琼东南海域末次冰期以来硅铝分布特征及意义
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发布时间：2022-04-23 08:53
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时间：2022-06-18 15:57
李学木
（广州海洋地质调查局海洋地质科学发展战略研究所广州 510760；同济大学海洋地质教育部重点实验室 上海200094）
摘要 对琼东南从陆架到陆坡的33个表层样和1个柱状样的SiO2、Al2O3分析、浮游有孔虫鉴定、δ18O、δ13C分析和14C测年，结果表明，从陆架到陆坡SiO2含量呈下降趋势，Al2O3含量变化较复杂，总体为“先升后降”，在外陆架—上陆坡最高。SiO2与Al2O3的相关性在陆架和陆坡完全不同，在水深＜150m的陆架区两者呈负相关关系，在水深＞300m的陆坡区，两者呈正相关，在150～300m的过渡区，两者相关性不明显。陆坡区柱状样的SiO2/Al2O3与浮游有孔虫转换函数计算的表层水温有明显相关，均在氧同位素1、3期高，2期较低，这反映了不同气候条件下，陆源物质的风化淋滤作用强度不同造成，因此SiO2/Al2O3比值可能成为又一反映古气候特征的指标。
关键词 地球化学 末次冰期 琼东南 古气候
南海是西太平洋最大的边缘海，其北部*边缘宽广，沉积速率高，同时各种钙、硅质微体生物发育，成为古海洋学研究的热点地区之一【1～1】。对于南海沉积地球化学已作了不少研究【12～16】，但沉积地球化学对古气候古海洋环境方面的研究很少。
在中国海陆架SiO2、Al2O3分布表现为负相关关系【16～17】，但陆坡区两者的关系比较复杂，SiO2/Al2O3总体随水深增多，先降后升【12】。本文对晚冰期以来的SiO2/Al2O3研究后，发现它与海水表层温度有关，可能为古气候研究提供一些有用的信息。
1 材料与方法
对琼东南海域进行34个站位的地质取样（图1），其中1个为柱状样，其余为表层样。从取样站位的水深来看，小于150m的5个站位，150～300m的4个站位，大于300m的24个站位。柱状样S19，长664cm，按10cm间距取样，共取64个样品。对所有样品作硅酸盐全分析、浮游有孔虫鉴定，对上部49个样品作δ18O和δ13C分析，并作了3个14C年龄测定，其中SiO2、Al2O3采用原子吸收进行测定。
图1 取样站位图
Fig.1 Sites of sampling
研究区表层沉积物总体由西北向东南变细，西北以陆源碎屑为主，主要为细砂、粘土质粉砂等；东南部以生物碎屑为主，主要有钙质生物砂质粉砂、钙质生物粘土—砂—粉砂、含硅钙质生物粘土质粉砂等。
2 表层样品SiO2、Al2O3分布特征
2.1 SiO2分布特征
总体从西北部陆架区向东南陆坡，SiO2含量逐渐下降，从70%下降至34%（图2）。在陆架部分等值线与水深的等深线基本平行，到西南部西沙海槽南坡，虽水深变浅，其含量继续下降，而且变化梯度大致相同。显然主要受离岸距离和水深控制，陆源物质主要来自西北的海南岛，随离岸距离和水深增大，陆源物质减少，其主要成分SiO2含量下降。
图2 琼东南表层沉积物SiO2含量分布图
Fig.2 Distribution of content of SiO2at submarine surface sediment in Southeastern Hainan
2.2 Al2O3分布特征
Al2O3含量分布比SiO2含量分布复杂，成块状分布（图3），西北陆架区含量最低，为8.0%～11.0%。外陆架—上陆坡含量最高，为10.0%～14.5%。在东南部西沙海槽的南坡，含量下降，为10.5%～12.5%。且与水深等深线不完全一致，显然，它的影响因素更多。但总体而言，由西北向东南，由陆架到上陆坡，随水深和离岸距离增大而递增，之后在陆坡区随离岸距离增大而下降。
图3 琼东南表层沉积物Al2O3含量分布图
Fig.3 Distribution of content of Al2O3 at submarine surface sediment in Southeastern Hainan
2.3 SiO2/Al2O3分布特征
SiO2/Al2O3比值的分布有明显的规律（图4），由西北向东南下降，由8.5降至3.2，在内陆架区变化梯度大，水深越浅变化梯度越大，且与等深线大致平行。而外陆架至陆坡含量相对稳定，尤其在海槽区变化很小，为3.2～3.6，但仍受离岸距离控制，东南部最低。
图4 琼东南表层沉积物SiO2/Al2O3比值分布图
Fig.4 Ratios of SiO2 to Al2O3 at submarine surface sediment in Southeastern Hainan
2.4 相关分析
通常认为陆架区沉积物中SiO2、Al2O3含量的分布呈负相关关系【16、17】。对本区表层样品的详细研究表明，SiO2、Al2O3之间的关系在不同水深的海域是不一样的，在水深小于150m的内陆架，两者为负相关关系，这与以往的研究是一致的；但在水深150～300m的外陆架至上陆坡区，两者没有明显的相关性；在水深大于300m的陆坡区两者呈明显的正相关关系（图5）。
图5 琼东南表层沉积物SiO2与Al2O3相关图
Fig.5 Relationship between content SiO2 and Al2O3 at submarine surface sediment in Southeastern Hainan
A：水深＜150m,B：水深＞300m
3 S19柱状样地层时代
S19柱状样的氧同位素测定结果（图6）表明，0～140cm段为氧同位素1期，140～420cm为氧同位素2期，420cm以下为氧同位素3期，未见底。同时对该柱状样的14C测年结果，143～146cm为（10860±240）aB.P.,246～249cm为（14000±350）aB.P.,349～352cm为≥17000aB.P.，与氧同位素结果基本吻合。
4 S19柱状样SiO2/Al2O3变化与古水温
4.1 SiO2、Al2O3分布特征
S19柱状样的SiO2、Al2O3呈明显的正相关关系，与本区＞300m的陆坡海域表层沉积物SiO2、Al2O3相关性一致（图6），而与浅海陆架区分布相反。总体看，该柱状样SiO2、Al2O3含量在氧同位素2期较高，而1、3较低。但在2期末，即末次冰期的冰消期均明显下降，达到最低值，SiO2、Al2O3含量分别为41.26%～43.56%,22.58%～13.08%；全新世早期上升，其含量分别为45.08%～46.76%,13.58%～14.58%；中晚期下降43.61%～44.67%,12.72%～15.15%（图6）。
图6 S19柱状样Si、Al分布与表层水温关系
Fig.6 Relationship between SST and content of Si and Al at piston core S19
14C测年：1:10860±240aB.P.，2:14000±350aB.P.，3：≥17000aB.P.
4.2 SiO2/Al2O3与古水温
该柱状样SiO2/Al2O3比值的变化与SiO2、Al2O3含量变化完全不同（图6），总体呈负相关。但它与浮游有孔虫转换函数计算的表层水温【18】却有明显的正相关，大致均可分为3段：0～140cm，即氧同位素1期，SiO2/Al2O3比值较高，为3.08～3.55，表层水温也较高，冬季为23.3～27.2℃，夏季为27.8～29.8℃；140～460cm，大致相当于氧同位素2期，SiO2/Al2O3比值较低，为3.04～3.47，表层水温也较低，冬季为21.4～24.4℃，夏季为28.1～29.0℃；460～664cm，氧同位素3期，SiO2/Al2O3值较高，为3.27～3.68，表层水温也明显增高，冬季为21.9～25.2℃，夏季为28.5～29.3℃。
从下陆坡区SiO2、Al2O3呈正相关分布来看，控制其分布的显然与内陆架的“粒度分布率”【16】不同，下陆坡的陆源物质主要是粘土矿物，因此，SiO2/Al2O3比值变化与粘土矿物的化学成分有关。在不同的气候条件下，陆地的风化淋滤作用强度不同，使带到陆坡的粘土矿物含量和成分不同。在温暖潮湿时期，陆地风化淋滤作用强，硅质成分先被淋滤带入海洋，而铝相对更多的滞留在陆地；在干冷期，风化淋滤作用弱，这种由淋滤造成的硅、铝差异较小，这可能是暖湿期SiO2/Al2O3比值高，而干冷期SiO2/Al2O3比值低的原因。
5 结论
（1）从陆架到陆坡SiO2含量呈下降趋势，Al2O3含量变化较复杂，总体为“先降后升”，在外陆架—上陆坡最高。
（2）SiO2与Al2O3的相关性在陆架和陆坡完全不同，在水深＜150m的陆架区两者呈负相关关系，在水深＞300m的陆坡区，两者呈正相关，在150～300m的过渡区，两者相关性不明显。
（3）陆坡区柱状样的SiO2/Al2O3与浮游有孔虫转换函数计算的表层水温明显相关，均在氧同位素1、3期高，2期较低，因此可能成为又一反映古气候特征的指标。
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DISTRIBUTION AND SIGNIFICATION OF Si AND Al FROM LAST GLACIATION IN NORTHERN SOUTH CHINA SEA
Li Xuejie
（Institute of Marine Environmental Geology and Engineering Geology,GMGS,Guangzhou 510760;China Laboratory of Marine Geology,Tongji University,Shanghai 200092,China）
Abstract:33 samples of seabed sediment and 1 piston core was collecting from southeastern Hainan Is-land,northern South China Sea,for analysis of SiO2,Al2O3,Planktonic foraminifera，δ18O，δ13 C and 14C dating.The contents of SiO2 decrease from the continental shell to the slope as the in-creasing of the water depth and distance from the continent，but the distribution of Al2O3 is much complex which is highest in the outer shell to upper slope and both decreasing to coast and deep-sea basin.The relationship between SiO2 and Al2O3 was variation as the change of water depth,that was negative in water depth less than 150m area，positive in larger than300m area and not clear relation in the 150m to 300m area.SiO2/Al2O3 in piston core S19,collecting from the slope,were good relative with sea surface temperature（SST）,calculated by plank tonic foraminiferal transfer function EP-12E,both higher inδ18O stage 1 and 3,lower in the stage 2.It reflected on different weathering eluviation in different weather condition,so it may be another proxy of paleoclimate in slope area.Key words:geochemistry，Last glaciation,southeastern Hainan，Paleoclimate
