GEOLOGICAL FEATURES AND FORMING MECHANISM OF THE YELLOW SEA BASIN
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摘要: 黄海中-新生代盆地是一个发育在前印支期基底之上的陆相断陷盆地。简要概述黄海盆地特征,分析盆地沉积建造特征、构造演化阶段的基础上,探讨了盆地的形成机制。认为华北东部地幔热柱的形成与演化,使黄海地区的构造体制从印支期末的华北地块与扬子地块的拼贴-增生,转变为地幔热柱演化-幔枝构造形成-区域伸展断陷。黄海盆地是东部盆岭区的一部分,其形成受华北东部地幔热柱演化的制约。Abstract: The Mesozoic-Cenozoic Yellow Sea Basin is a continental rift basin developed on the pre-Indosinian basement. The formation mechanism of the basin is discussed in this article, on the basis of geological features, sedimentary sequences and geotectonic history. As a result of the formation and evolution of geothermal plume in the eastern North China, the merging and accretion of the North China block and the Yangtze block at the end of Indosinian turned to a sequence of events of geothermal plume evolution-formation of the mantle branch structure-regional extensional rifting in the Yellow Sea area.Therefore, the Yellow Sea is a part of the eastern basin-range system and owe it's origin and evolution to the constraints of the geothermal plume evolution in the eastern North China.
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台湾以东黑潮流域是黑潮源区的重要组成部分，连接中国东海大陆架与西菲律宾海[1]，具有从陆架环境向深海过渡的特征。研究黑潮源区沉积特征及环境演化过程有助于揭示热带西太平洋气候变化与中高纬度近岸海域气候变化的遥相关关系。台湾造山带是由菲律宾海板块与欧亚大陆板块碰撞形成的，其弧-陆汇聚特征相比西太平洋的其他弧-陆碰撞体系更复杂，受到国内外学者广泛关注[2-4]。台湾以东黑潮主流区沉积环境较为复杂，台湾东部河流长度短、坡度大、水流急[5]，使得台湾以东海域具有发达的沟谷体系，如台东峡谷、奇美峡谷和花莲峡谷等，为陆源物质向深海输送提供了通道[6]。另外，东亚季风所携带的风尘物质和黑潮的水动力条件对台湾以东海域的沉积环境有重要影响[7]。迄今为止，对台湾及其邻近海域沉积物的研究多集中在台湾西部陆坡和台湾海峡等区域，物质来源研究已经较为成熟。台湾海峡表层沉积物的黏土矿物研究[8]表明，长江、福建和台湾河流是沉积物中黏土矿物的主要来源，并指出吕宋岛的物质也可能通过黑潮分支输送至台湾海峡。通过对台湾海峡表层沉积物的粒度和矿物组成进行研究[9]，提出海峡两岸的侵蚀和剥蚀物质、韩江及浙闽沿岸流也是台湾海峡沉积物的重要物质来源。相对而言，对台湾以东黑潮主流区沉积物的研究较少，尤其缺乏千年尺度的物源示踪研究。
稀土元素组成及元素赋存形态研究在探讨海洋沉积物成因与物质来源上有重要应用[10-12]。早期对台湾浅滩沉积物中稀土元素的研究[13]表明，稀土元素含量受粒度效应和矿物成分影响，该海域表层沉积物是临海大陆壳岩石风化的产物；通过对冲绳海槽中段表层沉积物中稀土元素特征的研究[14]，有效地定性识别出陆源物质、火山物质和生物源物质的空间分布情况；在菲律宾海海域，稀土元素组成及其地球化学特征也广泛用于探究研究区沉积特征和物质来源[12, 15, 16]，但对台湾以东海域沉积物的稀土元素特征研究还十分匮乏。基于以上思路，本文以台湾东黑潮主流径上的柱状沉积物为研究对象，以AMS14C定年结果为基础，对沉积物粒度、稀土元素地球化学特征及其赋存形态进行研究，通过与其潜在物源区稀土元素的比较，探讨近千年来研究区沉积物稀土元素物质来源及变化特征。
1. 材料与方法
研究区沉积物位于台湾以东黑潮主流区(图 1)，坐标为24°5.7084′N、122°20.268′E，水深2893m。柱状沉积物样品由中国科学院海洋研究所“科学号”考察船在2014年采集，柱状沉积物长30cm，保存于4℃库中。考虑到深层沉积物相对表层的压实作用，按照前8cm每隔0.5cm取样，后22cm每隔1cm取样，共得到38个沉积物样品。
选取6个层位的沉积物样品挑选其中的有孔虫，在美国Woods Hole海洋研究所进行AMS14C定年分析，原始数据利用2013INTCAL软件进行日历年龄校正。粒度测试在中国科学院海洋研究所使用Cilas1190L激光粒度分析仪测定，测试范围为0.04~2500μm，粒度数据使用McManus矩法公式[17]计算。
对稀土元素总量测定先准确称取25.0mg烘干的样品于Telflon罐中，加入混合酸HNO3-HF-HClO3(5:3:2)，在120℃电加热板上加热蒸干，冷却后加入2mL 2%的HNO3溶解样品，用高纯水定容至50mL。对稀土元素不同赋存形态的连续分级提取使用BCR三步提取方法[18]，即利用化学试剂分级提取沉积物中稀土元素的碳酸盐结合态F1、铁锰氧化物结合态F2、有机结合态F3和残渣态F4，实验所用试剂均为优级纯。稀土元素总量和各赋存形态含量的测定均在中国科学院海洋研究所海洋生物地球化学实验室使用美国Thermo公司产iCAP Q型号电感耦合等离子体质谱仪测得，相对偏差小于3%。测定的稀土元素包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Tb、Lu。
2. 结果与讨论
2.1 稀土元素含量与分布模式
台湾以东黑潮主流区沉积物中稀土元素总量的变化范围为99.78~148.16μg/g，平均为119.82μg/g，明显区别于深海黏土的稀土总量(411μg/g)和大洋中脊玄武岩的稀土总量(36.14μg/g)[19]，且稍低于上陆壳的稀土总量(148μg/g)和中国黄土(171μg/g)[20]，与冲绳海槽沉积物的稀土总量(123.3μg/g)相近[21]。柱状沉积物中LREE/HREE比值(LREE元素包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu，HREE包括Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Tb、Lu)变化范围在9.84~11.62之间，平均为11.30，与台湾河流的轻重稀土比值变化范围(7.48~13.03)[22]和中国南海沉积物的轻重稀土比值(10.77) [21]较为接近，轻稀土富集特征明显。
AMS14C测年的结果显示，本研究柱状沉积物样品记录了台湾以东黑潮主流区近千年来的沉积历史(图 2)，由地层年代、沉积物粒度特征和稀土元素垂直变化趋势将该柱状沉积物划分为3层：0~8.5 (A层)、8.5~21.5 (B层)和21.5~30cm(C层)，分别对应1808AD至今、1337AD-1808AD和1143AD-1337AD。各层沉积物的稀土元素含量及其他典型沉积物样品稀土元素含量如表 1所示。A层沉积物REE平均值为116.56μg/g，LREE/HREE平均值为11.76；B层沉积物REE平均值为120.38μg/g，LREE/HREE平均值为11.69；C层沉积物REE平均值为128.04μg/g，LREE/HREE平均值为11.04。可以发现，从平均水平来看，随深度增加稀土元素总量逐渐增大, 而轻重稀土元素比值逐渐减小；另外，A层与B层沉积物中稀土元素总量的平均值差别较小，而与C层沉积物的差别较大。尽管A、B两层沉积物的平均含量差别较小，但从垂直变化趋势来看，二者却呈现出较大差别。A层沉积物∑REE含量表层较高，至0.85cm时含量逐渐减小，LREE/HREE、(δEu)UCC和(Gd/Yb)UCC也呈现出逐渐减小的变化趋势。B层沉积物的∑REE含量变化波动较大，这可能与该层14.5~17.5cm较高的沉积速率(约120cm/ka)有关，但从变化趋势来看，∑REE含量基本围绕在120μg/g左右变化(图 2)；(δCe)UCC的变化呈现出与∑REE相反的特征；LREE/HREE随深度的增加先减小后增大；(δEu)UCC在B层几乎无明显变化。
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图 2 柱状沉积物稀土元素参数与中值粒径垂直变化Figure 2. Vertical variation in rare earth element parameters and mean grain size of the core sediments表 1 不同沉积层次沉积物与邻近海域沉积物稀土元素含量(μg/g)及特征参数Table 1. Contents (μg/g) of REE and related parameters of from core sediments of different layers and surrounding areas层位/cm
及样品La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu REE LREE/
HREE0~0.5 25.77 58.36 5.62 21.13 4.12 0.94 3.67 0.47 2.41 0.43 1.19 0.16 0.98 0.15 125.40 12.25 0.5~1 20.58 52.54 4.13 15.22 3.08 0.72 2.79 0.38 2.02 0.37 0.97 0.14 0.83 0.13 103.89 12.62 1~1.5 24.99 59.73 5.15 18.88 3.73 0.83 3.26 0.42 2.22 0.40 1.09 0.15 0.95 0.15 121.96 13.09 1.5~2 28.14 62.46 6.16 23.22 4.52 1.02 3.78 0.51 2.69 0.49 1.33 0.18 1.13 0.17 135.80 12.21 2~2.5 21.13 56.88 4.40 16.29 3.32 0.77 3.12 0.41 2.13 0.38 1.06 0.14 0.90 0.14 111.07 12.40 2.5~3 21.92 55.02 4.45 16.82 3.38 0.78 3.15 0.41 2.17 0.39 1.08 0.15 0.91 0.15 110.76 12.18 3~3.5 29.43 49.32 6.53 24.21 4.65 1.01 3.91 0.51 2.64 0.47 1.31 0.18 1.10 0.18 125.43 11.19 3.5~4 26.61 59.11 5.72 21.28 4.22 0.94 3.71 0.47 2.41 0.43 1.21 0.16 1.00 0.16 127.41 12.36 4~4.5 25.66 55.67 5.53 21.01 4.15 0.93 3.85 0.47 2.40 0.43 1.25 0.16 1.00 0.16 122.66 11.62 4.5~5 24.67 51.14 5.28 19.58 4.08 0.90 3.83 0.48 2.51 0.45 1.33 0.18 1.09 0.18 115.72 10.51 5~5.5 25.21 57.50 5.37 20.07 4.10 0.92 3.88 0.47 2.41 0.43 1.23 0.16 1.01 0.16 122.93 11.60 5.5~6 20.80 53.91 4.25 16.09 3.27 0.76 3.16 0.40 2.03 0.37 1.04 0.14 0.85 0.14 107.20 12.20 6~6.5 21.47 55.62 4.29 16.01 3.20 0.75 3.52 0.41 2.12 0.39 1.13 0.15 0.96 0.15 110.17 11.49 6.5~7 20.37 54.64 4.25 15.98 3.34 0.76 3.55 0.41 2.10 0.38 1.15 0.15 0.94 0.16 108.18 11.24 7~7.5 25.13 51.83 5.19 19.04 3.76 0.86 3.68 0.46 2.37 0.43 1.26 0.17 1.03 0.17 115.38 11.06 7.5~8 17.04 54.07 3.55 13.46 2.87 0.69 3.15 0.38 1.97 0.36 1.08 0.14 0.89 0.15 99.78 11.32 8~9 21.95 59.60 4.67 17.39 3.51 0.81 4.06 0.45 2.23 0.41 1.30 0.17 1.03 0.17 117.76 11.00 9~10 22.63 57.87 4.70 17.56 3.49 0.81 3.67 0.43 2.22 0.40 1.19 0.15 0.97 0.16 116.26 11.64 10~11 22.70 59.19 4.68 17.79 3.66 0.84 3.52 0.44 2.25 0.41 1.14 0.15 0.95 0.15 117.85 12.09 11~12 33.22 53.69 7.35 27.35 5.27 1.12 4.53 0.55 2.85 0.51 1.43 0.20 1.18 0.19 139.43 11.19 12~13 30.03 50.81 6.76 25.04 4.87 1.04 4.11 0.52 2.69 0.49 1.38 0.19 1.15 0.19 129.26 11.07 13~14 30.93 54.02 6.80 25.40 4.88 1.03 4.18 0.53 2.79 0.51 1.45 0.19 1.23 0.19 134.14 11.10 14~15 19.78 60.62 3.74 13.63 2.79 0.65 2.79 0.35 1.86 0.34 0.93 0.13 0.79 0.13 108.54 13.81 15~16 17.31 55.48 3.33 12.62 2.67 0.65 2.90 0.36 1.93 0.36 1.02 0.14 0.87 0.14 99.78 11.92 16~17 18.77 62.56 3.62 13.48 2.82 0.68 3.02 0.37 1.94 0.36 1.00 0.13 0.85 0.13 109.72 13.07 17~18 31.71 57.44 7.01 26.27 4.92 1.05 4.23 0.52 2.63 0.48 1.35 0.18 1.12 0.18 139.07 12.02 18~19 17.30 63.17 3.44 13.33 2.99 0.72 3.17 0.39 2.07 0.38 1.09 0.15 0.90 0.14 109.24 12.16 19~20 20.89 54.78 4.08 14.89 2.98 0.71 3.05 0.39 2.02 0.36 1.02 0.14 0.85 0.14 106.30 12.34 20~21 22.51 51.97 4.72 17.63 3.52 0.82 3.34 0.43 2.19 0.40 1.09 0.15 0.90 0.14 109.80 11.73 21~22 34.37 57.43 7.76 28.85 5.49 1.16 5.60 0.60 2.92 0.52 1.71 0.21 1.30 0.22 148.16 10.31 22~23 28.71 57.21 6.33 23.66 4.74 1.03 4.45 0.52 2.67 0.48 1.44 0.19 1.17 0.19 132.79 10.95 23~24 20.02 60.32 4.27 16.22 3.37 0.79 3.59 0.41 2.13 0.38 1.13 0.15 0.90 0.15 113.84 11.88 24~25 21.02 60.26 4.48 16.89 3.50 0.82 4.37 0.46 2.27 0.42 1.34 0.17 1.09 0.18 117.27 10.38 25~26 21.32 57.37 4.45 16.65 3.49 0.78 4.65 0.46 2.22 0.41 1.37 0.17 1.10 0.19 114.64 9.84 26~27 20.19 60.88 4.07 15.28 3.14 0.73 4.25 0.42 2.01 0.37 1.22 0.14 0.95 0.16 113.82 10.94 27~28 31.44 62.39 6.95 25.89 5.00 1.10 4.22 0.53 2.77 0.50 1.39 0.19 1.14 0.19 143.70 12.14 28~29 29.77 56.54 6.59 24.56 4.74 1.05 4.06 0.52 2.65 0.47 1.30 0.17 1.05 0.17 133.63 11.86 29~30 31.03 53.86 6.87 25.72 5.00 1.08 4.35 0.54 2.72 0.49 1.36 0.18 1.12 0.17 134.49 11.30 平均值 24.38 56.72 5.17 19.33 3.86 0.87 3.74 0.45 2.33 0.42 1.22 0.16 1.01 0.16 119.82 11.69 A层(0~8.5cm)
均值23.58 55.73 4.97 18.57 3.72 0.85 3.53 0.44 2.28 0.41 1.18 0.16 0.98 0.16 116.56 11.76 B层(8.5~21.5cm)
均值24.58 57.05 5.19 19.37 3.85 0.86 3.73 0.45 2.33 0.42 1.22 0.16 1.01 0.16 120.38 11.69 C层(21.5~30cm)
均值26.43 58.47 5.75 21.52 4.27 0.95 4.39 0.50 2.48 0.45 1.36 0.17 1.09 0.18 128.04 11.04 台湾东部河流[22] n=12 44.12 86.61 9.81 36.30 6.53 1.40 6.23 0.92 5.28 0.99 2.92 0.44 2.89 0.45 204.88 9.07 中国黄土[20]n=45 34.00 66.8 7.97 37.30 6.20 1.18 4.43 0.83 4.53 1.17 2.61 0.52 2.69 0.43 103.86 5.03 吕宋岛弧[23] n=5 6.81 14.23 1.90 8.38 1.99 0.74 1.85 0.32 1.91 0.41 1.24 0.18 1.19 0.22 41.35 4.80 冲绳海槽[14]n=30 25.84 51.18 5.95 23.77 4.58 0.95 4.12 0.62 3.39 0.75 1.96 0.28 1.91 0.30 125.61 8.42 南海[24] n=3 41.00 58.00 10.20 36.80 5.69 1.35 5.81 0.83 3.21 0.34 1.95 0.13 1.59 0.26 167.16 10.84 注：n为样品数 研究区沉积物的稀土元素经球粒陨石标准化后的配分模式见图 3，各层沉积物表现出较为一致的配分模式，轻稀土明显富集，重稀土内部分异较明显，且A层与B层曲线非常接近。另外，(δEu)N变化范围为0.59~0.76，平均为0.70，而(δCe)N变化范围为0.83~1.97，平均为1.28，表现为中度Eu负异常和较弱的Ce正异常。同时，A层沉积物的(δEu)N平均为0.71，(δCe)N平均为1.24；B层沉积物的(δEu)N平均为0.70，(δCe)N平均为1.22；C层沉积物的(δEu)N平均为0.67，(δCe)N平均为1.14，随深度的增加Eu负异常越强, 而Ce正异常越弱。对比本研究区与其他典型区域沉积物的稀土元素特征发现，冲绳海槽沉积物的(δEu)N为0.69~0.76[21]的变化范围与本研究区沉积物较为接近，吕宋岛弧沉积物(δEu)N1.10~1.29[23]的变化范围则与本研究区沉积物明显不同；台湾浅滩沉积物具有明显的Ce正异常[13]，该区域沉积物(δCe)N平均为1.41。除此之外，其他邻近海域沉积物(图 3)均无明显的Ce正异常。
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图 3 研究区各层沉积物及典型区域沉积物稀土元素球粒陨石标准化曲线Figure 3. The chondrite-normalized REE distribution pattern in the sediments of 3 layers of the research core and some typical areas研究区沉积物的稀土元素经上地壳标准化后的配分模式见图 4，大部分稀土元素经上地壳标准化后均小于1，只有C层沉积物中Eu和Gd标准化后数据大于1。各层沉积物的稀土元素配分模式均表现出弱的Ce正异常和Eu正异常，A层(δCe)UCC为1.17，(δEu)UCC为1.10；B层(δCe)UCC为1.15，(δEu)UCC为1.07；C层(δCe)UCC为1.08，(δEu)UCC为1.03，随深度的增加Ce正异常和Eu正异常越不明显。对比其他典型区域沉积物的稀土元素配分模式可以发现，研究区沉积物和台湾东部河流与台湾浅滩沉积物相似，均表现为富集轻稀土，重稀土相对亏损的特征。
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图 4 研究区各层沉积物及典型区域沉积物稀土元素上地壳标准化曲线Figure 4. UCC-normalized REE distribution pattern in the sediments of 3 layers of the research core and some typical areas2.2 沉积物稀土元素赋存状态
为了明确沉积物中稀土元素在地球化学循环中的反应过程与行为，同时也为了更准确地判别影响稀土元素分布的重要因素，必须考虑到稀土元素的化学赋存形态[25, 26]。因此，本文在分析研究区沉积物稀土元素总量的同时，还研究了稀土元素在沉积物中的4种主要赋存形态(碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态)的分布特征及规律，各形态的稀土元素相对百分含量见图 5。
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图 5 研究区沉积物中稀土元素不同赋存形态相对百分含量Figure 5. Relative percentages of REE of the research core sediments in different occurrences研究区沉积物中∑REE在4种赋存形态中的相对百分含量为：残渣态(84.38%)＞铁锰氧化物结合态(10.80%)＞有机结合态(2.51%)＞碳酸盐结合态(2.31%)。从图 5中可以看出，La、Ce、Pr和Nd 4种轻稀土元素与其他稀土元素各形态的百分含量相差较大，主要体现在这4种轻稀土元素碳酸盐结合态和有机结合态相对百分含量均小于4%，而残渣态相对百分含量平均大于80%，且La和Ce的碳酸盐结合态和有机结合态相对百分含量均小于2.5%，残渣态相对百分含量均高于88%。由于残渣态中的元素一般赋存于原生和次生的矿物晶格中，与沉积物结合牢固，其含量高低主要取决于采样地点的地质环境，因此，残渣态可以代表元素在天然源岩中的自然属性[27, 28]。这表明La、Ce、Pr和Nd 4种轻稀土元素主要为天然陆源，而其他元素在残渣态中的相对百分含量均低于70%，即它们在浸取态中含量更高，这表明这些元素受环境改变影响较大。对于本研究沉积物来说，由于它们在浸取态中主要以铁锰氧化物结合态形式存在，说明这些元素主要受氧化还原环境影响。对比4种形态稀土元素的LREE/HREE发现，碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态的LREE/HREE分别为3.39、4.26和3.17，而残渣态中LREE/HREE为16.82，表明残渣态相对其他赋存形态具有明显的轻稀土富集特征。
研究区沉积物中稀土元素的4种赋存形态对上地壳标准化后的配分特征(图 6)显示，各层沉积物中稀土元素碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态的配分模式表现较为一致，这说明近千年来台湾东黑潮主流区沉积物中稀土元素的这3种赋存形态尽管在总量上存在变化，但环境条件的改变对其分馏和分异特征并无明显影响。碳酸盐结合态具有中度Ce负异常和Eu正异常，这可能与研究区的较大水深有关，碳酸盐岩中一般Ce负异常较为明显[11, 16, 29]。有机结合态和铁锰氧化态具有很弱的Ce负异常和Eu正异常，这可能是因为本研究区生物生产力较低，生物作用对沉积物中稀土元素的富集无明显作用，同时有机质对重稀土有络合作用，从而使得有机结合态中重稀土相对富集[16, 30]。以往研究表明，海洋沉积物中稀土元素的铁锰氧化物结合态倾向于富集重稀土且存在Ce的负异常特征[31]。对于残渣态而言，其稀土元素配分模式表现出较大的变化(图 6)，(δCe) UCC变化范围为0.78~2.17，而(δEu) UCC变化范围为0.78~1.15，并无一致的正异常或负异常特征，这表明近千年来台湾以东海域的地质和海洋环境变化过程对残渣态稀土元素的地球化学过程产生了一定影响。另外，在稀土元素的4种赋存状态中，只有残渣态表现出较为明显的Ce正异常。由于研究区沉积物中稀土元素在残渣态中所占比例最高，因此，残渣态对总稀土元素的配分模式起到决定性作用，同时也是造成台湾以东黑潮主流区沉积物中稀土元素Ce正异常的关键赋存形态。
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图 6 研究区沉积物中不同赋存形态稀土元素上地壳标准化配分模式Figure 6. UCC-normalized REE distribution pattern of the research core sediments in different occurrences2.3 稀土元素物源解析
沉积物中稀土元素的组成和配分形态主要与源岩成分有关，受风化剥蚀、水动力条件、搬运沉积、成岩作用等因素影响较小，因此，可用于反映源区性质[11, 14, 19, 32]。台湾造山带以东海底沉积物的来源较为复杂，陆源输入明显，包括台湾岛河流输入、亚洲大陆风尘输送和吕宋岛弧物质输入3条主要输送途径[7, 33]，黑潮主流之下的沉积物中生源物质并不富集[30]。与本研究柱状沉积物位置较近的台湾东部河流花莲溪和兰阳溪每年的径流量分别达38.09×108和27.73×108m3，每年向邻近海域的输沙量分别达20.61×106和7.98×106 t。中国黄河的泥沙主要来源于黄土高原，受黄土高原地区黄土化学成分和对碳酸盐类强烈的风化作用影响，黄河沉积物具有较低REE含量的特征[34]。吕宋岛弧火山作用强烈，沉积物中蒙脱石含量明显较高，而蒙脱石一般被视为基性火山物质蚀变而来[35, 36]。
根据前文的分析结果可知，研究区沉积物稀土元素经球粒陨石标准化的配分模式呈现出轻稀土富集而重稀土相对亏损的特征，Eu表现为中度负异常，Ce则表现出较弱的正异常，这一特征与台湾东部河流和冲绳海槽的稀土元素球粒陨石配分模式较为接近；上地壳标准化配分模式也表现为轻稀土富集而重稀土相对亏损的特征，并且其配分曲线相对较平，表明本研究区沉积物的稀土元素来源于上地壳这一大的地质背景，具有明显的陆源属性。同时，各层沉积物稀土元素总量、配分模式和轻重稀土分异程度变化不大，说明近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物来源相对稳定。
前人研究表明沉积物中稀土元素组成及分布特征受粒度效应影响较大[21, 37]，但从图 2中可以看出，台湾以东黑潮主流区柱状沉积物的中值粒径在A层随深度的增加先增大后减小，进入B层和C层后几乎没有明显变化，与沉积物中稀土元素组成并无显著相关性。因此，本研究区沉积物稀土元素组成及分布特征受粒度效应影响较小，而与沉积环境和物质来源的变化有关。由于各潜在物源区沉积物的轻重稀土分异程度和对上地壳标准化后的Eu异常情况有较为明显的差别，因此，选择稀土元素的LREE/HREE和Sm/Eu指标用于对比各潜在物源区和典型区域沉积物与本研究区沉积物稀土元素组成的关系(图 7)。
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图 7 研究区、潜在物源区及典型区域沉积物中Sm/Eu- LREE/HREE相关关系图Figure 7. Correlations among Sm/Eu- LREE/HREE in the sediments of the research core, potential provenances and some typical areas从图 7中可以看出，吕宋岛沉积物明显区别于其他区域沉积物，Sm/Eu变化范围为2.45~2.89，LREE/HREE变化范围为3.19~6.13，这是因为吕宋岛沉积物受基性火山物质影响，轻重稀土分异程度相对较小。另外，本研究区沉积物在图 7中的位置与台湾东部河流最近，其次为中国黄土。本研究区沉积物的Sm/Eu变化范围为4.09~4.72，落在台湾东部河流沉积物的变化范围(4.02~5.13)内，且低于中国黄土的变化范围(4.69~5.62)；对于LREE/HREE而言，本研究区沉积物的变化范围(9.84~13.81)基本落在台湾东部河流沉积物的变化范围(7.48~13.04)内，且均高于中国黄土的变化范围(6.73~9.21)。这表明台湾以东黑潮主流区沉积物稀土元素受台湾东部河流输入影响最为显著，受亚洲大陆风尘输送影响较小，而与吕宋岛物质输送无关。前人对本研究站位附近的沉积物Pb、Sr同位素组成进行物源分析，结果表明台湾陆源输入约占70%~100%，中国黄土风尘输送约占0~30%[7]，这与本文结论较为一致。
从垂直分层来看，前文中本研究区柱状沉积物稀土元素对上地壳标准化后的分析表明，随深度增加Ce正异常与Eu正异常越弱。结合图 2和图 7来看，A层LREE/HREE首先随深度的增加而减小，平均为11.78，B层LREE/HREE平均为11.82，C层LREE/HREE平均为11.07，表明柱状沉积物的轻重稀土分异程度随深度增加表现出减小—增大—减小的变化趋势。
总体而言，台湾以东黑潮主流区沉积物的稀土元素具有明显的陆源属性，受粒度效应影响较小，台湾东部河流物质输入是研究区沉积物中稀土元素的最重要来源，亚洲大陆风尘输送对本研究区沉积物稀土元素影响较小。从垂直变化来看，各层沉积物的稀土元素组成及特征变化较小，表明近千年来研究区沉积物稀土元素物质来源较为稳定。
3. 结论
(1) 台湾以东黑潮主流区沉积物稀土元素总量的平均值为119.82μg/g，稍低于上陆壳沉积物和中国黄土的稀土元素平均含量，与冲绳海槽较为接近。研究区沉积物中稀土元素对球粒陨石标准化和对上地壳标准化的配分模式均表现为轻稀土富集而重稀土相对亏损，同时具有较弱的Ce正异常，且随深度的增加Ce正异常越弱。
(2) 研究区沉积物的稀土元素主要以残渣态形式存在，铁锰氧化物结合态次之，有机结合态和碳酸盐结合态很少。La、Ce、Pr、Nd 4种轻稀土元素主要为天然陆源，其他稀土元素受氧化还原环境影响相对较大。残渣态轻稀土元素富集且Ce正异常明显，对台湾以东黑潮主流区沉积物中稀土元素的配分模式起到决定性作用，也是造成Ce正异常的关键赋存形态。
(3) 台湾东黑潮主流区沉积物中稀土元素具有明显的陆源属性，受粒度效应影响较小，且近千年来沉积物中稀土元素物质来源较为稳定。台湾东部河流输入是研究区沉积物中稀土元素的最重要来源，亚洲大陆风尘输送对稀土元素的贡献较小。
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[1] 马寅生,崔盛芹,施炜,等.中国东部-朝鲜半岛海陆构造格局及含油气盆地特征[M]. 北京:地质出版社, 2007.[MA Yansheng,CUI Shengqin,SHI Wei,et al. Onshore-Offshore Tectonic Framework and Petroliferous Basin Characteristics in the Eastern China and Korean Peninsula[M]. Beijing:Geology Publish House,2007.] [2] 邓晋福,魏文博.中国华北地区岩石圈三维结构及演化[M].北京:地质出版社,2007.[DENG Wenfu, WEI Wenbo. Three-Dimensional Tectonic and Evolution of Lithosphere of North China[M]. Beijing:Geology Publish House,2007.] [3] 李思田.大型油气系统形成的盆地动力学背景[J].地球科学, 2004,29(5):505-512. [LI Sitian. Basin geodynamics background of formation of huge petroleum systems[J].Earth Science, 2004, 29(5):505-512.]
[4] 万天丰,郝天珧.黄海新生代构造及油气勘探前景[J]. 现代地质,2009, 23(3):385-393. [WAN Tianfeng, HAO Tianyao. Cenozoic tectonics of the Yellow Sea and its oil-gas exploration[J].Geoscience, 2009, 23(3):385-393.]
[5] 张旗,钱青,王二七,等.燕山中晚期的中国东部高原:埃达克岩的启示[J].地质科学,2000,36(2):248-255. [ZHANG Qi, QIAN Qing, WANG Erqi, et al. An east China plateau in mid-late Yanshanian period:implication from Adakites[J].Chinese Journal of Geology,2000,36(2):248-255.]
[6] 牛树银,孙爱群,王宝德. 地幔热柱与资源环境[M]. 北京:地质出版社,2007:263.[NIU Shuyin, SUN Aiqun, WANG Baode. Mantle Plume and Resource Environment[M]. Beijing:Geology Publish House, 2007:263.] [7] 张训华.中国海域构造地质学[M].北京:海洋出版社, 2008.[ZHANG Xunhua. Tectonic Geology in China Seas[M].Beijing:Ocean Press,2008.] [8] Maruyama S. Plume tectonics[J]. J. Geol. Soc. Japan, 1994, 100(1):24-49.
[9] Fukno Y, Maruyama S, Inoue H. Geologic implication of the whole mantle P-wave tomography[J]. J.Geol. Soc. Japan, 1994,100(1):4-23.
[10] Steinberger B, Antretter M. Conduit diameter and buoyant rising speed of mantle plumes:Implications for the motion of hot spots and shape of plume conduits[J]. Geochemistry Geophysics Geosystems, 2006,7(11):1-25.
[11] 邓晋福,赵海玲,莫宣学,等.中国大陆根-柱构造——大陆动力学的钥匙[M].北京:地震出版社,1996.[DENG Jinfu, ZHAO Hailing, MO Xuanxue, et al. The Chinese Mainland Root-Volume Structure-Key of Continental Dynamic[M]. Beijing:Earthquake Publish Company, 1996.] [12] 牛树银,孙爱群,邵振国,等.地幔热柱多级演化及其成矿作用[M].北京:地震出版社,2001.[NIU Shugen,SUN Aiqun,SHAO Zhenguo, et al. Multistage Evolution and Mineralization of Mantle Plume[M]. Beijing:Earthquake Publish Company, 2001.] [13] 牛树银,孙爱群,马宝军,等.华北东部地幔热柱的特征与演化[J].中国地质,2010,37(4):931-942. [NIU Shuyin,SUN Aiqun,MA Baojun,et al. Characteristics and evolution of the mantle plume in eastern north China[J].Geology in China,2010,37(4):931-942.]
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