付 鋒，鄭 洋，姚旭瑩，倪建宇*

(1.國家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012; 2.國家海洋局 海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

東太平洋CC區(qū)西區(qū)表層沉積物黏土礦物和地球化學(xué)特征

付 鋒1,2，鄭 洋1,2，姚旭瑩1,2，倪建宇*1,2

(1.國家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012; 2.國家海洋局 海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

本文以太平洋CC區(qū)西區(qū)12個表層沉積物樣品作為研究對象，對其粒度、化學(xué)組分和礦物成分進(jìn)行分析，討論其沉積環(huán)境和物質(zhì)來源。研究區(qū)地處深海，主要以深海黏土和硅鈣質(zhì)黏土為主，含有少量的硅質(zhì)黏土、黏土質(zhì)硅質(zhì)軟泥和黏土質(zhì)鈣質(zhì)軟泥。黏土礦物成分主要是蒙皂石和伊利石，含有部分的高嶺石和綠泥石。黏土礦物組成表明，區(qū)內(nèi)沉積物主要是陸源，由高空氣流攜帶而來，南極底流和熱液活動對其物源的來源有一定影響。沉積物地球化學(xué)特征也表明，物源以陸源為主，稀土元素分布曲線和北太平洋表層海水稀土曲線類似，且表現(xiàn)出強(qiáng)的Ce虧損，表明生物活動導(dǎo)致的生物沉降對表層沉積物也有一定的影響。

東太平洋；CC區(qū)；化學(xué)組分；黏土礦物；物源

0 引言

黏土礦物組成和地球化學(xué)性質(zhì)是研究大洋表層沉積物特征的基本內(nèi)容。大洋黏土礦物的特征、化學(xué)成分對其物質(zhì)來源、沉積環(huán)境具有指示意義[1-3]，前人對太平洋表層沉積物研究發(fā)現(xiàn)，其黏土礦物主要來自陸源，部分來自于海底火山碎屑物質(zhì)的風(fēng)化[4-5]。深海沉積物含有較多的生物組分和海洋自生礦物，其稀土含量通常高于陸架邊緣海沉積物，顯示出Ce負(fù)異常。稀土元素在深海中通常受到物質(zhì)組分的控制，鐵錳顆粒、黏土礦物和磷質(zhì)骨屑對稀土具有富集作用，而鈣質(zhì)生物和硅質(zhì)生物對其具有稀釋作用[5-6]，通過研究稀土元素可以揭示海洋黏土物質(zhì)的來源。前人對東太平洋CC區(qū)的研究多集中在多金屬結(jié)核礦床的調(diào)查和地質(zhì)構(gòu)造研究[7-8]，本論文將通過研究CC區(qū)西區(qū)表層沉積物來反映該地區(qū)的深海環(huán)境和沉積物源。

1 區(qū)域概況

CC區(qū)位于東太平洋海盆克拉里昂和克里帕頓斷裂帶之間，其西側(cè)是萊恩西斷裂帶，東部為東太平洋洋隆。區(qū)內(nèi)地形以東西走向?yàn)橹鳎匦巫兓淮?，南北走向相間排列，變化較復(fù)雜。海底海山區(qū)坡度一般在5°以上，部分大于10°；而在深海盆地，坡腳大多小于5°，小于5°的區(qū)域占總面積的80%以上，表明CC區(qū)地形較為平緩[7]。研究區(qū)受到了風(fēng)、表層流和底層流等營力的影響(圖1)。研究區(qū)遠(yuǎn)離大陸，陸源沉積物的量主要受到信風(fēng)和高空氣流的強(qiáng)弱影響，來自中、南亞的高空氣流將沙漠物源攜入；而來自北美的信風(fēng)，氣溫相對濕溫，攜帶的物源相對高空氣流來說較少[9]。太平洋底流主要受到南極底層流控制。南極底層流形成后，經(jīng)過薩摩亞水道向北流入中太平洋海盆后分成兩支，其中一支穿過夏威夷南面萊恩島鏈一個深水道注入東太平洋海盆，進(jìn)入CC區(qū)，并繼續(xù)東移。南極底層水流能對海底沉積物進(jìn)行侵蝕改造，其周期性強(qiáng)弱變化造成沉積與間斷的交替出現(xiàn)。此外,南極底層流富氧，在CC區(qū)形成氧化環(huán)境，利于鐵錳氧化物的形成。CC區(qū)東西兩區(qū)的構(gòu)造結(jié)構(gòu)不同，西區(qū)主要以火山地形為主，在海山周圍，水路變窄，流速變大，沖刷作用加強(qiáng)；東區(qū)以斷塊構(gòu)造為主，多為低洼的丘陵區(qū)，南極底流自西向東流動，水路較寬，運(yùn)動到東區(qū)時，流速慢，易于沉積物沉淀[8]。

圖1 北太平洋洋流和大氣環(huán)流示意圖(改編自文獻(xiàn)[10])Fig.1 The ocean current and atmospheric circulation of the North Pacific (adapted from reference[10])

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣品采集

本文所研究的12個樣品主要分布于東太平洋CC區(qū)西區(qū)(4°～15°N，142°～155°W)域內(nèi)，其采集站位見圖2。樣品由2013年廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局“海洋六號”科考船的DY29航次以箱式取樣器獲取。12個樣品平均水深為5 154 m，大多位于CCD面以下，個別站位位于CCD面以上。

2.2 粒度分析方法

粒度分析按照海洋調(diào)查規(guī)范[11]要求進(jìn)行，取濕沉積物樣品1 g左右置于燒杯中，加0.5 mol/L的六偏磷酸鈉5 mL，經(jīng)24 h分散后進(jìn)行粒度分析。使用Mastersizer 2000型激光粒度分析儀分析，該實(shí)驗(yàn)在國家海洋局第二海洋研究所海底科學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

2.3 化學(xué)元素測試分析方法

取部分沉積物樣品，用瑪瑙研磨磨至200目以下后，采用標(biāo)準(zhǔn)壓片法，使用等離子光譜分析(ICP-AES)法，測定其化學(xué)組分。樣品測試由浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。

2.4 黏土礦物測試分析方法

樣品經(jīng)真空冷凍干燥，取8～10 g干樣至離心杯中，加去離子水洗鹽，靜置一晚，倒掉上層清液并加20 mL 20%的H2O2水除去有機(jī)質(zhì)，再加入去離子水離心(3 500 r/min,15 min)清洗2次，將沉積物過63 μm篩，粒徑小于63 μm的沉積物按照Stock原理確定沉降時間，吸取<2 μm的懸浮物至另一燒杯中，加入1 mol/L鹽酸(去除碳酸鹽并加速沉淀)，靜止并倒出上層清液。將樣品轉(zhuǎn)移至離心杯中加入去離子水離心洗酸2次，得到黏土礦物樣品。黏土礦物樣品用涂片法制成自然風(fēng)干的定向薄片(自然片)，所有自然片進(jìn)行X射線衍射測試后，用同一定向片制成乙二醇飽和片(乙二醇片35 ℃,36 h)再進(jìn)行X射線衍射測試，并對個別典型乙二醇飽和片加熱至550 ℃,2 h制成加熱片進(jìn)行X射線衍射測試。該實(shí)驗(yàn)在國家海洋局第二海洋研究所海底科學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

圖2 研究站位分布圖Fig.2 Distribution of research stations

3 結(jié)果與討論

3.1 粒度特征

根據(jù)FOLK et al[12]提出的粒級分類法，將沉積物顆粒分為砂(>62.5 μm)、粉砂(3.9～62.5 μm)、黏土(<3.9 μm)，采用福克和沃德粒度參數(shù)公式計算粒度參數(shù)，即平均粒徑(Mz)、分選系數(shù)(σi)、偏態(tài)(Ski)和峰態(tài)(Kg)。

從圖3所示的研究區(qū)沉積物粒度變化可以看出，由北到南，砂含量逐漸增多，反映出由北到南，研究區(qū)內(nèi)水動力條件逐漸增強(qiáng)，這與研究區(qū)地形相關(guān)。從圖2可以看出，研究區(qū)南部主要是海山，北部為深海平原，南部水動力條件受到海山的影響，南極底流水遇到海山，流速增快，水動力增強(qiáng)。由北到南，沉積物平均粒徑逐漸變大，顆粒逐漸變粗。研究區(qū)內(nèi)沉積物偏態(tài)范圍為-0.30～0.35，基本呈正偏，其中，ES1305和RA1302兩個站位呈負(fù)偏，表明區(qū)內(nèi)沉積物組分中細(xì)組分較多，區(qū)內(nèi)水動力條件比較弱。研究區(qū)內(nèi)沉積物峰態(tài)范圍為0.83～1.37，除APEI1304點(diǎn)峰態(tài)窄外，其余的峰態(tài)大致處于平坦和正態(tài)分布之間，說明研究區(qū)內(nèi)的顆粒粒徑分布較寬，分選較差(表1)。

圖3 由北至南采樣點(diǎn)表層沉積物組成分布圖Fig.3 Composition distribution of surface sediments from north to south

3.2 沉積物類型

本文沉積物分類與命名方法運(yùn)用深海沉積物三角分類法[13-14]，以黏土、鈣質(zhì)生物和硅質(zhì)生物作為三角圖的3個端元，將深海沉積物分為深海黏土、鈣質(zhì)軟泥、硅質(zhì)軟泥和黏土-硅質(zhì)-鈣質(zhì)軟泥4大類，又對4大類沉積物分類細(xì)分為16類。其中沉積物中的CaCO3、生物SiO2含量作為鈣質(zhì)生物和硅質(zhì)生物含量的2個替代參數(shù)指標(biāo)[14]。本文粒度分析采用的是激光粒度測試方法，而海洋沉積分類以沉降法為準(zhǔn)，因此，需要將激光粒度分析結(jié)果進(jìn)行校正[14-15]。根據(jù)張富元 等[15]提出的方法，對激光法得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理：

表1 東太平洋CC區(qū)西區(qū)沉積物粒度參數(shù)Tab.1 Grain size parameters of sediments in the western region of CC Zone in the East Pacific Ocean

粉砂：Y=0.129X+30.714

(1)

黏土：Y=0.301 3X+38.468

(2)

式中：Y為激光法粒度含量，X為沉降法粒度含量,黏土粒級的粒徑范圍為<0.01 mm，粉砂粒級的粒徑范圍為0.01～0.063 mm。通過對深海沉積物3個端元的粒度和化學(xué)分析數(shù)據(jù)歸一化處理，深海沉積物類型劃分結(jié)果如圖4所示：

I 深海黏土類：I1深海黏土、I2硅質(zhì)黏土、I3鈣質(zhì)黏土、I4硅鈣質(zhì)黏土；II硅質(zhì)軟泥類：II1硅質(zhì)軟泥、II2鈣質(zhì)硅質(zhì)軟泥、II3黏土質(zhì)硅質(zhì)軟泥、II4黏土質(zhì)-鈣質(zhì)硅質(zhì)軟泥；III鈣質(zhì)軟泥類：III1鈣質(zhì)軟泥、III2黏土質(zhì)鈣質(zhì)軟泥、III3硅質(zhì)鈣質(zhì)軟泥、III4黏土質(zhì)-硅質(zhì)鈣質(zhì)軟泥；IV黏土-硅質(zhì)-鈣質(zhì)混合軟泥類：IV1黏土-硅質(zhì)-鈣質(zhì)混合軟泥、IV2黏土質(zhì)硅質(zhì)-鈣質(zhì)混合軟泥、IV3硅質(zhì)鈣質(zhì)-黏土混合軟泥、IV4鈣質(zhì)硅質(zhì)-黏土混合軟泥圖4 太平洋表層沉積物分類[13]Fig.4 Classification of surface sediments in the Pacific Ocean[13]

由圖4可知，研究區(qū)內(nèi)的沉積物主要為深海黏土和硅鈣質(zhì)黏土，少部分為硅質(zhì)黏土、黏土質(zhì)硅質(zhì)軟泥和黏土質(zhì)鈣質(zhì)軟泥。其中， APEI1301、ES1305、PRZ1304、WS1302、PRZ1310和PRZ1301六個站位為深海黏土；PRZ1308、RA1302和APEI1303三個站位為硅鈣質(zhì)黏土；APEI306站為硅質(zhì)黏土；APEI1304站為黏土質(zhì)硅質(zhì)軟泥；APEI1305站為黏土質(zhì)鈣質(zhì)軟泥。研究表明深海黏土和軟泥的分布主要受到構(gòu)造活動、地形、水深、大氣環(huán)流、洋流和生物生產(chǎn)力等作用影響[16]。點(diǎn)APEI1305位于CCD面以上，鈣質(zhì)生物殼體保持較好，因此形成鈣質(zhì)軟泥；而其他點(diǎn)均位于CCD面以下，鈣質(zhì)殼體大量溶解，使得硅質(zhì)殼體和黏土含量增多。深海黏土站位均處于深海平原，周圍地勢較為平坦；硅鈣質(zhì)黏土、黏土質(zhì)硅質(zhì)軟泥和硅質(zhì)黏土站位多位于海山山腳，可能受到地勢變化的影響。

3.3 黏土礦物組成

黏土礦物在自然條件、乙二醇飽和條件及加熱條件下得到3種衍射曲線，如圖5所示，對黏土中的礦物進(jìn)行識別解釋[17]，并使用Jade 6軟件在乙二醇圖譜上對黏土礦物波峰參數(shù)進(jìn)行半定量計算。在自然定向片圖譜上，由2θ低角度向高角度依次出現(xiàn)了14.38?、10.04?、7.11?、5.00?、4.7?、3.58?、3.54?、3.35?和2.8?明顯的的衍射峰。黏土礦物主要由蒙皂石、高嶺石、伊利石和綠泥石等組成，非黏土礦物由石英、長石和云母等組成。

利用各黏土礦物(001)晶面衍射峰的面積比來計算黏土礦物的相對含量，根據(jù)BISCAYE[18]修正后的計算方法，17?、10?和7?附近的3個特征峰分別代表了蒙皂石、伊利石和綠泥石+高嶺石的衍射強(qiáng)度，用這3個峰面積分別乘以相應(yīng)權(quán)重因子1、4和2來計算對應(yīng)的含量，再利用綠泥石3.54?和高嶺石3.58?的衍射峰面積比值來計算出兩者的相對含量，然后4種礦物總量歸為100%[19]，計算結(jié)果見表2。

圖5 PRZ1310站位黏土組分的XRD圖譜(單位：?)Fig.5 XRD patterns of clay composition in PRZ1310 station (unit: ?)

表2 研究區(qū)主要黏土礦物組成Tab.2 Composition of the main clay minerals in the study area

注：空白表示無數(shù)據(jù)，*表示數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[10]

3.4 表層沉積物地球化學(xué)特征

研究區(qū)表層沉積物常量元素分析如表3所示，整體上看，除黏土質(zhì)鈣質(zhì)軟泥以CaO為主外，深海黏土、硅鈣質(zhì)黏土、硅質(zhì)黏土和黏土質(zhì)硅質(zhì)軟泥均以SiO2和Al2O3為主，占約60%，說明洋底沉積物主要是鋁硅酸鹽物質(zhì)和硅質(zhì)生物。其中，SiO2含量均高于大洋沉積物平均值，但略低于太平洋遠(yuǎn)洋黏土平均值。剩余SiO2能夠反映出表層水體硅質(zhì)生物初級生產(chǎn)力，研究區(qū)剩余SiO2變化較大。鋁主要存在于鋁硅酸鹽中，且深海沉積物中的鋁硅酸鹽碎屑以陸源為主，因此，我們將其他氧化物值與Al2O3值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，用于判斷沉積物的元素組成和物源特征[20]。分析結(jié)果在下文3.5.2中介紹。

表3 各站位表層沉積物常量元素含量表Tab.3 The contents of major elements in surface sediments of different stations

注：“-”表示未檢出，空白表示無數(shù)據(jù)；*表示數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[10]，**表示數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[21]

表層沉積物稀土元素組成如表4所示，研究區(qū)沉積物中重稀土HREE含量均低于輕稀土LREE含量，LREE/HREE比值為2.46～4.66，其中APEI1305站位的稀土含量最低，RA1302站位稀土含量最高。沉積物的∑Ce/∑Y值介于北太平洋表層水和北美頁巖[6]之間;δCe值均小于0.8，為負(fù)異常，低于黃海陸架沉積(0.85)和中國黃土(0.96)；深海黏土和硅鈣質(zhì)黏土中的δEu值在1附近，未表現(xiàn)出明顯的異?，F(xiàn)象，但硅質(zhì)黏土、黏土質(zhì)鈣質(zhì)軟泥和黏土質(zhì)硅質(zhì)軟泥δEu值均大于4，顯示出明顯的正異常；分異系數(shù)(La/Yb)N和(Ce/La)N分別為0.05～0.57和0.13～0.96。與黃海沉積物和中國黃土相比，研究區(qū)的LREE/HREE、∑Ce/∑Y值和δCe值均較低，反映出本研究區(qū)沉積物的沉積環(huán)境和物質(zhì)來源與他們有較大的差異。除黏土質(zhì)硅質(zhì)軟泥外，其他沉積物的LREE/HREE均高于北太平洋表層水，說明研究區(qū)比北太平洋表層水更加富集輕稀土。

3.5 物源指示

3.5.1 黏土礦物組成對物源的指示

伊利石通常是由母質(zhì)中的硅酸鹽礦物在氣溫較低、淋濾作用不強(qiáng)的弱堿性環(huán)境中風(fēng)化而來。伊利石在海洋沉積中非常常見，它可以在不同的氣候條件和不同的堿性環(huán)境中形成[23]。目前普遍認(rèn)為海洋中的伊利石來自陸地，主要通過河流和風(fēng)運(yùn)輸[3]。利用黏土礦物乙二醇曲線計算伊利石化學(xué)指數(shù)(CI)，用5?/10?的峰面積比來計算，CI如大于0.5，則為富Al伊利石，表示受到強(qiáng)烈的水解作用；如小于0.5則為未風(fēng)化的富Fe-Mg伊利石，代表了物理風(fēng)化的結(jié)果[24-25]。研究區(qū)樣品的CI范圍為0.22～0.33(表2)，均小于0.5，表示研究區(qū)伊利石為富Fe-Mg伊利石，是物理風(fēng)化的結(jié)果。區(qū)內(nèi)沉積物以伊利石為主，與陸源黏土伊利石含量相近，由于研究區(qū)遠(yuǎn)離大陸，通過河流運(yùn)輸基本不可能，所以認(rèn)為區(qū)內(nèi)的伊利石基本都是由風(fēng)從大陸帶入。

蒙皂石在大洋中的成因較為復(fù)雜，主要是與火山活動、火山物質(zhì)熱液蝕變、風(fēng)化作用和海解作用等相關(guān)[26]?；鹕交以趬A性介質(zhì)條件下容易形成蒙皂石，海底火山物質(zhì)的蝕變?yōu)槊稍硎闹匾獊碓?，部分蒙皂石是陸地老火山巖風(fēng)化作用的結(jié)果，蒙皂石在海底較為穩(wěn)定，當(dāng)沉積物中火山物質(zhì)增加時，蒙皂石含量也會相應(yīng)增加[27-30]。研究表明，本研究區(qū)自早中新世以來存在熱液活動，現(xiàn)在有所減弱，但是自生成因的蒙皂石在本區(qū)有一定的殘留[31]。本文采用蒙皂石和伊利石含量的比值M/I作為衡量黏土礦物自生程度的指標(biāo)，以反映火山蝕變成因自生黏土礦物和陸源黏土礦物的相對比例：M/I比值越小，陸源黏土含量越高，自生程度越低[27]。區(qū)內(nèi)M/I比值的變化范圍為0.50～1.02，絕大多數(shù)在0.50～0.60左右，與東太平洋的M/I比值相近，表明區(qū)內(nèi)物源主要是陸源。蒙皂石從北至南，含量逐漸增加。研究區(qū)西部以火山為主，火山物質(zhì)較多，因此，蒙皂石部分可能來自于西部火山物質(zhì)蝕變。區(qū)內(nèi)蒙皂石可以認(rèn)為是陸源黏土和火山物質(zhì)蝕變共同組成的，但以陸源黏土為主。

高嶺石在熱帶及亞熱帶低緯度地區(qū)可由長石淋濾風(fēng)化而成，是強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物，而這種地區(qū)會因?yàn)閴A金屬和堿土金屬的流失而呈弱酸性環(huán)境[23]。在海洋這種堿性、弱堿性的環(huán)境，并不能滿足高嶺石的自生條件，因此大洋高嶺石都是陸源[32]。綠泥石往往是在高、中緯地區(qū)干冷的氣候環(huán)境下，由陸地低級變質(zhì)巖、火成巖和古老沉積巖低溫機(jī)械侵蝕形成[33]，深海沉積物中大多數(shù)綠泥石是陸源碎屑成因[32]，部分由海底火山物質(zhì)蝕變而成，但穩(wěn)定性差，在搬運(yùn)過程中會發(fā)生轉(zhuǎn)變，因此不作為物源指示標(biāo)志[10]。在太平洋高緯度地區(qū)，綠泥石含量較高，部分可達(dá)30%，流經(jīng)該區(qū)的加利福尼亞寒流向南運(yùn)動，可能將高緯度地區(qū)的綠泥石搬運(yùn)至此[34]。

3.5.2 元素地球化學(xué)特征對物源的指示

研究表明，區(qū)內(nèi)的SiO2/Al2O3均高于太平洋深海黏土標(biāo)準(zhǔn)值，且南部SiO2/Al2O3值比北部高，表明沉積物中硅質(zhì)沉積增多，受到生物源的影響[21]，南部生物活性更高。除黏土質(zhì)鈣質(zhì)軟泥和黏土質(zhì)硅質(zhì)軟泥外，區(qū)內(nèi)沉積物的Al2O3值變化不大，但都低于太平洋遠(yuǎn)洋黏土的均值，與大洋沉積物均值相近。Na2O、MnO和P2O5值多高于太平洋遠(yuǎn)洋黏土均值，而K2O和MgO值略低于太平洋遠(yuǎn)洋黏土均值，說明是生物吸收海水中的Na，遺骸沉淀至海底，形成這種化學(xué)成分組成。Fe2O3/Al2O3和TiO2/Al2O3與太平洋深海黏土和拉班玄武巖的比值相當(dāng)，表明CC區(qū)受到火山熱液活動和深海黏土的影響較大。根據(jù)表層沉積物化學(xué)組成分析，可以看出，研究區(qū)物質(zhì)來源于大洋底流和生物源，生物作用導(dǎo)致沉積物化學(xué)組成差異，也受到了火山熱液活動的影響。

研究區(qū)沉積物的稀土元素經(jīng)過北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化后的分布模式如圖6所示，沉積物有明顯的Ce異常，這點(diǎn)與北太平洋表層水相似。點(diǎn)APEI1301與洋殼稀土曲線較為一致，可能與位置有關(guān)，該點(diǎn)距克拉里昂斷裂帶較近，受斷裂帶深部物質(zhì)來源影響所致；點(diǎn)APEI1304和APEI1305與其他站位點(diǎn)的稀土分布具有明顯的差異性，與北太平洋表層水較為相似，但Ce負(fù)異常更加明顯，表明其稀土來源相似，而研究區(qū)表層沉積物中的海洋生物是沉積物稀土Ce虧損的主要原因[2]。研究區(qū)域沉積物稀土與其他區(qū)域稀土分布模式相比較發(fā)現(xiàn)，其與陸源物質(zhì)稀土特征相差較為明顯，與北太平洋表層海水形態(tài)較為相似，存在明顯的Ce異常，為典型的受海水來源影響的稀土分配模式。

圖6 表層沉積物稀土元素北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化配分模式Fig.6 North American Shale-normalized REE distribution patterns of surface sediments海水放大106倍處理The rare earth element in the sea water was magnified 106

4 結(jié)論

通過對沉積物粒度分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)由北到南，粒度逐漸變粗，可能與研究區(qū)域地形相關(guān)，南部多海山，南極底流遇到海山，流速加快，導(dǎo)致分選性發(fā)生變化。

按照深海沉積物三角分類法將研究區(qū)內(nèi)的沉積物分為深海黏土、硅鈣質(zhì)黏土、硅質(zhì)黏土、黏土質(zhì)硅質(zhì)軟泥和黏土質(zhì)鈣質(zhì)軟泥；其中以深海黏土和硅鈣質(zhì)黏土為主。深海黏土多位于深海平原，附近地勢較為平坦；硅鈣質(zhì)黏土、硅質(zhì)黏土、黏土質(zhì)硅質(zhì)軟泥多位于海山附近，南極底流受到海山等構(gòu)造的影響，使沉積物發(fā)生了變化；黏土質(zhì)鈣質(zhì)軟泥位于CCD面以上，生物遺體的鈣質(zhì)殼體得到了保留。

區(qū)內(nèi)黏土礦物以蒙皂石和伊利石為主，還存在高嶺石和綠泥石，M/I值與東太平洋的M/I值基本相同，主要是受陸源影響，另外還受到西部火山物質(zhì)的影響，其隨著南極底流搬運(yùn)至此；伊利石為富Fe-Mg伊利石，是物理風(fēng)化的結(jié)果，主要是亞洲黃土通過高空氣流搬運(yùn)至此；高嶺石是陸源指示礦物，其在大洋環(huán)境中不能自生；綠泥石則可能是往南流動的加利福尼亞寒流搬運(yùn)至此，并在過程中發(fā)生變化。

沉積物的化學(xué)成分以SiO2和Al2O3為主，SiO2/Al2O3值高于太平洋遠(yuǎn)洋黏土，南部SiO2/Al2O3值比北部高，說明物質(zhì)來源以陸源為主，且受到生物活動的影響，南部生物活性更強(qiáng)。從Fe2O3/Al2O3和TiO2/Al2O3可以看出，CC區(qū)受到火山熱液活動和深海黏土的影響較大但程度相同，導(dǎo)致沉積物化學(xué)組成差異。

區(qū)內(nèi)稀土元素比洋殼和表層海水富集能力強(qiáng)，LREE/HREE為2.46～4.66，高于北太平洋表層水，表明該區(qū)輕稀土較重稀土更為富集，∑Ce/∑Y值介于北太平洋表層水和北美頁巖之間。區(qū)內(nèi)稀土表現(xiàn)出強(qiáng)Ce負(fù)異常，受到海洋生物沉降的影響。稀土分布模式在輕稀土部分與北太平洋表層水較為相似，表明其稀土元素的來源主要是受到了表層海水的影響。

總的來說，研究區(qū)物質(zhì)來源以陸源為主，主要來自亞洲的高空氣流攜帶的黃土，南極底流由南至北，將西部的火山物質(zhì)和高緯度海區(qū)的深海黏土攜帶到研究區(qū)，在運(yùn)輸過程中火山物質(zhì)發(fā)生了一些變化，研究區(qū)南部物源生物影響比北部更大。

[1] SHI Xue-fa, WANG Zong-liang. Study on genetic mineralogy of clay sediments in the western Philippines sea [J]. Marine Geology and Quaternary Geology,1995,15(2):61-72.

石學(xué)法,王宗良.西菲律賓海西部海域黏土沉積物的成因礦物學(xué)研究[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),1995,15(2):61-72.

[2] ZHANG Hai-ping, SHI Xue-fa, CHEN Jing, et al. Mineralogical characteristics and its significance of smectite in the surface sediments of the East Pacific[J]. Science Bulletin,2001(S1):100-104.

張海平,石學(xué)法,陳晶，等.東太平洋表層沉積物蒙皂石的礦物學(xué)特征及其指示意義[J].科學(xué)通報,2001(S1):100-104.

[3] LIU Ji-hua, SHI Xue-fa, CHEN Li-rong, et al. REEs and εNd of clay fractions in the sediments of the eastern Pacific Ocean: evidence from clay sources[J]. Science in China Ser. D: Earth Sciences,2004,34(6):552-561.

劉季花，石學(xué)法，陳麗蓉，等.東太平洋沉積物中黏土組分的REEs和εNd：黏土來源的證據(jù)[J].中國科學(xué)D輯:地球科學(xué)，2004,34(6):552-561.

[4] HE Liang-biao, ZHAO Quan-ji, ZHANG De-yu, et al. Pyroclastic and clay minerals in the sediments of the Western Central Pacific Ocean[J]. Acta Oceanologica Sinica,1982,4(4):450-461.

何良彪,趙全基,張德玉，等.中太平洋西部深海沉積物中的火山碎屑與黏土礦物[J].海洋學(xué)報：中文版,1982,4(4):450-461.

[5] PIPER D Z. Rare earth elements in ferromanganese nodules and other marine phases[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta,1974,38(7):1 007-1 022.

[6] LIU Ji-hua. REE geochemistry of sediments in the eastern Pacific Ocean[J]. Marine Geology & Quaternary Geology,1992,12(2):33-42.

劉季花.太平洋東部深海沉積物稀土元素地球化學(xué)[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),1992,12(2):33-42.

[7] LI Guo-sheng. Geological characteristics and forming environment of polymetallic nodules in the eastern Pacific CC area[J]. Geology and Resources,2008,17(4):286-291.

李國勝.東太平洋CC區(qū)多金屬結(jié)核的地質(zhì)學(xué)特征及形成環(huán)境[J].地質(zhì)與資源,2008,17(4):286-291.

[8] ZHANG Fu-yuan. Principle of ocean polymetallic nodule resource evaluation and mining area delineation method[M]. Beijing: China Ocean Press,2001.

張富元.大洋多金屬結(jié)核資源評價原理和礦區(qū)圈定方法[M].北京：海洋出版社,2001.

[9] MENG Xian-wei, WU Shi-ying, WANG Xiang-qin, et al. The relationship between the temporal and spatial distribution of terrigenous materials and the atmospheric circulation in Pacific CC area[J]. Marine Science,1998,22(1):37-40.

孟憲偉,吳世迎,王湘芹.太平洋CC區(qū)沉積物陸源物質(zhì)時空分布與大氣環(huán)流的關(guān)系[J].海洋科學(xué),1998,22(1):37-40.

[10] Lü Hua-hua. Study on the typomorphic characteristics and application of clay sediments in the equatorial North Pacific[D]. Qingdao: Institute of Oceanography, Chinese Academy of Sciences,2005:38.

呂華華.赤道北太平洋黏土沉積物的標(biāo)型特征及其應(yīng)用研究[D].青島：中國科學(xué)院海洋研究所,2005:38.

[11] GB/T 12763—2007 Specifications for oceanographic survey[S]. 2007.

GB/T 12763—2007海洋調(diào)查規(guī)范[S].2007.

[12] FOLK R L. A review of grain-size parameters[J]. Sedimentology,1966,6(2):73-93.

[13] ZHANG Fu-yuan, LI An-chun, LIN Zhen-hong, et al. Deep sea sediment classification and nomenclature[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica,2006,37(6):517-523.

張富元,李安春,林振宏，等.深海沉積物分類與命名[J].海洋與湖沼,2006,37(6):517-523.

[14] ZHANG Fu-yuan, ZHANG Wei-yan, ZHANG Xiao-yu, et al. Key techniques and schemes for classification and nomenclature of deep-sea sediments[J]. Earth Science: Journal of China University of Geosciences,2012,37(1):93-104.

張富元,章偉艷,張霄宇，等.深海沉積物分類與命名的關(guān)鍵技術(shù)和方案[J].地球科學(xué):中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報,2012,37(1):93-104.

[15] ZHANG Fu-yuan, FENG Xiu-li, ZHANG Wei-yan, et al. Particle method and laser method analysis result comparison and calibration of settlement surface sediment in the South China Sea [J]. Acta Sedimentologica Sinica,2011,29(4):767-775.

張富元,馮秀麗,章偉艷,等.南海表層沉積物的沉降法和激光法粒度分析結(jié)果對比和校正[J].沉積學(xué)報,2011,29(4):767-775.

[16] Lü Hua-hua, SHI Xue-fa, YANG Gang. The formation and distribution of ooze, pelagic clay and its controlling factors[J]. Acta Mineralogica Sinica,2007,27(z1):348-350.

呂華華,石學(xué)法,楊剛.深海黏土和軟泥的形成、分布及其控制因素[J].礦物學(xué)報,2007,27(z1):348-350.

[17] MOORE D M, REYNOLDS R C. X-ray diffraction and the identification and analysis of clay minerals[M]. Oxford: Oxford University Press,1989.

[18] BISCAYE P E. Mineralogy and sedimentation of recent deep-sea clay in the Atlantic Ocean and adjacent seas and oceans[J]. Geological Society of America Bulletin,1965,76(7):803-832.

[19] XIONG Zhi-fang, LI Tie-gang, ZHAI bin, et al. Characteristics and formation mechanism ofEthmodiscusrexdiatom clay minerals in the low latitude Western Pacific during the last glacial period[J]. Earth Science: Journal of China University of Geosciences,2010,35(4):551-562.

熊志方,李鐵剛,翟濱，等.低緯度西太平洋末次冰期Ethmodiscusrex硅藻席黏土礦物特征及形成機(jī)制啟示[J].地球科學(xué):中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報,2010,35(4):551-562.

[20] BISCHOFF J L, HEATH G R, LEINEN M. Geochemistry of deep-sea sediments from the Pacific manganese nodule province: DOMES Sites A, B, and C[M]//Marine geology and oceanography of the Pacific manganese nodule province. Springer US,1979:397-436.

[21] YANG Rui, LI Guo-sheng, ZHANG Hong-rui. Geochemistry of surface sediments in the central Pacific CC area [J]. Geology and Resources,2007,16(3):200-208.

楊銳,李國勝,張洪瑞.中太平洋CC區(qū)表層沉積物的地球化學(xué)[J].地質(zhì)與資源,2007,16(3):200-208.

[22] HUANG Mu, LIU Ji-hua, SHI Xue-fa, et al. East Pacific CC sediments, REE characteristics and source [J]. Advances in Marine Science,2014,32(2):175-187.

黃牧,劉季花,石學(xué)法,等.東太平洋CC區(qū)沉積物稀土元素特征及物源[J].海洋科學(xué)進(jìn)展,2014,32(2):175-187.

[23] CHI Ye, LI An-chun, JIANG Fu-qing, et al. Analysis of Luzon Island in eastern area of clay mineral assemblage and provenance [J]. Marine Sciences,2009,33(9):80-88.

池野，李安春,蔣富清,等.呂宋島東部海域黏土礦物組合特征及物源分析[J].海洋科學(xué),2009,33(9):80-88.

[24] YANG Ya-xiu. Clay minerals of China [M]. Beijing: Geological Publishing House,1994. 楊雅秀.中國黏土礦物[M].北京：地質(zhì)出版社,1994.

[25] SHI Xue-fa. West Philippines sea during the late Quaternary sedimentary processes and sedimentary environment evolution[D]. Qingdao: Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences,1992:20-25.

石學(xué)法.西菲律賓海晚第四紀(jì)沉積作用和沉積環(huán)境演化[D].青島：中國科學(xué)院海洋研究所,1992：20-25.

[26] TONG Xiu-yun. Distribution of clay minerals and its environmental significance in Beibu Gulf[D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing),2010.

仝秀云.北部灣黏土礦物分布及其環(huán)境指示意義[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2010.

[27] GINGELE F X. Holocene climatic optimum in Southwest Africa—evidence from the marine clay mineral record[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology,1996,122(1):77-87.

[28] HE Liang-biao. Clay minerals in the China Sea and its adjacent waters[J]. Scientia Sinica Chimica,1989(1):75-83.

何良彪.中國海及其鄰近海域的黏土礦物[J].中國科學(xué):B輯,1989(1):75-83.

[29] LIU Zhi-fei, COLIN C, TRENTESAUS A, et al. Records of clay minerals in the late Quaternary monsoon evolution in the southern South China Sea [J]. Science in China Ser. D: Earth Science,2004,34(3):272-279.

劉志飛,COLIN C, TRENTESAUS A,等.南海南部晚第四紀(jì)東亞季風(fēng)演化的黏土礦物記錄[J].中國科學(xué)D輯:地球科學(xué),2004,34(3):272-279.

[30] CHAMLEY H. Clay sedimentology[M]. Springer Science & Business Media,2013.

[31] SHI Xue-fa, ZHANG Hai-ping, XIN Chun-ying, et al. The discovery of anatase and barite minerals in the surface sediments of the eastern Pacific Ocean[J]. Acta Oceanologica Sinica,2001,23(4):131-134.

石學(xué)法，張海平，辛春英，等.東太平洋表層沉積物中銳鈦礦、晶石礦物的發(fā)現(xiàn)及其指示意義[J].海洋學(xué)報,2001,23(4):131-134.

[32] WINDOM H L. Lithogenous material in marine sediments[J]. Chemical Oceanography,1976,5(2):103-135.

[33] GRIFFIN J J, WINDOM H, GOLDBERG E D. The distribution of clay minerals in the world ocean[C]//Deep sea research and oceanographic abstracts. Elsevier,1968,15(4):433-459.

[34] JIN Xiang-long. East Pacific polymetallic nodule ore belt of marine geology and deposit characteristics[M]. Beijing: China Ocean Press,1997.

金翔龍.東太平洋多金屬結(jié)核礦帶海洋地質(zhì)與礦床特征[M].北京：海洋出版社,1997.

Clay mineral and geochemical analysis of surface sediments in the western region of CC Zone in the East Pacific Ocean

FU Feng1,2，ZHENG Yang1,2，YAO Xu-ying1,2，NI Jian-yu*1,2

(1.SecondInstituteofOceanography，SOA，Hangzhou310012，China；2.KeyLaboratoryofSubmarineGeosciences，SOA,Hangzhou310012，China)

12 surface sediment samples from the western region of CC Zone of the East Pacific Ocean were taken as the research material, and the particle size, chemical composition and mineral composition were analyzed to discuss its sedimentary environment and material source. The study area is located in the deep ocean, and the sediment is mainly composed of the abyssal clay and silicon calcareous clay. It contains a small amount of siliceous clay, clayey siliceous ooze and clayey calcareous ooze. Clay mineral composition is mainly smectite and illite, containing part of the kaolinite and chlorite. Clay minerals indicate that the sediments in the area are mainly terrigenous，which are carried by high airflow. The Antarctic Bottom Water and hydrothermal activity have a certain influence on the source of the provenance. The geochemical characteristics of sediments also indicate that the sediments are mainly derived from terrestrial sources. The distribution curve of the REE is similar to that in the surface water of the North Pacific Ocean, and it shows strong Ce losses, indicating that the bio-deposition caused by biological activities also has a certain impact on the surface sediments.

The East Pacific Ocean; The CC Zone; chemical composition; clay minerals; source

10.3969/j.issn.1001-909X.2017.01.007.

2016-09-22

2016-12-30

大洋礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)專項基金項目資助(DY125-14-E-01)

付鋒(1991-)，男，江西南昌市人，主要從事海洋地球化學(xué)等方面的研究。E-mail:fufengg@163.com

*通訊作者：倪建宇(1969-)，男，研究員，主要從事海洋地球化學(xué)和海洋環(huán)境化學(xué)方面的研究。E-mail:jianyuni@sio.org.cn

P736.3

A

1001-909X(2017)01-0055-11

10.3969/j.issn.1001-909X.2017.01.007

付鋒，鄭洋，姚旭瑩，等.東太平洋CC區(qū)西區(qū)表層沉積物黏土礦物和地球化學(xué)特征[J].海洋學(xué)研究,2017,35(1):55-65,

FU Feng，ZHENG Yang，YAO Xu-ying，et al. Clay mineral and geochemical analysis of surface sediments in the western region of CC Zone in the East Pacific Ocean[J].Journal of Marine Sciences,2017,35(1):55-65, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2017.01.007.