中國淺海的沉積物中微量元素的地球化學特征

孟五一 陶蘭初 葛瑞濤

中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083

中國淺海的沉積物中微量元素的地球化學特征

孟五一 陶蘭初 葛瑞濤

中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083

本文主要在前人的研究基礎上，較全面地總結了中國淺海沉積物中微量元素的一些重要地球化學特征。

中國淺海；沉積物；微量元素

我國海洋沉積物化學元素的研究，始于1958年的“全國海洋綜合調查”，幾十年以來取得了長足的發展。我們知道黃河以輸沙量居世界第一而著稱于世，長江為世界第三大河而舉世聞名，二者源源不斷地每年約以5×108t（長江）[1]至10×108t（黃河）[2]的泥沙輸入到海，對我國大陸架淺海沉積作用有著巨大的貢獻。然而，這也給我國海域帶來了嚴重的環境問題，近幾年以來尤以一些重金屬微量元素的污染為最突出。因此，了解我國淺海沉積物中微量元素的地球地球化學特征意義重大。

1、中國淺海沉積物中微量元素的來源

據表1，中國淺海沉積物與中國大陸沉積物元素豐度的近似性，以及與半深海沖繩海槽沉積物和深海西太平洋褐色黏土元素豐度的差異性，充分說明了中國大陸是中國淺海沉積物的主要物質來源，有明顯的繼承性。從某種意義上講，中國淺海沉積物是中國大陸沉積物在大陸海底的再分布，是“海洋化的大陸沉積物”[3]。

2、不同類型的沉積物中微量元素的變化

中國淺海沉積物類型主要可分為三大類，即砂、粉砂和泥。我們對中國東海沉積物樣品進行了統計分析。結果表明（表2），元素的含量隨沉積物的粒度變化而變化，即微量元素隨沉積物由粗變細而含量由低增高，所不同的是各自升高的幅度，顯示元素的正粒度控制律[4]。

微量元素富集于細粒沉積物中，其原因主要有三個：（1）細的黏土粒級對元素具有較強的吸附作用；（2）細粒沉積物中往往富含有機質，而有機物本身以及有機物所造成的氧化-還原環境起濃集元素的作用；（3）海底陸源碎屑沉積物的化學成分中，SiO2占舉足輕重的優勢，研究表明，沉積物中微量元素與SiO2顯示很好的負相關趨勢[5]。

值得一提的是，國內外許多學者研究了沉積物中微量元素與有機碳含量的關系，一致指出，高生產力地區的富有機碳沉積物中，微量元素金屬含量有一定程度的增加[6]。他們的解釋是：一些微量金屬元素被浮游生物從海水中富集起來或從有機物表面吸收出來，之后，這些微量金屬元素隨死亡的生物一起埋藏在沉積物中。如果有機物沉降時通過富氧水層，微量元素會隨有機體的氧化分解返回海水中，所以，在缺氧水體、高有機碳保存條件下形成的沉積物中，微量元素含量很高。因此，對海洋沉積物中微量元素的研究，可幫助我們恢復當時海洋的沉積環境。

例如，珠江口盆地PY33-1-1井的20塊巖樣測試表明[7]，沉積樣中Cu、Ni、Ba的含量皆大大低于現代海洋的平均含量，所以從微量元素含量普遍偏低來看，該井區晚第三紀的古海洋條件對有機碳的沉積與保存十分的不理想，由此我們推測當時海水流通性較好，含氧量較高，而這一推測與其他的研究結果符合的很好。

3、淺海沉積物的間隙水中微量元素的研究

研究表明，沉積物的組成、性質及地質環境不同，其間隙水的微量元素含量不同。我們從中國東海取樣測得了沉積物表層的間隙水微量元素含量（見表3）。

從上述結果看，海區間隙水的微量元素含量比海水中的含量高約2～6倍，然而，沉積物中微量元素的含量比海水中高得多[8]。沉積物與間隙水之間有著直接交換和平衡的關系，試驗資料證明，海洋沉積物是通過間隙水向海水中釋放微量元素的。通過以上的實驗數據，我們知道海洋沉積物釋放到海水中的微量元素是極少的，釋放的速度也是很緩慢的。這一點也充分說明了海洋是具有一定的自凈能力。

此外，根據表3的數據，繪制的微量元素分布圖可知，東海海域北部、中部所測得微量元素含量較南部海區的要高，其原因解釋為大陸及長江等河流搬運入海的碎屑物質對東海海域的沉積有深刻的影響。由河流搬運的細粒物質入海后，向東北方向，即濟州島方向運移，所以北部海域相對于南部海域砂質沉積的組成大都為軟泥或粉沙泥，從而導致沉積物質微量元素增高。前人大量的研究結果表明，微量元素含量沿海岸線作帶狀分布是近岸海域沉積物的一個顯著特征[9]。

表1 中國淺海沉積物中微量元素豐度表（ug/g）

表2 東海不同類型的沉積物中微量元素的含量

4、海水中微量元素遷移沉積的過程

前面已經知道微量元素主要富集于細粒沉積物中，這些細粒沉積物可分為兩類：第一類主要是浮游生物形成的生物淤泥，分布最廣的是石灰質軟泥；第二類基本上由非生物成因的微粒組成，以粘土質淤泥為主體。微量元素在這兩種淤泥的分布狀況如下[10]：（1）釷、釔、鋯、鈮、鈧等在沉積物中含量最高；（2）重金屬（鉛、鉻、銅、鈷、鎳、釩、鋅），以及鎵和鍺，它們大量以溶解態被強烈吸附在粘土質淤泥中；（3）一些在海水中易溶解的金屬和非金屬元素，如銣、鈾、砷、汞、鎘、錫、硒、銻、銫等，它們的沉積主要與吸收或吸附作用有關，如浮游生物對鍶的吸收量很大，致使它在富生物殘體的石灰質淤泥中含量較高；（4）硼主要呈溶解狀態存在，易被非生物懸浮微粒吸附，聚集在粘土質淤泥中；（5）鉬被懸浮物吸附而束縛在粘土質淤泥中。因此，我們總結海水中微量元素遷移沉積的方式主要有以下幾種：

（1）進入海洋的粘土質礦物碎屑，具有極強的吸附能力，因而海水中大量的重金屬微量元素被吸附沉淀下來；

（2）海洋生物對微量元素的吸收，這些微量元素在生物死亡后隨殘體沉積下來；

（3）海水中大量有機質能與微量重金屬元素形成有機金屬絡合物，而隨即沉淀下來；

（4）生物和有機質的還原作用形成的硫化物是許多微量元素的富集劑，有機質還原SO42-生成S2-，促使生成硫化物沉淀。

在這四種遷移沉積方式中，卡爾弗特通過對西南非洲陸棚沉積物研究（見表4），以及對比各方面資料之后，認為第四種富集機制的效能最高。

表3 東海沉積物表層間隙水微量元素含量

表4 西部非洲陸棚有機沉積物中有機質和硫化物部分微量元素的估計含量（WB/ug.g-1）

5、討論

了解中國淺海地區沉積物中微量元素的含量、分布規律以及遷移沉積機制，不僅可以豐富對海區元素地球化學基本特征的認識，還可以深入了解還海區的污染狀況。1998年8～10月，進行了一個航次的全國海域沉積物污染基線調查，結果發現我國許多海區已經被汞、鎘、鉛、砷等微量元素污染。

近幾年來，學者們對海洋中微量元素的地球化學做了許多的研究工作之后，一致認為沉積物微量元素的研究意義深遠。其中包括以下幾個方面：

（1）指示沉積環境的意義，研究發現，海成黏土含較高的B，而大陸或淡水泥巖中Ga較為富集，一般認為大陸沉積B/Ga小于3.3，海洋沉積一般大于4.5～5，過渡型沉積介于二者之間[9]；

（2）對氣候變化的指示意義，45Ka以來海洋沉積物Sr同位素的高分辨變化曲線表明(Clemens，1993)，這種變化與海洋氧同位素的變化是同步的，現在認為氣候冷期87Sr/86Sr比值為低值，氣候暖期對應于87Sr/86Sr高值[9]；

（3）用于沉積速率的測定，1982年，中國科學院地化研究所對我國東海兩個沉積物巖心中226Ra進行了測定和計算，認為我國東海近岸區的沉積速率平均為30厘米/103年[11]；

（4）用于古鹽度的確定，由于鋇的化合物溶解度較鍶低，當水中有硫酸根離子存在時，Ba就與硫酸根離子結合形成難溶的BaSO4沉淀，而SrSO4可繼續遷移到遠海，因此可用Sr/Ba比值來確定古鹽度[12]。

[1]秦蘊珊，趙一陽，陳麗蓉，等.東海地質.科學出版社.1 9 8 7，1～2 9 0

[2]秦蘊珊，趙一陽，陳麗蓉，等.東海地質.科學出版社.1 9 8 5，1～2 3 2

[3]趙一陽，鄢明才.中國淺海沉積物化學元素豐度.中國科學[J].1993,23（10）:1087-1090

[4]趙一陽.海洋地球化學名詞解釋.海洋科學.1980，（3）：33

[5]趙一陽，車承惠，楊慧蘭，等.黃東海地質.科學出版社.1982,141～146

[6]Calvert, S. E. ,1976, The mineralogy and geochemistry of nearshore sediments,In:Chemistry Oceanography,6:187～280

[7]郝詒純，等.南海珠江口盆地第三紀微體古生物及古海洋學研究.中國地質出版社.1996,88～97

[8]Gardiner J.1974. The chemistry of cadmium in natural water ,Water Res.8(3):157～164

[9]趙其淵，等.海洋地球化學.地質出版社.1989,134～157

[1 0]韓吟文，馬振東，等.地球化學.地質出版社.2003,128～133

[1 1]陳毓蔚，趙一陽，劉菊英，等.東海沉積物中2 2 6 R a的分布特征及近岸區沉積速率的測定.海洋與湖沼.1 9 8 2,1 3（4）:380～385

[1 2]藍先洪，馬道修，徐明廣，等.珠江三角洲若干地球標志及指相意義.海洋地質與第四紀地質[J].1987，7（1）：39～49

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.19.022