～1/ 3[1]。由于粘土矿物具有独特性,它对地质作用和地质环境的变化反映敏感,因而,研究粘土矿物 的组分、 组合、 形态、 结构、 分布规律和成因对阐明海洋沉积环境[2 ,3]、 物质来源[4 ,5]和再现古气候[629]均具有 重要意义。近二十年来,我国很多学者对中国邻近海域粘土矿物的含量、 组合特征、 分布特点、 运移沉积规 律及影响因素进行了充分的研究[10219],但长江水下三角洲粘土矿物研究尚不多见。 1 样品采集和分析方法 1. 1 样品采集 样品由国家海洋局第一海洋研究所于2004年冬季在长江口调查时用箱式采样器采得。共分析表层样 65个,其站位分布如图1所示。 1. 2 实验方法和测试条件 使用粉晶X射线衍射XRD法进行粘土矿物分析。具体分析步骤提取一定量沉积物样品,加入适量 30 的H2O2除去有机质,并用0. 5 稀盐酸除去碳酸盐,直到不再反应,用去离子水反复清洗,直到具有抗 絮凝作用发生。根据Stokes沉降原理所确定的沉淀时间,将小于2μm的颗粒吸出,离心。采用刮片方法 制成定向薄片,供XRD分析。 所采用的XRD仪器型号及工作条件日本理学的D/ max2rB型转靶X射线衍射仪,工作电压40 kV ,工 作电流100 mA ,防发散狭缝Ds和防散射狭缝SS均为1,接受狭缝Rs为0. 3 mm ,步长0. 02 2 θ ,X 射 3收稿日期2006211202 基金项目我国近海海洋综合调查与评价专项课题 重要三角洲演变规律及重大事件的沉积记录与可持续发展研究 908 202202205 , cj11区块海底地质调查与研究 908 2012cj11 作者简介方习生19702 , 男,安徽桐城人,硕士,主要从事海洋沉积学方面研究. E2mail fangxs 段 焱 编辑 图1 长江水下三角洲沉积物采样站位图 Fig. 1 Locations of sediment sampling stations on the Changjiang River subaqueous delta 线波长λ 1. 541 78 nmCuKα ,Ni滤波片;连续扫描,扫描速度为 2/ min2θ ; 自然片 N 片扫描范围为3 ～35 2 θ ; 扫描后用乙二醇饱和48 hEG片 , 晾干;EG片的扫描范围同N片。 考虑到各种影响因素,图谱判读时,一般2θ的允许误差是 0. 03 nm ,粘土矿物的判别只考虑蒙皂石、 伊 利石、 绿泥石和高岭石四大类。它们的相对含量采用Biscaye[20]修正后的方法估算以乙二醇饱和处理后样 品17 ,10和7 nm附近特征衍射峰的面积分别代表蒙皂石、 伊利石、绿泥石高岭石族矿物的衍射强度,衍 射峰面积用峰高与半高宽的乘积近似表达,衍射峰基线的确定是在衍射峰背底处用曲线尺画弧线[21];蒙皂 石、 伊利石、绿泥石高岭石的强度因子分别为1 ,4和2 ,将三者衍射峰面积与强度因子之积归一化后得 出每一组分的相对含量;高岭石和绿泥石的相对含量比例以25 2 θ左右3. 5 nm附近的衍射峰高比值来确 定。所有的样品均在同一实验室和同一条件下测试完成。 2 研究结果 2. 1 粘土矿物含量组成 粘土矿物主要富集在 2μm组分的沉积物中,根据上述XRD数据处理方法,对表层沉积物 2μm组 分中蒙皂石、 伊利石、 高岭石和绿泥石族矿物相对含量进行估算,结果如表1所示。总体上,伊利石族矿物是 表层沉积物中的优势矿物,平均质量分数达60 ;绿泥石和高岭石族次之,平均质量分数分别为22 和 15 ;蒙皂石族含量最低,平均质量分数仅为3 ,符合中国近海粘土矿物分布规律[16 ,17]。 024海 洋 科 学 进 展25卷 表1 表层沉积物粘土矿物质量分数基本统计数据 Table 1. Statistics of clay mineral contents in the surface sediments 项 目蒙皂石伊利石高岭石绿泥石 有效数据数65656565 平均值/ 3601522 均值/ 2. 5660. 3614. 8621. 33 标准偏差1. 133.922. 192. 36 方差1. 2815. 404. 795. 55 偏态0. 38- 0. 840. 830. 50 峰态- 0. 701.730. 810. 73 变化范围/ 4. 6321. 4310. 7811. 90 最小值/ 0. 6046. 5611. 5517. 04 最大值/ 5. 2367. 9922. 3228. 94 2. 2 粘土矿物分布特征 1伊利石。伊利石是该区表层沉积物中含量最高的粘土矿物,质量分数为47 ～68 ,平均为60 。 其高含量区集中在东部水深较大的区域,低含量区集中分布在长江口附近。由图2可见,伊利石含量随着远 离长江口有增加的趋势。 图2长江水下三角洲表层沉积物伊利石质量分数分布图 Fig. 2 Distributions of illite content in the surface sediments from the Changjiang River subaqueous delta 2绿泥石。区内绿泥石的质量分数为17 ～29 ,平均为22 ,高含量区主要集中在西部长江口门附 近,低含量区主要集中在远离长江口的东部区域。由图3可见,绿泥石含量变化趋势和伊利石相反,随着远 离长江口有降低的趋势。 3高岭石。区内高岭石的质量分数为12 ～22 ,平均为15 。高含量区主要集中在西部长江口门 附近,低含量区主要集中在远离长江口的东部区域。由图4可见,高岭石含量变化趋势和伊利石相反,与绿 泥石含量变化相同,随着远离长江口有降低的趋势。 1244期方习生,等长江水下三角洲表层沉积物粘土矿物分布及其影响因素 图3长江水下三角洲表层沉积物绿泥石质量分数分布图 Fig. 3 Distributions of chlorite content in the surface sediments from the Changjiang River subaqueous delta 图4长江水下三角洲表层沉积物高岭石质量分数分布图 Fig. 4 Distributions of kaolinite content in the surface sediments from the Changjiang River subaqueous delta 4蒙皂石。蒙皂石是该区表层沉积物中含量最低的粘土矿物,质量分数为1 ～5 ,平均为3 ,其高 含量区集中在东部水深较大的区域,低含量区集中分布在长江口附近。从图5可以看出,蒙皂石含量变化随 着远离长江口有增加的趋势。 2. 3 表层沉积物粘土矿物组合分区 研究区表层沉积物粘土矿物组合特点表现为伊利石含量最高,蒙皂石含量最低,绿泥石含量高于高岭 石,伊利石含量的变化对其他3种矿物的含量变化起控制作用。我们以4种粘土矿物的质量分数为参数,采 224海 洋 科 学 进 展25卷 用SPSS软件进行Q型聚类分析。由分析结果可知图6 ,研究区可明显划分为2个组合区,分别和Chen 等[22]的长江水下三角洲A带和B带相对应图7 ,即以1类组合为主构成的三角洲前缘区和以3类组合为 主构成的前三角洲区。从表2可见,三角洲前缘高岭石和绿泥石的平均质量分数高于前三角洲的;而前三角 洲伊利石和蒙皂石的平均质量分数高于三角洲前缘的。 图5长江水下三角洲表层沉积物蒙皂石质量分数分布图 Fig. 5 Distributions of smectite content in the surface sediments from the Changjiang River subaqueous delta 图6长江水下三角洲表层沉积物粘土矿物组合分区图 图中分界线左边为三角洲前缘区,右边为前三角洲区 Fig. 6Assemblages and provinces of clay minerals in surface sediments from the Changjiang River subaqueous deltathe delta front area is on the left side of demarcation line , and the prodelta area is on the right side of demarcation line 3244期方习生,等长江水下三角洲表层沉积物粘土矿物分布及其影响因素 图7 长江水下三角洲分带[22] A三角洲前缘相 ;B 前三角洲相 ;C 三角洲 沙席过渡带 ;D 残留沙相 Fig. 7 Four sediment belts of the Changjiang River subaqueous delta[22] ADelta front facies; Bprodelta facies; C delta2sand sheet trasitional belt ; D relict sand facies 表2 三角洲前缘区表层沉积物粘土矿物质量分数统计数据 Table 2. Statistics of clay mineral contents in surface sediments the Changjiang River subaqueous delta 粘土矿物 三角洲前缘区 蒙皂石伊利石高岭石绿泥石 前三角洲区 蒙皂石伊利石高岭石绿泥石 有效数据3535353530303030 均值/ 25816233631320 标准偏差0. 883. 241. 781. 821. 012. 220. 891.46 方差0. 7710. 483. 183. 311. 024. 930. 792.13 偏态1. 18- 1. 451. 131.30. 210. 030. 12- 0. 23 峰态2. 183. 031. 352. 59- 0. 98- 0.08- 0. 59- 0. 25 变化范围/ 415883936 最小值/ 14714212591217 最大值/ 56222295681523 3 讨 论 海洋沉积物中粘土矿物的分布组合特征受许多因素的控制和影响,主要包括物源控制、 海区的沉积环境 水动力、 沉积地球化学、 海底的地质地貌特征和矿物本身的矿物学特性等。 424海 洋 科 学 进 展25卷 根据范德江[23]研究长江源和黄河源的粘土矿物特征可知,长江和黄河的沉积物中粘土矿物组合都为伊 利石绿泥石高岭石蒙皂石。长江沉积物中伊利石含量高于黄河,蒙皂石含量低于黄河;高岭石、 绿 泥石在两类沉积物中无明显差别。在粘土矿物比值上,长江沉积物中伊利石/蒙皂石比值都为8以上,黄河 沉积物中该比值都为6以下。本区粘土矿物组合为伊利石绿泥石高岭石蒙皂石,伊利石/蒙皂石比 值达到23以上,符合长江源粘土矿物特征。 从ISKc图上的分布规律可见,本区的粘土矿物正好处在长江源区,为长江来源图 8 。 图8 伊利石 蒙皂石 绿泥石高岭石端员图ISKc图 虚线左上方方形区域为长江源,右下方方形区域为黄河源[23] Fig. 8 The triangular map with end members of illite , smectite and kaolinite chlorite The square on the upper left of dashed line indicates the Changjiang River source , and the square on the lower right of dashed line indicates the Yellow River source[23] 高岭石和绿泥石含量随着与陆地物质来源地距离的增加有明显减少的趋势,亦即具有显著的陆源效应。 因此,自河口到口外,高岭石含量逐渐降低。一方面说明了高岭石和绿泥石是陆源次生矿物,另一方面也表 现出高岭石和绿泥石较其它粘土矿物易于在电解质突变的楔形流区迅速聚沉的特征[15]。 伊利石含量变化与高岭石变化趋势正相反,随着与海岸距离增加和水深的加大而增加。从长江口到口 外,伊利石含量逐渐增高,除了受高岭石稀释作用影响外,还与伊利石较高岭石易于悬浮和搬运有关,另外还 与借助于风力的搬运等有关[24]。 粘土矿物的分布控制因素相当复杂,前人已做过不少讨论[14219 ,25 ,26],得出了不少有针对性的结果。基于 以上原因,本文仅对该区的粘土矿物分布和组合特征给出一定的解释和讨论。 4 结 论 通过对长江水下三角洲地区表层沉积物样品的粘土矿物含量、 分布和组合特征分析,得到如下结论 1长江水下三角洲粘土矿物主要由伊利石、 绿泥石、 高岭石和蒙皂石构成,其平均质量分数分别为 60 ,22 ,15 和3 ; 2长江水下三角洲亚环境粘土矿物组成不同,三角洲前缘亚环境中高岭石和绿泥石的平均含量高于前 三角洲的含量;而前三角洲亚环境中伊利石和蒙皂石的平均含量高于三角洲前缘的含量。粘土矿物组合能 5244期方习生,等长江水下三角洲表层沉积物粘土矿物分布及其影响因素 反映沉积环境,与沉积物类型及沉积相有很好的对应关系。 3研究区粘土矿物主要来自长江流域,属于长江源,其分布主要受沉积动力环境和粘土本身性质的制约。 参考文献References [1] KONG X L , XIANG H G. 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It is shown from the analysis results that the clay minerals in surface sediments from the Changjiang River subaqueous delta are composed main2 ly of illite , chlorite , kaolinite and smectite ; the average contents of kaolinite and chlorite in the delta front area are higher than those in the prodelta area , and the average contents of illite and smectite in the prodel2 ta area are higher than those in the delta front area. The clay minerals in the study area are derived mainly from the Changjiang River basin , and the distributions of clay minerals are restricted mainly by the sedi2 ment hydrodynamic environment and clay mineral properties. Key words Changjiang River subaqueous delta ; surface sediment ; clay mineral Received November 2 , 2006 7244期方习生,等长江水下三角洲表层沉积物粘土矿物分布及其影响因素