莱州湾07钻孔沉积物晚更新世以来的元素地球化学特征
2016-04-18郭飞高茂生侯国华孔祥淮赵金明郑懿珉赵广明
郭飞,高茂生,侯国华,孔祥淮,赵金明,郑懿珉,赵广明
(1 .中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛266555;2 .青岛海洋地质研究所国土资源部海洋油气资源和环境地质重点实验室,山东青岛266071;3 .青岛海洋地质研究所中国地质调查局滨海湿地生物地质重点实验室,山东青岛266071;4 .山东省第四地质矿产勘查院,山东潍坊261021)
莱州湾07钻孔沉积物晚更新世以来的元素地球化学特征
郭飞1,2,3,高茂生2,3 *,侯国华2,3,孔祥淮2,3,赵金明4,郑懿珉2,3,赵广明2,3
(1 .中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛266555;2 .青岛海洋地质研究所国土资源部海洋油气资源和环境地质重点实验室,山东青岛266071;3 .青岛海洋地质研究所中国地质调查局滨海湿地生物地质重点实验室,山东青岛266071;4 .山东省第四地质矿产勘查院,山东潍坊261021)
摘要:在莱州湾南岸的07孔岩心进行高分辨率采样的基础上,采用X荧光光谱法(X RE)、离子质谱法(ICP- M S)以及原子荧光光谱法(A E)等方法测试了研究区07孔的48种常微量元素以及稀土元素的含量,并对元素相对含量、随深度变化规律、特征比值以及稀土元素配分模式进行了研究。结果表明,07孔主要元素及特征比值在海陆地层分界处有明显变化,可以作为地层划分的指标之一。其中, M n、M g、Ca、Ee、M g/Ca及K/Na等对沉积环境响应比较明显,Ba、Zr、Rb、Si/A1、Ti/A1和Rb/Sr对源区的母岩类型、风化程度及搬运距离的变化敏感;07孔常微量元素垂向变化较大,在3次海侵地层中呈明显变化,并对应多个峰值。化学元素的变化规律所反映的地层特征与晚更新世以来的气候和海平面的变化有较好的对应关系。07孔不同深度沉积物的稀土元素球粒陨石标准化配分模式与黄河沉积物的相似,呈轻稀土元素富集的右倾型。说明黄河是莱州湾南岸弥河-潍河多源河流三角洲沉积体系的物源之一,且对莱州湾南岸一定深度范围内的沉积地层有部分贡献。
关键词:莱州湾;地球化学;物源;沉积环境
1 引言
莱州湾凹陷位于渤海湾盆地的南部,北与莱北低凸起接壤,南与潍北凸起毗邻,西接垦东凸起,东侧为鲁东隆起区,是发育在中生界基底之上的新生代凹陷[1]。构造上位于济阳坳陷和郯庐断裂带的结合部,郯庐断裂带从中穿过,郯庐断裂带的两支又将其分为东西两个凹陷,青东西凹陷和莱州东凹陷[2]。新生代发育的地层有古近纪的孔店组、沙河街组、东营组,新近纪馆陶组和明化镇组,以及第四纪的平原组。莱州湾地区的第四纪地层厚度变化较大,几十米到数百米不等。20世纪以来,诸多学者对莱州湾第四纪晚更新世的海相地层、沉积古环境及演化、海水入侵及地下卤水分布规律等问题作了调查分析[3—10],对该区晚第四纪以来的沉积地质特征有了比较深入的认识[11—13]。晚更新世以来,随着冰期、间冰期气候变化以及海平面多次升降,渤海发生了沧州海侵、献县海侵和黄骅海侵以及它们之间的海退事件[14],莱州湾南岸滨海河海积和海积平原区便相应地沉积了海、陆相间的地层。地层自下而上、由老到新:晚更新世早期沧州海侵层()、晚更新世晚期玉木早冰期陆相层()、晚更新世晚期献县海侵层()、晚更新世晚期玉木主冰期陆相层()、早全新世陆相层(Qh1)、中全新世黄骅海侵层(Qh2)和晚全新世陆相层(Qh3)[15]。刘恩峰等[7]依据莱州湾南岸A1钻孔孢粉分析,结合14C、热释光测年、沉积物粒度、岩性等将其钻孔划分为7个孢粉组合带,并分析其主要特征。韩德亮[16]用常、微量元素和碳酸钙对莱州湾所取的E孔岩心中更新世以来的地球化学特征进行了研究。元素在一定程度上可以反映第四纪沉积地层中周期性的变化,这种变化与古地理环境变迁、海侵和海退交替出现等存在相关关系,可用元素地球化学方法来指示沉积地层的变化及沉积环境演化[17]。
2 样品及方法
07钻孔(36°50′41.95″N,119°09′20.33″E)位于弥河-潍河多源河流三角洲(莱州湾南岸白浪河入海口)围填海区的人工沙滩附近(图1)。2013年07钻孔取心,终孔孔深80.0 m,人工回填深度5.80 m。钻孔岩心按10 cm的间距取样,并对该孔岩心进行岩性描述、14C测年、光释光(OSL)测年、矿物鉴定以及元素、粒度、孢粉、微古测试,以期揭示研究区128.0 ka BP以来的沉积地层环境特征。根据沉积物特征,结合测试数据,本钻孔浅地层可划分5个沉积单元:5.8 ~18.58 m为全新世以来的海相沉积,底界面放射性碳(A M S14C)测年为11.6 ka BP;18.58~23.27 m为晚更新世晚期沉积的陆相层,底界面OSL测年为24.0 ka BP;23.27~49.15 m为晚更新世晚期形成的献县海侵层,底界面OSL测年为61.0 ka BP;49.15~63.70 m为晚更新世早期的陆相层,底界面OSL测年为74.0 ka BP;63.70~80.00 m为晚更新世早期的沧州海侵层,底界面OSL测年为128 ka BP。以上钻孔地层年代划分基本反映了莱州湾晚更新世以来沉积地层结构及年代沉积环境特征。
图1 研究区范围及07孔地层柱状简图Eig .1 The range of study area and stratigraphic column of borehole 07
07孔位于莱州湾晚更新世以来3次主要海侵范围内的浅海地区。为了深入分析07钻孔中元素以及元素组合特征对海陆相地层的区分的指示特征以及沉积物源变迁过程,采用X荧光光谱法(X RE)、等离子质谱法(ICP- M S)以及原子荧光光谱法(A E)对614个沉积物样品的48种元素进行化学测试,样品测试由国土资源部海洋地质实验检测中心完成。在此基础上,本文通过分析元素组成、分布及配分模式,从中提取能指示沉积地层或环境的信息,可作为对相应沉积地层的环境响应。本文所用测试数据较多,为剔除异常值的干扰,更好反映沉积物测试数据所揭示的现象,运用5点滑动平均的方法对测试数据进行了相应处理。
3 元素地球化学特征
3.1 常量元素组成及特征
本文选取了Si、Al、K、Ca、Na、M g、Ti、M n、Ee和P等10个常量元素氧化物的含量进行分析。表1可以看出,钻孔岩心中常量组分Si的含量最高,其次是Al,其他元素平均含量均小于10.0 %。Si、Al、Ca、M n、Ee等元素是沉积物主要组分,代表了沉积物的化学组成和岩石学特征。其含量主要取决于主矿物的成分,同时也能够反映沉积物的物质来源和沉积作用[16]。Si、Al均值分别为56.97 %、10.97 % ,但是变异系数小,均小于20 %。SiO2化学性质稳定,抗风化能力较强,对沉积环境响应弱。Al主要赋存于黏土矿物中,只有极少量的Al进入到水体中。K、Na在风化作用中易于溶解、迁移,在沉积物中含量低。M n、M g、Ca和Ee变异系数高(分别为72.41 %、58.86 %、68.95 %、33.08 %),而其他6种常量元素的变异系数较小,介于12.54 %~26.97 %之间,主要原因是M n、M g、Ca和Ee相对易于溶解、迁移和沉淀,其存在形态往往会随着沉积环境酸碱性、氧化还原性的不同而做出相应的变化。
表1 常量元素氧化物含量特征数值表Tab .1 Characteristics factor of oxides of major element contents
07钻孔岩心中常量元素在垂向变化差异较大(图2),在18.58 m,23.27 m,49.15 m,63.7 m等地层分界处,多数常量元素含量显著变化。如在18.58 m全新世与晚更新世地层分界处,63.7 m晚更新世早期陆相与海相地层分界处,Al、Ca、K、Ee、Ti、M n和M g升高,其他元素降低。与之相反,23.27 m晚更新世晚期陆相与海相地层分界处,Al、Ca、K、Ee、Ti、M n 和M g值降低,其他元素增加。除Si和Na外(R2分别为0.33和0.21),Ca与粒度不存在相关性,其他常量元素与沉积物粒度呈正相关的变化趋势(R2介于0.11~0.40之间),多数元素在细粒的黏土质粉砂中富集。在全新世、晚更新世早期及晚期的海相层,元素呈明显的旋回变化,对应多个峰值。在晚更新世晚期的陆相地层中,元素变化弱;晚更新世早期陆相地层中,元素变化较缓,对应多个峰值。元素的这种变化指示了在海侵及海退过程中,沉积环境及海平面发生过多次改变。
3.2 微量元素组成及特征
Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、Cd、Li、Rb、M o、Bi、H g、Sr、Ba、V、Sc、Nb、Zr、Be、Ga、Tl、Se、U和Th等24种微量元素变化如表2所示,其中,Ba含量最高,平均含量560.55μg/g;V、Rb、Sr、Zr含量分别为60.91μg/g、86.78μg/g、236.05μg/g和270.11μg/g。其他元素的含量都低于60μg/g,其中H g、Cd、Se、Bi、Tl、M o、Be和U等7种元素的平均含量小于2μg/g。Bi、M o、Cd、H g、Se变异系数高,分别为51.02 %、52.03 %、58.81 %、59.96 %和75 %。沉积物中微量元素的浓度受物源区母岩类型、风化作用、沉积分选、成岩作用等多种因素控制,在地质作用过程中发生分异与富集,可以记录大量的地质作用信息[18—20]。因此,利用微量元素含量的分布及存在形式,可以指示古环境、古气候、沉积物的物源区地球化学特征以及识别特殊的地球化学过程[21]。Ba在所有微量元素中含量最高,标准偏差最大。Ba的半径与K的相近,而与Ca的差异较大,只有少量Ba能进入到含钙矿物中,因此海洋钙质生物对Ba几乎没有贡献,而大部分Ba则进入含钾长石、黑云母类的钾矿物中。07孔Ba的含量较高,可能是与源区的花岗岩有关。由于距离源区近,沉积物的搬运距离相对较短,加之在海退期北方气候相对干燥,风化作用较弱。母岩经风化形成钾长石以及云母等矿物,导致该孔中Ba的含量较高。07孔源区以酸性和碱性岩浆岩为主,且Zr、Rb在碱性及酸性岩浆岩中含量高,以氧化物和硅酸盐为主,化学稳定性高,不易迁移,所以在07孔中Zr、Rb含量的较高。Sr的离子半径与K、Ca相近,易于类质同象代替,进入富钾和钙和矿物中,所以07孔中Sr的含量较高。Cd和Se的变异系数较高,是由于这两种元素多以分散状态存在于不同的沉积环境中,且含量差别大。这些分散元素易吸附于黏土矿物中,在有机质含量高的沉积物中含量高。
图2 07钻孔沉积物常量元素剖面变化Eig .2 Changes of major elements with depth in Core 07
表2 微量元素含量的特征数值表Tab .2 Characteristics factors of trace elements content
续表2
图3 07钻孔微量元素剖面变化Eig .3 Changes of trace elements with depth in Core 07
07钻孔岩心中微量元素的含量变化与常量元素相似(图3),主要表现在地层分界处元素呈较明显变化。如在63.70 m晚更新世早期陆相与海相地层分界处,除Cu、Zr和Se外,大多数元素的含量均表现较明显的增加。多数元素与粒度基本呈相似的正相关变化(R2介于0.11~0.48之间;Zr除外,其符合“元素的粒度控制律”的第3种模式,先升后降,在粉砂中达到最大值),在粒度较小的海相地层中富集。在全新世、晚更新世早期及晚期的海相层,元素呈周期性变化,对应多个峰值,且V、Nb、Be、Zn、Ga、Th、Cd、Li、Rb、Bi和M o等在海相地层明显增加,主要原因是这些元素易吸附于黏土矿中。在晚更新世晚期及早期的陆相地层中,元素的变化相对较缓。
3.3 沉积物稀土元素组成
稀土元素含量小于7.00μg/g(Ce、La、Nd和Y除外),且轻稀土元素的含量要高于重稀土元素;变异系数相对稳定,多数在20 %左右(表3)。稀土元素在酸性和碱性岩浆岩中含量很高,在表生作用下,溶解的稀土元素主要以碳酸盐和络合物的形式迁移。与轻稀土元素相比,重稀土元素的溶解度大,迁移力强,导致在沉积物中轻稀土元素含量偏高。由于稀土元素化学性质相似,北方气候相对干燥,且物源区近,风化作用较弱,大部分的稀土元素留在矿物中,所以变异系数小且相对稳定。表明稀土元素在母岩风化、剥蚀、搬运、沉积及成岩过程中不易迁移,几乎被等量的转移到碎屑沉积物中,故可被作为沉积物物源的示踪物[21]。
表3 稀土元素含量的特征数值表Tab .3 Characteristics factors of REE content
如图4所示,稀土元素在垂向上总体呈相似的旋回变化,在18.58 m,23.27 m,49.15 m,63.70 m地层分界处有较明显变化。在海相地层中的稀土元素含量明显偏高,主要是由于这些元素易于吸附于黏土矿中,且与粒度呈正相关变化趋势(R2介于0.18~0.25之间)。岩心沉积物的稀土元素(Σ R EE)球粒陨石标准化配分模式均呈轻稀土元素(L R EE)相对于重稀土元素(H R EE)富集的右倾模式(图5)[22—24],其原因主要是风化作用产生分异导致。07孔中稀土元素含量(Σ R EE)变化于65.77~263.49μg/g之间,平均135.01μg/g,与黄河下游底质沉积物的Σ R EE(平均148.1μg/g)[22]相近。Ce表现为很弱的负异常(图5),δCe介于0.86~1.00之间(平均0.94),与黄河下游沉积物的δCe(0.97)相近;Eu表现为中等程度的亏损,δEu介于0.57~0.82之间(平均0.69),则没有黄河下游沉积物的Eu异常(0.60)明显[22]。18.58 m, 23.27 m,49.15 m,63.70 m处的R EE球粒陨石标准化配分模式与黄河相似,但存在一定的差异;5.81 m, 9.96 m处,以及莱州湾B49及B50站位表层沉积物的R EE球粒陨石标准化配分模式与黄河基本一致,说明黄河是莱州湾南岸弥河-潍河多源河流三角洲沉积体系的物源之一,且对莱州湾南岸一定深度范围内的沉积地层有部分贡献。
图4 07钻孔稀土元素剖面变化Eig .4 Changes of R EE with depth in Core 07
图5 07孔沉积物代表性样品、莱州湾表层沉积物、黄河沉积物、崂山花岗岩及田横岛煌斑岩R EE球粒陨石标准化配分模式Eig .5 The chondrite-normalized R EE distribution patterns in represent sediment samplings of Core 07,surficial sediments in Laizhou Bay,sediment of Yellow River,granite of Laoshan M ountain,lamprophyre of Tianheng Island
3.4 元素比值特征
如图6所示,Si/A1、K/Na、Rb/Sr、Sr/Ba、Ti/Al 和M g/Ca在18.8 m、23.2 m、49.2 m、63.8 m地层分界变化明显,特别是在全新世与晚更新世的陆相地层分界处和晚更新世晚期陆相层与晚更新世早期海侵层的分界处变化显著。M g/Ca、化学风化指数(CIA)、Rb/Sr和L R EE/H R EE随深度变化不明显,从晚更新世晚期玉木早冰期到晚更新世早期,局部出现高值。Si主要富集在较粗粒级的石英和长石中,Ti通常以重矿物的形式存在,而Al则在细粒级黏土矿物中富集。Si/Al和Ti/Al的比值与搬运动力及距离、物源区风化强度有关[25—26]。莱州湾南岸的源区主要发育短源河流,搬运距离较短,且风化作用较弱。所以陆相地层中Si/Al较高,而海相地层中Ti/A1较低。从另一方面也反映了莱州湾地区在全新世和晚更新世的冰期搬运动力及化学风化作用相对较弱。07孔沉积物的CIA相对不高,从晚更新世晚期玉木早冰期到晚更新世早期,化学风化作用较强,晚更新世晚期玉木早冰期之后,化学风化作用减弱。在化学风化过程中,Na、Ca最易迁移、淋失,K、M g、Rb在强烈化学风化时易活动[27—29],Rb、Sr在化学风化过程中存在明显差异,Rb/Sr值往往与风化强度成正比。Rb/Sr海相地层中较高,也表明在间冰期化学风化作用较强。元素化学活动性存在差异性,在风化过程中产生分异。莱州湾南部山区母岩以玄武岩、安山岩、粗面岩以及火成碎屑岩为主[13,30],不同的岩石类型稀土元素的含量存在差异。07孔中总稀土元素的含量在海相细粒的沉积物中含量较高;L R EE/H R EE主要反映化学风化作用的强弱和源区母岩的变化,与粒度相关性弱,从晚更新世晚期玉木早冰期到晚更新世早期才发生较大的波动。此外,对沉积环境响应敏感的M g/Ca的比值在全新世到晚更新世晚期玉木早冰期的变化不大,表明莱州湾南岸的沉积环境及物源在晚更新世晚期发生了重要的转变。
图6 07钻孔元素特征比值剖面变化图Eig .6 Changes of characteristic ratios with depth in Core 07
莱州湾南部山区的母岩主要由玄武岩、安山岩、粗面岩、花岗岩以及火成碎屑岩组成,这些岩石主要由石英、钙长石、钾长石、钠长石和黑云母等矿物组成。这些矿物为莱州湾南岸沉积地层提供丰富的Ba、V、Rb、Sr、Zr、M n、M g、Ee和R EE等常微量元素。07钻孔中,对沉积环境响应比较明显的M n、M g、Ca 和Ee等元素在沉积地层的变异系数也往往较大,而对源区的母岩类型、风化程度及搬运距离的变化敏感的Ba、Zr、Rb、Si和Ti等元素含量相对稳定且变异系数较小。
不同的岩石中稀土元素稀土元素的含量存在差异,但其化学稳定性较高,可作为沉积物的物源示踪剂。通过对比,07孔岩心不同深度的沉积物球粒陨石标准化后的配分模式与黄河沉积物及莱州湾表层沉积物的球粒陨石标准化后的配分模式相似,均呈轻稀土元素相对于重稀土元素富集的右倾模式。说明黄河是莱州湾南岸弥河-潍河多源河流三角洲沉积体系的物源之一,且对07钻孔的沉积地层有部分贡献。
莱州湾地区从125 ka BP开始进入晚更新世,其中125~70 ka BP为温暖的末次间冰期,对应渤海地区发育的沧州海侵层;晚更新世的后半段,70~11 kaBP为寒冷的末次冰期[7]。在末次间冰期,气候相对温暖湿润,沉积物的粒度较小,化学风化作用较强,大部分的常微量元素在此阶段的海侵沉积地层中富集。在末次冰期,气候相对寒冷干燥,处于海退时期,化学风化作用弱,以物理风化为主,多数的元素在此阶段的沉积地层的含量较低。Si/Al和Ti/Al在剖面上的变化反映了莱州湾地区在全新世和晚更新世的冰期搬运动力及化学风化作用相对较弱;与此对应,07孔的CIA相对不高,从晚更新世晚期玉木早冰期到晚更新世早期,化学风化作用较强,晚更新世晚期玉木早冰期之后,化学风化作用减弱;Rb/Sr值与风化强度成正比。L R EE/H R EE和M g/Ca从晚更新世晚期玉木早冰期到晚更新世早期才发生较大的波动,表明莱州湾南岸的沉积环境及物源在晚更新世晚期发生了重要的转变。在全新世、晚更新世早期及晚期的海相层中,07钻孔常微量元素及特征值元素呈明显的旋回变化,对应多个峰值。在晚更新世晚期的陆相地层中,元素变化弱;晚更新世早期陆相地层中,元素变化较缓,对应多个峰值。元素的这种变化指示了在海侵及海退过程中,沉积环境及海平面发生过多次改变,且化学元素的变化规律所反映的地层特征与晚更新世以来的气候和海平面的变化有较好的对应关系。
4 结论
(1)07孔岩心沉积中M n、M g、Ca和Ee等常量元素变异系数高,对沉积环境响应比较明显;Ba、V、Rb、Sr和Zr等微量元素含量较高,对源区的母岩类型、风化程度及搬运距离的变化敏感。各元素在垂向上的变化遵循粒度控制律,多数元素在海相沉积物中富集。主要元素在海陆地层分界处有明显变化,可以作为地层划分的指标之一。
(2)07孔的元素含量垂向差异性较大,多数的常微量元素、稀土元素及特征值呈相似的多旋回变化。在3套海侵地层中变化明显,并对应多个峰值。元素的这种变化规律间接地指示在海侵过程中,沉积环境及海平面也曾发生过多次改变。
(3)07孔稀土元素含量较小,且轻稀土元素的含量要高于重稀土元素;变异系数相对稳定,多数在20 %左右。稀土元素在垂向上表现出相似的旋回变化,稀土元素球粒陨石标准化配分模式呈轻稀土元素富集的右倾型。黄河的R EE球粒陨石标准化配分模式与07孔不同深度沉积的配分模式相似,但存在一定的差异,说明黄河是莱州湾南岸弥河-潍河多源河流三角洲沉积体系的物源之一,且对一定深度范围内的沉积地层有部分贡献。
(4)Si/A1和Ti/Al能反映搬运动力及距离、物源区风化强度的大小,L R EE/H R EE、Rb/Sr和Sr/Ba能反映源区化学风化作用的强弱和源区母岩的变化, M g/Ca能指示沉积环境的改变。其中,L R EE/H R EE 和M g/Ca的比值在全新世到晚更新世晚期玉木早冰期的变化不大,从晚更新世晚期玉木早冰期到晚更新世早期才发生较大的波动,表明莱州湾南岸的沉积环境及物源在晚更新世晚期发生了重要的转变。
参考文献:
[1] 彭文绪,辛仁臣,孙和风,等.渤海海域莱州湾凹陷的形成和演化[J].石油学报,2009,30(5):654 - 660 . Peng W enxu,Xin Renchen,Sun Hefeng,et al. Eormation and evolution of Laizhou Bay Sag in Bohai Bay[J]. Acta Petrolei Sinica,2009,30(5):654 - 660 .
[2] 吴时国,余朝华,邹东波,等.莱州湾地区郯庐断裂带的构造特征及其新生代演化[J].海洋地质与第四纪地质,2006,26(6):101 - 110 . W u Shiguo,Yu Chaohua,Zou Dongbo,et al.Structuralfeatures and Cenozoic evolution of the Tan Lu fault zonein the Laizhou Bay,Bohai Sea[J]. M arine Geology & Quaternary Geology,2006,26(6):101 - 110 .
[3] 周江,庄振业,王姣姣,等.莱州湾东岸沿海平原区全新世主要地质事件[J].海洋湖沼通报,2007(2):26 - 33 . Zhou Jiang,Zhuang Zhengye,W ang Jiaojiao,et al. M ajor geological events during the H olocene in the coastal plain area in the east of Laizhou Bay [J]. Transactions of Oceanology and Limnology,2007(2):26 - 33 .
[4] 刘恩峰,张祖陆,沈吉.莱州湾南岸滨海平原晚更新世以来古环境演变的孢粉记录[J].古地理学报,2004.6(1):78 - 84 . Liu Enfeng,Zhang Zulu,Shen Ji.Spore pollen records of environ mental change on south coast plain of Laizhou Bay since the Late Pleistocene[J]. Journal of Palaeogeography,2004,6(1):78 - 84 .
[5] 彭子成,韩岳,韩有松,等.莱州湾地10万年以来沉积环境变化[J].地质论评,1992(4):360 - 367 . Peng Zicheng,Han Yue,Han Yousong,et al.The study of the changes of sedimental environ mentals in the Laizhou Bay Area[J]. Geological Review,1992(4):360 - 367 .
[6] 吕厚远.渤海南部晚更新世以来的孢粉组合及古环境分析[J].渤黄海海洋,1989,7(2):11 - 26 . Lü H ouyuan .Spore pollen assemblangesin the sedimentsin the southern Bohai Sea since thelate Pleistocene andits palaeoenviron ment analysis[J].Journal of Oceanography of H uanghai & Bohai Sea,1989,7(2):11 - 26 .
[7] 张祖陆,聂晓红,刘恩峰,等.莱州湾南岸咸水入侵区晚更新世以来的古环境演变[J].地理研究,2005,24(1):105 - 111 . Zhang Zulu,Nie Xiaohong,Liu Enfeng,et al. The accu mulation records of environ mental evolution on the salt-waterintruded area south of Laizhou Bay since late Pleistocene[J]. Geographical Research,2005,24(1):105 - 111 .
[8] 张永祥,薛禹群,陈鸿汉.莱州湾南岸晚更新世后地层中沉积海水的特征及其形成环境[J].海洋学报,1996,18(6):61 - 68 . Zhang Yongxiang,Xue Yuqun,Chen H onghan . The characteristics and formation environ ment of depositional seawater of stratu m in the southern coast of Laizhou Bay since late Pleistocene[J]. Haiyang Xuebao,1996,18(6):61 - 68 .
[9] 韩有松,吴洪发.莱州湾滨海平原地下卤水成因初探[J].地质论评,1982,28(2):126 - 131 . Han Yousong,W u H ongfa . The origin of underground brines in the coastal plain of Laizhou Bay[J]. Geological Review,1982,28(2):126 - 131 .
[10] 薛春汀,丁东.渤海莱州湾南岸潍河—弥河三角洲:沉积序列和沉积格架[J].地理科学,2008,28(5):672 - 676 . Xue Chunting,Ding Dong . W eihe River- Mihe River Delta in south coast of Bohai Sea,China:sedimentary sequence and architecture[J]. Scientia Geographica Sinica,2008,28(5):672 - 676 .
[11] 王绍鸿.莱州湾西岸晚第四纪海相地层及其沉积环境的初步研究[J].海洋与湖沼,1979,10(1):9 - 23 . W ang Shaohong . Preliminary study of marine bed and its depositional conditionsin Late Quaternary offthe west coast of Laizhou Bay[J]. Oceanology et Limnology Sinica,1979,10(1):9 - 23 .
[12] 庄振业,李建华,仇士华,等.莱州湾东岸的全新世海侵和地层[J].海洋湖沼通报,1987(2):31 - 39 . Zhuang Zhenye,Li Jianhua,Qiu Shihua,et al. H olocene transactions and itslayersin the east coast of Laizhou Gulf,Bohai[J]. Transactions of O-ceanology and Limnology,1987(2):31 - 39 .
[13] 庄振业,许卫东,刘东生,等.渤海南部S3孔晚第四纪海相地层的划分及环境演变[J].海洋地质与第四纪地质,1999,19(2):27 - 35 . Zhuang Zhenye,Xu W eidong,Liu Dongsheng,et al. Division and environ mental evolution of Late Quaternary marine beds of S3hole in the Bohai Sea[J]. M arine Geology & Quaternary Geology,1999,19(2):27 - 35 .
[14] 秦蕴珊,赵一阳,赵松龄.渤海地质[M].北京:科学出版社,1985 . Qin Yunshan,Zhao Yiyang,Zhao Songling,et al. Geology of the Bohai Sea[M]. Beijing:Science Press,1985 .
[15] 高茂生,郑懿珉,刘森,等.莱州湾地下卤水形成的古地理条件分析[J].地质论评,2015,61(2):393 - 400 . Gao M aosheng,Zheng Yimi,Liu Sen,et al.Palaeogeographic condition for origin of underground brinein southern coast of Laizhou Bay,Bohai Sea [J]. Geological Review,2015,61(2):393 - 400 .
[16] 韩德亮.莱州湾E孔中更新世末期以来的地球化学特征[J].海洋学报,2001,23(2):79 - 85 . Han Deliang . Geochemistry of core E in the Laizhou Bay since late stage of Middle Pleistocene[J]. Haiyang Xuebao,2001,23(2):79 - 85 .
[17] 仇建东.山东半岛南部滨浅海区晚第四纪沉积地层结构与沉积环境演化[D].青岛:中国海洋大学,2012 . Qiu Jiandong .Sedimentary stratigraphic framework and environ mental evolution in the coastal and offshore area of southern Shandong Peninsula during the late Quaternary[D].Qingdao:Ocean U niversity of China,2012 .
[18] 陈衍景,邓健,胡桂兴,等.环境对沉积物微量元素含量和分配型式的制约[J].地质地球化学,1996,24(3):97 - 105 . Chen Yanjing,Deng Jian,H u Guixing,et al.Environ mentalconstraints on the content and distribution pattern of sedimenttrace element[J]. Geology Geochemistry,1996,24(3):97 - 105 .
[19] 陈志华,石学法,王湘芹,等.南黄海B10岩心的地球化学特征及其对古环境和古气候的反映[J].海洋学报,2003,25(1):69 - 77 . Chen Zhihua,Shi Xuefa,W ang Xiangqin,et al. Geochemical changes in Core B10 in the southern H uanghai Sea and implications for variations in paleoenviron ment and paleoclimate[J]. Haiyang Xuebao,2003,25(1):69 - 77 .
[20] 杨兢红,王颖,张振克,等.宝应钻孔沉积物的微量元素地球化学特征及沉积环境探讨[J].第四纪研究,2007,27(5):735 - 749 . Yang Jinghong,W ang Yin,Zhang Zhenke,et al. Geochemical characteristics oftrace elementsin Baoying borehole sediments and theirimplications for depositional environ ments[J]. Quaternary Sciences,2007,27(5):735 - 749 .
[21] 邵磊,刘志伟,朱伟林.陆源碎屑岩地球化学在盆地分析中的应用[J].地学前缘,2000,7(3):297 - 304 . Shao Lei,Liu Zhiwei,Zhu W eilin . Application of sedimentary geochemistry of terrigenous clastic rock to basin analysis[J]. Earth Science Erontiers,2000,7(3):297 - 304 .
[22] Yang Shouye,Li Congxian ,Bee C B,et al. R EE geochemistry of suspended sediments from the rivers around the Yellow Sea and provenanceindicators[J]. Chinese Science Bulletin,2003,48(11):1135 - 1139 .
[23] 杨守业,李从先.长江与黄河沉积物R EE地球化学及示踪作用[J].地球化学,1999,28(4):374 - 380 . Yang Shouye,Li Congxian . R EE Geochemistry and tracing application in the Yangtze River and the Yellow River sediments[J].Geochimica,1999, 28(4):374 - 380 .
[24] 韩宗珠,李敏,李安龙,等.青岛田横岛北岸海滩沉积物稀土元素特征及物源判别[J].海洋湖沼通报,2010(3):132 - 136 . Han Zongzhu,Li Min,Li Anlong,et al. R EE characteristic and provenance discrimination of sediments from beach north shore of Tianheng Island in Qingdao[J]. Transactions of Oceanology and Limnology,2010(3):132 - 136 .
[25] W ei G,Liu Y,Li X,et al. M ajor and trace element variations ofthe sediments at O DP Site 1144,South China Sea,during thelast 230 ka and their paleoclimate implications[J]. Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,2004,212(3/4):331 - 342 .
[26] Sun Y,W u E,Clemens S C,et al.Processes controlling the geochemicalcomposition ofthe South China Sea sediments during thelast climatic cycle[J]. Chemical Geology,2008,257(3/4):240 - 246 .
[27] Nesbitt H,M arkovics G . W eathering of granodioritic crust,long term storage of elements in weathering profiles,and petrogenesis of siliciclastic sediments[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta,1997,61(8):1653 - 1670 .
[28] 操应长,王艳忠,徐涛玉,等.特征元素比值在沉积物物源分析中的应用[J].沉积学报,2007,25(2):230 - 238 . Cao Yinchang,W ang Yanzhong,Xu Taoyu,et al. Application ofthe ratio of characteristic elementsin provenance analysis[J]. Acta Sedimentologica Sinica,2007,25(2):230 - 238 .
[29] Zabel M ,Schneider R,W agner T,et al. Late Quaternary climate changesin central Africa asinferred from terrigenousinput to the Niger Ean[J]. Quaternary Research,2001,56(2):207 - 217 .
[30] 宁劲松.莱州湾沿岸地下卤水的化学特征研究[D].青岛:中国海洋大学,2004 . Ning,Jingsong . The research of chemical characters of the underground brine along Laizhou Bay[D]. Qingdao:Ocean U niversity of China,2004 .
中图分类号:P736.4
文献标志码:A
文章编号:0253-4193(2016)03-0145-11
收稿日期:2015-04-23;
修订日期:2015-08-02。
基金项目:国家海洋地质保障工程专项(GZ H201200505);国家自然科学基金(41406082);山东省自然科学基金(ZR2014 D Q010)。
作者简介:郭飞(1989—),女,陕西省安康市人,从事海洋沉积研究。E-mail:guofei091212 @ 163 .com
*通信作者:高茂生(1966—),男,研究员,博士,博导,主要从事海岸带环境水文地质和海洋沉积研究。E-mail:gms532 @ 163 .com
郭飞,高茂生,侯国华,等.莱州湾07钻孔沉积物晚更新世以来的元素地球化学特征[J].海洋学报,2016,38(3):145 - 155,doi: 10.3969/j.issn .0253-4193.2016.03.014
Guo Eei,Gao M aosheng,H ou Guohua,et al. Geochemicalcharacteristics of sedimentin Core 07 since thelate Pleistocenein Laizhou Bay [J]. Haiyang Xuebao,2016,38(3):145 - 155,doi:10.3969/j.issn .0253-4193.2016.03.014
Geochemical characteristics of sedimentin Core 07 since the late Pleistocene in Laizhou Bay
Guo Eei1,2,3,Gao M aosheng2,3,H ou Guohua2,3,Kong Xianghuai2,3,
Zhao Jin ming4,Zheng Yimin2,3,Zhao Guangming2,3
(1 .Schoolof Geosciences,China University of Petroleum ,Qingdao 266555,China;2 . Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resources and Environmental Geology,Ministryof Land and Resources,QingdaoInstituteof Marine Geology,Qingdao 266071,China;3 . Key Laboratory of Coastal Wetland Biogeosciences,China Geological Survey,Qingdao Institute of Marine Geology,Qingdao 266071,China;4 .ExplorationInstitute of Geology and Mineral Resources,Weifang 261021,China)
Abstract:Eorty eight geochemicalindexs of sediment samples,including major element,trace element and rare earth element(R EE)content,were analyzed by X-ray fluorescence spectrometry(X RE),ion-coupled plasma-mass spectroscopy(ICP- M S)and atomic fluorescence spectrometry(A E)for the samples of core 07 obtained in the southern coast of Laizhou Bay . M eanwhile,the elements content,changing law,the characteristic ratio and distribution patterns of R EE were studied . According to research,most elements and characteristic ratios in borehole 07 changed obviously in marine-continental stratigraphic boundaries,which could be used to divide stratu m .In addition,M n, M g,Ca,Ee,M g/Ca and K/Na were well correlated with sedimentary environ ment changes;Ba,Zr,Rb,Si/A1,Ti/ A1 and Rb/Sr could be utilized to trace the type of source rock,weathering degree and the transport distance . M ajority elements showed multi-cycle variation,especially in the transgression layers . The stratigraphic features reflected by the changesin chemical elements were well corresponding to climatic and sea-level changes since the late Pleistocene . The Chondrite-normalized R EE distribution patterns of sediments in borehole 07 with different depth were similar to that Yellow River,and the L R EE content was much higher than H R EE,which indicated that Yellow River was one of provenances of Mihe- W eiHe multi-source fluvial delta sedimentary system in the south of Laizhou Bay,contributing to sedimentary strata within a certain range of depth .
Key words:Laizhou Bay;geochemistry;provenance;sedimentary environ ment