渤海東部晚更新世以來的沉積物地球化學特征

藍先洪 秦亞超 王中波 陳曉輝 密蓓蓓 黃 龍

(1.國土資源部海洋環境與油氣地質重點實驗室 青島海洋地質研究所 山東青島 266071；2.青島海洋國家實驗室海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室 山東青島 266071)

?

渤海東部晚更新世以來的沉積物地球化學特征

藍先洪 秦亞超 王中波 陳曉輝 密蓓蓓 黃 龍

(1.國土資源部海洋環境與油氣地質重點實驗室 青島海洋地質研究所 山東青島 266071；2.青島海洋國家實驗室海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室 山東青島 266071)

為探討渤海東部晚更新世以來的元素地球化學特征及控制因素，對渤海東部DLC70-1孔157個沉積物樣品進行了化學成分、粒度及測年分析。結果表明，晚更新世以來研究區沉積物的物質來源與沉積環境較為穩定；根據DLC70-1孔沉積物地球化學特征，鉆孔巖芯可劃分為6層，反映了末次間冰期(暖期)晚期以來渤海東部沉積物物源的變化以及海面波動。Al2O3、MgO、TFe2O3、MnO、TiO2、Cu、Zn、Pb、Cr和Rb等元素與細粒沉積物呈正相關，SiO2、Na2O與粗粒沉積物呈正相關，K2O、Sr和Ba分布與沉積物粒度無明顯正或負的相關性；R-型因子分析得出三種主要組合類型，以Mg、Sr和Ba為代表，分別對應陸源細粒物質輸入與黃河物質、海河物質和灤河物質的影響。運用Ba/Al2O3與Sr/Al2O3、MgO/Al2O3與K2O/Al2O3離散圖分析了DLC70-1孔的物質來源，結果表明沉積物主要來源于黃河，該孔中上部32.30～49.00 m和9.30～23.20 m沉積物受到了灤河和海河物質的影響。

渤海東部 地球化學 沉積物 晚更新世

渤海是一個半封閉的陸架邊緣海，僅通過渤海海峽與黃海相通，是中國4個海域中坡度最小的海區。渤海平均水深約18 m，最深水深84 m，位于渤海海峽北部的老鐵山水道[1]。在圍繞著渤海地區古環境和海平面變化等問題已開展了許多研究工作，對晚第四紀以來的古環境演化、地層結構和沉積環境等方面有了比較深入的認識[2-6]。

渤海Bc-1孔從距今163 000年以來，共發生了7次海侵，形成了7期海相地層和介于海相層間的陸相地層[2]；遼東灣北部自晚更新世中期以來曾發生過3次海侵[4]；依據渤海東部CD5孔巖性、生物以及年代學等地層分析，晚更新世晚期以來可劃分出2個陸相和2個海相層[5]；渤海東部高分辨率淺地層圖像資料反映的淺地層，自海底向下數十米可分A、B、C三層，A層為全新世海相沉積，大約形成于9 ka B.P.以來；B層為陸相至海陸過渡相沉積，大約形成于9～13 ka B.P.；C層為末次冰期盛期的陸相沉積，形成于13～22 ka B.P.[6]。Yaoetal.[7]對渤海BH08孔巖芯的古地磁和天文年代學研究表明，該孔古地磁研究顯示布容/松山界限位于孔深125.66 m，190.6 m為哈拉米洛亞時頂部，并依據生物分布特征劃分了9個濱海—淺海沉積環境和8個陸相地層。依據遼東灣東南部海域柱狀樣沉積物稀土元素數據，對稀土元素組成特征以及物質來源作了探討[8]。渤海泥質區柱狀沉積物的粒度與化學成分及14C測年數據表明，北部泥質沉積物自早全新世便已開始形成，在化學成分上北部泥質區與黃河物質有一定差異，說明受黃河物質影響較弱[9]。對渤海沉積物化學組成的研究，以往多數集中于表層沉積物[10-14]和柱狀樣沉積物[8-9,15]，柱狀樣沉積物化學組分研究局限為全新世[9]或因柱狀樣較短沒有年代框定[8,15]，而鉆孔主要研究晚更新世以來的沉積環境和演化[2-7]，對于晚更新世以來沉積物的地球化學及物源研究卻較少。本文以取自渤海東部DLC70-1巖芯沉積物為分析材料，結合粒度特征，探討了渤海東部晚更新世以來古環境演化的地球化學特征。

1 采樣與測試方法

1.1 樣品采集

青島海洋地質研究所于2009年9月在渤海東部海域進行了區域地質調查，其中開展了地質淺鉆取樣(鉆孔編號為DLC70-1，孔深70.20 m，水深27.5 m，圖1)，取芯率為67.0%～99.3%。樣品采集過程按照《1∶1 000 000海洋區域地質調查規范》[16]要求控制。共采集不同層位的DLC70-1孔巖芯樣品157個用于化學元素分析(大致按0.30～0.50 m的間隔，巖性分層時加密)。

各層巖性描述如下：

70.20～69.40 m，為黑色貝殼砂，富含貝殼碎片。

69.40～61.80 m 為淺灰黑色黏土，塊狀層理，夾薄層粉砂/細砂，向上變細；整體含碳量較高，顏色呈黑色，向上含水量減少。

61.80～56.90 m 為淺黃褐色—黃褐色中砂—細砂，夾薄層粉砂。

56.90～49.00 m，為灰褐色黏土/粉砂夾透鏡體狀砂質薄層，偶見明顯蟲孔遺跡(55.30～55.40 m)，51.30 m處有明顯不整合面，其上為灰色黏土，其下為高富炭黏土層。

49.00～32.30 m，下部(49.00～46.20 m)為青褐色中細砂，夾灰黑色黏土薄層，塊狀層理；中部(46.20～42.70 m)為灰色、灰褐色、深灰色黏土/粉砂夾透鏡體狀砂質薄層，平行層理，偶見貝殼碎片；上部(42.70～32.30 m)為灰黑色細砂/粉砂，塊狀層理，含水量稍高，偶現脈狀黏土薄層。

32.30～29.30 m 為灰色黏土與灰色粉砂/細砂互層，平行層理，壓扁層理，韻律性強。

29.30～23.20 m，為灰色黏土，質硬，含水量低，發育多點狀黑色富炭團塊。其中25.90～25.30 m為灰色黏土與灰黑色粉砂/細砂互層，平行層理，韻律分布。

23.20～18.30 m，為淺灰黑色、黃色中—細砂，含水量下部高上部低。

18.30～14.40 m，為青黃褐色黏土，含水量低，壓實，夾少許淺灰色脈狀粉砂/細砂薄層，互層，平行層理(17.10 m附近)。

14.40～9.30 m為淺黃褐色、淺灰黑色中細砂，含水量較高，塊狀層理。

9.30 m以上為灰色黏土薄層與灰黑色透粉砂/細砂互層，平行層理，5.85 m以上發育蟲穴充填體，生物擾動較強；5.40～5.85 m發育貝殼碎片富集層。

1.2 測試方法

化學分析由青島海洋地質研究所測試中心完成。試樣在110℃干燥5 h，置于干燥器中，冷卻至室溫。將試樣經氫氟酸、硝酸分解，低溫加熱稍冷后，加高氯酸分解，再用鹽酸溶解鹽類，制成溶液。采用熔片法X射線熒光光譜法(XRF)測定Al2O3、MgO、K2O、Na2O、TiO2、CaO、TFe2O3、MnO、SiO2、Cu、Zn、Pb、Sr、Ba等含量；采用等離子質譜法(ICP-MS)測定Cr、Rb等微量元素；CaCO3含量用等離子體發射光譜法(ICP-OES)測定；化學元素分析分別進行了若干樣品的重復分析與標樣分析，采用海洋沉積物標樣 GBW07315對測試結果進行標定，元素分析結果誤差均在5%以內，數據可靠。

DLC70-1孔巖芯按照20 cm間隔共取313個樣品進行了粒度分析，分析結果間隔為1/2 φ，待測樣品質量不低于50 g。稱取烘干樣品先后加入 6%的過氧化氫(H2O2)和鹽酸溶液除去有機質和碳酸鹽，在青島海洋地質研究所測試中心用英國產的Mastersizer 2000型激光粒度分析儀上進行測量。

對DLC70-1孔上部5個樣品做了14C測定，由青島海洋地質研究所測試中心年代實驗室完成，14C測定采用低本底的液體閃爍計數方法(以1950年作為計時零年，半衰期取5 730年)測試，樣品為深灰粉砂和砂質粉砂(表1)；另外還在美國伍伍茲霍爾海洋研究所AMC14C實驗室對3個樣品進行了AMS14C年代測試，測試材料為底棲有孔蟲，文中均為未校正年齡(表1)。采用光釋光(OSL)測年由青島海洋地質研究所測試中心年代實驗室對5個樣品(巖性為粉砂)作了年代測定(表1)。

圖1 渤海東部DLC70-1鉆孔位置(等深線資料據文獻[1])Fig.1 Location of Core DLC70-1 in the eastern Bohai Sea(from reference[1]，with depth contour data)

表1 DLC70-1孔年代數據

注：AMC14C年代由美國伍茲霍爾海洋研究所AMC14C實驗室完成；14C年代和OSL年代由青島海洋地質研究所測試中心年代實驗室完成。

2 結果

2.1 常量元素地球化學特征

常量元素構成了沉積物的主要化學成分，反映物質來源和沉積作用。據微體古生物①藍先洪，秦亞超，陳曉輝，等． 渤海東部晚第四紀沉積環境變化的稀土元素地球化學記錄． 海洋通報( 待刊) ．、測年資料(表1)等將DLC70-1孔自下而上劃分為6個部分: 55.30 m 以下(70.20～55.30 m)為晚更新世早期里斯—玉木間冰期濱?！獪\海沉積、55.30～49.00 m 為晚更新世早玉木冰期陸相沉積、49.00～32.30 m為晚更新世玉木冰期中亞間冰期濱海沉積、32.30～23.20 m為晚更新世晚期陸相沉積和晚更新世晚期末次冰期中間冰階(暖期)濱海沉積，23.20～9.30 m為晚玉木冰期陸相沉積、9.30 m以上為全新世冰后期濱?！獪\海沉積。

從圖2可以看出，DLC70-1孔常量元素垂向上分布不均勻，含量有較大變化，表明該孔沉積物中元素的分散程度較高。Al2O3、MgO、TiO2、MnO、TFe2O3與平均粒徑變化相似，說明它們含量受到粒度變化的控制，而K2O、CaO與平均粒徑變化不一致，說明粒度對他們含量影響較小。55.30 m以下元素皆變化劇烈，70.20～61.80 m常量元素含量波動較大，Al2O3、MgO、TiO2、MnO、TFe2O3含量相對較高，SiO2、K2O含量下部比上部略高；61.80～55.30 m以Al2O3、MgO、TiO2、CaO、MnO、TFe2O3含量較低和SiO2、Na2O含量較高為特征，底部Al2O3、MgO、TiO2、MnO、TFe2O3含量迅速下降，而SiO2則突然增高。55.30～49.00 m以富Al2O3、MgO、TiO2、CaO、MnO、TFe2O3和貧SiO2、Na2O為特征。前者含量從下到上逐漸升高，后者則相反，含量逐漸下降，反映出黃河物質影響明顯加強[9]。49.00～32.30 m以SiO2、Na2O元素含量處于相對高值和Al2O3、MgO、MnO、TiO2、K2O、TFe2O3含量處于相對低值為特征；上部常量元素含量相對較為穩定，波動較小，下部波動較大，中下部出現CaO和CaCO3含量巖芯中最高值和SiO2、Na2O含量出現較低值，上部則相反，反映出該段可能受到海河和灤河物質的影響[9]。32.30～23.20 m以Al2O3、MgO、MnO、TiO2、K2O、TFe2O3含量較高、SiO2、Na2O元素含量較低為特征。Al2O3、MgO、MnO、TiO2、K2O、TFe2O3等元素含量從下到上呈增高趨勢，而SiO2、Na2O元素含量則呈下降趨勢。反映出此時黃河物質的影響增強，而灤河物質影響減弱[9]。23.20～9.30 m元素含量波動較大，上部和下部以貧Al2O3、MgO、TiO2、CaO、MnO、TFe2O3和富Na2O、SiO2為特征，而中部則相反。K2O含量從下到上呈下降趨勢。底部除SiO2、Na2O含量突然增高外，其他元素含量均迅速下降，反映出此時沉積物受到灤河和海河物質的影響[9]。9.30 m以上全新世沉積，以MgO、Al2O3、K2O、Na2O、TiO2、MnO、TFe2O3含量較高、CaO、SiO2含量較低為特征。元素含量有較大波動，底部除SiO2含量突然下降外，其他元素含量均迅速增高。

2.2 微量元素地球化學特征

微量元素與常量元素相似，在漫長的地質作用過程中發生分異與富集，大量的地質作用信息被記錄下來。從圖3可看出，除Sr和Ba元素外其他微量元素含量均受到粒度變化的控制，而粒度對Sr和Ba含量影響較小。55.30 m以下除Sr元素外，其他微量元素均有較大變化，70.20～61.80 m除Ba、Sr含量從下到上呈下降趨勢外，其他元素含量趨勢不明顯，均有較大波動，含量處于較高水平；55.30～61.80 m Cu、Pb、Zn、Cr、Rb等元素含量較低，在底部含量迅速下降，Ba含量則較高，在底部含量迅速升高。55.30～49.00 m Cu、Pb、Zn、Cr、Rb等元素含量較高，在底部含量逐步增高，反映出黃河物質影響明顯增強[9]。49. 00～32.30 m其上部 Cu、Pb、Zn、Cr、Rb、Sr等元素含量較低，變化較小，下部元素含量波動較大；Sr含量在下部出現該層段的最高值，除Sr、Ba元素外，其他元素含量在底部均迅速下降，反映出此時可能有海河和灤河物質的影響[9]。32.30～23.20 m Cu、Pb、Zn、Cr、Rb等元素含量較高，從底部含量逐漸升高，到中部達到相對高值或最高值，然后在上部含量逐漸下降。Sr、Ba等元素含量波動較小。23.20～9.30 m Cu、Pb、Zn、Cr、Rb、Ba等元素含量在上部和下部均較為穩定，中部含量有一個三角形形狀升高又下降的過程，反映沉積物受到灤河和海河物質影響[9]。9.30 m以上微量元素含量波動較大，Cu、Pb、Rb、Zn、Cr、Ba等元素含量從下部向上逐漸增高，在中部到達較高值后在元素含量逐漸下降。

圖2 DLC70-1孔平均粒徑與常量元素垂向分布Fig.2 Depth profiles of mean grain-size and major elements of Core DLC70-1

圖3 渤海東部DLC70-1孔微量元素垂向分布Fig.3 Depth profiles of trace elements in Core DLC70-1 in the eastern Bohai Sea

3 討論

3.1 相關分析

以往研究表明，元素含量隨沉積物粒度變化而有規律地變化，遵從 “元素粒度控制律”[2,9,17]。DLC70-1孔相關分析表明，該孔大部分化學元素含量與沉積物類型、平均粒徑同樣有著較明顯的相關關系(表2)，其中SiO2、Na2O等元素含量隨沉積物粒度變細而減少，Al2O3、MgO、TiO2、MnO、TFe2O3、Cu、Pb、Zn、Cr、Rb等元素含量隨粒度變細而增加。僅K、Sr、Ba等個別元素與沉積物粒度無明顯正或負的相關性(圖4)。

3.2 物質來源分析

3.2.1 因子分析

R-型因子分析是確定元素組合的一種有效方法，可反映沉積物中元素的物質來源和元素分布的主要控制因素。采用SPSS軟件對DLC70-1孔沉積物中的常微量元素和粒度組成進行R-型因子分析。因子分析采用方差極大旋轉法，提取3個最重要的因子(表3)。

因子1方差貢獻占總方差貢獻的61.01%，其中Al、Mg、K、Ti、Mn、Fe、Cu、Pb、Zn、Cr、Rb和粉砂、黏土的組合為正載荷，Si、Na和砂為負載荷。根據該元素組合與Si呈明顯負相關關系，反映出石英的稀釋作用[17]。Al、Mg、Ti、Fe、Cr和Rb等主要賦存于沉積物顆粒較細的組分中(表2)，其含量變化呈強的正相關關系，相關系數全部大于0.80(表2)。與黏土、粉砂呈明顯正相關、與砂呈較強負相關的元素組合相吻合(表2)，這些組分主要賦存于沉積物顆粒較細的組分中，反映了陸源細粒物質輸入。此類相關性較高的元素大多富集在細顆粒沉積物中，與黃河沉積物元素組合更為接近[9]，代表了黃河源物質的影響[18]。

表2 渤海東部DLC70-1孔沉積物中元素及沉積物類型相關關系

注：使用PASS統計軟件分析；**代表雙側檢驗在0.01水平上顯著相關,*代表在0.05水平上顯著相關

圖4 DLC70-1孔沉積物平均粒徑(MZ)φ值與Sr、Ba、K2O與的相關圖Fig.4 Correlation between average grain diameter(MZ)φ value and Sr，Ba，K2O of Core DLC70-1

公因子因子1因子2因子3SiO2-0.83-0.52-0.12Al2O30.97-0.020.10CaO0.360.90-0.19MgO0.950.24-0.09K2O0.71-0.190.62Na2O-0.52-0.62-0.03TiO20.880.04-0.29MnO0.820.41-0.19TFe2O30.940.23-0.12CaCO30.350.90-0.21Cu0.890.260.01Pb0.920.200.13Zn0.970.100Cr0.940.13-0.19Rb0.950.070.17Sr-0.230.920.09Ba-0.19-0.090.92砂-0.83-0.230.15粉砂0.780.22-0.20黏土0.790.220.04方差貢獻/%61.0118.748.07累計方差/%61.0179.7587.82

因子2方差貢獻占總方差貢獻的18.74%，其中正載荷為 Ca和Sr組合，負載荷為Na和Si的組合。Ca、Sr呈明顯正相關(相關系數大于0.71，見表2)，Ca與黏土、粉砂呈中等正相關(相關系數為0.45～0.51，見表2)、與砂呈中等負相關(相關系數為-0.52，見表2)，而Sr與黏土、粉砂和砂的無相關性(表2)，說明Sr含量變化與沉積物類型關系不大(圖4)，反映出它們的地球化學行為略有不同；Na與Si呈較強正相關關系(相關系數為0.52，見表2)，與黏土、粉砂呈較強負相關，說明Na主要賦存于粗粒沉積物中。Sr和Ca組合代表了海河源物質的影響[9,18]。

因子3方差貢獻占總方差貢獻的8.07%，是控制該孔元素分布較重要的地質因素，包括Ba和K元素組合。Ba與K呈弱的正相關(相關系數為0.39，見表2)，相關分析中Ba和K與黏土、粉砂呈弱正相關、與砂呈弱負相關(表2)，反映出這該元素組合與沉積物類型關系不大(圖4)。Ba和K的元素組合反映了灤河物質的影響[9,18-19]。

3.2.2 散點圖

渤海東部沉積物的物源來源主要有黃河、灤河以及海河。黃河沉積物主要來自于黃土，入海泥沙多為細顆粒泥沙，94.2%的泥沙粒徑小于0.063 mm，絕大部分地球化學參數都繼承了黃土的特征，對渤海物質分布起到控制作用[2]。灤河年平均流量148 m3/s，年平均懸移質輸沙量2 670萬噸，年最大懸移質輸沙量8790萬噸；灤河攜帶入海的沉積物主要是中細砂，含泥質少[20]。灤河入海泥沙大多沉積在灤河口—曹妃甸一帶沿岸區域，與黃河相比灤河對前三角洲和鄰近的渤海淺海供應的沉積物不多[21-22]。海河多年平均入海徑流為60.2億米3，多年平均入海沙量為 426萬噸，主要沉積在渤海灣西部近岸區域，徑流輸入的泥沙顆粒很細，中值粒徑大部分為 5～20 μm[23-25]。

黃河、灤河和海河三條河流現代表層沉積物中，黃河沉積物含有較高的Mg、K、Al、Ca、Fe、Ti、Rb和Cr元素含量，灤河沉積物中則Na、Si和Ba元素含量較高，而海河沉積物以Mn、Sr和Cu元素含量高為特征[9]。黃河Al、Mg、K、Ca等元素和灤河Na、Ba、Sr等元素含量明顯不同于海河沉積物(表4)，而且K、Sr和Ba元素與沉積物粒度粗細無明顯相關性(圖4)。為了消除沉積物粒度變化對元素含量的影響，可以采用元素與鋁比值的元素指標來研究鉆孔沉積物受周邊可能的物源影響。依據黃河、灤河和海河沉積物中元素特征(表4)，本文采用Ba、Sr、MgO、K2O與Al2O3的比值用于區分黃河、灤河和海河流沉積物，黃河、灤河和海河樣品數據見表3。Ba/Al2O3與Sr/Al2O3離散圖顯示(圖5)，DLC70-1孔的樣品主要落于現代黃河樣品分布的區域，中上部32.30～49.00 m和9.30～23.20 m大部分樣品落于偏于現代灤河和海河樣品區域，表明該孔沉積物主要來源于黃河物質，而中上部有部分物質可能來源于灤河和海河。

元素MgO/Al2O3與K2O/Al2O3比值同樣可以清晰地區分黃河、灤河和海河物質對DLC70-1孔的影響。從圖6上清晰地顯示，DLC70-1孔樣品投點大部分較接近黃河樣品，中上部32.30～49.00 m和9.30～23.20 m大部分樣品靠近灤河和海河樣品區域分布，同樣表明鉆孔沉積物物源主要與黃河沉積物較為接近，有部分層段受到灤河和海河物質影響。

渤海沉積物中輕礦物白云母的分布反映出黃河的物質控制著渤海灣南部、萊州灣、向北可直達灤河口外，顯示其向西，向北和向東輸送特征[2,21]；礦物學和地球化學研究表明，渤海灣南部、萊州灣、渤海海峽南部以及從萊州灣向北到渤海中央的區域主要受黃河入海物質的控制[2]。黃海暖流由南黃海東南部流入北黃海，通過渤海海峽的北側進入渤海，在渤海中部呈南北向伸展[26]，在北黃海西部冷渦環流的驅動下，有部分黃河物質從山東半島北側近海向北黃海西部泥質區搬運，再沿黃海暖流的路徑向渤海東部輸送[27]。

渤海晚更新世以來的地層主要由海水進退形成[2,4]。圖5和圖6反映了DLC70-1孔沉積物來源主要為黃河物質，而在中上部其影響有所減弱。研究表明現代黃河至少在 1.165 Ma前就已經出現[28]，黃河東流入海的格局最遲在0.865 Ma前就已形成[29]。Liu等[30]認為，距今11 400 a之后海面有1 800 a時間上升遲緩，導致了北部黃河水下三角洲即“山東泥楔”的形成。這一時期黃河匯集了現今的遼河、灤河、海河和所有進入渤海的短源河流。除了距今9 600～8 500 a和1 128～1 855 a黃河匯集了淮河主干流和山東南部一些河流注入黃海外，其他時間都注入渤海西岸[31]。

渤海東部DLC70-1孔研究表明，49.00～32.30 m為晚更新世玉木冰期中亞間冰期濱海沉積，41.24 m處OSL年代為(53±5) ka B.P.和32.30 m處14C年代為(35 010±1 640)a B.P.，沉積物較粗，為青褐色中細砂、灰色砂質粉砂和灰黑色細砂；元素特征顯示SiO2、Na2O、Sr、Ba元素含量較高，而Al2O3、MgO、MnO、TiO2、TFe2O3、Cu、Pb、Zn、Cr、Rb含量則較低。這次海侵范圍不大，渤海灣西岸及下遼河地區的鉆孔均未發現，相當于渤海Bc-1孔中的渤海海侵[2]，遼東灣的水源海侵[4]。與黃河沉積物相比，灤河物質的顆粒粒徑較大，Na、Sr和Ba等元素含量較高(表3)，元素特征顯示該層位有灤河物質影響(圖6)。9.30～23.20 m 為晚玉木冰期陸相沉積，23.37～23.50 m處14C年代為(29 060±775)a B.P.，14.47 m～14.60 m處14C年代為(16 720±1 530) a B.P.。沉積物來源和物質供應量受海平面變化的重要影響[32]，到25 ka B.P.隨著海平面下降[2]，渤海陸架沉積物的來源發生了一定變化，由以黃河沉積物來源為主，轉變為有部分灤河和海河物質影響的沉積；元素特征顯示上部和下部富含SiO2、Na2O和貧Al2O3、MgO、CaO、TiO2、MnO、TFe2O3，而中部MnO、Cu、Zn、Ba含量明顯升高(圖2,3)，顯示沉積物受到海河和灤河物質影響(圖5，6)。

表4 黃河、海河和灤河現代表層沉積物部分元素平均值[9]

圖5 元素Ba/Al2O3與Sr/Al2O3離散圖Fig.5 Scatter diagram showing Ba/Al2O3 vs. Sr/ Al2O3 distribution

圖6 元素MgO/Al2O3與K2O/Al2O3離散圖Fig.6 Scatter diagram showing MgO/Al2O3 vs. K2O/Al2O3 distribution

4 結論

(1) 根據DLC70-1孔常微量元素變化特征，鉆孔巖芯可劃分為6層，反映了末次間冰期(暖期)晚期以來渤海東部沉積物物源的變化和海面波動。

(2) 相關性分析發現Al2O3、MgO、MnO、TFe2O3、Cu、Pb、Zn、Cr、Rb與TiO2具有較好的相關性，表明受陸源物質輸入和黃河來源的影響較大；Na2O、Sr、Ba與大多數元素為負相關，反映了灤河和海河來源；K2O、Sr、Ba與平均粒徑相關性不明顯，反映了它們含量不受粒度的控制。

(3) 運用因子分析，可將DLC70-1孔沉積物中化學成分分為以下幾類：其一以MgO為代表，與黏土組分關系密切，反映陸源細粒物質輸入和黃河物質影響；其二以Sr和Ca為代表，指示海河物質影響；其三以Na2O和Ba為代表，指示灤河物質影響。

(4) Ba/Al2O3與Sr/Al2O3、MgO/Al2O3與K2O/Al2O3離散圖分析表明，DLC70-1孔沉積物主要來源于黃河，32.30～49.00 m和9.30～23.20 m兩個層段沉積物明顯受到灤河和海河物質的影響。

References)

1 陳義蘭，吳永亭，劉曉瑜，等. 渤海海底地形特征[J]. 海洋科學進展，2013，31(1)：75-82. [Chen Yilan, Wu Yongting, Liu Xiaoyu, et al. Features of seafloor topography in the Bohai Sea[J]. Advances in Marine Science, 2013, 31(1): 75-82.]

2 中國科學院海洋研究所海洋地質研究室. 渤海地質[M]. 北京：科學出版社，1985：161-232. [Department of Marine Geology, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences. Geology of the Bohai Sea[M]. Beijing: Science Press, 1985: 161-232.]

3 莊振業，許衛東，劉東生，等. 渤海南部S3孔晚第四紀海相地層的劃分及環境演變[J]. 海洋地質與第四紀地質，1999，19(2)：27-35. [Zhuang Zhenye, Xu Weidong, Liu Dongsheng, et al. Division and environmental evolution of Late Quaternary marine beds of S3hole in the Bohai Sea[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 1999, 19(2): 27-35.]

4 吳建政，孫洪光，亓發慶，等. 遼東灣北部晚更新世中期以來的地層結構及環境演化[J]. 海洋科學進展，2005，23(4)：452-459. [Wu Jianzheng, Sun Hongguang, Qi Faqing, et al. Stratigraphic structure and environmental evolution in the northern Liaodong Bay since the middle stage of Late Pleistocene[J]. Advances in Marine Science, 2005, 23(4): 452-459.]

5 劉升發，莊振業，龍海燕. 渤海東部晚第四紀環境演變及潮流沙席沉積[J]. 海洋地質與第四紀地質，2008，28(1)：25-31. [Liu Shengfa, Zhuang Zhenye, Long Haiyan. Environmental evolution and tidal sand sheet sedimentation in Late Quaternary in the East Bohai Sea[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2008, 28(1): 25-31.]

6 夏東興，劉振夏，王揆洋，等. 渤海東部更新世末期以來的沉積環境[J]. 海洋學報，1995，17(2)：86-92. [Xia Dongxing, Liu Zhenxia, Wang Kuiyang, et al. Depositional environment in the eastern Bohai Sea since the Latest Pleistocene last glacial stage[J]. Acta Oceanologica Sinica, 1995, 17(2): 86-92.]

7 Yao Zhengquan, Shi Xuefa, Liu Qingsong, et al. Paleomagnetic and astronomical dating of sediment core BH08 from the Bohai Sea, China: implications for glacial-interglacial sedimentation[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2014, 393: 90-101.

8 張現榮，李軍，竇衍光，等. 遼東灣東南部海域柱狀沉積物稀土元素地球化學特征與物源識別[J]. 沉積學報，2014，32(4)：684-691. [Zhang Xianrong, Li Jun, Dou Yanguang, et al. REE Geochemical characteristics and provenance discrimination of core LDC30 in the southeastern part of Liaodong Bay[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2014, 32(4): 684-691.]

9 劉建國，李安春，陳木宏，等. 全新世渤海泥質沉積物地球化學特征[J]. 地球化學，2007，36(6)：559-568. [Liu Jianguo, Li Anchun, Chen Muhong, et al. Geochemical characteristics of sediments in the Bohai Sea mud area during Holocene[J]. Geochimica, 2007, 36(6): 559-568.]

10 呂成功，陳真. 渤海表層沉積物地球化學分析[J]. 青島海洋大學學報，1993，23(3)：91-98. [Lü Chenggong, Chen Zhen. Geochemical analysis of the surface sediments of the Bohai sea[J]. Journal of Ocean University of Qingdao, 1993, 23(3): 91-98.]

11 劉彬昌，盧中發，張守法. 渤海沉積物地球化學分區的模糊分析[J]. 海洋與湖沼，1992，23(5)：561-565. [Liu Binchang, Lu Zhongfa, Zhang Shoufa. Fuzzy analysis of geochemical divisions in sediments collected from the Bohai Sea[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 1992, 23(5): 561-565.]

12 李淑媛，苗豐民，趙全民，等. 遼東半島西南及渤海中部海域表層沉積物的地球化學[J]. 海洋地質與第四紀地質，2010，30(4)：123-130. [Li Shuyuan, Miao Fengmin, Zhao Quanmin, et al. Geochemistry of surface sediments off southwest Liaodong Peninsula and in Mid-Bohai Sea[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2010, 30(4): 123-130.]

13 藍先洪，李日輝，張志珣，等. 渤海東部與黃海北部表層沉積物的元素地球化學記錄[J]. 地球學報，2015，36(6)：718-728. [Lan Xianhong, Li Rihui, Zhang Zhixun, et al. Element geochemistry records of surface sediments in the east of the Bohai Sea and the Northern Yellow Sea[J]. Acta Geoscientica Sinica, 2015, 36(6): 718-728.]

14 Zhang Chaosheng, Wang Lijun, Li Guosheng, et al. Grain size effect on multi-element concentrations in sediments from the intertidal flats of Bohai Bay, China[J]. Applied Geochemistry, 2002, 17(1): 59-68.

15 周永芝，劉娟. 萊州灣、渤海灣及渤海中央盆地沉積物巖芯地球化學的初步研究[J]. 黃渤海海洋，1991，9(2)：54-59. [ Zhou Yongzhi, Liu Juan. A preliminary study on geochemistry of sediment cores from Laizhou Bay, Bohai Bay and the central Basin of Bohai Sea[J]. Journal of Oceanography of Huanghai & Bohai Seas, 1991, 9(2): 54-59.]

16 中華人民共和國國土資源部. DZ/T 0247-2009 1∶1 000 000海洋區域地質調查規范[S]. 北京：中國標準出版社，2009：1-48. [Ministry of Land and Resources of the People's Republic of China. DZ/T 0247-2009 Specifications for regional marine geological survey (scale: 1∶1 000 000)[S]. Beijing: Standards Press of China, 2009: 1-48.]

17 趙一陽，鄢明才. 中國淺海沉積物地球化學[M]. 北京：科學出版社，1994：1-203. [Zhao Yiyang, Yan Mingcai. Geochemistry of Sediments of the China Shelf Sea[M]. Beijing: Science Press, 1994: 1-203.]

18 張愛濱，劉明，廖永杰，等. 黃河沉積物向渤海灣擴散的沉積地球化學示蹤[J]. 海洋科學進展，2015，33(2)：246-256. [Zhang Aibin, Liu Ming, Liao Yongjie, et al. The sedimentary geochemical tracing of the Yellow River sediments diffusion in the Bohai Bay[J]. Advances in Marine Science, 2015, 33(2): 246-256.]

19 周福根. 灤河口區沉積物中元素的分布和環境的關系[J]. 海洋通報，1983，2(2)：60-70. [Zhou Fugen. The relations between element distribution in sediments and environments in Luanhe estuary[J]. Marine Science Bulletin, 1983, 2(2): 60-70.]

20 張義豐，李鳳新. 黃河、灤河三角洲的物質組成及其來源[J]. 海洋科學，1983，7(3)：15-18. [Zhang Yifeng, Li Fengxin. The characteristics of material component and its resources in Huanghe (Yellow) River, Luanhe River[J]. Marine Sciences, 1983, 7(3): 15-18.]

21 陳麗蓉，欒作峰，鄭鐵民，等. 渤海沉積物中的礦物組合及其分布特征的研究[J]. 海洋與湖沼，1980，11(1)：46-64. [Chen Lirong, Luan Zuofeng, Zheng Tiemin, et al. Mineral assemblages and their distribution patterns in the sediments of the gulf of Bohai Sea[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 1980, 11(1): 46-64.]

22 劉振夏. 現代灤河三角洲的影響因素和沉積物分區[J]. 黃渤海海洋，1989，7(4)：55-64. [Liu Zhenxia. The influential factors and zoning of the modern Luanhe River Delta[J]. Journal of Oceanography of Huanghai & Bohai Seas, 1989, 7(4): 55-64.]

23 邢煥政. 海河口岸線演變及泥沙來源分析[J]. 海河水利，2003(2)：28-30. [Xing Huanzheng. Haihe river estuarial coastline evolvement and sediment source analysis [J]. Haihe Water, 2003(2): 28-30.]

24 秦蘊珊，廖先貴. 渤海灣海底沉積作用的初步探討[J]. 海洋與湖沼，1962，4(3/4)：199-207. [Qin Yunshan, Liao Xiangui. A preliminary probe of sedimentation in Bohai Bay[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 1962, 4(3/4): 199-207.]

25 喬淑卿，石學法，王國慶，等. 渤海底質沉積物粒度特征及輸運趨勢探討[J]. 海洋學報，2010，32(4)：139-147. [Qiao Shuqing, Shi Xuefa, Wang Guoqing, et al. Discussion on grain-size characteristics of seafloor sediment and transport pattern in the Bohai Sea[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2010, 32(4): 139-147.]

26 李文勤. 黃、渤海表層沉積物中鈣質超微化石分布規律與黃海暖流流路[J]. 黃渤海海洋，1991，9(1)：7-11. [Li Wenqin. The distributive law of calcareous nannofossil in the surface sediments from the Huanghai Sea and the Bohai Sea and flow way of Warm Current in the Huanghai Sea[J]. Journal of Oceanography of Huanghai & Bohai Seas, 1991, 9(1): 7-11.]

27 秦亞超，李日輝，姜學鈞. 黃海中北部和渤海東部表層沉積物輕礦物特征及其指示意義[J]. 第四紀研究，2014，34(3)：611-622. [Qin Yachao, Li Rihui, Jiang Xuejun. Characteristics of light minerals in the surficial sediments and their implications in the north central Yellow and eastern Bohai Seas[J]. Quaternary Sciences, 2014, 34(3): 611-622.]

28 潘保田，王均平，高紅山，等. 河南扣馬黃河最高級階地古地磁年代及其對黃河貫通時代的指示[J]. 科學通報，2005，50(3)：255-261. [Pan Baotian, Wang Junping, Gao Hongshan, et al. Paleomagnetic dating of the topmost terrace in Kouma, Henan and its indication to the Yellow River’s running through Sanmen Gorges[J]. Chinese Science Bulletin, 2005, 50(3): 255-261.]

29 潘保田，王均平，高紅山，等. 從三門峽黃河階地的年代看黃河何時東流入海[J]. 自然科學進展，2005，15(6)：700-705. [Pan Baotian, Wang Junping, Gao Hongshan, et al. The age of the terrace of the Yellow River in Sanmenxia area and its indication to the time of the Yellow River running to the eastern China Sea[J]. Advance in Natural Science, 2005, 15(6): 700-705.]

30 Liu J P, Milliman J D, Gao S. The Shandong mud wedge and post-glacial sediment accumulation in the Yellow Sea[J]. Geo-Marine Letters, 2001, 21(4): 212-218.

31 薛春汀，周永青，朱雄華. 晚更新世末至公元前7世紀的黃河流向和黃河三角洲[J]. 海洋學報，2004，26(1)：48-61. [Xue Chunting, Zhou Yongqing, Zhu Xionghua. The Huanghe River course and delta from end of Late Pleistocene to the 7th century BC[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2004, 26(1): 48-61.]

32 藍先洪，張志珣，郭興偉，等. 東海陸架SFK-1孔微量元素地球化學特征與物源意義[J]. 現代地質，2013，27(6)：1323-1331. [Lan Xianhong, Zhang Zhixun, Guo Xingwei, et al. Geochemical characteristics of trace elements of sediments from drillhole SFK-1 in the continental shelf of the East China Sea and the source implication[J]. Geoscience, 2013, 27(6): 1323-1331.]

Geochemical Characteristics of Sediments in the Eastern Bohai Sea since Late Pleistocene

LAN XianHong1,2QIN YaChao1,2WANG ZhongBo1,2CHEN XiaoHui1,2MI BeiBei1,2HUANG Long1,2

(1. Key Laboratory of Marine Hydrocarbon Resource and Environmental Geology, Ministry of Land and Resources,Qingdao Institute of Marine Geology, Qingdao, Shandong 266071, China ;2. Laboratory for Marine Mineral Resources, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology,Qingdao, Shandong 266071, China)

157 sediment samples were collected from Core DLC70-1 in the eastern Bohai Sea．These samples were analyzed for major and trace elements, grain size parameters, C14dating and OSL dating with the purpose of studying the geochemical characteristics of elements and controlling factors in the eastern Bohai Sea since Late Pleistocene．The results show that sediment sources and depositional environments of the study area remained relatively stable since Late Pleistocene. According to the changing law of element contents, the sediments from Core DLC70-1 can be divided into six layers, reflecting the fluctuation of sea level and the change of sediment sources in Bohai Sea since the late of the last interglacial cycle (warm period).The Al2O3, MgO, TFe2O3, MnO, TiO2, Cu, Zn, Pb, Cr and Rb elements were positively correlated with the fine-grained sediments, and SiO2, Na2O was positively correlated with coarse-grained sediments. There was no significant positive or negative correlation between K2O, Sr and Ba distributions and grain size of sediment. Three groups representing respectively by Mg, Sr and Ba can be derived from R-model factor analysis, corresponding to the impact of the input of fine-grained terrigenous sediments and Yellow River sediment, Haihe River sediments, Luanhe River sediments. Combined with scatter diagram of Ba/Al2O3vs. Sr/Al2O3， MgO/ Al2O3vs. K2O/ Al2O3were drawn to reveal the source of sediments from Core DLC70-1. The results suggest that the material sources of the core mainly come from the Yellow River, but the sediments in the upper-middle parts of the core were apparently influenced by materials from the Luanhe River and Haihe River.

eastern Bohai Sea; geochemistry; sediment; Late Pleistocene

1000-0550(2016)05-0892-10

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.008

2015-11-27； 收修改稿日期： 2016-02-03

國家自然科學基金(41330964，41406077)；國土資源部海洋區域地質調查項目(GZH200800501，GZH201400205，GZH201400201,DD20160137)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.41330964, 41406077; Marine Geological Survey in Ministry of Land and Resources of China, No. GZH200800501, GZH201400205, GZH201400201,DD20160137]

藍先洪 男 1958年出生 研究員 海洋沉積地球化學 E-mail: lanxh@qingdaonews.com

P736.4 P595

A