北部湾沉积物中放射性核素的分布特征与控制因素

林武辉，冯禹，余克服*，蓝文陆，莫珍妮，宁秋云，冯亮亮，何贤文

( 1. 广西大学 海洋学院，广西 南宁 530004；2. 广西大学 广西南海珊瑚礁研究重点实验室，广西 南宁 530004；3. 广西壮族自治区海洋环境监测中心站，广西 北海 536000；4. 广西壮族自治区海洋研究院，广西 南宁 530022；5. 广西壮族自治区辐射环境监督管理站，广西 南宁 530222)

1 引言

北部湾是我国广西壮族自治区、广东雷州半岛、海南岛及越南之间的海湾，三面被陆地环抱，通过琼州海峡和南部海域与南海相连，拥有海口港、洋浦港、湛江港、防城港、钦州港、北海港等多个港口，是我国大西南地区重要的海上通道[1]。北部湾沿岸浅海和滩涂广阔无垠，同时拥有红树林、海草床、珊瑚礁多种典型海洋生态系统[2]，蕴藏丰富的石油、天然气、海洋生物等资源，盛产金线鱼、沙丁鱼、金枪鱼等50 余种鱼类，是我国重要的渔场[3]。

近年来我国进入滨海核电快速发展的新时期，北部湾海域已经运行广西防城港和海南昌江2 座滨海核电站。这些滨海核电站在正常工况下将会向海洋环境释放一定量的放射性物质[4]。此外，北部湾多个海上石油钻井平台的开发所引入的生产废水[5]，也会将人类活动引起的天然放射性核素（比如，228Ra、226Ra）释放到海洋环境中[6]。这些放射性核素将经历一系列生物地球化学过程，最终进入海洋沉积物中[7]，也可以通过食物链传递威胁海洋生态环境安全和人类的健康[8–9]。

目前我国学者已经从物理、化学、生物多角度开展北部湾沉积物中粒径[10]、矿物组成[11]、重金属[12–13]、稀土元素[14]、有机污染物[15–16]、孢粉[17]等研究。然而，放射性核素作为一类人类关注的危险物质，滨海核电快速发展背景下的北部湾海洋沉积物中放射性核素未见系统报道。本研究利用高纯锗（HPGe）γ 谱仪首次系统报道北部湾表层和柱状沉积物中4 种最主要的天然放射性核素（238U、226Ra、228Ra、40K）含量和分布特征，探讨沉积物有机碳（TOC）、粒径、氧化还原状态、物理/生物扰动对核素分布特征的调控机制，同时与我国其他海区沉积物的放射性核素水平进行对比和评价，为北部湾放射性核素的生物地球化学行为研究和海洋沉积过程示踪应用奠定一定的基础。

2 材料和方法

2018 年3−4 月期间，本研究在北部湾海域共采集30 个站位的表层沉积物样品，以及在近岸的三娘湾和离岸的涠洲岛西南海域采集2 个沉积物柱状样品（图1），所有样品用冰箱冷冻保存并带回实验室。

测量前取出表层沉积物，解冻并剔除贝壳、砂砾等杂物后，在60℃的烘箱内烘至恒重。烘干后的沉积物研磨过筛（100～150 目），取20 g 沉积物粉末, 装盒密封后放置30 d, 使226Ra 及其子体核素达到平衡状态, 进一步利用HPGe-γ 谱仪（Canberra BE6530）测量放射性核素。沉积物柱状样采用每层1cm 的切割方式分样，之后的前处理与表层沉积物一样。

238U 和228Ra 分别选择其子体234Th（63.3 keV）和228Ac（911.1 keV）的γ 全能峰进行计算，226Ra 采用其子体214Pb（351.9 keV）和214Bi（609.3 keV）能量峰进行分析，40K 选择1 460.8 keV 的能量峰计算[19]。本研究采用相对测量法，沉积物标准物质来自国际原子能机构的爱尔兰海沉积物（IAEA-385）和中国计量科学研究院的河流沉积物（GBW08304a）[20]。根据公式（1）～（2）分别计算核素比活度（A）和计数统计涨落引入的不确定度（δA）。

式中，nT和 n0分别代表核素对应的γ 全能峰处的样品净计数率和仪器本底净计数率；nGT和nG0分别代表核素γ 全能峰处的样品总计数率和仪器本底总计数率（包含环境本底和电子学噪声等）；ε 和m 代表相对探测效率和样品重量；λ 代表衰变常数；t1和t0分别代表仪器测量时刻和样品采样时刻；T 代表仪器的测量时间。由于铀系和钍系存在衰变链平衡，且具有很长的半衰期（几亿年），原生核素40K 的半衰期也很长（几亿年），采样时间至测量时间（1～2 a）过程中的衰变校正可以忽略不计。以下所有核素比活度（Bq/kg）都是在干重状态下度量。

质量控制方面，实验室定期测量仪器本底和探测效率，制作质量控制图以保证仪器的稳定性；同时本研究采用国际原子能机构提供的爱尔兰海沉积物（IAEA-385）和中国计量科学研究院提供的河流沉积物（GBW08304a）标准源进行交叉验证[20]，以保证数据的可靠性。此外，实验室多次参加并顺利通过2018年国家海洋环境监测中心和中广核苏州热工院组织的全国性海洋沉积物/土壤中放射性核素比对活动[21]。

沉积物TOC 和粒径是沉积物两个重要的理化参数，用于探索核素水平分布特征的调控机制，其分析方法依据海洋调查规范（GB/T 12763.8–2007），在广西海洋环境监测中心站完成测量。取0.5 g 沉积物，用1 mol/L 的盐酸溶液浸泡、超声震荡，去除无机碳，取出沉积物干燥，用元素分析仪（Elementary Various Cube）测量TOC 的含量。沉积物粒径采用筛析法和沉析法结合，取约3 g 粒径小于2 mm 的沉积物样品放入烧杯中，加入0.5%六偏磷酸钠溶液浸泡24 h，进行粒度分析。将粒径大于2 mm 的沉积物样品烘干称重，然后用1.4 mm 孔径的筛子湿筛。对于粒径小于1.4 mm 的沉积物样品采用激光粒度仪（Mastersizer2000）进行分析，大于1.4 mm 的沉积物样品采用传统筛法分析，把两部分数据合并得到完整的粒径分布[11]。

图 1 采样站位Fig. 1 Sampling stations

沉积物中的氧化还原敏感型元素Mn 和210Pb 用于探索核素垂直分布特征的调控机制。沉积物中Mn采用美国EPA Method 3051A 的微波消解提取方法，用ICP-MS（Aglient 7800）仪器测量，由香港科技大学深圳研究院海洋环境实验室完成测量。210Pb 比活度的定量利用HPGe-γ 谱仪中46.5 keV 的能量峰，采用公式（1）～（2）计算获得。

3 结果

3.1 表层沉积物中放射性核素

北部湾表层海洋沉积物中238U、226Ra、228Ra、40K 核素比活度范围分别为5.07～43.2 Bq/kg、4.33～42.2 Bq/kg、7.76～88.8 Bq/kg、0.16～588 Bq/kg，比活度均值依次为40K[（253±192） Bq/kg]＞228Ra[（34.4±18.7） Bq/kg]＞238U[（24.7±11.6） Bq/kg]＞226Ra[（22.2±10.7） Bq/kg]。本研究海域的沉积物中放射性核素总体呈现“蝴蝶”状的空间分布特征，具体分布如图2 所示。广西防城港、钦州湾和广东雷州半岛西部海域的东西两侧沉积物中放射性核素（238U、226Ra、228Ra、40K）比活度偏高，而中间位置的广西北海廉州湾周边海域的沉积物中放射性核素比活度偏低。胡昊等[22]测量的北部湾沉积物中稀土元素含量，也存在类似的“蝴蝶”状分布特征，即东、西部海域稀土元素含量高而中间北海海域低的分布。

3.2 沉积物柱状样中放射性核素

本研究测量的近岸三娘湾和离岸的涠洲岛西南海域2 个沉积物柱状样中放射性核素如图3 所示。涠洲岛沉积物柱状样中放射性核素238U、226Ra、228Ra、40K 比活度范围分别为21.0～41.4 Bq/kg、11.0～25.4 Bq/kg、31.3～40.5 Bq/kg、264～348 Bq/kg；比活度均值分别为（32.9±7.08） Bq/kg、（16.2±1.07） Bq/kg、（36.9±0.88） Bq/kg、（317±22.8） Bq/kg；涠洲岛沉积物柱样的核素比活度与涠洲岛附近的表层沉积物的核素水平一致。三娘湾沉积物柱状样中放射性核素238U、226Ra、228Ra、40K 比活度范围分别为33.5～41.8 Bq/kg、25.1～39.7 Bq/kg、50.0～63.9 Bq/kg、427～549 Bq/kg；比活度均值分别为（37.0±4.42） Bq/kg、（29.3±0.91） Bq/kg、（57.0±3.84） Bq/kg、（470±35.0）Bq/kg；三娘湾沉积物柱样的核素比活度与三娘湾周边站位的表层沉积物中核素水平接近。

整体而言，近岸的三娘湾沉积物中4 种放射性核素（238U、226Ra、228Ra、40K）平均比活度都大于离岸的涠洲岛沉积物中对应的放射性核素比活度；除了涠洲岛柱状沉积物中238U 外，2 个沉积物柱样中垂向上的核素比活度都围绕各自平均值波动，没有显著的增加或者减少的趋势，说明在40 cm 以浅的4 种核素（238U、226Ra、228Ra、40K）的垂直分布较为均匀。

图 2 北部湾表层沉积物中放射性核素238U（a）、226Ra（b）、228Ra（c）、40K（d）比活度的“蝴蝶”状分布特征Fig. 2 “Butterfly pattern” of specific activities of 238U(a), 226Ra(b), 228Ra(c), and 40K(d) in surface marine sediments collected from the Beibu Gulf

3.3 表层沉积物的粒径和TOC

北部湾表层海洋沉积物中的粒径和TOC 含量范围分别为0.01～0.42 mm 和0.10～1.56%，粒径和TOC 含量均值为（0.10±0.11）mm 和（0.58±0.41）%，二者的空间分布如图4。广西防城港、钦州湾和广东雷州半岛西部海域的东西两侧沉积物粒径较细，而中间位置的广东北海廉州湾附近海域的沉积物粒径较粗，粒径与核素比活度的空间分布特征相似，都具有“蝴蝶”状的分布特征，说明二者很可能存在一定的联系。

沉积物中TOC 含量分布更加复杂，低值区位于广东雷州半岛西部近岸海域和广西北海廉州湾周边海域，高值区位于广西钦州湾和防城港周边海域。在北海和雷州半岛中间的铁山港附近海域，沉积物TOC含量也较高，该现象与其他研究报道的海水中颗粒有机碳（POC）分布相似[23]，可能与北部湾底层水沿着涠洲岛和雷州半岛西部之间的深水槽，向铁山港外围附近水域的爬升而引起的上升流有关[18]。

4 讨论

4.1 不同海域核素含量的比较与评价

海洋沉积物作为放射性核素的最终归宿，我国东部海区沉积物中放射性核素研究已有较多报道，比如：自北向南依次为大连湾[24]、莱州湾[25]、胶州湾[26]、长江口[27]、厦门海域[28]、大亚湾[29]、黄茅海−广海湾[30]、阳江海域[31]、白龙半岛[32]、海南岛东部海域[33]、南海东北部[34]、南沙海域[35]等。本文将北部湾和中国其他海域的表层沉积物中放射性核素水平进行对比，结果如表1。

我国大部分海域的海洋沉积物放射性核素水平，都与中国土壤的放射性核素水平接近[36]，该现象因为中国近海的沉积物主要来自于河流所携带的中国土壤，二者拥有源汇上的内在联系[37]。通过不同海区的对比，本文发现北部湾表层海洋沉积物的放射性核素比活度整体上都低于我国大部分海域的沉积物结果，高于南海珊瑚礁区极低的放射性核素比活度。

图 3 涠洲岛（WZ）与三娘湾（SN）沉积物柱状样中放射性核素238U（a）、226Ra（b）、228Ra（c）、40K（d）比活度剖面图Fig. 3 Vertical profiles of specific activities of 238U(a), 226Ra(b), 228Ra(c), and 40K(d) in sediment cores from the stations of WZ and SN

海洋沉积物作为一种潜在的建筑材料，通过人类加工后应用于建筑行业中可以对人类产生一定的电离辐射。不同种类的放射性核素对海洋生物和人体辐射危害不同，因此在电离辐射环境质量综合评价过程中，不同核素被赋予不同权重因子[20–21]。本文采用等当量镭指数（Raeq），内照射和外照射指数（Hex和Hin），吸收剂量率（DR）进行综合评价，具体计算如公式（3）～（6），计算结果如表2 所示。通过对比可以看出，我国海域的表层沉积物的电离辐射评价指数都小于国际推荐值。特别指出的是，北部湾表层沉积物的电离辐射评价指数低于我国大部分海域的结果，仅高于南海珊瑚礁区的结果。因此，北部湾表层沉积物中放射性核素不会对人类健康构成显著的电离辐射威胁。

式中，Hex和Hin无量纲；ARa、ATh、AK分别代表226Ra、228Ra、40K 的比活度，单位为Bq/kg。

表 1 不同海域的表层沉积物中238U、226Ra、228Ra、40K 含量（单位：Bq/kg）Table 1 Activities of 238U、226Ra、228Ra、40K in surface sediments from distinct sea regions (unit： Bq/kg)

图 4 北部湾表层沉积物的粒径（a）和TOC 含量（b）的空间分布特征Fig. 4 Spatial distribution of grain size (a) and organic carbon (b) in surface sediments of the Beibu Gulf

4.2 核素之间的内在联系

北部湾表层沉积物中4 种放射性核素（238U、226Ra、228Ra、40K）的空间分布特征存在一定的相似性，都在不同程度上存在“蝴蝶”状的分布特征（图2）。这4 种核素之间可能存在一定的内在关联。

首先，226Ra 和238U 处于同一衰变系列中，两个核素比活度之间的关系与衰变平衡程度（物理过程）密切相关。在238U-230Th-226Ra 的衰变体系中，如果238U 衰变系列处于封闭状态且平衡时间足够长（一般大于5 倍230Th 半衰期，大约40 万年以上），226Ra 和238U 将达到平衡状态，226Ra/238U 活度比值为1。然而，地表过程中存在活跃且复杂的物理−生物地球化学过程，226Ra 和238U 往往处于不平衡状态，比如：海上油田钻井平台或者磷肥加工厂通常会向环境释放226Ra，进而导致海洋沉积物中226Ra 比活度增加[6;38]，使得226Ra/238U活度比值大于1；大部分情况下海洋沉积物中226Ra/238U活度比值一般在0.5～1.0 之间[20]。因此，海洋沉积物中226Ra 和238U 的关系较为复杂且多变，受到物理过程和生物地球化学过程影响。

232Th、238U、40K 分别属于3 个独立的衰变系和元素，半衰期都超过1 亿年，地壳中含量较为稳定。目前地壳中232Th、238U、40K 的平均含量分别为12×10−6、3×10−6、2.35%[39]，换算后的比活度依次为48.7 Bq/kg、37.2 Bq/kg、729 Bq/kg，地壳中232Th/238U 和40K/238U 的平均活度比值为1.3 和19.5。本文着重探讨北部湾海洋沉积物中232Th/238U 和40K/238U 之间的关系（图5）。

如图5a 所示，232Th 与238U 和40K 与238U 之间总体上存在一定的正相关。地壳中232Th 和238U 的平均比活度（图5a中红色圆点）基本落在北部湾海洋沉积物中232Th/238U的线性回归拟合的虚线上，说明北部湾的海洋沉积物总体上来源于地壳的物质经过风化和河流搬运等一系列地质过程，且较好地保存了地壳232Th 和238U 的原始信号，北部湾海洋沉积物和地壳（土壤）具有一定的同源性。

北部湾沉积物中40K 与238U 之间关系的分布（图5b）相对232Th 与238U 之间关系的分布（图5a）更加分散一些，且地壳中40K 和238U 平均比活度（图5b 中红色圆点）显著偏离40K/238U之间线性回归拟合的虚线。斜长石是陆地地壳中的最主要矿物之一，在所有陆地地壳矿物中占比达到34.9%[40]，而钾元素又是斜长石（K/NaAlSi3O8）重要的组成元素之一。在矿物的风化和搬运过程中，矿物中钾元素易溶于水中[如化学方程式（7）]，且最终在海水中积累。钾元素的易溶解特点导致在海水的所有放射性核素中钾元素中40K 同位素拥有最高比活度（12 000 Bq/m3）[4]，与此同时沉积物中的40K 相对于地壳中40K 含量就会有所降低，并导致沉积物中40K/238U活度比值下降，地壳中40K 和238U 平均比活度落在北部湾大部分沉积物中40K 与238U 之间线性回归拟合的虚线之上（图5b）。

表 2 不同海域表层沉积物的辐射环境质量评价Table 2 Assessment of environmental radiation quality for sediments from other sea regions

图 5 北部湾沉积物中232Th 和238U（a）、40K 和238U（b）的关系Fig. 5 Relationship of 232Th vs.238U(a) and 40K vs.238U(b) in marine sediments collected from the Beibu Gulf

最近一些研究利用稳定同位素41K 的手段发现海洋沉积物中存在“反向风化”过程[ 如化学方程式（8）]，该过程将使得海水中的K 元素再进入沉积物中，并增加海水中δ41K[41]，该过程同时有可能使得沉积物中K 浓度上升，并可能进一步导致沉积物中40K/238U 活度比值上升。虽然图5b 中大部分站位的沉积物中40K/238U 活度比值低于地壳40K/238U 活度比值（19.5），但是2 个站位的沉积物中40K/238U 活度比值高于地壳40K/238U 活度比值（19.5），该过程可能与沉积物“反向风化”过程有一定关联。综上，沉积物中232Th/238U 相对于40K/238U 的分布更加集中，总体上更好地保留地壳原始信号，反映陆源特征。

4.3 核素与TOC、粒径的外部关联

粒径和TOC 是沉积物的两个重要理化参数，影响很多化学物质的浓度。本研究在分析4 种核素之前，测量沉积物中粒径和TOC 浓度。由于4 种核素之间存在一定的关联性（图2），因此本文选择238U，着重探讨沉积物中238U 与TOC、粒径的关系（图6）。

本研究发现北部湾沉积物中238U 和TOC 存在一定的正相关。其他研究也在南海[42]、渤海[43]、东太平洋[44]、地中海[45]、大西洋和南大洋[46]等不同海区发现沉积物中238U 和TOC 存在正相关，该现象可能是因为颗粒物表面的有机物络合海水中238U，并埋藏进入沉积物中，有机物浓度越高，则对应的238U 比活度也越高[44]。此外，高TOC 浓度的沉积物可以创造亚氧或者无氧环境，有利于+6 价的溶解态铀转变为+4 价的颗粒态铀，实现从海水到沉积物的迁出过程[47]。该过程是全球海洋铀收支平衡中重要过程，占海洋铀所有迁出途径的60%以上[47]。

如图6b 所示，本文发现北部湾沉积物中238U 比活度与粒径存在反比例函数的非线性关系，随着粒径增加，沉积物中238U 比活度呈现下降趋势。其他研究也在渤海沉积物中发现238U 比活度随着粒径增加而下降[43]。但是其他研究由于数据量有限，没有拟合给出238U 比活度和粒径之间具体的线性或者非线性的关系。

本文通过数据拟合后发现238U 比活度和粒径之间并非简单的线性关系，而是反比例函数的非线性关系。本文认为238U 比活度可能受控于颗粒物的比表面积，即粒径越小比表面积越大，颗粒物表面提供的TOC 和铀络合的位点越多，导致238U 比活度越高。如公式（9）所示，238U 比活度正比于单位质量的表面积，进一步推导得到238U 比活度反比于密度和直径。图6b拟合获得一个238U 比活度和粒径的反比例函数，印证基于理论推断的公式（9）的结果。

式中，A 代表238U 比活度，r 代表半径，ρ 代表密度。

从图6 可以看出，粒径和TOC 都对238U 的含量分别产生非线性和线性的调控。从回归拟合的R 值的角度看，238U 含量与粒径的相关性更强，而与TOC 的相关性稍差。通过主成分法求解因子模型得到粒径和TOC 与238U 含量的相关系数分别为−1.03 和0.76，粒径相关系数的绝对值较大，因此粒径因素对于238U活度调控的贡献也大于TOC 因素的贡献。TOC 的来源较为复杂且多样，而发挥与铀元素的络合作用的有机物很可能只占TOC 很小的一部分，可能导致二者相关性较弱。粒径所产生的比表面积作用，属于物理过程，对于核素含量的调控机制更加明确且具有普遍性，非线性的特征关系也更加显著。

图 6 北部湾表层沉积物中238U 比活度与TOC、粒径的关系Fig. 6 Relationship of 238U specific activity, TOC, and grain size in surface sediments from the Beibu Gulf

密度与矿物组成（重矿物、轻矿物等）密切相关，一般重矿物越多，密度越大，核素比活度也越高[26]。图6b 也存在一个红色异常点，238U 比活度显著高于回归拟合曲线的结果，该异常点可能与沉积物中矿物组成有关。该站位的沉积物中其他3 种核素（226Ra、228Ra、40K）也同时存在异常升高的状况，然而TOC 并没有出现异常升高。所以，该异常点可能与矿物组成有关，而与TOC 关系不大。

4.4 氧化还原敏感型核素238U 与沉积扰动

在2 个柱状沉积物的所有核素中，大部分的核素比活度在垂向上没有观察到显著增高/降低的变化趋势。但是，值得注意的是，涠洲岛沉积物中238U 比活度随着深度增加具有升高趋势（图7a），这与其他研究者在大西洋、太平洋、印度洋的柱状沉积物中238U结果一致[48–49]。238U 属于氧化还原敏感型元素，随着沉积柱样深度增高，沉积物中溶解氧含量下降，+6 价溶解态U 转变成+4 价的自生矿物U 而在沉积物中积累，进而导致238U 比活度随着深度而增加[48]。本研究同时测量涠洲岛柱样沉积物中另一种氧化还原敏感型元素Mn，发现从表层到次表层的沉积物中Mn 含量随着深度增加而下降（图7c 中阴影部分）。在次表层沉积物中溶解氧含量相对于表层沉积物有所下降，Mn 从+4 价颗粒态形式向+2 价的溶解态形式转化，Mn2+进入间隙水，导致沉积物固相中的Mn 元素含量下降。因此，柱样沉积物中Mn 和238U 存在反相关系（图7c 中阴影部分），该现象与其他海区的研究结果类似[48–49]。

然而，三娘湾柱状沉积物中238U 比活度没有显著增加/减少的变化趋势（图7a），这可能与沉积物的（物理、生物等过程）扰动有关。结合柱状沉积物中210Pb 比活度的分布情况，从图7b 阴影部分可以看出，涠洲岛柱状沉积物中210Pb 比活度随着深度增加而逐渐降低，符合沉积物210Pb 年代学的分布模式，说明该柱样没有受到物理/生物扰动；然而三娘湾柱状沉积物中210Pb 随着深度增加没有降低的趋势，说明三娘湾柱状20 cm 以浅的沉积物很可能受到扰动，导致20 cm 以浅的表层210Pb 被混合均匀。如果沉积物受到扰动，则238U 的分布也将因为扰动而被混合均匀，导致无法观察到三娘湾柱样中238U 比活度随深度的增加而增大趋势的现象。

4.5 226Ra/238U 活度比值的潜在应用

物源识别是海洋沉积学中重要研究内容，一般要求物源识别的指示剂尽可能的保留原始信号，便于溯源。颗粒活性的核素，容易随着迁移输运过程，而发生较强的吸附过程，进而改变原始信号（比活度或者活度比值），这类过程和变化是不利于溯源的。除了盐度梯度较大的河口地区和氧化还原变化剧烈的界面等较为极端的环境中，226Ra 和238U 在富氧且高盐的大部分海洋环境中，二者行为较为保守，且都具有很长的海水停留时间（特别是238U 停留时间达到2.8×106a），226Ra/238U 活度比值也较为保守，可以反映物质来源。

图 7 涠洲岛（WZ）与三娘湾（SN）沉积物柱状样中放射性核素238U（a）和210Pb（b）比活度剖面图，以及WZ 柱样中铀（238U）和锰（Mn）两种氧化还原敏感型元素的垂直分布图（c）Fig. 7 Vertical profiles of activities of 238U (a) and 210Pb (b) in sediment cores from the stations of WZ and SN. Vertical profile of redox sensitive element of 238U and Mn in WZ sediment core (c)

图8 展示北部湾和我国其他海域沉积物中226Ra和238U 比活度关系。北部湾沉积物的226Ra/238U 活度比值大部分在0.5～1.0 之间，少部分结果在1.0～2.0 之间，与广西红树林的表层沉积物的226Ra/238U 活度比值接近[50]，总体上也与我国其他海区的结果一致。经过漫长的风化、河流搬运、大气输运沉降等地质过程（大于40 万年），226Ra/238U 接近准平衡状态（活度比值为1），较高的226Ra/238U 活度比值指示北部湾海洋沉积物来源于岩石等地幔物质。值得注意的是，南海珊瑚礁区的生源沉积物（碳酸钙为主）中226Ra/238U 活度比值大部分都小于0.1，显著低于北部湾以及我国其他海区的结果。珊瑚礁区的沉积物主要来自于生物钙化骨骼的残留物，属于生物成因，机制上不同于其他海区的地质成因的陆源沉积物[19–20]。

232Th、238U、40K 拥有很长的半衰期（亿年量级），地壳中含量较为稳定，232Th/238U 和40K/238U 活度比值也较为稳定。沉积物中226Ra、238U 比活度和活度比值受到生物地球化学过程的影响，同时与物理衰变时间有关，活度比值复杂且多变，不同来源、不同过程影响下的226Ra/238U 活度比值存在一定差别，记录更丰富的过程信息，可以作为示踪剂，应用于沉积物的物质来源判别和过程示踪[7,20;51]。比如，本文发现226Ra/238U 活度比值可以显著反映珊瑚礁区中的生源沉积物和礁外陆源沉积物之间的差异，很可能可以应用于指示人类活动引起的陆源物质输入增加（比如，河流输入、岛礁或者近岸的工程建设）对近岸珊瑚礁生态系统的影响。

此外，沉积物中226Ra/238U 活度比值，采用HPGeγ 谱仪进行测量，具有无需化学处理的特点，测量简单。样品经过HPGe-γ 谱测量后，还可以用于其他化学成分（常量元素、稀土元素、传统和非传统稳定同位素等）的分析。因此，226Ra/238U 活度比值可能可以作为其他传统地球化学指标（Al、Ti、稀土元素等）的一种有益的补充手段。

图 8 北部湾和我国其他海域沉积物中226Ra 和238U 比活度关系，k 代表226Ra/238U 活度比值，所有数据来自表1 和本研究Fig. 8 Relationship between 226Ra and 238U in surface marine sediments from the Beibu Gulf and other China seas. k is denoted as activity ratio of 226Ra to 238U. All data was obtained from Table 1 and this study

5 结论

本研究利用HPGe-γ 谱仪首次测定并系统报道北部湾海洋沉积物的4 种最主要天然放射性核素的“蝴蝶”状分布特征，核素比活度均值次序为40K [（253±192）Bq/kg]＞228Ra[（34.4±18.7）Bq/kg]＞238U[（24.7±11.6）Bq/kg]＞226Ra[（22.2±10.7）Bq/kg]。北部湾沉积物的多个电离辐射评价指数都低于我国大部分海区的结果和国际推荐值，高于南海珊瑚礁区的极低放射性水平的结果。

本研究发现北部湾沉积物中放射性核素的“蝴蝶”状分布特征与沉积物粒径相关，核素比活度与粒径存在反比例函数的非线性关系。同时，核素比活度与沉积物TOC 也存在一定的正相关。此外，矿物组成的差异也可能导致核素比活度的变化，氧化还原条件的改变和物理/生物扰动过程也都可能影响氧化还原敏感型核素（比如，238U）含量的改变。

北部湾沉积物中232Th/238U、40K/238U、226Ra/238U 活度比值结果显示北部湾沉积物来自地壳风化和河流输运，具有典型的陆源沉积物特征，且显著不同于南海珊瑚礁的生源沉积物特征。基于放射性核素的地球化学新指标可能可以应用于今后的海洋沉积过程研究与示踪应用。