海洋自古以来便承载了人类无数的梦想,近代以来所出现过的数十个世界性大国无一例外均为海洋大国,近代以来中国人始终肩负着民族复兴之梦,而当前提出的海洋强国战略,经略海洋的方针政策更是将海洋开发推向了前所未有的高度。随着社会的发展,科学技术的日新月异,人们已越来越重视人类与地球的和谐发展,保护地球家园,保护海洋环境已成为了人类的共识,因此要开发海洋,发展海洋经济就必须先认识海洋,了解海洋才能做到人与海洋和平共处,使得新一轮海洋开发不会变成又一轮污染行径,最终达到可持续发展的目的。我国海洋开发的热潮自上世纪90年代兴起以来,极大地推动了沿海地区的经济发展,海洋开发已成为沿海地区新的经济增长点和地区发展战略,海洋经济在沿海地区的经济地位越来越重要。然而,在我国海洋经济快速发展的同时,也给海洋环境带来了极大的压力,如部分区域赤潮的发生、重金属的超标等给渔业、旅游业等带来了沉重打击,给人民生产生活及身体健康带来一定的威胁。因此,在发展海洋经济的同时也必须加强海洋环境保护,做到人与自然协调发展。近年随着食品安全事故频发,引发人们对食品安全的普遍担忧,“镉大米”事件等重金属污染的报道也屡见报端,公众对重金属污染的状况也越来越关注。海洋污染具有污染源广,污染物质种类多,影响范围大,危害深远,控制复杂,治理难度大的特点。在各种污染物中,又以重金属的危害面大、持续时间久而受到人们的格外关注,随着沿海经济的发展和城市化进程的加剧,大量含重金属等有毒物质的废水排放,使河口生态环境遭到严重破坏,其中重金属污染物不易降解,能迅速由水相转入固相(悬浮物和沉积物),最终进入沉积物中蓄积,使沉积物成为重金属等化学物质的主要存储库。由于重金属的积聚会影响到生态安全,并最终威胁到人类健康,因此对海底重金属的分布及迁移规律的研究便显得十分重要。当前对重金属的研究主要采用化学测定的方式,该方法能够直接确定重金属的含量,然而测定周期长,费用高,样品处理过程中还存在一定的污染,而且测试工作必须在实验室完成。环境磁学是近几十年发展起来的一门介于地球科学、环境科学和磁学之间的边缘学科,可提供大量有关区域或全球环境变化及人类活动对环境影响等的重要信息。由于环境磁学测试具有快速、经济、方便、无污染及无损样品的特点,部分参数(如磁化率)甚至可实现现场测试,因此,一直以来受到国内外众多学者的推崇,已有学者将其运用到重金属的污染监测之中。琼州海峡是中国的三大海峡之一,东西长度约80公里,南北平均宽度近30公里,不仅是沟通北部湾和南海中、东部的海上走廊,同时也是广东至海南岛和越南等地的海上交通捷径。随着经济发展,该海区的海洋活动也越来越频繁,主要表现为渔业生产、航运发展、海底管道铺设及今后即将建设的跨海大桥等,在今后的区域经济建设中,琼州海峡将发挥其越来越重要的角色。然而当前对琼州海峡海洋环境的认识却并不高,对琼州海峡成因历史、沉积环境演变、沉积物类型及分布规律、沉积物来源及运移方向、重金属污染现状、重金属来源及成因历史等问题并没有深刻认识,本论文即首次运用目前最详细的调查资料及多种学科研究方法来综合分析琼州海峡及周边海域海洋环境特征,系统的阐述了该区域沉积物来源及运移趋势,深入认识该区域全新世以来海洋沉积环境演变,详细分析了该区域重金属分布现状及重金属历史沉积变化,并对重金属来源进行了分析,还首次将环境磁学的研究方法引入到该区域,分析了磁性特征与重金属污染的关系,判断污染物在琼州海峡及周边海区的环境磁学响应机制,为该区域海洋环境监测新手段的开拓提供了新的方向。本论文共选取了琼州海峡及周边海域共计500多个表层站位及近20个柱状样进行了分析,其中表层样间距为5km,柱状样深度大多在1到2米之间。通过多种方法的综合分析,得出了以下认识：粒度分析的结果表明琼州海峡内沉积物类型以砂及砾砂为主,由海峡中部向口外逐渐过渡到更细粒的粉砂及粘土质粉砂。琼州海峡东西口水动力条件不一致,在海峡东部,砂及粉砂沉积物界限为半弧形,沉积物类型变化较快,迅速由粗粒转变为了细粒沉积物,塑造了海峡东口的弧状潮流三角洲,说明海峡东口外存在较强的水动力,抑制了海峡内潮流作用的向外扩张；在海峡西部,砂及粉砂界限为不规则鸡爪状,形成了海峡西部指状三角洲,沉积物过渡较为平缓,说明海峡西口外水动力较弱,潮流作用向西部延伸较远,粗粒物质也能被输送到较远的区域。琼州海峡内沉积物粒径多在-0.73φ—7.06φ-之间,东西口粒径分布存在较大差异,分选性东部优于西部,说明东部水动力较稳定,研究区域主要存在5种峰态类型,反映不同区域沉积物来源组成不一致。由主量元素分析可知,琼州海峡沉积物主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、K2O、MgO及Na20组成,这7种氧化物占沉积物总量的90%以上,该区域沉积物元素分布与粒径具有一定的相关性,反映了该区域“元素的粒度控制律”。选用0.125mm～0.063mm粒级的碎屑矿物进行了矿物鉴定,结果表明该区域含金属矿物平面分布具有其独自的特征,部分含金属矿物的平面分布特征也大致为海峡中部低,两端高的特点,但与粒度及常量元素等可比性并不高,与磁化率特征也没多大可比性,主要由于矿物鉴定选用的是特定粒级矿物含量,而非样品总体。环境磁学测定结果表明,研究区域磁化率值变化较大,其变化范围为(2.475～679.8)×10-6SI之间,小于50×10-6SI的区域主要位于琼州海峡内及东部,海峡内主要位于中间,呈东西条带状分布,东部呈扇状分布,西部也存在一片低值区域,主要呈指状分布,高值区主要位于琼州海峡东口东部区域及海峡西口北部。该区域频率磁化率最高值为18.98%,最低值为0.59%,平均值为8.56%,共有9个站位频率磁化率值低于3%,其所对应磁化率值也较高,说明这几处沉积物可能已遭受到人为污染。k-T曲线中磁化率在580℃左右急剧降低,表明起主导作用的磁性矿物为磁铁矿。扫描电镜结果显示,该海区沉积物中磁性矿物主要为钒钛磁铁矿及磁铁矿等,矿物形态主要为类球状,与燃烧形成的典型磁性矿物有一定相似度。体积磁化率κ与沉积物粒度参数相关性分析结果表明,体积磁化率与沉积物平均粒径Mz(φ)及中值粒径MD(φ)存在显著相关,相关系数达到0.8以上,说明磁化率值的大小受沉积物粒度控制明显,沉积物越细,磁化率值越大。体积磁化率κ与0.125mm～0.063mm粒径内锐钛矿、磁铁矿及黄铁矿正相关,但相关性不显著,与钛铁矿、赤褐铁矿负相关。磁化率与大多数常量元素存在相关性,与Fe2O3、Al2O3、MgO、TiO2、P2O5、K2O、Na2O具有显著相关性,与Si02显著负相关,与CaO、MnO相关性不显著,体积磁化率与Ti02具有较好的相关性,也说明了该区域磁性矿物来源应为陆源物质的输入。采用GSTA模型对该海域沉积物运移路径分析后认为,沉积物在琼州海峡内主要由海峡内向外运移,在海峡东部,沉积物具有比较明显的由口内向口外输运的趋势,沉积物在东口呈较强放射状向外海输运。海峡西部,沉积物出海峡口后主要显示了向北输运的趋势,与海峡东口相比,沉积物到达口外后并未呈放射状向外输运,而是以向北输运为主,说明东西口水动力环境存在较大差异。重金属分析结果表明,该海区重金属平均值由大到小依次为Zn(73.64μg/g)> Cr(62.73μg/g)> Pb(30.88μg/g)> Cu(18.88μg/g)> Cd(0.08μg/g),变异系数由大到小依次为Cu(55.00)>Zn(44.50)>Cr(44.24)>Cd(40.26)>Pb(33.97),变异系数显示该区域Cu的迁移能力最弱,Pb的迁移能力最强。各重金属平面分布特征存在一定的相似性,高值区主要分布在琼州海峡东口以外及雷州半岛西部,低值区主要位于琼州海峡东部。与海洋沉积物一类标准对比,Cd、Pb及Zn最高值均未超过一类标准,Cr及Cu有少量超出。相关性分析显示Cu、Pb、Zn、Cr、Cd五种重金属具有较好的相关性,重金属与平均粒径(φ值)均呈正相关,说明细粒沉积物更容易吸附重金属。潜在生态危害评价显示该区域重金属污染程度及生态危害指数均较低,属于低风险。磁化率与重金属相关性分析结果表明,磁化率与5种重金属相关性均较高,其中与迁移能力弱的重金属相关性要高于迁移能力强的,说明磁性矿物更易与迁移能力较弱的重金属分布在一起。由于存在较高的相关性,因此,在琼州海峡及周边海域采用磁化率值来指示重金属含量的大小具有一定的可行性,但由磁化率与重金属的一般线性模拟可见,在不同的取值范围,磁化率值与各重金属的相关性也存在差异,因此在运用过程中应考虑到不同阶段磁化率值对重金属含量的反应。通过粒度对重金属及磁性特征的控制影响分析后发现,在该海域,粒度对重金属及磁化率的控制作用十分明显,主要表现在细粒组份与重金属及磁化率均呈明显的正相关,一定程度上也可能揭示了磁化率与重金属的相关性主要是被粒度所控制。其它磁性特征中,频率磁化率与获取的各粒级均没有显示出显著的相关性,剩磁的各参数与(5.75-6.25)φ及(8.75-11)φ这两组粒级显示了显著的相关性,可能反应了容易获得剩磁的磁性矿物主要位于这两段粒级组份之中。利用柱状样对琼州海峡内沉积历史分析后表明,自距今4000年之前到现代,琼州海峡及周边海域未发生重大沉积事件,处于稳定状态,沉积物在潮流改造下逐渐变细,分选性也逐渐变好。除了海峡西南部的柱样B492外,其它柱状样磁化率变化趋势基本一致,均为底部缓慢增加,到顶部时表现为快速增加,说明这些区域磁性矿物的输入具有一致性,磁性矿物的来源具有一定的同源性。柱状样分析结果还显示,在琼州海峡东西口外,沉积物粒径由底部到顶部在逐渐变细,沉积物重金属含量自底部到顶部大多为升高的趋势,但大多表现为底部升高缓慢,快到顶部时存在一个快速升高的阶段,将这种升高趋势与粒径变化对比后发现,底部的升高主要是由于粒径变细所引起,而顶部的升高受粒径变化的影响不大,反映了物源区重金属含量的升高。结合年代学分析得出该海域磁性矿物及重金属在顶部的升高具有一定的对应性,大致在距今120年左右开始,而此时正是洋务运动之后工业生产开始进入我国,说明这一时期磁化率及重金属的升高主要受到人类活动的影响。通过对重金属来源分析后认为,琼州海峡内重金属应主要来自于珠江径流的输入,重金属及磁性矿物均主要赋存于细粒物质中,珠江入海后在沿岸流的作用下,大量物质西向输运,并在沿途大量沉积。而胶体及溶解态物质由于粒径小,搬运距离最远,当到达琼州海峡东部时,由于海峡内往复潮流的冲刷也带出了大量细颗粒物质,两种物质相遇后发生中和作用,而产生了大量细粒沉积物。由于该海区起主导作用的水动力因素为海峡内的往复潮流,这些因中和而产生的大量细粒物质便在潮流的作用下被带到海峡东西口沉积,最终形成了琼州海峡现今重金属的分布状况。