南海西北部表层沉积物黏土矿物分布特征及其来源

宋泽华，万世明，黄杰，于兆杰，张晋，赵德博，靳华龙，李安春

(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；3.巴黎第十一大学 地球科学学院IDES实验室，法国 巴黎 奥赛 91405)

南海西北部表层沉积物黏土矿物分布特征及其来源

宋泽华1，2，万世明1*，黄杰1，于兆杰3，张晋1，2，赵德博1，2，靳华龙1，2，李安春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；3.巴黎第十一大学 地球科学学院IDES实验室，法国 巴黎 奥赛 91405)

黏土矿物研究在示踪物源、源区风化历史乃至洋流变迁能力等方面具有重要的作用，尽管目前对南海表层沉积物黏土矿物宏观分布特征已获得了较系统的认识，但在受珠江和海南岛物源共同影响的南海西北部其高分辨率的黏土矿物学工作还未开展。本文对南海西北部表层沉积物中的黏土矿物组成、结晶学特征进行了分析，讨论了研究区黏土矿物的物质来源。结果表明，南海西北部表层沉积物的黏土矿物组成以伊利石为主(平均45%)，蒙脱石(平均27%)与高岭石(平均21%)次之，绿泥石含量最少(平均6%)。在区域空间分布上，蒙脱石含量呈现西南高东北低的特征，伊利石含量则与之相反；高岭石含量表现为近岸高离岸低，而绿泥石含量呈现离岸高近岸低的特征。总体上，研究区表层沉积物黏土矿物组成与现代珠江沉积物组成差异较大，而与珠江口2.5 ka前的沉积物黏土矿物组成比较接近，并且结合研究区岩心揭露的全新世以来极低的沉积速率(4 cm/ka)以及上部很薄(小于0.6 m)的泥质沉积，推测该区表层沉积物可能并非是现代沉积的结果，更可能主要来自全新世末期古珠江输送的沉积物。除古珠江作为研究区表层沉积物中蒙脱石的一个主要来源外，海南岛北部河流也贡献了少量蒙脱石到其邻近的东南海域。运用高岭石/伊利石比值和伊利石化学指数等进一步对比分析表明，珠江是研究区沉积物中伊利石、高岭石和绿泥石的主要物源，其次台湾和海南岛也可能分别提供了少量富含伊利石/绿泥石和高岭石的沉积物。本工作对于南海西北部沉积物源-汇过程和相应的古环境研究有重要的参考意义。

黏土矿物组成；结晶学特征；物源分析；表层沉积物；南海西北部

1 引言

南海西北部作为东亚大陆边缘的一部分，与华南大陆接壤，紧邻海南岛、台湾岛以及吕宋岛等岛屿，接受了大量来自陆地和岛屿风化剥蚀的沉积物[1]。该区域作为亚洲大陆与南海深水区之间的过渡地带和陆源物质向海输送的主要通道，是研究沉积物“源-汇”过程和海陆相互作用的关键地区之一[2-3]。

近年来，对南海北部海域黏土矿物的研究报道较多。如通过解析南海北部表层沉积物黏土矿物的源区来反演东亚季风在晚第四纪时期的演化过程，指出晚第四纪沉积物物源以及洋流系统的研究可以间接反映东亚季风的演变[4]。华南大陆沿海海湾内表层沉积物黏土矿物研究结果表明，其物源主要来自周边的河流如珠江、韩江等，而台湾岛、吕宋岛等贡献较少[5]。通过对琼东南近岸泥质区的柱状沉积物研究，探讨了中全新世以来南海北部陆架区沉积物的来源[6]，认为海南岛、台湾岛对南海北部陆架区沉积物具有一定的贡献[7]。这些研究对揭示南海北部海域黏土矿物的来源及其所指示的古环境演化具有较重要的科学意义。但是，也可以看出有关南海西北部黏土矿物的分布特征和来源的认识并不清楚，比如珠江、海南岛和台湾岛在多大程度上为该区提供了物源？甚至珠江本身在地质历史的变迁是否也影响了该区沉积物组成？为解决这些科学问题都需更详细的数据支持和进一步的工作。

基于南海盆地尺度上的表层沉积物和周边河流沉积物的黏土矿物组成分析[4]，一般认为南海北部表层沉积物中的黏土矿物是多源混合，蒙脱石主要来源于吕宋岛，伊利石与绿泥石主要来源于台湾岛和珠江，高岭石主要来源于珠江。这一宏观结论主要源自于南海大区域采样分析所获。但对于南海西北部这一局部地区，由于周边众多河流注入，且沿岸流发育，黏土矿物的来源可能不同于南海盆地的整体特征。要想细致刻画该区黏土矿物的组成与来源，尚需要大量更密集站位沉积物的采集，这对于解释南海西北部近岸区域的沉积环境和物质来源具有重要意义。基于此思路，本文研究了南海西北部表层沉积物黏土矿物组成分布特征，深入探析了其黏土矿物的物源，提出该区表层沉积物可能主要是全新世末期古珠江输送的陆源物质，少部分来自于海南岛的新论点，这对进一步研究揭示南海西北部不同历史时期沉积物来源及古环境记录具有重要的科学意义。

2 区域背景

东亚季风是影响南海及周边地区最主要的气候因子，季节性反转的夏季风与冬季风控制了该区季节性降水与地表径流的变化，因此也影响着土壤环境与植被分布[8-9]。东亚冬季风的特点是伴随着冬季大陆冷却与亚洲北部高压的发育，寒冷干燥的东北风穿过南海。相反，东亚夏季风则是由于夏季大陆升温以及在中国大陆中央区域发育低气压中心导致温暖湿润的西南风穿过南海。如今，冬季风持续近6个月(11月至翌年4月)，而相对较弱的夏季风只持续近4个月(5月中旬至9月中旬)[4]。华南大陆上大中型河流发育广泛，其中珠江为中国境内仅次于长江和黄河的世界级大河，此外还有晋江、闽江、韩江等多条中型河流流入南海。受季风型气候影响，华南大陆年平均降雨量较多(约1 700 mm/a)，且夏季降雨量占全年的80%以上[10]。

南海西北部海域物质搬运不仅受到东亚季风驱动的夏季与冬季表层流的影响，还受到深层流、广东沿岸流以及黑潮入侵的强烈影响，南海西北部夏季与冬季表层流流向与其所处季节的盛行风向一致，黑潮南海分支由吕宋海峡进入南海，向北形成南海暖流，终年为西南向[11]；南海北部的深层流很可能是以等深流的形式在2 000～3 000 m等深线附近沿东北-南西方向影响底部沉积物的搬运和分布[12]；广东沿岸流也受到东亚季风驱动，呈现冬季向西南方向，夏季向东北流动的格局[13-14]。

3 材料和方法

研究样品为南海西北部表层沉积物，系1958-1960年全国海洋综合普查用箱式采样器获取。本研究中样品共计256个(采样站位及区域季风海流背景见图1)。镜下鉴定表明，沉积物主要由黏土矿物、石英和长石等矿物组成，并含有大量的有孔虫壳体和少量的硅质放射虫和海绵骨针。为进行物源对比，还采集并分析了海南岛的22个河流沉积物样品。

黏土矿物分析采用黏土粒级组分(小于2 μm)定向薄片的X射线衍射分析方法[15]。每个样品取大约1 cm3，先后用10%H2O2和0.25 mol/L的HCl于60℃的水浴加热各1 h，以去掉样品中的有机质和碳酸盐。按Stoke原理所确定的沉降时间，抽取上部小于2 μm的悬浮液，用涂片法制成定向薄片，自然风干。上机测试前，样品经乙二醇蒸气60℃饱和处理12 h。X射线衍射分析在中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室完成，分析仪器采用德国产D8 Advance型X射线衍射仪，Cu Kα辐射，管压40 kV，管流40 mA，192通道LynxEye阵列探测器。第一次扫描范围3°～30°(2θ)，步长0.02°，第二次扫描范围24°～26°，步长0.01°。将衍射图谱扣除背景、平滑后，使用软件TOPAS 2.0对主要衍射峰进行拟合，根据Biscaye[16]的方法计算出4种主要黏土矿物(蒙脱石、伊利石、高岭石和绿泥石)的相对含量，以乙二醇饱和片衍射图谱上衍射峰17Å(1Å=10-10m)(蒙脱石(001)晶面)、10Å(伊利石(001)晶面)和7Å(高岭石(001)和绿泥石(002)晶面的混合峰)的面积作为基础数据进行计算，其权重因子分别为1、4、2。绿泥石和高岭石的含量比例据3.54Å/3.58 Å的衍射峰面积比值求出，4种黏土矿物的总含量校正为100%。

图1 南海季风和流系示意图(a)，南海西北部表层沉积物与海南岛河流沉积物站位图(b)Fig.1 Monsoon and fluvial systems in the South China Sea(a)， and locations of surface sediments from northwestern South China Sea and Hainan rivers(b)主要夏季/冬季表层流引自文献[13]; 黑潮引自文献[11]; 深层流引自文献[12]; 广东沿岸流引自文献[14]Major surface summer/winter currents cite from reference[13]; Kuroshio Current cite from reference[11]; deepwater currents cite from reference[12]; Guangdong coastal current cite from reference[14]

同时，利用乙二醇曲线计算伊利石的化学指数，即5Å/10Å峰面积比。比值小于0.4为富Fe-Mg伊利石，代表未风化的云母和伊利石；比值大于0.4为富Al伊利石，代表高度风化的伊利石[17]。伊利石化学指数相对大小可以指示其风化程度，不同构造/气候背景源区的伊利石化学风化程度存在差异，从而伊利石化学指数在一定程度上可以用来指示物源[18]。黏土矿物晶格的有序度和晶体颗粒的大小通常用“结晶度”来衡量。蒙脱石的结晶度用结晶度指数即乙二醇曲线17Å衍射峰的半高宽(FWHM)表示。伊利石的结晶度指数由10Å衍射峰的半高宽表示。根据Ehrmann给出的结晶度指数分类，结晶度指数越小指示结晶程度越好，伊利石：结晶程度极好(小于0.4)、结晶程度好(0.4～0.6)、结晶程度中等(0.6～0.8)、结晶程度差(大于0.8)；蒙脱石：结晶程度好(小于1.5)、结晶程度中等(1.5～2.0)、结晶程度差(大于2.0)[17]。

4 结果

4.1 黏土矿物组成

在研究区表层沉积物小于2 μm的黏土矿物组分中，伊利石占主要部分(平均45%)，蒙脱石(约27%)与高岭石(约21%)次之，含有少量的绿泥石(约6%)。图2是4种黏土矿物相对含量的平面分布。总体上，伊利石含量在区域上呈东北高西南低的趋势，变化范围为25%～64%。蒙脱石含量在闽粤近岸区域及珠江口附近较低，在海南岛附近含量较高，变化范围为7%～46%。高岭石含量呈现出明显的由陆向海递减趋势，变化范围为6%～41%。绿泥石含量分布则与伊利石大致类似，在研究区东北部深水区明显较高，变化范围为1%～14%。

图2 南海西北部表层沉积物4种黏土矿物含量的空间分布Fig.2 Spatial distribution of percentages of four major clay minerals in the seafloor surface sediment of the northwestern South China Sea

4.2 黏土矿物结晶学特征

南海西北部表层沉积物伊利石的化学指数变化范围为0.33～1.03，平均为0.60，表明区内伊利石主要产生于化学风化较强烈的环境，但也有部分来自较强烈的物理风化环境。伊利石的结晶度指数变化范围为0.17°Δ2θ～0.56°Δ2θ，平均为0.31°Δ2θ；蒙脱石的结晶度指数变化范围为0.87°Δ2θ～2.39°Δ2θ，平均为1.62°Δ2θ。根据结晶学指数分类标准[17]，可知南海西北部表层沉积物中伊利石结晶程度极好而蒙脱石的结晶程度中等。

5 物源分析

5.1 潜在物源

物源和区域流系分别控制了海洋沉积物中黏土矿物的来源和混合，是近海表层沉积物中黏土矿物组成的主要影响因素[19]。前人利用黏土矿物、元素地球化学和Sr-Nd同位素等多种示踪方法对研究区表层沉积物的物源进行了研究，认为该区潜在的物源主要有珠江、韩江、台湾岛、海南岛及吕宋岛等[4-5]。长江、红河与湄公河也是南海北部的潜在物源，但对研究区的贡献可能很小。对长江口至台湾岛海峡表层沉积物黏土矿物的研究发现长江沉积物没有越过台湾海峡[20]；红河的陆源物质因海南岛的阻隔也难以通过琼州海峡输送到研究区，相反，已有研究表明由东向西的冬季表层流可以将南海北部的细粒级物质经琼州海峡搬运至北部湾[21]；湄公河入海泥沙主要在沿岸流的驱使下向西南搬运，很少能长距离搬运至南海西北部陆架和陆坡区[22]。因此，本研究不再考虑长江、红河与湄公河的物质贡献。此外，近年来的研究发现海南岛的陆源物质输入对周边海域沉积物也具有一定的影响[6-7，23]。尽管海南岛河流的年均向海输沙总量很低(表1)，而从图2可看出，在海南岛周边近岸海域，伊利石与绿泥石含量明显低于粤闽近岸地区，而蒙脱石和高岭石含量则相对较高，说明海南岛陆源物质输入对其近岸的黏土矿物组合可能有一定影响，因此海南岛也是研究区黏土矿物的一个潜在源区。

蒙脱石-伊利石+绿泥石-高岭石三组分图解常被用来识别不同源区的黏土矿物组成。从图3a可以看出，吕宋岛河流沉积物富含蒙脱石，台湾岛河流沉积物则富伊利石和绿泥石，珠江来源沉积物则相对富高岭石和伊利石，海南岛河流富含高岭石(表2)。而研究区南海西北部样品的黏土矿物组成投点与珠江、海南岛、台湾岛和吕宋岛等物源单元皆有部分重合，因此推测这些端元都可能是研究区的潜在物源区。

除了应该考虑源区的物质组成，各个物源端元的入海沉积物通量也是必须考虑的一个重要因素，因为后者决定了沉积物的绝对贡献量。表1列出了输入南海西北部河流的径流与输沙量，其中台湾西南部河流输沙量为每年146.3 Mt，珠江输沙量为每年69 Mt，华南大陆其余中小型河流输沙量为每年16.5 Mt，吕宋岛河流输沙量约为每年12.8 Mt，海南岛河流输沙量约为每年1.22 Mt。如果仅从绝对通量看，吕宋岛和海南岛河流对南海北部的陆源物质贡献远远小于台湾岛河流和珠江。前人研究表明吕宋岛入海物质难以穿越深水盆地进入南海西北部陆坡和陆架海域[11]。因此推测珠江和台湾岛作为研究区的主要物源可能性较大。

表1 输入南海西北部河流的径流与输沙量

Tab.1 Drainage area， runoff， and suspended sediment discharge of major rivers flowing directly into the northwestern South China Sea

河流名称流域面积/103km2径流/mm·a-1输沙量/Mt·a-1参考文献台湾西南部河流大安溪0.815735Li等[24]大甲溪1.225964Li等[24]乌溪237276.8Li等[24]浊水溪3.2609536.9Li等[24]曾文溪1.2236131Li等[24]高屏溪3.3845535.6Li等[24]

续表1

5.2 蒙脱石来源

从表层分布来看(图2)，蒙脱石在南海西北部琼东南海域陆架和陆坡沉积物中含量较高(大于30%)，并具有向珠江口方向(小于10%)逐渐降低的趋势。这似乎揭示了海南岛提供了蒙脱石来源。但是，海南岛的3条主要河流的蒙脱石含量均很低(表3)，其中海南岛北部河流南渡江沉积物中的蒙脱石含量为10%；陵水河和万泉河的蒙脱石分别仅有1%和2%。海南岛以晚古生代和中生代花岗岩为主，只有北部南渡江流域有部分新生代玄武岩出露。而基性火山岩在碱性环境下化学风化的产物常富蒙脱石，这也解释了南渡江蒙脱石含量稍高的原因[28]。此外，南渡江沉积物中的蒙脱石结晶度指数(1.25)与研究区表层沉积物中的蒙脱石结晶度指数(1.6)较接近(表3)，故推测南渡江可能是研究区表层沉积物中蒙脱石的一个重要物源。但是，海南岛河流总体的极低蒙脱石含量(平均3%)以及海南岛较小的河流输沙量仍然不足以解释研究区南部蒙脱石含量高于30%的原因。前人研究认为，南海北部沉积物中如此高的蒙脱石含量是吕宋岛河流悬浮物质随洋流被搬运至此[4]。但是，从沉积物输运机制来看，南海黑潮分支无法携带吕宋岛物质穿过深海、陆坡而到达水深小于200 m的陆架地区[11]。此外，吕宋岛河流的输沙量仅约12.8 Mt/a[27]，如此低的输沙量也难以解释南海西北部如此广布的蒙脱石高值区。

在地质时间尺度上，河流的沉积物组成也可能因响应于区域构造、气候变化乃至人类活动而发生改变。Hu等[29]对珠江口HKUV1与B2/1两根岩心柱的黏土矿物和地球化学组成进行了研究，提出2.5 ka以来人类活动(毁林、开垦等)对流域土壤风化侵蚀影响的加剧可改变河流沉积物组成，致使珠江沉积物由2.5 ka前的富含蒙脱石(约32%)逐渐转变为现今的富含高岭石(约39%)而几乎不含蒙脱石(约1%)。有意思的是，研究区样品和珠江口HKUV1与B2/1岩心的2.5 ka以前的沉积物组成在黏土矿物三角图解上非常吻合(图3a)，尤其是蒙脱石含量(27%)极其接近2.5 ka之前的古珠江(约32%)。此外，Liu等[30]对珠江口远端沉积研究发现，珠江沉积物从珠江口入海后，在珠江口附近沉积速率较快而在远离珠江口的西南陆架处沉积速率较慢，从全新世(7～5 ka BP)开始在南海西北部陆架上的沉积速率仅仅1 mm/a且具有沉积缺失，研究区海底表层只有约0.6 m厚的全新世泥质沉积物，这远远低于东海内陆架泥质区近30 m厚的全新世泥质沉积[31]。最近，研究区中部一根3.6 m长重力柱样研究表明，其主要物源来自珠江，岩心顶部20 cm处AMS14C测年达到了4.9 ka BP(相当于沉积速率4 cm/a)，且蒙脱石的含量在岩心中下部直至末次冰期均稳定在30%左右(裴文强等，已接受)。以上结果揭示本研究中的表层沉积物样品极可能并非现代沉积的结果，更可能是2 000年之前的古珠江沉积物。

表2 南海西北部潜在物源区沉积物黏土矿物组成含量

注：表内数据均为经过Biscaye法校正的相对含量数据。

图3 黏土矿物3组分图解(a)和高岭石/伊利石和伊利石化学指数相关图(b)Fig.3 Ternary diagram of the major clay mineral groups illite+chlorite， kaolinite， and smectite(a)，and linear correlation of kaolinite(%)/illite(%) with illite chemical index of surface sediments in the northwestern South China Sea and fluvial systems on surrounding continents(b) 海南岛河流数据引自文献[19]，珠江数据引自文献[32-33]，台湾岛河流数据引自文献[19，24，34]，吕宋岛河流数据引自文献[27]，珠江三角洲岩心HKUV1和B2/1数据引自文献[29]，其他增补数据详见表1Data of Hainan rivers cite from reference[19]， data of the Zhujiang River cite from reference[32-33]， data of Taiwan rivers cite from reference[19，24，34]， data of Luzon rivers cite from reference[27]， data of the Zhujiang River Delta core HKUV1 and B2/1 cite from reference[29]， supplementary data in Tab.1 for other data sources

综上，我们认为古珠江可能是研究区表层沉积物中蒙脱石的一个主要物源，其次海南岛也贡献了少量蒙脱石，所以导致了南海西北部研究区的表层沉积物中的蒙脱石含量远高于周边物源现代河流沉积物中的蒙脱石含量。

表3 海南岛河流沉积物黏土矿物组成

5.3 伊利石、绿泥石和高岭石来源

与蒙脱石的成因不同，伊利石和绿泥石则主要通过沉积岩或中酸性岩弱水解或强烈的物理侵蚀形成，以台湾岛为代表：其伊利石和绿泥石的矿物组合可以达到96%以上。台湾岛活跃的构造隆升以及强烈的季节性降水与高温环境加速了对母岩极强的物理侵蚀作用从而形成伊利石与绿泥石的典型黏土矿物组合[35-36]。从图2可以看出南海西北部伊利石的分布具有从西南向东北(台湾岛方向)逐渐增多的趋势，且伊利石含量在中国粤闽近岸海域附近具有较低的特征；绿泥石含量虽整体偏低，但在靠近台湾岛附近也存在绿泥石含量的高值区。因此，台湾岛有可能是研究区表层沉积物中伊利石与绿泥石的一个重要来源。沉积物中黏土矿物的伊利石化学指数值较高代表该沉积物曾经历较强的化学风化过程，反之，其伊利石化学指数值较低则代表该沉积物曾经历较强的物理风化过程。台湾岛河流沉积物中黏土矿物的伊利石化学指数值较低(约为0.3～0.5)，指示其源区母岩经历了较强的物理风化过程[19，24，34]；珠江沉积物中黏土矿物的伊利石化学指数值较高(约为0.5～0.6)指示其源区母岩经历了较强的化学风化过程[31-32]。南海西北部研究区表层沉积物中的伊利石化学指数为0.6左右，说明研究区表层沉积物中的伊利石可能来源于流域化学风化环境占主导地位的源区，比如珠江。而珠江和台湾岛沉积物中都具有较高含量的伊利石(50%以上)以及一定含量的绿泥石(8%～30%)。结合台湾岛和珠江与研究区的远近，我们认为珠江是研究区表层沉积物中伊利石和绿泥石的主要物源，其次可能有少量伊利石和绿泥石来自台湾岛。

高岭石在南海西北部周边河流系统中分布较为广泛，由于高岭石遇到碱性的海水极易发生絮凝作用而沉降，即易在河口处沉积[37]，随着输送距离的增加，高岭石的含量在入海后由陆向海有逐渐降低的趋势[38]。这也得到了我们数据的支持，即中国粤闽近岸海域以及海南岛周围海域的沉积物中高岭石的含量远高于研究区离岸海域沉积物中高岭石的含量(图2)。高岭石通常是在温暖湿润环境下母岩经过强烈的化学风化水解作用后形成的风化产物，因此源区沉积物中高岭石含量较高往往指示着流域的化学风化占有绝对优势[19]。海南岛和珠江流域位于亚热带地区，气候温暖湿润，构造稳定，化学风化作用占主导[23]，因而其河流沉积物中高岭石含量分别达到了70%和36%(表2)。本研究区表层沉积物中高岭石含量平均约21%。因此，海南岛河流、珠江以及华南其余中小型入海河流可能是研究区表层沉积物中高岭石的主要物源。

为了进一步判别高岭石和伊利石的来源，我们采用了高岭石/伊利石比值和伊利石化学指数联合图解(图3b)。更高的高岭石与伊利石的含量比值以及伊利石化学指数指示了源区更强烈的化学风化环境。珠江是典型的化学风化主导的物源单元，而台湾岛则是典型的物理风化主导的物源单元。南海西北部研究区黏土矿物样品在该相关图上的投点与珠江流域沉积物投点范围较接近，而与台湾河流黏土矿物投点范围差异较大，说明研究区大部分的的表层沉积物在源区经历过较强的化学风化环境。比如，研究区的表层沉积物伊利石化学指数(平均为0.6)与珠江(约为0.6)非常接近，而远高于台湾岛河流沉积物(约为0.3)，进一步证实珠江为研究区的高岭石、伊利石的主要源区。绿泥石因为和伊利石的形成环境类似[39]，且在研究区有大体相同的分布特征，推测其和伊利石有共同的来源。

6 结论

应用X射线衍射分析方法对南海西北部表层沉积物中的黏土矿物组成、结晶学特征进行了详细研究，并与其他潜在物源区的沉积物黏土矿物组成和结晶学特征进行了对比，得出以下结论：

(1)本区表层沉积物黏土矿物组合的基本特点是以伊利石(25%～64%，平均45%)为主，蒙脱石(7%～46%，平均27%)、高岭石(6%～41%，平均21%)次之，绿泥石(1%～14%，平均6%)含量最低。在区域空间分布上，蒙脱石含量呈现西南高东北低的特征，伊利石含量则与之相反；高岭石含量表现为近岸高(尤其海南岛附近含量较高)离岸低，而绿泥石含量呈现离岸高(尤其台湾岛附近海域较高)近岸低的特征。

(2)研究区表层沉积物黏土矿物组成与2.5 ka以前珠江口沉积物黏土矿物组成较相似，含有较多的蒙脱石，而现代珠江几乎不产蒙脱石。结合研究区沉积速率及沉积物输送特征，我们认为本研究中的表层沉积物样品极可能并非现代沉积的结果，更可能是2 000年之前的古珠江沉积物。除古珠江作为研究区表层沉积物中蒙脱石的一个主要来源外，海南岛北部河流也可能贡献了少量蒙脱石到其邻近的东南海域。运用高岭石/伊利石比值和伊利石化学指数等进一步对比分析也表明，珠江是研究区沉积物中伊利石、高岭石和绿泥石的主要物源，其次台湾岛和海南岛也可能分别提供了少量富含伊利石/绿泥石和高岭石的沉积物。

致谢：感谢“金星号”调查船1958—1960年的全国海洋综合普查航次的全体科学家和船员的辛苦努力，也感谢审稿专家给予的宝贵意见和建议。

[1] 赵德博， 万世明. 南海沉积物中黏土矿物及其在古气候中的应用研究进展[J]. 海洋地质与第四纪地质， 2014， 34(4): 163-171．

Zhao Debo， Wan Shiming. Research progress of clay minerals in sediments of the South China Sea and its application to paleoclimatic reconstruction[J]. Marine Geology & Quaternary Geology，2014， 34(4): 163-171．

[2] Xu Fangjian， Li Anchun， Li Tiegang， et al. Rare earth element geochemistry in the inner shelf of the East China Sea and its implication to sediment provenances[J]. Journal of Rare Earths， 2011， 29(7): 702-709．

[3] Wang Shuhong， Zhang Nan， Chen Han， et al. The surface sediment types and their rare earth element characteristics from the continental shelf of the northern South China Sea[J]. Continental Shelf Research， 2014， 88: 185-202．

[4] Liu Z F， Colin C， Li X J， et al. Clay mineral distribution in surface sediments of the northeastern South China Sea and surrounding fluvial drainage basins: source and transport[J]. Marine Geology， 2010， 277(1): 48-60．

[5] Liu Jianguo， Yan Wen， Chen Zhong， et al. Sediment sources and their contribution along northern coast of the South China Sea: Evidence from clay minerals of surface sediments[J]. Continental Shelf Research， 2012， 47: 156-164．

[6] 田旭， 徐方建， 吴淑壮， 等. 中全新世以来琼东南陆架黏土矿物特征及物质来源[J]. 地球科学: 中国地质大学学报， 2015(9): 1497-1504．

Tian Xu， Xu Fangjian， Wu Shuzhuang， et al. Clay mineral characteristics and provenance of continental shelf sediments in estern hainan island since middle Holocene[J]. Earth Science: Journal of China University of Geosciences， 2015(9): 1497-1504．

[7] 闫慧梅， 田旭， 徐方建， 等. 中全新世以来南海琼东南近岸泥质区物质来源[J]. 海洋学报， 2016， 38(7): 97-106．

Yan Huimei， Tian Xu， Xu Fangjian， et al. Sediment provenance of offshore mud area of the eastern Hainan Island in South China Sea since the Mid-Holocene[J]. Haiyang Xuebao， 2016， 38(7): 97-106.

[8] Webster P J. The role of hydrological processes in ocean-atmosphere interactions[J]. Reviews of Geophysics， 1994， 32(4): 427-476．

[9] Wang Bin， Clemens S C， Liu Ping. Contrasting the Indian and East Asian monsoons: implications on geological timescales[J]. Marine Geology， 2003， 201(1/3):5-21．

[10] 中国自然地理编委员. 中国自然地理—地表水[J]. 北京:科学出版社， 1981．

Editorial Committee of Chinese Physical Geography. Physical Geography of China-Groundwater[J]. Beijing: Science Press, 1981.

[11] Liu J， Xiang R， Chen Z， et al. Influence of the Kuroshio current intrusion on depositional environment in the Northern South China Sea: Evidence from surface sediment records[J]. Marine Geology， 2011， 285(1): 59-68．

[12] Zhao Yulong， Liu Zhifei， Zhang Yanwei， et al.Insituobservation of contour currents in the northern South China Sea: Applications for deepwater sediment transport[J]. Earth and Planetary Science Letters， 2015， 430: 477-485．

[13] Fang Guohong， Fang Wendong， Fang Yue， et al. A survey of studies on the South China Sea upper ocean circulation[J]. Acta Oceanographica Taiwanica， 1998， 37(1): 1-16．

[14] Wang Ying， Ren Meie， Zhu Dakui. Sediment supply to the continental shelf by the major rivers of China[J]. Journal of the Geological Society， 1986， 143(6): 935-944．

[15] Wan Shiming， Li Anchun， Clift P D， et al. Development of the East Asian monsoon: mineralogical and sedimentologic records in the northern South China Sea since 20 Ma[J]. Palaeogeography， Palaeoclimatology， Palaeoecology， 2007， 254(3): 561-582．

[16] Biscaye P E. Mineralogy and sedimentation of recent deep-sea clay in the Atlantic Ocean and adjacent seas and oceans[J]. Geological Society of America Bulletin， 1965， 76(7): 803-832．

[17] Ehrmann W. Implications of late Eocene to early Miocene clay mineral assemblages in McMurdo Sound (Ross Sea， Antarctica) on paleoclimate and ice dynamics[J]. Palaeogeography， Palaeoclimatology， Palaeoecology， 1998， 139(3): 213-231.

[18] Wan S， Tian J， Steinke S， et al. Evolution and variability of the East Asian summer monsoon during the Pliocene: Evidence from clay mineral records of the South China Sea[J]. Palaeogeography， Palaeoclimatology， Palaeoecology， 2010， 293(1): 237-247．

[19] Liu Zhifei， Zhao Yulong， Colin C， et al. Source-to-sink transport processes of fluvial sediments in the South China Sea[J]. Earth-Science Reviews， 2016， 153: 238-273．

[20] Xu K， Milliman J D， Li A， et al. Yangtze-and Taiwan-derived sediments on the inner shelf of East China Sea[J]. Continental Shelf Research， 2009， 29(18): 2240-2256．

[21] Clift P D， Long H V， Hinton R， et al. Evolving east Asian river systems reconstructed by trace element and Pb and Nd isotope variations in modern and ancient Red River-Song Hong sediments[J]. Geochemistry， Geophysics， Geosystems， 2008， 9(4):29．

[22] Xue Z， Liu J P， DeMaster D， et al. Sedimentary processes on the Mekong subaqueous delta: clay mineral and geochemical analysis[J]. Journal of Asian Earth Sciences， 2014， 79(Part A): 520-528．

[23] Hu Bangqi， Li Jun， Cui Rurong， et al. Clay mineralogy of the riverine sediments of Hainan Island， South China Sea: Implications for weathering and provenance[J]. Journal of Asian Earth Sciences， 2014， 96: 84-92．

[24] Li Chuanshun， Shi Xuefa， Kao ShuhJi， et al. Clay mineral composition and their sources for the fluvial sediments of Taiwanese rivers[J]. Chinese Science Bulletin， 2012， 57(6): 673-681．

[25] Milliman J D， Syvitski J P M. Geomorphic/tectonic control of sediment discharge to the ocean: the importance of small mountainous rivers[J]. The Journal of Geology， 1992， 100(5): 525-544．

[26] Milliman J D， Farnsworth K L. River Discharge to the Coastal Ocean: A Global Synthesis[M]. Cambridge: Cambridge University Press， 2011：384．

[27] Liu Zhifei， Zhao Yulong， Colin C， et al. Chemical weathering in Luzon， Philippines from clay mineralogy and major-element geochemistry of river sediments[J]. Applied Geochemistry， 2009， 24(11): 2195-2205．

[28] 吴敏， 李胜荣， 初凤友， 等. 海南岛周边海域表层沉积物中黏土矿物组合及其气候环境意义[J]. 矿物岩石， 2007， 27(2): 101-107．

Wu Min， Li Shengyou， Chu Fengyou， et al. The assemblage and environmental aignificance of clay minerals in the surficial sediments around Hainan Island[J]. Journal of Mineral Petrol， 2007， 27(2): 101-107．

[29] Hu D， Clift P D， Böning P， et al. Holocene evolution in weathering and erosion patterns in the Pearl River delta[J]. Geochemistry， Geophysics， Geosystems， 2013， 14(7): 2349-2368．

[30] Liu Yunling， Gao Shu， Wang Yaping， et al. Distal mud deposits associated with the Pearl River over the northwestern continental shelf of the South China Sea[J]. Marine Geology， 2014， 347: 43-57．

[31] 徐方建， 李安春， 肖尚斌， 等. 末次冰消期以来东海内陆架古环境演化[J]. 沉积学报， 2009， 27(1):118-127．

Xu Fangjian， Li Anchun， Xiao Shangbin， et al. Paleoenvironmental evolution in the inner shelf of the East China Sea since the last deglaciation[J]. Acta Sedimentologica Sinica， 2009， 27(1):118-127．

[32] 万世明， 李安春， 胥可辉， 等. 南海北部中新世以来黏土矿物特征及东亚古季风记录[J]. 地球科学: 中国地质大学学报， 2008， 33(3): 289-300．

Wan Shiming， Li Anchun， Xu Kehui， et al. Characteristics of clay minerals in the northern South China Sea and its implications for evolution of East Asian Monsoon since Miocene[J]. Earth Science: Journal of China University of Geosciences， 2008， 33(3): 289-300．

[33] Liu Zhifei， Colin C， Huang Wei， et al. Climatic and tectonic controls on weathering in south China and Indochina Peninsula: Clay mineralogical and geochemical investigations from the Pearl， Red， and Mekong drainage basins[J]. Geochemistry， Geophysics， Geosystems， 2007， 8(5):Q05005．

[34] Wan Shiming， Li Anchun， Clift P D， et al. Increased contribution of terrigenous supply from Taiwan to the northern South China Sea since 3Ma[J]. Marine Geology， 2010， 278(1): 115-121．

[35] Huang Chiyue， Wu Weiyu， Chang Chungpai， et al. Tectonic evolution of accretionary prism in the arc-continent collision terrane of Taiwan[J]. Tectonophysics， 1997， 281(1/2): 31-51．

[36] Liu J P， Liu C S， Xu K H， et al. Flux and fate of small mountainous rivers derived sediments into the Taiwan Strait[J]. Marine Geology， 2008， 256(1): 65-76．

[37] Wu J W， Liu Z F， Zhou C. Late Quaternary glacial cycle and precessional period of clay mineral assemblages in the Western Pacific Warm Pool[J]. Chinese Science Bulletin， 2012， 57(28):3748-3760．

[38] 陈丽蓉. 中国海沉积矿物学[M]. 北京: 海洋出版社， 2008．

Chen Lirong. Sedimentary Mineralogy of the China Sea[M]. Beijing: China Ocean Press, 2008.

[39] Chamley H. Clay Sedimentology[M]. New York: Springer， 1989：623．

Distribution and sources of clay minerals in surface sediments of the northwestern South China Sea

Song Zehua1，2， Wan Shiming1， Huang Jie1， Yu Zhaojie3， Zhang Jin1，2， Zhao Debo1，2， Jin Hualong1，2，Li Anchun1

(1.KeyLaboratoryofMarineGeologyandEnvironment，InstituteofOceanology，ChineseAcademyofSciences，Qingdao266071，China; 2.UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China; 3.LaboratoireIDES，UMR8148CNRS，UniversitédeParisⅪ，Orsay91405，France)

As an effective tracer of sediment provenance， continental weathering and oceanic currents evolution， clay mineral has been widely used in palaeoenvironmental research of the South China Sea in the recent years. The general character of spatial distribution of clay minerals in the surface sediments of the South China Sea basin has been established. However， there remains no detailed knowledge about the distribution and sources of clay minerals in the northwestern South China Sea， which is possibly influenced by terrigenous materials input from both of the Zhujiang River and Hainan Island. Here we analyze assemblages and crystallinity of the clay minerals in the surface sediments of this area， and further investigate the sediment provenance of clay minerals. The clay mineral assemblage in sediments of the northwestern South China Sea mainly consists of illite (average ～45%)， with associated smectite (～27%) and kaolinite (～21%). Chlorite (～6%) is present in lesser amounts. On the spatial scale of this area， smectite is characterized by higher contents in the southwest South China Sea and lower in the northeast of the study area. On the contrary， illite contents are higher in the northeast and lower in the southwest. The percentage of kaolinite shows a decreasing trend from the coast to the shelf， while the contents of chlorite shows an increasing trend. Generally， clay mineral assemblage in the surface sediments of the study area is distinct from the modern Zhujiang River sediments， but it is more similar to the old Zhujiang River mouth sediments deposited about 2.5 ka ago. Moreover， the seismic and sediment core studies revealed a very low sedimentation rate (4 cm/ka) and thin muddy sediments (<0.6 m) on the surface of the continental shelf of the northwestern South China Sea since the Holocene. Therefore， we suggest that the surface sediment in this area is possibly resulted from reworked old materials which were mainly transported from the old Zhujiang River in the late Holocene. In addition to the old Zhujiang River， the small rivers in the northern Hainan Island could also have contributed smectite to its surrounding area. Further analysis using kaolinite/illite ratio and illite chemical index confirms that the Zhujiang River is the main provenance of illite， kaolinite and chlorite in the study area. Besides， Taiwan and Hainan Island may also provide a minor contribution of illite/chlorite-rich and kaolinite-rich sediments， respectively. This result will be helpful for the future studies especially about the sediment processes from source to sink and palaeoenvironmental evolution in the northwestern South China Sea．

clay mineral assemblages; crystallinity; provenance; surface sediment; northwestern South China Sea

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.09.007

2016-11-26；

2017-03-28。

国家自然科学基金(41622603，41576034)。

宋泽华(1992—)，男，山东省青岛市人，从事海洋沉积学研究。E-mail：18661725356@163.com

*通信作者：万世明(1978—)，男，研究员，从事海洋沉积与古气候学研究。E-mail:wanshiming@qdio.ac.cn

P736.21

A

0253-4193(2017)09-0071-12

宋泽华， 万世明， 黄杰， 等. 南海西北部表层沉积物黏土矿物分布特征及其来源[J]. 海洋学报， 2017， 39(9): 71-82，

Song Zehua， Wan Shiming， Huang Jie， et al. Distribution and sources of clay minerals in surface sediments of the northwestern South China Sea[J]. Haiyang Xuebao， 2017， 39(9): 71-82， doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.09.007