石?勇, 高建華, 劉治帥, 汪小勇, 李明亮

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鴨綠江河口及近岸地區(qū)沉積物的稀土元素對物質(zhì)運(yùn)移的指示意義

石?勇1,2, 高建華2*, 劉治帥1, 汪小勇1, 李明亮3

(1. 國家海洋技術(shù)中心, 天津?300111; 2. 南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京?210023; 3. 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院, 江蘇 南京?210018)

稀土元素(REE)的穩(wěn)定性使其在物源示蹤中得到廣泛應(yīng)用, 而針對沉積物REE在運(yùn)移過程中的微弱變化卻往往被忽略。本文以鴨綠江河口地區(qū)沉積物為研究對象, 探討該區(qū)沉積物Ce、Eu的分異特征及其對物質(zhì)運(yùn)移格局變化的指示作用。鴨綠江河口地區(qū)沉積物的REE含量與平均粒徑呈顯著正相關(guān)關(guān)系, 而與Eu呈較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系, 即隨著REE的富集, Eu的虧損程度加劇。Eu的異常發(fā)生于巖漿結(jié)晶過程, 長石類礦物的Ca2+與Eu2+發(fā)生置換, 造成富集REE礦物的Eu虧損。河流來源的溶解態(tài)Ce的氧化沉淀作用, 造成河口地區(qū)沉積物的Ce呈正異常。此外, 柱樣歷史時期與表層樣的Ce差異及河口地區(qū)不同亞環(huán)境間的Ce差異, 有效指示了河口地區(qū)物質(zhì)的運(yùn)移及沉積環(huán)境的變遷。遼東半島南側(cè)沉積物中砂組分(大于63 μm)的Eu指示, 水深超過50 m后, Eu呈顯著正異常, 該處可能為鴨綠江砂組分的運(yùn)移極限。

Ce;Eu; 稀土元素; 物質(zhì)輸運(yùn); 鴨綠江河口

0?引?言

稀土元素(REE)是一組性質(zhì)獨(dú)特的元素, 在巖石風(fēng)化、遷移過程中的穩(wěn)定性, 使其在物源示蹤研究中得到廣泛應(yīng)用[1?5], 并敏感地記錄了古氣候、海平面及環(huán)流格局等信息[6?9]。此外, 近岸及河口地區(qū)的REE還與生物化學(xué)過程、人類活動等相關(guān)[10?12]。作為具有變價的Ce、Eu, 有別于其他稀土元素, 在沉積物中往往出現(xiàn)虧損。以往針對近海沉積物Ce、Eu的分異研究, 往往僅停留在區(qū)域性對比及異常程度的描述階段, 較少深入分析Ce、Eu分異的細(xì)微變化及其可能具有的指示意義。

沉積物中小于63 μm的組分被認(rèn)為具有與源區(qū)相似的REE組成[13], 而針對物質(zhì)運(yùn)移的水文研究中也多關(guān)注懸移質(zhì), 使得砂組分(大于63 μm)的運(yùn)移及其REE組成的研究相對匱乏。本研究區(qū)位于北黃海, 針對該區(qū)泥質(zhì)沉積的物質(zhì)來源及發(fā)育方面已有大量研究[14?15], 而對占更大比例的砂質(zhì)沉積的研究卻較少。本文旨在通過對鴨綠江河口地區(qū)沉積物的Ce、Eu的分異特征的研究, 示蹤該區(qū)物質(zhì)的運(yùn)移, 從而揭示河口地區(qū)物質(zhì)運(yùn)移格局及沉積結(jié)構(gòu)對流域變化的響應(yīng), 并嘗試示蹤砂組分的向外擴(kuò)散。

1?材料與方法

2006年6月于鴨綠江中下游和河口地區(qū)(中水道、西水道和河口西岸外)采集表層樣45件; 2011年8月在鴨綠江河口西岸潮灘三個斷面(由東向西依次為S1、S2和S3)采集表層樣23件。此外, 于西岸潮灘采集三根柱樣(由東向西依次為C1、C2和C3), 長度分別為211、214和254 cm。柱樣C1位于斷面S1上, C2介于斷面S2與S3之間, C3則分布于斷面S3西側(cè)(圖1)。

圖1?鴨綠江河口及近岸地區(qū)采樣站位圖

根據(jù)樣品的分布區(qū)位將其劃分如下: 鴨綠江流域(1~5)、中水道(6~20)、西水道(21~31)、河口外(32~44)、西岸潮灘(45~67)。

室內(nèi)對表層樣與柱樣(4 cm等間距分割)進(jìn)行烘干、研磨處理, 研磨過程中挑撿出肉眼可識別的貝類殼體。取0.2 g過200目尼龍篩的樣品, 用兩步酸溶法(4 mL HNO3-1 mL HClO4, 4 mL HF-1 mL HClO4溶液)消解, 直至消化液中不出現(xiàn)殘留的黑色或白色殘渣, 最后再用10 mL HNO3提取。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)對上述樣品進(jìn)行測試, 并進(jìn)行重復(fù)樣和標(biāo)樣分析, 相對誤差小于5%。上述實驗在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實驗室完成。

利用Mastersizer2000型激光粒度儀對沉積物進(jìn)行粒度測定, 并采用矩法計算粒度特征參數(shù)。此前對柱樣的粒度測試及分布特征已進(jìn)行了詳細(xì)論述[16?17], 其中, 未能對河流下游沉積物(1~5)進(jìn)行粒度測試。

此外, 通過他人研究成果[18], 收集了遼東半島南側(cè)的表層樣15件, 分布于斷面S4和S5, 依次編號為68~75、76~82(圖2)。對該批樣品進(jìn)行篩分處理, 依次劃分出大于63 μm、30~63 μm、8~30 μm及小于8μm 4個粒級, 并對各粒級進(jìn)行稀土元素含量測試, 本文僅對大于63 μm粒級的REE進(jìn)行討論。

2?結(jié)?果

2.1?表層樣的粒度分布及其REE組成

鴨綠江河口地區(qū)表層沉積物分布與地形及水動力密切相關(guān), 區(qū)域性特征顯著: 中水道為鴨綠江的主要入海通道, 海陸作用強(qiáng)烈, 粒徑平均值達(dá)2.0 Φ, 沉積物最粗; 西水道為潮汐水道, 水動力弱, 沉積物最細(xì), 粒徑平均值為5.2 Φ; 河口外與西岸潮灘的沉積物粒徑較接近, 但河口外波動較大, 西岸潮灘沉積物的分布則相對均勻(圖3)。

從粒級組成來看, 中水道與西岸潮灘沉積物的砂含量大部分超過90%; 河口外沉積物的砂含量也較高, 但存在少數(shù)含量低于70%的樣品; 西水道內(nèi)潮溝發(fā)育, 采樣位置可能為潮溝或灘面, 從而造成砂含量的劇烈變化?？傮w來看, 河口地區(qū)表層沉積物的砂組分占主導(dǎo)。

圖2?遼東半島南側(cè)區(qū)域表層樣站位圖

圖3?表層沉積物的平均粒徑與REE含量的分布

方海超[18]對鴨綠江西岸潮灘沉積物進(jìn)行去除有機(jī)質(zhì)及碳酸鈣處理, 并對比處理前后的粒徑分布變化, 發(fā)現(xiàn)砂含量超過75%的樣品, 處理前后粒徑分布變化微弱; 而砂含量低于25%的樣品, 去除有機(jī)質(zhì)及碳酸鈣的處理導(dǎo)致樣品變細(xì)。本文中未對樣品進(jìn)行去除有機(jī)質(zhì)及碳酸鈣的處理, 一則本區(qū)樣品的砂含量總體均較高, 此操作對其影響不大; 再則, 以貝類碎屑為例, 其雖為自生物質(zhì), 但作為潮灘物質(zhì)的組成部分, 一同受水動力沖刷、分選及搬運(yùn), 其粒級分布亦是沉積動力環(huán)境的反映, 且該區(qū)碳酸鈣平均含量不足5%[19]。此外, 在REE含量的測定過程, 對樣品中肉眼可識別的貝類碎屑均進(jìn)行手工剔除, 因而生物殼體碎屑對REE含量的影響可忽略。

除去個別異常點(diǎn)外, 鴨綠江河口地區(qū)稀土元素總量(∑REE)與平均粒徑具有較好相關(guān)性(圖4), 中水道內(nèi)REE含量最低, 均值為138.4 μg/g; 西水道內(nèi)含量最高, 均值為222.7 μg/g; 河口外與潮灘含量相當(dāng), 均值為175.2 μg/g。其中, 3個異常點(diǎn)(21、22和23)分布于西水道口門內(nèi)上端。

圖4?表層沉積物的平均粒徑與REE含量的相關(guān)性

2.2?表層樣的REE分異特征

Eu和Ce可以反映沉積物源區(qū)風(fēng)化程度, 并指示沉積區(qū)氧化-還原條件的變化, 依據(jù)下列公式計算:

式中, CeN、LaN、PrN、EuN、SmN和GdN為稀土元素的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值, 標(biāo)準(zhǔn)值采用Boynto.[20]的推薦值。

鴨綠江河口地區(qū)沉積物的Eu總體呈負(fù)異常,Eu分布于0.41~0.99之間, 異常程度在不同亞環(huán)境間存在差異, 西水道的Eu虧損最大; 遼東半島南側(cè), 至水深均超過50 m后, Eu由負(fù)異常逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎惓?圖5)。

河口地區(qū)沉積物的Ce異常具有典型的區(qū)域性特征(圖5): 河流下游的Ce均值為0.97; 中水道沉積物的Ce分布較穩(wěn)定, 總體略低于1.0, 平均值為0.99; 西水道口門內(nèi)(21~23)的Ce為正異常, 而其它樣品在1.0附近波動; 同為潮灘環(huán)境, 斷面S1的Ce略低于1.0, 呈微弱負(fù)異常, 斷面S2、S3的Ce則總體呈微弱正異常, 平均值為1.04; 河口外沉積物的Ce分布穩(wěn)定且為正異常, 平均值為1.1; 遼東半島南部表層樣大于63 μm組分總體呈弱負(fù)異常。

2.3?柱樣的沉積物組成及REE的分異特征

潮灘亞環(huán)境或微環(huán)境的差異, 使得三根柱樣間砂含量存在差異, C1、C2和C3的平均含量分別為46.64%、65.98%和47.14%。此外, 柱樣的砂含量在縱向上呈迂回變化, 指示了往復(fù)流作用下, 潮灘淤長過程中不同地貌及亞環(huán)境的形成與變遷。其中, 柱樣淺層(25 cm以淺)砂含量均呈增大趨勢, 以C2為甚, 在10 cm以淺其砂含量可達(dá)99%(圖6)。

與沉積物砂含量變化相適應(yīng), 柱樣的REE含量也發(fā)生相應(yīng)變化。C1、C2和C3的REE含量范圍分別為178.3~354.8、153.6~242.8和140.1~242.8 μg/g, 平均含量依次為230.4、189.8和185.5 μg/g, 柱樣C1的含量顯著高于C2和C3。

Eu在縱向維持總體穩(wěn)定, 柱樣C1的Eu分布于0.43~0.69之間, 均值為0.59; C2的Eu分布于0.55~0.83之間, 均值為0.68, 在100 cm以淺層位有所增大; C3的Eu分布于0.58~0.81之間, 均值為0.71, 在50 cm以淺層位呈增大趨勢。Ce在縱向也維持相對穩(wěn)定, C1、C2和C3的均值分別為1.03、0.97和0.98, 其中, C1呈微弱正異常, C2和C3則為微弱負(fù)異常, C3在150 cm以淺層位波動增大(圖6)。

3?討?論

3.1?Eu異常的控制因素

鴨綠江河口地區(qū)沉積物的Eu與∑REE具較好的負(fù)相關(guān)性(圖7), 即REE越富集, Eu的虧損程度加劇。然而,Eu與∑REE在其他海區(qū)也存在呈正相關(guān)分布的現(xiàn)象[12], 且出現(xiàn)Eu的富集[9]。

Eu在表生條件下穩(wěn)定, 鹽度梯度及有機(jī)質(zhì)分解的耗氧作用造成的還原環(huán)境不足以導(dǎo)致Eu3+的還原[21]。Eu的異常主要產(chǎn)生于巖漿結(jié)晶過程[22], Eu在不同礦物間配分系數(shù)的差異, 造成其于酸性巖中虧損, 基性及超基性巖中富集, 中性巖中則正常。鴨綠江河口地區(qū)沉積物的Eu均呈負(fù)異常, 指示了該區(qū)沉積物的母巖以酸性巖為主。

圖5?表層沉積物REE分異參數(shù)的分布

圖6?柱狀沉積物的平均粒徑、細(xì)顆粒含量及分異參數(shù)分布

圖7?鴨綠江河口地區(qū)沉積物REE與δEu的相關(guān)性

方海超[18]通過篩分法將鴨綠江地區(qū)沉積物劃分為大于63 μm、30~63 μm、8~30 μm和小于8 μm等4個粒級,Eu依次為1.24、0.81、0.68和0.72, 只有大于63 μm粒級組分的Eu呈正差異。在巖漿結(jié)晶過程中, 稀土元素的Eu3+可還原為Eu2+而取代長石及磷灰石中的Ca2+, Ca與Eu為類質(zhì)同像, 從而造成長石及磷灰石等富Ca礦物的Eu富集, 其他富含稀土元素的礦物則相應(yīng)出現(xiàn)Eu的虧損[23]。這可能是造成大于63 μm粒級的Eu呈正異常的主要原因。

此外, 4個粒級的REE含量依次為69.3、119.1、169.3和144.0 μg/g, 雖然呈現(xiàn)隨粒徑減小而增大的趨勢, 但并不嚴(yán)格相關(guān)。王金土將(NH4)2SO4作為淋洗劑, 對黃海樣品進(jìn)行解析實驗, 發(fā)現(xiàn)黃海沉積物中稀土元素不呈簡單的陽離子形式被黏土礦物表面所吸附, 可能存在于礦物晶體格架中或黏土礦物的層間構(gòu)造[24], 因而REE含量在各粒級間的差異與粒徑相關(guān)性不顯著。大于63 μm粒級組分的REE含量最低, 又因磷灰石富含REE[25], 故造成大于63 μm粒級呈正異常應(yīng)為長石類礦物的富集所致。

高建華等[26]對該區(qū)沉積物中大于63 μm的粒級進(jìn)行礦物分析, 發(fā)現(xiàn)長石的顆粒含量占輕礦物的49.1%, 而輕礦物質(zhì)量含量達(dá)95.4%。可見長石是砂粒級的重要組成礦物, 其含量對Eu與∑REE起著重要作用。

3.2?Ce異常的控制因素

匯入黃海的中國及韓國河流的Ce均呈現(xiàn)微弱的負(fù)異常,Ce分布于0.84~0.98之間[1]; 南黃海沉積物的Ce總體呈微弱正異常[27], 可見Ce隨河流入海后發(fā)生了一定程度改變。在海水的pH與條件下, Ce3+被氧化為Ce4+, 生成不易水解的CeO2, 從而造成海水中Ce強(qiáng)烈虧損[28]。這是造成鴨綠江河口外沉積物的Ce呈正異常的主要原因。而不同亞環(huán)境間的Ce差異(圖5), 對于物質(zhì)入海后的轉(zhuǎn)移及沉積環(huán)境具有指示意義。

河流下游沉積物的Ce負(fù)異常最顯著,Ce均值為0.97; 隨著與海水接觸時長增加, 中水道沉積物的Ce增大至呈微弱負(fù)異常, 均值為0.99; 河口外沉積物的Ce分布穩(wěn)定且為正異常, 平均值為1.1, 由此可見隨著與海水接觸時長增加,Ce趨向正異常。然后遼東半島南側(cè)區(qū)域的S4與S5的Ce并未呈現(xiàn)與海水接觸時長的增加而增大的現(xiàn)象, 反而呈負(fù)異常。由此推斷, 河流水體攜帶的Ce是近海水體析出CeO2沉淀的主要來源, 從而造成鴨綠江口門外附近沉積物的Ce異常顯著, 而隨著輸運(yùn)距離增加, 海水中Ce含量已達(dá)平衡, 故斷面S4與S5上未出現(xiàn)正異常, 除了大于63 μm粒級外, 其他粒級也幾無正異常出現(xiàn)[18]。

此外, 通過西岸潮灘三根柱樣的垂向分布可知, 各柱樣的Ce分布均較穩(wěn)定, 但又存在微弱差異: C1呈弱正異常, 均值為1.03; C2為弱負(fù)異常, 均值為0.97; C3在1.0附近波動。造成其差異的原因可能是其中細(xì)顆粒組分(粉砂與黏土)含量的差異, 柱樣C1的細(xì)顆粒組分平均含量為53.36%, C2為34.02%, C3為52.86%。溶解態(tài)Ce3+經(jīng)氧化生成CeO2沉淀, 受粒度效應(yīng)控制, 優(yōu)先富集于細(xì)粒級組分, 從而造成柱樣C1和C3的Ce比C2高。然而, 柱樣縱向的細(xì)顆粒組分含量變化更為顯著, 以C2為例, 分布于0.02%~64.8%之間, 但卻未引起Ce在縱向上發(fā)生正負(fù)異常的變化。由此可以推斷: (1)粒級差異對Ce異常的影響程度有限; (2)西岸潮灘物質(zhì)的運(yùn)移格局是控制Ce異常的主要原因, 因此柱樣的Ce在縱向上相對穩(wěn)定。

3.3?分異參數(shù)對物質(zhì)運(yùn)移的指示意義

柱樣C1分布于斷面S1上, 垂向上C1的Ce總體呈正異常, 而斷面S1的表層樣總體呈微弱負(fù)異常; 柱樣C2分布于斷面S2、S3間, 兩個斷面表層樣的Ce總體呈正異常, 而C2為負(fù)異常?？梢? 代表當(dāng)前沉積的表層樣與代表歷史沉積的柱狀樣, 其REE組成發(fā)生了改變。此外, 從平面上看, 斷面C2、C3的Ce與Eu具有相似性, 與斷面C1存在顯著差異(圖5), 可見, 西岸潮灘不同區(qū)域的物質(zhì)輸運(yùn)格局具有差異。

鴨綠江潮灘西岸沉積物及其有機(jī)質(zhì)分布特征[16,17,29]表明, 受流域入海輸沙減少影響, 西岸潮灘沉積物細(xì)顆粒組分含量逐漸減少, 且存在潮下帶物質(zhì)的向岸輸運(yùn), 從而造成潮灘柱樣淺層顯著增粗; 而斷面S1附近因受大東港港池的外拓促淤影響, 攔截了較多向西擴(kuò)散的河流輸沙。

斷面表層樣的Ce分布, 亦體現(xiàn)了潮灘沉積物組成及運(yùn)移的變化。潮下帶物質(zhì)的Ce呈正異常, 其運(yùn)移至潮間帶后, 致斷面S2、S3的Ce也呈弱正異常(圖5); 斷面S1則因仍以河流入海輸沙直接供給為主, 與河流段沉積物相似, Ce呈負(fù)異常。

此外, 西水道頂端樣品(21~24)較口門附近及S1上的Ce正異常顯著, 而這幾個樣品又顯著離散于表層樣的∑REE與粒徑的相關(guān)區(qū)間(圖4)。喇叭狀河口的漲潮流急[30], 潮下帶物質(zhì)經(jīng)歷較強(qiáng)的潮流分選, 在大潮期間運(yùn)移至西水道上端的灘面, 造成其粒徑為該區(qū)最細(xì)(6.6 Φ), 相對較弱的落潮流不足以將其搬運(yùn), 可能是造成其異常的主要原因; 西水道下端受潮流往復(fù)沖刷, 以河流入海物質(zhì)為主, 因而其Ce異常與斷面S1相近,Eu(均值為0.49)也顯著小于西水道頂端(0.65)。

鴨綠江入海的懸移質(zhì)在遼東沿岸流作用下, 成為遼東半島南側(cè)泥質(zhì)區(qū)增長的主要物質(zhì)來源[31], 而對于粗顆粒組分(大于63 μm), 重力流為其重要的運(yùn)移方式。通過斷面S4、S5上稀土元素沿程變化(圖8),可反映鴨綠江粗顆粒物質(zhì)的運(yùn)移范圍, 水深大于50 m處樣品(72~75、81)的Eu顯著增大, 且為正異常, 與斷面S4、S5的其他樣品差異顯著(除樣品77外)。從水深地形判斷, 該處為鴨綠江與黃河間水深最大處, 并發(fā)育了北黃海西部泥質(zhì)沉積, 黃河入海物質(zhì)的向東搬運(yùn)認(rèn)為是其物質(zhì)的主要來源[15]。因而, 50 m等深線可能是鴨綠江粗顆粒物質(zhì)的運(yùn)移極限。前人對黃河沉積物稀土元素的研究往往忽略大于63 μm的粒級[32?33], 因而本文無法確定黃河粗顆粒物質(zhì)的輸入是造成該處Eu正異常的原因, 且該處為黃海暖流的流經(jīng)通道, 更增加了其物質(zhì)來源的復(fù)雜性。

圖8?斷面S4與斷面S5上δEu隨水深變化的分布

4?結(jié)?論

(1) 鴨綠江河口地區(qū)表層沉積物的∑REE與平均粒徑呈較好正相關(guān)關(guān)系, 但REE含量與粒級分布并不嚴(yán)格相關(guān)。

(2) 河流溶解態(tài)Ce的氧化析出, 造成河口地區(qū)沉積物中Ce呈正異常, 而細(xì)顆粒組分含量對Ce分布的影響有限。

(3) 潮灘西岸沉積物垂向及平面的Ce分布, 指示了鴨綠江河口西岸潮灘物質(zhì)運(yùn)移格局的改變。

(4) Eu異常發(fā)生于巖漿結(jié)晶過程, 長石類礦物的富集使得鴨綠江河口地區(qū)的Eu呈負(fù)異常, 而砂組分Eu的正異常指示50 m等深線可能是鴨綠江砂組分的運(yùn)移極限。

感謝兩位匿名審稿人提供的寶貴意見, 感謝杜家筆博士在論文修改中給予的幫助。

[1] 楊守業(yè), 李從先, Lee C B, Na T K. 黃海周邊河流的稀土元素地球化學(xué)及沉積物物源示蹤[J]. 科學(xué)通報, 2003, 48(11): 1233?1236. Yang Shouye, Li Congxian, Lee C B, Na T K. REE geochemistry of suspended sediments from the rivers around Yellow Sea and implication for provenance tracing[J]. Chinese Sci Bull, 2003, 48(11): 1233?1236 (in Chinese).

[2] 竇衍光, 李軍, 李炎. 北部灣東部海域表層沉積物稀土元素組成及物源指示意義[J]. 地球化學(xué), 2012, 41(2): 147?158. Dou Yan-guang, Li Jun, Li Yan. Rare earth element compositions and provenance implication of surface sediments in the eastern Beibu Gulf[J]. Geochimica, 2012, 41(2): 147?158 (in Chinese with English abstract).

[3] 藍(lán)先洪, 張志珣, 田振興, 郭興偉, 徐曉達(dá). 長江口外海域表層沉積物稀土元素的含量分布與物質(zhì)來源分析[J]. 應(yīng)用海洋學(xué)學(xué)報, 2013, 32(1): 13?19. Lan Xian-hong, Zhang Zhi-xun, Tian Zhen-xing, Guo Xing-wei, Xu Xiao-da. Content distributions and source analysis of rare earth elements in surface sediment off Changjiang River Estuary[J]. J Appl Oceanogr, 2013, 32(1): 13?19 (in Chinese with English abstract).

[4] Hoskin P W, Ireland T R. Rare earth element chemistry of zircon and its use as a provenance indicator[J]. Geology, 2000, 28(7): 627?630.

[5] Morey G B, Setterholm D R. Rare earth elements in weathering profiles and sediments of Minnesota: Implications for provenance studies[J]. J Sediment Res, 1997, 67(1): 105?115.

[6] 李軍, 趙京濤. 沖繩海槽中部沉積物稀土元素地球化學(xué)特征及其在古環(huán)境變化研究的應(yīng)用[J]. 自然科學(xué)進(jìn)展, 2009, 19(12): 1333?1342. Li Jun, Zhao Jing-tao. Characteristics of rare earth elements in the sediments from the middle Okinawa Trough and its application in the paleoenvironment evolution[J]. Prog Nat Sci, 2009, 19(12): 1333?1342.

[7] 蔣富清, 孟慶勇, 徐兆凱, 李安春, 李鐵鋼, 常鳳鳴. 沖繩海槽北部15 ka B.P.以來沉積物源及控制因素——稀土元素的證據(jù)[J]. 海洋與湖沼, 2008, 39(2): 112?118. Jiang Fu-qing, Meng Qing-yong, Xu Zhao-kai, Li An-chun, Li Tie-gang, Chang Feng-ming. The REE imprint on sediment provenance of the northern Okinawa Trough since the last 15 ka B. P. [J]. Oceanol Limnol Sinica, 2008, 39(2): 112?118 (in Chinese with English abstract).

[8] 徐方建, 李安春, 徐兆凱, 肖尚斌, 萬世明, 劉建國. 東海內(nèi)陸架沉積物稀土元素地球化學(xué)特征及物源意義[J]. 中國稀土學(xué)報, 2009, 27(4): 574?582. Xu Fang-jian, Li An-chun, Xu Zhao-kai, Xiao Shang-bin, Wan Shi-ming, Liu Jian-guo. Rear earth element geochemistry in inner shelf of the East China Sea and implication for sediment provenance[J]. J Chinese Rare Earth Soc, 2009, 27(4): 574?582 (in Chinese with English abstract).

[9] 趙夢, 邵磊, 梁建設(shè), 喬培軍, 向緒洪. 古紅河沉積物稀土元素特征及其物源指示意義[J]. 地球科學(xué)(中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報), 2013 (S1): 61?69. Zhao Meng, Shao Lei, Liang Jian-she, Qiao Pei-jun, Xiang Xu-hong. REE character of sediment from the Paleo-Red River and its implication of provenance[J]. Earth Sci (J China Univ Geosci), 2013 (S1): 61?69 (in Chinese with English abstract).

[10] 王立軍, 張朝生, 梁濤, 李國勝. 天津沿海潮間帶沉積物中稀土元素的地球化學(xué)特征[J]. 中國稀土學(xué)報, 2001, 19(5): 456?460. Wang Li-jun, Zhang Chao-sheng, Liang Tao, Li Guo-sheng. Geochemical characteristics of rare earth elements in intertidalite of Tianjin[J]. J Chinese Rare Earth Soc, 2001, 19(5): 456?460 (in Chinese with English abstract).

[11] 李俊, 弓振斌, 李云春, 溫裕云, 汪霆, 姚劍敏. 長江口稀土元素地球化學(xué)特征[J]. 海洋學(xué)報, 2005, 27(5): 164?172. Li Jun, Gong Zhen-bin, Li Yun-chun, Wen Yu-yun, Wang Ting, Yao Jian-min. Geochemical behaviors of rare earth elements in the estuary of Changjiang River in China[J]. Acta Oceanol Sinica, 2005, 27(5): 164?172 (in Chinese with English abstract).

[12] 李雙林. 東海陸架HY126EA1孔沉積物稀土元素地球化學(xué)[J]. 海洋學(xué)報, 2001, 23(3): 127?132. Li Shuang-lin. Geochemistry of rare earth element in sediments at HY123EA1 hole in the continental shelf of the East China Sea[J]. Acta Oceanol Sinica, 2001, 23(3): 127?132 (in Chinese with English abstract).

[13] 楊守業(yè), 李從先, JUNG Hoi-Soo, CHOI Man-Sik. 黃河沉積物中REE制約與示蹤意義再認(rèn)識[J]. 自然科學(xué)進(jìn)展, 2003, 12(4): 365?371. Yang Shou-ye, Li Cong-xian, JUNG Hoi-Soo, CHOI Man-Sik. Reconsideration of REE contraints and its tracing significance in sediments from Yellow River[J]. Prog Nat Sci, 2003, 12(4): 365?371 (in Chinese with English abstract).

[14] 程鵬, 高抒. 北黃海西部海底沉積物的粒度特征和凈輸運(yùn)趨勢[J]. 海洋與湖沼, 2000, 31(6): 604?615. Cheng Peng, Gao Shu. Net sediment transport patterns over the northwestern Yellow Sea, based upon grain size trend analysis[J]. Oceanol Limnol Sinica, 2000, 31(6): 604?615 (in Chinese with English abstract).

[15] 韋欽勝, 于志剛, 冉祥濱, 臧家業(yè). 黃海西部沿岸流系特征分析及其對物質(zhì)輸運(yùn)的影響[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 2011, 26(2): 145?156. Wei Qin-sheng, Yu Zhi-gang, Ran Xiang-bin, Zang Jia-ye. Characteristics of the western coastal current of the Yellow Sea and its impacts on material transportation[J]. Adv Earth Sci, 2011, 26(2): 145?156 (in Chinese with English abstract).

[16] 石勇, 高建華, 楊旸, 冉隆江, 李富祥, 劉月, 程巖. 鴨綠江河口西岸潮灘沉積特征對流域變化的響應(yīng)[J]. 第四紀(jì)研究, 2012, 32(6): 1221?1233. Shi Yong, Gao Jian-hua, Yang Yang, Ran Long-jiang, Li Fu-xiang, Liu Yue, Cheng Yan. Responses of depositional characteristics of tidal flats on the west bank of the Yalu River Estuary to catchment change[J]. Quatern Sci, 2012, 32(6): 1221?1233 (in Chinese with English abstract).

[17] 冉隆江, 石勇, 高建華, 劉月, 李富祥, 白鳳龍, 李軍. 鴨綠江河口地區(qū)沉積物的粒度變化及影響因素[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 2012, 32(2): 31?42. Ran Long-jiang, Shi Yong, Gao Jian-hua, Liu Yue, Li Fu-xiang, Bai Feng-long, Li Jun. Grain size variation and its influencing factors in the sediment cores of Yalu River Estuary[J]. Mar Geol Quatern Geol, 2012, 32(2): 31?42 (in Chinese with English abstract).

[18] 方海超. 鴨綠江表層沉積物地球化學(xué)特征及其對北黃海底質(zhì)分布特征的影響[D]. 青島: 中國科學(xué)院海洋研究所, 2014. Fang Hai-chao. Geochemical characteristics of the Yalu River surface sediments and their influence on sediment distribution of the North Yellow Sea[D]. Qingdao: Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, 2014 (in Chinese with English abstract).

[19] 劉彬昌. 黃海沉積物中碳酸鈣的初步研究[J]. 海洋湖沼通報, 1981 (2): 20?25. Liu Bin-chang. Primary research of calcium carbonate in the sediments of the Yellow Sea[J]. Trans Oceanol Limnol, 1981 (2): 20?25 (in Chinese with English abstract).

[20] Boynton W V, Hill D H. Composition of bulk samples and a possible pristine clast from Allan Hills A81005[J]. Geophys Res Lett, 1983, 10(9): 837?840.

[21] 馮旭文, 石學(xué)法, 黃永祥, 許冬, 章偉艷, 張富元. 長江口東南泥質(zhì)區(qū)百年來稀土元素的組成及控制因素[J]. 地球化學(xué), 2011, 40(5): 464?472. Feng Xu-wen, Shi Xue-fa, Huang Yong-xiang, Xu Dong, Zhang Wei-yan, Zhang Fu-yuan. Distrbutions and main controlling factors of rare earth elements in core sediments from the Changjiang Estuary mud area over the last 100 years[J]. Geochimica, 2011, 40(5): 464?472 (in Chinese with English abstract).

[22] Taylor S R, Mclennan S M. The Continental Crust: Its Composition and Evolution[M]. Oxford: Blackwell, 1985: 312p.

[23] 路鳳香, 桑隆康. 巖石學(xué)[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 2001: 399p. Lu Feng-xiang, Sang Long-kang. Petrology[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2001: 399p (in Chinese).

[24] 王金土. 黃海表層沉積物稀土元素地球化學(xué)[J]. 地球化學(xué), 1990, 19(1): 44?53. Wang Jin-tu. REE geochemistry of surficial sediments from the Yellow Sea of China[J]. Geochimica, 1990, 19(1): 44?53 (in Chinese with English abstract).

[25] 楊守業(yè), 李從先. REE示蹤沉積物物源研究進(jìn)展[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展, 1999, 14(2): 164?167. Yang Shou-ye, Li Cong-xian. Research progress in REE tracer for sediment source[J]. Adv Earth Sci, 1999, 14(2): 164?167 (in Chinese with English abstract).

[26] 高建華, 李軍, 汪亞平, 白鳳龍, 李家勝, 程巖. 鴨綠江河口及近岸海域沉積物中重礦物組成、分布及其沉積動力學(xué)意義[J]. 海洋學(xué)報, 2009, 31(3): 84?94. Gao Jian-hua, Li Jun, Wang Ya-ping, Bai Feng-long, Li Jia-sheng, Cheng Yan. Heavy mineral distributions and their implications for sediment dynamics in the Yalu Estury and its adjacent sea area[J]. Acta Oceanol Sinica, 2009, 31(3): 84?94 (in Chinese with English abstract).

[27] 藍(lán)先洪, 王紅霞, 張志珣, 林振宏, 李日輝, 王中波. 南黃海表層沉積物稀土元素分布與物源關(guān)系[J]. 中國稀土學(xué)報, 2006, 24(6): 745?749. Lan Xian-hong, Wang Hong-xia, Zhang Zhi-xun, Lin Zhen-hong, Li Ri-hui, Wang Zhong-bo. Distributions of rare earth elements and provenance relations in the surface sediments of the South Yellow Sea[J]. J Chinese Rare Earth Soc, 2006, 24(6): 745?749 (in Chinese with English abstract).

[28] 王中剛, 于學(xué)元, 趙振華. 稀土元素地球化學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1989: 535p. Wang Zhong-gang, Yu Xue-yuan, Zhao Zhen-hua. Rare Earth Element Geochemistry[M]. Beijing: Science Press, 1989: 535p (in Chinese).

[29] 石勇, 劉志帥, 高建華, 李軍, 白鳳龍, 汪小勇. 鴨綠江河口西岸潮灘沉積物有機(jī)質(zhì)對流域變化的響應(yīng)[J]. 海洋學(xué)報, 2015, 37(1): 115?124. Shi Yong, Liu Zhi-shuai, Gao Jian-hua, Li Jun, Bai Feng-long, Wang Xiao-yong. Variation of sediment organic matter in western tidal flat of Yalu River Estuary and its respond to basin changes [J]. Acta Oceanol Sinica, 2015, 37(1): 115?124 (in Chinese with English abstract).

[30] 白鳳龍, 高建華, 汪亞平, 程巖, 林天巖. 鴨綠江口的潮汐特征[J]. 海洋通報, 2008, 27(3): 7?13. Bai Feng-long, Gao Jian-hua, Wang Ya-ping, Cheng Yan, Lin Tian-yan. Tidal characteristics at Yalu River Estuary[J]. Mar Sci Bull, 2008, 27(3): 7?13 (in Chinese with English abstract).

[31] 李光天, 符文俠, 賈錫鈞. 遼東潮間淺灘的綜合特征[J]. 地理學(xué)報, 1986, 41(3): 262?273. Li Guang-tian, Fu Wen-xia, Jia Xi-jun. The comprehensive characteristic of the Liaodong peninsular tidal flat[J]. Acta Geogr Sinica, 1986, 41(3): 262?273 (in Chinese with English abstract).

[32] 戴慧敏, 鮑慶中, 楊作升, 王水利, 宮傳東, 張泉, 孫中任. 黃河沉積物中稀土元素(REE)組成的粒度效應(yīng)[J]. 第四紀(jì)研究, 2007, 27(5): 718?723. Dai Hui-min, Bao Qing-zhong, Yang Zuo-sheng, Wang Shui-li, Gong Chuan-dong, Zhang Quan, Sun Zhong-ren. Granularity effects of rare earth elements (REE) of the Huanghe River sediments[J]. Quatern Sci, 2007, 27(5): 718?723 (in Chinese with English abstract).

[33] 喬淑卿, 楊作升. 長江和黃河入海沉積物不同粒級組分中稀土元素的比較[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 2007, 27(6): 9?16. Qiao Shu-qing, Yang Zuo-sheng. Comparison of rare earth element compositions in different grain-size fractions of sediments from the Yangze and Yellow River and the sea[J]. Mar Geol Quatern Geol, 2007, 27(6): 9?16 (in Chinese with English abstract).

Rare earth elements in sediments in the Yalu River Estuary and its offshore area,China and indicative significance for sediment transport

SHI Yong1,2, GAO Jian-hua2*, LIU Zhi-shuai1, WANG Xiao-yong1and LI Ming-liang3

1. National Ocean Technology Center, Tianjin?300111, China; 2. School of Geographic and Oceanographic Sciences, Nanjing University, Nanjing?210023, China; 3. Geological Survey of Jiangsu Province, Nanjing?210018, China

Rare earth elements (REEs) are widely used as a source tracer because of their high stability during transport. However, small changes in REEs concentrations during sediment transport were rarely studied. In this study, the distribution of REEs in sediments in the Yalu River Estuary and its offshore area was analyzed and its indicative significance for sediment transport was discussed. The REEs concentrations of surface sediments were found to be highly related to the mean grain size of the sediments.Eu is negatively correlated with the total concentration of REEs, namely the more enrichment in REEs, the more depletion in Eu. Depletion in Eu occurred in the crystallization process, due to its replacement by Ca2+. Dissolved Ce from river discharge results in enrichment in Ce in sediments by oxidation precipitation during sediment transport. In addition, the vertical variation of Ce anomaly in sediment cores and the horizontal differences among different depositional environment can well indicate the change of sediment transport pattern and sedimentary environment in the Yalu River Estuary. In addition, the 50m contour was probably the offshore deposition boundary for coarse sediments (>63 μm) from the Yalu River, as itsEu turns to be positive in water at depth larger than 50 m.

Ce;Eu; REEs; sediment transport; the Yalu River Estuary

P595

A

0379-1726(2016)01-0052-10

2015-02-06;

2015-05-11;

2015-07-22

國家自然科學(xué)基金(41576043, 40976051)

石勇(1987–), 男, 碩士、助理工程師, 海洋地質(zhì)專業(yè)。E-mail: shy_87@163.com

GAO Jian-hua, E-mail: jhgao@nju.edu.cn; Tel: +86-25-89681356