劉忠誠 陳志華 金秉福 王昆山

0 引言

南極作為世界上最獨(dú)特的自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，越來越引起人們的關(guān)注。隨著對南極研究的不斷拓寬和深入，南極已成為全球氣候-海洋系統(tǒng)的一個(gè)重要研究組分。各國對南極地區(qū)開展的地質(zhì)、地球物理調(diào)查，業(yè)已取得了許多重要的研究成果［1］，但南極地區(qū)仍有頗多懸而未決的問題。南極半島周圍海域的碎屑沉積物蘊(yùn)含有環(huán)境變化、南極繞極環(huán)流變遷與沉積物的源匯信息［2-3］。認(rèn)識現(xiàn)代沉積物的組成和沉積過程有助于更好地理解過去的南極冰蓋動力學(xué)或底層洋流的產(chǎn)生模式。這不僅有助于了解古環(huán)境的變化，而且對研究新生代長期環(huán)境變化有所啟示［4］；來自南極半島、威德爾海南部及其附近島嶼的碎屑重礦物組合之間存在差別，可能會提供有關(guān)西南極冰川歷史的新見解。

目前，有關(guān)南極海域碎屑礦物的研究相對較少。已有研究表明：南極長城站附近海灣的重礦物源自海灣近岸區(qū)域，尤其駿馬河所搬運(yùn)的物質(zhì)對長城灣貢獻(xiàn)突出［5］；學(xué)者們對南極半島西北部海域碎屑礦物分布特征［6］、麥克默多海峽柱樣重礦物特征［7］也有相關(guān)研究；還有的對威德爾海及其鄰近區(qū)域的碎屑物質(zhì)分布特征和物源進(jìn)行了探討［4］。黏土礦物特別是對高嶺石在南極的發(fā)現(xiàn)引起國內(nèi)外研究者廣泛 關(guān) 注［8］，Lucchi等［9］， Damiani等［10］， Junttila等［11］分別對南極諸多大陸架和陸隆黏土礦特征進(jìn)行了闡述；多數(shù)研究者認(rèn)為，這是內(nèi)生原因——礦物的熱液蝕變作用［12-13］；也有人研究南極半島長城站附近黏土礦物的分布規(guī)律及成因后，認(rèn)為其受到某些元素的地球化學(xué)行為和地貌類型等因素影響顯著［14］。有學(xué)者利用重礦物和黏土礦物綜合分析了麥克默多海峽的沉積物來源［15］，一些研究者認(rèn)為斯特舍海域沉積物礦物組成特征，是大陸冰川的擴(kuò)張和繞極環(huán)流的加強(qiáng)，將陸源碎屑物質(zhì)帶到斯特舍海域［16-18］的結(jié)果。有的研究者對德雷克海峽洋流［19］及其南部物質(zhì)來源［20］與威德爾環(huán)流也有闡述［21］，并且開展了氧、氫、鍶同位素研究［22-23］。南極半島周圍海域沉積物中的火山源物質(zhì)凸顯，因此，對火山碎屑物的研究擴(kuò)大了對火山作用的認(rèn)識及對火山景觀和環(huán)境效應(yīng)的理解［24］。

本文基于對南極半島東北部海域（德雷克海峽東部與威德爾海北部及斯特舍海南部）15個(gè)表層海洋沉積物樣品以及1個(gè)柱樣的輕、重礦物鑒定分析的結(jié)果，初步探討了南極半島東北部海域表層樣中碎屑礦物的組合與分布規(guī)律。結(jié)合礦物學(xué)分析結(jié)果、海流系統(tǒng)特征、南極半島周圍地質(zhì)構(gòu)造和巖性概況，追溯蝕源區(qū)、物質(zhì)遷移、沉積規(guī)律，討論了碎屑礦物空間分布特征及其與海流、火山巖分布和冰川活動之間的關(guān)聯(lián)性。

1 研究區(qū)自然地理與地質(zhì)概況

南極地區(qū)包括南極洲和南大洋。南極洲指60°S以南的南極大陸和島嶼［25］，南大洋指從南極大陸海岸至60°S的環(huán)南極洋區(qū)。南極洲以橫貫?zāi)蠘O山脈為界分為東南極與西南極［26］。西南極包括南極半島（含南設(shè)得蘭群島）和伯德冰下盆地（Byrd Subglacial Basin），屬于中-新生代褶皺帶。南極半島主要表現(xiàn)為中、新生代太平洋邊緣島弧，東南極由古生代變質(zhì)巖基底和中新生代巖漿巖兩個(gè)構(gòu)造層組成［27］。本研究區(qū)（圖1）位于南極半島東北部，大致為60°S—63°S，44°W—59°W之間的區(qū)域。南極半島是一個(gè)狹長的陸殼碎片，其西部為太平洋洋殼，東部為威德爾海。南極半島與智利最南部安第斯科迪勒拉山脈之間存在許多相似的地質(zhì)特征［28］。

圖1 研究區(qū)與樣品站位分布圖Fig.1.Studied area and locations of samples

南極大陸大部分地區(qū)被冰雪覆蓋，海域多有浮冰，其地質(zhì)特征復(fù)雜，只能借助有限的海岸基巖露頭、零散的角峰和分散的新生代火山與熔巖進(jìn)行分析推斷，研究難度大［29-30］。東南極絕大部分由南極高原組成，其高程由海岸向內(nèi)陸迅速增大；西南極為平均海拔850 m的褶皺帶，南極半島為南極大陸主體向北延伸，平均海拔1 500 m［31］。海底地貌包括海底高原、隆起與海盆［32］，水深2 000 m以上，多為海盆，常覆蓋很厚的沉積物［33］。南極海域的表層水溫，冬季由南向北通常為 －1.9℃至1.0℃，夏季可升到 －1℃至4.0℃［34］。南極海域長年風(fēng)速高，羅斯海區(qū)多大于15 m·s－1，有時(shí)甚至超過 20 m·s－1，高風(fēng)速的風(fēng)場是海冰移動的主要驅(qū)動力之一［35］。

南大洋環(huán)流系統(tǒng)一般可分為沿岸流（極地東風(fēng)流，或稱東風(fēng)漂流）和南極繞極流（西風(fēng)漂流，Antarctic Circumpolar Current（ACC））兩部分。在環(huán)繞南極大陸的近岸水域存在東風(fēng)漂流，主要環(huán)流路徑是平行極地鋒和亞南極鋒［21］。東風(fēng)漂流的流速、流幅和流量均不大，但對南極底層的水團(tuán)形成卻有著重要作用。南極繞極流與盛行的西風(fēng)帶有密切關(guān)系［36］，海面表層?xùn)|向 ACC的流速約 0.04 m·s－1，隨著向南則流速迅速遞增，到南極鋒北部邊緣可增至0.15 m·s－1，而在南極鋒帶中則常出現(xiàn)急流，曾觀測到 0.5—1.0 m·s－1的高速流［16，37］。

南極大陸的主體是東南極地盾，基底為早前寒武紀(jì)的變質(zhì)巖系，其上零星出露晚前寒武紀(jì)及古生代的沉積蓋層。它的北面是橫貫?zāi)蠘O山脈，為古生代褶皺帶，西南極的埃爾斯沃斯地和南極半島則是中-新生代褶皺帶［38］。南設(shè)得蘭群島和南極半島實(shí)際上是一條與南美洲南端火地島相連的、彎曲的巨大島?。?9］。南極半島和東部埃爾斯沃思地代表侏羅紀(jì)到晚第三紀(jì)安第斯造山帶深層侵蝕的巖漿?。?0，40-41］。

南極半島褶皺帶上最老的巖石為三疊系，主要是砂巖和頁巖；三疊系之上是巨厚的侏羅紀(jì)-白堊紀(jì)火山巖，晚侏羅世鈣堿性火山巖廣泛分布在南極半島的西海岸和東海岸。新生代的火山巖有明顯的構(gòu)造分區(qū)性，在南極半島的西面主要為裂隙噴發(fā)的堿性玄武巖類，而在南極半島東面和設(shè)得蘭群島主要為鈣堿性安山巖類［28］。這些火山巖組成玄武巖-安山巖-流紋巖套，通常為近水平沉積。喬治王島上的菲爾德斯半島由玄武巖和安山巖熔巖組成，含少量凝灰質(zhì)沉積巖，火山巖被許多巖墻和一些閃長巖大巖頸侵入［28，42］。中生代的低鉀鈣堿性玄武巖和玄武安山巖在南設(shè)得蘭群島廣布。其中位于菲爾德斯半島的長城站附近、包括半島中部和南部，幾乎全部由玄武質(zhì)和玄武安山質(zhì)熔巖、火山碎屑巖和火山碎屑沉積巖所組成。這套火山巖具有典型的島弧火山巖的特征［43］。威德爾海域前寒武紀(jì)結(jié)晶巖和古中生代沉積巖占主導(dǎo)地位［17］。

2 材料與方法

樣品來源：2011年11月至2012年4月，在南極半島周圍海區(qū)開展了海洋生物、物理、化學(xué)、地質(zhì)與地球物理等多學(xué)科，多項(xiàng)目的海洋綜合考察。調(diào)查范圍為 55°W—69°30′W，60°S—66°55′S之間，表層沉積物的采樣站位、水深及巖性特征見（表1）。本研究分析的樣品主要來自中國第28次南極科學(xué)考察，采集的樣品有箱式樣、多管樣、柱狀樣，主要為15個(gè)表層樣和1個(gè)柱狀樣。

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

碎屑礦物樣品制備，按照中國近海海洋綜合調(diào)查與評價(jià)專項(xiàng)技術(shù)規(guī)程——海洋底質(zhì)調(diào)查［44］中礦物分析方法的規(guī)范要求進(jìn)行，取濕樣500 g，用0.25，0.125和0.063 mm套篩進(jìn)行篩分，經(jīng)篩選沖洗后，得到0.063—0.125 mm和0.125—0.25 mm兩個(gè)待鑒定樣品粒級；然后進(jìn)行重液分離，重液為CHBr3（比重范圍＝2.889—2.891），3次攪拌后靜置8 h，將輕、重礦物分離后分別沖洗、烘干、稱重，獲得到重、輕礦物重量數(shù)據(jù)。重礦物在實(shí)體顯微鏡雙目鏡和偏光鏡，采用條帶顆粒記數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，約300—500個(gè)顆粒，用折光率為1.70的浸油制成油浸薄片，置于偏光鏡下檢查，最后統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)。輕礦物制成砂薄片，在鏡下鑒定并統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)。輔以掃描電鏡、電子探針、能譜電鏡等輔助方法進(jìn)一步定名。得到原始礦物顆粒數(shù)據(jù)，并計(jì)算得到各種礦物的顆粒百分含量。

3 碎屑礦物組合與分布特征

重礦物：重礦物在碎屑礦物中所占的比重為0.65%—15.33%，平均含量為4.5%。研究區(qū)表層沉積物中重礦物主要有石榴子石、紫蘇輝石、綠簾石、普通角閃石、普通輝石、磁鐵礦、赤鐵礦、白云母、褐鐵礦和風(fēng)化碎屑，其他比較常見的重礦物有鈦鐵礦、鋯石、黑云母、金紅石、透閃石、榍石、菱鐵礦、棕閃石、十字石、黝簾石等（表2）。

石榴子石：小粒狀或碎粒狀，以淺粉色為主，光澤較強(qiáng)，未見有完整晶形顆粒。

普通角閃石：綠色或黑綠色，短柱狀為主，斷口不平坦、有破損，磨蝕。

綠簾石：黃綠色，小粒狀，多為紫蘇輝石蝕變而來。

黑云母：褐黑色，較厚，片狀，邊緣破損。

白云母：無色，片狀。

紫蘇輝石：淺褐色，略帶紫色調(diào)，磨蝕、表面不干凈，以粒狀為主，短柱狀次之，斷口處有粉末。

磁鐵礦：小粒狀，表面較為干凈，金屬光澤。

褐鐵礦：黃褐色，粒狀，表面不光滑，成熟度高。

赤鐵礦：黑色，粒狀，表面疏松。

輕礦物：輕礦物在碎屑礦物中所占的比重為84.67%—99.35%，平均含量為 95.48%。

研究區(qū)主要輕礦物有石英、斜長石、火山玻璃、黑色渣狀物、風(fēng)化碎屑、黑色火山物質(zhì)等，其他常見的輕礦物組分還有生物碎屑、綠泥石、海綠石、白云母等（表2）。

石英：無色透明，粒狀，玻璃光澤，與長石伴生，有磨蝕，表面不干凈。

長石：基本上為斜長石?；野咨驘o色透明，粒狀，少數(shù)板柱狀，玻璃光澤；通常有磨蝕和溶蝕，表面臟，部分為渣狀粒。

火山玻璃：含量變化大，且分布廣泛。以淺褐色為主，其形狀有碎粒狀、樹枝狀、腐竹狀、雞骨狀、錐狀、條狀、蜂窩狀、撕裂狀等，棱角明顯，有的氣孔發(fā)育。顆粒表面的玻璃突起或褶皺已經(jīng)磨蝕或溶蝕，表面沾染粉末。

綠泥石：綠色、淺綠色，粒狀，多為斜長石風(fēng)化。

生物碎屑：生物溶蝕產(chǎn)物，多見硅質(zhì)生物，渣狀。

3.1 碎屑礦物組分特征

重礦物主要包含石榴子石、紫蘇輝石、綠簾石、普通角閃石，它們平均含量分別為26.5%、21.9%、13.1%、12%（表2）。重要礦物有普通輝石、磁鐵礦、赤鐵礦等，個(gè)別站位（D2-4）白云母含量突出（60%）。該區(qū)域的礦物組成種類少，主要礦物含量突出。輕礦物主要有石英、斜長石、火山玻璃，含量分別為 62.6%、14.9%、14.8%，此外，有微量的風(fēng)化碎屑。研究區(qū)的礦物組成大致包含兩種物源，火山源與陸源，其特征如下。

表2 南極半島東北部海域礦物數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（百分含量%，“—”表示未見）Table 2.Mineral’s statistics of the studied area（%，“—”indicates zero）

3.1.1 火山源碎屑礦物

本研究區(qū)普通輝石、紫蘇輝石、角閃石、石榴子石、火山玻璃等火山源組分含量高?；鹕讲Ａв泻稚蜔o色兩種，它們棱角明顯，形狀有片狀，雞骨狀、腐竹狀、弧面多角狀等。本區(qū)以褐色玄武質(zhì)玻屑居多，無色英安質(zhì)玻屑含量較少。長石類礦物只見到斜長石。重礦物石榴子石、紫蘇輝石、磁鐵礦占優(yōu)勢，三者總和大于50%。火山礦物主要分布在南設(shè)得蘭群島周圍海域。

3.1.2 陸源碎屑礦物

陸源礦物主要有石榴子石、綠簾石、普通角閃石、透閃石、白云母等，礦物多數(shù)晶形保存不完整，多有磨蝕、風(fēng)化現(xiàn)象；也有部分礦物經(jīng)過長距離搬運(yùn)，呈次棱角狀、次圓狀。石榴子石未見完整晶型。研究區(qū)陸源碎屑礦物分布廣泛，在南極半島以東有一定程度富集，斯科舍海域相對于南極半島沿岸陸源組分含量增加。

3.2 礦物分布特征

按照樣站分布空間屬性，結(jié)合采樣水深資料，將樣品劃分為3個(gè)系列，分別為（1）南奧克尼群島南部系列（D5-2、D5-3、D5-4、D5-5、D5-6、D5-7、D5-9-1）；（2）深水站位系列（D1-3、D3-7、D4-9、D5-9-1）；（3）柱樣 D5-9系列（D5-9-1、D5-9-3、D5-9-5、D5-9-7、D5-9-9、D5-9-11）。

3.2.1 南奧克尼群島南部系列

采樣站位分布由D5-2至D5-9水深逐漸加深（243—2 036 m），該系列樣品重、輕礦物分布如下：

重組分中普通角閃石含量呈現(xiàn)增長趨勢（圖2），除去D5-7為突變點(diǎn)相對含量低。綠簾石含量在陸坡上大幅度的降低，而海盆中其處于中等水平。D5-2到D5-3站位石榴子石含量（7%—34.3%）劇增，隨后各站位穩(wěn)步增加，至 D5-7含量最高（65%）。普通輝石含量則表現(xiàn)為隨水深增加而減少的序列。紫蘇輝石含量呈波動狀態(tài)。磁鐵礦含量同樣在D5-7含量最高（15%）。赤鐵礦則表現(xiàn)出隨水深增加含量逐漸減少的現(xiàn)象。其中綠簾石和磁鐵礦分布狀況有較強(qiáng)的正相關(guān)性（0.75）。

輕組分中石英含量為明顯的增加序列（44.3%—88.3%），呈現(xiàn)出了倍增的特征；斜長石與石英則具有負(fù)相關(guān)性，由45.3%（D5-2）減少至7.3%（D5-9）；無色火山玻璃在前3個(gè)站位出現(xiàn)，隨著水深的增加，其他站位均未出現(xiàn)，各站位均含有褐色火山玻璃，而且隱約呈降低的趨勢。

圖2 南奧克尼群島南部礦物分布Fig.2.Mineral’s distribution of the southern of south Orkney Islands

南奧克尼群島南部的系列站位隨水深的增加，樣品中黏土的成分比重加大，沉積環(huán)境趨于平靜。石英／長石、角閃石／綠簾石（表3）兩者皆與水深呈正相關(guān)，隨水深的加大，數(shù)值穩(wěn)步增加，而不穩(wěn)定礦物／穩(wěn)定礦物比值（UM／SM）則可以作為區(qū)分物源和沉積環(huán)境的指標(biāo)之一［45］，可代表源區(qū)物質(zhì)風(fēng)化程度，對于物源相同的沉積物，會隨搬運(yùn)距離的增大，UM／SM的值會減?。?6］）則呈現(xiàn)波動起伏狀態(tài)。

3.2.2 深水站位系列礦物組合分布特征

D1-3位于德雷克海峽，其他三個(gè)站位則分布在斯科舍海盆?？傮w上，出現(xiàn)的礦物種類極其相近，但是各種礦物的含量在兩個(gè)區(qū)的差異較大（圖3）。D1-3重礦物紫蘇輝石占據(jù)絕對主要地位（79.4%），輕礦物石英含量（46.8%）偏低，火山玻璃和火山渣含量高（20%左右），顯然樣站區(qū)域沉積物與火山活動或者火山巖有關(guān)聯(lián)。斯科舍海區(qū)重礦物中石榴子石含量明顯較高，50%左右，普通輝石含量高（16%—24%）；輕礦物石英含量突出，90%左右。另外，含有少量的斜長石，火山玻璃偶現(xiàn)，未見火山渣；該區(qū)域石榴子石可能來源于變質(zhì)巖區(qū)。該樣品系列，石英／長石、UM／SM值均在D1-3樣站出現(xiàn)最小值，而在其他3個(gè)站位少有起伏，采集的樣品巖性特征同樣與站位分布密切相關(guān)，D1-3靠近島嶼，砂質(zhì)缺失，采集到礫石樣，而海盆中的樣品為黏土質(zhì)粉砂。

圖3 深水系列站位礦物分布Fig.3.Mineral’s distribution of deepwater series stations

3.2.3 柱樣 D5-9系列

D5-9巖芯巖性特征分層描述如下：

（1）D5-9-1樣品所屬層位0—14 cm，灰褐色黏土質(zhì)粉砂。

（2）D5-9-3樣品所屬層位48—68 cm，深灰黃色粉砂質(zhì)黏土，顏色和成分不均一。

（3）D5-9-5樣品所屬層位74—94 cm，灰黃色含有孔蟲黏土，顏色和成分不均一。

（4）D5-9-7樣品所屬層位116—128 cm，灰黃色含砂礫黏土，以黏土和粉砂為主，含較多的礫石和砂。

（5）D5-9-9樣品所屬層位153—220 cm，灰黃色粉砂質(zhì)黏土，顏色較均一。

（6）D5-9-11樣品所屬層位233—240 cm，灰黃褐色含礫石黏土。

各個(gè)層位的物質(zhì)顏色基本以灰色、黃色為主。沉積物的組成特征表現(xiàn)為，自D5-9-1至D5-9-7層位隨柱樣深度的增加，粉砂組分含量減少，與此同時(shí)黏土含量增加，而且粗砂與礫石級含量呈現(xiàn)上升趨勢，到D5-9-7層位已可見較多礫石，自D5-9-7層位以下礫石含量降低。

表3 3個(gè)站位系列中的礦物指數(shù)Table 3.Mineral’s index of the three sample series

主要重礦物（圖 4）有：石榴子石（34.8%）、普通角閃石（24.5%）、紫蘇輝石（18.5%），含量較高礦物有綠簾石（8.1%）和磁鐵礦（7.3%）；輕礦物（圖5）：石英（78.3%）、斜長石（9.7%），有少量褐色火山玻璃（3.9%）。

圖4 柱樣重礦物分布特征Fig.4.Distribution of heavyminerals in core sample

圖5 柱樣輕礦物分布特征Fig.5.Distribution of lightminerals in core sample

普通角閃石含量基本穩(wěn)定（約20%），綠簾石在中間層位D5-9-7含量最低2.5%，兩側(cè)都表現(xiàn)出一定程度增加；石榴子石呈現(xiàn)出與綠簾石負(fù)相關(guān)的特征，同樣以D5-9-7層位為對稱中心，該層含量最低（17.1%），該層位兩側(cè)分別向上、向下其含量增加；紫蘇輝石D5-9-7層位含量最高（40.2%），兩側(cè)含量近似對稱降低；磁鐵礦含量較低（7.3%），但其各層位分布特征和紫蘇輝石分布特征正相關(guān)。D5-9-7層位石英含量最低（66%）兩側(cè)分別向上與向下對稱增加；斜長石表層含量低，自次表層（D5-9-3）以下有微弱的減少趨勢；褐色火山玻璃于D5-9-7層含量突出（15.7%）而兩側(cè)急劇降低，無色火山玻璃鮮有出現(xiàn)。

石英／長石比值波動分布，離散程度較?。籙M／SM在D5-9-7出現(xiàn)極小值，可能是有新物源加入，影響了該層的礦物組成特征；角閃石／綠簾石比值則在該層位出現(xiàn)極大值，同樣表征突變層位。

柱樣的礦物組成和微體古生物數(shù)據(jù)可以推測深水的溫度，每年海冰覆蓋程度和環(huán)流強(qiáng)度等環(huán)境條件［7，16］。因此，研究區(qū)柱樣的礦物特征，可能反映ACC古環(huán)境以及當(dāng)前沉積的環(huán)境。雖然難以量化古環(huán)境的實(shí)際情況，它們的影響通?？梢怨罍y［47］。因?yàn)镈5-9-7層位紫蘇輝石、褐色火山玻璃、磁鐵礦等一系列礦物在這一時(shí)間段明顯同時(shí)增加，更重要的是，在其兩側(cè)出現(xiàn)近似鏡面對稱狀的分布?？梢院侠淼耐茰y在該層位所處的地質(zhì)時(shí)期前后有火山活動，或者出現(xiàn)冰川擴(kuò)張現(xiàn)象，當(dāng)然也有可能繞極環(huán)流的軸線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，攜帶大量火山巖礦物，并持續(xù)較長時(shí)間，從而垂向出現(xiàn)此礦物分布特征。

3.3 礦物組合類型與分區(qū)

根據(jù)南極半島東北海域各個(gè)樣點(diǎn)碎屑礦物組合、分布特征，特別是幾種主要礦物組分的空間分布狀況，參考樣品分布區(qū)域的地質(zhì)地貌特征與洋流系統(tǒng)，大致將研究區(qū)劃分為兩大礦物組合區(qū)（圖6）：Ⅰ區(qū)輝石-磁鐵礦-火山玻璃型，分布在南極半島北部巴斯菲爾德海峽與德雷克海峽東部；Ⅱ區(qū)石榴子石-綠簾石-角閃石-石英型，分布在威德爾海北部與斯特舍海南部。

Ⅰ區(qū)，輝石占優(yōu)勢，普通輝石和紫蘇輝石約占重礦物總量的70.8%，其次為磁鐵礦、赤鐵礦、石榴子石、普通角閃石等。輕礦物以褐色火山玻璃含量高為特征，平均含量為30.8%，個(gè)別站位含量顯著（D1-7站位達(dá)83%），斜長石含量較高，部分站位斜長石含量大于石英，其石英／長石之比為2.75，這種礦物組合擬合于基性火山巖型。

Ⅱ區(qū)，石榴子石含量十分顯著（42.1%），然后為綠簾石（19.4%）、角閃石（16.4%），再其次有輝石、赤鐵礦、磁鐵礦等。輕礦物石英占主要地位（77.3%），另外有一定量的長石、褐色火山玻屑。石英／長石之比為4.56。這種礦物組合類型，其源可能為變質(zhì)巖，還反映可能有中酸性巖石的礦物組分加入。

圖6 南極半島東北海域礦物分區(qū)示意圖（Ⅰ區(qū)為輝石-磁鐵礦-火山玻璃型；Ⅱ區(qū)為石榴子石-綠簾石-角閃石-石英型）Fig.6.Mineral provinces in the sea offnortheastern of Antarctic Peninsula（Province I，Augite-Magnetite-Volcanic glass type；ProvinceⅡ，Garnet-Epidote-Hornblende-Quartz type）

4 討論

4.1 物質(zhì)來源

從源與匯角度分析，碎屑礦物組合分區(qū)與物源區(qū)的關(guān)系極為密切。上述兩個(gè)礦物組合區(qū)的礦物特征，指示了南極半島和附近島嶼是該礦物組合區(qū)主要控制源。

Ⅰ區(qū)，火山碎屑礦物（輝石、火山玻璃等）來自火山巖和火山噴發(fā)物，它們的高值沉積區(qū)，位于南設(shè)得蘭群島周圍及其東部海域。已知南設(shè)得蘭群島是由侏羅-白堊紀(jì)的中生代火山巖組成，主要為低鉀鈣堿性玄武巖和玄武安山巖［39］。這些火山巖的風(fēng)化碎屑物質(zhì)通過冰川、浮冰、海流搬運(yùn)入海和島嶼上火山灰的沉降或海底火山噴發(fā)提供了大量火山物質(zhì)，從而形成了輝石-磁鐵礦-火山玻璃礦物組合類型。這種礦物組合類型特征反映出，南設(shè)得蘭群島以及南極半島北端的火山巖剝蝕與火山活動是形成該礦物區(qū)的主要控制因素。該區(qū)海底沉積物測年與南極大陸的年齡相當(dāng)［22］，這又進(jìn)一步證明這些沉積物來自南極大陸，本文礦物學(xué)研究結(jié)果與這種認(rèn)識相符。輝石是南設(shè)得蘭火山巖礦物組合區(qū)中最突出的重礦物［48-49］，布蘭斯菲爾德海峽及附近地區(qū)的表層沉積物的礦物數(shù)據(jù)顯示，輝石類礦物含量在60%以上且與高比例的火山玻璃和磁鐵礦等金屬礦物相關(guān)，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了南設(shè)得蘭群島為本區(qū)源之一。

以中酸性火山巖巖石為主的南極半島，應(yīng)是該礦物區(qū)的物源區(qū)；以變質(zhì)巖為主的象島和克勞倫斯島［6］是變質(zhì)礦物的源。中酸性火山巖碎屑礦物與南極半島關(guān)聯(lián)度高，半島西部以玄武巖為主，至東部變?yōu)橐粤骷y巖為主［6］。研究數(shù)據(jù)顯示白云母等礦物，只在象島與克勞倫斯島之間個(gè)別站位D2-4出現(xiàn)極大值（60%），顯然與象島的片巖等變質(zhì)巖密切相關(guān)。

Ⅱ區(qū)，角閃石和綠簾石含量與南設(shè)得蘭群島周圍樣站相比較，高出一定水平，而且一些礦物含量呈現(xiàn)出自南奧克尼群島向深海方向降低的趨勢，表征有近源性。本區(qū)礦物組合石榴子石含量最高，綠簾石和角閃石含量較高，反映本區(qū)的源區(qū)以變質(zhì)巖為主。南奧克尼變質(zhì)礦物組合中石榴子石含量高（57%），綠簾石組具有較高平均濃度（23%）。此外，綠簾石組中，主要由斜黝簾石組成［4］。低級和中等變質(zhì)巖在南奧克尼群島上廣泛分布［50］，這些資料顯示南奧克尼群島可能是Ⅱ區(qū)的主要物源區(qū)。

由于南極半島西部無明顯石榴子石來源（表4），表示沉積物可能來源于南極半島東部與威德爾海南部灣畔。相對高含量的綠簾反映可能存在低的變質(zhì)巖沉積物由南極半島供給；以上的各類礦物在南極半島南部拉西特海岸（Lassiter Coast）海岸的混雜堆積碎屑物中均有發(fā)現(xiàn)［51］。這些物質(zhì)要到達(dá)Ⅱ區(qū)，威德爾環(huán)流的作用應(yīng)該引起重視。

表4 南極礦物研究結(jié)果比較（百分含量 %，“—”表示未見）Table 4.Comparison of Antarcticmineral research（%，“—”indicates zero）

4.2 搬運(yùn)介質(zhì)及其動力條件

4.2.1 冰川作用

南極半島附近海灣以及陸架區(qū)，即Ⅰ區(qū)，沉積物屬于殘積冰磧物類型，粒度較粗，為含礫細(xì)砂質(zhì)粗砂、分選差的含礫砂質(zhì)粉砂。碎屑物質(zhì)多數(shù)來自南極半島和鄰近的島嶼，它們組成特征主要受冰川作用影響，可能以冰筏漂流的方式搬運(yùn)，在極少數(shù)情況下出現(xiàn)的深層流匯集，也會使細(xì)的碎屑物質(zhì)沉積［48］。由于研究區(qū)冰蓋接近大陸架邊緣，豐富的陸源物質(zhì)被帶到陸緣，布蘭斯菲爾德海峽等相對遠(yuǎn)離大陸或島嶼的深水海區(qū)，沉積物粒度變細(xì)以黏土質(zhì)粉砂為主，屬混合副冰磧物。其沉積物組成特征同時(shí)受到南極半島和南設(shè)得蘭群島兩個(gè)物源區(qū)的影響，在兩個(gè)物源的交匯處往往形成混合型的礦物組合區(qū)。Ⅱ區(qū)，南斯科舍海區(qū)，出現(xiàn)較粗粒級碎屑且具有多個(gè)來源，包括深成巖和火山巖，海盆中粗組分應(yīng)由冰筏提供。這也表明了南極半島，南美南部和安第斯火山-深成巖復(fù)合物的南奧克尼群島［52］等島嶼可為其源區(qū)。冰川的擴(kuò)張為其主要動力和搬運(yùn)介質(zhì)。粒度特征和礦物區(qū)的分布，有力地反映了冰筏碎屑的積累與威德爾環(huán)流過程中的主要冰山漂移軌跡相一致［4］。已有研究結(jié)果［53-54］表明，冰筏是外海砂石運(yùn)輸最重要的機(jī)制，而高比例的淤泥和黏土細(xì)粒沉積物，主要由永久性或暫時(shí)性的底部環(huán)流搬運(yùn)［55］。從沉積物樣本中獲得的大塊玄武巖、片麻巖碎屑，展示出冰川磨損的跡象，表明可能由冰筏攜帶礫石達(dá)到相應(yīng)位置，而泥質(zhì)成分則可能由環(huán)流搬運(yùn)。

4.2.2 海流系統(tǒng)

本區(qū)礦物組合類型明顯受海流的影響，主要受自西向東流的ACC的作用，許多研究已經(jīng)指出ACC沿大陸坡流動［21，56-58］，使南極半島與南設(shè)得蘭群島的冰筏沉積物向東擴(kuò)散。順時(shí)針方向通過斯科舍南部的威德爾環(huán)流對此也有影響，它使南極半島西南部碎屑物向東北方向擴(kuò)算，ACC最深的水團(tuán)是在北部而威德爾海深水區(qū)在南部［59］?？傊緟^(qū)的環(huán)流模式對沉積物擴(kuò)散分配有明顯的控制作用。

現(xiàn)代ACC主要或全部是風(fēng)驅(qū)動的，可延伸到海床。其路徑認(rèn)為受到地形影響［3］，無論是再懸浮過程還是隨后的沉積過程，深環(huán)流有分選細(xì)沉積物的效果［60］，因而，南奧克尼群島附近站位礦物分布特征隨水深的增加表現(xiàn)出非常擬合的相關(guān)性?？拷鼚u弧的海盆區(qū)域環(huán)流較弱（平均 6.8—8 cm·s－1）［61］，又沒有底棲風(fēng)暴，現(xiàn)場只出現(xiàn)有良好的淤泥和黏土沉積［2］。地形通過影響環(huán)流的路徑與強(qiáng)度從而作用于沉積物。在德雷克海峽北部的沉積物顯示，有非常強(qiáng)的底部環(huán)流到達(dá)大陸坡腳下，因?yàn)闆]有證據(jù)證明是第三紀(jì)坡進(jìn)積［18］，強(qiáng)烈的底部環(huán)流對物質(zhì)分配作用顯著。斯科舍海地大部分為孤立的，這意味著大部分沉積物的供給得追溯到繞極環(huán)流中。有學(xué)者強(qiáng)調(diào)［62］，威德爾海盆沉積物主要由洋流作用供給。在東南極只有極少數(shù)的攜砂冰山能夠向威德爾海中央運(yùn)動，冰筏碎屑物的記錄極少，海上攜砂冰山的出現(xiàn)比較罕見［63］，在南極洲周圍的其他邊緣海也觀測到類似結(jié)果［64-65］。既然研究區(qū)攜砂冰山對海盆內(nèi)沉積物貢獻(xiàn)微弱，那么沉積物主要由洋流搬運(yùn)而來是比較合理的解釋。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)主要重組分有石榴子石、紫蘇輝石、綠簾石、普通角閃石、普通輝石、磁鐵礦、赤鐵礦、白云母、褐鐵礦和風(fēng)化碎屑等；輕組分包括石英、斜長石、褐色火山玻璃、無色火山玻璃、風(fēng)化碎屑、黑色火山物質(zhì)等。

（2）依據(jù)表層碎屑礦物組合與分布特征，將該研究區(qū)域可劃分為兩個(gè)礦物區(qū)：輝石-磁鐵礦-火山玻璃礦物區(qū)；石榴子石-綠簾石-角閃石-石英礦物區(qū)。

（3）南極半島東北海域的碎屑物質(zhì)的分布特征是物源、ACC、威德爾環(huán)流以及冰川活動等多重因素綜合作用產(chǎn)物，Ⅰ區(qū)主要源區(qū)為南極半島及南設(shè)得蘭群島火山巖區(qū)；Ⅱ區(qū)除南奧克尼群島等島嶼的貢獻(xiàn)外，ACC攜帶物質(zhì)的補(bǔ)給作用顯著。

致謝 本研究使用的中國第28次南極科學(xué)考察采集的樣品由中國極地研究中心沉積物庫提供。

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