黄渤海表层沉积物磁学特征及其环境指示意义

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黄渤海是我国东部陆架海的重要组成部分,其中渤海位于我国大陆架东部的最北端,是一个近封闭的内海,地势平坦;而黄海位于太平洋西部,是一个半封闭陆架浅海,处于中国大陆和朝鲜半岛之间。海洋沉积物中蕴含了各种地质历史信息,不仅可以揭示近代海底地质地层的变化而且可以探测海底资源的分布情况,例如生物资源、矿产资源以及能源等,对其研究不仅具有重要的理论意义更具有重要的经济意义。由于研究区物源丰富且水动力环境较为复杂,对其物源及输运路线的研究存在很大争议,故对黄渤海表层沉积物磁学特征的研究对于进一步研究黄渤海表层沉积物物源及其输运有重要意义。本文基于对黄渤海167个表层沉积物的粒度参数和磁性参数分析,归纳总结了粒度参数、磁性参数的分布规律,探讨了黄渤海表层沉积物磁性矿物类型及磁畴信息,按照磁性参数特征进行了磁学特征分类,归纳了各类磁性参数特征并分析其成因,讨论了不同粒级沉积物与磁性参数的关系,消除了粒级对磁性参数的影响,讨论了磁学特征与水动力环境的关系,不同泥质区之间的磁学特征差异以及沉积物磁学特征与物源的关系等,得到的主要认识如下:1.黄渤海表层沉积物粒度参数分布特征。在南黄海中东部,北黄海中西部,渤海西北部以及辽东湾北部,沉积物颗粒较细,分选系数较高,分选较差,说明这些地区水动力较弱,分选沉积物的能力较差;而在辽东湾南部、渤海海峡、北黄海东部、南黄海西部、北部及长江口外,沉积物颗粒较粗,分选系数较低,分选较好,说明该地区水动力较强,有较强的分选沉积物的能力;2.黄渤海表层沉积物的磁性参数分布特征。研究区表层沉积物的磁学特征均由亚铁磁性矿物主导,其中渤海和北黄海表层沉积物样品的磁性矿物颗粒以较粗的准单畴和多畴粒级组分为主,相对而言,南黄海表层沉积物的磁性矿物颗粒较细,以单畴和准单畴为主。大部分黄渤海表层沉积物含有一定量的超顺磁(SP)颗粒。渤海表层沉积物从东南到西北磁性矿物含量变多,而在北黄海表现为随着离岸距离的增加表层沉积物的磁性矿物含量逐渐变少,在南黄海北部其磁性矿物含量分布特征与北黄海相似,而在南黄海中部,出现了一个磁化率低值区,从南黄海中部向东南和西南,磁性矿物含量逐渐增大。总体上看,南黄海大部分表层沉积物所含磁性矿物量低于北黄海表层沉积物,而北黄海表层沉积物所含磁性矿物量又低于渤海大部分地区。通过分析饱和等温剩磁与粒度参数发现,沉积物中磁性矿物含量与平均粒径(Φ)以及粉砂粘土含量成正相关而与砂的含量成明显负相关;3.不同粒级沉积物与磁性参数的相关性。分析对比磁性参数与粒度参数相关性、(分粒级质量×磁性参数)与(全样质量×磁性参数)相关性以及各粒级磁性参数平均百分比,发现磁学特征主要由粘土粒级沉积物(<4μm)决定,且所占比例基本上超过50%。粒径较粗的沉积物(>32μm)对整体的磁学特征也有较大的影响(约20%-30%),其他粒级沉积物对磁学特征贡献不大,且粒径<32μm沉积物的磁学特征与粒径>32μm沉积物的磁学特征差异很大;通过对不同类型不同粒级的磁学特征对比,发现<32μm的各粒级的磁性矿物含量、亚铁磁性磁性矿物含量均高于>32μm的各粒级,主要由于磁性矿物为重矿物且粒级较细易富集于粒度较细的沉积物中。4.黄渤海表层沉积物磁学特征分类、特点、物源及成因分析。按照样品的S-300、SIRM/χ与SIRM磁性参数特征,将黄渤海表层沉积物分为四个类型,类型1命名为黄河物源磁性矿物高含量区,其磁学特征为磁性矿物含量较高,磁性矿物颗粒中等、亚铁磁性矿物含量中等,是由山东半岛沿岸流、苏北沿岸流以及强潮流将黄河及老黄河口的沉积物输运至此形成的;类型2命名为黄海泥质区细粒磁性矿物区,其磁学特征为磁性矿物含量中等,亚铁磁性矿物含量中等,磁性矿物粒级细,该类型离物源地较远,其沉积物存在长江、黄河物质,也存在黑潮、黄海暖流等环流所带来的沉积物;类型3命名为过渡及残留沉积磁性矿物低含量区,其磁学特征为磁性矿物含量相对较低、亚铁磁性矿物含量较低且磁性矿物粒级中等,该类型物源较为丰富,但以黄河沉积物占优势;类型4命名为强水动力粗粒磁性矿物区,其磁学特征为磁性矿物含量高、磁性矿物粒级粗,亚铁磁性矿物含量高,该类型水动力强,在南黄海南部受长江沉积物以及黑潮所带来沉积物的影响大。5.研究区磁性参数特征与水动力环境。对三个泥质区磁性参数进行分析,发现渤海泥质区沉积物的磁性矿物粒级粗于南北黄海泥质区,且磁性矿物含量高于南北黄海泥质区,但亚铁磁性矿物含量与其相当;顺着山东半岛沿岸流方向,磁性矿物含量变少、粒级变细,亚铁磁性矿物含量变化不大;而顺着苏北沿岸流方向,表现出磁性矿物含量逐渐变多,亚铁磁性矿物含量变多,磁性矿物粒级逐渐变粗,可能是由于暖流系(台湾暖流、黑潮)所含的粗颗粒强磁性矿物的加入导致了上述变化;顺着黄海暖流方向,其泥质区磁学特征变化明显,在南黄海泥质区,沉积物磁性矿物含量和亚铁磁性矿物组分基本稳定,而磁性矿物颗粒及中值粒径在突然变细后由南向北持续变细,推断沉积在南黄海泥质区的沉积物可能主要从泥质区南部进入,而在北黄海泥质区,磁性矿物含量和亚铁磁性矿物含量明显变高,并且由东向西呈先增后减的趋势,而磁性矿物粒级变细,但中值粒径表现为先变细后变粗,说明该类型的沉积过程及物质来源较为复杂。
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