渤海东部与黄海北部表层沉积物的元素地球化学记录

蓝先洪,李日辉,张志珣,王中波,秦亚超,陈晓辉

国土资源部海洋环境与油气地质重点实验室,山东青岛 266071; 青岛海洋地质研究所,山东青岛 266071

渤海东部与黄海北部表层沉积物的元素地球化学记录

蓝先洪,李日辉,张志珣,王中波,秦亚超,陈晓辉

国土资源部海洋环境与油气地质重点实验室,山东青岛 266071; 青岛海洋地质研究所,山东青岛 266071

为研究渤海东部及黄海北部海域沉积物常量元素组成特征及与物源的关系,分析了该海域138个站位沉积物样品的常量元素含量。渤海东部及黄海北部海域沉积物常量元素Al2O3、MgO、Na2O和TFe2O3分布基本相似; SiO2分布与Al2O3、MgO、Na2O和TFe2O3分布相反; Al2O3、MgO、TFe2O3、TiO2和Na2O等元素与细粒沉积物呈正相关,SiO2与粗粒沉积物呈正相关,CaO、CaCO3、MnO和K2O分布与沉积物粒度无明显正或负的相关性; 北黄海东部K2O分布反映了鸭绿江物质的影响。R-型聚类分析得出3种组合类型,以MgO、CaO和K2O及MnO为代表,分别对应反映陆源细粒物质输入、指示黄河和鸭绿江物质的影响和海洋自生作用。依据Q-型聚类分析特征,将调查海域沉积物划分为4个不同的地球化学分区,同时综合分析得出了Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区的沉积物运移的路径趋势。K2O/CaO揭示黄河物质影响自南至北和自西向东呈逐渐减弱的趋势,其中研究区西南部和北黄海中西部受黄河物质影响较强,北黄海东部沉积物更多受鸭绿江物质影响。

渤海东部; 黄海北部; 常量元素; 地球化学; 物源

渤海东部主要包括辽东湾东南部和渤海海峡,因水动力条件较强,属于较强氧化环境(刘彬昌等,1992; 吕成功和陈真,1993); 辽东湾东南部水深从近20 m到40余m的范围内急剧变化,形成了大范围的波状起伏地形,即潮流沙脊。黄海北部是现代黄河沉积物向外海扩散的通道,也是黄海暖流进入渤海的通道所在(Liu et al.,2007),水动力条件变化较大,物质来源复杂。

自20世纪80年代以来,在渤海东部和黄海北部地区分别开展了一些地球化学研究工作,在探讨该地区沉积物元素分布、环境背景值和沉积分区等方面做了不少工作(中国科学院海洋研究所海洋地质研究室,1985; 秦蕴珊等,1989; 刘彬昌等,1992; 吕成功和陈真,1993; 赵一阳和鄢明才,1994; 李淑媛等,2010; Chen et al.,2013)。通过对渤海表层沉积物的CaO、MnO、Fe2O3、CaCO3和有机质等多种化学成分的模糊分析,渤海沉积物可大致划分为三个地球化学区(刘彬昌等,1992); 分析了辽东半岛西南及渤海中部海域沉积物重金属潜在生态危害,评价了沉积物环境质量(李淑媛等,2010)。虽然近年来对渤海东部和黄海北部海域沉积物的地球化学分别作过相关报道,但这些研究主要针对渤海或北黄海西部区域,而且大部分集中于重金属元素和环境质量评价方面的研究(李淑媛等,1994a; 李淑媛等,1994b; 陈江麟等,2004; 杜俊涛等,2010; 郭福星等,2011; 杨丽芝等,2013)。根据之前的研究,渤海黄河口物质在沿岸流的输运下,能够到达南黄海的西部区域(刘彬昌,1981; 秦蕴珊等,1989; 陈志华等,2000;蓝先洪等,2005),因此,有必要将渤海东部及黄海北部海域进行连片分析,这样更有助于了解该区域沉积物中常量元素沉积记录及其黄河、鸭绿江等河口物质扩散范围。

1 材料与方法

1.1 样品采集

青岛海洋地质研究所于2008年7月和2009年7月用箱式取样器在渤海东部和黄海北部海域进行了表层沉积物样品采集,样品采集方法按照《1:1 000 000海洋区域地质调查规范》(中国地质调查局,2009)执行。样品采集间距为20 km×20 km,箱式取样厚度为25 cm,样品重量不少于2 kg,取得样品将装入塑料袋,在塑料袋上标识上站位号和袋号,样品袋密封保存。

1.2 分析测试

本次常量元素分析选择了138个表层沉积物样品(图1,样品间距为20 km×40 km),分析包括SiO2、Al2O3、TFe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、TiO2、P2O5、MnO、CaCO3和有机碳等12项。试样(干样)用混合熔剂熔融,加少量溴化锂作为脱模剂,以硝酸铵为氧化剂,试样与熔剂的重量比为1:12。在熔样机上于1050℃熔融,制成玻璃样片,用熔片法-X射线荧光光谱仪(XRF)测定SiO2、Al2O3、TFe2O3、CaO、K2O、Na2O、MgO、TiO2、P2O5和MnO含量。用容量法(VOL)测定有机碳。CaCO3含量分析将试样加8％的乙酸溶液于沸水上加热40 min后,滤液用等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定Ca的含量,然后换算成CaCO3。元素分析分别进行了若干样品的重复分析与标样分析,分析元素的相对误差小于5％。元素测试由国土资源部海洋地质实验测试中心完成。

图1 渤海东部和黄海北部取样站位分布图Fig. 1 Locations of the sampling stations in eastern Bohai Sea and northern Yellow Sea

粒度分析预处理采用10％的H2O2去除有机质,处理后的样品在英国M a l v e r n公司生产的Mastersizer 2000型激光粒度仪测定,仪器测量范围0.02～2000 μm,粒级分辨率为0.01φ。对228个表层沉积物样品进行了粒度分析,分析结果间隔为1/2～1/4φ。粒度分析测试由国土资源部海洋地质实验测试中心完成。

2 结果

2.1 表层沉积物分布特征

依据Folk分类,研究区的表层沉积物主要为砂质粉砂、粉砂质砂、砂、粉砂。表层沉积物的平均粒径(Mz)为1.9～7.4φ,大部分分布于4～6φ(图2)。其中砂质粉砂和粉砂质砂分布较广,砂质粉砂主要分布在研究区的中部和山东半岛的东南部,平均粒径在4.2～6.4φ之间变化; 粉砂质砂主要分布在研究区在渤海东部和北黄海西部,平均粒径变化范围较大,主要在2.3～5.1φ之间; 粉砂、黏土质粉砂和粉砂质黏土主要分布在南部、西北角和北黄海中部,平均粒径在6.0～7.4φ之间。

图2 表层沉积物的平均粒径(φ)分布Fig. 2 Distribution of the mean grain-sizes of surface sediments (φ)

2.2 常量元素分布特征

由表1可见,研究区域常量元素主要由SiO2、Al2O3、TFe2O3、CaO、K2O、CaCO3及Na2O组成,这 7种氧化物占沉积物总量的90％以上(平均值),其中SiO2及Al2O3平均含量较高,其它含量较低,分别为: SiO2(64.66％)＞Al2O3(12.70％)＞TFe2O3(4.34％)＞CaCO3(4.30％)＞Na2O(3.31％)＞CaO(3.06％)＞K2O(2.85％)＞MgO(1.94％)＞TiO2(0.55％)＞P2O5(0.12％)＞MnO(0.08％),有机碳平均值为0.52％。标准差系数介于0.12～1.09之间,除CaO和CaCO3分散程度较大(标准差系数大于0.80)外,其他元素的标准差系数均小于0.70,反映不同站位常量元素含量差异较小。

表1 表层沉积物常量元素含量(wt％)统计Table 1 Statistical characteristics of major elements (wt％) in surface sediments

研究区常量元素含量与黄河、滦河、长江和鸭绿江沉积物含量比较(表2),沉积物常量元素丰度大多数介于黄河、长江、滦河、鸭绿江沉积物的丰度之间,反映出研究区沉积物的“亲陆性”和物质来源的多源性; 研究区大部分常量元素的丰度与周边河流沉积物中常量元素的丰度相比均无显著的变化,仅在个别元素上有高低之分,如Al2O3、TFe2O3、MgO、Na2O、K2O等元素高于渤海地区的黄河和滦河沉积物含量,而K2O略低于鸭绿江沉积物含量,Na2O含量高于周边河流沉积物Na2O含量。

表2 研究区与黄河、滦河、长江和鸭绿江沉积物常量元素含量(wt％)对比(据赵一阳和鄢明才,1994; 刘建国等,2007; 李家胜等,2010)Table 2 Correlation between the study area and the Yellow River,Luan River,Yangtze River,Yalu River in major element concentrations (wt％)(after ZHAO and YAN et al.,1994; LIU et al.,2007; LI et al.,2010)

各常量元素含量的空间分布图研究表明(图3,4): (1)表层沉积物SiO2的含量等值线分布与其它元素的分布趋势差异很大,与其他元素基本为负相关;北黄海中西部和研究区的南部粉砂质区含量较低,在北黄海东部和渤海东部砂质区含量较高,其分布与砂质分布区相一致,反映出SiO2主要富集在粗颗粒组分中(图2)。(2)表层沉积物Al2O3、TFe2O3、MgO、TiO2、Na2O和有机碳含量分布十分相似。在研究区这些元素含量从西部向中部含量增加,向东部又减少; 渤海东部向北含量增高; 北黄海中西部和研究区的南部为高值区; 研究区东部和渤海海峡区域为低值区(图3,4)。这些含量高值区与细粒级分布区基本一致,说明这些元素在较细的粉砂、黏土质组分富集(表3,图5),黏土矿物是这些元素的最重要的载体。从整个研究区来看,Al2O3、TiO2、TFe2O3、MgO、P2O5和Corg等元素同粉砂、黏土呈正相关,即沉积物粒径越细,则元素含量值也较高; 而SiO2元素与砂呈正相关(表3,图5B)。(3)CaO含量的分布与CaCO3分布(图4)基本上相一致,CaO的平面分布与其它元素具有很大的差异,其含量在研究区呈现出中部高南北低、西南高东北低的特点,可分为西南角与渤海海峡区域高值区和东部低值区(图4),CaO、CaCO3含量在粉砂质砂中含量最高,Ca含量与沉积物粒度没有明显的相关关系(表3,图5B)。具体可分为: ①渤海海峡和西南角沉积区,CaCO3含量大于10％,最高可达35％; ②东部低值区,CaCO3含量为0％～4％,含量向东逐渐减少; ③西北部低值区,CaCO3含量为2％～4％,其含量向南逐渐增高。(4)K2O的平面分布与其它元素存在一定差异,在渤海海峡、北黄海中部、山东半岛北部和东部海域含量分布较低,而在研究区东部、西北角和东南角含量较高(图4)。K2O含量分布与黏土呈弱正相关,与砂和粉砂不具有相关性(表3,图5A); K2O含量的低值区(小于2.8)分布在北黄海中部、山东半岛北部和东部海域,并连成“U”字形分布。(5)MnO的平面分布与其它元素也明显不同,其高值区主要分布在西北角和西南角(图4),与其他常量元素和沉积物类型相关性也不强(表3,图5A),说明MnO来源可能受到海源及陆源的共同影响。(6)由元素平面分布和相关分析表明(图2,3,4,5和表3),研究区大多数常量元素的分布反映了“元素的粒度控制律”(赵一阳和鄢明才,1994),说明水动力对该区域元素的迁移及富集具有十分重要的作用。

图3 Al2O3、SiO2、MgO、TiO2、TFe2O3和Na2O含量(wt％)等值线图Fig. 3 Contour diagram of Al2O3,SiO2,MgO,TiO2,TFe2O3and Na2O values (wt％)

图4 Corg、P2O5、CaCO3、CaO、K2O和MnO含量(wt％)等值线图Fig. 4 Contour diagram of Corg,P2O5,CaCO3,CaO,K2O and MnO values (wt％)

3 讨论

3.1 常量元素控制因素分析

聚类分析是一种多元统计方法,有助于分析和判别影响元素含量和分布特征的主要控制因素,在地球化学研究中可以揭示元素之间的相互关系,以利于确定元素的地球化学组合。使用PASS统计软件,以138个站位的12项分析数据作为变量,进行了R-型聚类分析。

R-型聚类分析结果表明(图6),初步可分成三个聚类。聚类1为CaO和CaCO3,该聚类主要受生物作用和黄河物质影响(赵一阳和鄢明才,1994)。这些元素的高含量一般出现在水动力活跃和生物活动频繁的环境(方念乔等,2013)。聚类2为MgO、TFe2O3、Al2O3、Corg、TiO2和Na2O等组合,表现为与陆源碎屑有关的元素(孙林华等,2010)。聚类3为SiO2氧化物组成。

聚类1的CaO与CaCO3含量分布在研究区呈现出中部高南北低、西南高东北低的特点,说明研究区Ca含量分布与黄河供给物质有关(中国科学院海洋研究所海洋地质室,1985; 秦蕴珊等,1989; 赵一阳和鄢明才,1994); 聚类2中的Ti与Al、Fe和Mg等构成一个亚聚类,反映了Ti和这些元素关系密切,这可能是Ti有部分作为重矿物组分存在于粉砂中(表3,图5A)。K和Mn作为一个单点群,说明K和Mn部分为亲Al元素一起存在于黏土中,但其又有其自身的不同来源,如北黄海东部K2O高含量分布反映了鸭绿江物质对研究区的影响(表2; 李家胜等,2010),而MnO作为一个单点群,主要反映了生物化学和自生沉积作用控制(赵一阳和鄢明才,1994; 徐立恒等,2009)。

SiO2为单一个聚类,与聚类1和聚类2中的元素呈负相关,与砂呈正相关(表3,图5B)。

表3 常量元素、有机碳和沉积物类型间的相关关系Table 3 Correlation coefficients between values of major elements,Corg and sediment types

图5 K2O、MnO、TiO2、SiO2、Al2O3、CaCO3与平均粒径φ值的相关图Fig. 5 Correlation between K2O,MnO,TiO2,SiO2,Al2O3,CaCO3and average grain diameters(φ)

图6 常量元素R-型聚类分析Fig. 6 R-mode cluster analysis of major elements

3.2 沉积物元素地球化学分区

依据该区域所分析138个站位元素地球化学数据的Q-型聚类分析(用PASS统计软件,没有考虑其他因素,主要依据138个站位1656个化学数据),可将研究区域划分为4个地球化学分区(图7)。4个区域的常量元素数据的统计分析(表4)表明,Ⅰ区和Ⅲ区Si含量较高、Al含量较低,反映沉积物主要以粗粒径的砂质为主,与这两区域主要分布于渤海东部和北黄河东部砂质区是一致的; Ⅰ区常量元素以高K、低Ca和Ti为特点,而Ⅲ区常量元素以较高Ca、低Na为特点,说明Ⅰ区和Ⅲ区具有不同物质来源。Ⅱ区和Ⅳ区Si含量较低、Al含量较高,反映沉积物主要以细粒沉积物为主,与这两区域主要分布于渤海泥质区北端和山东半岛东部及东南部泥质区是一致的。Ⅱ区常量元素以高Ca、低K为特点,而Ⅳ区常量元素以高Fe、Ti、K、Na、Mg和较低Ca为特点,说明Ⅱ区和Ⅳ区所在海域沉积物来源应具有自身的特点。

Ⅰ区区域范围为北纬36°50′—39°00′、东经122°00′以东区域,位于大连以东辽南海岸向南的广阔海域,分布于研究区的北黄海东部,与应用模糊目标函数的聚类算法所划分黄海沉积物地球化学分区的Ⅰ区区域相近(刘彬昌和卢中发,1991)。该区的特点是低含量CaCO3、CaO、有机碳和高含量SiO2、K2O(表4),CaO含量高于CaCO3含量可能因为相当一部分CaO赋存于硅酸盐如长石中,而鸭绿江口及邻近浅海沉积物中长石含量较高(程岩等,2010); 本区沉积物中CaCO3含量低和K2O含量高与流入该区域河流含量低有关,如鸭绿江河口沉积物中Ca平均含量只有0.77％,而K平均含量为2.81％(李家胜等,2010),因此该区域沉积物来源及分布主要受鸭绿江水系物源控制。由于受到该区域辽东沿岸流的影响(韦钦胜等,2011; Chen et al.,2013),鸭绿江入海物质主要向西南部输送,少部分向南输送(图7)。

表4 Q-型聚类分析划分的各地球化学分区常量元素含量(％)Table 4 Geochemical subareas of the major elements from the Q-mode cluster analysis (％)

图7 地球化学分区及沉积物输运路径图Fig. 7 Geochemical subareas and the transport route of the sediments

Ⅱ区位于山东半岛北部、东部及东南部,包括了北黄海和南黄海的两个沉积中心,所以沉积物中SiO2含量较低、而有机碳和Al2O3含量则较高。地球化学特征表现以高CaCO3、CaO、Na2O,低K2O为特点,说明Ⅱ区沉积物主要来自于黄河和古黄河物质,黄河物质具有高Ca、Na的特点(蓝先洪等,2007)。北黄海西部沉积物的输运趋势首先向东南,然后转向东,北部沉积物的输运趋势向南,形成了向北黄海中部汇聚(程鹏和高抒,2000)。该区沉积物由于受到莱州湾环流、海峡内潮流、黄海西部沿岸流及山东南部沿岸东北向流等影响,黄河输入的沉积物等经渤海海峡一部分在山东半岛北岸近海和北黄海中部气旋型涡流区发生沉积(赵保仁等,1995; 韦钦胜等,2011),一部分绕过成山头进入南黄海继续南下(蓝先洪等,2005)。

Ⅲ区位于辽东湾东南部,分布于研究区的西北部。与渤海沉积物地球化学分区Ⅰ区的渤海东部区域相近(刘彬昌等,1992)。该区域元素组合特征除NaO、KO和有机碳含量较低外,其他常量元素含量介于上述两个区域含量之间(表4)。这种分布特点与所处的地理位置和沉积类型息息相关。渤海东部没有大的河流入海,陆源物质影响小,岸边多为基岩,是进入黄渤海海水的主要通道; 辽东湾中部正是海流和沿岸流作用强、波浪和潮汐很活跃的地区(韦钦胜等,2011),造成常量元素含量低的主要原因是水动力强和沉积物粗化(刘彬昌等,1992)。Ⅲ区北部物质来源于辽河沿渤海东岸在东部环流的作用下向辽东湾南部输送(赵保仁等,1995),东部局部区域物质受到辽东湾东岸的沿岸冲刷及复州河物质影响,这些物质含较高石榴子石和钛铁矿等稳定矿物(陈丽蓉等,1980),而南部物质主要来自潮流侵蚀渤海海峡物质,大多在强涨潮流作用下从渤海海峡北部进入渤海(刘振夏等,1994)。

Ⅳ区区域范围为北纬38°50′—40°00′、东经120°00′—120°40′,分布于研究区的西北部,位于六股河以南渤海中部泥质区北端(图7),因此沉积物中SiO2含量低、而Al2O3含量高,以细粒沉积物为主。地球化学特征表现以高TFe2O3、TiO2、MnO、K2O、Na2O,低CaCO3为特点(表4)。渤海中部水较深(20～25 m),处在与沿岸流和黄海水团作用边缘,其泥质沉积区是由辽河、六股河携带细粒物质随海流和潮流向外扩散形成的(刘彬昌等,1992)。渤海泥质区北部受滦河物质作用相对较强,而滦河沉积物中Na元素含量高(刘建国等,2007)。辽河特征矿物钾长石分布在辽东湾北部区域,并主要沿东岸向渤海南部输送,六股河特征矿物磁铁矿主要沿渤海西岸向辽东湾中部输运(陈丽蓉等,1980; 赵保仁等,1995)。因此Fe、K、Na、Ti、P等元素含量高是陆地岩石经风化作用后,由河流携带所含这些元素在水动力相对稳定的细粒沉积区沉积下来,形成了相应较高含量(刘彬昌等,1992)。

3.3 物源分析

渤海表层沉积物化学分析已经揭示出Ca能够作为黄河物质输送的重要指示元素之一(吕成功和陈真,1993),因此国内外学者均广泛依据黄河沉积物中Ca或碳酸盐含量高的特征来识别黄河物质在海区的扩散和分布(秦蕴珊等,1989; 陈志华等,2000; 蓝先洪等,2005,2014)。表2数据表明黄河、长江全岩沉积物的CaO或碳酸盐含量显著大于滦河、鸭绿江沉积物,这显示在黄海沉积物物源判别中,CaO或碳酸盐可以作为一个示踪指标来区分周边河流沉积物的相对贡献。

本文研究也表明研究区沉积物的CaO或碳酸盐含量呈现出中部高南北低、西南高东北低的特点,研究区可分为西南角与渤海海峡区域高值区和东部低值区(图4),大连以南的渤海海峡局部高值区除受生物碎屑对总碳酸盐含量的贡献可能较大外(刘彬昌,1981),高值区沉积物主要以黄河来源的陆源物质为主(陈志华等,2000; 蓝先洪等,2005;蓝先洪等,2007)。由于黄海沿岸流和潮流等影响,该区沉积物侵蚀与改造强烈,黄海沿岸流的增强可能导致输送的悬浮体粒度变粗; 同时,侵蚀沉积物在黄海陆架的搬运和再沉积使得南黄海西北部海区均不同程度带有黄河沉积的特征(陈志华等,2000)。山东半岛沿岸较高含量区恰好与源于黄河CaCO3含量丰富的渤海南部沿岸流影响的范围相吻合(刘彬昌,1981)。因此用CaO、CaCO3来识别黄河沉积物在研究区的扩散和分布可信度较高(图7)。

研究区沉积物K2O含量分布的高值区(大于0.30)呈南北向分布(图4)。鸭绿江河流沉积物K2O含量比较高(表2),这与朝鲜半岛的河流、中朝准地台花岗岩以及朝鲜半岛花岗岩中的含量比较接近(李家胜等,2010); K2O与沉积物粒度呈弱相关(表3,图5A),沉积物粒度控制较低,其分布主要受物源控制,因此可以作为识别鸭绿江物质的可靠标志之一。K2O在研究区东部为高值区分布,可能反映了鸭绿江对北黄海物质来源所起的作用,揭示了鸭绿江物质的运移方向。鸭绿江沉积物的K2O/CaO比明显高于黄河、长江、滦河沉积物的值(表2),图8进一步表明,鸭绿江提供的物质导致北黄海中东部K2O含量为高值区,其分布同时反映了鸭绿江物质在海区的扩散和运移,这与北黄海东部更多地受鸭绿江物质作用的结论(李家胜等,2010)是一致的。K2O含量和K2O/CaO在该区域呈现向西南降低趋势(图8),其空间分布及含量变化较好反应了鸭绿江陆源物质的沉积范围及运移的路径趋势(图7)。

渤海东部北部物质常量元素含量表现为以高TFe2O3、TiO2、K2O、MnO、Na2O,较低CaCO3,可能反映了六股河、辽河等河流物质对该区域的影响(赵保仁等,1995)。辽东湾东侧的双台子河、大辽河和复州河中普通角闪石含量高、金属矿物含量低,而辽东湾西侧的六股河、小凌河和大凌河则相反,周边河流碳酸盐矿物含量很低(王利波等,2013)。因此研究区西北角含有较高Fe、Ti的物质主要来源于辽东湾西岸河流物质。Mn含量与周边沿岸河流沉积物中Mn含量存在明显差异(刘建国等,2007),且主要为自生成因,代表海洋自生作用。

图8 K2O/CaO比等值线图Fig. 8 Contour diagram of the K2O/CaO ratios

辽东湾东南部由老铁山水道潮流侵蚀区、辽东浅滩潮流沙脊区和渤中浅滩潮流沙席区组成。该区因水动力条件较强,沉积物颗粒粗,多为细砂、砂和砾石,本区属于较强的氧化环境(吕成功和陈真,1993)。潮流对水道进行强烈的冲刷,侵蚀下来的物质随流运动,物质净运移沿涨潮流方向,大多进入渤海。涨潮流进入渤海后发生两个变化: 一是流向向北和西北方向偏转,二是流速逐渐降低,导致潮流的输沙能力亦逐渐减小,所携带的物质逐步堆积,在渤海内形成涨潮流三角洲,即渤中浅滩和辽东浅滩(刘振夏等,1994)。

4 结论

1)渤海东部及黄海北部海域沉积物常量元素Al2O3、MgO、Na2O和TFe2O3分布基本相似; SiO2分布与Al2O3、MgO、Na2O和TFe2O3分布相反。Al2O3、MgO、TFe2O3、TiO2和Na2O等元素主要分布在细粒沉积区,SiO2分布于粗粒沉积区域。研究区CaO分布和北黄海东部K2O分布分别反映了黄河与鸭绿江物质对研究区的影响。

2)相关性分析发现Al2O3、MgO、Na2O、TFe2O3与TiO2具有较好的相关性,受陆源物质输入的影响较大; CaO、CaCO3与大多数元素为负相关,反映了钙质生物和黄河来源; MnO与大多数元素相关性不明显,反映了其来源的复杂性。

3)运用R-聚类分析,可将本区沉积物中化学成分分为以下几类: 其一以MgO为代表,与黏土组分关系密切,反映陆源细粒物质输入; 其二以CaO和K2O为代表,指示黄河和鸭绿江物质影响; 其三以MnO为代表,与海洋自生作用密不可分。

4)依据Q-型聚类分析特征,将调查区域沉积物划分为4个不同的地球化学分区,同时综合分析得出了Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区沉积物运移的路径趋势。K2O/CaO揭示黄河物质影响自南至北和自西向东呈逐渐减弱的趋势,其中研究区西南部和北黄海中西部受黄河物质影响较强,北黄海东部沉积物更多受鸭绿江物质的影响。

Acknowledgements:

This study was supported by National Natural Science Foundation of China (Nos. 41206053 and 41330964) and China Geological Survey (Nos. GZH200800501,GZH201400205 and GZH201400206).

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Element Geochemistry Records of Surface Sediments in the East of the Bohai Sea and the Northern Yellow Sea

LAN Xian-hong,LI Ri-hui,ZHANG Zhi-xun,WANG Zhong-bo,QIN Ya-chao,CHEN Xiao-hui
Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resource and Environmental Geology,Ministry of Land and Resources,Qingdao,Shandong 266071; Qingdao Institute of Marine Geology,Qingdao,Shandong 266071

The major element abundances of the sediment samples collected from 138 stations were analyzed with the purpose of studying the distribution of the major elements in the sediments and their relations with the provenance in the east part of the Bohai Sea and the northern Yellow Sea. The Al2O3,MgO,Na2O and TFe2O3have similar distribution patterns,whereas SiO2is negatively correlated with these oxides in the east part of Bohai Sea and the northern Yellow Sea. The Al2O3,MgO,TFe2O3,TiO2and Na2O elements are positively correlated with the fine-grained sediments,and SiO2is positively correlated with coarse-grained sediments; there is no significant positive or negative correlation between CaO,CaCO3,MnO and K2O distribution and grain sizes of sediments; the K2O distribution in the eastern part of the North Yellow Sea reflects the impact of the Yalu River material. R-mode cluster analysis indicates three combinations of types that are represented by MgO,CaO and K2O,MnO,respectively,reflecting the input of terrigenous fine-grained material,the impact of the Yellow River and the Yalu River substances,and marine authigenesis,respectively. According to the Q-mode cluster analysis,the geochemical characteristics of the investigation area are divided into four different sediment geochemical subareas. In addition,the authors also obtained the sediment transport trends and routes in theⅠ,Ⅱ,Ⅲ andⅣ regions. K2O/CaO ratios show that the effect of the Yellow River substances is gradually weakened from thesouth to the north and from the west to the east,the sediments in the southwest of the study area and in the middle-west parts of the North Yellow are strongly impacted by the Yellow River substances,and the sediments in the east of the North Yellow Sea are more seriously affected by the Yalu River substances.

eastern Bohai Sea; northern Yellow Sea; major elements; geochemistry; provenance

P736.4; P595

A

10.3975/cagsb.2015.06.04

本文由国家自然科学基金项目(编号: 41206053; 41330964)和国土资源大调查项目(编号: GZH200800501; GZH201400205; GZH201400206)联合资助。

2015-04-22; 改回日期: 2015-07-06。责任编辑: 闫立娟。

蓝先洪,男,1958年生。研究员。主要从事沉积地球化学和海洋地质研究。E-mail: lanxh@qingdaonews.com。