南海北部陆坡柱样沉积物的环境磁学研究

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南海是西太平洋热带地区最大的边缘海。相对较高的沉积速率使南海沉积物成为记录高分辨率古环境、古气候变迁的重要载体,也因此长期受到关注。其中稳定同位素、孢粉、有孔虫等多种替代指标的运用更进一步提升了对南海在冰期-间冰期长时间尺度上古环境、古海洋演化的认识。磁学指标的应用相对较少,尤其是磁学参数在较短时间尺度上的记录所揭示环境演变仍然很少。本文对南海北部陆坡神狐海域及东沙海域四个柱样磁学特性进行了详细研究以确定其环境意义。  取自神狐海域的近6m长的GHE24L、GHE27L柱状样沉积物中的磁性矿物没有明显受到后期还原成岩作用的影响。沉积物中的磁性矿物主要是假单畴磁铁矿,其含量和粒度的变化记录了过去20 ka以来的环境演化。研究表明柱样沉积物中的磁性矿物含量及粒度变化主要受控于源区物质输入,后期还原成岩作用不明显。受气候冷暖、海平面升降以及季风强弱等因素影响,不同时期柱样沉积物的磁性特征不同。以GHE24L柱样为主要研究对象,末次盛冰期时期,x和SIRM高,而xARM/x、xARM/SIRM低,指示研究区陆源输入高,且输入磁性矿物粒度粗。这主要是由于末次盛冰期时海平面较低,陆架广泛出露,沉积物搬运距离较小的缘故。在由末次盛冰期向全新世转变时期,海平面上升,气候波动较大,指示粒度和含量磁性参数出现明显的波动变化,是对Heinrich1事件、Bφlling-Allerφd暖期及新仙女木事件的良好响应。在大约16ka的Heinrich1事件和近12ka的新仙女木气候变冷事件期间,xARM/x和xARM/SIRM相对增大,显示磁性矿物粒度变细。而在Bφlling-Allerφd暖期xARM/x和xARM/SIRM相对减小,显示磁性物质粒度增大。这可能是由与冷暖事件相伴随的降雨量变化而引起的水动力条件变化所导致的;全新世初期,磁学参数指示磁性矿物含量增加,表明研究区陆源输入量增多。这可能是受早全新世季风增强事件的影响。自中晚全新世以来,细粒磁铁矿含量相对稳定,而xARM/x以和xARM/SIRM参数逐渐减小,表明沉积物中粗粒磁性矿物的含量逐渐增多。粗粒组分可能源自台湾并随洋流作用被搬运至南海北部陆坡。在诸多磁学参数中xARM的变化特征更明显,对该区气候环境演化的响应也最敏感。研究结果可为重建南海区域环境演化提供依据,也可为探究东亚海陆气候变迁的耦合联系提供约束。  DH-CL12、DH-CL13柱样位于南海北部陆坡天然气水合物赋存区东沙海域。水合物分解致使柱样经历较高程度的还原成岩作用改造,原始沉积磁学信息遭受破坏或改变。其中DH-CL12柱样7.20~11.50 m为硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ),该段大量磁铁矿转化生成黄铁矿,柱样所包含的少量赤铁矿等硬磁性铁氧化物同样参与转化。由于细粒磁铁矿相比于粗粒磁铁矿更易于转化成为黄铁矿,导致该段残余粗粒磁铁矿的相对含量明显增高。磁铁矿的大量减少,黄铁矿的大量生成,导致该段磁性矿物中顺磁性黄铁矿成为主要磁性矿物。该段残余铁氧化物中赤铁矿等硬磁性矿物含量相对提高,由此导致该段剩磁矫顽力提高。DH-CL13柱样磁性特征与DH-CL12柱样磁性特征类似。该段为硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ),主要磁性矿物为黄铁矿,及部分胶黄铁矿,磁铁矿含量很少。在该段磁铁矿的大量溶解及胶黄铁矿的生成,导致主要载磁矿物变为SD颗粒的胶黄铁矿。DH-CL13柱样0.10~3.00 m、3.00~5.68m两段的磁性特征差异一方面在于后期还原作用改造,另一方面可能跟沉积环境变化导致的陆源输入变化有关。  比较DH-CL12、DH-CL13柱样还原成岩作用改造差异可知在还原成岩作用改造过程中,磁铁矿、赤铁矿等铁氧化物大量转化生成黄铁矿。由于还原产物胶黄铁矿的存在,在使用x、xARM、SIRM等指示还原作用改造的磁性参数在还原界面附近并不一定会表现出明显的降低,与之相比,HIRM由于主要指示沉积物中硬磁性矿物(赤铁矿、针铁矿等)的含量,在沉积环境无突变的海洋陆坡环境中可以有效排除胶黄铁矿、磁黄铁矿等亚铁磁性铁硫化物干扰,对于指示还原成岩作用改造可能更为准确。
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