南海晚更新世以來火山玻璃分布特征與物源分析

摘要： 南海東緣呂宋島弧和南緣巽他—爪哇島弧是重要的地震火山活動帶，其大量火山玻璃成為南海主要沉積物來源之一。本文利用南海大量的柱狀樣，鑒定并統計火山玻璃體積分數，結合14C測年和氧碳穩定同位素測定，分析其分布特征。結果表明：柱狀樣火山玻璃分布特征與表層沉積物樣品類似，最高體積分數出現南海東部，并呈現往外擴散的特征；南海柱狀樣火山玻璃來源以菲律賓群島為主，但晚更新世以來南海南緣的蘇門答臘—爪哇島弧火山-地震帶的影響比表層沉積大；南海東北部MIS1期火山玻璃體積分數比MIS2期高，可能表明呂宋島弧北部MIS1期火山活動有所增強；南海北部陸架和陸坡區基本不含火山玻璃，表明北部的華南大陸近期缺乏強烈的火山活動，對南海近表層沉積基本沒有影響。

關鍵詞：南海；火山玻璃；沉積作用；物源；火山-地震帶；14C測年；氧碳穩定同位素

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230335 "中圖分類號：P618.13 文獻標志碼：A

收稿日期： 2023-12-06

作者簡介： 李學杰（1964—），男，教授級高工，博士，主要從事海洋基礎地質調查與研究工作，E-mail： xuejieli@yeah.net

基金項目： 中國地質調查局項目（1212011220116，1212011220117，DD20160138，GZH201300502，D20190378）

Supported by the Project of China Geological Survey （1212011220116，1212011220117，DD20160138，GZH201300502，D20190378）

Distribution Characteristics of Volcanic Glass in South China Sea Since Late Pleistocene and Their Provenance

Li Xuejie， Tian Chengjing， Zhong Hexian， Zhang Jiangyong， Liao Zhiliang

Guangzhou Marine Geological Survey/Key Laboratory of Marine Mineral Resources， MNR，Guangzhou 511400， China

Abstract：The Luzon Arc in the eastern margin and Sunda-Java Arc in the southern margin of the South China Sea （SCS） are important volcano-seismic belts， with their volcanic glass serving as the main sediment source in SCS. Volcanic glass was identified in a large number of columnar cores to analyze its distribution characteristics， supplemented by 14C dating and oxygen-carbon stable isotope determination. The results show that the distribution characteristics of columnar volcanic glass are similar to those of surface sediment samples， peaking in the eastern SCS and spreading outward， indicating the primary source is still the Philippine Islands. However， the volcanic provenances from the Sumatra-Java Arc volcano-seismic belt since" Late Pleistocene exceed those from surface sediments. The volcanic glass content of MIS1 in the northeastern SCS is greater than in MIS2， suggesting enhanced volcanic activity of MIS1 in the northern Luzon Arc. The absence of volcanic glass in the northern shelf and slope area of the SCS indicates a lack of recent volcanic activity from the northern South China continent， exerting minimal influence on the near-surface sediments of SCS.

Key words： South China Sea; volcanic glass; sedimentation; provenance; volcano-seismic belts；14C dating；oxygen-carbon stable isotope

0 引言

20世紀80年代以來，已有不少學者陸續開展了對南海火山玻璃成分、含量與分布特征的研究[1-3]，探討了表層沉積物中火山物質來源與搬運過程、火山噴發的關系[4-7]。楊群慧等[8]對南海東部表層沉積物中火山玻璃進行研究，認為其主要來源于附近島嶼的火山噴發；陳忠等[9]研究認為菲律賓島弧火山帶、南海深海盆火山噴發以及印尼島弧火山帶是南海火山玻璃主要源區；李學杰等[10]近年對南海表層沉積物進行系統取樣，對火山玻璃進行鑒定并分析其分布特征，認為南海沉積物中火山玻璃主要分布在東部海域，與菲律賓群島的火山噴發有關。

有些利用柱狀樣和鉆孔樣品開展的研究認為，南海深海火山玻璃成分不同，可能來源不同[1-3， 11]。王汝建[12]利用南沙海區柱狀樣識別了8個火山灰層，認為其記錄了8次明顯的火山活動， 可作為地層劃分和對比的標志；陳國成等[13]利用南海ODP（大洋鉆探計劃）鉆孔樣品的磁化率和粒度特征，識別了48萬a來火山灰層及其與周邊火山噴發的關系。但受取樣的限制，南海海域柱狀樣火山玻璃分布特征的研究明顯不足，缺乏整體認識。

物源分析是沉積學的重要研究內容。本文試圖通過對南海全海域柱狀樣進行系統取樣分析，結合14C測年和氧碳穩定同位素分析研究晚更新世以來南海沉積物中火山玻璃分布特征及其來源，進而分析南海及周邊的火山噴發特征，以期為西太平洋邊緣新構造活動提供佐證。

1 區域地質背景

南海是西太平洋最大的邊緣海，周邊構造活動活躍，火山頻發[14]。火山碎屑成為南海沉積的重要組成部分，是研究南海沉積過程與構造活動的重要基礎[2-3]。南海周緣發育兩條重要的島弧火山-地震帶（圖1），東緣為琉球—臺灣—菲律賓島弧火山-地震帶，南緣為蘇門答臘—爪哇島弧火山-地震帶。

南海東緣的菲律賓島弧帶是西太平洋構造帶的重要組成部分，其西側歐亞板塊南海洋殼往東俯沖于菲律賓島弧之下，東側菲律賓海板塊洋殼往西俯沖，構成雙向俯沖構造帶，新生代以來火山和地震頻發。菲律賓群島活火山眾多，呂宋島有塔阿爾火山、巴納豪火山、皮納圖博火山、馬榮火山[15]，巴布延島有克拉洛（Claro）火山，內格羅斯島有坎拉翁火山，棉蘭老島有拉岡火山、阿波火山，霍洛島有霍洛火山等（圖1）。

塔阿爾火山是菲律賓群島最活躍的火山之一[16]，1572年以來已有33次爆發記錄，早期噴發主要為英安巖類，后期以玄武巖和玄武質安山巖為主[17]，具有弧后盆地到島弧玄武巖特征[18-19]。巴納豪火山主要由安山巖組成，其巖漿與塔阿爾火山相似，顯示堿性特征[22-23]。

呂宋島中部的皮納圖博火山以玄武巖和英安巖混合巖漿為主，主要礦物成分是橄欖石、輝石、石英等，其大量火山玻璃覆蓋南海中部、西部海域，影響到海洋生態系統[4， 24-25]。呂宋島東南部的馬榮火山是世界最著名的活火山之一，已有47次噴發記載[24]，巖性成分主要為玄武質安山巖，w（SiO2）為54%～58%[26]。

南海南緣為蘇門答臘—爪哇島弧火山-地震帶，是印度板塊洋殼沿巽他海溝—爪哇海溝往北俯沖于歐亞大陸之下的產物，成為地球上火山最密集的地區（圖1），分布有120多座活火山，占全球活火山的16%。其中著名的火山包括蘇門答臘島西北部的多巴（Toba）火山[5]、中部的葛林芝（Kerinci）火山、南部喀拉喀托（Krakatau）火山、爪哇島塔曼（Taman）火山、阿貢（Agung）火山等，噴發的大量火山灰對周圍環境造成極大的影響[21， 27-28]。

東緣的琉球—臺灣—菲律賓島弧火山-地震帶，巖性為安山巖、石英安山巖或玄武巖，南緣的蘇門答臘—爪哇島弧火山-地震帶，巖性為安山巖、玄武巖和流紋巖[9]。這兩條火山-地震帶長期活動，可能為南海的沉積提供豐富的物源。

除這兩條重要的火山-地震帶外，南海北部廣東、廣西沿海地區及海南島北部第四紀均有火山活動[29-34]。南海深海盆地海底擴張后仍有大量火山活動，形成以基性為主的火山巖[35-37]。南海周邊陸地島弧以及海盆的地震活動為海域火山玻璃沉積提供來源。

2 樣品與方法

2.1 柱狀巖心樣品

對南海全海域（包括陸架、陸坡和深海盆）進行系統的柱狀樣取樣，共取61個柱狀樣，包括26個重力活塞樣，35個重力柱狀樣。重力活塞樣，長度通常為5～9 m；重力柱狀樣，長度小于3 m。柱狀樣通常按5 cm或10 cm連續分樣，并進行樣品處理和碎屑礦物鑒定，包括火山玻璃的鑒定和統計。

2.2 樣品處理與分析方法

2.2.1 碎屑礦物分析

沉積物碎屑礦物鑒定步驟包括：1）樣品自然風干或烘干后，稱取定量干樣；2）對樣品浸泡，沖洗過篩，選取粒徑為0.063～0.25 mm的顆粒，風干后稱重；3）采用淘洗法，分離重、輕礦物；4）對重礦物進行磁選、電磁選分離，并稱各部分質量；5）采用實體顯微鏡鑒定各類碎屑礦物，并目估體積分數，統計火山玻璃體積分數。[HJ2.1mm]

2.2.2 氧碳同位素分析

挑選新鮮未污染浮游有孔蟲Globigerinoides ruber或Globigerinoides sacculifer殼體若干；加入適量無水酒精，經超聲波清洗后烤干；在70 ℃溫度下經磷酸溶解后放出CO2氣體，該氣體經過高真空管路系統導入到主機穩定同位素質譜儀（Thermo Fisher MAT253）上分析氧同位素比值（δ18O）。[HJ]

2.2.3 AMS 14C測年

前期處理方法：1）樣品冷凍干燥；2）取3～5 g樣品加入2 mol/L 的HCl，浸泡48 h去除可能存在的碳酸鹽；3）蒸餾水洗滌至中性，加入NaOH，浸泡24 h去除可能存在的現代碳污染和后期進入的腐殖酸；4）洗滌至中性，加入少量的HCl去除在第2步中可能吸收的大氣中的CO2；5）洗滌至中性，在60 ℃下烘干。

石墨靶制備：取適量烘干的沉積物樣品置于有CuO的石英管中，加熱，將有機碳轉化成CO2氣體。CO2氣體經過提純后，冷凍在石墨合成管中密封，在500～600下將CO2氣體轉化成石墨。

將用于14C 分析的石墨靶樣品送北京大學核物理和技術國家重點實驗室加速器質譜（AMS）中心，采用美國NEC 14C專用加速器質譜儀進行14C 年代測定，測量精度優于±4‰。

3 柱狀樣火山玻璃分布特征

利用實體顯微鏡鑒定結果，28個柱狀樣基本不含火山玻璃，33個柱狀樣含火山玻璃（圖2），其中26個柱狀樣含較豐富的火山玻璃。這里僅分析含量豐富的26個柱狀樣火山玻璃分布特征。

南海沉積物中火山玻璃包括無色和有色兩類：無色玻璃通常為透明，玻璃光澤，碎屑狀，硬度大，性脆；有色玻璃以淺褐色、淺棕色為主， 透明至半透明，性脆，主要呈不規則的多角狀、板狀、纖維狀等，正交偏光鏡下多顯均質性。

南海柱狀樣火山玻璃分布極不均勻，富含火山玻璃的柱狀樣主要分布于南海東部海域，西部海域和南部海域少量分布，而北部寬廣的陸架和陸坡基本缺乏火山玻璃。根據火山玻璃分布特征，南海大致可以分為5區：東部深水海域（A區）、東南部海域（B區）、北部海域（C區）、中西部海域（D區）和南部海域（E區）（圖2）。

3.1 南海東部海域

南海東部海域（A區），東鄰菲律賓呂宋島、民都洛島，北為臺灣島，東南為巴拉望島，主體為南海海盆區，共取12個柱狀樣（圖2），均含多層火山玻璃，總體含量最高，大致可再分為南北兩區，南區（A1）含量比北區（A2）更高。

南區最南部的柱狀樣HYD235，取樣位置水深2 695 m，位于西北巴拉望島坡底部。對該樣進行了詳細的δ18O分析，可見其曲線特征明顯，底部相當于MIS8期，沉積速率相對較低，記錄了近300 kaB.P.以來的沉積特征。火山玻璃體積分數呈明顯的周期性變化特征，高體積分數占碎屑礦物比例的40%～60%，低體積分數通常在10%以內，反映火山噴發期和間歇期的明顯差異（圖3）。

HYD235站位北側的HYD170和HYD202柱狀樣位于東部次海盆，柱狀樣所在水深分別為4 149、3 700 m。對HYD170柱狀樣進行了14C測年，可知全新世（MIS1期）厚度約50 cm，表明與HYD235柱狀樣沉積速率大致相當。兩個柱狀樣MIS1期火山玻璃體積分數基本均大于40%，且相對穩定，表明MIS1期火山活動頻發，覆蓋本區的火山玻璃豐富，MIS2期以下火山玻璃峰值體積分數變化較大，部分層段體積分數較低。

HYD200和HYD242柱狀樣所在水深分別為4 033、4 030 m，同位于東部次海盆，因缺乏δ18O和14C數據的約束，難以確定準確時代；但從水深和離陸緣距離，大致可以判斷其沉積速率應不高于HYD235，火山玻璃峰值均接近或超過50%，體積分數大。

位于HYD242站位以北的ZS225柱狀樣所在水深為3 950 m，14C測年40 cm處為（18 591±104）aB.P.，根據測年結果及與其他柱狀樣的對比，MIS1與MIS2分界確定在厚度45 cm處。160和220 cm處14C測年分別為（34 263±220）和（38 527±290）aB.P.，根據沉積速率大致推測底部年齡應超過100 kaB.P.。因此，至少100 kaB.P.或MIS5期以來，各層位均含火山玻璃，體積分數為6.67%～96.46％，整體體積分數高，95個樣品體積分數超過50%，占樣品總數的64.2%，周期性變化明顯。

北區（A2）柱狀樣包括ZS194、ZS189、ZS292、ZS289、ST357、ST342等，其火山玻璃體積分數均具有由南往北、由東往西逐漸減少的趨勢，最北側ST357、ST342柱狀樣火山玻璃體積分數很少，未作圖。

ZS194柱狀樣所在水深為3 950 m，長度僅1.7 m，根據其沉積特征，應屬全新統，大致相當于9 000 aB.P.以來的沉積特征，總體火山玻璃體積分數仍較高，通常為20%～80%，僅110～120 cm段未見火山玻璃。

ZS289柱狀樣所在水深為3 605 m，位于臺灣島南側陸坡底部，根據AMS 14C測年，60 cm處為（3 088±133）aB.P.，265 cm處為（4 689±285）aB.P.，465 cm處為（18 765±112）aB.P.，同時挑選浮游有孔蟲Globigerinoides ruber 進行δ18O穩定分析（圖4），時代包括MIS1—MIS3共3期，因距離臺灣島物源較近，沉積速率較高。該柱狀樣火山玻璃體積分數比南部已明顯下降，通常lt;50%，部分層段體積分數極低或不含火山玻璃，是可以更明顯識別受火山噴發影響的層段。MIS1期，火山玻璃體積分數有4個峰值，可能反映4次較大規模的火山噴發，其中全新世早期，約9 000 aB.P.和全新世末期火山玻璃體積分數高，噴發規模大；MIS2期，火山玻璃體積分數早晚相對較低，反映較弱的火山活動，中部有2個峰值，可能反映2次較大規模的火山噴發，峰值之間火山玻璃體積分數近于0，表明基本未受火山活動影響；MIS3期，各層樣品均含火山玻璃，有2個峰值，位于早中期和末期，表明該期各時段均有不同程度的火山活動。

ZS289站位南側的ZS292柱狀樣所在水深為3 998 m，結合14C測年和火山玻璃體積分數分布與ZS289柱狀樣對比，MIS1與MIS2分界定在100 cm。MIS1期火山玻璃體積分數比MIS2高，尤其是約9 000 aB.P.和全新世末期體積分數高；而MIS2期的中晚期，相當于10～20 kaB.P.，火山玻璃體積分數極低。

位于ZS292站位西南的ZS189柱狀樣所在水深為3 950 m，依據水深和離主要物源距離判斷，其沉積速率應與ZS292大致相當，MIS1與MIS2分界在90 cm附近。MIS1期火山玻璃體積分數高，最高達68.67%；MIS2期體積分數總體較低，大多在5%以下；再往下火山玻璃體積分數變化大。

南海東部海域由南往北、由東往西火山玻璃體積分數明顯減少，MIS1期火山玻璃體積分數明顯比MIS2期的中晚期高，表明MIS2中晚期周邊為火山相對平靜期，全新世以來再次明顯增強。

3.2 東南部海域

南海東南部海域（B區）位于巴拉望島西北，主體為島坡和海盆，共分析4個柱狀樣：TP71、TP39、TP1和TP86，水深分別為2 100、1 595、4 384和1 722 m，除TP71站位位于西南次海盆外，其余3個站位位于南沙陸坡區。這些柱狀樣均含火山玻璃，但體積分數變化明顯，總體火山玻璃體積分數比其北部的A區明顯較少，并由北往南呈下降趨勢（圖5）。

根據δ18O分布特征，TP71和TP39柱狀樣揭示至MIS3期，反映近50 kaB.P.以來的沉積特征。其中：TP71總體火山玻璃體積分數較低，lt;8%，尤其MIS1和MIS2期體積分數基本lt;2%，僅MIS2中部出現小峰值，MIS3期火山玻璃體積分數明顯增高（圖5）；TP39 柱狀樣總體火山玻璃體積分數比TP71略高，尤其一些峰值層段，可達15%～30%。MIS1期沒有明顯峰值，MIS2期出現3次明顯峰值，最大峰值出現的時間與TP71可對比，但體積分數大得多。

對南部的TP86柱狀樣進行詳細的氧碳同位素分析，揭示至MIS8期，近300 kaB.P. 以來的變化特征。該柱狀樣總體火山玻璃體積分數很低，很多層位不含火山玻璃，但個別層位體積分數很高，主要記錄5次峰值，從早到晚為MIS7中部，約220 kaB.P.；MIS6與MIS7之交，190 kaB.P.；MIS5中部，約110 kaB.P.；MIS4與MIS5之交，75 kaB.P.；MIS3中部，35～40 kaB.P.（圖5）。

西南次海盆的TP1柱狀樣未進行δ18O分析和14C測年，時代難以準確確定，但根據水深和離岸距離判斷，其沉積速率應比TP71和TP39柱狀樣低。中上部火山玻璃體積分數總體上比TP71和TP39柱狀樣高，可能是沉積速率較低，尤其是粗碎屑少，導致火山玻璃相對集中的結果。

總體來看，南海東南部海域比南海東部海域（A區）火山玻璃體積分數明顯降低，而且從北往南呈下降趨勢，但與A區北部相比，本區MIS1期總體火山

玻璃體積分數低，相反MIS2期出現1次或數次峰值。本區火山玻璃總體體積分數較低，沉積速率的變化也是控制其體積分數的重要因素。

3.3 北部海域

南海北部海域（C區）包括寬廣的陸架、陸坡和深海盆，北鄰華南大陸，東北為臺灣島，西北為海南島，陸源物質豐富，沉積速率相對較高。在該區共分析了30多個柱狀樣，僅在6個柱狀樣中發現了火山玻璃，且體積分數較低，含火山玻璃的柱狀樣主要分布于東部和南部的下陸坡和海盆（圖2）。

該區東部的ZS196柱狀樣所在水深為3 000 m，位于陸坡底部，對該柱狀樣進行δ18O穩定同位素分析，只揭示MIS1和MIS2（圖6）。該柱狀樣MIS1期火山玻璃體積分數總體很低，多數層位基本為0，記錄3次小峰值，早中期2次，末期1次；MIS2期記錄5次火山玻璃高值，其中2次體積分數很高，火山玻璃體積分數接近50%，表明噴發規模大。總體上MIS2期的火山玻璃明顯比MIS1期高，火山噴發強度較大，這與其東部海域相似。

位于ZS196站位西南部的ZS89、ZS129和ZS98，水深分別為4 120、3 950、3 849 m，位于深海盆區，柱狀樣長度較短，未進行δ18O穩定同位素分析和14C測年，其水深與離岸距離比ZS196站位大，但考慮珠江物源，其沉積速率可能大致相當，均為MIS1期。這些柱狀樣大部分層段均不含火山玻璃，但記錄一些較高的峰值。ZS129記錄2次峰值，ZS98和ZS89各記錄1次峰值。ZS129與ZS98的新峰值與ZS196可對比，時間大致在500 aB.P.前后（圖6）。

位于ZS196站位北側的ST235，水深2 695 m，未進行δ18O穩定同位素分析和14C測年，時代難以準確確定，但根據水深與離岸距離，大致可以確定其沉積速率應比ZS196大，火山玻璃體積分數更低，lt;3%，更多層段體積分數為0。所記錄的最后峰值與ZS196最后峰值可對比。

南海北部海域火山玻璃體積分數較低，僅分布于東部和南部柱狀樣中；而北部和西部的大部分海域，尤其北部陸架區均不含火山玻璃。MIS1期記錄到火山玻璃峰值的次數和體積分數均比MIS2期少，這與其東部海域類似。

3.4 中西部海域

南海中西部海域（D區）西鄰中南半島，北為海南島和華南大陸，共有16個柱狀樣，其中有8個含火山玻璃，主要分布于西部陸坡和西南次海盆，而陸架區基本不含火山玻璃。其中ZJ76、HYD24、ZJ117、ZJ89和ZJ35等5個柱狀樣火山玻璃體積分數較大，其水深分別為2 384、4 385、4 255、3 746和3 821 m（圖2）。

位于陸坡底部的ZJ76柱狀樣，δ18O分析表明其底部至MIS5期，總體火山玻璃很少，多數樣品為0，僅在MIS5期底部記錄1次明顯的火山玻璃峰值，其上記錄6～7次微量火山玻璃（圖7）。

西南次海盆的HYD24柱狀樣，水深更深，遠離陸源，沉積速率可能更低，80 cm處14C測年為（20 430±100）aB.P.，其底部年齡應早于MIS5期。該柱狀樣4次明顯的火山玻璃峰值，表明近10多萬a來至少有4次火山噴發明顯影響該站位，MIS1期基本不含火山玻璃。

同在西南次海盆的ZJ117，位于HYD24站位的西南，缺少測年數據，因更靠近西部陸坡，沉積速率可能比HYD24略高。該柱狀樣僅在210～240 cm記錄到火山玻璃峰值，大致相當于MIS2至MIS3期。

ZJ89和ZJ35柱狀樣，位于ZJ76站位以北的下陸坡，兩者長度均較短，小于3 m，估計沉積速率大致相當，兩者在底部均記錄1次火山玻璃峰值，大致可對比，應為同一次火山爆發的產物，與ZJ76和HYD24的第一次峰值相當，時代為MIS2至MIS3期。所不同的是ZJ35的頂部0～50 cm還記錄1次峰值，體積分數gt;50%，而ZJ89僅有少量分布。

該區柱狀樣總體火山玻璃體積分數很低，許多層位樣品基本為0，尤其是MIS1期，除ZJ35外，基本不含火山玻璃，這與東南部海域（B區）類似，表明全新世以來南海中西部海域基本未受火山噴發的影響。本區所能記錄到有限含火山玻璃峰值，可能記錄周邊大規模高強度的火山噴發。北部ZJ35記錄的MIS1期峰值與東北部海域相似，可能表明主要來自東北部的火山噴發或附近噴發所致。

3.5 南部海域

南海南部海域（E區）包括寬廣的巽他陸架和曾母暗沙陸坡區，共分析4個柱狀樣，除陸架樣品外，其余3個位于陸坡區的柱狀樣BK02、BK10和BK81均含火山玻璃，其水深分別為2 796、1 826和1 574 m。

這3個柱狀樣均缺乏δ18O分析和14C測年數據的約束，時代難以準確確定，但考慮到該區有來自中南半島湄公河以及加里曼丹島的物源，其沉積速率應比TP86大，所記錄的沉積時間較短。這3個柱狀樣均含較豐富的火山玻璃（圖8），尤其BK10柱狀樣，460 cm以上絕大部分樣品含火山玻璃，體積分數達10%～50%。BK10北側的BK02，水深和離岸距離增大，但火山玻璃體積分數也明顯下降，均小于10%，且不少樣品體積分數為0，表明其離火山噴發源區更遠，所受影響下降。位于西部的BK81柱狀樣，110 cm以上段不含火山玻璃，110～390 cm段出現多層體積分數較高的火山玻璃，390～580 cm段體積分數基本為0，580～630 cm再次出現峰值。顯然該柱狀樣火山玻璃的分布特征與BK10和BK02明顯不同。

與該區北部毗鄰海域，包括B區的TP86、TP71以及D區的ZJ117、HYD24進行對比，本區3個柱狀樣火山玻璃體積分數明顯更高得多，表明其來源可能主要為南部，而非東北部。西部BK81與東部BK02、BK10分布特征明顯不同，可能表明其來自不同方向的火山噴發。

4 火山玻璃物源分析

4.1 與表層火山玻璃分布的對比

前人對南海表層樣火山玻璃的分布特征及其來源已進行了較深入的研究，可以為柱狀樣的研究提供參考。如：楊群慧等[8]對南海東部表層沉積物中火山玻璃研究認為，其主要來源于附近弧狀列島的火山噴發物，基性火山碎屑礦物則主要來自海底火山巖的剝蝕物；陳忠等[9]認為，表層沉積物中的火山玻璃體積分數基本呈南北向分布， 由北部、西部、南部大陸架向中部、東部深海盆逐漸增加，菲律賓島弧火山帶、南海深海盆火山噴發以及印尼島弧火山帶是南海火山玻璃主要源區，火山玻璃搬運和沉積主要受臺風、越赤道氣流和環流的影響與控制。但總體來看，受取樣的限制，對南海海域火山玻璃分布特征的研究明顯不足，難以形成整體認識。

李學杰等[10]對南海表層沉積物火山玻璃體積分數作了至今為止最系統的研究，取樣站位達2 276個，認為表層沉積物火山玻璃主要分布在南海東部海域，以菲律賓呂宋島—民都洛島一帶海域高體積分數為中心，往西呈逐漸降低趨勢；并認為火山玻璃主要來自南海東部菲律賓呂宋等島嶼，與南海東緣的琉球—臺灣—菲律賓火山-地震帶大量活火山分布有關。南海南緣蘇門答臘—爪哇島弧火山-地震帶，雖第四紀火山和地震活動頻發，但對南海表層沉積貢獻不大，海域火山可能只有少量貢獻。

柱狀樣火山玻璃分布與表層沉積物總體類似，依然呈現以南海東部海域為中心往外擴散的特征，靠近菲律賓群島的柱狀樣（C區和A區）火山玻璃體積分數很高，各層位體積分數雖有周期性變化，但基本均有出現，而南海寬廣的北部陸架和西部海域均基本沒有火山玻璃。但柱狀樣火山玻璃的分布范圍比表層樣更廣，主要表現為：

1）南海南部海域（E區），大量的表層樣基本沒有火山玻璃[7]，但在研究的4條柱狀樣中的3條均不同程度發現火山玻璃（圖8）。其中：該區東南部靠近加里曼丹的BK10柱狀樣出現的頻率和體積分數均較高；該區北側的BK02柱狀樣，不論出現的頻率和體積分數均明顯下降；該區西部的BK81多次出現火山玻璃，但體積分數均較低。

2）南海東北部（A區），臺灣西南海域，相當于高屏斜坡的海域，表層樣火山玻璃極少，或基本沒有火山玻璃，但該區ST342和ST357柱狀樣一些層位發現少量火山玻璃。該區來自臺灣島和臺灣海峽的陸源物質豐富，沉積速率較高，火山玻璃很容易被陸源物質所稀釋，只有較大規模的噴發才會在沉積層出現明顯的富集。

上述分析表明，晚更新世以來，南海周邊的火山活動基本穩定，火山玻璃的來源均主要來自南海的東緣和南緣，但活動強度可能有所不同，一些時段活動強度比現今大，火山玻璃覆蓋的范圍更廣。

4.2 柱狀沉積物火山玻璃物源

呂宋島西側的南海東部海域柱狀樣，火山玻璃含量最高，基本各層位均有出現，表明該區不僅靠近火山源區，而且存在長期的多次噴發。該區往北、往西火山玻璃體積分數明顯減少，東北部臺灣南側的ST342、ST357柱狀樣僅見極少量的火山玻璃，這除與北部陸緣物質供給增加有關外，最主要的是遠離火山噴發源區。

同樣，往南至西北巴拉望海域（B區 ）和往西至西南次海盆（D區）火山玻璃體積分數均明顯下降，因此，南海東部海域是火山玻璃的高體積分數區。盡管陸源物質供給和海流可能影響火山玻璃的分布，因南海不同季節的環流方向不同，可能產生完全不同的效果，東部深水海域陸源物質供給相對較少，可能有利于火山玻璃的富集。但總體而言，火山玻璃的分布主要反映源區火山噴發的特征。

南海北部陸架和陸坡廣大海域樣品基本不含火山玻璃，表明樣品的沉積時期，該海域基本不受火山噴發的影響。南海西北的華南陸地，包括海南島和雷州半島，第四紀均有火山噴發[29-32]，但從南海北部海域沉積記錄來看，近數萬年，尤其是全新世以來基本未受影響，更不可能大規模影響南海東部的深海海域。

因此，南海東部海域火山玻璃應主要來自其東緣的菲律賓島弧火山-地震帶，尤其是呂宋島的塔阿爾、巴納豪、皮納圖博、馬榮和克拉洛（Claro）火山等[15]，這些火山相當活躍，噴發所產生的大量火山碎屑可以覆蓋南海東部大片海域。

東部深水海域（A區），以中部火山玻璃體積分數為最高，往南和往北體積分數均下降，但南部、北部火山玻璃體積分數MIS1期和MIS2期的變化模式不同，北部鄰近臺灣海域，MIS2體積分數低，MIS1期體積分數高；而南部的西北巴拉灣海域相反，MIS2體積分數高，MIS1期體積分數低，可能是菲律賓群島南北火山噴發差異的結果。

中西部海域（D區），總體火山玻璃體積分數很低，大致呈由東往西下降趨勢，與表層樣一致，主體物源來自菲律賓群島[7]。而北部ZJ35柱狀樣MIS1期出現火山玻璃高體積分數層段，特征與A區北部類似，可能表明主要來自北部的火山噴發，也可能是附近火山噴發的結果[38-39]。

南海南緣的蘇門答臘—爪哇島弧是地球上火山最密集的地區，擁有大量的活火山，噴發大量的火山灰[5， 26-27]，因距離較遠，南海南部表層樣基本不含火山玻璃[10]。柱狀樣結果揭示，含有較豐富的火山玻璃，甚至比其北部的B區和D區更豐富，表明南緣火山噴發對南海南部有一定的影響。東西部火山玻璃的分布特征明顯不同，表明其來自不同方向的火山噴發，不僅有多巴火山[5]，可能有更多火山的共同影響。

5 結論

南海全海域61個柱狀樣中，28個柱狀樣基本不含火山玻璃，33個柱狀樣含火山玻璃，其中26個柱狀樣含較豐富的火山玻璃。根據分析結果，可以取得以下認識：

1）南海東部A1區柱狀樣火山玻璃含量最高，各層位基本均含火山玻璃，表明該區不僅靠近火山源區，而且存在長期的多次噴發。該區往北、往南、往西火山玻璃體積分數均明顯下降，結合周邊地質構造特征與火山噴發狀況，認為柱狀樣火山玻璃主要來自其東緣的菲律賓島弧火山-地震帶。

2）南海東部海域南北端火山玻璃體積分數變化模式不同，北端靠近臺灣的南海東北海域MIS2火山玻璃體積分數低，MIS1期火山玻璃體積分數高；而南端巴拉望島西北海域MIS2火山玻璃體積分數高，MIS1期火山玻璃體積分數低，反映菲律賓群島南北火山噴發特征的差異。

3）南海中西部海域（D區），總體火山玻璃體積分數很低，MIS1期基本不含火山玻璃，表明全新世以來，該區基本未受火山噴發的影響，少量火山玻璃可能主要來自北部的火山噴發。

4）南海北部陸架和陸坡區基本不含火山玻璃，表明北部的華南大陸近期缺乏強烈的火山活動，對南海近表層沉積基本沒有影響。

5）南海南部海域含有較豐富的火山玻璃，推測主要來自南緣的蘇門答臘—爪哇島弧，且可能來自不同期次的火山噴發。

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