南極普里茲灣主要碎屑礦物特征及物源分析

劉軼瑩，金秉福 *，陳志華，王昆山

（1.魯東大學海岸研究所，山東煙臺264025；2.國家海洋局第一海洋研究所，山東青島266061）

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南極普里茲灣主要碎屑礦物特征及物源分析

劉軼瑩1，金秉福1 *，陳志華2，王昆山2

（1.魯東大學海岸研究所，山東煙臺264025；2.國家海洋局第一海洋研究所，山東青島266061）

摘要：基于南極普里茲灣海域33個表層碎屑沉積物樣品的碎屑礦物學分析，對該區的沉積環境與物質來源進行了分析。結果表明該區碎屑重礦物共17種，石榴子石、普通角閃石和磁鐵礦為優勢礦物，紫蘇輝石和赤鐵礦為特征礦物。根據礦物組合分布特征，普里茲灣可劃分為4個礦物區：Ⅰ區為石榴子石含量占絕對優勢、重礦物含量較高的弗拉姆淺灘礦物區；Ⅱ區為石榴子石、普通角閃石含量較高，磁鐵礦為特征礦物的普里茲水道礦物區；Ⅲ區為紫蘇輝石含量較突出的四女士淺灘礦物區；Ⅳ區為普通角閃石含量明顯突出，石榴子石顯著減少的深水陸坡礦物區。通過電子探針測試研究區石榴子石結果表明：碎屑石榴子石含有較高的Fe、M g和較低的Ca、M n，屬主要來源于高級麻粒巖相副變質巖的A型石榴子石。普里茲灣海域的碎屑礦物分布特征是物質來源、海流系統以及冰川活動等多重因素綜合作用的產物。

關鍵詞：碎屑礦物；石榴子石；沉積物；普里茲灣

1　引言

碎屑礦物特征和組分在追蹤沉積物的來源［1—2］、搬運擴散方式［3］等方面得到廣泛應用。不同海域由于物源的不同，礦物組合與分布特征會有明顯差異，同時受礦物的密度和物理化學穩定性影響；不同的氣候環境、風化條件和搬運機制可以使物源碎屑物發生沉積分異作用，從而使重礦物組成和含量發生變化［4］，在海洋環境中重礦物組成和分布主要受物源和海流作用的影響。南極洲98 %的面積被冰雪覆蓋，目前對南極地質的認識僅僅是通過對2 %左右裸露的南極基巖的研究中獲得的，難以認識南極大陸的巖石組成與演化歷史［5］，而冰川的冰筏作用會將冰蓋下部的部分碎屑物質搬運到海洋中。因此，海洋碎屑沉積物在一定程度上可以反映南極大陸表層的物質組成，研究海洋碎屑沉積物的特征對探究沉積物物源有一定辨識意義。

目前，有關普里茲灣海域礦物的研究相對較少。已有研究表明：南極中山站和企鵝島地區是由中高壓角閃巖相變質作用形成的榴閃巖，原巖屬基性巖［6—8］。對普里茲灣鄰近海域沉積物中高嶺石等黏土礦物分布特征與物源的研究顯示普里茲灣海域沉積物來自于南極大陸本土［9—12］。對南極普里茲灣表層水中Ge、Cu、Cd、Zn的含量和分布以及O、C、Ra、U同位素研究［13—20］有效指示了沉積物的物質來源主要為南極大陸主體，并進一步說明沉積作用主要受到生物生產量和海冰的作用。

本文基于對南極普里茲灣海域33個表層海洋沉積物樣品的重礦物鑒定分析結果以及碎屑石榴子石單礦物化學分析，初步探討了研究區海域表層樣中碎屑礦物的組合與分布規律。結合礦物學分析結果、海流系統特征、普里茲灣海底地形、周圍地質構造和巖性概況等，探究沉積物物源區、物質遷移規律和沉積規律，討論了碎屑礦物空間分布特征及其與海流、變質巖分布和冰川活動之間的關聯性。

2　研究區概況

普里茲灣是南極洲的第三大海灣，面積約為6× 104k m2。處于南大洋的印度洋扇區，位于約66°45′～69°30′S，70°～80°E所圍成的區域內，呈西南-東北走向的喇叭狀（圖1）。從最南端蘭伯特冰川入海口處（69°S，70°E）向北直到67°S附近為水深較淺的陸架海域［21—22］。灣內東、西兩側分別為四女士淺灘和弗拉姆淺灘。四女士淺灘水深約200 m，最淺處小于60 m，西部弗拉姆淺灘水深約200 m，阻擋了外部冰川進入灣內。兩淺灘中間是水深大于500 m的凹槽，即普里茲水道，是灣內外交換的主要通道［22］。隨著離岸距離的增加水深變化再趨平緩，開闊的陸架海域水深變化不大，67°S附近的大陸坡以北為水深3 000 m以上的深水區。與蘭伯特冰川相連的埃默里冰架是東南極最大的冰架，面積約為3×104k m2，是東南極冰蓋的入海口，東南極14 %的冰量在此入海［23］。

普里茲灣及鄰近海域分布有普里茲灣陸架水、南極表層水、南極底層水和繞極深層水等水團，流系較為復雜［24—25］。南極輻散帶以南分布有向西流動的極地環流和極地沿岸流，普里茲灣內存在順時針方向的環流，弗拉姆淺灘東緣存在上升流；南極輻散帶以北為東向的南極繞極流，南極輻散帶周圍有渦旋出現［26—29］。

普里茲灣地區主要由3個太古宙克拉通地塊和一個格林維爾高級變質地體及一個泛非高級變質帶組成。3個太古宙克拉通地塊主要出露在南查爾斯王子山、西福爾丘陵和賴于爾群島；格林維爾地體主要出露于北查爾斯王子山，以區域麻粒巖相變質作用伴隨大規模的紫蘇花崗質和花崗質巖漿入侵為特征，時代約為距今990～980 M a；泛非高級變質帶（即普里茲帶）主要出露在普里茲灣沿岸，向南沿埃默里冰架東緣一直延伸到格羅夫山后被冰雪覆蓋［30—32］。

3　材料與方法

3.1樣品采集

沉積物樣品采集于中國“雪龍”號考察船第24航次、第29航次南極綜合考察。本文站位選取于普里茲灣灣內，大致為64°30′～69°30′S，67°～78°E之間的區域（圖1），樣品采集時間主要集中在2008年南極夏季2—3月及2013年南極夏季2—3月期間，共33個站位。樣品的采樣站位、水深及巖性特征見表1。

表1　樣品站位、水深和巖性特征Tab.1 Location，depth and lithology of the samples

續表1

圖1　普里茲灣表層沉積物碎屑礦物分析站位Fig.1 Stations of detrital mineral analysis in the Prydz Bay

3.2輕重礦物分離與鑒定

碎屑礦物樣品制備，按照中國近海海域綜合調查與評價專項技術規程——海洋底質調查中礦物分析方法的規范要求進行，取適量濕樣，用0.063 m m + 0.25 m m套篩進行篩分，經篩選沖洗后，得到細砂待鑒定樣品粒級；然后進行重液分離，重液為C H Br3（比重范圍d204= 2.889～2.891），獲得輕、重礦物質量數據。礦物的鑒定研究工作采用實體顯微鏡觀察和偏光顯微鏡油浸法結合來進行定性和定量分析，每站樣品鑒定礦物300多個顆粒，對礦物特征如顏色、形態、條痕、鐵染程度、蝕變程度、顆粒相對大小、光學性質等進行描述和鑒定。

3.3石榴子石單礦物化學分析

在重礦物含量高的站位樣品中，從重礦物中隨機選取石榴子石顆粒，每組沉積物樣品選取100顆以上（個別站位石榴子石含量雖高，但重礦物含量低，石榴子石顆粒較少，無法進行單礦物化學分析）。利用電子探針波譜進行定量分析礦物化學成分，由國家海洋局第一研究所海洋沉積與環境地質國家海洋局重點實驗室的JE O L JX A8230型電子探針儀測定。測試條件：加速電壓15 k V，探針電流20 n A，計數時間20 s/元素，束斑直徑3μm，采用Z A F修正法。隨機測試50～60個顆粒，以保證其統計精度。

4　結果分析

4.1重礦物組成與分布

普里茲灣表層沉積物中共鑒定出重礦物17種，重礦物在碎屑輕、重礦物中所占的比重為0.7 %～ 17.9 %，平均值為7.9 %。其中石榴子石、普通角閃石和磁鐵礦在重礦物中的平均含量超過10 %，分別為44.4 %、29.9 %、12.7 %，為研究區的優勢礦物；紫蘇輝石、赤鐵礦和黑云母的平均含量在1 %～10 %之間，屬于常見礦物；其他礦物如透閃石、綠簾石、榍石、磷灰石、金紅石、橄欖石、普通輝石、菱鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦和白鈦石平均含量較低，部分礦物僅在少數站位零星出現。礦物顆粒百分含量變化見圖2。

圖2　普里茲灣重礦物分布特征Tab.2 Distribution of heavy minerals in the Prydz Bay

普里茲灣沉積物中主要重礦物分布圖（圖3）是基于Arcgis的反距離權重插值法得出的，結合該圖對主要的重礦物的分布特征進行簡要描述，進而分析影響重礦物分布的主要因素。

重礦物含量指重礦物重量占輕、重礦物質量之和的百分含量，受底質類型、沉積物改造程度以及礦物風化能力等影響，可以反映沉積物物源和成熟度等方面的信息。研究區重礦物含量分布表明普里茲灣兩側淺灘（弗拉姆淺灘和四女士淺灘）重礦物含量高，達15 %左右；中部重礦物含量較低，平均含量在4.6 %以下（圖3a）。

石榴子石為粒狀，以淺粉色為主，光澤較強，晶形不完整。平均含量44.4 %，最高含量88.7 %，每個站位沉積物中都有出現，分布廣泛，在重礦物中所占比重最大。統計數據表明其含量變化大，高含量區出現在普里茲灣西側弗拉姆淺灘，并由此向東部四女士淺灘和北部深水區含量逐漸減少（圖3b）。

普通角閃石為短柱狀，綠色、黑綠色，顆粒有破損、磨蝕。平均含量29.9 %，變化范圍0.7 %～ 66.9 %，在每個站位沉積物中都有出現，分布廣泛。含量變化幅度大，含量分布與石榴子石分布具有負相關性，高含量出現在普里茲灣北部深水區，較低含量出現在麥克羅伯森地沿岸沉積物中（圖3c）。

磁鐵礦為小粒狀，黑色，表面較為干凈，金屬光澤。平均含量12.7 %，最高含量26.9 %，在每個站位沉積物中都有出現，分布廣泛，是研究區主要金屬礦物。普里茲灣中部磁鐵礦含量較高，兩側淺灘含量較低（圖3d）。

紫蘇輝石以粒狀為主，短柱狀，淺褐色，略帶紫色調，表面磨蝕。平均含量6.1 %，最高含量63.7 %，在所有樣品中出現率為85 %。含量變化范圍大，個別站位（N08-3）含量達63.7 %。拉斯曼丘陵沿岸地區紫蘇輝石含量較高，其他地區含量均在7 %以下（圖3e）。

赤鐵礦為粒狀，黑色，表面疏松。平均含量1.4 %，最高含量6.1 %，在所有樣品中出現率為88 %。赤鐵礦在研究區分布較均勻，在沉積物中含量較其他主要重礦物低（圖3f）。

圖3　沉積物中主要重礦物分布圖（基于Arcgis的反距離權重插值法）Fig.3 Diagram of main heavy minerals distribution（ID W interpolation method based on Arcgis）

4.2組合分區

聚類分析根據樣品的屬性，用數學方法按照特定相似性或差異性指標，定量地確定樣品之間的親疏關系，并按這種親疏關系程度對樣品進行聚類。本文將主要的6種礦物含量作為變量，即重礦物含量、石榴子石、普通角閃石、磁鐵礦、紫蘇輝石和赤鐵礦，利用Q型聚類方法進行碎屑礦物組合分區。重礦物含量參數可以反映沉積物的分布，與碎屑礦物富集程度密切相關，石榴子石、普通角閃石和磁鐵礦為重礦物的優勢礦物，紫蘇輝石和赤鐵礦為常見礦物。這5種礦物的平均含量之和達到了94.5 %，完全可以代表整體礦物的分布趨勢。綜合重礦物含量分布以及聚類結果，將研究區分為4個礦物組合區（圖4）：Ⅰ區為弗拉姆淺灘礦物區；Ⅱ區為普里茲水道礦物區；Ⅲ區為四女士淺灘礦物區；Ⅳ區為深水陸坡礦物區。表2為各分區主要礦物參數含量統計。

Ⅰ區：弗拉姆淺灘礦物區，樣品數5。本區重礦物含量為研究區最高，平均達到11.6 %，優勢礦物為石榴子石、磁鐵礦。特征礦物為石榴子石，含量為81.1 %，高于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區1倍以上。而普通角閃石含量為遠低于全區平均水平。

Ⅱ區：普里茲水道礦物區，樣品數6。重礦物含量略低于全區平均含量，變化范圍大，優勢礦物為普通角閃石、石榴子石和磁鐵礦，其中磁鐵礦平均含量為4個區中最高，樣品聚類表明其與Ⅲ區礦物組成較為相似。

Ⅲ區：四女士淺灘礦物區，樣品數15，站位分布較為密集。優勢礦物為石榴子石、普通角閃石、磁鐵礦和紫蘇輝石。特征礦物為紫蘇輝石，平均含量達到11.4 %，變化范圍相對較大，個別站位高達63.7 %。

Ⅳ區：深水陸坡礦物區，樣品數7。優勢礦物為普通角閃石、石榴子石和磁鐵礦。該區普通角閃石在重礦物中含量較大，高于其他3個區1倍左右；而石榴子石含量不到其他3個區的1/2。

圖4　普里茲灣礦物分區示意圖Fig.4 Mineral provinces of the Prydz Bay

表2　普里茲灣表層沉積物4個礦物組合區重礦物含量表（n為樣品數目）Tab.2 Heavy mineral contents of mineral assemblage provinces in the Prydz Bay（n is the number of samples）

4.3石榴子石化學組成

石榴子石雖然常見于火成巖，但大量存在于變質巖中，是特征變質礦物之一。在不同種類的含石榴子石變質巖中，其組成也存在很大差異［33—35］。因此，石榴子石在確定沉積物源區中具有較明確的指示作用。石榴子石有6個端元組分，綜合考慮石榴子石各個元素所占百分含量后，本文將鐵鋁榴石（Almandite）+錳鋁榴石（Spessartite）、鎂鋁榴石（Pyrope）、和鈣鋁榴石（Grossularite）作為三角圖的端元組分。在鐵鋁榴石+錳鋁榴石—錳鋁榴石—鈣鋁榴石三角圖中（圖5），可以看出，6個樣品的碎屑石榴子石組分變化不大，表明它們的物質來源比較單一。前人將碎屑石榴子石組成按照其不同來源劃分為3種類型，其中A型石榴子石含有較高的Fe、M g和較低的Ca、M n，這種石榴子石常出現在高級麻粒巖相副變質巖和紫蘇花崗巖，但是紫蘇花崗巖是石榴子石含量相對較少的巖石，因此普里茲灣碎屑礦物中的石榴子石大多屬來源于高級麻粒巖相副變質巖的A型石榴子石。

由石榴子石組成三角圖（圖5）可發現，普里茲灣海域的碎屑石榴子石有一個顯著特點，鈣鋁榴石比例較小，鎂鋁榴石約占1/4，而鐵鋁榴石+錳鋁榴石所占比例較大，平均百分含量在70 %左右（其中錳鋁榴石含量較少，僅2 %左右）。鈣鋁榴石一般于接觸變質條件下生成，錳鋁榴石一般在壓力稍高的低級區域變質條件下生成，鐵鋁榴石在壓力更高的中級區域變質條件下生成，而鎂鋁榴石只能在壓力極高的條件下生成。鐵鋁榴石主要產于片麻巖、麻粒巖中，由此推斷，普里茲灣海域的石榴子石主要來源于古老變質巖中。另外，在P6-13站位中有個別顆粒鎂鋁榴石含量超過70 %，指示該區域在形成過程中受到極高的壓力，有可能來源于深部榴輝巖、金伯利巖。

圖5　普里茲灣6個站位沉積物中碎屑石榴子石組成三角圖Fig.5 Garnet compositions of 6 stations in the Prydz Bay

5　討論

5.1沉積碎屑來源

埃默里冰架東緣的基巖出露區域的巖性包括高級變質巖石和大量侵入于其中的紫蘇花崗巖和花崗巖體，變質巖以含斜方輝石的正片麻巖和鎂鐵質麻粒巖為主，同時夾有少量副片麻巖和鈣硅酸鹽巖［31］。埃默里冰架以西北查爾斯王子山格林維爾期雷納雜巖巖體主要由高級鎂鐵質—長英質片麻巖和副片麻巖組成，并含有大量花崗巖，包括部分紫蘇花崗巖［30—32］（圖7）。

上述4個礦物分區的礦物特征及其分布，表明普里茲灣沿岸麥克羅伯森地、拉斯曼丘陵—西福爾丘陵地區與離岸較遠的格羅夫山是該礦物組合區主要物源區。普里茲灣的基底主要為太古宙及元古宙的變質巖［30—31］。Ⅰ區礦物組合石榴子石含量最高，角閃石和磁鐵礦含量較高，礦物成熟度較高，為接受沉積較為穩定的區域。通過近岸地區的鉛同位素測定結果指出：該區是南極最古老的變質巖區，年齡約（4 000 ±200）M a［36—38］。碎屑沉積物的主要物質來源麥克羅伯森地，該地區是由原始火成巖經變形和變質發育成石榴子石片麻巖，且變余糜棱巖帶（石榴子石—磁鐵礦—輝石—斜長或石英片巖）通常含有較多的石榴子石和磁鐵礦［32，39—41］，這些變質巖的碎屑物質通過冰川運動、浮冰輸送和海流搬運入海，從而在海底表層碎屑沉積物中形成了石榴子石—角閃石—磁鐵礦的礦物組合類型。該區水動力強，重礦物含量為4個區域中最高。Ⅱ區所處位置與普里茲水道大體吻合，海底深度比東西兩側的四女士淺灘和弗拉姆淺灘地區大，重礦物含量為4個區域中最低，沉積速率低。但該區受普里茲水道影響海流作用力較強，優勢礦物石榴子石、角閃石、磁鐵礦與特征紫蘇輝石、赤鐵礦等礦物混合較好，無明顯差異性，屬于混合物源區。Ⅲ區紫蘇輝石含量與周圍站位相比高出一定水平，而且一些礦物含量出現自拉斯曼丘陵—西福爾丘陵沿岸地區向深海方向降低的趨勢，表明其具有近源性。該區石榴子石含量比Ⅰ區明顯減少，而角閃石有所增加，礦物成熟度相對較低。同時該區紫蘇輝石含量明顯高于其他3個區，可能是由于該區沿岸拉斯曼丘陵-西福爾丘陵地區有大量的泛非期紫蘇花崗巖體出露［42—43］，為Ⅲ區帶來大量的紫蘇輝石，個別站位（N08-3）紫蘇輝石含量高達63.7 %。Ⅳ區普通角閃石含量占一半以上，石榴子石含量與其他3個區相比明顯降低，礦物成熟度相對較低。冰筏運動在沿岸地區盛行，代表大陸沉積環境，而該區離岸較遠，水深較大，因而接受海冰攜帶的沉積物碎屑量較少。

錳鋁榴石一般在矽卡巖和低級區域變質巖中常見，在結晶花崗巖和細晶巖中也可發現，經對石榴子石化學組成分析可知該區碎屑石榴子石中錳鋁榴石含量較低［44］，由此可見普里茲灣沿岸地區的低級變質巖和花崗巖分布有限。鐵鋁榴石是石榴子石片巖和片麻巖中的常見礦物，在一些鈣堿性花崗巖和流紋巖中也可見。一般來說，從綠簾角閃巖相到麻粒巖相的變質巖中，鐵—鎂鋁榴石含量大量增加，紫蘇花崗巖和麻粒巖中也含有部分鈣鋁榴石［45］。由此我們可以推斷：普里茲灣碎屑礦物中高鎂鐵—低鈣的碎屑石榴子石最初源巖是高級變質沉積巖和基底的紫蘇花崗巖。這一推斷與普里茲灣沿岸及相鄰區域的基底吻合。

圖7　普里茲灣沿岸及相鄰區域地質簡圖（據文獻［46］修改）Fig.7 Geological sketch map of the Prydz Bay coast and adjoining areas（modified from reference［46］）

5.2搬運沉積體系

5.2.1冰川作用

南極大陸冰蓋大規模的冰川運動，導致了冰川底部對南極大陸基巖有強烈的刨蝕作用，形成大量冰磧物，并隨冰川蠕動向冰蓋邊緣運動，這些由冰磧物組成的碎屑沉積物最后堆積在冰川前緣或凍結在冰筏中進入南極海區。普里茲灣海底表層沉積物屬于殘積冰磧物類型，大多為含礫粉砂和黏土質粉砂。碎屑物質多來自普里茲灣沿岸地區，小部分來自距離較遠的格羅夫山地區，它們主要受蘭伯特冰川作用影響，可能以冰筏漂流的方式搬運，在極少數情況下出現的深層流匯集，也會使細粒碎屑物質沉積。由于研究區位于埃默里冰架外緣地區，豐富的陸源物質通過冰川作用被帶入普里茲灣，而近岸的冰筏運動對礦物的分選作用較差，以致重礦物在此混雜堆積。同時，67°S以北相對遠離大陸的深海水區，沉積物粒度變細以黏土質粉砂為主，屬于混合副冰磧物。其沉積物組成特征往往受麥克羅伯森地和拉斯曼丘陵—西福爾丘陵地區兩個物源區的共同影響，在兩個物源的交匯處往往形成混合型礦物組合區。冰筏是外海砂石輸送最重要機制，而大量的淤泥和黏土細粒沉積物主要由永久性或暫時性的底部環流搬運。該區沉積物樣品受風化磨蝕作用極弱，卻在大塊碎屑物中出現破碎、磨損的跡象，表明可能是由冰筏作用攜帶礫石搬運到相應位置，而細粒泥質、黏土成分則可能是由海流作用搬運。

5.2.2海流系統

前人研究結果［47］表明，普里茲灣附近海域的主要水團包括，即南極表層水（A AS W）、普里茲灣陸架水（S W）、繞極深層水（CD W）和南極底層水（A A B W）。CD W主要形成于64°S以北海域，對研究區表層沉積物影響較小。普里茲灣海域海流系統整體上呈現自東向西方向運動，但是在普里茲灣內的上層和中層海水中還存在逆時針和順時針方向的渦旋，普里茲灣東側沿岸的西向流在西福爾丘陵沿岸海域形成逆時針渦旋［23—24］，因此大量的紫蘇輝石和赤鐵礦并未被向西攜帶，而是沉積在西福爾丘陵沿岸海域。此外在普里茲灣內有一個明顯的氣旋渦，中心在67.5°S，73°E附近（圖8），通過該氣旋渦和陸架水將陸源物質中細粒泥質、黏土成分攜帶到深海水區，而粒度較粗的物質則沉積在近岸淺水區中。強烈的底部環流對物質分配有顯著作用，底層水自東向西將大量碎屑重礦物帶入普里茲灣西部弗拉姆淺灘礦物區并此沉積，可能是Ⅰ區重礦物含量高的主要原因。灣內兩側水深較淺，均小于500 m，沉積物近岸混雜沉積，形成弗拉姆淺灘區和四女士淺灘區。兩個淺灘中間為普里茲水道，水深500～1 000 m，通過普里茲水道向北輸送的陸架水與南極表層水、繞極深層水和變形繞極深層水混合，形成南極底層水［48］，水團交換加強，因此此處沉積物混合相對較好；受普里茲水道近岸流影響67°S以北的陸架外緣深水區礦物以角閃石為主，石榴子石、紫蘇輝石等礦物含量呈遞減趨勢。

圖8　普里茲灣及鄰近海域海流圖（據參考文獻［49］修改）Fig.8 Current figure of the Prydz Bay and adjoining areas （modified from reference［49］）

6　結論

研究海區共鑒定出碎屑重礦物17種，石榴子石、普通角閃石和磁鐵礦為優勢礦物，紫蘇輝石和赤鐵礦為特征礦物。依據表層沉積物碎屑礦物組合及分布特征，將研究區劃分為4個礦物區：Ⅰ區為石榴子石含量占絕對優勢、重礦物含量較高的弗拉姆淺灘礦物區；Ⅱ區為石榴子石、普通角閃石含量較高，磁鐵礦為特征礦物的普里茲水道礦物區；Ⅲ區為紫蘇輝石含量較突出的四女士淺灘礦物區；Ⅳ區為普通角閃石含量明顯突出，石榴子石顯著減少的深水陸坡礦物區。

研究海區石榴子石含有較高的Fe、M g和較低的Ca、M n，屬主要來源于高級麻粒巖相副變質巖的A型石榴子石。由此可以推斷普里茲灣沿岸麥克羅伯森地、拉斯曼丘陵—西福爾丘陵地區與離岸較遠的格羅夫山是研究區的主要物源區。物質來源、冰川作用和海流系統的共同影響是形成普里茲灣碎屑礦物分布特征的主要原因。

參考文獻：

［1］Ehrmann W，Kerstin P.The heavy mineral record in the Pliocene to Quaternary sediments of CIR OS-2 drill core，Mc M urdo Sound，Antarctica［J］.Sedimentary Geology，1999，128（3/4）：223-244.

［2］Preston J，Adrian H，M aria M R，et al.The Provenance of Triassic Continental Sandstones from the Beryl Field，Northern North Sea：Mineralogical，Geochemical，and Sedimentological Constraints［J］.Journal of Sedimentary Research，2002，72（1）：18-29.

［3］Diek mann B，Gerhard K.Provenance and dispersal of glacialmarine surface sedimentsin the W eddell Sea and adjoining areas，Antarctica：ice-rafting versus current transport［J］.M arine Geology，1999，158（1/4）：209-231.

［4］Luepke G.Opaque minerals as aidsin distinguishing between source and sorting effects on beach-sand mineralogyin southwestern Oregon［J］.Journal of Sedimentary Research，1980，50（2）：489-495.

［5］劉健，趙越，劉曉春，等.來自東南極埃西福爾丘陵附近冰磧物中沉積巖礫石的碎屑鋯石L A-ICP-M S U-Pb年齡及其意義［J］.地質學報，2011，85（10）：1585-1612.Liu Jian，Zhao Yue，Liu Xiaochun，et al.L A-ICP-M S U-Pb age and its significance of detrital zircon come from gravel of sedimentary rock in moraine nearby Vestfold Hills，East Antarctica［J］.Acta Geologica Sinica，2011，85（10）：1585-1612.

［6］韓宗珠，且鐘禹，盛興土，等.南極中山站石榴石變粒巖的巖石學礦物學及其變質作用研究［J］.海洋科學，1992，16（3）：49-53.Han Zongzhu，Qie Zhongyu，Sheng Xingtu，et al.The petrology，mineralogy and metamorphism of garnet granulite from the Zhongshan Station，Antarctic［J］.M arine Sciences，1992，16（3）：49-53.

［7］王文正.南極中山站榴閃巖的變質作用［J］.海洋湖沼通報，1992，14（4）：6-11.W ang W enzheng.M etamorphism of garnet amphibolite from the Zhongshan Station in the Antarctic［J］.Transactions of Oceanology and Limnology，1992，14（4）：6-11.

［8］韓宗珠，楊作升，武心堯，等.南極中山站和企鵝島變質巖類造巖礦物的礦物化學及其變質作用［J］.海洋湖沼通報，1992，14（2）：9-16.Han Zongzhu，Yang Zuosheng，W u Xinyao，et al.Mineralchemistry and metamorphism of metamorphic rocks from the Zhongshan Station and Penguin Island，Antarctic［J］.Transactions of Oceanology and Limnology，1992，14（2）：9-16.

［9］朱鳳冠.南極普里茲灣沉及鄰近海域沉積物中高嶺石礦物的來源［J］.海洋地質與第四紀地質，1987，7（3）：33-42.Zhu Fengguan.Origin of Kaolinite from sedimentsin Prydz Bay and adjacent sea areain the Antarctic［J］.M arine Geology & Quaternary Geology，1987，7（3）：33-42.

［10］Veevers J J，Saeed A，Pearson N，et al.Zircons and clay from morainal Permian siltstone at Mt Rymill（73°S，66°E），Prince Charles M ountains，Antarctica，reflect the ancestral Gamburtsev Subglacial M ountains-Vostok Subglacial Highlands complex［J］.Gondwana Research，2008，14（3）：343-354.

［11］Junttila J，Ruikka M，Strand K.Clay-mineral assemblagesin high-resolution Plio-Pleistoceneinterval at O DP Site 1165，Prydz Bay，Antarctica［J］.Global and Planetary Change，2005，45（1/3）：151-163.

［12］Veevers J J，Saeed A，O'Brien P E.Provenance of the Gamburtsev Subglacial M ountains from U-Pb and Hf analysis of detrial zircons in Cretaceous to Quaternary sediments in Prydz Bay and beneath the A mery Ice Shelf［J］.Sedimentary Geology，2008，211（1/2）：12-32.

［13］藍木盛，于培松，韓正兵，等.南極普里茲灣表層沉積物的元素組合特征及物源分析［J］.極地研究，2015，27（1）：9-16.Lan M usheng，Yu Peisong，Han Zhengbing，et al.Statistical evaluation of the elemental composition and source analysis of surface sediments in Prydz Bay，Antarctica［J］.Chinese Journal of Polar Research，2015，27（1）：9-16.

［14］王志廣，陳發榮，鄭立，等.普里茲灣沉積物中稀土元素的測定及其配分模式分析［J］.光譜學與光譜分析，2012，32（7）：1950-1954.W ang Zhiguang，Chen Farong，Zheng Li，et al.Determination and distribution patterns analysis of rare earth elements in sediments of Prydz Bay ［J］.Spectroscopy and Spectral Analysis，2012，32（7）：1950-1954.

［15］沈忱，扈傳昱，孫維萍，等.南大洋普里茲灣沉積物中鍺的含量與分布［J］.極地研究，2013，25（2）：105-112.Shen Chen，H u Chuanyu，Sun W eiping，et al.Spatial distribution of Gein the sediments of Prydz Bay，Southern Ocean［J］.Chinese Journal of Polar Research，2013，25（2）：105-112.

［16］孫維萍，扈傳昱，薛斌，等.南極普里茲灣表層海水中銅、鎘、鋅的分布［J］.極地研究，2009，21（1）：25-32.Sun W eiping，H u Chuanyu，Xue Bin，et al.Distribution of copper，cadmiu m and zincin the surface water of Prydz Bay［J］.Chinese Journal of Polar Research，2009，21（1）：25-32.

［17］洪阿實，李平，彭子成，等.太平洋和普里茲灣及鄰近海域表層海水的氧同位素組成［J］.海洋通報，1993，12（4）：49-54.H ong Ashi，Li Ping，Peng Zicheng，et al.Oxygen isotopic featuresin surface layer of Pacific，Southern Ocean and Prydz Bay，Antarctic［J］.M arine Science Bulletin，1993，12（4）：49-54.

［18］尹希杰，李云海，喬磊，等.南極普里茲灣海域夏季表層水體顆粒有機碳及其同位素分布特征［J］.極地研究，2014，26（1）：159-166.Yin Xijie，Li Yunhai，Qiao Lei，et al.Distribution of Particulate Organic Carbon（P O C）and δ13CP O Cin surface watersin su m merin Prydz Bay，Antarctica［J］.Chinese Journal of Polar Research，2014，26（1）：159-166.

［19］陳倩娜，任春燕，李琦，等.南極普里茲灣及其鄰近海域表層水鐳同位素的分布及應用［J］.海洋與湖沼，2015，46（1）：77-87.Chen Qianna，Ren Chunyan，Li Qi，et al.Surface distribution of radiu m isotopesin the Prydz and its adjacent sea areas［J］.Oceanologia et Limnologia Sinica，2015，46（1）：77-87.

［20］尹明端，曾文義，吳世炎，等.南極普里茲灣海域鈾系同位素的分布［J］.極地研究，2004，16（1）：11-21.Yin Mingduan，Zeng W enyi，W u Shiyan，et al.Distribution of Uraniu m-Series isotopes in the Prydz Bay，Antarctica［J］.Chinese Journal of Polar Research，2004，16（1）：11-21.

［21］Verleyen E，H odgson D A，Milne G A，et al.Relative sea-level history from the Lambert Glacier region，East Antarctica，andits relation to deglaciation and H olocene glacier readvance［J］.Quaternary Research，2005，63（1）：45-52.

［22］扈傳昱，姚梅，于培松，等.南大洋普里茲灣沉積物中生物硅含量與分布［J］.海洋學報，2007，29（5）：48-54.H u Chuanyu，Yao M ei，Yu Peisong，et al.Biogenic silica in surficial sediments of Prydz Bay of the Southern Ocean［J］.Haiyang Xuebao，2007，29 （5）：48-54.

［23］蒲書箴，胡筱敏，董兆乾，等.普里茲灣附近繞極深層水和底層水及其運動特征［J］.海洋學報，2002，24（3）：1-8.Pu Shuzhen，H u Xiaomin，Dong Zhaoqian，et al.Features of Circu mpolar Deep W ater，Antarctic Bottom W ater and their movement near the Prydz Bay［J］.Haiyang Xuebao，2002，24（3）：1-8.

［24］陳紅霞，林麗娜，史久新.南極普里茲灣及其鄰近海域水團研究［J］.海洋學報，2014，36（7）：1-8.Chen H ongxia，Lin Lina，Shi Jiuxin.Study on water masses in Prydz Bay and its adjacent sea area［J］.Haiyang Xuebao，2014，36（7）：1-8.

［25］高郭平，董兆乾，伺茂崇.南極普里茲灣附近73°E斷面水文結構及多年變化［J］.青島海洋大學學報，2003，33（4）：493-502.Gao Guoping，Dong Zhaoqian，Shi M aochong.Variation of hydrographicfeatures along 73°E section near Prydz Bay［J］.Journal of Ocean U niversity of Qingdao，2003，33（4）：493-502.

［26］Yabuki T，Suga T，Hanawa K，et al.Possible source ofthe Antarctic bottom waterin the Prydz Bay region［J］.Journal of Pceanography，2006，62 （5）：649-655.

［27］高郭平，董兆乾，伺茂崇，等.南極普里茲灣關鍵物理海洋學問題研究進展及未來趨勢［J］.上海海洋大學學報，2013，22（2）：313-320.Gao Guoping，Dong Zhaoqian，Shi M aochong，et al.Advances of physical oceanographic study on Prydz Bay and adjacent region，Antarctica［J］.Journal of Shanghai Ocean U niversity，2013，22（2）：313-320.

［28］蒲書箴，董兆乾，胡筱敏，等.普里茲灣海域的夏季上層水及其向北運動［J］.極地研究，2000，12（3）：157-168.Pu Shuzhen，Dong Zhaoqian，H u Xiaomin，et al.W ater masses and their northward extension in the upper ocean of Prydz Bay，Antarctica［J］.Chinese Journal of Polar Research，2000，12（3）：157-168.

［29］蒲書箴，董兆乾，胡筱敏，等.普里茲灣陸緣水邊界的變化［J］.海洋通報，2000，19（6）：1-9.Pu Shuzhen，Dong Zhaoqian，H u Xiaomin，et al.Variability of continental water boundary near Prydz Bay［J］.M arine Science Bulletin，2000，19 （6）：1-9.

［30］Boger S D，Carson C J L，Fanning C M，et al.Pan-African intraplate deformation in the northern Prince Charles M ountains，East Antarctica［J］.Earth and Planetary Science Letters，2002，195（3/4）：195-210.

［31］Boger S D，Carson C J，Wilson C J L，et al.Neoproterozoic deformation in the Radok Lake region of the northern Prince Charles M ountains，East Antarctica；evidence for a single protracted orogenic event［J］.Precambrian Research，2000，174（1/2）：1-24.

［32］Dirks P H G M，Wilson C J L.Crustal evolution ofthe East Antarctic mobile beltin Prydz Bay：continentalcollision at 500 M a？［J］.Precambrian Research，1995，75（3/4）：189-207.

［33］Andrew M，Claire H，Bruce C.Garnet compositions in Scottish and Norwegian basement terrains：a framework for interpretation of North Sea sandstone provenance［J］.M arine and Petroleu m Geology，2004，21（3）：393-410.

［34］Harley S L，Kelly N M.Theimpact of zircon-garnet R EE distribution data on theinterpretation of zircon U-Pb agesin complex high-grade terrains：An example from the Rauer Islands，East Antarctica［J］.Chemical Geology，2007，241（1/2）：62-87.

［35］H okada T，H orie K，Adachi T，et al.U nraveling the metamorphic history at the crossing of Neoproterozoic orogens，Sφr Rondane M ountains，East Antarctica：Constraints from U-Th-Pb geochronology，petrography，and R EE geochemistry［J］.Precambrian Research，2013，234：183-209.

［36］Liu Xiaochun，Zhao Yue，Song Biao，et al.S H RIM P U-Pb zircon geochronology of high-grade rocks and charnockitesfrom the eastern A mery Ice Shelf and southwestern Prydz Bay，East Antarctica：Constrains on Late M esoproterozoic to Cambrian tectonothermal events related to supercontinent assembly［J］.Gondwana Research，2009，16（2）：342-361.

［37］Phillips G，Wilson C J L，CampbellI H，et al.U-Th-Pb detritalzircon geochronology from the southern Prince Charles M ountains，East Antarctica-Defining the Archaean to Neoproterozoic Ruker Province［J］.Precambrian Research，2006，148（3/4）：292-306.

［38］Pierce E I，Hem ming S R，Williams T，et al.A comparison of detrital U-Pb zircon，40Ar/39Ar hornblende，40Ar/39Ar biotite agesin marine sediments off East Antarctica：Implications for the geology of subglacialterrains and provenance studies［J］.Earth-Science Reviews，2014，138：156-178.

［39］李淼，劉曉春，趙越.東南極新元古代晚期-早古生代（泛非期）花崗巖類研究綜述［J］.極地研究，2010，22（4）：348-374.Li Miao，Liu Xiaochun，Zhao Yue.A review of research on Late Neoproterozoic-Early Paleozoic（Pan-African）granitoids from East Antarctica ［J］.Chinese Journal of Polar Research，2010，22（4）：348-374.

［40］李淼，劉曉春，趙越.東南極普里茲灣地區花崗巖類的鋯石U-Pb年齡、地球化學特征及其構造意義［J］.巖石學報，2007，23（5）：1055-1066.Li Miao，Liu Xiaochun，Zhao Yue.Zircon U-Pb ages geochemistry of granitoids from Prydz Bay，East Antarctica，and their tectonic significance ［J］.Acta Petrologica Sinica，2007，23（5）：1055-1066.

［41］仝來喜，劉小漢，王彥斌，等.東南極拉斯曼丘陵泥質麻粒巖的變質作用演化［J］.地質學報，2012，86（8）：1274-1290.Tong Laixi，Liu Xiaohan，W ang Yanbin，et al.M etamorphism evolution of pelitic granulites from the Larsemann Hills，East Antarctica［J］.Acta Geologica Sinica，2012，86（8）：1274-1290.

［42］周信，仝來喜，劉小漢，等.東南極拉斯曼丘陵鎂鐵質麻粒巖的變質作用演化［J］.巖石學報，2014，30（6）：1731-1747.Zhou Xin，Tong Laixi，Liu Xiaohan，et al.M etamorphism evolution of mafic granulite from the Larsemann Hills，East Antarctica［J］.Acta Petrologica Sinica，2014，30（6）：1731-1747.

［43］Mikhalsky E V，Sheraton J W，Hahne K.Charnockite composition in relation to the tectonic evolution of East Antarctica［J］.Gondwana Research，2006，9（4）：379-397.

［44］Miyashiro A.Pyalspite garnets in volcanic rocks［J］.Journal of Geological Society of Japan，1995，61（2）：643-647.

［45］Takeuchi T.Change in garnet chemistry show a progressive denution of the source areas for Permain-Jurassic sandstones，Southern Kitakami Terrane，Japan［J］.Sedimentary Geology，1994，93（1/2）：85-105.

［46］Mikhalsky E V，Sheraton J W，Tingey A A，et al.Geology ofthe Prince Charles M ountains，Antarctica［J］.A GSO-Geoscience Australia Bulletin，2001，247：1-209.

［47］Barker P F，Filippelli G M，Florindo F，et al.Onset and role of the Antarctic Circu mpolar Current［J］.Deep-Sea ResearchⅡ，2007，54（21/22）：2388-2398.

［48］劉合林，陳志華，葛淑蘭，等.晚第四紀普里茲灣沉北部陸坡巖心沉積學記錄及古海洋學意義［J］.海洋地質與第四紀地質，2015，35（3）：209-217.Liu Helin，Chen Zhihua，Ge Shulan，et al.Lat quaternary sedimentary records and paleoceanographicimplicationsfrom the core on continentalslope off the Prydz Bay，East Antarctic［J］.M arine Geology & Quaternary Geology，2015，35（3）：209-217.

［49］譚賽章，于培松，扈傳昱，等.南極普里茲灣表層沉積物中生物鋇的含量與分布［J］.極地研究，2014，26（3）：300-305.Tan Saizhang，Yu Peisong，H u Chuanyu，et al.Biogenic bariu m in surface sediments of Prydz Bay，Antarctica［J］.Chinese Journal of Polar Research，2014，26（3）：300-305.

劉軼瑩，金秉福，陳志華，等.南極普里茲灣主要碎屑礦物特征及物源分析［J］.海洋學報，2016，38（5）：96-107，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2016.05.009

Liu Yiying，Jin Bingfu，Chen Zhihua，et al.Characteristics and provenance of main detrital minerals in the Prydz Bay，Antarctic［J］.Haiyang Xuebao，2016，38（5）：96-107，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2016.05.009

Characteristics and provenance of main detrital minerals in the Prydz Bay，Antarctic

Liu Yiying1，Jin Bingfu1，Chen Zhihua2，W ang Kunshan2
（1.Instituteof Coast，Ludong University，Yantai 264025，China；2.The First Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Qingdao 266061，China）

Abstract：The depositionalenviron ment and sedimentary provenance were studied in the Prydz Bay based on mineralogical analysis of 33 surface sediment samples.Seventeen types of heavy minerals were recognized in this study.Garnet，hornblende and magnetite are the dominant heavy minerals，hypersthene and hematite are the characteristic minerals.From the distribution ofthe mineral assemblages，four mineral provinces can beidentified.In Fram Bank mineral province（Province I），the garnetis treated as the main mineral and has the highest content of heavy mineral.In Prydz channel mineral province（Province II），the magnetite is treated as the diagnostic mineral，garnet and epidote take a dominant position of the minerals.In Four Ladies Bank province（ProvinceⅢ）has significant content of hypersthene.In deep slope mineral province（ProvinceⅣ），the main mineralis hornblende and the garnetis less than other provinces.The mineralogical characteristics of garnets from the study area shows that，the clastic garnet contains higher Fe，M g element and lower Ca，M n element，and mainly comes from senior granulite facies.Detrital mineral distribution characteristics is controlled by provenance，the current system and glacier activities such as a product of the combined action of multiple factors.

Key words：detrital minerals；garnet；sediments；Prydz Bay

*通信作者：金秉福，教授，主要從事海洋地質研究。E-mail：bfjin＠126.com

作者簡介：劉軼瑩（1990—），女，吉林省延吉市人，主要從事海洋地質研究。E-mail：liuyiying666＠126.com

基金項目：南北極環境綜合考察與評估專項（C HIN A R E2013-01-02）。

收稿日期：2015-06-10；

修訂日期：2015-09-29。

中圖分類號：P736.3；P728.2

文獻標志碼：A

文章編號：0253-4193（2016）05-0096-12